Пневмоакустическое распылительное устройство

Пневмоакустическое распылительное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4Ш. В 05 В 17/06

Г

,л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3673312/23-05 (22). 15.12.83

У (46) 15.02.85. Бюл. № б (?2) Ю. В. Агафонов, Ф. Н. Чегодаев и П. Т. Якимов (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии (53) 66.069.83 (088.8) (56). 1, Авторское свидетельство СССР № 307255, кл. В 05 В 17/06, !969.

2.. Авторское свидетельство СССР № 5950!5, кл. В 05 В 17/06, 1976 (прототип).

„„SU„„1139518 А (54) (57) ПНЕВМОАКУСТИЧЕСКОЕ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЛСТВО, 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 повышения 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. Е

1139518

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 (Ц.

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 распределительной головки затрудняет ее стерилизацию, т.е. прогрев частей устройства и находящегося в них газа до высоких температур .(100—

140 C) что сужает область применения данного распылителя, например, в микробиологической промышленности.

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 нишах 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 снижеУстройство снабжено размещенным в полости емкости 4 резонатора диском 6, за40 крепленным на стержне 3 с возможностью поворота в вертикальной плоскости, укрепленным на штыре 7 и выполненным со смеI щенным к его периферии центром тяжести, при этом днище 5 резонатора выполнено с отверстиями 8, а штырь 7 установлен в от45 верстиях боковои стенки емкости 4 (не показано).

Ось 00 поворота диска 6 размещена между центром тяжести О, диска на расстоянии от него и его геометрическим центром 0 .

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

Зо

35 нию производительности и экономичности фермента ционного 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 — повышение надежности работы устройства в а септических 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 днищем, 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 вь полнего 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— вид 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.

1139518 с поверхности (нища 5 отверстия 8 выполнены в кольцевой конической выточке.

В центральной части диска 6 выполнено отверстие 13 с диаметром d, большим диаметра d» участка 8, но меньшим диаметра d остальной части стержня 3 (4,

Вследствие этого обеспечивается поворот диска 6 в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси на острый угол до контакта его внешней поверхности с буртиком

14 на стержне 3 под действием крутящего момента Gf, 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 крышка 18 корпуса выполнена с отверстиями 18 для выхода пеногасителя внутрь аппарата 19, на верхнем 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

2! 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 ЗО по кольцу, ограниченному его наружным диаметром D и диаметром стержня 3. При этом, для обеспечения возможности поворота диска 6 внутри емкости 4, ее внутренний диаметр Р» выполнен немного больше диаметра

D диска (Р» > D) .

Верхняя поверхность 6 разделена осью поворота 00 на две.неравные площади S» и 5а, причем S»>Sq. При воздействии давление P струи газа на обе площади возникает неравенство сил давления и крутящих мо- 40 ментов относительно оси 00, т.е. P» =PS> РЯ = Р и Р а > Р Ъ, где а и Ь вЂ” расстояние соответственно от геометрических центров площадей S» u Sq до оси поворота 00.

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 Gf+ P Ь в одном направлении относительно оси 00 был меньше крутящего мо- ро мента Р »а в противоположном направлении, т.e. P, a Gf+ Рг Ь.

Для фиксации поворота диска 6 в горизонтальном положении служит ограничитель

27, укрепленный на периферии диска 6 со стороны центра тяжести О» 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 него, в том числе и распылителя, образуется конденсат, скапливающийся в нижней части аппарата.

В момент проведения стерилизации распылитель находится в нерабочем положении, т.е. нет подачи в него сжатого газа и химического пеногасителя. При этом диск 6 под действием крутящего момента М повернут на острый угол a.. В таком положении диска 6 образующиеся капли конденсата легко скатываются с его наклонной поверхности 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 только кольцевой зазор между ним и стенкой емкости 4, то большая часть капель конденсата, образующаяся на диске 6, задерживалась бы на его горизонтальной поверхности 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 пеногаситель. 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 н оказывает газодинамическое давление на поворотный диск 6. Под действием суммарного крутящего момента Р, а — Gf — Р, Ь диск 6 поворачивается в направлении, противоположном направлению действия крутящего момента (ландо упора ограничителя 27 в буртик 28. Диск 6 принимает рабочее (гори1139518 зонтальное) 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 ус ройства в асептических условиях путем исключения в конструкции застойных зон и надежного прогрева и стерилизации всех его полостей. Повышение надежности работы приводит к уменьшению выхода некондиционного продукта, т.е. к повышению производительности оборудования и экономичности процесса в целом.

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

B качестве базового объекта для сравнения с предлагаемым устройством было взято устройство для подачи химического пеногасителя при производстве 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

15 выращивании культуры Вас. thuruvqiensis

var gallerial в аппарат вместимостью 63 м в течение процесса подается 150 — 160 л пеногасителя АС-60. При применении предлагаемого устройства для того же процесса

20 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

25 его качество.

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

1139518

Редактор Н. Воловик

Заказ 49/8

Составитель A. Чал-Борю

Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Тираж 689 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от крытий.

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4