Устройство для озонирования жидкости

 

Использование: пищевая и другие отрасли промышленности, санитария, в частности стерилизация жидкостей. Сущность изобретения: устройство для озонирования жидкости содержит последовательно соединенные средства для подготовки атмосферного воздуха к озонированию, генератор озона и контактные камеры. Генератор озона представляет собой герметичный корпус с патрубком для ввода воздуха, расположенные внутри корпуса по меньшей мере одну цилиндрическую реакционную камеру с размещенным внутри нее продольно-цилиндрическим источником ультрафиолетового излучения и соединенный с ней трубчатый коллектор-смеситель. Камера имеет зеркальную внутреннюю поверхность, в стенках камеры и коллектора выполнены входные отверстия для воздуха и по щелевому отверстию для соединения камеры и коллектора между собой посредством переходника. Камера снабжена отражателями, расположенными внутри нее с зазором напротив каждого входного отверстия, коллектор соединен с контактными камерами посредством патрубков. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для стерилизации различных жидкостей и может быть использовано как в перерабатывающей промышленности, так и на животноводческих комплексах, в частности, на предприятиях молочной промышленности.

Озон, полученный на производственных установках, является нестабильным газом, значительно разбавленный воздухом. С практической точки зрения концентрировать, хранить и транспортировать такой газ представляется неэкономичным и даже рискованным, если учесть свойственную озону взрывчатость. Поэтому полученный озон, как показала практика, должен сразу же расходоваться.

Известно устройство для озонирования жидкости, содержащее установленную в корпусе проточную камеру, выполненную в виде набора кварцевых трубок с турбулизаторами, и источник ультрафиолетового излучения, установленный над проточной камерой и снабженный пусковой и управляющей аппаратурой.

Недостаток этого устройства заключается в его низкой эффективности из-за того, что поглощение ультрафиолетового излучения имеет место только в тонком поверхностном слое жидкости.

Известно также устройство для озонирования жидкости, содержащее последовательно соединенные компрессор, ресивер, блок очистки, охлаждения и осушки атмосферного воздуха, генератор озона и контактные камеры. В этом устройстве используются генераторы озона, работа которых основана на возбуждении барьерного разряда в пластинчатой или трубчатой электродной системах. Так, пластинчатая электродная система представляет собой установленные с зазором друг относительно друга чередующиеся плоские электроды высокого и низкого напряжения. На поверхности электродов одного или обоих типов нанесен слой диэлектрика, а сами электроды подключены к высоковольтному источнику переменного тока. Для быстрого и полного смешивания большого количества жидкости с озонированным воздухом, последний вводится в толщу жидкости в виде мельчайших пузырьков. Барботирование озонированного воздуха осуществляется либо с помощью пористых или перфорированных диффузоров, либо с помощью гидравлического эмульсатора, либо с помощью ротационного эмульсатора. Известный генератор озона обеспечивает концентрацию озона в воздухе 4-20 г/м³ или 0,3-1,43% по массе.

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно имеет значительные весогабаритные характеристики, а из-за наличия высоковольтного источника требуются не только специальные меры защиты, но и высокая квалификация обслуживающего персонала. Известное устройство, обладая высокой производительностью, является дорогостоящим и сложно в эксплуатации.

В основу изобретения поставлена задача разработать устройство для озонирования жидкости с таким генератором озона, конструктивное выполнение которого обеспечило бы при высокой производительности устройства снижение весогабаритных параметров и упрощение условий эксплуатации.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве для озонирования жидкости, содержащем последовательно соединенные средства для подготовки атмосферного воздуха к озонированию, генератор озона и контактные камеры, согласно изобретению, генератор озона выполнен в виде размещенных внутри герметичного корпуса, по крайней мере одного продольно-цилиндрического источника ультрафиолетового излучения, расположенного в цилиндрической реакционной камере с отражателями и переходником, и трубчатого коллектора-смесителя, снабженного по крайней мере одним щелевым отверстием и по крайней мере одним рядом сквозных отверстий, расположенных вдоль его образующей, причем каждая цилиндрическая зеркальная камера снабжена системой входных отверстий и выходным щелевым отверстием, кромки которого сопряжены с кромками соответствующего щелевого отверстия трубчатого коллектора-смесителя через переходник, отражатели расположены внутри камеры напротив каждого входного отверстия и с зазором, полость герметичного корпуса связана со средствами для подготовки атмосферного воздуха к озонированию, а полость коллектора-смесителя соединена с контактными размерами через выходные патрубки.

