УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕСУЛЬФИТАЦИИ СОКА Российский патент 1995 года по МПК C12G1/04 A23L2/70 

Изобретение относится к технике десульфитации виноградного сусла и плодово-ягодных соков и может быть использовано в виноделии и пищевой промышленности.

Известна установка для десульфитации сока, содержащая емкость для сульфитированного сока, соединенные с ней в рециркуляционный контур по жидкой фазе насос, средства для нагревания и распыления, выполненные в виде теплообменника и распылителя, и по газовой фазе циклон с охладителем в виде теплообменника, выход жидкой фазы которого соединен через ионообменник с емкостью для сульфитированного сока, а выход газовой фазы с эжектором, установленным в верхней части емкости с реагентом и соединенным с ней по жидкой фазе в рециркуляционный контур через насос, при этом емкость для реагента соединена выходом газовой фазы со входом циклона через емкость для сульфитированного сока.

Недостатками этой установки являются высокая энергоемкость, связанная с многократным выпариванием сока и отсутствием утилизации тепла его конденсации, низкая производительность из-за цикличности работы, связанной с низкой дисперсностью распыления сульфитированного сока при невозможности его полного перевода в газовую фазу, и низкая надежность сепарации жидкой фазы при отделении конденсата сока от сернистого ангидрида, что приводит к потере сока при его смешивании с реагентом.

Предлагаемая установка для десульфитации сока, содержащая емкость для сульфитированного сока, соединенные с ней последовательно средства для нагревания и распыления, циклон с охладителем, сообщенную с последним по газовой фазе через эжектор емкость с реагентом, при этом эжектор установлен в верхней части емкости с реагентом, которая соединена в рециркуляционный контур по жидкой фазе через насос с эжектором и по газовой фазе со входом циклона, согласно изобретению, снабжена емкостью для десульфитированного сока, соединенной с выходом жидкой фазы циклона, средство для нагревания и распыления включает источник ультразвука со стержневым концентратором продольных колебаний и средства подачи сульфитированного сока к его торцевой поверхности, а охладитель выполнен в виде газодинамической сирены, установленной непосредственно на входе циклона.

Это позволяет снизить энергоемкость установки за счет исключения из ее конструкции одного насоса, однократного нагрева и выпаривания сока при утилизации тепла нагрева на увеличение скорости гетерофазного потока в циклоне и коагуляцию в нем жидкой фазы конденсируемого сока, что одновременно повышает надежность отделения жидкой фазы и снижает потери сока в реагенте, а также увеличить производительность, сократив удельное время обработки сока, за счет обеспечения работоспособности установки в непрерывном режиме при полном испарении сульфитированного сока за счет увеличения дисперсности его распыления.

В предпочтительном варианте средства подачи сульфитированного сока к торцевой поверхности стержневого концентратора продольных колебаний выполнены в виде осевого канала в концентраторе и сообщенного с ним штуцера, расположенного на линии нулевых смещений стержневого концентратора продольных колебаний, желательно таким образом, что его ось перпендикулярна оси концентратора.

Это позволяет дополнительно снизить энергоемкость установки за счет использования разогрева сока механической энергии ультразвуковых колебаний концентратора, причем при вводе сока в его осевой канал под углом 90^о к его оси КПД передачи энергии колебаний концентратора соку оказывается максимальным.

Другим предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение средств подачи сульфитированного сока к торцевой поверхности стержневого концентратора продольных колебаний в виде полой обогреваемой цилиндрической втулки с радиальным каналом и размещение стержневого концентратора продольных колебаний в полости втулки с образованием зазора.

В этом случае конструкция средств нагревания и распыления обладает максимальной простотой и не требует высокой точности изготовления, но обеспечивает повышенную производительность по сравнению с предыдущим вариантом, хотя обладает несколько большей энергоемкостью.

В этом случае предусмотрена возможность выполнения на внутренней поверхности втулки, сообщенной с радиальным каналом кольцевой канавки.

Это обеспечивает максимальную производительность средств нагревания и распыления за счет увеличения сечения канала истечения сока и развития поверхности теплообмена.

Последним предпочтительным вариантом предусмотрена возможность выполнения источника ультразвука в виде магнитострикционного преобразователя с рубашкой жидкостного охлаждения, вход которой соединен с выходом емкости для сульфитированного сока, а выход со средствами подачи сульфитированного сока к торцевой поверхности стержневого концентратора продольных колебаний.

Это позволяет утилизировать тепло диссипативного разогрева источника ультразвука для нагрева сульфитированного сока и последующей сепарации конденсируемой в охладителе жидкой фазы сока, что дополнительно снижает энергоемкость установки.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки; на фиг.2 средства нагревания и распыления сульфитированного сока с осевым каналом в концентраторе, разрез; на фиг. 3 то же со средствами подачи сока в виде втулки с радиальным каналом, разрез; на фиг.4 то же с источником ультразвука в виде магнитострикционного преобразователя с рубашкой жидкостного охлаждения, разрез.

