высоковольтная камера для получения соевой суспензии

Формула изобретения

Высоковольтная камера для получения соевой суспензии, содержащая корпус с отверстием в дне корпуса под продуктопровод, крышку корпуса, пары электродов, состоящих из высоковольтного с изоляторами электрода и заземленного электрода, соосно установленных в корпусе соответственно через отверстия в крышке и отверстия в дне корпуса, отличающаяся тем, что корпус камеры выполнен односекционным цилиндрическим со сферическим дном из изоляционного материала "капролан", а изоляторы высоковольтных электродов с полусферической торцовой частью, расположенной в зоне искрового разряда, - из высокопрочного сополимера, при этом, изоляторы выполнены монолитно с высоковольтными электродами, выступающими из изоляторов не более 20 мм, а пары электродов в количестве не менее трех расположены равномерно по окружности со смещением искрового промежутка одной пары электродов вверх по вертикали не менее 40 мм относительно искровых промежутков других пар, кроме того, в отверстии дна корпуса установлен выпускной кран, соединяющий камеру с продуктопроводом и снабженный донным клапаном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для электроимпульсной обработки материалов и может быть использовано для получения пищевого продукта из растительного сырья, а именно, из соевых бобов или шрота.

Из уровня техники известны устройства для электроимпульсного разрушения материалов, в частности для измельчения твердых материалов, приготовления эмульсии, суспензии и других видов обработки.

Так, известна установка для электроимпульсного разрушения бетонных и железобетонных изделий, состоящая из стальной прямоугольной ванны с герметически закрывающейся крышкой и высоковольтного электрода с полиэтиленовым изолятором, герметически вставляемого в крышку и установленного с возможностью вертикального перемещения относительно изолятора. Высоковольтный электрод представляет собой гибкий разрядный токовод из стального каната, свободно пропущенного сквозь стальную трубку, размещенную в полиэтиленовом изоляторе (RU, п. 2013135, В 02 С 19/18).

Недостатком данного устройства является применение для изоляции высоковольтных электродов полиэтилена, который, подвергаясь воздействию гидравлических ударов, разрушается. Кроме того, низкая температура плавления полиэтилена при нагревании электродов приводит к быстрому разрушению его, а выполнение корпуса рабочей камеры стальным, в силу большой электропроводимости стали, увеличивает потери электроэнергии, в результате чего снижается ударное действие разрядов.

Известна также установка для электроимпульсной обработки жома моркови с целью более полного выделения каротина, состоящая из генератора импульсов высокого напряжения, рабочей камеры сферической формы из нержавеющей стали с герметически закрывающейся крышкой, высоковольтного электрода в виде стального прута диаметром 10 мм с полиэтиленовой изоляцией, герметически вставляемого в крышку камеры, и заземленного электрода, в качестве которого служит днище камеры ("Применение электрогидравлического эффекта в технологических процессах производства". - "Материалы республиканского совещания". Выпуск III. ДСП. экз. 507. - Киев, 1970).

Недостатками данной установки является полиэтиленовая изоляция высоковольтного электрода и выполнение корпуса рабочей камеры из нержавеющей стали.

Наиболее близким по технической сущности является "Установка для получения соевой суспензии с помощью электрических импульсных разрядов", содержащая рабочую двухсекционную камеру прямоугольной формы с крышкой и перегородкой-фильтром между секциями камеры, при этом верхняя часть камеры и перегородки выполнены из полиэтилена, а нижние части их из стали. Кроме того, установка содержит две пары электродов, включающих высоковольтные с полиэтиленовой изоляцией электроды и заземленные электроды, установленные на одной оси и на одном уровне. Полиэтиленовые изоляторы жестко закреплены в крышке, а высоковольтные электроды установлены с возможностью вертикального перемещения относительно изоляторов, при этом торцовые концы изоляторов, работающие в зоне искрового разряда, выполнены плоскими. В днище рабочей камеры встроен продуктопровод ("Установка для получения соевой суспензии с помощью электрических импульсных разрядов". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ВНГ 9.00.00.00.000. ТО. Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете).

