УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИОКОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ЖИДКИХ И ПАСТООБРАЗНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Российский патент 1999 года по МПК F25C1/14 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству соков, вина и виноматериалов, концентрированного детского питания и т.п., в том числе пектинов, биоматериалов и медицинских препаратов, и может быть использовано в пищевой, винодельческой, медицинской и биотехнологических отраслях промышленности.

Известен льдогенератор для производства чешуйчатого льда (А.с. 213044, СССР), выполненный в виде вертикального цилиндра с патрубками для подвода хладагента и отвода его паров, приводного вала, связанного с распределителем жидкости на наружной поверхности теплообменного цилиндра и ножом для съема льда с его поверхности, причем нож для съема льда выполнен подпружиненным. К недостаткам известного устройства следует отнести перемещение ножа только по выделенной креплением ножа поверхности цилиндра при фиксированном расстоянии от ножа до поверхности намораживания.

Известны кристаллизаторы косвенного охлаждения (ПАП Ласло. Концентрирование вымораживанием: Пер. с венг. /Под ред. О.К.Комякова. М., 1982), в которых на поверхности вертикального неподвижного цилиндра с внутренним охлаждением непрерывно образуется из стекающего продукта слой льда, который снимается скребковыми неподвижными или подвижными ножами. К недостаткам таких аппаратов следует отнести низкую интенсивность намораживания кристаллов льда из-за сохранения на поверхности теплообмена "остаточного" слоя льда, служащего дополнительным термическим сопротивлением и ухудшающего теплопередачу через охлаждаемую стенку.

Целью настоящего изобретения ставится увеличение производительности устройства по криоконцентрированному продукту путем ускоренного проведения кристаллизации воды из продукта в виде льда на поверхности охлаждения при ускоренном намораживании льда и его максимального удаления (скалывания) с поверхности охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом устройстве для криоконцентрирования жидких и пастообразных пищевых продуктов (в дальнейшем - устройство) предусмотрены вертикальные трубы с патрубками для подвода хладагента и отвода его паров, ванна с щелевыми распределителями для подачи продукта на наружную теплообменную поверхность труб, ванна для приема концентрированного продукта и водного льда, приводной вал и подпружиненные ножи для скалывания льда с наружной поверхности труб, причем ножи для скалывания льда установлены на опорной плите, совершающей возвратно-поступательное движение относительно наружной поверхности вертикальных труб, при этом ножи для скалывания льда с наружной поверхности труб выполнены кольцевыми с изменяющимся углом наклона лезвия относительно вертикальной оси трубы, и при этом каждое лезвие опирается на профилированное опорное кольцо, причем для перемещения лезвия ножа по профилированному кольцу основание ножа закреплено в несущем кольце, связанном, например, с гидроцилиндром.

Выполнение ножа для скалывания льда кольцевым, с изменяющимся углом наклона относительно вертикальной оси теплообменной трубы при опоре лезвия ножа на профилированное опорное кольцо, обеспечивает подвод ножа к слою льда с оптимальным углом скалывания льда; перемещение лезвия по профилированному опорному кольцу в радиальном направлении к трубе и от нее с помощью, например, гидроцилиндра позволяет обеспечить скалывание льда непосредственно у поверхности трубы, при оставлении минимального "затравочного" слоя на ее поверхности или отвод лезвия от поверхности для наращивания слоя льда на трубе; обеспечение перемещения ножей вдоль всей теплопередающей поверхности трубы сверху вниз исключает образование зон с несколотым слоем льда.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства во взаимосвязи с принципиальной схемой холодильной машины; на фиг. 2 - принципиальная схема узла обеспечения возвратно-поступательного движения ножа для скалывания льда; на фиг. 3 показан узел формирования профиля ножа для скалывания льда.

Устройство по фигурам 1, 2 и 3 выполнено в виде стоящих параллельно и с интервалом между собой вертикальных теплообменных труб 1 с патрубками для подвода 2 и отвода 3 хладагента, ванны 4 с щелевыми распределителями 5, ванны 6, опорных стоек 7 и 8, верхней опорной плиты 9 с размещенным на ней приводным устройством 10, подвижной плиты 11, связанной с ведущим винтом 12, установленным в подшипнике 13, закрепленном в нижней опорной плите 14.

К подвижной плите 11 прикреплены концентрично вертикальным осям труб 1 профилированные опорные кольца 15, на которые опираются лезвия 16 кольцевых ножей 17, хвостовики ножей 18 помещены в несущие кольца 19, которые через штоки 20 связаны с гидро(пневмо)приводом 21, подключенным к трубопроводу 22.

Патрубки 2 подсоединены к насосу хладагента 23, последний и патрубки 3 подсоединены к циркуляционному ресиверу 24, который связан с компрессором 25; компрессор 25 связан с ресивером 24 через конденсатор 26, линейный ресивер 27 и дроссельный вентиль 28.

Над ванной 4 размещен патрубок подачи продукта 29; ванна приема продукта 6 подсоединена к сборнику 30, который связан с насосом продукта 31 и подборщиком льда 32.

Устройство (по фигурам 1, 2 и 3) работает следующим образом.