Установка для десульфитации сока содержит (фиг.1) емкость 1 для сульфитированного сока, соединенную последовательно со средствами 2 нагревания и распыления, охладителем в виде газодинамический сиренры 3, установленной непосредственно на входе циклона 4, соединенного выходом жидкой фазы с емкостью 5 десульфитированного сока, а выходом газовой фазы с эжектором 6, расположенным в верхней части емкости 7 с реагентом и соединенным с ней в рециркуляционный контур по жидкой фазе через насос 8. Выход газовой фазы емкости 7 соединен со входом газодинамической сирены 6.

Средства 2 нагревания и распыления содержат (фиг.2-4) источник 9 ультразвука со стержневым концентратором 10 продольных колебаний и средства подачи сульфитированного сока к его торцевой поверхности, которые могут быть выполнены в виде (фиг.2) осевого канала 11 в концентраторе 10 и сообщенного с ним штуцера 12. Ось штуцера 12 перпендикулярна оси концентратора 10. В другом случае (фиг. 3,4) средства подачи сульфитированного сока к торцевой поверхности концентратора 10 выполнены в виде полой цилиндрической втулки 13 с нагревателями 14 и радиальным подводящим каналом 15. Концентратор 10 установлен в полости втулки 13 с образованием зазора 16.

Желательно (фиг. 4) выполнение кольцевой канавки 17 на внутренней поверхности втулки 13, а источники 9 ультразвука в виде магнитострикционного преобразователя 18 с рубашкой 19 жидкостного охлаждения, входом соединенной с емкостью 1 для сульфитированного сока, а выходом со средствами подачи сульфитированного сока к торцевой поверхности конденсатора 10.

Установка работает следующим образом.

Сульфитированный сок подают самотеком из емкости 1 на торцевую поверхность стержневого концентратора 10 продольных колебаний средств 2 нагревания и распыления, колеблемого от источника 9 ультразвука. При этом сок может нагреваться за счет охлаждения магнитострикционного преобразователя 18 при проходе через рубашку 19 жидкостного охлаждения источника 9 ультразвука, а затем за счет диссипации ультразвуковых колебаний стержневого концентратора 10 при входе в осевой канал 11 через штуцер 12, расположенный на линии нулевых смещений концентратора 10 для исключения диссипации ультразвуковых колебаний в емкости 1, угол расположения которого к оси концентратора 10 позволяет получать максимальный энерговвод в сок при величине 90^о и минимальный при величине 45^о, а также при проходе по осевому каналу 11 концентратора 10.

Такие средства 2 нагревания и распыления обладают минимальной производительностью, ограниченной диаметром осевого канала 11, но минимальной энергоемкостью за счет наиболее полного использования энергии ультразвуковых колебаний при наивысшей степени точности изготовления и монтажа штуцера 12 и концентратора 10.

В другом варианте сок нагревается при прохождении через радиальный канал 15 втулки 13 энергией нагревателей 14 и через зазор 16 между внутренней поверхностью втулки 13 и боковой поверхностью концентратора 10.

Такая конструкция средств 2 нагревания и распыления обладает несколько повышенной энергоемкостью за счет внешнего энерговвода в нагреватели 14, но не требует точности изготовления при отсутствии контакта концентратора 10 с неподвижными частями установки. Производительность узла в этом случае зависит от эффективного диаметра канала 15 и достигает максимального значения при его равенстве внешнему диаметру концентратора 10 при 50%-ном заполнении зазора 16. Выполнение на внутренней поверхности втулки 13 кольцевой канавки 17, сообщенной с радиальным каналом 15 позволяет увеличить производительность средств 2 до 100%-ного заполнения зазора 16. При этом одновременно создается гидравлический затвор, исключающий эжекцию атмосферного воздуха в средства 2 нагревания и распыления, что повышает качество сока за счет исключения возможности окисления его компонентов.

По осевому каналу 11 в концентраторе 10 или по его боковой поверхности через зазор 16 сок поступает за счет эжекции, создаваемой на выходе из полости втулки 13 или канала 11 и разрежения у торцевой поверхности при продольных колебаниях концентратора 10 от источника 9 ультразвука, на торцевую поверхность концентратора 10, с которой происходит распыление сока с дисперсностью до 0,1 мкм, что даже при температуре около 30^оС приводит к его полному испарению.

