УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАРОВОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА, СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR VAPOUR PROCESSING OF FOOD PRODUCTS, RAW MATERIALS, MATERIALS

Изобретение предназначено для выработки смолистых веществ, эфирных масел, стерилизации/пастеризации консервированных пищевых продуктов, спекания силикатных материалов методом парового воздействия на обрабатываемый продукт, сырье, материал и может быть использовано в биохимической, пищевой промышленности, промышленности строительных материалов.
Известны устройства для обработки пищевого продукта, сырья, материалов рабочим телом, включающие герметичную емкость автоклава, парообразователь. Известно устройство для обработки пищевого продукта, сырья, материалов рабочим телом, включающее герметичную емкость автоклава, парообразователь, разделенный от автоклава, где размещаются пищевой продукт, сырье, материалы, перегородкой [1].
Недостаток известного устройства обработки пищевого продукта, сырья, заключается в том, что в данном устройстве не предусмотрен контроль за расходом пара, в емкости автоклава, где расположен пищевой продукт, материал, сырье. Нет интенсивного движения насыщенного пара, необходимого для быстрого нагрева пищевого продукта, активного проникновения его в поры сырья, материала, к примеру: в поры газосиликатных блоков, для проведения химической реакции образования гидросиликатов кальция, в котором участвует вода, конденсируясь из пара или, в поры эфиромасленичных культур, для выдавливания эфирных масел из пор. Для активизации процесса прохождения пара в поры сырья, материала используют повышенное давление.
Техническим результатом является ускоренный нагрев пищевого продукта, сырья, материала в автоклаве за счет интенсификации движения насыщенного пара, активизация проникновения насыщенного пара в поры сырья, материала, дозирование подачи количества насыщенного пара, участвующего в процессе, с целью регулировки технологического процесса.
Сущность способа паровой обработки пищевого продукта, сырья, материалов заключается в том, что автоклав и парообразователь соединены между собой по внешней стороне трубами, при этом в трубе, соединяющий автоклав с парообразователем, установлен механизм принудительного перемещения рабочего тела, состоящий из взвешенных частиц воды и воздуха, а за механизмом принудительного перемещения рабочего тела установлен механизм распыления воды в рабочем теле. В трубе, соединяющей парообразователь с автоклавом, установлен механизм смешивания рабочего тела, прошедшего через парообразователь, с рабочим телом, направленным от механизма распыления воды, мимо парообразователя. В трубах, при входе рабочего тела в автоклав и на выходе рабочего тела из автоклава, установлены измерители количественных показателей рабочего тела: температуры и влажности. Автоклав и парогенератор соединены между собой трубами, по внешней стороне автоклавного парообразователя, в котором парообразователь установлен в герметичной емкости автоклава и разделен перегородкой от автоклава, где размещаются пищевой продукт, сырье, материалы.
На чертеже изображена технологическая схема устройства для паровой обработки пищевого продукта, сырья, материалов в автоклавном парообразователе. Она включает: парообразователь 1, автоклав 2. Пароообразователь 1 и автоклав 2 соединены снаружи трубами 3. В трубах 3 циркулирует рабочее тело, состоящее из взвешенных частиц воды, воздуха. В трубе 3, по направлению движения рабочего тела, из автоклава 2 к парообразователю 1 установлен механизм принудительного перемещения рабочего тела - вентилятор высокого давления 4. За вентилятором высокого давления 4 установлен механизм распыления воды в рабочее тело - пароструйный компрессор 5. За парообразователем 1, в трубе 3, соединяющий парообразователь 1 и автоклав 2, установлен механизм смешивания рабочего тела, прошедшего через парообразователь 1 (активный пар), с рабочим телом, направленным мимо парообразователем 1 (пассивный пар) - пароструйный компрессор 6.
Для выработки эфирных масел предусмотрены холодильник 7 и флорентина 8. Имеются манометры 9, вентили 10, предохранительный клапан 11.
В трубах 3, на входе рабочего тела в автоклав 2 и на выходе рабочего тела из автоклава 2 установлены измерители- преобразователи влажности и температуры пара 12.
Технология выработки эфирных масел.
Устройство работает следующим образом.