Предпочтительно, чтобы линейные размеры отражателей в 1,1-1,3 раза превышали соответствующие линейные размеры входных отверстий, выполненных в цилиндрической камере.

Выгодно, чтобы ось продольно-цилиндрического источника ультрафиолетового излучения была расположена в продольной плоскости симметрии цилиндрической камеры, проходящей через середину ее щелевого отверстия, и на расстоянии от оси камеры, равном 0,31-0,35 радиуса кривизны ее внутренней поверхности.

Целесообразно, чтобы переходник был выполнен в виде щелевого конфузора с зеркальными стенками, а входные отверстия были выполнены симметрично относительно продольной плоскости симметрии камеры, проходящей через середину ее щелевого отверстия, в пределах центрального угла, равного 150-240^о.

Такое выполнение устройства для озонирования жидкости обеспечивает высокую производительность озона за счет того, что, во-первых, при выполнении зеркальной камеры с выходным щелевым отверстием легко обеспечивается требуемое соотношение между объемом реакционной зоны и объемной скоростью потока газовой среды, равное 10-20. Иными словами обеспечивается достаточное время для пребывания молекул кислорода в реакционной камере. Во-вторых, предложенное расположение источника ультрафиолетового излучения относительно камеры обеспечивает наибольшую плотность ультрафиолетового излучения в области щелевого отверстия, где температура газовой среды существенно ниже, чем вблизи источника ультрафиолетового излучения, а следовательно, в этой зоне в основном происходит реакция получения озона, а скорость реакции разрушения озона - минимальна.

Кроме того, наличие внутри камеры отражателей, размещенных перед входными отверстиями с зазором и имеющих определенные линейные размеры, позволяет не только исключить потери ультрафиолетового излучения, но и в сильной степени турбулизовать вводимую в реакционную камеру воздушную массу, а следовательно исключить возникновение застойных зон в реакционной камере, приводящих к снижению выхода озона за счет его разрушения.

Дополнительное увеличение КПД использования ультрафиолетового излучения может быть достигнуто выполнением переходника в виде щелевого конфузора с зеркальными стенками, так как за счет переотражения излучения, непровзаимодействующего с кислородом воздуха, генерация озона будет происходить не только в реакционной камере, но и по всей длине переходника.

Таким образом, перечисленные выше существенные признаки предложенного технического решения позволяют при равных с прототипом производительностях озона существенно уменьшить весогабаритные характеристики устройства с одновременным упрощением условий его эксплуатации устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - поперечный разрез генератора озона; на фиг. 3 - продольный разрез генератора озона; на фиг. 4 - разрез варианта выполнения генератора озона с несколькими источниками ультрафиолетового излучения.

Устройство для озонирования жидкости включает компрессор 1 с ресивером (или баллон с сжатым воздухом и с редуктором), блок 2 очистки и сушки атмосферного воздуха, генератор озона 3 и контактные камеры 4. Генератор озона 3 содержит герметичный корпус 5, патрубок 6 для подвода сжатого воздуха, цилиндрическую зеркальную камеру 7 с входными отверстиями 8 и выходным щелевым отверстием 9, отражатели 10, источник ультрафиолетового излучения 11, переходник 12, коллектор-смеситель 13 с отверстиями 14, заслонку 15 и выходные патрубки 16.

