ОСАДИТЕЛЬНАЯ ЦЕНТРИФУГА Российский патент 1996 года по МПК B04B1/20 B04B11/02 C12G1/02 

Изобретение относится к оборудованию для осветления и стабилизации виноградных соков и виноматериалов.

Известна осадительная центрифуга,включающая корпус со сборниками фугата и шлама,установленный в корпусе цилиндроконический ротор, имеющий отверстия для выгрузки фугата и шлама в сборники, расположенный в роторе соосно цилиндроконический шнек, барабан которого имеет окна для прохода исходной суспензии в коническую часть ротора, размещенную внутри барабана шнека питающую трубу и средство для подачи ускорителя флокуляции, сообщенное с полостью барабана шнека ( заявка Японии N 2-17956, кл. B 04 В 1/20,1990 )
Недостатками этого устройства являются высокий расход ускорителя флокуляции при его однонаправленном использовании на соединение частиц твердой фазы и невозможность стабилизации виноградного сырья от выпадения в процессе хранения кристаллического осадка солей винной кислоты.

Задачей изобретения является сокращение расхода ускорителя флокуляции и обеспечение осаждения в процессе осветления солей винной кислоты за счет использования ускорителя флокуляции для охлаждения исходной суспензии и генерирования в ней ультразвуковых колебаний.

Указанная задача решается тем, что в осадительной центрифуге,включающей корпус со сборниками фугата и шлама, установленный в корпусе цилиндроконический ротор, имеющий отверстия для выгрузки фугата и шлама в сборники, расположенный в роторе соосно цилиндроконический шнек, барабан которого имеет окна для прохода исходной суспензии в коническую часть ротора, размещенную внутри барабана шнека питающую трубу и средство подачи ускорителя флокуляции, согласно изобретению указанное средство содержит расположенную в корпусе камеру, заполненную жидкой углекислотой, используемой в качестве ускорителя флокуляции,ее источник, размещенный вне корпуса и подключенный к камере,и обечайку с отверстиями, размещенную в камере в зоне контакта с ротором, при этом длина камеры составляет 2/3 от длины цилиндрической части ротора, и стенка ротора в зоне камеры имеет отверстия,причем витки шнека укреплены на цилиндрической части барабана с наклоном к отверстиям для выгрузки фугата,а отверстия ротора и обечайки выполнены по соосным окружностям в одинаковой плоскости таким образом, что только одно отверстие ротора и обечайки расположено на одном радиусе, а другие отверстия на разных радиусах от оси вращения ротора.

Это позволяет при флокуляции твердой фазы за счет смерзания при кристаллизации на ней части двуокиси углерода одновременно охлаждать исходную суспензию за счет испарения части двуокиси углерода, дополнительно ускорить флокуляцию повышением локальной концентрации твердой фазы при ее флотационном всплытии под действием газовой фазы двуокиси углерода и коагуляции в поле механических ультразвуковых колебаний, возникающих в результате фазового перехода и пульсирующей подачи двуокиси углерода, выделить при охлаждении из виноградного сырья соли винной кислоты с ускоренным образованием крупных кристаллов в поле ультразвуковых колебаний при наличии центров кристаллизации в виде кристаллов твердой фазы двуокиси углерода и твердой фазы исходной суспензии.

На фиг. 1 показан продольный разрез центрифуги; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Осадительная центрифуга содержит корпус 1, разделенный перегородками на сборник 2 фугата, камеру 3, заполненную жидкой углекислотой, и сборник 4 шлама. Сборники 2 и 4 снабжены патрубками 5 и 6 отвода фугата и шлама соответственно, а камера 3 соединена патрубком 7 с источником 8 подачи жидкой двуокиси углерода. В корпусе 1 установлен полый цилиндроконический ротор 9, имеющий отверстия 10 и 11 для выгрузки фугата и шлама соответственно в сборники 2 и 4 корпуса 1.В полости 12 ротора 9 соосно расположен с возможностью противоположного вращения полый цилиндроконический шнек с барабаном 13 и винтовой навивкой 14, витки которой укреплены на цилиндрической части барабана 13 с наклоном к отверстиям 10 для выгрузки фугата. Полость 15 барабана 13 шнека сообщена с полостью 12 ротора 9 окнами 16 для прохода исходной суспензии в коническую часть ротора 9. В полости 15 барабана 13 шнека размещена питающая труба 17. Длина камеры 3 корпуса 1 составляет 2/3 длины А цилиндрической части ротора 9, стенка которого в зоне камеры 3 выполнена с отверстиями. В камере 3 в зоне контакта с ротором 9 установлена обечайка 18 с отверстиями. Отверстия 19 ротора 9 и отверстия 20 обечайки 18 выполнены по соосным окружностям в одной плоскости таким образом, что только одно отверстие ротора 9 и обечайки 18 расположено на одном радиусе, а другие отверстия на разных радиусах от оси вращения ротора 9.

