КОАКСИАЛЬНЫЙ ВЫПАРНОЙ АППАРАТ
COAXIAL EVAPORATION APPARATUS

Изобретение относится к оборудованию консервной и пищеконцентратной промышленности, а именно к аппаратам для производства пюреобразных концентратов из плодов и овощей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является закрытый аппарат-дигестер (Фламенбаум, Б.Л. Технология консервирования плодов, овощей, мяса и рыбы / Б.Л.Фламенбаум, А.А.Бровченко, А.Ф.Загибалов и др. Под ред. Б.Л.Фламенбаума. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1993. - 320 с.), содержащий загрузочный бункер, цилиндроконический корпус, внутри которого расположен вертикальный полый вал со шнековой и лопастной мешалками. Коническая часть корпуса снабжена наружной паровой камерой, а на нижней части конического корпуса установлена выгрузочная задвижка.
Недостатками закрытого аппарата-дигестера 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 интенсификация процесса выпаривания за счет кратковременного протекания процесса двухстадийного выпаривания фруктовых и овощных пюре; повышение качества готовой продукции вследствие мелкодисперсного распыливания пюре с последующим выпариванием, осуществляемым при интенсивном перемешивании и равномерном нагревании вследствие использования рациональной конструкции лопастной мешалки, повышение производительности за счет более эффективного использования внутренней поверхности аппарата.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в коаксиальном выпарном аппарате, содержащем крышку, вертикальный двутельный цилиндрический корпус, внутри которого расположена вертикальная лопастная мешалка, новым является то, что корпус аппарата состоит из четырех коаксиально установленных цилиндров, причем внутри первого цилиндра меньшего диаметра и в пространстве между вторым и третьим цилиндрами, представляющими собой рабочие камеры, установлена с возможностью регулируемого вращения комбинированная лопастная мешалка, на вертикальном валу которой в нижней части рабочей камеры закреплены четыре скребка, имеющие волнообразный профиль, а над скребками симметрично расположены идентичные по конструкции две вертикальные односторонние рамы, находящиеся внутри первого цилиндра меньшего диаметра, и две симметрично расположенные и идентичные по конструкции вертикальные двусторонние рамы, находящиеся в пространстве между вторым и третьим цилиндрами, причем все рамы имеют комбинированный профиль и состоят из трех зон: в первой сверху зоне установлены наклонные скребки, расположенные в вертикальной плоскости друг под другом, во второй зоне - расположенные в вертикальной плоскости друг под другом лемехообразные лопасти, а в третьей зоне - счищающий скребок, в центре крышки установлен патрубок для соединения с вакуум-насосом, над крышкой расположены три соединенных между собой кольцевых коллектора с вертикальными трубками, входящими в рабочие камеры, на концах трубок установлены распылительные форсунки для ввода исходного продукта, причем форсунки из кольцевого коллектора меньшего диаметра направлены на внутреннюю поверхность первого цилиндра, форсунки из кольцевого коллектора среднего диаметра направлены на наружную поверхность второго цилиндра, а форсунки из кольцевого коллектора большего диаметра направлены на внутреннюю поверхность третьего цилиндра, первый и второй цилиндры, а также третий и четвертый цилиндры образуют два отдельных двутельных цилиндрических корпуса, между стенками которых установлена ленточная спираль, а в днище корпуса установлен выгрузочный патрубок.
Технический результат изобретения заключается в интенсификации процесса выпаривания, повышении качества готовой продукции, увеличении производительности за счет перехода на непрерывный режим работы.
На фиг.1 показано плоскостное изображение общего вида коаксиального выпарного аппарата; на фиг.2 - объемное изображение общего вида коаксиального выпарного аппарата; на фиг.3 - объемное изображение вертикальной комбинированной лопастной мешалки; на фиг.4 - объемное изображение вертикальных двусторонней и односторонней пластин.
