Пневмоакустическое распылительное устройство Советский патент 1985 года по МПК B05B17/06 

Изобретение относится к устройствам для разбрызгивания или распыления жидкостей или других текучих веществ с использованием ультразвуковых колебаний, а именно к устройствам для распыления химического пеногасителя в аппаратах, работающих при соблюдении асептических условий, например в микробиологической, медицинской и других смежных отраслях промышленности. Известен акустический распылитель, выполненный в виде корпуса с полостью для распыливающего агента и размещенный по оси резонатор в виде стержня с полостью для подачи раствора, на котором укреплена распределительная головка, снабженная коллектором с равномерно расположенными по окружности каналами для выхода раствора навстречу потоку распыливающего агента 1J. Однако данное устройство характеризуется невозможностью создания тонкого распыла, так как при подаче струи раствора в акустическое поле снизу вверх струя не распадается на отдельные капли. Кроме того наличие в конструкции узких каналов и замкнутой полости внутри распределнтель; ной головки затрудняет ее стерилизацию, т.е. прогрев частей устройства и находящегося в них газа до высоких температур .(100- 140°G), что сужает область применения данного распылителя, например, в микробиологической промыщленности. Известно наиболее близким к предлагаемому является пневмоакустическое распылительное устройство, содержащее вертикально установленный корпус, размещенную внутри него втулку с пропущенным в ней стержнем и закрепленный на стержне резонатор, выполненный в виде емкости с днищем 2. Однако известная конструкция пневмоакустического распылителя характеризуется невысокой надежностью в работе в асептических условиях, например, в аппаратах для выращивания микроорганизмов, которые не должны попадать в рабочий объем аппарата посторонние микрофлоры. Для обеспечения асептических условий внутренность аппарата стерилизуется паром при 100-140°С. При контакте пара с металлическими частями образуется конденсат, в котором могут содержаться посторонние микроорганизмы, попавшие в него с внутренних частей аппарата при образовании и стекании капель. Конденсат удаляется из аппарата через специальные патрубки, но если он задерживается в каких-либо плохо прогреваемых нищах и полостях внутри аппарата, то находящиеся в нем посторонние микроорганизмы в процессе выращивания определенной культуры могут попасть в нее и начать развиваться, в результате чего или резко снизится выход конечного продукта или вообще не будет получен продукт с заданными свойствами, что приводит к сниже18нию производительности и экономичности ферментационного оборудования. Кроме того, конденсат с посторонней микрофлорой скапливается в вертикальной полости резонатора и во время ферментационного процесса в.момент включения устройства струя газа, попадая в резонатор, выдувает из него конденсат, который вместе с находящейся в нем микрофлорой попадает в культуральную жидкость, что может привести к загрязнению культуры. Цель изобретения - повыщение надежности работы устройства в асептических условиях. Поставленная цель достигается тем, что пневматическое распылительное устройство, содержащее вертикально установленный корпус, размещенную внутри него втулку с пропущенным в ней стержнем и укрепленный на стержне резонатор, выполненный в виде емкости с днище.м, снабжено размещенным в полости емкости резонатора диском, укрепленным на стержне с возможностью поворота в вертикальной плоскости и выполненным со смещенным к его периферии центром тяжести, при этом днище резонатора выполнего с отверстиями, а ось поворота диска размещен между центром тяжести диска, и его геометрическим центром. На фиг. 1 изображено пневмоакустическое распылительное устройство; на фиг. 2 - вяд резонатора в исходном положении; на фиг. 3 - то же, в рабочем состоянии; на фиг. 4- вид днища резонатора. Пневматическое распылительное устройство содержит вертикально установленный корпус 1, размещенную внутри него втулку 2 с пропущенным в ней стержнем 3 и закрепленный на стержне 3 резонатор, выполненный в виде емкости 4 с днищем 5. Устройство снабжено размещенным в полости емкости 4 резонатора диском 6, закрепленным на стержне 3 с возможностью поворота в вертикальной плоскости, укрепленным на штыре 7 и выполненным со смещенным к его периферии центром тяжести, при этом днище 5 резонатора выполнено с отверстиями 8, а щтырь 7 установлен в отверстиях боковой стенки емкости 4 (не показано). Ось 00 поворота диска б размещена между центром тяжести О, диска на расстоянии t от него и его геометрическим центром Ог. Нижняя часть стержня 3 выполнена с участком 9 уменьшенного диаметра с наружной резьбой 10, а в емкости 4 напротив этого участка имеется внутренняя резьба 11. Днище 5 с отверстиями 8, одновременно навинчиваемое на резьбу 10 и 11 и гайка 12 на участке 9, служат для жесткого закрепления емкости 4 на стержне 3. Для обеспечения хорошего стекания капель конденсата

