устройство для вакуумного концентрирования жидкостей в непрерывном потоке

Формула изобретения

1. Устройство для вакуумного концентрирования жидкостей в непрерывном потоке, содержащее горизонтально расположенный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками и патрубком для отвода пара, горизонтальный приводной вал с закрепленными на нем дисками одинакового диаметра и установленный в корпусе нагреватель, отличающееся тем, что оно снабжено С-образными перегородками, установленными в нижней части корпуса между дисками, нагреватель выполнен в виде по меньшей мере одного источника инфракрасного излучения, установленного на внутренней поверхности в верхней части корпуса, а диски выполнены толщиной, увеличивающейся к оси приводного вала, и установлены с образованием ломаной поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источники инфракрасного излучения установлены в плоскостях, перпендикулярных оси вала, и выполнены по дугам, соосным с дисками.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что диски образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах



где X значения по оси абсцисс, совпадающей с продольной осью вала;

Y значения по оси ординат, перпендикулярной продольной оси вала;

Y производная dY/dX;

a константа, определяющая условия освещенности поверхности дисков, м^-1.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источники инфракрасного излучения установлены параллельно оси вала и выполнены линейными.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что диски образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах





6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник инфракрасного излучения выполнен в виде части цилиндрической поверхности, соосной с валом.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что диски образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах





где b безразмерная константа, определяющая условия освещенности поверхности дисков.

8. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, отличающееся тем, что кромки дисков выполнены заостренными.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что диски выполнены так, что образуют поверхность с углом при вершине изломов на гребнях профиля не менее 10^o.

10. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, отличающееся тем, что диски выполнены так, что образуют поверхность с гладким профилем впадин.

11. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, отличающееся тем, что диски выполнены так, что образуют поверхность с изломом профиля во впадинах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для вакуумного концентрирования растворов и эмульсий термолабильных веществ, например молока, чайного или кофейного экстракта, соков, растительных масел и природных углеводородов.

Известно устройство для вакуумного концентрирования жидкостей в непрерывном потоке, содержащее горизонтально расположенный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками для продукта и патрубком отвода пара, горизонтальный приводной вал с закрепленными на нем плоскими дисками одинакового диаметра и установленный снаружи на нижней части корпуса нагреватель.

Недостатками этого устройства являются неравномерность прогрева и обработки продукта из-за пригара на обогреваемой нижней части внутренней поверхности корпуса, проход части продукта без упаривания по дну корпуса по пути наименьшего сопротивления, что делает невозможным концентрирование термолабильных веществ.

Предлагаемое устройство для вакуумного концентрирования жидкостей в непрерывном потоке, содержащее горизонтально расположенный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками для продукта и патрубком отвода, горизонтальный приводной вал с закрепленными на нем дисками одинакового диаметра и нагреватель, установленный на корпусе, согласно изобретению снабжено С-образными перегородками, установленными на нижней части корпуса между дисками, нагреватель выполнен в виде по меньшей мере одного источника инфракрасного излучения, установленного на внутренней поверхности в верхней части корпуса, а диски выполнены с толщиной, увеличивающейся к оси приводного вала и установлены с образованием ломаной поверхности.

Такая конструкция устройства исключает пригар продукта при отсутствии его контакта с поверхностью нагрева, исключает проход продукта без выхода в зону контакта с дисками за счет ликвидации пути наименьшего сопротивления по нижней части корпуса под дисками. Это увеличивает равномерность прогрева продукта и вероятность его равномерного концентрирования, что позволяет в данном устройстве упаривать термолабильные вещества, такие как молоко, соки, кофейные и чайные экстракты, минеральные и растительные масла, смеси природных углеводородов.

В предпочтительном варианте источники инфракрасного излучения могут быть установлены в плоскостях, перпендикулярных оси вала, и выполнены по дугам соосных дискам окружностей, при этом нежелательно, чтобы диски образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах

-a 0 (1) где х ось, совпадающая с продольной осью вала;

у ось, перпендикулярная оси вала;

а константа, определяющая условия освещенности поверхности дисков, м^-1;

у" производная dy/dx.