Коаксиальный выпарной аппарат состоит из крышки 1, корпуса, включающего четыре вертикальных коаксиально установленных цилиндра 7, 8, 22 и 23, и днища 19. Внутри первого цилиндра 22 меньшего диаметра и в пространстве между вторым 23 и третьим 8 цилиндрами, представляющими собой соответственно рабочие камеры 15 и 9, установлена комбинированная лопастная мешалка 18, которая приводится во вращение регулируемым приводом (на фиг.1 не показан), расположенным в нижней части аппарата.
На вертикальном валу комбинированной лопастной мешалки 18 закреплены четыре скребка 31, имеющие волнообразный профиль и находящиеся в нижней части рабочей камеры 9 и над рабочей камерой 15. Вертикальный вал мешалки 18 вращается в подшипниковых опорах 28, причем верхняя подшипниковая опора 28 закрыта сепаратором 29, предназначенным для улавливания мельчайших капель продукта, уносимых испаряемыми водяными парами, отсасываемыми вакуум-насосом через патрубок 30 (фиг.1 и 2).
Комбинированная лопастная мешалка 18 (фиг.3) состоит из двух радиально расположенных длинных горизонтальных направляющих 14 и коротких горизонтальных направляющих 17, смещенных друг относительно друга на 90°. Направляющие 14 и 17 жестко крепятся к вертикальному валу.
На концах радиально расположенных длинных горизонтальных направляющих 14 жестко закреплены вертикальные стойки 13, на которых с одинаковым шагом установлены горизонтальные кронштейны 12. К кронштейнам 12 жестко крепятся вертикальные двусторонние рамы 11 (фиг.4). Наружные поверхности вертикальных двусторонних рам 11 состоят из трех зон: в первой сверху зоне установлены наклонные скребки 32, расположенные в вертикальной плоскости друг под другом, во второй зоне - расположенные в вертикальной плоскости друг под другом лемехообразные лопасти 33, а в третьей зоне - счищающий скребок 34. Наклонные скребки 32, лемехообразные лопасти 33 и счищающий скребок 34 контактируют с вертикальными поверхностями рабочей камеры 9. Вертикальные двусторонние рамы 11 (фиг.1 и 2) вращаются в кольцевом пространстве между вторым 23 и третьим 8 цилиндрами, т.е. в рабочей камере 9.
Наклонные скребки 32 и лемехообразные лопасти 33, расположенные на наружной поверхности одних двухсторонних рам 11, смещены по высоте по отношению к наклонным скребкам 32 и лемехообразным лопастям 33, расположенным на наружной поверхности противоположной двухсторонней рамы 11. Это делается для полной очистки скребками 32 и лопастями 33 греющей поверхности рабочей камеры 9 от стекающей пленки пюре.
На одном конце радиально расположенных коротких горизонтальных направляющих 17 жестко закреплены вертикальные стойки 16, на которых с одинаковым шагом установлены горизонтальные кронштейны 37. К кронштейнам 37 жестко крепятся вертикальные односторонние рамы 6 (фиг.4). Наружные поверхности вертикальных односторонних рам 6 идентичны по устройству наружным поверхностям вертикальных двусторонних рам 11 и также состоят из трех зон: в первой сверху зоне установлены наклонные скребки 32, расположенные в вертикальной плоскости друг под другом, во второй зоне - расположенные в вертикальной плоскости друг под другом лемехообразные лопасти 33, а в третьей зоне - счищающий скребок 34. Наклонные скребки 32, лемехообразные лопасти 33 и счищающий скребок 34 контактируют с вертикальными поверхностями рабочей камеры 15.
Наклонные скребки 32 и лемехообразные лопасти 33, расположенные на наружной поверхности одних односторонних рам 6, смещены по высоте по отношению к наклонным скребкам 32 и лемехообразным лопастям 33, расположенным на наружной поверхности противоположной односторонней рамы 6. Это делается для полной очистки скребками 32 и лопастями 33 греющей поверхности рабочей камеры 15 от стекающей пленки пюре.
Вертикальные односторонние рамы 6 (фиг.4) вращаются внутри первого цилиндра 22 меньшего диаметра, т.е. в рабочей камере 15.
Число рам 6 и 11 может быть различным и определяется свойствами обрабатываемого фруктового или овощного пюре.