Основные недостатки данной установки аналогичны недостаткам технических решений, описанных выше, а именно выполнение днища камеры из стали, а изоляторов высоковольтных электродов - из полиэтилена.

Недостатком данной установки является и выполнение подвижных высоковольтных электродов относительно изоляторов, что способствует образованию большой поверхности соприкосновения электрода с жидкостью, что увеличивает непроизводительные потери энергии. Кроме того, подвижный электрод в силу своей механической инерции не успевает восстановить искровой промежуток к следующему импульсу, при этом нарушается цикличность процесса, то есть время процесса увеличивается, а следовательно, снижается производительность установки. Выполнение нижней торцовой части изоляторов, находящейся в зоне искрового разряда, плоской, способствует более быстрому изнашиванию его при гидравлических ударах, а расположенные пары электродов на одном уровне относительно днища камеры не обеспечивают интенсивного перемешивания суспензии во время рабочего процесса. Выполнение камеры двухсекционной усложняет эксплуатацию данной установки из-за необходимости чистки двух емкостей, а также из-за разрушения перегородки-фильтра между секциями, находящейся в зоне гидравлического удара. Прямоугольная форма камеры также усложняет эксплуатацию установки из-за периодического забивания нераздробленным зерном полостей камеры в районе прямых углов.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности работы камеры за счет усиления ударного действия разряда и его концентрации, повышение ресурса высоковольтных электродов, а также исключение нарушения цикличности рабочего процесса.

Технический результат достигается тем, что в высоковольтной камере для получения соевой суспензии, содержащей корпус с отверстием в дне корпуса под продуктопровод, крышку корпуса, пары электродов, состоящих из высоковольтного с изоляторами электрода и заземленного электрода, соосно установленных в корпусе соответственно через отверстия в крышке и отверстия в дне корпуса, согласно изобретению корпус камеры выполнен односекционным цилиндрическим со сферическим дном из изоляционного материала "капролан", а изоляторы высоковольтных электродов с полусферической торцовой частью, расположенной в зоне искрового разряда, - из высокопрочного "сополимера", при этом изоляторы выполнены монолитно с высоковольтными электродами, выступающими из изоляторов не более 20 мм, а пары электродов в количестве не менее трех расположены равномерно по окружности со смещением искрового промежутка одной пары электродов вверх по вертикали не менее 40 мм относительно искровых промежутков других пар. Кроме того, в отверстии донной части корпуса установлен выпускной кран, соединяющий камеру с продуктопроводом и снабженный донным клапаном.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить наличие отличительных от прототипа признаков. Следовательно, данное техническое решение соответствует критерию "НОВИЗНА".

Сущность изобретения заключается в следующем.

С целью усиления ударного действия разряда и его концентрации донная часть корпуса камеры выполнена в виде полусферы из изоляционного полимерного материала, который, являясь диэлектриком, исключает утечку зарядов. С этой же целью при создании турбулизирующего состояния во всем объеме камеры искровой промежуток одной пары электродов смещен вверх по вертикали не менее 40 мм относительно искровых промежутков других пар электродов. Выполнение высоковольтных электродов с неизолированной частью электрода не более 20 мм и расположение электродов в количестве не менее трех, равномерно по окружности охватывающих активной зоной все донное пространство камеры, также усиливают ударное действие разрядов. Усиление ударного действия и концентрация зарядов в рабочем межэлектродном пространстве с исключением утечки их из этогопространства создает волны давления с такой величиной амплитуды, которая достаточна для эффективного диспергирования исходного соевого сырья при низких затратах энергии, а создание турбулизирующего состояния в рабочей камере к тому же ускоряет массообмен в системе "соевое сырье - жидкость", а также улучшает условия перемешивания суспензии во время рабочего процесса, и все это в совокупности с движением концентрированных ударных волн способствует более интенсивной экстракции белков из соевого сырья. Выполнение высоковольтных электродов, неподвижных относительно изоляторов, исключает нарушение цикличности рабочего процесса за счет неизменности искрового промежутка, что в конечном счете повышает производительность заявленного устройства и снижает энергозатраты. Повышению ресурса работы высоковольтных электродов заявляемой камеры способствует выполнение изоляторов высоковольтных электродов из высокопрочного "сополимера", который обладает большой стойкостью к воздействию гидравлических ударов и высоких температур в зоне искрового разряда. Кроме того, высокопрочный "сополимер" позволяет повысить градиент энергии в межэлектродном пространстве до 80 Дж/мм, что способствует раздроблению большого количества зерна в единицу времени. Полусферическая торцовая часть изолятора, работающая в зоне искрового разряда, снижает ударную нагрузку на изолятор, что также повышает ресурс работы высоковольтного электрода. Снабжение донным клапаном выпускного крана препятствует поступлению в продуктопровод крупных фракций во время рабочего процесса.

