Эмульсер
EMULSIFYING DEVICE

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к оборудованию для получения эмульсий.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является смеситель [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. БИ № 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 смесителя являются: значительные энергозатраты, обусловленные нерациональным ведением процесса термомеханического воздействия на исходную смесь; неравномерное распределение компонентов в получаемой смеси и ее недостаточное взбивание из-за несовершенной конструкции мешалки, которая не учитывает особенности физико-механических свойств исходных компонентов.
Технической задачей изобретения является рациональное ведение процесса термомеханического воздействия на исходную смесь за счет оптимизации характера движения продукта и обеспечения поддержания заданного температурного режима, максимальная универсализация конструкции механизмов перемешивания с учетом особенностей физико-механических свойств исходных компонентов; получение спредов функционального назначения.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в эмульсере, содержащем вертикальный корпус, подающий лоток для исходных компонентов, корытообразный смеситель с двумя коаксиально установленными валами, новым является то, что корпус состоит из трех камер: верхней греющей, нижней смесительной и цилиндроконической камеры кристаллизации, в верхней греющей конусообразной камере установлен по винтовой линии полый лоток, выполненный в виде спирали, в полую часть которой подается горячий теплоноситель, а верхняя лента лотка по краям имеет выступы, нижняя смесительная корытообразная камера находится под верхней греющей камерой и соединяется с цилиндроконической камерой кристаллизации, внутри нижней смесительной и цилиндроконической камер кристаллизации коаксиально расположены быстроходный и тихоходный валы, причем тихоходный вал расположен внутри быстроходного, на быстроходном валу, расположенном в нижней смесительной камере, закреплены скребки, ленточная спираль и вертикальные венчиковые смесители, установленные с возможностью вращательного движения от конических зубчатых передач, находящихся между тихоходным и быстроходным валами, на тихоходном валу, проходящем через цилиндроконическую камеру кристаллизации, смонтированы рамные наклонные скребки, кроме того, к внутренней стенке цилиндроконической камеры кристаллизации с равным шагом прикреплены полые теплообменные пластины, последовательно соединенные между собой патрубками для холодного теплоносителя, в каждой пластине кроме центрального отверстия имеются четыре секторных отверстия для прохода продукта, внутри полых теплообменных пластин установлены секторные перемычки для зигзагообразного движения холодного теплоносителя внутри них, причем секторные отверстия соседних пластин смещены относительно друг друга на 30°.
На фиг. 1 представлен общий вид конструкции эмульсера, на фиг. 2 – быстроходный вал со скребками, ленточной спиралью и венчиковыми смесителями (сечение B-B на фиг. 1), на фиг. 3 – коническая зубчатая передача между тихоходным и быстроходным валами (вид Г на фиг. 1), на фиг. 4 – теплообменная пластина (сечение Б-Б на фиг.1), на фиг. 5 – лоток (сечение А-А на фиг. 1), на фиг. 6 - объемное изображение эмульсера.
Эмульсер (фиг. 1 и фиг. 6) включает вертикальный корпус 1, состоящий из трех камер: верхней греющей 2, нижней смесительной 3 и цилиндроконической камеры кристаллизации 4.
Верхняя греющая камера 2 имеет конусообразную форму. В верхней греющей конусообразной камере 2 установлен по винтовой линии полый лоток 5, выполненный в виде спирали. В полую часть лотка 5 (фиг. 5) подается горячий теплоноситель (например, горячая вода, пар) через патрубок 6. Отработанный теплоноситель удаляется через патрубок 7. Нагревание исходных компонентов необходимо для понижения их вязкости и равномерного растекания по всей площади обогреваемой поверхности лотка 5. Верхняя лента лотка 5 по краям имеет выступы 8 (фиг. 5), которые способствуют движению продукта по поверхности лотка 5 и предотвращают стекание с его боковых стенок.
Нижняя смесительная камера 3 имеет корытообразную форму. Она находится под верхней греющей камерой 2 и соединяется с цилиндроконической камерой кристаллизации 4. Внутри нижней смесительной 3 и цилиндроконической камеры кристаллизации 4 коаксиально расположены быстроходный 10 и тихоходный 9 валы. Тихоходный вал 9 расположен внутри быстроходного вала 10. На быстроходном валу 10 закреплены скребки 11, ленточная спираль 12 и вертикальные венчиковые смесители 13 (фиг. 2). Венчиковые смесители 13 установлены с возможностью вращательного движения от конических зубчатых передач 14, находящихся между тихоходным 9 и быстроходным 10 валами (фиг. 3). Предлагаемая конструкция скребков 11, ленточной спирали 12 и вертикальных венчиковых смесителей 13 обеспечивает интенсивное перемешивание, доводя их до необходимой степени однородности в соответствии с требованиями технологии.