Полученный поток газовой фазы из средств 2 нагревания и распыления поступает в газодинамическую сирену 3. Независимо от конструкции последней проход через нее газового потока приводит к его адиабатному расширению и генерированию в нем механических колебаний акустических частот. Адиабатное расширение газового потока приводит к преобразованию его потенциальной энергии в кинетическую, то есть к падению температуры потока с конденсацией жидкой фазы сока и аромата, и увеличению объема газовой фазы и скорости ее потока.

Сконденсированнаря мелкодисперсная жидкая фаза в газовом потоке, являющемся носителем волны колебаний акустической частоты, поступает в циклон 4 с высокой скоростью. Акустические механические колебания газового потока независимо от их частоты приводят к коагуляции жидкой фазы с увеличением размеров капель и снижением их гидравлического сопротивления. Газовый поток, закручиваемый в циклоне 4, создает поле центробежных сил, в котором по мере коагуляции, увеличения массы и потери гидравлического сопротивления жидкая фаза сока и аромата легко и надежно отделяется от газовой фазы сернистого ангидрида и остатков несконденсированного легколетучего аромата.

Отделенная от газового потока жидкая фаза десульфитированного сока и ароматических веществ отводится из циклона 4 в емкость 5 для десульфитированного сока.

Газовая фаза из циклона 4 поступает в эжектор 6, в котором смешивается с реагентом, сорбирующим или связывающим сернистый ангидрид, а затем в емкость 7 с реагентом. Из эжектора 6 жидкая фаза поступает в нижнюю часть емкости 7, откуда возвращается насосом 8 в эжектор 6 для более полного использования.

Очищенная от сернистого ангидрида газовая фаза несконденсированного аромата возвращается из емкости 7 с реагентом на вход газовой фазы газодинамической сирены 3 с целью повторного охлаждения, конденсации и возврата в сок.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет снизить энергоемкость процесса десульфитации сока за счет комплексного использования вводимой энергии, повысить производительность за счет ведения процесса в непрерывном потоке и повысить эффективность выделения жидкой фазы сока из газового потока, содержащего сернистый ангидрид, исключив газодинамический вынос сока в емкость с реагентом и его необратимые потери.

Использование: в виноделии и пищевой промышленности для десульфитации виноградного сусла и плодово-ягодных соков. Сущность изобретения: установка содержит емкость для сульфитированного сока, соединенные с ней последовательно средство для нагревания и распыления, циклон с охладителем, сообщенную с последним по газовой фазе через эжектор емкость с реагентом, при этом эжектор установлен в верхней части емкости с реагентом, которая соединена в рециркуляционный контур через насос с эжектором по жидкой фазе и по газовой фазе со входом циклона. Установка также содержит емкость для десульфитированного сока, соединенную с выходом жидкой фазы циклона. Средство для нагревания и распыления включает источник ультразвука со стержненым концентратором продольных колебаний и средства подачи сульфитированного сока к его торцевой поверхности, а охладитель выполнен в виде газодинамической сирены, установленной непосредственно на входе циклона. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕСУЛЬФИТАЦИИ СОКА, содержащая емкость для сульфитированного сока, соединенные с ней последовательно средство для нагревания и распыления, циклон с охладителем, сообщенную с последним по газовой фазе через эжектор емкость с реагентом, при этом эжектор установлен в верхней части емкости с реагентом, которая соединена в рециркуляционный контур через насос с эжектором по жидкой фазе и по газовой фазе с входом циклона, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью для десульфитированного сока, соединенной с выходом жидкой фазы циклона, средство для нагревания и распыления включает источник ультразвука со стержневым концентратором продольных колебаний и средства подачи сульфитированного сока к его торцевой поверхности, а охладитель выполнен в виде газодинамической сирены, установленной непосредственно на входе циклона. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средства подачи сульфитированного сока к торцевой поверхности стержневого концентратора продольных колебаний выполнены в виде осевого канала в концентраторе и сообщенного с ним штуцера, расположенного на линии нулевых смещений концентратора продольных колебаний. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что штуцер смонтирован таким образом, что его ось перпендикулярна оси стержневого концентратора продольных колебаний. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средства подачи сульфитированного сока к торцевой поверхности стержневого концентратора продольных колебаний выполнены в виде полой обогреваемой цилиндрической втулки с радиальным каналом, а стержневой концентратор продольных колебаний размещен в полости втулки с образованием зазора. 5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности втулки выполнена сообщенная с радиальным каналом кольцевая канавка. 6. Установка по любому из пп.1 5, отличающаяся тем, что источник ультразвука выполнен в виде магнитострикционного преобразователя с рубашкой жидкостного охлаждения, вход которой соединен с выходом емкости для сульфитированного сока, а выход со средствами подачи сульфитированного сока к торцевой поверхности концентратора продольных колебаний.