Таким образом, совокупность признаков, присущая заявляемому устройству и явным образом не следующая из уровня техники, позволяет достичь технического результата, а именно повысить эффективность работы устройства за счет усиления ударного действия разряда и его концентрации, повышения ресурса высоковольтного электрода, а также исключения нарушения цикличности рабочего процесса. Следовательно, данное техническое решение соответствует критерию "ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ".

На фиг.1 изображена высоковольтная камера в разрезе.

На фиг.2 - вид сверху.

Предлагаемая высоковольтная камера для получения соевой суспензии состоит из корпуса 1, заполненного питьевой водой 2. Корпус камеры выполнен цилиндрической формы с плоской герметичной крышкой 3. Дно корпуса сферическое с отверстием под загрузочный люк 4. Через крышку во внутрь камеры почти до дна опущены три высоковольтных электрода 5, изготовленных из 18 мм прутка нержавеющей стали, расположенные равномерно по окружности под углом 120^o относительно друг друга. Высоковольтные электроды помещены в изоляторы 6, выполненные из высокопрочного "сополимера". Концы изоляторов высоковольтных электродов, которые расположены в зоне искрового разряда, выполнены в форме полусферы для снижения ударной нагрузки на изолятор, при этом изоляторы выполнены монолитно с высоковольтными электродами, которые выступают из изоляторов не более 20 мм. Изоляторы жестко и герметично закреплены в крышке камеры. Заземленные три электрода 7 проходят через донную часть камеры и установлены попарно на одной оси с высоковольтными электродами 5. Между высоковольтным и заземленным электродом установлен зазор 10-13 мм, при этом искровой промежуток одной пары электродов смещен вверх по вертикали на 40 мм для улучшения условия перемешивания суспензии во время процесса. В донной части камеры установлен выпускной кран 8, в конструкции которого предусмотрен донный клапан 9, который препятствует поступлению в продуктопровод 10 крупных фракций зерна во время рабочего процесса. Для улучшения качества получаемого продукта во избежание его окисления камера герметизирована, способна работать под избыточным давлением и снабжена предохранительным клапаном 11.

Размеры корпуса камеры:

- высота корпуса - 600 мм;

- диаметр корпуса - 500 мм;

- радиус сферы дна корпуса - 250 мм

подобраны опытным путем с учетом мощности генератора импульсов высокого напряжения для переработки 15 кг/час бобов сои с получением основы соевой с содержанием соевых белков более 5%.

Высоковольтная камера работает следующим образом.

В корпус 1 камеры через загрузочный люк 4 загружают сою и воду в соотношении соя:вода = 1:6 или 1:10 в зависимости от того, какое содержание белка в соевой основе предполагается получить. От импульсного генератора на высоковольтные электроды 5 подается напряжение до 50 кВт с частотой импульсов 3-6 в секунду. Под действием электрических импульсных разрядов происходит одновременное измельчение соевых бобов и экстракция белка в водный раствор в течение 30-50 минут. После завершения дробления бобов сои открывают донный клапан 9 выпускного крана 8, и суспензия поступает в продуктопровод 10, откуда идет на дальнейшую переработку.

На заявляемую высоковольтную камеру для получения соевой суспензии разработан промобразец, проведен сравнительный анализ затрат электроэнергии на получение 1 кг белка заявляемой установки и прототипа (см. таблицу).

Высокая производительность заявляемой камеры при незначительных затратах электроэнергии, простота эксплуатации, а также высокая надежность ее работы позволяет сделать вывод о ее возможной промышленной применимости.