1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29883
(51) A23L 2/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/1403.1
(22) 21.10.2013
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(72) Алтайулы Сагымбек; Алтаев Тельжан
Сагымбекулы; Игнатов Валерий Ефимович; Шахов
Сергей Васильевич
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Евразийский
национальный университет имени Л.Н. Гумилева"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) SU 1250241 A1 15.08.1986
RU 2246882 C2 27.02.2005
RU 2159058 C2 20.11.2000
(54) АППАРАТ ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ
ЖИДКОСТЕЙ ГАЗОМ
(57) Изобретение относится к устройствам для
насыщения воды и напитков газами,
преимущественно кислородом или диоксидом
углерода, и может быть использована в
пивобезалкогольной промышленности и других
отраслях промышленности, применяющих
насыщение или подачу газов в жидкости.
Технической задачей изобретения является
повышение эффективности процесса насыщения
воды и напитков газами за счет мелкого
диспергирования газа в жидкости, увеличение
газосодержания двухфазного потока вследствие
повышения коэффициента инжекции и улучшения
смешивания газовой и жидкой фаз в камере
смещения инжектора и увеличения
продолжительности контакта газовой и жидкой фаз
в насадочной колонне.
Поставленная техническая задача достигается
тем, что в аппарате, содержащей емкость с
установленным в верхней части инжектором,
включающим основное и дополнительное сопла,
установленные коаксильно, снабженным
патрубками подвода газа и жидкости,
отличающийся тем, что основное и дополнительное
сопла установлены внутри корпуса и снабжены
выходными трубками из пористой
металлокерамики, образующими кольцевое
жидкостное сопло, а дополнительное сопло и корпус
образуют кольцевой газовый канал. Аппарат может
быть снабжен насадочной колонной, установленной
в нижней части емкости, по оси которой
расположена камера смещения инжектора.
(19)KZ(13)B(11)29883

2. 29883
2
Изобретение относится к устройствам для
насыщения воды и напитков газами,
преимущественно кислородом или диоксидом
углерода, и может быть использовано в
пивобезалкогольной промышленности и других
отраслях промышленности, применяющих
насыщение или подачу газов в жидкости.
Известен комплекс оборудования для
осуществления способа приготовления
бутилированной кислородонасыщенной питьевой
воды [Патент Германии №1047826 С02F 1/68 (НКИ
BG7D 1/00 Н4С), Производство питьевой воды
длительного хранения, разлитой в бутыли,
насыщенной кислородом в виде воздуха
(кислородом и углекислым газом), 16.10.1998 г.],
включающий установку насыщения питьевой воды
кислородом, состоящую из последовательно
соединенных накопительных напорных емкостей
(колонн) для сбора и обработки воды
кислородосодержащим газом под давлением,
вспомогательного оборудования для поддерживания
в установке насыщения воды кислородом
избыточного давления и пониженной температуры,
установки розлива и закупорки
кислородонасыщенной воды в бутыли,
подсоединенной трубопроводом к установке
насыщения питьевой воды кислородом.
Недостатками комплекса оборудования для
осуществления способа являются:
- высокая энергоемкость и материалоемкость
оборудования для насыщения питьевой воды
кислородом;
- возможность попадания микроорганизмов при
розливе кислородонасыщенной воды в бутылки при
их герметизации пробками (бутыли
обеззараживаются от микроорганизмов до операции
розлива);
- возможность возгорания в кислороде при
избыточном давлении машинного масла, пары
которого могут попасть из вспомогательного
оборудования в установку насыщения питьевой
воды кислородом.
Известен комплекс для осуществления способа
приготовления бутилированной
кислородонасыщенной воды [Патент РФ №2246882,
A23L 2/54, С25В 1/04, 27.08.2003], включающий
систему насыщения воды кислородом, которая
состоит из эжекционно-флотационной системы,
содержащей соединенные циркуляционно-
проточным трубопроводом основной насос, эжектор
и флотационную колонну, соединенной
парогазовым трубопроводом с системой получения
парогазовой смеси, состоящей из соединенных
эрлифтным циркуляционно-проточным
трубопроводом газожидкостного сепаратора,
емкости водного раствора электролита и
плазмохимотронного аппарата, синтезирующего
кислородосодержащую парогазовую смесь, при этом
система получения парогазовой смеси через
флотационную колонну подсоединена к
циркуляционно-проточному трубопроводу
кислородонасыщенной воды в системе подачи и
розлива кислородонасыщенной воды в бутылки,
которая содержит вспомогательный насос, эжектор,
соединенный парогазовым трубопроводом с
системой получения парогазовой смеси, и аппарат
розлива кислородонасыщенной воды в бутылки,
выполненный с возможностью подачи их в аппарат
розлива транспортером и последующим
перемещением заполненных кислородонасыщенной
водой бутылок транспортером в аппарат
закупоривания бутылок пробками.
