Эмульсер
EMULSIFIER

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к оборудованию для получения эмульсий, и может быть использовано при производстве купажей растительных масел, спредов и маргаринов функционального назначения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является эмульсер [Пат. № 2502549. МПК В 01 F 3/08 (2006/01). Эмульсер / Остриков А.Н., Горбатова А.В.; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (RU) - № 2012118119/05. №. Заявл. 03.05.2012. Опубл. 27.12.2013. Б.И. № 36], в верхней части прямоугольного корпуса которого установлено два наклонных подающих лотка, нижняя плоскость которых обогревается горячей водой, под лотками в двух противоположных боковых стенках корпуса установлены распылительные форсунки для подачи жидких компонентов. Прямоугольный корпус вертикально установлен на смеситель, имеющий корытообразную форму. Смеситель включает в себя две последовательно расположенные камеры, первая камера находится под цилиндрическим прямоугольным корпусом, а вторая - в конусообразной части, выходящей за пределы корпуса. Внутри смесителя коаксиально расположены быстроходный и тихоходный валы. Тихоходный вал расположен внутри быстроходного и проходит через две камеры, а быстроходный вал - только через первую камеру. На быстроходном валу смесителя, расположенного в первой камере, закреплены две ленточные спирали разного диаметра с противоположной навивкой и нагнетающий шнек, на тихоходном валу, проходящем через вторую камеру, смесителя смонтирован конусообразный нагнетающий шнек переменного шага и диаметра.
Недостатками эмульсера являются: высокие энергозатраты, обусловленные нерациональным ведением процесса термомеханического воздействия на исходную смесь; неравномерное распределение компонентов в получаемой смеси и из-за несовершенной конструкции мешалки, которая не учитывает особенности физико-механических свойств исходных компонентов.
Технический результат изобретения заключается в повышение эффективности процесса термического и механического воздействия на смешиваемые виды растительных масел (подсолнечное, рапсовое, горчичное, рыжиковое и т. п.) за счет оптимизации конструкции и характера движения рабочих органов эмульсера (рамной и лопастной мешалок в верхней греющей камере и чередующихся лопастей и витков шнека в нижней охлаждающей камере), а также вследствие поддержания заданного температурного режима нагрева в верхней камере с помощью змеевикового теплообменника и охлаждения в нижней камере за счет двутельного корпуса) с учетом особенностей физико-механических и реологических растительных масел и смешиваемых компонентов, получение однородных купажей из растительных масел и спредов функционального назначения.
Поставленная техническая задача изобретения достигается те м, что в эмульсере, включающем корпус, установленный на двухкамерный смеситель с вертикально расположенными быстроходным и тихоходным валами, новым является то, что в верхней греющей цилиндроконической камере на вертикальном валу установлена рамная мешалка, лопасти которой контактируют с внутренней поверхностью корпуса, в ее цилиндрической части на вертикальном быстроходном валу также установлена спиральная мешалка меньшего диаметра, в зазоре между рамной и спиральной мешалкой расположен змеевиковый теплообменник, нижняя охлаждающая камера снабжена двутельным корпусом со спиралевидной подачей теплоносителя, в нижней охлаждающей камере расположен тихоходный вертикальный вал, на котором поочередно установлены лопасти и витки шнека, причем четные лопасти имеет правый наклон, а нечетные - левый, также и витки шнека имеют чередующиеся левую и правую навивку, в нижней части тихоходного вала установлен выгрузочный конусный шнек, между верхней греющей цилиндроконической камерой и нижней охлаждающей камерой установлен сегментный затвор-регулятор.
На фиг. 1 представлено общий вид конструкции эмульсера, на фиг. 2 -сегментный затвор-регулятор в закрытом положении; на фиг. 3 - сегментный затвор-регулятор в открытом положении.
Эмульсер (фиг. 1) состоит из двух камер: верхней греющей цилиндроконической камеры 1 и нижней охлаждающей камеры 2.
В верхней крышке 27 эмульсера расположены патрубки 29 для подачи исходных компонентов: различных сортов купажируемых масел и других компонентов (структурообразователей, стабилизаторов, ароматизаторов и др.).
Через верхнюю камеру 1 эмульсера по центру проходит быстроходный вертикальный вал 3, который приводится во вращение с помощью регулируемого привода 28, расположенного на крышке 27.
