УСТАНОВКА ДЛЯ ОСВЕТЛЕНИЯ СОКОВ И ВИНОМАТЕРИАЛОВ В НЕПРЕРЫВНОМ ПОТОКЕ Российский патент 1995 года по МПК C12H1/06 A23L2/70 

Изобретение относится к оборудованию для осветления соков и виноматериалов и может быть использовано в пищевой промышленности и виноделии.

Известна установка для осветления соков и виноматериалов в непрерывном потоке, содержащая емкости для неосветленного сырья и адсорбента, связанные технологическими трубопроводами, снабженными насосам и со всасывающими и нагнетательными патрубками и дозаторами с узлом смешения, снабженным закрепленным на его корпусе источником ультразвуковых колебаний, гидроциклон с входным патрубком и патрубками отвода осветленного сырья и осадка, расположенными в верхней и нижней частях гидроциклона соответственно (авт.св. СССР N 294494, кл. С 12 Н 1/06, 1972).

Недостатками этого устройства являются неравномерное распределение адсорбента в сырье, высокая энергоемкость, связанная с диссипацией ультразвука при передаче в сырье через стенку емкости, и некачественное отделение осадка из-за возможности его гидродинамического выноса потоком осветленного сырья.

В предлагаемой установке для осветления соков и виноматериалов в непрерывном потоке, содержащей емкости для неосветленного сырья и адсорбента, связанные технологическими трубопроводами, снабженными дозаторами, с узлом смешения, снабженным источником ультразвуковых колебаний, гидроциклон с входным патрубком и патрубками отвода осветленного сырья и осадка и насос со всасывающим и нагнетательным патрубками, согласно изобретению узел смешения выполнен в виде полой цилиндрической втулки с кольцевой канавкой на внутренней поверхности, которая сообщена с трубопроводом подачи неосветленного сырья, источник ультразвуковых колебаний снабжен стержневым концентратором продольных колебаний с осевым каналом и расположенным на линии нулевых смещений концентратора штуцером, сообщенным с трубопроводом подачи адсорбента, стержневой концентратор продольных колебаний размещен соосно в полой цилиндрической втулке с образованием кольцевого зазора, полость втулки соединена с всасывающим патрубком насоса, нагнетательный патрубок которого снабжен струнами из упругого материала, установленными непараллельно оси патрубка с возможностью регулировки степени их натяжения, и соединен с входным патрубком гидроциклона, расположенным тангенциально выше патрубка отвода осадка и ниже патрубка отвода осветленного сырья, причем на внутренней поверхности гидроциклона выполнена винтовая канавка, направление нарезки которой противоположно направлению закручивания потока входным патрубком гидроциклона.

Это позволяет снизить энергоемкость за счет исключения диссипации энергии ультразвуковых колебаний за счет их передачи непосредственно потоку и их генерирования в потоке суспензии без внешнего энерговвода, повысить равномерность распределения адсорбента по объему сырья за счет смешивания при распылении компонентов суспензии и повысить качество и надежность отделения осадка за счет исключения возможности его взмучивания и гидродинамического выноса турбулентным закрученным потоком в гидроциклоне.

Предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение на торцевой поверхности стержневого концентратора продольных колебаний соосной ему кольцевой канавки, проекция поперечного сечения которой на торцевую поверхность концентратора не превышает линейного размера канавки на этой поверхности.

Это позволяет повысить равномерность распределения адсорбента по объему сырья за счет их распыления по пересекающимся траекториям.

В другом предпочтительном варианте струны из упругого материала установлены в нагнетательном патрубке насоса в плоскостях его поперечного сечения без пересечения в канале патрубка.

Это позволяет повысить энергоемкость автоколебаний струн и эффективность коагуляции и отделения взвесей.

Также возможна установка струн непараллельно одна другой без пересечения в канале патрубка.

Это позволяет повысить равномерность ультразвуковой обработки сырья при коагуляции взвесей за счет дополнительной турбулизации потока суспензии созданием неравномерного гидравлического сопротивления по длине нагнетательного патрубка насоса, что повышает надежность коагуляции и отделения взвесей.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение винтовой канавки на внутренней поверхности гидроциклона с выпуклым профилем поперечного сечения, проекция которого на внутреннюю поверхность гидроциклона больше линейного размера на той же поверхности, при этом желательно, чтобы эта проекция выступала за линию поперечного сечения на внутренней поверхности гидроциклона со стороны патрубка отвода осадка.

