КРИОКОНЦЕНТРАТОР С ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2024 года по МПК A23L3/00 A23C1/06 

Настоящее изобретение относится к технологии концентрирования водных растворов и может быть использовано в пищевой, химической и смежных отраслях промышленности для повышения концентрации растворов путем удаления воды - вымораживанием.

Известен аппарат для концентрирования жидких пищевых продуктов, предусматривающий вымораживание влаги из растворов [1].

Устройство выполнено в виде цилиндрической емкости, изготовленной из пищевой нержавеющей стали и имеющей теплоизолированную крышку для заливного отверстия, а также дно со сливным отверстием и сливным трубопроводом с запорным вентилем для удаления концентрата и растворителя. Данная емкость установлена в другую теплоизолированную цилиндрическую емкость большего диаметра. В кольцевом объеме, образованном цилиндрическими поверхностями емкостей, установлен змеевиковый испаритель холодильной машины и трубчатый электронагревательный элемент, предусмотренный для оттаивания вымороженной влаги, а свободное пространство заполнено хладоносителем, в котором расположен чувствительный элемент - термометра сопротивления. Работает концентратор-испаритель следующим образом: концентрируемый продукт заливается во внутренний цилиндр, при помощи холодильной машины понижается температура хладоносителя и поддерживается на заданном уровне ниже криоскопической точки. При намораживании определенного количества льда на стенках цилиндра, открывается запорный вентиль и по сливному трубопроводу удаляется концентрат. Далее подается напряжение на электронагревательный элемент, лед плавится, образовавшаяся талая вода (кристаллизат) удаляется по сливному трубопроводу.

Недостатком описанного в [1] устройства является недостаточная высокая производительность, обусловленная малой теплоотдачей на границе раздела фаз лед-жидкость при вымораживании раствора. Также по мере вымораживания воды в пограничном слое на границе раздела фаз локально повышается концентрация растворенных компонентов, что увеличивает унос целевых компонентов со льдом. Это связано с тем, что поверхность контакта продукта и льда не обновляется.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы криоконцентратора.

Данная задача решается за счет того, что процесс концентрирования проводится в криоконцентраторе, снабженном перемешивающим устройством, выполненным в виде штанги с закрепленным на конце перфорированным диском с отбортовкой.

Процессы, протекающие при работе криоконцентратора емкостного типа, можно описать следующим образом.

В рабочую емкость заливается концентрируемый продукт и, посредством подачи в рубашку хладоносителя, происходит отвод тепловой энергии от внутренней поверхности рабочей емкости. Постепенно происходит намораживание льда на внутренней поверхности рабочей емкости. При этом концентрация продукта в приграничном со льдом слое повышается за счет вымораживания растворителя. Концентрация продукта в центральной части емкости остается прежней. Криоскопическая температура продукта в приграничном слое снижается, движущая сила процесса падает и постепенно часть целевых компонентов захватывается вновь образующимся слоем льда.

Для исключения этого процесса необходимо выравнивать концентрацию и температуру концентрируемого продукта в рабочем объеме криоконцентратора. Однако применение вращающихся перемешивающих устройств ведет к образованию шуги (смеси льда и продукта), что связано с отрывом части намораживающегося льда с поверхности намораживания.

Для исключения данных недостатков предлагается снабдить рабочую емкость перемешивающим устройством, выполненным в виде штанги с закрепленным на конце перфорированным диском с отбортовкой. Диск совершает периодически возвратно поступательное движение вдоль центральной оси рабочей емкости. Линейная скорость движения перемешивающего устройства варьируется от 0,04 до 0,2 м/с.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема криоконцентратора с перемешивающим устройством.

Криоконцентратор состоит из рабочей цилиндрической емкости 1 с коническим дном, снабженной рубашкой 2, внутри которой циркулирует промежуточный хладоноситель - водный раствор пропиленгликоля. В дне рабочей цилиндрической емкости выполнено сливное отверстие с патрубком 5 для удаления концентрата и размороженного после проведения процесса криоконцентрирования льда. Сверху рабочая емкость закрыта теплоизолированной крышкой 3, снабженной заливным отверстием 6. На крышке 3 расположен привод перемешивающего устройства 4. Привод состоит из электродвигателя и кривошипно-шатунного механизма, предназначенного для преобразования вращательного движения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение перемешивающего устройства 7.

Перемешивающее устройство 7 расположено вдоль центральной оси рабочей емкости, состоит из штанги, погруженной в рабочую емкость, на конце которой расположен горизонтальный перфорированный диск 8. Перфорированный диск имеет диаметр, равный D/3, где D - внутренний диаметр рабочей емкости. Это необходимо для того, чтобы при образовании льда на внутренней поверхности рабочей емкости перфорированный диск не касался льда. Диск имеет перфорацию в виде отверстий с диаметром 3 мм. Отверстия равномерно распределены по концентрическим окружностям диска так часто, что живое сечение диска составляет 16,5%. С верхней и нижней стороны диск имеет отбортовку по периферии в виде ленты шириной 15 мм.

