Способ концентрирования суспензии и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B01D1/14 B01D1/16 

Изобретение относится к выпарной технике и может быть использовано в консервной промышленности и других производствах для сгущения суспензий, растворов, эмульсий.

Целью изобретения является интенсификация процесса, уменьшение энергетических затрат при снижении температуры процесса и повышение производительности.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, разрез.

Устройство для концентрирования суспензий предложенным способом содержит осесимметричный корпус 1 со сферической

крышкой 2 и днищем 3, с греющей рубашкой 4 и установленным коаксиально в корпусе змеевиком 5, патрубки 6 и 7 для подачи суспензии и Отвода продукта, патрубки 8 и 9 для подачи теплоносителя в греющую рубашку 4 и отвода его из рубашки, патрубки 10 и 1 для подачи теплоносителя внутри змеевика и отвода из змеевика, патрубки 12, 13 для подачи теплоносителя внутрь корпуса, патрубок 14 для отвода паров из корпуса.

В качестве рабочего органа испаритель -содержит искровые электрические разрядники, один из которых со.аержит электроды 15.

СП

со ;о о со со

установленные с межэлектродным зазором в фокусе параболического рефлектора 16 волн, причем последний сообщен с патрубком 10 через коллектор 17 для подачи теплоносителя в трубчатый змеевик 5.

Второй из разрядников содержит электроды 18, закрепленные с межэлектродным зазором в фокусе параболического рефлектора 19 волн, установленного на входном торце патрубка 12 для подачи теплоносителя в корпус 1, причем в вершине параболического рефлектора 19 выполнен патрубок 20 для подачи теплоносителя.

Третий разрядник содержит рефлектор 21 волн в форме параболоида вращения, переходящего в щирокой части в усеченную сферическую поверхность, в котором коаксиально размещен концентратор 22 волн с образованием разрядной полости в верщине рефлектора и кольцевого сопла в его сферической части, электроды 23, размещенные с межэлектродным зазором между вершиной и фокусом параболической поверхности рефлектора, причем рефлектор 21 установлен в корпусе 1 коаксиально на днище 3 корпуса, сообщен в верщине параболической поверхности с патрубком 13 для подачи теплоносителя, а кольцевым соплом направлен вверх в раструб 24, установленный коаксиально в нижней части корпуса.

Электроды 15, 18 и 23 разрядников соединены с источником 25 импульсного электрического питания и блоком 26 коммутации.

Рефлектор 27 волн, выполненный в форме щарового сегмента с теплообменной полостью и коллектором 28 с форсунками для подачи суспензии, который установлен коаксиально в верхней части корпуса 1, закреплен на верхнем витке трубчатого змеевика 5 и соединен с патрубком 6 для подачи суспензии. Отражательная поверхность рефлектора 27 направлена вниз по оси корпуса.

Крышка 2 корпуса 1 выполнена в форме сферического сегмента, в которой патрубок 14 для отвода паров расположен со- осно, причем в крышке установлены соосно с межэлектродным зазором два электрода 29 разрядника, соединенные с источником 25 импульсного электрического питания и блоком 26 коммутации.

Трубчатый змеевик 5 выполнен в виде конической спирали, установленной в корпусе 1 коаксиально с рабочими промежутками с его боковой стенкой и между витками спирали.

Патрубки 8 и 9 для подачи и отвода теплоносителя соответственно установлены тангенциально на боковой стенке теплообменной рубашки 4, в верхней и нижней ее части.

Патрубки 10 и 11 для подачи и отвода теплоносителя соединены с трубчатым змеевиком 5, в верхней и нижней его частях соответственно, причем патрубок 10 направлен

тангенциально в верхний виток спирали.

Патрубок 12 для подачи теплоносителя

установлен на боковой стенке корпуса 1, в

его узкой части.

Электроды 18 и 23 размещены каждая пара соосно в рефлекторах 19 и 21, причем один из каждой пары электродов установлен с образованием в патрубках 20 и 13 зоны акустичекой тени и соединен с высоковольтным полюсом источника 25 через блок 26 коммутации с электрической изоляцией, а другой из каждой пары электродов закреплен в рефлекторе держателями и соединен с другим полюсом источника 25 с заземлением.

Один из электродов 29 размещен коаксиально в патрубке 14 для отвода паров с образованием в патрубке зоны акустической тени и соединен с высоковольтным полюсом источника 25 через блок 26 коммутации с электрической изоляцией, а другой из

электродов .29 закреплен соосно на рефлекторе 27 волн и соединен с другим полюсом источника 25 с заземлением.

В рефлекторе 21 образовано кольцевое сопло между стенкой рефлектора и сферичес5 КИМ концентратором 22 волн, которое направлено в корпус 1 под углом а к его оси.

