СЕПАРАТОР И СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ГАЗА В ЖИДКОСТЬ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК B01F23/23 B04B1/08 A23L2/54 

Настоящее изобретение относится к сепаратору согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к способу его работы.

US 9789450 B2 раскрывает устройство, содержащее сепаратор. Смешение газов осуществляется до или после сепаратора посредством другого устройства.

Впуски для газа в сепараторах известны из CH 204938 A, US 2230 210 A и DE 696796 C.

На основе упомянутого уровня техники задачей настоящего изобретения является обеспечение более эффективной возможности подмешивания газа в жидкость.

Настоящее изобретение решает эту задачу с помощью сепаратора, имеющего признаки пункта 1 формулы изобретения.

Сепаратор согласно изобретению, в частности сепаратор, имеющий вертикальную ось поворота, содержит монтированный с возможностью поворота барабан, имеющий внутреннюю часть барабана для центробежной обработки жидкости. Сепаратор содержит по меньшей мере одну линию подачи газа для введения газа в жидкость, которая открывается внутрь барабана. Жидкость, в которую вводится газ, также может быть просто отделенной фазой как составной элемент жидкости, первоначально введенной в сепаратор.

Сепаратор позволяет, например, разделить жидкую суспензию на множество фаз, причем сепаратор одновременно позволяет обогащать одну или более фаз одним или двумя газами.

По сравнению с упомянутым выше уровнем техники, описанное там внешнее смесительное устройство не используется. В сепараторе согласно изобретению введенный газ может лучше абсорбироваться жидкостью внутри сепаратора из-за преобладающего там турбулентного потока.

В этом случае газ вводится в поток суспензии или в полученную из него фазу в подходящем месте внутри сепаратора, так что газ смешивается с соответствующей фазой. В случае подачи двух газов дозирование газа в поток суспензии может осуществляться через отдельные места внутри сепаратора или центрифуги.

Кроме того, можно уменьшить затраты на установку и площадь установки, поскольку ранее необходимое внешнее смесительное устройство не используется.

Требования к очистке могут конфигурированы идентично для смесительного устройства и центрифуги благодаря компактной и интегрированной конструкции, что влечет за собой меньшие затраты на сертификацию для гигиенических применений.

Зависимые пункты формулы относятся к предпочтительным конфигурациям изобретения.

Предпочтительно, линия подачи газа может быть выполнена в виде трубы линии подачи и/или канала линии подачи. Это снижает затраты на установку и позволяет заменять этот компонент.

Сепаратор может дополнительно содержать датчик для определения содержания газа в газосодержащей жидкости. Если, например, представляет интерес содержание газа в двух фазах, вытекающих после разделения фаз, может быть соответственно предусмотрен датчик для мониторинга и/или определения содержания газа для каждой фазы.

С этой целью сепаратор может содержать по меньшей мере одну выпускную трубу для отвода газосодержащей жидкости из сепаратора, причем выпускная труба содержит датчик для определения содержания газа в газосодержащей жидкости.

Сепаратор может дополнительно содержать блок измерения и/или оценки для регулировки давления газа, подаваемого через линию подачи газа. Это может, среди прочего, осуществляться посредством времени пребывания в сепараторе или посредством впускного количества жидкости, подлежащей обработке.

Особенно предпочтительно, сепаратор может содержать клапан для регулировки давления газа, подаваемого через линию подачи газа, причем клапан расположен вдоль линии подачи газа и выполнен с возможностью регулировки посредством блока измерения и/или оценки. В этом случае линия подачи газа также относится к сепаратору согласно изобретению в области вне барабана сепаратора.

Сепаратор может дополнительно содержать распределительное пространство для радиального отвода жидкости, введенной в осевом направлении, то есть параллельно оси поворота сепаратора, при этом линия подачи газа открывается в распределительное пространство.

Сепаратор может дополнительно содержать сборную камеру, при этом линия подачи газа открывается в сборную камеру. В этом случае сборная камера используется для непрерывного отвода осветленной или отделенной жидкой фазы в барабане сепаратора.

Сепаратор может быть конфигурирован самыми разными способами. Согласно изобретению требуется герметичная конфигурация. В этом случае барабан и, в частности, сепарационное пространство могут быть герметизированы или изолированы от окружающей среды фрикционными уплотнениями, например торцевыми уплотнениями, во впускной области и/или выпускной области. Однако, в качестве альтернативы это уплотнение или изоляция также может быть выполнена с использованием гидромеханических уплотнений. В случае таких уплотнений уплотнение производится путем вставления неподвижного диска в поворотное жидкостное кольцо. Однако, в качестве альтернативы поворотный диск также может быть вставлен в неподвижное жидкостное кольцо.