Центрифуга работает следующим образом.

Исходную суспензию в виде виноградного сусла или виноматериал по питающей трубе 17 подают в полость 15 барабана 13 шнека,откуда она поступает под действием центробежных сил через окна 16 в полость ротора 9 и распределяется в виде пленки по его внутренней поверхности на цилиндрической части в поле центробежных сил.

Одновременно из источника 8 по патрубку 7 в камеру 3 корпуса 1 подают жидкую двуокись углерода при температуре, близкой к температуре сырья, и давлении выше атмосферного, обеспечивающем ее жидкое фазовое состояние при этой температуре, которая под действием собственного избыточного давления поступает в полость 12 ротора 9 при периодическом совпадении отверстий 19 и 20 ротора 9 и обечайки 18, осуществляя барботаж обрабатываемой суспензии. На выходе из отверстий 19 ротора 9 двуокись углерода попадает в зону атмосферного давления, подвергается адиабатному расширению,увеличивая скорость истечения, и частично испаряется с поглощением теплоты. При перекрытии обечайкой 18 отверстий 19 ротора 9 происходит турбулентный срыв струи двуокиси углерода с образованием и схлопыванием кавитационных полостей. Это и фазовый переход двуокиси углерода приводят к образованию в обрабатываемой суспензии пульсаций давления с ультразвуковой частотой, что ускоряет коагуляцию твердой фазы.

Поглощение теплоты при адиабатном расширении и испарении двуокиси углерода в суспензии приводят к образованию в ней мелкодисперсной твердой фазы двуокиси углерода и охлаждению суспензии.

Кристаллизация твердой фазы двуокиси углерода происходит предпочтительно в зонах ее соприкосновения с частицами твердой фазы обрабатываемой суспензии,что ускоряет их спонтанную флокуляцию в поле центробежных сил.

Охлаждение суспензии приводит к резкому падению растворимости в ней солей винной кислоты и образованию их пересыщенного раствора, при этом они выкристаллизовываются из пересыщенного раствора на центрах кристаллизации в виде мелкодисперсной твердой фазы двуокиси углерода или на частицах твердой фазы самой суспензии, что дополнительно ускоряет их флокуляцию.

Равномерность охлаждения суспензии обеспечивается высокой скоростью ввода жидкой двуокиси углерода в сырье в поле центробежных сил, создаваемом вращением ротора 9, при которой создается турбулентный режим течения пленки суспензии на внутренней поверхности ротора 9 и в жидкой или газовой фазе двуокиси углерода, в каплях или пузырьках которой возникают пульсации объема в поле ультразвуковых колебаний и тороидальные потоки, что увеличивает скорость обновления поверхности контакта фаз и ускоряет теплообмен. В результате при характерных для данной конструкции устройства числах Рейнольдса, равных 100-1000, осредненные по времени числа Нуссельта выходят на значение 20-30, что подтверждает интенсификацию теплообмена в обрабатываемой суспензии.

Под действием пузырьков газовой фазы двуокиси углерода происходит захват и флотационный вынос мелкодисперсной фракции твердой фазы суспензии в осевую часть текущей в поле центробежных сил пленки суспензии, где создается локальное увеличение концентрации твердой фазы, облегчающее ее флокуляцию.