Раструб 24 выполнен в виде усеченного конуса с диаметром усеченной верщины не менее диаметра кольцевого сопла и высотой h tga-d, где d -диаметр сопла; а - угол

0 направления сопла к оси корпуса.

В качестве источника 25 импульсного электрического питания применен высоковольтный конденсатор с запитывающим электрогенератором.

Блок 26 коммутации установлен с обеспе5 чением возможности поочередного подключения групп электродов 18, 23 и электродов 15, 29 к конденсатору источника 25 с регулируемой низкой частотой подключений на время ip искровых разрядов конденсатора.

Q Концентрирование суспензии осуществляется следующим образом.

Через коллектор 17 и патрубок 10 подают в трубчатый змеевик в качестве теплоносителя сжатый пар с температурой 90°С 5 с расходом 300 кг/ч, а также через патрубок 8 подают в теплообменную рубашку сжатый пар с температурой 90°С с расходом 500 кг/ч и отводят конденсат с остатками пара через патрубки 11 и 9 соответственно.

Патрубки -13 и 20 также подключают к 0 источнику сжатого пара.

Через патрубок 6 и коллектор 28 подают через форсунки коллектора в корпус 1 струями суспензию томатной массы с расходом 0,3 кг/с (1000 кг/ч).

Электроды 23, 18 и 15, 29 разрядников посредством блока 26 коммутации подключают группами к конденсатору источника 25 с частотой шесть подключений в секунду жаждой пары электродов.

При подключении каждой пары электродов к конденсатору в межэлектродном зазоре происходит искровой электрический разряд мощностью 10 Вт, с энергией в разряде 100 Дж.

Искровой разряд возбуждает в теплоносителе (пар), находящемся в полости рефлектора 16, 19, 21, а также в полости крышки 2 корпуса I, ударную волну мощностью 6-10 Вт с энергией 6 Дж в волне, которая распространяется от разрядного канала в ра- диальных направлениях, достигает отражательный поверхности рефлектора, отражается от нее и направляется с теплоносителем в корпус 1 и в трубчатый змеевик 5 соответственно.

Из рефлектора 16 плоская акустическая волна разряда с теплоносителем направляется через коллектор 17 и патрубок 10 в трубчатый змеевик 5, в котором многократно отражается от стенок трубы и циркулирует по виткам спирали змеевика в сторону пат- рубка 11.

При повторении щести разрядов в секунду акустические волны приводят стенки змеевика 5 в вибрационное состояние, а также интенсифицируют подвод тепла от тепло- носителя к стенке змеевика.

Из рефлектора 19 плоская акустическая волна разряда выбрасывает часть теплоносителя (пар) через патрубок 12 в полость корпуса 1, где многократно отражается от боковой стенки корпуса и циркулирует с пор- цией пара в кольцевой полости в сторону широкой части корпуса.

При повторении щести разрядов в секунду в рефлекторе 19 акустические волны приводят боковую стенку корпуса 1 в вибрационное состояние и интенсифицируют от- вод тепла от теплообменной стенки, распы- ливание суспензии и испарение жидкости. После каждого разряда ударная волна создает в рефлекторе 19 импульс разрежения, под действием которого свежая порция пара поступает через патрубок 20 в полость реф- лектора и выбрасывается из него в полость корпуса 1 очередными разрядами.

В рефлекторе 21 акустическая волна концентрируется в кольцевом сопле и через него с порцией пара выбрасывается в раструб 24 в виде сходящегося кольца акустической волны. При этом в разрядной полости рефлектора 21 образуется импульс разрежения, под действием которого новая порция пара поступает в рефлектор через патрубок 13.

Акустические волны, отражаясь от рас- труба 24, распространяются вверх в полости корпуса 1, достигают рефлектора 27, отражаются от него и в виде отраженных волн возвращаются в сторону днища 3. При этом повторяющиеся акустические волны разрядов распыливают струи суспензии в полости корпуса 1, смачивают теплообменные поверхности змеевика 5 и интенсифицируют косвенное испарение жидкости.

Пар и распыленная суспензия через зазоры между витками спирали змеевика 5 поступают в кольцевую полость между боковой стенкой корпуса 1 и змеевиком, где продолжается распыливание суспензии и испарение жидкости под воздействием акустических волн разрядов.

Пары с мелкодисперсными каплями и частицами продукта поднимаются в полость между крышкой 2 и тыльной стороной рефлектора 27.

Искровые разряды между электродами 29 возбуждают ударные волны, которые распространяются в радиальных направлениях, отражаются от сферической поверхности крыщ- ки 2 и направляются вдоль боковой стенки корпуса 1 сверху вниз. При этом акустические волны разрядов отбрасывают мелкодисперсные частицы из зоны патрубка 14 в корпус I, сепарируют их из пара на боковую стенку корпуса и в зону днища 3, откуда продукт отводят через патрубок 7. Пары под действием вакуума отсасывают из корпуса 1 через патрубок 14, который находится в зоне акустической тени.

