АППАРАТ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ФРУКТОВЫХ И ОВОЩНЫХ ПЮРЕ
DEVICE FOR CONCENTRATION OF FRUIT AND VEGETABLE PUREE

Изобретение относится к оборудованию консервной промышленности, а именно к вакуум-выпарным аппаратам для производства пюреобразных концентратов из плодов и овощей.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является установка для концентрирования фруктовых и овощных пюре (Пат. №2359462, МПК А23В 7/00, А23В 4/044, №2008111758/13. Остриков А.Н., Вертяков Ф.Н., Веретенников А.Н., Дорохин С.В. Заявл. 27.03.2008, Опубл. 27.06.2009, Бюл. №18), содержащая корпус, внутри которого расположен вертикальный полый вал с мешалкой.
Недостатками установки для концентрирования фруктовых и овощных пюре являются: невысокое качество готовой продукции из-за продолжительного уваривания исходного сырья; значительные материальные и энергетические затраты; низкая производительность, обусловленная периодическим режимом работы и значительная продолжительность процесса.
Технической задачей изобретения является повышение качества готовой продукции за счет кратковременного протекания процесса концентрирования путем интенсивного перемешивания и более равномерной обработки вследствие использования рациональной конструкции двух мешалок, снижение материальных и энергетических ресурсов, повышение производительности за счет перехода на непрерывный режим работы, интенсификация процесса получения готового продукта.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в аппарате для концентрирования фруктовых и овощных пюре, содержащем цилиндрический корпус с расположенной внутри него мешалкой и соединенный с вакуум-насосом, новым является то, что внутри горизонтально расположенного корпуса соосно находятся два вала, на каждом из которых закреплены шесть радиально расположенных роликовых толкателей, на одном конце толкателей расположены ролики, находящиеся в криволинейном пазе, выполненным на боковой поверхности дискового кулачка, который с помощью ступицы жестко соединен с боковой крышкой аппарата, а другой конец толкателей снабжен горизонтальным кронштейном с двумя пластинчатыми амортизаторами и лопатками различной конструкции: на первой и четвертой по ходу вращения установлены перемешивающие лопатки, на второй и пятой - разравнивающие лопатки, на третьей и шестой - счищающие лопатки, в верхней части корпуса находится патрубок для соединения с вакуум-насосом, в средней и нижней части горизонтального цилиндрического корпуса коаксиально расположено тонкостенное круговое полукольцо, поделенное на две вертикальные симметричные части, внутри которых установлены горизонтальные перегородки, образующие теплообменные каналы для движения теплоносителя, сбоку в цилиндрическом корпусе симметрично расположены два загрузочных патрубка с вакуумным шлюзовым затвором для ввода исходного продукта, нижняя часть аппарата снабжена выгрузочным патрубком со шлюзовым затвором.
Технический результат изобретения заключается в повышении качества плодоовощных пюре, интенсификации процесса выпаривания за счет дополнительной турбулизации увариваемого пюре, снижении энергетических ресурсов за счет рационального использования энергии теплоносителя, повышении производительности за счет перехода на непрерывный режим работы.
На фиг.1 изображен продольный разрез аппарата для концентрирования фруктовых и овощных пюре, на фиг.2 - поперечный разрез аппарата для концентрирования фруктовых и овощных пюре, на фиг.3 - объемное изображение мешалок с лопатками, на фиг.4 - поперечный разрез дискового кулачка, на фиг.5 - объемное изображение крепления лопаток к толкателю, на фиг.6 - объемное изображение перемешивающей лопатки; на фиг.7 - объемное изображение аппарата для концентрирования фруктовых и овощных пюре.
Аппарат для концентрирования фруктовых и овощных пюре состоит из горизонтального цилиндрического корпуса 1 с двумя боковыми крышками 2 (фиг.1 и 2), образующими рабочую камеру 5. По бокам корпуса 1 симметрично расположены загрузочные патрубки 6 с вакуумным шлюзовым затвором 15 для ввода исходного продукта. Нижняя часть корпуса соединена с выгрузочным патрубком 7 с вакуумным шлюзовым затвором 16.
В верхней части корпуса 1 расположен патрубок 8 для отвода испаряемых водяных паров. Патрубок 8 соединяется с вакуум-насосом (на фиг. не показан).
В верхней части рабочей камеры 5 размещен сепаратор 14 для улавливания мельчайших капель продукта, уносимых испаряемыми водяными парами, отсасываемыми вакуум-насосом через патрубок 8.
Внутри горизонтального цилиндрического корпуса 1 в его средней и нижней части коаксиально и вертикально симметрично расположены две половины тонкостенного кругового полукольца 9, образуя внутреннюю часть двутельного корпуса. Таким образом, внутренняя часть двутельного корпуса установлена только в его средней и нижней части и поделена на две симметричные вертикальные части, поэтому корпус 1 является частично обогреваемым (фиг.2). Внутри двутельного корпуса в его левой и правой частях установлены горизонтальные перегородки 17, образующие теплообменные каналы для зигзагообразного движения теплоносителя. В нижней части корпуса 1, соединяясь с соответствующими теплообменными каналами, симметрично установлены патрубки 10 для ввода горячего теплоносителя в пространство между наружной стенкой корпуса 1 и стенкой кругового полукольца 9.