Работает криоконцентратор следующим образом.

В рабочую емкость 1 через заливное отверстие 6. заливается концентрируемый продукт, в рубашку 2 подается хладоноситель. Постепенно происходит намораживание льда на внутренней поверхности рабочей емкости. С периодичностью раз в 10 минут посредством привода 4 приводится в движение перемешивающее устройство 7. Линейная скорость движения перемешивающего устройства варьируется от 0,04 до 0,2 м/с.

При однократном рабочем цикле - движение перемешивающего устройства вниз не доходя 1/10 высоты рабочей емкости и возвратном движении вверх - происходит перемешивание концентрируемого продукта, вследствие этого, выравнивание концентрации и температуры продукта по объему рабочей емкости 1, обновляется слой продукта, приграничный с внутренней поверхностью рабочей емкости и процесс намораживания льда продолжается. За счет периодичности процесса перемешивания и невысокой скорости движения перемешивающего устройства исключается образование шуги, что обеспечивает снижение уноса целевых компонентов продукта и, таким образом, повышается эффективность работы криоконцентратора.

После окончания процесса концентрирования, концентрированный продукт удаляется через сливное отверстие с патрубком 5, расположенное в дне рабочей емкости 1, а лед на внутренней поверхности рабочей емкости подвергается размораживанию, путем подачи в рубашку 2 теплоносителя. После полного размораживания льда жидкость также удаляется через сливное отверстие с патрубком.

Пример. Молочную сыворотку объемом 4 л, замерив предварительно плотность исходного раствора, залили в криоконцентратор при температуре хладоносителя -2°С. Сыворотку концентрировали в течении 45 минут, при этом реализованы 4 рабочих цикла перемешивающего устройства. По прошествии времени слили концентрат, замерив его плотность.

Результаты испытаний предложенного устройства, а так же устройства по ближайшему аналогу приведены в таблице 1.

Таким образом, реализация предложенного устройства позволяет получить технический результат - повышение эффективности работы криоконцентратора за счет снижения уноса целевых компонентов со льдом благодаря конструкции устройства.

Литература.

1. Патент РФ 2509514, МПК A23L 3/00. Устройство для концентрирования жидких пищевых продуктов / Короткий И.А., Гунько П.А., Учайкин А.В., Мальцева О.М.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. -№2012146711/13; заявл. 01.11.2012; опубл. 20.03.2014, Бюл. №8.

Изобретение относится к области технологии концентрирования водных растворов и может быть использовано в пищевой, химической и смежных отраслях промышленности для повышения концентрации растворов путем удаления воды - вымораживанием. Криоконцентратор состоит из цилиндрической рабочей емкости с коническим дном со сливным отверстием с патрубком, рубашки, внутри которой циркулирует промежуточный хладоноситель, теплоизолированной крышки с заливным отверстием, перемешивающего устройства. Перемешивающее устройство расположено вдоль центральной оси рабочей емкости и состоит из штанги, погруженной в рабочую емкость, на конце которой расположен горизонтальный перфорированный диск диаметром, равным D/3, где D - внутренний диаметр рабочей емкости. Перфорация диска выполнена в виде отверстий с диаметром 3 мм, равномерно распределенных по концентрическим окружностям диска так часто, что живое сечение диска составляет 16,5%. С верхней и нижней стороны диск имеет отбортовку по периферии в виде ленты шириной 15 мм. Перемешивающее устройство приводится в действие приводом, расположенным на крышке и состоящим из электродвигателя и кривошипно-шатунного механизма. Обеспечивается повышение эффективности работы криоконцентратора за счет снижения уноса целевых компонентов со льдом благодаря конструкции устройства. 1 ил., 1 табл.

Криоконцентратор с перемешивающим устройством, включающий цилиндрическую рабочую емкость, рубашку, внутри которой циркулирует промежуточный хладоноситель, теплоизолированную крышку с заливным отверстием, сливное отверстие с патрубком, отличающийся тем, что дно рабочей цилиндрической емкости выполнено в виде конуса, содержит перемешивающее устройство, расположенное вдоль центральной оси рабочей емкости и состоящее из штанги, погруженной в рабочую емкость, на конце которой расположен горизонтальный перфорированный диск диаметром, равным D/3, где D – внутренний диаметр рабочей емкости, перфорация выполнена в виде отверстий с диаметром 3 мм, равномерно распределенных по концентрическим окружностям диска так часто, что живое сечение диска составляет 16,5%, с верхней и нижней стороны диск имеет отбортовку по периферии в виде ленты шириной 15 мм, привод, расположенный на крышке, состоит из электродвигателя и кривошипно-шатунного механизма и обеспечивает возвратно-поступательные движения перемешивающего устройства вдоль центральной оси рабочей емкости со скоростью 0,04-0,2 м/с.