с поверхности /(нища 5 отверстия 8 выполнены в кольцевой конической выточке.

В центральной части диска 6 выполнено отверстие 13 с диаметром d, большим диаметра di участка 8, но меньшим диаметра d остальной части стержня 3 (). Вследствие этого обеспечивается поворот диска б в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси на острый угол до контакта его внешней поверхности с буртиком 14 на- стержне 3, под действием крутящего момента Gt создаваемого весом G диска 6 относительно оси поворота 00.

Кольцевое пространство 15 между корпусом 1 и втулкой 2 сообщается с патрубком 16 подачи химического пеногасителя, укрепленного на боковой поверхности корпуса 1, а нижняя крыщка 18 корпуса выполнена с отверстиями 18 для выхода пеногасителя внутрь аппарата 19, на йерхвем фланце 20 которого установлено распылительное устройство.

Внутренняя полость 21 втулки 2 в нижней части выполнена сужающейся и образует со стержнем 3 кольцевое сопло 22, через которое внутрь аппарата 19 в резонатор истекает сжатый газ, поступающий в полость 21 через подводящий патрубок 23 и отверстия 24 в горизонтальной опоре плите 25 стержня 3, укрепленной в расточке 26 верхней части втулки 3.

При истечении газа из сопла 22 он воздействует на верхнюю поверхность диска 6 по кольцу, ограниченному его наружным диаметром D и диаметром стержня 3. При этом, для обеспечения возможности поворЪта диска 6 внутри емкости 4, ее внутренний диаметр DIвыполнен немного больше диаметра D диска (Di D).

Верхняя поверхность 6 разделена осью поворота ОО на две неравные площади Si и Sa, причем . При воздействии давление Р струи газа на обе площади возникает неравенство сил давления и крутящих моментов относительно оси ОО, т.е. Р5г Рд и , где а и Ь - расстояние соответственно от геометрических центров площадей Sj и 5г до оси поворота ОО. Для осуществления автоматического поворота диска 6 в рабочее (горизонтальное) положение при подаче газа через сопло 22 в вертикальную емкость 4 его давление выбирают таким, чтобы суммарный крутящий момент в одном направлении относительно оси ОО был меньше крутящего момента Pi-a в противоположном направлении, т.е. Pi-a - Gt+Pzb.

Для фиксации поворота диска 6 в горизонтальном положении служит ограничитель 27, укрепленный на периферии диска 6 со стороны центра тяжести Oi и выступающий за его пределы. При повороте ограничитель 27 контактирует с поверхностью кольцевого

буртика 28, выполненного на внутренней поверхности емкости 4.

Пневмоакустическое распылительное устройство работает следующим образом.

В период подготовки аппарата 19 к процессу выращивания микроорганизмов производят его тепловую стерилизацию путем подачи пара внутрь аппарата 19. При этом на стенках аппарата 19 и на поверхностях различных устройств, находящихся внутри

0 него, в том числе и распылителя, образуется конденсат, скапливающийся в нижней части аппарата.

В момент проведения стерилизации распылитель находится в нерабочем положении,

5 т.е. нет подачи в него сжатого газа и химического пеногасителя. При этом диск 6 под действием крутящего момента GE повернут на острый угол л . В таком положении диска 6 образующиеся капли конденсата легко скатываются с его наклонной поверхности

0 и вертикальных поверхностей стержня 3 и емкости 4 на днище 5, а с него капли по конической выточке и отверстия 8 падают на дно аппарата 19. Если бы диск 6 резонатора оставался неподвижным и существовал

5 только кольцевой зазор между ним и стенкой емкости 4, то большая часть капель конденсата, образующаяся на диске 6, задерживалась бы на его горизонтальной noBepxjtJOcти и тем самым не обеспечивалось условие удаления конденсата, который легко проходит через конструкцию резонатора в процессе стерилизации, обеспечивая тем самым хороший процесс удаления конденсата.