Через нижнюю камеру 2 эмульсера по центру проходит, сосно установленный с валом 3, тихоходный вертикальный вал 4.
На быстроходном валу 3 установлена рамная мешалка 5, лопасти 6 которой контактируют с внутренней поверхностью корпуса камеры 1, и спиральная мешалка 7 меньшего диаметра.
В зазоре между рамной 5 и спиральной 7 мешалками расположен змеевиковый теплообменник 8, имеющий патрубок 9 для подачи исходного горячего теплоносителя (пара или горячей воды) и патрубок 10 для выхода отработанного горячего теплоносителя. Нагревание исходных компонентов необходимо для понижения их вязкости и равномерного перемешивания.
Между верхней греющей цилиндроконической камерой 1 и нижней охлаждающей камерой 2 установлен сегментный затвор-регулятор 11, предназначенный для обеспечения регулируемого перетока смеси обрабатываемого продукта из верхней камеры 1 в нижнюю камеру 2. Сегментный затвор-регулятор 11 состоит из пяти сегментов 24, каждый из которых шарнирно соединен с помощью тяги 25 с круговой зубчатой рейкой 26 (фиг. 2 и 3).
Нижняя охлаждающая камера 2 снабжена двутельным корпусом 12, внутри которого установлена спираль 13 для спиралевидной подачи холодного теплоносителя. Двутельный корпус 12 имеет патрубок 14 для подачи исходного холодного теплоносителя (рассола или ледяной воды) и патрубок 15 для выхода отработанного холодного теплоносителя.
В верхней части камеры 2 сбоку присоединен шнековый питатель 16 с загрузочным патрубком 17 для подачи эмульгаторов и других компонентов. Питатель 16 имеет регулируемый привод 18.
В камере 2 на тихоходном вертикальном валу 4 поочередно установлены лопасти 19 и витки шнека 20, причем четные лопасти имеет правый наклон, а нечетные - левый, также и витки шнека имеют чередующиеся левую и правую навивку. Предлагаемые конструкции лопастей 19 и витков шнека 20 обеспечивают интенсивное перемешивание, доводя их до необходимой степени однородности в соответствии с требованиями технологии.
В нижней части тихоходного вала 4 установлен конусообразный нагнетающий шнек 21 переменного шага и диаметра, а на выходе из нижней камеры 2 - выгрузочные патрубки 22 для выхода готового продукта.
Тихоходный вал 4 имеет регулируемый привод 23, установленный под камерой 2.
Эмульсер (фиг. 1) работает следующим образом.
В верхнюю греющую цилиндроконическую камеру 1 через патрубки 29, установленные на верхней крышке 27 эмульсера, осуществляется дозированная подача разных видов растительных масел и других компонентов (эмульгаторов, стабилизаторов, структурообразователей и т.д.).
Через патрубок 9 в змеевиковый теплообменник 8 подается горячий теплоноситель (пара или горячей воды) с заданной температурой, который проходя по теплообменнику 8 нагревает его стенки, сам при этом охлаждается и выходит через патрубок 10 для выхода отработанного горячего теплоносителя. Характер изменения температуры теплоносителя по высоте верхней греющей камеры 1 будет определяться не только физико-механическими, но и реологическим свойствами растительных масел и смешиваемых компонентов.
Одновременно включается регулируемый привод 28, расположенный на крышке 27, приводя во вращение быстроходной вал 3. При этом приводятся во вращение, закрепленные на валу 3, рамная мешалка 5 и спиральная мешалка 7. При этом сегментный затвор-регулятор 11, предназначенный для обеспечения регулируемого перетока смеси обрабатываемого продукта из верхней камеры 1 в нижнюю камеру 2, закрыт (фиг. 2).
При этом вращающиеся лопасти 6 рамной мешалки 5 придают тангенциальное (окружное) и радиальное (от внутренней поверхности цилиндрического корпуса в направлении к центру камеры 1) перемещению купажируемой смеси растительных масел. Спиральная мешалка 7, имеющая меньший диаметр и расположенная внутри змеевикового теплообменника 8, придает не только вращательное движение купажируемой смеси растительных масел, но и осевое движение, направленное вверх. Таким образом, купажируемая смесь растительных масел приобретает циркуляционное движение в камере 1 и, проходя между витками змеевикового теплообменника 8, равномерно нагревается и смешивается.