Для исключения возможности выноса фугатом мелкодисперсной фракции твердой фазы суспензии витки навивки 14 на цилиндрической части барабана 13 шнека закреплены с наклоном к отверстиям 10 для выгрузки фугата. Их взаимодействие с частицами твердой фазы приводит к их возврату к периферии потока суспензии в направлении, перпендикулярном набегающей поверхности витков в сторону конической части ротора 9 и барабана 13 шнека, для повторной обработки ультразвуковыми колебаниями и ускорителем флокуляции до увеличения массы и падения гидравлического сопротивления до значений, при которых не происходит флотационное всплытие под действием пузырьков газовой газы двуокиси углерода.

Разделение укрупненных частиц твердой фазы и жидкой фазы суспензии происходит при перемещении твердой фазы навивкой 14 шнека против направления центробежных сил в коническую часть ротора 9 и ее выходе через отверстия 11 и сборник 4 корпуса 1 в патрубок 6. Жидкая фаза противотоком перемещается в сторону отверстий 10, где на участке сплошной части ротора 9 в поле центробежных сил происходит отделение газовой фазы двуокиси углерода, удаляемой совместно с твердой фазой. Затем осветленное и стабилизированное сырье через отверстия 10, сборник 2 корпуса 1 и патрубок 5 выводят из центрифуги.

Длина сплошной части цилиндрического участка ротора 9, равная половине длины его участка с отверстиями 19, выбрана такой для обеспечения полной дегазации жидкой фазы.Уменьшение длины сплошной части приводит к сохранению в осветленном сусле или виноматериале газовой фазы двуокиси углерода, а увеличение не приводит к получению какого-либо положительного результата, при этом относительное уменьшение длины части ротора 9 с отверстиями 19 приводит к выносу мелкодисперсной фракции твердой фазы или к неоправданному увеличению энергоемкости при увеличении массы и инерционности ротора 9.

Таким образом, за счет возможности комбинированного воздействия ускорителя флокуляции как хладагента, перемешивающего агента, сшивающего агента, источника центров кристаллизации, источника создания ультразвуковых колебаний и флотатора данная конструкция центрифуги обеспечивает сжижение его удельного расхода и создает возможность стабилизации виноградных соков и виноматериалов от выпадения кристаллического осадка солей винной кислоты в процессе хранения за счет их выделения и удаления из сырья одновременно с его осветлением.

Использование: в пищевой промышленности, а именно виноделии и консервной промышленности при обработке виноградного сусла или виноматериала. Сущность: осадительная центрифуга включает корпус, установленный в нем цилиндроконический ротор, расположенный внутри него цилиндроконический шнек, барабан которого имеет окна для прохода исходной суспензии в коническую часть ротора, питающую трубу и средство для подачи ускорителя флокуляции. Это средство содержит расположенную в корпусе камеру, заполненную жидкой углекислотой, используемой в качестве ускорителя флокуляции, ее источник, размещенный вне корпуса и подключенный к камере, и обечайку с отверстиями, расположенную в камере в зоне контакта с ротором. Длина камеры составляет 2/3 от длины цилиндрической части ротора, а его стенка в зоне камеры имеет отверстия. Отверстия ротора и обечайки выполнены по соосным окружностям в одной плоскости таким образом, что только одно отверстие ротора и обечайки размещено на одном радиусе, а другие отверстия - на разных радиусах от оси вращения ротора. 2 ил.

Осадительная центрифуга, включающая корпус со сборниками фугата и шлама, установленный в корпусе цилиндроконический ротор, имеющий отверстия для выгрузки фугата и шлама в сборники, расположенный в роторе соосно цилиндроконический шнек, барабан которого имеет окна для прохода исходной суспензии в коническую часть ротора, размещенную внутри барабана шнека питающую трубу и средство для подачи ускорителя флокуляции, отличающаяся тем, что указанное средство содержит расположенную в корпусе камеру, заполненную жидкой углекислотой, используемой в качестве ускорителя флокуляции, ее источник, размещенный вне корпуса и подключенный к камере, и обечайку с отверстиями, расположенную в камере в зоне контакта с ротором, при этом длина камеры составляет 2/3 от длины цилиндрической части ротора и его стенка в зоне камеры имеет отверстия, причем витки шнека укреплены на его цилиндрической части с наклоном к отверстиям для выгрузки фугата, а отверстия ротора и обечайки выполнены по соосным окружностям в одной плоскости таким образом, что только одно отверстие ротора и обечайки размещено на одном радиусе, а другие отверстия на разных радиусах от оси вращения ротора.