В дальнейщем пар, полученный в испарителе, сжимают компрессором, повыщают его температуру и давление и подают в тепло- обменную рубащку и трубчатый змеевик через патрубки 8 и 10.Конденсат отводят через патрубки 9 и 11.

Интенсификация распыливания суспензии и косвенного испарения жидкости акустическими волнами разрядов обеспечивает понижение температуры среды в полости корпуса до 10°С. Одновременно акустические волны искровых разрядов интенсифицируют тепломассообмен в полостях корпуса 1 греющей рубашки 4 и трубчатого змеевика 5 и тем самым увеличивают коэффициент теплопередачи через теплообменную стенку до 400 Вт/м - С.

Таким образом, при площади теплообмен- ных поверхностей рубашки 4 и трубчатого змеевика 5 17 м и среднем градиенте температуры между теплоносителем и средой в полости корпуса 4 0°С обеспечен подвод в корпус теплового потока мощностью 270 кВт (2,3-10 ккал/ч).

Под воздействием подводимого теплового потока в полостях корпуса I испаряется 400 кг жидкости в час.

При подаче в корпус 1000 кг суспензии в час сгущенный продукт (томатную пасту) массой 600 кг/ч отводят через патрубок 7.

При передаче тепла в корпус 1 пар в теплообменной рубашке 4 и в трубчатом змеевике 5 конденсируется, а конденсат пара отводят через патрубки 9 и 11 совместно с остатками пара.

Работу четырех искровых электрических разрядников испарителя в заданном режиме обеспечивает запитывающий электрогенератор мощностью 2,4 кВт.

Предложенный способ и устройство для его осуществления обеспечивают интенсификацию распыливания суспензии, испарение жидкости и тепломассообмен в 2-5 раз по сравнению с прототипом за счет воздействия на суспензию, теплоноситель и тепло- обменные стенки пучков плоских акустических волн искровых электрических разрядов.

Интенсификация косвенного испарения жидкости снижает температуру процесса за счет поглощания тепла испарительным процессом, что, в свою очередь, повыщает качество пищевого продукта за счет уменьшения теплового разрущения биологически активных веществ в продукте при выпаривании влаги.

Удельная производительность устройства по испаряемой влаге на единицу объема испарителя увеличена за счет интенсификации процессов выпаривания влаги.

Формула изобретения

1. Способ концентрирования суспензии, включающий подачу и отвод теплоносителя, распыление суспензии и ее частичное испарение путем непосредственного контакта с теплоносителем и раздельный отвод паров и

концентрата, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, уменьшения энергозатрат при снижении температуры процесса, распыление суспензии и подачу теплоносителя осуществляют путем воздействия на них пучков плоских акустических волн искровых электрических разрядов, при этом в зону контакта с суспензией пучки волн направляют совместно с теплоносителем, а пары отводят в зоне акустической тени.

2. Устройство для концентрирования суспензии, содержащее осесимметричный корпус с днищем, сферической крыщкой и патрубками подачи и отвода суспензии и паров, рабочий орган с электродами, отличающееся

тем, что, с целью повышения производительности, устройство снабжено патрубками подачи теплоносителя, один из которых размещен соосно патрубку подвода суспензии, а другие - faнгeнциaльнo корпусу, патрубками отвода теплоносителя и трубчатым

змеевиком, размещенным в корпусе, рабочий орган выполнен в виде искровых электрических разрядников, электроды одного из которых размещены в крыщке соосно корпусу, а электроды каждого из других -

в параболическом рефлекторе волн, при этом рефлекторы закреплены на патрубках подачи теплоносителя и направлены внутрь корпуса и змеевика.

Изобретение относится к выпарной технике и может быть использовано в консервной, пищевой и других отраслях промышленности для концентрирования суспензий, эмульсий, растворов, позволяет интенсифицировать процесс, уменьшить энергозатраты при снижении температуры процесса и повысить производительность. При реализации способа осуществляют распыливание суспензии, испарение жидкости и подачу теплоносителя путем воздействия на них пучков плоских акустических волн искровых электрических разрядов, причем пучки волн направляют с теплоносителем в зоны распыливания, испарения и теплообмена, а пары отводят в зоне акустической тени. Способ осуществляют в устройстве (испарителе), содержащем корпус с крышкой и днищем, с греющими рубашкой и установленным коаксиально в корпусе трубчатым змеевиком. Устройство содержит патрубки для подачи и отвода суспензии, продукта и теплоносителя, а также отвода паров. Искровые электрические разрядники содержат электроды, размещенные с межэлектродными зазорами в фокусах параболических рефлекторов волн и крышки и соединенные с источником импульсного электрического питания и блоком коммутации. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

75

23 ТЗ

28