Через патрубок подачи 29 продукт поступает в ванну 4, откуда через щелевые распределители 5 поступает на наружную поверхность вертикальных труб 1 и под действием гравитационных сил в виде пленки 33 стекает к ванне 6. Жидкий хладагент насосом 23 из ресивера 24 подается в патрубки 2 и стекает по внутренней поверхности труб 1 в виде пленки 34. Вследствие теплообмена между жидким продуктом и жидким хладагентом последний кипит, пары хладагента и неиспарившаяся жидкость через патрубок 3 отводятся в ресивер 24. Жидкий хладагент насосом 23 вновь подается к патрубкам 2, пары хладагента из ресивера 24 отводятся компрессором 25, нагнетаются в конденсатор 26, где конденсируются, и жидкий хладагент сливается в линейный ресивер 27, откуда после дросселирования в дроссель-вентиле 28 хладагент сливается в циркуляционный ресивер 24; пары дросселирования из ресивера 24 отводятся в компрессор 25, жидкий хладагент поступает к насосу хладагента 23. Цикл работы по хладагенту замыкается.

Жидкий (пастообразный) пищевой продукт через патрубок 29 подается в приемную ванну 4, из которой через щелевые питатели 5 заливается на внешние теплообменные поверхности вертикальных труб 1. По мере перемещения пленки 33 продукта сверху вниз по поверхности труб 1 от продукта отводится теплота охлаждения и теплота фазового перехода, при этом из пленки жидкого хладагента 34 отводятся образовавшиеся пары хладагента 35, перемещающиеся вместе с неспарившимся жидким хладагентом 34 к нижней части труб 1 и через патрубки 3 - в циркуляционный ресивер 24, а из пленки продукта 33 на наружной поверхности трубы намерзают кристаллы льда 35.

Концентрированный продукт стекает в нижнюю приемную ванну 6, откуда из сборника 30 насосом продукта 31 отводится (на повторное концентрирование или для дальнейшего использования, хранения). По достижении слоем льда 35 допустимой по условиям нормальной эксплуатации толщины в работу вводятся ножи для скалывания льда 17, связанные с приводным устройством 10.

При запуске приводного устройства 10 по трубопроводам 22 к приводам 21 (пневмо- или гидроцилиндрам) подается рабочая среда, под действием которой штоки 20 поджимают вниз несущие кольца 19, в которых закреплены хвостовики 18 ножей 17. Гибкие лезвия 16 ножей 17 перемещаются по профилированной внутренней поверхности опорных колец 15, при этом лезвия 16 входят в слой льда 35 на соответствующую глубину так, чтобы не взаимодействовать со стенками труб 1.

Одновременно приводное устройство 10 приводит во вращение кинематически связанный с подвижной плитой 11 ведущий винт 13, вращающийся в подшипнике 13 относительно неподвижной плиты 14. Подвижная плита 11 перемещается вниз по опорным стойкам 7 и 8 и связанная с опорными профилированными кольцами 15 перемещает последние вдоль труб, скалывая лед 35. Сколотый лед 35 попадает в ванну 6, совместно с концентрированным продуктом попадает в сборник 30, из которого удаляется подборщиком льда 32 (условно не показано) для последующего технологического использования (сепарирование, расплавление и др.). Цикл работы устройства по продукту завершается.

По достижении подвижной плитой 11 заданного нижнего крайнего положения обеспечивается известными техническими средствами (условно не показано) реверсирование движения приводного устройства 10, при этом подвижная плита 11 возвращается в верхнее крайнее положение; с началом реверса приводы 21 перемещают штоки 20 с несущими кольцами 19 в верхнее положение, причем лезвия 16 ножей 17 перемещаются по профилированным внутренним поверхностям опорных колец 15 вверх и отводятся от поверхности труб 1 на расстояние, обеспечивающее нормальное стекание пленки продукта. По достижении подвижной плитой 11 верхнего крайнего положения приводное устройство 10 останавливается до включения его в следующий такт скалывания льда. Цикл работы устройства по скалыванию льда завершается.

Таким образом, заявляемое устройство для криоконцентрирования жидких и пастообразных пищевых продуктов по сравнению с известными позволяет
- увеличить производительность устройства по криоконцентрированному продукту путем ускоренного намораживания слоя льда на теплообменной поверхности и эффективного удаления всего намороженного льда с этой поверхности вследствие применения профилированных ножей с регулируемым углом скалывания слоя льда и оставляемой толщиной "затравочного" слоя льда на поверхности труб.

Изобретение предназначено для использования в пищевой, винодельческой, медицинской и биотехнологической отраслях промышленности. Устройство содержит вертикальные трубы для прохождения внутри них хладагента через щелевые распределители. Сверху на поверхность труб подают жидкий или пастообразный продукт. Под трубами расположена ванна для приема продукта и водного льда. Ножи для скалывания льда установлены на опорной плите, совершающей возвратно-поступательное движение вдоль труб. Ножи выполнены кольцевыми с изменяющимся углом наклона лезвия относительно оси трубы. Основание ножа закреплено в несущем кольце. Каждое лезвие опирается на профилированное опорное кольцо. Обеспечено повышение производительности устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для криоконцентрирования жидких и пастообразных пищевых продуктов, выполненное в виде вертикальных труб с патрубками для подвода хладагента и отвода его паров, ванны с щелевыми распределителями для подачи продукта на наружную поверхность труб и ванны для приема продукта и водного льда, приводного вала и подпружиненных ножей для скалывания льда с наружной поверхности труб, отличающееся тем, что ножи для скалывания льда установлены на опорной плите, совершающей возвратно-поступательное движение относительно наружной поверхности вертикальных труб. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ножи для скалывания льда с наружной поверхности труб выполнены кольцевыми с изменяющимся углом наклона лезвия относительно вертикальной оси трубы, при этом каждое лезвие опирается на профилированное опорное кольцо, причем для перемещения лезвия ножа по профилированному кольцу основание ножа закреплено в несущем кольце, связанном с гидроцилиндром.