Сепаратор может, как это само по себе известно, содержать приводной шпиндель, причем монтированный с возможностью поворота барабан приводится в движение посредством приводного шпинделя. Линия подачи газа в этом случае может быть выполнена, по меньшей мере в некоторых областях, в виде канала внутри приводного шпинделя, причем канал открывается во внутреннюю часть барабана, в частности в нижнюю камеру, расположенную на конце относительно распределительного канала, проходящего радиально от распределительной камеры.

Сепаратор может предпочтительно содержать по меньшей мере две линии подачи газа для ввода газа в двух различных положения барабана. Например, возможна линия подачи газа до и после разделения фаз суспензии и/или контролируемое повторное дозирование газа в одну или более разделенных фаз. Газы могут быть различными, например CO₂, инертный газ или даже газ HCl для регулирования концентрации при переработке загрязненной соляной кислоты.

Реакция осаждения внутри сепаратора также может быть достигнута путем введения газа, в частности в области распределительной камеры или нижней камеры. В этом отношении, например, можно предусмотреть осаждение или отделение свободного амина (например, как производного фармацевтического активного агента) в форме гидрохлорида.

Предпочтительно, первый газ, например CO₂, может быть введен в жидкость после введения жидкости в сепаратор через первую линию подачи газа в первом положении в барабане.

Кроме того, второй газ или первый газ может быть введен в жидкость после введения последней в сепаратор через вторую линию подачи газа во втором положении в барабан. Второй газ также может быть инертным газом, который служит просто как защитный газ.

В предпочтительном варианте применения описанный выше способ используется для карбонизации напитка, в частности пива.

Дополнительные преимущества, признаки и детали изобретения можно найти в следующем ниже описании, в котором множество примерных вариантов осуществления раскрыто более подробно с помощью прилагаемых чертежей. Для специалиста в данной области техники также целесообразно индивидуально рассмотреть признаки, раскрытые в комбинации на чертежах, описании и формуле изобретения, и объединить их для формирования подходящих дополнительных комбинаций.

На фиг.1 показано схематическое изображение способа согласно изобретению с использованием сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг. 2 показан схематический вид первого варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг. 3 показан схематический разрез второго варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг. 4 показан схематический вид в разрезе третьего варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг. 5 показан схематический вид в разрезе четвертого варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг. 6 показан схематический вид в разрезе пятого варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг.7 показано схематическое изображение способа согласно изобретению с использованием дополнительного альтернативного варианта осуществления сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг. 8 показан схематический вид в разрезе шестого варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг. 9 показан схематический вид в разрезе седьмого варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости;

на фиг. 10 показано схематическое изображение способа согласно изобретению с использованием дополнительного альтернативного варианта осуществления сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости, с использованием двух газов;

на фиг. 11 показан схематический вид в разрезе восьмого варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости; и

на фиг. 12 показан схематический вид в разрезе девятого варианта сепаратора согласно изобретению для центробежной обработки жидкости.

Описанные ниже альтернативные варианты осуществления представляют различные варианты способа, которым может быть осуществлена подача газа в сепаратор. В этом случае одинаковые компоненты сепаратора отмечены одинаковыми ссылками.

На фиг. 1, 7, 10 показано схематическое изображение сепараторов, а также линий подачи и отвода, необходимых для способа обогащения жидкости газом для производства газосодержащей жидкости, в частности напитка, содержащего CO₂.

В этом случае жидкость 1 вводится в поворотный барабан сепаратора 4, имеющий вертикальную ось поворота. Газ вводится в жидкость 2 или в фазу данной жидкости. Это осуществляется внутри сепаратора 4. Жидкость 3, в которой расположены распределенные пузырьки газа, выходит из сепаратора 4.

Одним типичным применением, которое является предпочтительным в рамках настоящего изобретения, является карбонизация напитка, в частности пива. Карбонизация - это обогащение СО₂ соответствующего напитка.

На фиг. 2-6, 8-9 и 11-12 показаны барабанная система и части приводной системы сепараторов, представлены различные варианты обогащения газа в текучей среде.

На фиг. 2 показан первый альтернативный вариант осуществления сепаратора 4 согласно изобретению. Сепаратор 4 содержит барабан 5. Внутри барабана 5 расположен набор 6 пластин. Барабан 5 монтирован с возможностью поворота и, для выполнения поворотного движения, содержит приводной шпиндель 7.

