Теоретичне обґрунтування

У нашій країні для деаерації і насичення двооксидом вуглецю води, не змішаної з купажним сиропом, виготовляються автоматичні

установки-сатуратори Е6-АССМ, АСМ, АСК-1, РЗ-ВСВ і ін. Усі сатуратори аналогічні по конструкції і принципу дії і розрізняються тільки продуктивністю і габаритами.

Деталі устаткування, що стикаються з продуктом, виготовляються з нержавіючої чи сталі покриваються спеціальними антикорозійними покриттями.

Насичена двооксидом вуглецю вода із сатураційної установки подається на розливну машину, на якій наливається в пляшки, заповнені дозою купажного сиропу. Наповнені пляшки закорковуються й у машині-змішувачі кілька разів перевертаються для змішування сиропу з водою.

4.1 Сатуратор АСМ призначений для безупинного насичення питної води двооксидом вуглецю. Деаерація води в сатураторі здійснюється двома способами:

спочатку з деаератора за допомогою водоструминного насоса відкачується частина повітря до розрідження 0,05 МПа, а далі повітря частково віддаляється вже із сатураційної колонки шляхом зниження парціального тиску при витистисканні повітря двооксидом вуглецю.

Машинно-апаратурна схема сатуратора АСМ показана на рис.12. Всі апарати і комунікаційні вузли в установці змонтовані на одній плиті і забезпечені приладами контролю й автоматики.

Деаератор 7 являє собою циліндричну ємність зі сферичним днищем і кришкою. У верхній її частині розміщений власне деаератор, усередині якого розташований поплавковий регулятор рівня води 2 із золотником 5 і сферичні тарілки 3, по яких стікає тонким шаром вода, що піддається деаерації. За допомогою водоструминного ежектора 11 у деаераторі створюється розрідження і відсмоктування деякої кількості повітря, що виділяється з води.

Водоструминний ежектор 11 працює в такий спосіб. У нижній частині деаератора розташована допоміжна ємність, наповнена технічною водою, що за допомогою насоса 25 подається в ежектор 11, куди засмоктується повітря з деаератора і суміш повітря з технічною водою повертається назад у допоміжну судину, і так цикл повторюється безупинно.

Вода після деаерації насосом 22 перекачується в сатураційну колонку 6, що представляє собою рознімну посередині циліндрична ємність. Сатураційна колонка також розділена на дві частин: верхню, у якій відбувається насичення води двооксидом вуглецю, і нижню, що є збірником води, насиченої СО₂.

Вода нагнітається в сатураційну колонку насосом 22 через форсунки 27 і конічний відбивач 20, рівномірно розприскується по поверхні решітки 19.

Рис. 12. Машинно-апаратурна схема сатуратора АСМ

1 - деаератор; 2 - поплавковий регулятор рівня води; 3 - сферичні тарілки; 4 - вакуумметр; 5 - золотник; 6 - сатураційна колонка; 7 - манометр; 8 - запобіжний клапан; 9, 10 - покажчики рівня; ІІ - ежектор; 12 - штуцер; 13 - труба; 14, 15 - датчики; 16 - водяний затвор; 17 - вентиль; 18 - керамічні кільця; 19 - решітка; 20 - відбивач; 21- форсунки; 22 - насос; 23, 24 - електродвигун; 25-насос

Далі вода стікає тонким шаром по поверхні керамічних кілець 18, що заповнили об’єм верхньої частини сатураційної колонки. Двооксид вуглецю подається по трубі 13, барботує крізь шар води і заповнює газовий простір сатураційної колонки. Вода, що надходить у сатураційну колонку, розприскується форсунками 27 і, стікаючи тонким шаром по керамічних кільцях, здобуває велику поверхню контакту з двооксидом вуглецю, при температурі 5-6°С інтенсивно насичується газом.

Оскільки весь простір сатураційної колонки заповнено двооксидом вуглецю, парціальний тиск у ньому мізерний, що сприяє виділенню з води розчиненого в ній повітря. Повітря, що виділяється з води, легше двооксиду вуглецю, тому він збирається у верхній частині колонки і через регульований вентиль 17 і водяний затвор 16 викидається в атмосферу.

За допомогою датчиків 14 і 15, встановлених у нижній частині сатураційної колонки, регулюється рівень газованої води в колонку, так, наприклад, при зниженні рівня води до датчика 14 включається електродвигун 23 насоса 22, що нагнітає воду в колонку, а при підйомі рівня до датчика 15 електродвигун зупиняється. У днище колонки встановлений штуцер 72 з вентилем для відбору газованої води.