В автоклав 2 закладывают ветки эфиромасленичных культур (пихты, сосны, ели, мяты, укропа и т.п.) Автоклав герметично закрывают крышкой. Парообразователь 1 предварительно прогрет и находится в рабочем состоянии. Затем включают вентилятор высокого давления 4. Воздух, находящийся в автоклаве 2, начинает интенсивно всасываться вентилятором 4 и направляться по трубе 3 в парообразователь 1. По пути, в воздухе, проходящем по трубе 3, распыляется в небольших количествах предварительно прогретая вода, всасываемая через пароструйный компрессор 5. Процесс движения рабочего тела, состоящего из взвешенных частиц воды и воздуха, осуществляется по замкнутому кругу: парообразователь - автоклав - парообразователь, до тех пор, пока температура пара на выходе из автоклава не достигнет 95-100°C, а влажность - предельно максимального значения. Эти величины определяются измерителем-преобразователем 12. Насыщенный пар, достигший температуры 100°C и выше, начинает интенсивно выдавливать из пор веток эфиромасличных культур эфирные масла, которые, соединяясь с паром, образуют пароэфирную смесь. При достижении предельных величин насыщения паром рабочего тела открываются вентили 10, перед и позади холодильника 7. Рабочее тело - пароэфирная смесь направляется в холодильник 7. В холодильнике 7 пароэфирная смесь конденсируется в жидкость и далее направляется в флорентину 8, где разделяется на флорентинную воду и эфирное масло-сырец. При конденсации пароэфирной смеси из холодильника 7 выходит также теплый воздух, который направляется в вентилятор высокого давления 4.
При повышении давления в автоклаве 2 сверх допустимого уменьшают подачу воды в пароструйный компрессор 5 и уменьшают подачу активного пара через пароструйный компрессор 6.
При повышении температуры в автоклаве 2 сверх допустимого часть рабочего тела направляют мимо парообразователя 1, в пароструйный компрессор 6. При этом уменьшается температура и давление рабочего тела при входе в автоклав 1. Или уменьшают обороты вентилятора высокого давления 4. При этом уменьшается интенсивность движения рабочего тела через автоклав 2. Уменьшается температура в автоклаве, но влажность пара в автоклаве 2 останется прежней.
Технологический цикл завершается в том случае, когда интенсивность конденсации паров эфира в холодильнике 7 упала до предельно допустимых значений.
Технология стерилизации/пастеризации консервированных пищевых продуктов.
В автоклав 2 закладывают консервированную пищевую продукцию. Автоклав герметично закрывают крышкой. Парообразователь 1 предварительно прогрет и находится в рабочем состоянии. Затем включают вентилятор высокого давления 4. Воздух из автоклава 2 начинает интенсивно всасываться вентилятором 4 и направляться по трубе 3 в парообразователь 1. По пути, в воздухе, проходящем по трубе 3, распыляется в небольших количествах предварительно прогретая вода, входящая через пароструйный компрессор 5. Процесс движения рабочего тела осуществляется по замкнутому кругу: парообразователь - автоклав - парообразователь. При стерилизации продукции важными показателями являются температура и давление.
При повышении давления в автоклаве 2 сверх допустимого уменьшают подачу воды в пароструйный компрессор 5 и уменьшают подачу активного пара через пароструйный компрессор 6.
При повышении температуры в автоклаве 2 сверх допустимого часть рабочего тела (паровоздушной смеси) направляют мимо парообразователя 1, в пароструйный компрессор 6. При этом уменьшаются температура и давление рабочего тела в автоклаве 2. Или уменьшают обороты вентилятора высокого давления 4. В этом случае уменьшается интенсивность движения рабочего тела через автоклав 2, Уменьшается температура в автоклаве, но влажность пара на входе в автоклав 2 останется прежней.
Технологический процесс завершается по истечении определенного времени.
Охлаждение продукта осуществляется естественным путем.
Технология спекания силикатного кирпича-сырца (газосиликатных блоков).
Технологические параметры: давление 0,8 МПа, температура 175°C. В процессе автоклавной обработки, т.е. запаривания кирпича-сырца (газосиликатных блоков), различают три стадии.
Первая стадия начинается с момента выработки и доведения насыщенного пара в автоклаве до температуры 175°C и давления 8 атм и заканчивается при наступлении равенства температур теплоносителя (пара) и обрабатываемых изделий. Вторая стадия характеризуется постоянством температуры обрабатываемого изделия и давления в автоклаве. В это время получают максимальное развитие все те физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликата кальция, а следовательно, и твердению обрабатываемых изделий.
Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в автоклаве до момента выгрузки из него готового кирпича (газосиликатного блока).