Недостатками комплекса являются недостаточно
высокое качество, полученной питьевой воды,
высокие энергетические и материальные затраты как
на подготовку кислородосодержащей парогазовой
смеси, так и на процесс насыщения, а также имеет
место загрязнение кислородосодержащей
парогазовой смеси парами щелочи.
Наиболее близким по технической сущности и
достигаемому эффекту является устройство для
осуществления способа газирования жидкости
[Патент РФ №1250241 A23L 2/00, С12М 1/02,
27.04.82], содержащее емкость с циркуляционным
контуром, установленные в верхней части емкости
смеситель и инжектор, сопло которого соединено с
напорным трубопроводом циркуляционного
контура, при этом инжектор выполнен с
дополнительным соплом, имеющим кольцевую
форму, установленным коаксиально основному
соплу и соединенным с напорным трубопроводом
циркуляционного контура.
Недостатком данного аппарата является
недостаточно эффективное смешивание газовой и
жидкой фаз вследствии отсутствия камеры
смешения, неглубокое проникновение двухфазной
струи в жидкость, большие потери энергии на
трение в кольцевом сопле, что приводит к
неэффективному растворению газа в жидкости,
особенно кислорода, являющегося трудно
растворимым газом.
Технической задачей изобретения является
повышение эффективности процесса насыщения
воды и напитков газами за счет мелкого
диспергирования газа в жидкости, увеличение
газосодержания двухфазного потока вследствии
повышения коэффициента инжекции, улучшения
смешивания газовой и жидкой фаз в камере
смешения инжектора и увеличения
продолжительности контакта газовой и жидкой фаз
в насадочной колонне.
Поставленная техническая задача изобретения
достигается тем, что в аппарате, содержащей корпус
с установленным в его верхней части инжектором,
включающем основное и дополнительное сопла,
установленные коаксиально, и снабженным
патрубками подвода газа и жидкости,
отличающийся тем, что основное и дополнительное
сопла установлены внутри корпуса и снабжены
выходными трубками из пористой
металлокерамики, образующими кольцевое
жидкостное сопло, а дополнительное сопло и корпус
образуют кольцевой газовый канал, при этом
аппарат может быть снабжен насадочной колонной,
и установленой в нижней части емкости, по оси
которой расположена камера смешения инжектора.

3. 29883
3
Технический результат заключается в
повышение эффективности процесса насыщения
жидкости газом за счет мелкого диспегирования
газовой фазы в жидкой при подаче газа через
пористые металлокерамические трубки в
движущуюся с большой скоростью жидкость,
повышения газосодержания двухфазного потока
вследствии повышения коэффициента инжекции,
обусловленного уменьшением потерь энергии в
сопле за счет образования на поверхности
металлокерамических трубок газового слоя и
пузырьковой структуры двухфазного потока,
выходящего из кольцевого сопла, улучшения
смешивания газовой и жидкой фаз в камере
смешения и увеличения продолжительности
контакта газовой и жидкой фаз в насадочной
колонне.
На фиг.1 представлена схема аппарата для
насыщения жидкостей газом.
Аппарат для насыщения воды и напитков газами
(фиг.1) содержит колонку насыщения 1 с
инжектором 2, установленным в верхней ее части и
включающим рабочее сопло и камеру смешения 3. В
нижней части емкости 1 установлена насадочная
колонна 4, заполненная контактными элементами 5.
Камера смешения инжектора 3 установлена по оси
насадочной колонны.
Аппарат имеет патрубки подвода жидкости 6 и
газа 7, соединенные с рабочим соплом инжектора 2.