Это позволяет повысить надежность сепарирования осадка от потока осветляемого сырья за счет сокращения его взмучивания.

На фиг.1 показана схема установки; на фиг.2 представлен разрез узла смешения; на фиг.3 изображен разрез нагнетательного патрубка насоса, на фиг.4 разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 разрез гидроциклона.

Установка для осветления соков и виноматериалов в непрерывном потоке содержит емкости 1 и 2 для неосветленного сырья и адсорбента соответственно, связанные технологическими трубопроводами 3 и 4 с дозаторами 5 и 6 с кольцевой канавкой 7 втулки 8 и штуцером 9 стержневого концентратора 10 источника 11 ультразвуковых колебаний узла смешения соответственно. Полая цилиндрическая втулка 8 соединена трубопроводом 12 со всасывающим патрубком 13 насоса 14, нагнетательный патрубок 15 которого соединен с входным патрубком 16 гидроциклона 17, выполненного с патрубками 18 и 19 отвода осветленного сырья и осадка соответственно. Концентратор 10 продольных колебаний узла смешения установлен в полости втулки 8 соосно с образованием кольцевого зазора 20 и выполнен с осевым каналом 21 и соосной ему канавкой 22 на торцевой поверхности, на которой проекция поперечного сечения кольцевой канавки 22 не превышает линейного размера. Штуцер 9 размещен на линии нулевых смещений концентратора 10 и сообщен с его осевым каналом 21. В нагнетательном патрубке 15 насоса 14 натянуты струны 23 из упругого материала, установленные в плоскости его поперечного сечения непараллельно одна другой без пересечения в канале патрубка 15 и непараллельно его оси с возможностью регулировки степени натяжения приспособлением 24. На внутренней поверхности гидроциклона 17 выполнена винтовая канавка 25, направление нарезки которой противоположно направлению закручивания потока входным патрубком 16, который расположен тангенциально между патрубками 18 и 19. Канавка 25 выполнена с выпуклым профилем поперечного сечения, проекция которого на внутреннюю поверхность гидроциклона 17 больше линейного размера на этой же поверхности и выступает за линию со стороны патрубка 19 отвода осадка.

Установка работает следующим образом.