Отработанный теплоноситель удалятся через патрубок 11.
Горячий теплоноситель, зигзагообразно двигаясь снизу вверх по теплообменным каналам, нагревает рабочие поверхности левой и правой стенок кругового полукольца 9. Целесообразность установки перегородок 17 обусловлена следующим соображением. Для обеспечения нормального стекания вниз пленки пюре по обогреваемой поверхности левой и правой стенкам кругового полукольца 9 под действием сил тяжести необходимо, чтобы температура пленки по мере стекания вниз повышалась. Это обусловлено тем, что в пленке пюре, стекающей по обогреваемой поверхности левой и правой стенок кругового полукольца 9, за счет испаряющихся из него водяных паров увеличивается содержание сухих веществ, а следовательно, постоянно возрастает вязкость пюре. В связи с этим эта пленка продукта по мере испарения влаги и повышения вязкости плохо стекает вниз по обогреваемой поверхности под действием сил тяжести. Увеличение температуры позволит увеличить до определенного предела вязкость пленки пюре. Поэтому для плавного увеличения температуры стенки сверху вниз было организовано за счет перегородок 17 зигзагообразное движение теплоносителя, нагревающего снизу вверх обогреваемую поверхность левой и правой стенок кругового полукольца 9 (фиг.7).
Внутри рабочей камеры 5 соосно установлены два вала 4, с находящимися на их концах корпусами (левым и правым) кулачков. Каждый корпус состоит из двух крышек: внутренней 3 и наружной 23. Валы 4 имеют регулируемый привод (на фиг. не показан). На валах 4 закреплены подшипники 24 и 25, находящиеся в стаканах 34 (фиг.4). Также в каждом корпусе кулачков радиально расположены шесть втулок 22. Внутри каждой втулки 22 расположен роликовый толкатель 13. На одном конце роликового толкателя 13 установлены ролики 18 и 19. Ролик 18 перемещается в пазу 20 кулачка 12, благодаря чему толкатели 13 могут совершать возвратно-поступательное перемещение в радиальном направлении. Для исключения вращения толкателей 13 относительно своей оси ролик 19 установлен в пазу 21 наружной крышки 23. Кулачок 12 жестко закреплен на ступице 34, которая крепится болтами к боковой крышке 2.
Другой конец толкателей 13 жестко соединен с горизонтальным кронштейном 26 (фиг.5). Для исключения изгиба кронштейна 26 установлены два боковых держателя 27. К кронштейну 26 через два пластинчатых амортизатора 28 крепятся лопатки различной конструкции: на первом и четвертом по ходу вращения установлены перемешивающие лопатки 29, на втором и пятом - разравнивающие лопатки 30, на третьем и шестом - счищающие лопатки 31 (фиг.3).
Лопатки 29 и 31 своей нижней кромкой контактируют с обогреваемой поверхностью стенок полукольца 9. Разравнивающая лопатка 30 предназначена для перемещения верхнего слоя продукта по обогреваемой поверхности стенок полукольца 9, поэтому ее нижняя кромка находится на некотором расстоянии от обогреваемой поверхности стенок полукольца 9.
На перемешивающей лопатке 29 с определенным шагом установлены волнообразные пластины 32, в которых выполнены сквозные конические отверстия 33, причем диаметр отверстий 33 постепенно увеличивается снизу вверх. Это обусловлено тем, что нижние слои продукта, находящиеся ближе к обогреваемой поверхности стенок полукольца 9, имеют более высокую температуру, а следовательно, более низкую вязкость. Поэтому, обладая большей текучестью, эти горячие слои продукта могут относительно легко проходить через отверстия меньшего диаметра, находящиеся в нижней части волнообразных пластин 32. Верхние слои продукта, находящиеся дальше от обогреваемой поверхности стенок полукольца 9, имеют относительно низкую температуру, а следовательно, более высокую вязкость. Поэтому, обладая меньшей текучестью, эти менее нагретые слои продукта легче проходят через отверстия большего диаметра, находящиеся в верхней части волнообразных пластин 32. Коническая форма сквозных отверстий 33 будет способствовать лучшей турбулизации и перемешиванию обрабатываемого слоя продукта (фиг.6).
Аппарат для концентрирования фруктовых и овощных пюре работает следующим образом.