Сепаратор 4 может быть заполнен в осевом направлении через впускную трубу 15 жидкостью 1, подлежащей обработке. Впускная труба 15 открывается в распределительное пространство 17, из которого один или более распределительных каналов 12 отводят подаваемую жидкость в радиальном направлении. Затем жидкость подается в одну или более нижних камер 21 и оттуда через отверстие 13 поступает в пространство 14 центрифуги, где может происходить центробежное осаждение твердых частиц из жидкости. Затем обработанная центробежным способом жидкость перемещается радиально снаружи радиально внутрь.

Для сбора и выгрузки обрабатываемой жидкости 3 сепаратор 4 содержит так называемую сборную камеру 9, в которую открывается захват 10. Сборная камера 9 расположена в верхней части сепаратора 4, в то время как приводной шпиндель 7 и, опционально, приводной блок, соединенный с приводным шпинделем, расположены в нижней части сепаратора 4. Затем обработанная центрифугированием жидкость 3 может быть удалена из сепаратора 4, в частности из сборной камеры, посредством захвата 10 через выпускную трубу 16 из сепаратора 4.

На фиг. 2 показана линия 11 подачи газа для введения газа 2 в жидкость 1 внутри сепаратора 4. На фиг. 2 линия 11 подачи газа расположена под захватом 10, то есть на пути потока жидкости 2 от пространства 14 центрифуги к захвату 10. Данная линия открывается в ту же сборную камеру 9, что и захват 10. Таким образом, сборная камера 9 используется как камера для подачи некоторого количества газа в жидкость.

Вдоль выпускной трубы 16 или вдоль соединенного с ней трубопровода может быть расположен датчик 18 для определения и/или мониторинга содержания газа внутри жидкости. Такой датчик может быть, например, датчиком проводимости, встроенным датчиком для прямого определения концентрации растворенного газа или другим подходящим датчиком.

После определения или мониторинга содержания газа может быть проведена адаптация. С этой целью сигнал измерения, определенный датчиком 18, передается в блок 19 измерения и/или оценки или в устройство управления центрифугой. Оно передает сигнал регулировки на клапан 20, расположенный вдоль линии подачи газа или вдоль трубопровода, соединенного с линией 11 подачи газа. Клапан 20 контролирует и/или регулирует давление газа, с которым газ 2 вводится в линию 11 подачи газа, и оттуда в жидкость 1. Если линия 11 подачи газа открывается в область сборной камеры 9, то на жидкость перед ее выходом действуют только малые центробежные силы, и подаваемый газ не вытесняется или вытесняется лишь в небольшой степени за счет центробежной обработки.

Кроме того, подача 2 газа через линию 11 подачи газа происходит недалеко от места измерения или места датчика 18.

Барабан 5 ограничивает внутреннюю часть барабана, в том числе распределительное пространство 17, нижнюю камеру 21, пространство 14 центрифуги и сборную камеру 9, назначенную внутренней части барабана.

На фиг.3 показано расположение, аналогичное расположению с фиг.2, линии 11' подачи газа внутри сепаратора 4'. Линия 11 подачи газа в этом случае расположена над захватом 10. Линия 11 подачи газа в этом случае также открывается в сборную камеру 9 и, следовательно, делает возможной подачу внутрь пространственно ограниченной камеры, которая, среди прочего, открывается в пространство 14 центрифуги.

На фиг. 4 показан еще один вариант сепаратора 4'' согласно изобретению. В данном варианте линия 11'' подачи газа открывается параллельно трубе 15 линии подачи, например, внутри трубы 15 линии подачи. Линия 11'' подачи газа открывается в распределительное пространство 17 барабана 15. Линия 11'' подачи газа в этом случае выступает за пределы трубы 15 линии подачи в распределительное пространство 17. Таким образом, введение газа в данном варианте происходит в осевом направлении, в частности, после подачи жидкости 2 в пространство барабана, прежде чем жидкость будет транспортироваться дальше через распределительные каналы 12 в радиальном направлении.

На фиг. 5 показан еще один вариант сепаратора 4''' согласно изобретению. В отличие от фиг. 4, в данном варианте газ 2 вводится радиально по отношению к оси 8 поворота в распределительное пространство 17, в частности, в верхнюю область распределительного пространства 17. Для этого линия 11''' подачи газа проходит через трубу 15 линии подачи и проходит радиально по отношению к оси 8 поворота в распределительное пространство 17. В вариантах с фиг. 4 и 5 также используется по существу меньше пространства для введения газа в жидкость по сравнению с пространством 14 центрифуги. В этом случае задействовано распределительное пространство 17.