Обрабатываемое сырье, например виноматериал Ркацители, и адсорбент, например бентонит, из емкостей 1 и 2 по трубопроводам 3 и 4 в соотношении, заданном дозаторами 5 и 6, подают в узел смешения, где сырье поступает в канавку 7 втулки 8, заполняет ее, образуя гидравлический затвор, и вступает в контакт с боковой поверхностью стержневого концентратора 10 продольных колебаний, колеблемого от источника 11 ультразвуковых колебаний, а адсорбент через штуцер 9, расположенный на линии нулевых смещений концентратора 10 продольных колебаний для исключения диссипации ультразвука в трубопроводе 4, попадает в осевой канал 21 концентратора 10. Под действием продольных колебаний концентратора 10 от источника 11 ультразвука, разрежения, возникающего у торцевой поверхности концентратора 10, и эжекции на выходе из кольцевого зазора 20 в трубопровод 12 сырье через зазор 20 по боковой поверхности, а адсорбент по осевому каналу 21 концентратора 10 поступают к его торцевой поверхности, попадают в кольцевую канавку 22, с разных боковых сторон которой благодаря форме поперечного сечения распыляются в пересекающихся направлениях с диспергированием сырья до размера капель до 0,1 мкм, а адсорбента до отдельных частиц, что обеспечивает мгновенное смешивание сырья с адсорбентом с высокой равномерностью распределения адсорбента по объему сырья. При распылении сырье и адсорбент становятся носителями ультразвуковой волны, которая при смешивании компонентов обеспечивает начало коагуляции и седиментации взвесей в получаемой суспензии, которая по патрубку 13 всасывается из трубопровода 12 в насос 14, из которого при пульсирующем давлении, создаваемым любым насосом 14, поступает в его нагнетательный патрубок 15, проходя через который поток суспензии взаимодействует с натянутыми в нем струнами 23. Срыв турбулентных потоков со струн 23 и пульсация давления суспензии на выходе из насоса 14 независимо от собственной частоты приводят к возникновению в струнах 23, натянутых непараллельно оси патрубка 15, автоколебаний, частота которых определяется по известной формуле: ω_n= (1) где ω собственная частота колебаний струн, Гц;
F_so сила натяжения струны, Н;
l длина струны, м;
ρ_l- линейная плотность материала струны, кг/м;
n номер гармоники, но ρ_l= ρ_v (2) где d диаметр струны, м;
ρ_v- объемная плотность материала струны, кг/м³;
m масса струны, кг;
Преобразуют выражение (I): = (3)
Подставив (2) в (3), получают = (4) но по определению σ (5) где σ- напряжение нормального растяжения в струне, Н/м². Подставив (5) в (4), получают = (6) Преобразуют выражение (6) σ (7) Несущая способность струны определяется условием σ=[σ] (8) где [σ] предельно допустимое значение напряжения нормального растяжения, Н/м², которое равно [σ] (9) где σ_т- предел текучести материала струны, Н/м²;
[S] запас прочности. Подставив (8) и (9) в (7) и преобразовав, получают [l] · (10) Уравнение (10) позволяет определить предельно допустимое значение длины струны [l] применяемой в данной установке. При расчете следует учитывать, что наиболее энергоемкой является первая гармоника собственных колебаний, поэтому при расчете предельно допустимой длины струны 23 для получения максимального КПД коагуляции взвесей следует принимать n 1, максимальная нагрузка на струну 23 соответствует максимальной частоте колебаний, поэтому при расчете предельно допустимой длины струны 23 следует брать максимальное значение частоты ультразвука из технологического интервала. Далее выбирают длину струны 23 меньше предельно допустимого значения, рассчитанного по формуле (10), для которого по уравнению F_so= (11) определяют усилие натяжения струн 23, задаваемое приспособлением 24, для получения заданного значения частоты автоколебаний в первой гармонике. Генерируемые струнами 23 колебания передаются потоку суспензии, завершая в нем коагуляцию и седиментацию взвесей, причем скорость и эффективность этих процессов пропорциональны энергоемкости генерируемых колебаний, которая в свою очередь пропорциональна количеству струн 23 в канале патрубка 15. Пересечение струн 23 в канале патрубка 15 не допускается для исключения взаимного гашения автоколебаний соприкасающихся струн 23. Установка струн 23 в плоскости поперечного сечения патрубка 15 обеспечивает равномерность обработки потока суспензии по сечению, а их непараллельная установка равномерность по объему за счет дополнительной турбулизации потока суспензии созданием неравномерного по длине гидравлического сопротивления патрубка 15. Из нагнетательного патрубка 15 насоса 14 поток с коагулированными взвесями через патрубок 16 тангенциально подается в гидроциклон 17, в котором в виде закрученного потока поднимается по его внутренней поверхности. В поле центробежных сил закрученного потока частицы коагулированных взвесей отходят к его периферии, попадают в канавку 25 и оседают в ней. Направление нарезки канавки 25 и форма ее поперечного сечения обеспечивают надежную сепарацию осадка и его стекание в нижнюю часть гидроциклона 17. Взмучивание и гидродинамический вынос отсепарированного осадка сведены до минимума за счет оседания отсепарированного осадка в поле гравитационных сил в части канавки 25, обращенной к патрубку 19, которая проецируется на боковую поверхность гидроциклона 17 за линией поперечного сечения, что минимизирует возможное воздействие на осадок восходящего потока разделенной суспензии. По мере подъема по гидроциклону 17 сырье освобождается от осадка, оседающего в канавке 25 при каждом ее пересечении потоком, и в осветленном виде удаляется из гидроциклона 17 через патрубок 18, а осадок по канавке 25 стекает в нижнюю часть гидроциклона 17 за патрубок 16, что позволяет выводить его из гидроциклона 17 через патрубок 19 непрерывно или периодически после отстаивания, когда надосадочная жидкость может быть возвращена в цикл.