Такое выполнение устройства позволяет осуществлять дифференцированный энерговвод по длине корпуса в зависимости от уменьшения содержания выпариваемого компонента для исключения перегрева концентрата, а в желательном варианте создать равномерную освещенность поверхности дисков для исключения зон локального перегрева продукта на их поверхности.

Другим предпочтительным вариантом предусмотрена установка источников инфракрасного излучения паралелльно оси вала и их выполнение линейными, при этом желательно, чтобы диски образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах

-a 0

(2) где х, у, у" и a имеют те же значения.

Такая конструкция устройства обеспечивает минимальный удельный энерговвод и предназначена для концентрирования наиболее термолабильных веществ. В желательном варианте форма образуемой дисками поверхности обеспечивает равномерную освещенность и отсутствие зон локального перегрева пленки продукта на дисках.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение источника инфракрасного излучения в виде части соосной валу цилиндрической поверхности, при этом желательно, чтобы диски образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах

2arctg -arctg-yln-b= 0 (3) где b безразмерная константа, определяющая условия освещенности поверхности дисков;

х, у и у" имеют те же значения.

Такая конструкция устройства обеспечивает максимальный удельный энерговвод и обладает максимальной производительностью. В желательном варианте форма образуемой дисками поверхности имеет равномерную освещенность и исключает локальный перегрев продукта.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение дисков таким образом, что они образуют поверхность с заостренными кромками, желательно с углом при вершине не меньше 10^о.

Это исключает зону перегрева на торце дисков, в желательном варианте без значительного увеличения материалоемкости.

Для повышения КПД использования инфракрасного излучения диски могут быть выполнены таким образом, что образуют поверхность с гладким профилем впадин.

Для увеличения поверхности испарения диски могут быть выполнены таким образом, что образуют поверхность с изломом во впадинах желательно с углом при вершине не меньше 160^о, что исключает резкое падение КПД использования инфракрасного излучения.

Последним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение дисков с максимальной толщиной, уменьшающейся для каждого диска по направлению от входного к выходному патрубку для продукта.

Это исключает образование застойных зон при снижении расхода продукта по мере его упаривания.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство с дуговыми излучателями, разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 устройство с линейными излучателями, разрез; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 устройство с излучателем в виде сектора цилиндрической поверхности, разрез; на фиг.6 разрез В-В на фиг.5; на фиг.7 узел I на фиг.5.

Устройство для вакуумного концентрирования жидкостей в непрерывном потоке содержит горизонтально расположенный цилиндрический корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками для продукта и патрубком 4 отвода пара, горизонтальный приводной вал 5 с закрепленными на нем дисками 6, выполненными с одинаковым диаметром и толщиной, увеличивающейся к оси приводного вала 5, и установленными с образованием ломаной поверхности, С-образные перегородки 7, установленные в нижней части корпуса 1 между дисками 6, и нагреватель, выполненный в виде одного или нескольких источников 8 инфракрасного излучения.

При выполнении источников 8 инфракрасного излучения по дугам соосных дискам 6 окружностей и их установке в плоскостях, перпендикулярных оси вала 5 (фиг. 1 и 2), диски 6 образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению (1), гарантирующую равномерную освещенность при данной конфигурации и размещении источников 8 инфракрасного излучения.

При выполнении источников 8 инфракрасного излучения линейными и параллельными оси вала 5 (фиг.3 и 4) диски 6 образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению (2), также гарантирующую равномерную освещенность.

При выполнении источника 8 инфракрасного излучения в виде части соосной валу 5 цилиндрической поверхности (фиг.5 и 6) диски 6 образуют равномерно освещенную поверхность, удовлетворяющую уравнению (3).

Внешняя кромка дисков 6 (фиг.7) выполнена заостренной с углом при вершине не меньше 10^о, а при наличии излома во впадинах дисков 6 угол при их вершине не меньше 160^о.

На фиг.1 и 3 показаны диски 6, образующие впадины с гладким профилем.