В первой стадии включают вентилятор высокого давления 4 и пропускают рабочее тело по замкнутому кругу: парообразователь - автоклав - парообразоватиель. В процессе движения по трубам 3 вначале высасывается воздух из автоклава 3. Затем, в воздушном потоке распыляется предварительно прогретая вода, через пароструйный компрессор 5. Частицы воды, находящиеся в рабочем теле, проходя через парообразователь 1, испаряются, превращаясь в насыщенный нар. Вначале температура насыщенного пара невысокая. Но по мере того, как увеличивается количество циклов прохождения насыщенного пара по замкнутому кругу и меняется скорость прохождения рабочего тела, повышается температура насыщенного пара. При этом пар в автоклаве начинает охлаждаться и конденсироваться на силикатном кирпиче-сырце (газосиликатном блоке) и стенках автоклава 2. После подъема давления до 8 атм пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича (газосиликатного блока) и конденсируется в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготовлении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в сырец. Известно, что упругость пара растворов ниже упругости вара чистых растворителей. Поэтому притекающий в автоклав водяной пар будет конденсироваться над растворами извести, стремясь понизить их концентрацию; это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И третьей причиной конденсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.
В процессе первой стадии запаривания силикатного кирпича-сырца измеряют температуру и влажность рабочего тела при входе в автоклав 2 и при выходе из автоклава 2. Измерения проводят измерителем-преобразователем влажности и температуры пара 12. При достижении минимальной величины разности между ними первая стадия считается завершенной.
2
2
С того момента, как в кирпиче-сырце, а следовательно, и в автоклаве 2 будет достигнута наивысшая температура, т.е. 170-200°C, наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают химические и физические реакции, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидрата окиси кальция Са(ОН), непосредственно соприкасающимся с кремнеземом SiO песка.
Наличие водной среды и высокой температуры вызывает на поверхности песчинок некоторое растворение кремнезема, образовавшийся раствор вступает в химическую реакцию с образовавшимся в течение первой стадии запаривания водным раствором гидрата окиси кальция и в результате получаются новые вещества - гидросиликаты кальция.
Сначала гидросиликаты находятся в коллоидальном (желеобразном) состоянии, но постепенно выкристаллизовываются и, превращаясь в твердые кристаллы, сращивают песчинки между собой. Кроме того, из насыщенного водного раствора гидрат окиси кальция также выпадает в виде кристаллов и своим процессом кристаллизации участвует в сращивании песчинок.
Таким образом, вo второй стадии запаривания образование гидросиликатов кальция и перекристаллизация их и гидрата окиси кальция вызывают постепенное твердение кирпича-сырца.
Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и давления в силикатном кирпиче-сырце и в автоклаве 2.
Давление поддерживается за счет регулировки подачи воды для распыления в пароструйный компрессор 5. А температура - за счет регулировки угловой скорости вращения вентилятора высокого давления 4.
Третья стадия запаривания протекает с момента прекращения доступа пара в автоклав, т.е. начинается падение температуры в автоклаве, быстрое или медленное в зависимости от изоляции стенок автоклава и наличия перепуска пара. Происходит снижение температуры изделия и обеднение его водой, т.е. вода испаряется и повышается концентрация раствора, находящегося в порах. С повышением концентрации гидрата окиси кальция и снижением температуры цементирующего вещества силикаты кальция становятся более основными, и это продолжается до тех пор, пока кирпич (газосиликатный блок) не будет выгружен из автоклава. В результате усиливается твердение гидросиликатов кальция и, следовательно, повышается прочность силикатного кирпича, газосиликатного блока. Одновременно пленки цементирующего вещества сильней обогащаются выпадающим из раствора гидратом окиси кальция. Для прекращения подачи пара в автоклав останавливают вентилятор высокого давления 4. Затем открывают крышку автоклава 2 и выгружают силикатный кирпич (газосиликатный блок).
При повышении давления в автоклаве 2 сверх допустимого уменьшают подачу воды в пароструйный компрессор 5 и уменьшают подачу активного пара в пароструйный компрессор 6.
При повышении температуры в автоклаве 2 сверх допустимого часть рабочего тела (паровоздушной смеси) направляют мимо парообразователя1, в пароструйный компрессор 6. При этом уменьшаются температура и давление рабочего тела при входе в автоклав 2.
Или уменьшают обороты вентилятора высокого давления 4. В этом случае уменьшается интенсивность движения рабочего тела через автоклав 2. Уменьшается температура в автоклаве 2, но влажность пара в автоклаве 2 останется прежней.
Применение данного способа и устройства позволит активизировать процесс проникновения насыщенного пара в поры материала, сырья, экономить выработку насыщенного пара.
Источники информации
1. Патент RU 2288259 C2, 21.02.2005.