К внутренней стенке цилиндроконической камеры кристаллизации 4 с равным шагом прикреплены полые теплообменные пластины 16, последовательно соединенные между собой патрубками 17 для холодного теплоносителя.
В каждой теплообменной пластине 16 кроме центрального отверстия 18 имеются четыре секторных отверстия 19 для прохода продукта (фиг. 4).
На тихоходном валу 9, проходящем через цилиндроконическую камеру 8, между теплообменными пластинами 16 закреплены рамные наклонные скребки 15.
Внутри полых теплообменных пластин 16 установлены секторные перемычки 20 (фиг. 4) для зигзагообразного движения холодного теплоносителя внутри них, причем секторные отверстия соседних пластин 16 смещены относительно друг друга на 30°. В конце тихоходного вала 9 смонтирован конусообразный нагнетающий шнек 21 переменного шага и диаметра, а на выходе из цилиндроконической камеры кристаллизации – выгрузочное отверстие 23.
В верхней крышке корпуса 1 над лотком 5 имеются загрузочные патрубки 22 для подачи исходных компонентов (например, сливочное масло, растительные масла, эмульгатор и т.п.).
Валы 9 и 10 приводятся во вращение с разной частотой от электродвигателей, которые на фиг. 1 и фиг. 6 не показаны.
Эмульсер (фиг. 1 и фиг. 6) работает следующим образом.
В полую часть лотка 5 подается горячий теплоноситель (например, горячая вода, пар) через патрубок 6. Отработанный теплоноситель отводится через патрубок 7.
Через загрузочные патрубки 22 на поверхность лотка 5 подаются исходные компоненты, например различные виды масел. Исходные компоненты, нагреваясь от обогреваемой поверхности лотка 5, снижают свою вязкость и равномерно растекаются по всей площади наклонной поверхности лотка 5.
Выполненный по винтовой линии полый лоток 5 обеспечивает эффективное стекание смеси нагретых компонентов. При этом исходные компоненты контактируют между собой, перемешиваются и стекают с поверхности лотка 5 в виде тонкой эмульсионной пленки. Эмульсия представляет собой дисперсию микроскопических частиц одной жидкости в другой. Для стабилизации системы в эмульсию вводят третий компонент (эмульгатор), который предотвращает или замедляет разделение фаз.
Смесь исходных компонентов (растительного масла, сливочного масла, эмульгатора и т.п.) стекает из верхней греющей камеры 2 в нижнюю смесительную камеру 3.
Затем с помощью приводов приводятся во вращение быстроходный вал 10 и тихоходный вал 9. Быстроходный вал 10 с помощью закрепленных на нем скребков 11, ленточной спирали 12 и вертикальных венчиковых смесителей 13 осуществляет окончательное перемешивание продукта. Предлагаемая конструкция скребков 11, ленточной спирали 12 и вертикальных венчиковых смесителей 13 обеспечивает интенсивное перемешивание смеси компонентов, доводя их до необходимой степени однородности в соответствии с требованиями технологии.
Затем однородная смесь компонентов подается в цилиндроконическую камеру кристаллизации 4. Одновременно в полые теплообменные пластины 16, последовательно соединенные между собой патрубками 17, подается холодный теплоноситель (например, рассол). Установленные внутри полых теплообменных пластин 16 секторные перемычки 20 обеспечивают зигзагообразное движение холодного теплоносителя внутри них.
Тихоходный вал 9 с расположенными на нем рамными наклонными скребками 15 медленно перемещает продукт к выгрузочному отверстию 23.
С помощью подаваемого холодного теплоносителя в цилиндроконической камере кристаллизации 4 охлаждается однородная смесь компонентов до требуемой температуры.
Смесь компонентов подвергается интенсивному и оптимальному термомеханическому воздействию за счет оптимизации характера движения продукта через центральные отверстия 18 и секторные отверстия 19 теплообменных пластин 16 и обеспечения поддержания заданного температурного режима. Это позволяет придать необходимую однородность и гомогенность структуре получаемого спреда.
Необходимую степень турбулизации перемещаемого рамными наклонными скребками 15 потока обеспечивает смещение относительно друг друга на 30° секторных отверстий 19 соседних пластин 16.
Охлажденный спред транспортируется конусообразным нагнетающим шнеком 21 к разгрузочному отверстию 23 и затем направляется на фасовку и упаковку.
Таким образом, использование изобретения позволит:
– 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;
– расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизмов перемешивания с учетом особенностей физико-механических свойств исходных компонентов;
– получить спреды функционального назначения, состоящие из смеси различных компонентов, благодаря решению проблемы равномерного распределения компонентов смеси и наиболее рациональному температурному воздействию на них.