В центре крышки 1 установлен патрубок 30 для соединения с вакуум-насосом. Над крышкой 1 расположены три соединенных между собой кольцевых коллектора 2, 3 и 4 с вертикальными трубками 27, входящими в рабочие камеры 15 и 9. На нижних концах трубок 27 установлены распылительные форсунки 26 для ввода исходного продукта, причем форсунки 26 из кольцевого коллектора 4 меньшего диаметра направлены на внутреннюю поверхность первого цилиндра 22. Форсунки из кольцевого коллектора 3 среднего диаметра направлены на наружную поверхность второго цилиндра 23, а форсунки из кольцевого коллектора 2 большего диаметра направлены на внутреннюю поверхность третьего цилиндра 8.
Расположение форсунок 26 и их количество в рабочих камерах 15 и 9 подбирается таким образом, чтобы факел распыла из них полностью покрывал рабочие поверхности камер 15 и 9.
Первый 22 и второй 23 цилиндры образуют двутельный цилиндрический корпус, в нижнюю часть которого по трубе 36 через патрубок 5 подводится горячий теплоноситель (горячая вода), а по патрубку 35 отводится отработанный теплоноситель. Между стенками этого двутельного цилиндрического корпуса установлена ленточная спираль 24.
Третий 8 и четвертый 7 цилиндры также образуют отдельный двутельный цилиндрический корпус, между стенками которых установлена ленточная спираль 10. В нижней части этого двутельного цилиндрического корпуса установлен патрубок 21 для ввода горячего теплоносителя (горячей воды) в пространство между стенками цилиндров 8 и 7. Отработанный теплоноситель удаляется из пространства между стенками цилиндров 8 и 7 через патрубок 25.
Установленные ленточные спирали 10 и 24 способствуют винтообразному движению теплоносителя, нагревающего внутренние стенки рабочих камер 15 и 9 (фиг.2). Целесообразность установки ленточных спиралей 10 и 24 обусловлена следующим соображением. Для обеспечения нормального стекания вниз пленки пюре по вертикальной стенке рабочих камер 9 и 15 под действием сил тяжести необходимо, чтобы температура пленки по мере стекания вниз повышалась. Это обусловлено тем, что пленка пюре, стекающая по греющим поверхностям рабочих камер 15 и 9, за счет испаряющихся из него водяных паров имеет тенденцию к увеличению содержания сухих веществ, а следовательно, постоянно увеличивающуюся вязкость. В связи с этим, обладая меньшей текучестью, эта пленка продукта по мере испарения влаги плохо стекает вниз по внутренней поверхности под действием сил тяжести. Увеличение температуры позволит увеличить до известных пределов вязкость пленки пюре. Поэтому для плавного увеличения температуры стенки сверху вниз было организовано винтообразное движение теплоносителя, нагревающего снизу вверх внутреннюю стенку, за счет ленточных спиралей 10 и 24.
На днище 19 установлен выгрузочный патрубок 20.
Коаксиальный выпарной аппарат работает следующим образом.
Включается привод вакуум-насоса (не показан), соединенного с патрубком 30, и в рабочих камерах 9 и 15 создается заданная величина разряжения. Одновременно в нижний патрубок 21, который соединяется с нижней частью двутельного корпуса, т.е. пространства между стенками цилиндров 8 и 7, подается горячий теплоноситель с заданной температурой. Так как в пространстве между стенками цилиндров 8 и 7 установлена ленточная спираль 10, то теплоносителю придается винтообразное движение, которое способствует более эффективному использованию его энергии и плавному повышению температуры внутренней стенки камеры 9 сверху вниз. Горячий теплоноситель, проходя по спиралевидным каналам, нагревает рабочую поверхность камеры 9 до заданной температуры. Отработанный теплоноситель удаляется через патрубок 25.
Одновременно через патрубок 5 по трубе 36 в нижнюю часть двутельного корпуса, т.е. пространства между стенками цилиндров 22 и 23, подается горячий теплоноситель с заданной температурой. Так как в пространстве между стенками цилиндров 22 и 23 установлена ленточная спираль 24, то теплоносителю придается винтообразное движение, которое способствует более эффективному использованию его энергии и плавному повышению температуры внутренней стенки камеры 15 сверху вниз. Горячий теплоноситель, проходя по спиралевидным каналам, нагревает рабочую поверхность камеры 15 до заданной температуры. Отработанный теплоноситель удаляется через патрубок 35.