На фиг.5 показаны диски 6 с убывающей по направлению от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3 максимальной толщиной Р.

Устройство для вакуумного концентрирования жидкостей в непрерывном потоке работает следующим образом.

Концентрируемую жидкость, например молоко, подают в корпус 1 по патрубку 2, где она перемещается по каналу, образованному дисками 6 и С-образными перегородками 7. При вращении дисков 6 приводным валом 5 за счет смачивания поверхностей дисков 6 концентрируемая жидкость в виде тонкой пленки на их поверхности поступает в верхнюю часть корпуса 1. На части траектории перемещения пленки жидкость подвергается воздействию инфракрасного излучения источников 8, что приводит к нагреву жидкости в тонкой пленке до температуры кипения наиболее легколетучей фракции, например воды, и ее выпариванию. Выполнение дисков 6 с образованием поверхности в соответствии с уравнениями (1)-(3) в зависимости от формы выполнения источников 8 инфракрасного излучения обеспечивает равномерную освещенность этой поверхности и, соответственно, равномерный нагрев жидкости в пленке и равномерное выпаривание по всей площади пленки отгоняемой фракции, исключающие первоочередное упаривание жидкости на любом участке и образование зоны локального перегрева после полного испарения отгоняемой фракции, что особенно важно при концентрировании термолабильных веществ, таких как молоко, локальный перегрев которого может привести к коагуляции белка и потере потребительских свойств; экстракты чая и кофе, локальный перегрев которых приводит к потере вкусоароматических веществ и снижению органолептических показателей; фруктовые и овощные соки, локальный перегрев которых приводит к потере вкусоароматических и биологически активных веществ и снижению их органолептических показателей и биологической ценности; вина, локальный перегрев которых приводит к потере крепости, вкусо-ароматических и биологически активных веществ, искажению цветности и снижению их потребительских качеств; растительные и природные масла, локальный перегрев которых приводит к окислению и ухудшению качества, смеси природных углеводородов, локальный перегрев которых может привести к самовоспламенению. Обработанная излучением пленка возвращается в основную массу обрабатываемой жидкости и за счет высоких тангенциальных напряжений в зазоре между дисками 6 и перегородками 7 эффективно с ней перемешивается, обеспечивая равномерный прогрев продукта по всему объему. Выпаренная газовая фаза отводится из корпуса 1 по патрубку 4, разрежение в котором определяет температуру кипения отгоняемой фракции жидкости и необходимый энерговвод для ее испарения. По мере перемещения по корпусу 1 жидкость многократно обрабатывается в тонкой пленке до заданной расходом, частотой вращения вала 5 и удельным энерговводом от источников 8 концентрации. При значительном упаривании целесообразно выполнять диски 6 с уменьшающейся от патрубка 2 к патрубку 3 максимальной толщиной, что уменьшает проходное сечение канала для обрабатываемого продукта и исключает снижение линейной скорости перемещения концентрата и образование застойных зон. Полученный концентрат отводится из корпуса 1 по патрубку 3.

Форма выполнения источников 8 инфракрасного излучения по дуге соосной валу 5 окружности обеспечивает дифференцированный энерговвод по длине корпуса 1 и применима при концентрировании особенно термолабильных вязких жидкостей со значительным содержанием отгоняемой жидкой фракции. Выполнение линейных источников 8, параллельных оси вала 5, обеспечивает минимальный удельный энерговвод и необходимо при обработке особенно термолабильных высоковязких жидкостей с малым содержанием отгоняемой жидкой фракции. Выполнение источника 8 в виде соосной валу цилиндрической поверхности обеспечивает максимальный удельный энерговвод и обработку термолабильных жидкостей с невысокой вязкостью с максимальной производительностью независимо от содержания отгоняемой фракции при высокой угловой скорости вращения вала 5.

Таким образом, предлагаемое устройство исключает неравномерный прогрев концентрируемого продукта, его пригар и проход его части без упаривания, что позволяет использовать его при концентрировании термолабильных продуктов, таких как молоко, экстракты чая и кофе, соки, вина, растительные и природные масла, смеси углеводородов.