На фиг. 6 показан пятый вариант сепаратора 4'''' согласно изобретению. В этом случае введение газа посредством линии 11'''' подачи газа происходит через приводной шпиндель 7 и стенку барабана, соединенную с приводным шпинделем 7. В этом случае введение газа происходит радиально относительно оси 8 поворота в нижнюю камеру 21 сепаратора 4'''', в которой жидкость проходит радиально через распределительный канал или каналы 12 после осевой подачи.

На фиг. 7 схематично показан сепаратор 30, а также линия подачи газа 2 и жидкости 1, а также отвод газосодержащей жидкости 3.

В частности, сепаратор 30 в варианте с фиг. 8 содержит барабан 31, монтированный с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 8 поворота. Для приведения в движение барабана 31 предусмотрен приводной шпиндель 32. Впускной канал 33 для впуска жидкости 1, подлежащей обработке, в распределительное пространство 34 сепаратора 30 открывается в осевом направлении через приводной шпиндель 32. Распределительные каналы 35 открывается в радиальном направлении от распределительного пространства 34. Жидкость может выходить из распределительных каналов 35 в конце и тем самым вводиться в пространство 36 центрифуги. Набор пластин расположен внутри пространства 36 центрифуги. Отвод жидкости на осевом конце барабана 31 может происходить через выпускную трубу 37. Введение газа 1 в сепаратор 30 может происходить через линию 38 подачи газа, которая расположена параллельно, в частности, соосно относительно оси 8 поворота внутри впускного канала 33. Впускной канал предпочтительно также проходит коаксиально по отношению к оси 8 поворота сепаратора 30.

На фиг. 9 показан второй альтернативный вариант модификации сепаратора 30' с фиг.8. В этом случае линия 38' подачи газа расположена по меньшей мере внутри барабана 31 коаксиально или параллельно оси 8 поворота в выпускной трубе 37 или вдоль нее.

На фиг. 10 схематично показана подача двух газов 2, 2' и одной жидкости 1 в сепаратор 4^v.

С этой целью сепаратор 4v содержит две линии 11' и 11'' подачи газа, которые подаются в верхнюю область барабана 5.

На фиг. 11 показано поперечное сечение сепаратора 4^v. Предусмотрены первая линия’ 11 подачи газа в области сборной камеры 9 и вторая линия 11’’ подачи газа, которая открывается в распределительное пространство 17. Первый газ может быть введен в текучую среду через первую линию 11' подачи газа, и второй газ может быть введен в текучую среду через вторую линию 11'' подачи газа. Второй газ 2' может быть CO₂, а первый газ 2 - инертным газом, например азотом. Однако первый и второй газы могут быть одинаковыми. В предпочтительном варианте осуществления второй газ 2' может быть введен в жидкость 1 в распределительном пространстве 17 сепаратора 4^v, в то время как первый газ используется в сборной камере 9 в качестве защитного газа, чтобы противодействовать выделению CO₂ из жидкости при центробежной обработке жидкости. В идеале газовая подушка, создаваемая таким образом в сборной камере 9, может не проходить до отверстия захвата 10, а находиться над захватом.

Такой режим работы предполагает герметизацию поворотной системы, как уже было описано выше.

На фиг. 12 показан другой вариант сепаратора 4^vi, модифицированный по сравнению с сепаратором с фиг.11. В этом случае, вместо того, чтобы находиться внутри сборной камеры 9, первый газ 2 подается через линию 11^v подачи газа внутри выпускной трубы 16.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 жидкость

2 газ

2' газ

3 газосодержащая жидкость

4 сепаратор

4' сепаратор

4'' сепаратор

4''' сепаратор

4'''' сепаратор

4^v сепаратор

4^vi сепаратор

5 барабан

6 набор пластин

7 приводной шпиндель

8 ось поворота

9 сборная камера

10 захват

11 линия подачи газа

11' линия подачи газа

11'' линия подачи газа

11''' линия подачи газа

11'''' линия подачи газа

11^v линия подачи газа

12 распределительные каналы

13 отверстие

14 пространство центрифуги

15 впускная труба

16 выпускная труба

17 распределительное пространство

18 датчик

19 блок измерения и/или оценки

20 клапан

21 нижняя камера

30 сепаратор

30' сепаратор

31 барабан

32 приводной шпиндель

33 впускной канал

34 распределительное пространство

35 распределительный канал

36 пространство центрифуги

37 выпускная труба

38 линия подачи газа

38' линия подачи газа.

Сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') имеет вертикальную ось (8) поворота и содержит монтированный с возможностью поворота барабан (5, 31). Барабан имеет внутреннюю часть для центробежной обработки жидкости (1). Сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') содержит по меньшей мере одну линию (11, 11', 11'', 11''', 11'''', 11^v, 38, 38') подачи газа для введения газа (2, 2') в жидкость (1), которая открывается внутрь барабана. Сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') имеет герметичную конфигурацию, в которой сепарационное пространство барабана (5, 31) герметизировано от окружающей среды посредством торцевых уплотнений или гидромеханических уплотнений в выпускной области. При введении газа в жидкость с использованием сепаратора (4^v, 4^v) первый газ (2) вводят в жидкость (1) после введения последней в сепаратор (4^v, 4^v) через первую линию (11'') подачи газа. Обеспечивается эффективная возможность подмешивания газа в жидкость. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30'), в частности сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30'), имеющий вертикальную ось (8) поворота, содержащий монтированный с возможностью поворота барабан (5, 31), имеющий внутреннюю часть барабана для центробежной обработки жидкости (1), при этом сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') содержит по меньшей мере одну линию (11, 11', 11'', 11''', 11'''', 11^v, 38, 38') подачи газа для введения газа (2, 2') в жидкость (1), которая открывается внутрь барабана,

при этом сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') имеет герметичную конфигурацию, в которой сепарационное пространство барабана (5, 31) герметизировано от окружающей среды посредством торцевых уплотнений или гидромеханических уплотнений в выпускной области.

2. Сепаратор по п. 1, причем линия (11, 11', 11'', 11''', 11'''', 11^v, 38, 38') подачи газа выполнена в виде трубы линии подачи и/или канала линии подачи.

3. Сепаратор по п. 1 или 2, причем сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') содержит датчик (18) для определения содержания газа в газосодержащей жидкости (4).

4. Сепаратор по любому из пп. 1-3, причем сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') содержит выпускную трубу (16) для отвода газосодержащей жидкости (4) из сепаратора (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30'), причем выпускная труба (16) содержит датчик (18) для определения содержания газа в газосодержащей жидкости (4).

5. Сепаратор по любому из пп. 1-4, причем сепаратор (4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') содержит блок (19) измерения и/или оценки для регулировки давления газа (1, 1'), подаваемого через линию (11, 11', 11'', 11''', 11'''', 11^v, 38, 38') подачи газа.

6. Сепаратор по любому из пп. 1-5, причем сепаратор (4, 4', 4'', 4'', 4'''', 4^v, 4^vi, 30, 30') содержит клапан (20) для регулировки давления газа (1, 1'), подаваемого через линию (11, 11', 11'', 11''', 11'''', 11^v, 38, 38') подачи газа, при этом клапан (20) расположен вдоль линии (11, 11', 11'', 11''', 11'''', 11^v, 38, 38') подачи газа и выполнен с возможностью регулировки посредством блока (19) измерения и/или оценки.

7. Сепаратор по любому из пп. 1-6, причем сепаратор (4'', 4''', 30) содержит распределительное пространство (17) для радиального отвода жидкости (1), введенной в осевом направлении, причем линия (11'', 11''') подачи газа открывается в распределительное пространство (17).

8. Сепаратор по любому из пп. 1-7, причем сепаратор (4, 4') содержит сборную камеру (9), причем линия (11, 11') подачи газа открывается в сборную камеру (9).

9. Сепаратор по любому из пп. 1-8, причем сепаратор (4''''ⁱ, 30) содержит приводной шпиндель (7, 32), причем обеспечена возможность приведения барабана (5, 31) в движение посредством приводного шпинделя (7, 32), при этом линия (11'''', 38) подачи газа выполнена, по меньшей мере в некоторых областях, в виде канала внутри приводного шпинделя (7, 32), причем канал открывается во внутреннюю часть барабана (5, 31).

10. Сепаратор по любому из пп. 1-9, причем сепаратор (4^v, 4^vi) содержит по меньшей мере две линии (11', 11'', 11^v) подачи газа для введения газа в двух различных положениях барабана (5).

11. Способ введения газа в жидкость с использованием сепаратора (4^v, 4^vi) по любому из пп. 1-10, в котором первый газ (2) вводят в жидкость (1), после введения последней в сепаратор (4^v, 4^vi), через первую линию (11'') подачи газа.

12. Способ по п. 11, в котором второй газ (2') вводят в жидкость (1), после введения последней в сепаратор (4^v, 4^vi), через вторую линию (11', 11^v) подачи газа.

13. Способ по п. 11 или 12, в котором первый и/или второй газ (2, 2') представляет собой СО₂.

14. Способ по п. 11 или 12, причем способ представляет собой карбонизацию напитка, в частности пива.