При достижении необходимой однородности открывается сегментный затвор-регулятор 11 и полученный горячий купаж из нижней конусной части камеры 1 регулируемым потоком перетекает в нижнюю камеру 2 (фиг. 3).
При этом включается регулируемый привод 23, установленный под камерой 2, и тихоходный вал 4, с установленными лопастями 19 и витками шнека 20, приводятся во вращение. Предлагаемая конструкция лопастей 19 и витков шнека 20, обеспечивает интенсивное перемешивание смеси компонентов, доводя их до необходимой степени однородности в соответствии с требованиями технологии.
Одновременно включается регулируемый привод 18 шнекового питателя 16 и эмульгатор или другие компоненты из загрузочного патрубка 17 подаются в верхнюю часть камеры 2, смешиваясь при этом с купажом масел.
Затем через патрубок 14 в двутельный корпус 12 камеры 2 подается холодный теплоноситель (рассол или ледяная вода), который с помощью спирали 13 приобретает спиралеобразное движение.
Далее отработанный холодный теплоноситель через патрубок 15 выходит из двутельного корпуса 12 нижней охлаждающей камеры 2.
Подаваемый в двутельный корпус 12 нижней охлаждающей камеры 2 холодный теплоноситель охлаждает однородную смесь компонентов до требуемой температуры. При этом стекающая масса контактирует с внутренней поверхностью камеры 2 и приобретает заданную по технологии температуру.
Очередность расположения и конструктивные особенности лопастей 19 и витков шнека 20, находящихся на тихоходном вертикальном валу 4, обеспечивают не только интенсивное перемешивание, но и эффективное охлаждение обрабатываемого купажа масел.
В связи с тем, что четные лопасти имеет правый наклон, а нечетные - левый, а витки шнека имеют чередующиеся левую и правую навивку перерабатываемая масса подвергается интенсивному перемешиванию из-за перекрестного движения взаимодействующих потоков.
Смесь компонентов подвергается интенсивному и рациональному термомеханическому воздействию за счет многократной местной турбулизации обрабатываемого купажа, при этом обеспечивается высокоинтенсивное охлаждение и поддержание заданного температурного режима. Этим позволяет придать необходимую однородность и гомогенность структуры получаемого продукта. При этом исходные компоненты контактируются между собой, перемешиваются и стекают в нижнюю часть камеры 2. Эмульсия представляет собой дисперсию микроскопических частиц одной жидкости в другой. Вводимый эмульгатор стабилизирует эмульсию, предотвращает и замедляет разделение фаз.
Тихоходный вал 4 с расположенными на нем лопастями 19 и витками шнека 20 медленно перемещает продукт в нижнюю часть камеры 2, где он с помощью конусообразного нагнетающего шнека 21 переменного шага и диаметра выгружается из эмульсера через выгрузочные патрубки 22 для выхода готового продукта и затем направляется на фасовку и упаковку.
Таким образом, использование изобретения позволит:
- проводить процесс смешивания растительных масел (подсолнечного, рапсового, горчичного, рыжикового и т. п.) и других компонентов (эмульгаторы, стабилизаторы, структурообразователи, ароматизаторы и т.д.) в соответствии с кинетическими закономерностями процесса смешивания;
- оптимизировать процесс термомеханического воздействия на исходное сырье, различное по своим физико-механическим свойствам, за счет рационального характера движения продукта и обеспечения поддержания заданного температурного режима в каждой из камер эмульсера в зависимости от их функционального назначения;
- турбулизировать перемешиваемый и движущийся поток с учетом особенностей его физико-механических и реологических свойств за счет предлагаемой конструкции, формы и характера движения рабочих органов эмульсера (рамной и лопастной мешалок в верхней греющей камере и чередующихся лопастей и витков шнека в нижней охлаждающей камере);
- поддерживать заданный температурный режим нагрева в верхней камере с помощью змеевикового теплообменника и охлаждения в нижней камере за счет двутельного корпуса учетом особенностей теплофизических и реологических свойств растительных масел и смешиваемых компонентов;
- расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизмов перемешивания с учетом особенностей физико-механических растительных масел и смешиваемых компонентов;
- получить купажи функционального назначения благодаря решению проблемы равномерного распределения компонентов смеси и наиболее рациональному температурному воздействию на них.