Далее включается регулируемый привод (не показан) комбинированной лопастной мешалки 18, приводя во вращение вертикальные односторонние 6 и двусторонние 11 рамы.
Затем в рабочие камеры 9 и 15 через три соединенных между собой кольцевых коллектора 2, 3 и 4 с вертикальными трубками 27 с распылительными форсунками 26 подается под давлением исходный продукт с заданной температурой (фиг.1 и 2).
После выхода пюреобразной массы из распылительных форсунок 26 в рабочие камеры 9 и 15 происходит мгновенное испарение влаги в результате резкого перепада давления. Испаряемые из пюре водяные пары удаляются из рабочих камер 9 и 15 через патрубок 30, соединенный с вакуум-насосом (на фиг.1 не показан). Испаряющиеся водяные пары захватывают с собой мельчайшие частицы продукта. Для улавливания мельчайших капель продукта, уносимых испаряемыми водяными парами, отсасываемыми вакуум-насосом через патрубок 30, предназначен конусообразный сепаратор 29. Частицы продукта, обтекая сепаратор 29, собираются на его поверхности, укрупняются и затем падают вниз в рабочую камеру 15.
Затем мелкодиспергированные капельки пюре достигали поверхности внутренних стенок рабочих камер 9 и 15 и оседали на них, образуя пленку продукта, постепенно стекающую вниз по вертикальной стенке под действием сил тяжести. В связи с тем, что греющие поверхности рабочих камер 9 и 15 нагреваются за счет винтообразного движения теплоносителя в пространстве двутельных цилиндрических корпусов вследствие установки ленточных спиралей 10 и 24, имеет место плавное повышение температуры внутренних стенок сверху вниз. При контакте капель пюре с греющими стенками рабочих камер 9 и 15 происходил нагрев пленки пюре, стекающей вниз.
Наклонные скребки 32, расположенные на наружной поверхности двухсторонних 11 и односторонних 6 рам, счищают и постепенно, плавно перемещают слой овощного или фруктового пюре по греющим поверхностям рабочих камер 9 и 15.
Лемехообразные лопасти 33, расположенные на наружной поверхности двухсторонних 11 и односторонних 6 рам, не только счищают, но и плавно переворачивают за счет своего профиля слой овощного или фруктового пюре, находящегося на греющих поверхностях рабочих камер 9 и 15.
Таким образом, пюреобразный продукт доводится 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 интенсивность выпаривания регулируется частотой вращения мешалки 18, а температура выпаривания - температурой и расходом теплоносителя, подаваемого через патрубки 5 и 21. Испаряемые водяные пары удаляются из рабочих камер 9 и 15 через патрубок 35.
Счищающий скребок 34 обеспечивает полную очистку вязкой пленки готового пюре с греющей поверхности рабочих камер 9 и 15 и ее подачу на днище 19 аппарата. Готовое пюре при достижении заданной влажности выгружают из коаксиального выпарного аппарата через выгрузочный патрубок 21 (фиг.1 и 2), при этом четыре вращающихся волнообразных скребка 31 мешалки 18 интенсифицируют выгрузку концентрированного пюре.
Использование коаксиального выпарного аппарата позволяет:
- интенсифицировать процесс выпаривания за счет кратковременного протекания процесса двухстадийного выпаривания фруктовых и овощных пюре вследствие использования рационального перемешивания и перемещения продукта наклонными скребками 32, лемехообразными лопастями 33 и счищающими скребками 34 сверху вниз аппарата совместно с поддержанием оптимального баротермического режима нагрева в рабочих камерах;
- повысить качество фруктовых и овощных пюре вследствие мелкодисперсного распыливания пюре с последующим выпариванием, а также за счет использования мягких технологических режимов уваривания при пониженных температурах кипения вследствие применения вакуума;
- повысить производительность за счет перехода на непрерывный режим работы.