Таким образом, предлагаемая установка обладает сниженной энергоемкостью за счет снижения диссипации ультразвука, позволяет равномерно распределить адсорбент по объему обрабатываемого сырья и надежно и качественно отделять осадок от осветленного сырья без дополнительного энерговвода.

Использование: в пищевой промышленности и виноделии для осветления соков и виноматериалов. Сущность изобретения: установка содержит емкости для неосветленного сырья и адсорбента, связанный с ними технологическими трубопроводами с дозаторами узел смешения, снабженный источником ультразвуковых колебаний, гидроциклон с входным патрубком и патрубками отвода осветленного сырья и осадка, расположенными соответственно в верхней и нижней частях гидроциклона, и насос со всасывающим и нагнетательным патрубками. Узел смешения выполнен в виде полой цилиндрической втулки с кольцевой канавкой, которая сообщена с трубопроводом подачи неосветленного сырья. Источник ультразвуковых колебаний снабжен стержневым концентратом продольных колебаний с осевым каналом и расположенным на линии нулевых смещений штуцером, сообщенным с трубопроводом подачи адсорбента. Стержневой концентратор продольных колебаний размещен соосно в полой цилиндрической втулке с образованием кольцевого зазора. Полость втулки сообщена посредством трубопровода со всасывающим патрубком насоса. В нагнетательном патрубке насоса непараллельно его оси с возможностью регулировки степени их натяжения установлены струны из упругого материала. Входной патрубок гидроциклона смонтирован тангенциально выше патрубка отвода осадка и ниже патрубка отвода осветленного сырья и соединен с нагревательным патрубком насоса. На внутренней поверхности гидроциклона выполнена винтовая канавка, направление нарезки которой противоположно направлению закручивания потока входным патрубком гидроциклона. 5 з. п. ф лы, 5 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ОСВЕТЛЕНИЯ СОКОВ И ВИНОМАТЕРИАЛОВ В НЕПРЕРЫВНОМ ПОТОКЕ, содержащая емкости для неосветленного сырья и адсорбента, связанный с ними технологическими трубопроводами с дозаторами узел смешения, снабженный источником ультразвуковых колебаний гидроциклон с входным патрубком и патрубками отвода осветленного сырья и осадка, расположенными соответственно в верхней и нижней частях гидроциклона, и насос со всасывающим и нагнетательным патрубками, отличающаяся тем, что узел смешения выполнен в виде полой цилиндрической втулки с кольцевой канавкой, которая сообщена с трубопроводом подачи неосветленного сырья, источник ультразвуковых колебаний снабжен стержневым концентратором продольных колебаний с осевым каналом и расположенным на линии нулевых смещений штуцером, сообщенным с трубопроводом подачи адсорбента, стержневой концентратор продольных колебаний размещен соосно в полой цилиндрической втулке с образованием кольцевого зазора, полость втулки сообщена посредством трубопровода со всасывающим патрубком насоса, в нагнетательном патрубке которого установлены непараллельно его оси с возможностью регулировки степени их натяжения струны из упругого материала, при этом входной патрубок гидроциклона смонтирован тангенциально выше патрубка отвода осадка и ниже патрубка отвода осветленного сырья и соединен с нагнетательным патрубком насоса, а на внутренней поверхности гидроциклона выполнена винтовая канавка, направление нарезки которой противоположно направлению закручивания потока входным патрубком гидроциклона. 2. Установка по п.2, отличающаяся тем, что на торцевой поверхности стержневого концентратора продольных колебаний выполнена соосная с ним кольцевая канавка, проекция поперечного сечения которой на торцевую поверхность не превышает линейного размера канавки на этой же поверхности. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что струны из упругого материала установлены в нагнетательном патрубке насоса в поперечных ему плоскостях без пересечения в канале патрубка. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что струны из упругого материала установлены в нагнетательном патрубке насоса непараллельно одна другой без пересечения в канале патрубка. 5. Установка по пп.1 4, отличающаяся тем, что винтовая канавка выполнена таким образом, что профиль ее поперечного сечения является выпуклым, а его проекция на внутреннюю поверхность гидроциклона больше линейного размера на той же поверхности. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что канавка выполнена таким образом, что проекция поперечного сечения канавки на внутреннюю поверхность гидроциклона выступает за его линию на той же поверхности со стороны патрубка отвода осадка.