Включается привод вакуум-насоса (на фиг. не показан), соединенного с патрубком 8, и в рабочей камере 5 создается заданная величина разряжения. Одновременно через нижние патрубки 10 в пространство между корпусом 1 и левой и правой стенками кругового полукольца 9 подается горячий теплоноситель с заданной температурой. Так как между стенками полукольца 9 и корпусом 1 установлены перегородки 17, то теплоносителю придается зигзагообразное движение, которое способствует более эффективному использованию его энергии и плавному повышению температуры обогреваемой поверхности стенок полукольца 9 сверху вниз. Отработанный теплоноситель удаляется через патрубки 11 (фиг.7).
Далее включается регулируемый привод (на фиг. не показан), который приводит во вращательное движение валы 4 и корпуса кулачков, а вместе с ними и расположенные на толкателях 13 соответственно перемешивающие 29, разравнивающие 30 и счищающие 31 лопатки. Причем валы 4 вращаются друг навстречу другу. Затем через патрубки 6 с помощью вращающихся шлюзовых затворов 15 в рабочую камеру 5 на левую и правую обогреваемые стенки полукольца 9 подается исходное фруктовое или овощное пюре.
Пюре равномерно распределяется по обогреваемой поверхности левой и правой стенок полукольца 9. Благодаря зигзагообразному движению теплоносителя в пространстве между стенкой 9 и корпусом 1 температура обогреваемой поверхности левой и правой стенок полукольца 9 плавно повышается сверху вниз. Стекая, под действием силы тяжести и воздействия лопаток 29, 30 и 31, по обогреваемой поверхности левой и правой стенок полукольца 9 пюре нагревается, закипает и из него испаряется влага в виде пара, который удаляется через патрубок 8.
Пюре равномерно перемешивается вращающимися перемешивающими лопатками 29. При перемешивании температура продукта выравнивается по всему слою, предотвращая его пригорание на обогреваемой поверхности левой и правой стенок полукольца 9. Разравнивающие лопатки 30 перемещают верхние слои продукта и равномерно распределяют его по всей площади обогреваемой поверхности левой и правой стенок полукольца 9. Счищающие лопатки 31 перемещают продукт по обогреваемой поверхности левой и правой стенок полукольца 9 в направлении к выгрузочному патрубку 7.
Остановимся подробнее на характере движения толкателей 13. При вращении вала 4 за счет изменения профиля паза 20 в кулачке 12, по которому движется ролик 18, толкатели 13 перемещаются в крайнее дальнее положение в момент касания лопаток 29, 30 и 31 обогреваемой поверхности левой и правой стенок полукольца 9 (в зоне подачи продукта из патрубков 6 в рабочую камеру 5) и скользят по ним до выгрузки пюре в выгрузочный патрубок 7. Затем за счет изменения профиля паза 20 в кулачке 12, по которому движется ролик 18, толкатели 13 перемещаются в крайнее ближнее к центру корпуса 1 положение. При этом лопатки 29, 30 и 31 левого вала поднимаются вверх над движущимися им навстречу лопатками правого вала 4, исключая таким образом их столкновение. Аналогичным образом происходит взаимодействие лопаток валов 4 и на противоположной обогреваемой поверхности стенки полукольца 9.
Испаряющиеся водяные пары захватывают с собой мельчайшие частицы продукта. Для улавливания мельчайших капель продукта, уносимых испаряемыми водяными парами, отсасываемыми вакуум-насосом через патрубок 8, предназначен сепаратор 14. Частицы продукта, обтекая сепаратор 14, собираются на его поверхности, укрупняются и затем падают вниз в рабочую камеру 5 на левую или правую стенки полукольца 9.
Концентрирование фруктовых и овощных пюре осуществляется за счет выпаривания части влаги, содержащейся в пюреобразном продукте, при пониженных температурах кипения вследствие применения вакуума (поддерживаемого вакуум-насосом, подключенного к патрубку 8) за счет кондуктивного нагрева от обогреваемых поверхностей левой и правой стенок полукольца 9. Основное назначение нагревания - доведение пюреобразного продукта до заданной конечной влажности путем испарения избыточной влаги под заданным разряжением при заданной температуре. Продолжительность и температура выпаривания должны подбираться в зависимости от вида плодов и степени их зрелости. При этом продолжительность выпаривания регулируется частотой вращения валов 4, а температура выпаривания - температурой и расходом теплоносителя, подаваемого через патрубки 10.
Готовое пюре при достижении заданной влажности выгружают через выгрузочный патрубок 7 со шлюзовым затвором 16.
Использование предложенного аппарата для концентрирования фруктовых и овощных пюре позволяет:
- повысить качество фруктовых и овощных пюре за счет исключения многоэтапной и продолжительной обработки продукта и использования мягких технологических режимов уваривания при пониженных температурах кипения вследствие применения вакуума;
- снизить материальные затраты вследствие устранения вспомогательных и перегрузочных операций;
- интенсифицировать процесс получения готового продукта вследствие использования рационального перемешивания и перемещения продукта сверху вниз установки совместно с поддержанием оптимального температурного режима нагрева.