Устройство для озонирования жидкости работает следующим образом. Атмосферный воздух с помощью компрессора 1 нагнетается в ресивер до заданного давления, величина которого зависит от высоты столба жидкости в контактных камерах 4. Из ресивера атмосферный воздух поступает в блок 2 очистки и сушки. В ряде случае в состав блока 2 может быть включен и охладитель, так как для увеличения выхода озона температура газовой среды должна быть как можно ниже. Очищенный и осушенный воздух из блока 2 поступает через патрубок 6 в полость корпуса 5 генератора озона 3. Предназначенный для озонирования воздух поступает в реакционную камеру 7 через входные отверстия 8. Перед входными отверстиями 8 установлены отражатели 10, линейные размеры которых в 1,1-1,3 раза больше соответствующих линейных размеров входных отверстий 8. Благодаря отражателям 10 входящий в реакционную камеру воздух турбулизируется, что, во-первых, исключает возникновение застойных зон, а, во-вторых, препятствует воздействию на источник ультрафиолетового излучению прямых воздушных струй, нарушающих режим его работы. Предпочтительно входные отверстия 8 располагать на верхней половине камеры 7 в пределах центрального угла, равного 150-240^о, что увеличивает выход озона, так как в этом случае время пребывания молекул кислорода в реакционной камере максимально. Излучение от источника ультрафиолетового излучения 11 благодаря зеркальному покрытию на камере 7 и отражателях 10 многократно отражается и концентрируется вблизи выходного щелевого отверстия 9. Концентрация ультрафиолетового излучения обеспечивается выполнением зеркальной камеры 7 в виде кругового цилиндра, а также размещением источника ультрафиолетового излучения 11 на расстоянии, равном 0,31-0,35 радиуса кривизны камеры 7. В результате плотность энергии ультрафиолетового излучения будет максимальна в той области, где воздушная среда имеет низкую температуру за счет охлаждения на стенках камеры 7 и переходника 12. Для увеличения интенсивности охлаждения в этой зоне воздушной среды могут быть использованы любые известные средства: чернение поверхностей рефлектора 7 и переходника 12, обращенных внутрь корпуса 5, или выполнение на них оребрения. Клиноообразная форма переходника 12 и выполнение его внутренних стенок зеркальными также обеспечивает многократное переотражение ультрафиолетового излучения и, следовательно, обеспечивает более высокий выход озона.

Воздух, прошедший озонирование, поступает через щелевое отверстие, выполненное в коллекторе-смесителе 13, для последующего формирования требуемой концентрации озона в воздушной среде. Коллектор-смеситель 13 снабжен системой сквозных отверстий 14, через которые в него поступает воздух, не содержащий озон. Регулировка величины поступающего в коллектор-смеситель 13 воздуха, не содержащего озона, осуществляется с помощью поворотной заслонки 15, перекрывающей отверстия 14.

Полученная воздушная смесь, содержащая требуемое содержание озона, через выходные патрубки 16 поступает в контактные камеры 4. Диффузия озона в виде мельчайших пузырьков в толщу жидкости осуществляется либо с помощью эмульгатора, либо через сеть дырчатых труб, размещенных у основания контактных камер.

Предложенное техническое решение позволяет создавать компактные генераторы озона 3 (фиг. 4), имеющих несколько источников ультрафиолетового излучения 11, а следовательно обеспечивающие высокую производительность при малых габаритах и весе. Предложенное устройство просто в эксплуатации и может быть как стационарным, так и передвижным.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЗОНИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащее последовательно соединенные средства для подготовки воздуха к озонированию, генератор озона и контактные камеры, отличающееся тем, что генератор озона представляет собой герметичный корпус с входным патрубком для воздуха, расположенные внутри корпуса по меньшей мере одну цилиндрическую реакционную камеру с размещенным внутри нее продольно-цилиндрическим источником ультрафиолетового излучения и соединенный с ней трубчатый коллектор-смеситель, при этом камера снабжена отражателями, внутренняя ее поверхность выполнена зеркальной, а в стенках камеры и коллектора выполнены по меньшей мере по одному продольному ряду входных отверстий и по щелевому отверстию, отражатели расположены внутри камеры с зазором напротив каждого входного отверстия, соединение камеры и коллектора между собой выполнено посредством переходника, сопряженного с кромками соответственного щелевого отверстия камеры и коллектора, а полость коллектора соединена с контактными камерами посредством патрубков.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линейные размеры отражателей в 1,1 - 1,3 раза превышают соответствующие линейные размеры входных отверстий, выполненных в стенке камеры.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ось продольно-цилиндрического источника ультрафиолетового излучения расположена в продольной плоскости симметрии реакционной камеры, проходящей через середину ее щелевого отверстия на расстоянии от оси камеры, равном 0,31 - 0,35 радиуса кривизны ее внутренней поверхности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переходник выполнен в виде щелевого конфузора с зеркальными стенками.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входные отверстия выполнены симметрично относительно продольной плоскости симметрии реакционной камеры, проходящей через середину ее щелевого отверстия, в пределах центрального угла, равного 150 - 240^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4