Рабочее сопло инжектора включает газовое 8 и
дополнительное жидкостное 9 сопла, установленные
коаксиально внутри корпуса 12. Сопла снабжены
выходными трубками 10 и 11 из пористой
металлокерамики, образующими кольцевое сопло
для подачи насыщаемой жидкости. Дополнительное
сопло с металлокерамической трубкой 11 образуют
с корпусом 12 кольцевой канал для подачи газа.
Аппарат для насыщения воды и напитков газами
работает следующим образом. Насыщаемая
жидкость под давлением 0,4... 1,0 МПа подается по
патрубку 6 в дополнительное жидкостное сопло 9 и
далее проходит по кольцевому соплу, образованное
пористыми металлокерамическими трубками 10 и 11
со скоростью 20...28 м/с. Растворяемый газ подается
по патрубку 7 в газовое сопло 8 и кольцевой канал,
образованный трубкой 11 и корпусом 12.
В соответствии с уравнением Бернулли
статическое давление жидкости в кольцевом сопле
уменьшается и газ поступает через поры
металлокерамических трубок 10 и 11 в виде мелких
пузырьков в жидкость, протекающую с большой
скоростью по кольцевому жидкостному соплу.
Мелкодиспергированная газовая фаза равномерно
распределяется в жидкости. Двухфазный поток
приобретает пузырьковую структуру. На
поверхностях трубок 10 и 11 со стороны жидкости
образуется газовый слой, значительно снижающий
потери энергии на гидравлическое сопротивление
при течении жидкости по кольцевому каналу.
Кольцевая струя двухфазного потока, имеющего
пузырьковую структуру, с большой скоростью
поступает в камеру смешения и инжектирует газ из
газового сопла 8 и через зазор между рабочим
соплом 2 и камерой смешения 3 - из газового
пространства камеры 1. За счет высокой скорости
двухфазный поток в камере смешения 3 приобретает
пенную структуру с высокоразвитой поверхностью
массопередачи. Духфазный поток поступает под
насадочную колонну 4, равномерно распределяется
по ее сечению и поднимается вверх. Колонна
работает в режиме эмульгирования. Жидкость
насыщается газом до требуемой концентрации.
Жидкость с нерастворившимися пузырьками газа
переливается через верхний край колонны,
выдерживается в кольцевой камере для
стабилизации и подается на фасование или к
потребителю. В емкости 1 поддерживается
избыточное давление. Нерастворившийся газ из
газового пространства емкости 1 рециркулирует в
инжекторе и частично может выбрасываться в
атмосферу для избежания снижения парциального
давления растворяемого газа в газовой смеси при
выделении из воды и напитков растворенного азота.
Преимущества аппарата для насыщения
жидкостей газом заключаются в том, что:
- установка основного газового и
дополнительного жидкостного сопел внутри
корпуса и снабжение их выходными трубками из
пористой металлокерамики, образующими
кольцевое жидкостное сопло, и образование
дополнительным соплом и корпусом кольцевого
газового канала обеспечивает мелкое
диспегирование газа в воде и напитках при подаче
газа через пористые металлокерамические трубки в
движущуюся с большой скоростью жидкость,
высокую эффективность процесса насыщения за
счет увеличения коэффициента инжекции и,
соответственно, газосодержания двухфазного
потока и образования пенной структуры, а также
эффективной турбулизации двухфазного потока в
камере смешения;
- насадочная колонна, работающая в режиме
эмульгирования, позволяет осуществлять
рациональную организацию процесса с получением
продукта со стабильно высокой концентрацией
растворенного газа.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Аппарат для насыщения жидкостей газом,
содержащий емкость с установленным в верхней
части инжектором, включающим основное и
дополнительное сопла, установленные коаксиально,
снабженным патрубками подвода газа и жидкости,
отличающийся тем, что основное и
дополнительное сопла установлены внутри корпуса
и снабжены выходными трубками из пористой
металлокерамики, образующими кольцевое
жидкостное сопло, а дополнительное сопло и корпус
образуют кольцевой газовый канал.
2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он
снабжен насадочной колонной, установленной в
нижней части емкости, по оси которой находится
камера смешения инжектора.

4. 29883
4
Верстка А. Сарсекеева
Корректор К. Нгметжанова