В течение.процесса культивирования микроорганизмов наступают моменты, когда уровень пены, образующийся в результате барботирования слоя жидкости газом, достигает критического уровня и во избежание выброса пены, а значит и продукта из аппарата 19 на слой пены через распылительное устройство, подают химический пенога0 ситель. Сигнал на включение и выключение устройства может поступать от контактного датчика уровня пены, чувствительный элемент которого может быть установлен внутри аппарата на критическом уровне.

Для осуществления распыла химического

пеногасителя одновременно с его подачей через патрубок 16 в кольцевое пространство 15 включают магистраль подвода сжатого газа, связанную через подводящий патрубок 23 с внутренней полостью 21 втулки 2. Сжатый газ истекает из сопла 22 в кольцевое пространство между стержнем 3 и емкостью 4 и оказывает газодинамическое давление на поворотный диск 6. Под действием суммарного крутящего момента а-Gf-Р Ъ

диск 6 поворачивается в направлении, противоположном направлению действия крутящего момента GEдo упора ограничителя 27 в буртик 28. Диск 6 принимает рабочее (горизонтальное) положение, формируя при этом вместе с внутренней стенкой емкости 4 резонаторную полость. В пространстве между нижней крышкой 17 корпуса распылителя и емкостью 4 возникают акустические колебания, энергия которых передается каплями (струйками) химического пеногасителя, попадающими в это пространство через отверстия 18, в результате чего происходит диспергирование капель жидкости до размера аэрозольных частиц, которые выводятся из зоны их образования в окружающее пространство и на пену отработанным газом. При попадании частиц химического пеногасителя на всю поверхность пенного слоя происходит быстрое его разрушение и оседание. При опускании пены ниже критического уровня датчик уровня пены выдает сигнал на выключение распылителя.

Предлагаемое выполнение пневмоакустического распылительного устройства .обеспечивает повышение надежности работы устройства в асептических условиях путем исключения в конструкции застойных зон и надежного прогрева и ст илизации всех его полостей. Повышение надежности работы приводит к уменьщению выхода некондиционного продукта, т.е. к повышению производительности оборудования и экономичности процесса в целом.

Устройство позволяет резко снизить рас.ход дорогостоящего химического пеногасителя в течении всего процесса выращивания микроорганизмов, что не только повышает экономичность процесса, но и приводит к улучшению качества конечного продукта.

В качестве базового объекта для сравнения с предлагаемым устройством было взято устройство для подачи химического пеногасителя при г роизводстве средств защиты растений, представляющее собой установленный на верхней крышке аппарата вентиль с патрубком, из которого струя химического пеногасителя падает на слой пены.

При использовании базового объекта при выращивании культуры Вас. thurunqiensis var galleriai в аппарат вместимостью 63 м-3 в течение процесса подается 150-160 л пеногасителя АС-60. При применении предлагаемого устройства для того же процесса расход пеногасителя АС-60 снижается до 30 л, т.е. в 5 раз. Это дает не только большую экономию дорогостоящего химического пеногасителя, но одновременно улучшает массообменные характеристики процесса и условия сушки продукта, а также повышает его качество.

Годовая экономия потребителя для одного 63 м аппарата при использовании предлагаемого устройства сокращения расхода химического пеногасителя составляет 75700 руб. в год.

ПНЕВМОАКУСТИЧЕСКОЕ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее вертикально установленный корпус, размещенную внутри него втулку с пропущенным в ней стержнем и закрепленный на стержне резонатор, выполненный в виде емкости с днищем, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности работы устройства в асептических условиях, оно снабжено размещенным в полости емкости резонатора диском, закрепленным на стержне с возможностью поворота в вертикальной плоскости и выполненным со смещенным к его периферии центром тяжести, при этом днище резонатора выполнено с отверстиями, а ось поворота диска размещена между центром тяжести диска и его геометрическим центром. (Л СлЭ со С71 СХ)

Фигл