Спостереження і контроль за роботою установки здійснюються за допомогою наступних приладів: на деаераторі вакуумметром 4 і покажчиком рівня 9, а на сатураційній колонці манометром 7, запобіжним клапаном 8 і покажчиком рівня 10. Продуктивність сатуратора АСМ 1500 л/год.

4.2 Сатуратор АСК-1 відрізняється від сатуратора АСМ тим, що деаерація води відбувається винятково за рахунок зниження парціального тиску повітря без вакуумування. Сатураційна установка АСК-1 (рис. 13) складається з наступного основного устаткування: деаераційної колонки 12, сатураційної колонки 11, поршневого двоциліндрового насоса 20, шафи з пусковою апаратурою.

Деаератор 12 являє собою циліндричну ємність, що складається з трьох частин, між якими розташовуються розділові конуси.

Кожен розділовий конус складається з діафрагми 17, похилої трубки 14, лійки 18 і тарілки 15. На кришці сатуратора мається клапан 10 для відводу суміші повітря і двооксиду вуглецю до диференціального клапана насоса 20.

Сатуратор 11 являє собою циліндричну ємність, усередині якого умонтована вертикальна труба з ґратчастими дисками 3. Угорі сатураційна колонка заповнена насадкою 6 з керамічних кілець і призначена для насичення води двооксидом вуглецю. Нижня частина колонки є збірником насиченої двооксидом вуглецю води. Колонка забезпечена збірником 7 суміші повітря і двооксиду вуглецю, манометром 8, запобіжним клапаном 5, редукційним клапаном 4 для двооксиду вуглецю, покажчиком рівня води 22, електричними датчиками рівня води 19, патрубками 1 для подачі води в сатуратор, штуцером 2 для відбору газованої води і штуцером 9 для відводу газової суміші.

Профільтрована й охолоджена до температури 4-7°С вода подається в сатуратор поршневим насосом 20 через водоструминний насос 21, що відсмоктує надлишок двооксиду вуглецю із сатураційної колонки 11 і подає її разом з водою в деаераційну колонку 12. У деаераційній колонці вода рухається знизу нагору, причому СО₂, що не встиг розчинитися у воді, прагне заповнити простір під діафрагмою 17. Але оскільки в цьому просторі кількість повітря незначна, то його парціальний тиск над водою теж незначний, тому повітря, що виділяється з води, прагне заповнити цей газовий простір. В міру заповнення газовою сумішшю простору під діафрагмою 17 рівень води починає знижуватися і, коли досягне нижнього кінця похилої трубки 14, газова суміш проскакує у верхню частину деаераційної колонки, проходить до діафрагмового клапана 16 і далі в атмосферу.

Рис. 13. Машинно-апаратурна схема сатуратора АСК-1

1 - патрубок для подачі води в сатуратор; 2 - штуцер для відбору газованої води; 3 - ґратчасті диски; 4 - редукційний клапан; 5 - запобіжний клапан; 6 - насадка; 7- збірник газоповітряної суміші; 8 - манометр; 9 - штуцер для відводу газової суміші; 10 - клапан; 11 - сатураційна колонка; 12 - деаератор; 13 - зворотний клапан; 14 - похила трубка;15 - тарілки; 16 - діафрагмовий клапан; 17 - діафрагма; 18 - лійка;19 - датчик рівня; 20 - насос; 21 - водоструминний насос; 22 – покажчик рівня

На сатурацію вода з деаераційної колонки нагнітається по трубопроводу зі зворотним клапаном 13 у нижню частину сатураційної колонки. У сатураційній колонці вода проходить крізь отвори ґратчастих дисків 3, інтенсивно перемішується із СО₂ і поступово його розчиняє. Піднімаючи нагору по центральній трубі, вода переливається через металеву сітку вниз на керамічні кільця насадки 6, додатково насичуючи СО₂.

Насичена СО₂ вода збирається в нижній частині сатураційної колонки, відкіля через штуцер 2 направляється на розливну машину.

Рівень газованої води в сатураційній колонці регулюється електричним датчиком 19. Двооксид вуглецю подається в сатураційну колонку через редукційний клапан 4, що знижує тиск газу до 0,6 МПа.

Газоповітряна суміш, що утвориться в обох колонках, скидається в атмосферу через діафрагмовий насос 20. Продуктивність сатуратора АСК-1 3000 л/год.