УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО СОКА И ПРИРОДНОЙ ВОДЫ
DEVICE FOR CONCENTRATED JUICE AND NATURAL WATER PRODUCTION

Изобретение относится к аппаратам пищевой промышленности, а именно, к оборудованию для переработки натуральных соков с получением биологически активных концентрированного сока и природной воды и может быть использовано при повышении массовой доли сухих веществ в экстрактах, гидролизатах, молоке, икорном джусе, животной крови, мясокостных бульонах.
Известно устройство для получения концентрированного сока и питьевой воды, включающее испаритель с электронагревателем и терморегулятором, конденсатор, сборник конденсата и насос [1]. Однако это устройство недостаточно эффективно, так как работает в режиме разовой загрузки и не позволяет осуществлять процесс переработки сока по непрерывному циклу.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для получения природной воды и концентрированного сока, включающее емкость для сока прямого отжима, испаритель с электронагревателем, терморегулятором и брызгоуловителем, паропровод, горизонтальный и вертикальный конденсаторы, основной и дополнительный сборники для воды, приемную емкость для концентрированного сока и три вакуумных насоса [2].
Однако в данном устройстве, реализующем переработку сока по непрерывному циклу, паропровод, вертикальный и горизонтальный конденсаторы, так же как и дополнительный сборник воды, выполнены в виде самостоятельных блоков. Горизонтальный конденсатор соединен с испарителем паропроводом и трубопроводом с вертикальным конденсатором, который, в свою очередь, соединен трубопроводом с дополнительным сборником воды. Выполнение паропровода, конденсаторов и дополнительного сборника в виде самостоятельных блоков, применение трубопроводов для соединения этих блоков между собой, использование трех вакуумных насосов увеличивает габаритные размеры устройства, повышает объем работ и расход материала при его изготовлении. Кроме того, данное устройство не оснащено перемешивающим устройством, что приводит к налипанию концентрата и появлению нароста на внутренней поверхности обечайки испарителя. Нарост изолирует поверхность, уменьшает передачу тепла от рабочей жидкости в рубашке испарителя к концентрируемому соку, замедляет процесс выпаривания, снижает эффективность устройства.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении габаритных размеров, объема работ и расхода материала при изготовлении и повышении эффективности устройства за счет расположения паропровода, вертикального и горизонтального конденсаторов внутри крышки испарителя, использования внутренней емкости крышки в качестве дополнительной, сокращения числа вакуумных насосов до одного и установки перемешивающего устройства.
Это достигается тем, что в устройстве для получения концентрированного сока и природной воды, включающем емкость для сока прямого отжима, испаритель с электронагревателем, терморегулятором и брызгоуловителем, паропровод, вертикальный и горизонтальный конденсаторы, сборник для воды, приемную емкость для концентрированного сока и вакуумный насос, паропровод, вертикальный и горизонтальный конденсаторы размещены внутри крышки испарителя, на крышке испарителя установлен привод перемешивающего устройства, причем крышка испарителя соединена трубопроводом со сборником воды, а вал перемешивающего устройства проходит через паропровод и брызгоуловитель.
Размещение паропровода, вертикального и горизонтального конденсаторов внутри крышки испарителя исключает из устройства корпусы паропровода и обоих конденсаторов, а так же трубопровод, их соединяющий. Вертикальный конденсатор выполнен в виде множества параллельных трубок, концы которых соединены горизонтальным конденсатором в виде плоского цилиндра. Внутренняя емкость крышки испарителя образована дном, обечайкой и паропроводом, а ее подсоединение трубопроводом к сборнику воды обеспечивает выполнение функции дополнительного сборника. Компактное расположение конденсаторов концентрически паропроводу внутри крышки испарителя, использование его внутренней емкости в качестве дополнительного сборника природной воды, а так же сокращение числа вакуумных насосов до одного уменьшает габаритные размеры, объем работ и расход материала при изготовлении устройства.
Привод перемешивающего устройства установлен на крышке испарителя, при этом его вал проходит через паропровод и брызгоуловитель и вращает лопасть внутри испарителя. Вращение предохраняет от налипания концентрата и возникновения нароста на внутренней поверхности обечайки в процессе концентрирования, обеспечивает постоянство интенсивности передачи тепла от рабочей жидкости в рубашке к концентрируемому соку и повышает эффективность устройства.
Прохождение вала перемешивающего устройства через паропровод и брызгоуловитель по оси испарителя и его крышки обеспечивает осевую симметрию, что уменьшает габаритные размеры, сокращает объем работ и расход материала при изготовлении устройства.
На фигуре изображена схема устройства для получения концентрированного сока и природной воды, подготовленного к работе, где 1 - емкость с соком прямого отжима; 2 - испаритель с концентрируемым соком; 3 - брызгоуловитель; 4 - горизонтальный конденсатор; 5 - вертикальный конденсатор; 6 - крышка испарителя; 7 - привод перемешивающего устройства; 8 - паропровод; 9 - электронагреватель с терморегулятором; 10 - сборник воды; 11 - вакуумный насос; 12 - приемная емкость; 13 - прямоточный вакуумный клапан; 14-19 - вакуумные вентили.
Устройство работает следующим образом.
При закрытых клапане 13 и вентилях 14, 17 и 18 и открытых вентилях 15, 16 и 19 понижают давление в устройстве с помощью насоса 11. В процессе понижения давления, открывают вентиль 14 и закачивают сок прямого отжима из емкости 1 в испаритель 2. После загрузки вентилем 14 отсекают испаритель от емкости с соком. Понижают давление в выпарном устройстве до рабочего и включают нагрев 9. После выхода в установившийся режим концентрирования отсекают насос от вакуумной системы вентилями 16 и 19, открывают вентиль 17, выключают насос и осуществляют концентрирование. Под действием перепада давлений между испарителем и его крышкой 6, находящейся при рабочем давлении устройства, пар через брызгоуловитель 3 по паропроводу 8 поступает в крышку испарителя, где конденсируется на внешней поверхности трубок вертикального конденсатора 5. Конденсат, представляющий собой природную воду, стекает на дно крышки испарителя и охлаждается горизонтальным конденсатором 4. Дно и обечайка крышки испарителя вместе с паропроводом образуют внутреннюю емкость, выполняющую функцию дополнительного сборника, подсоединенного трубопроводом к основному сборнику. Охлажденный конденсат через вентиль 15 поступает из внутренней емкости крышки испарителя в сборник 10. В ходе цикла концентрирования температуру в испарителе поддерживают на заданном уровне с помощью терморегулятора 9. В процессе удаления влаги включают привод 7, осуществляя перемешивание и предотвращая налипание концентрируемого сока на обечайку испарителя. Об окончании цикла судят по прекращению поступления дистиллята из крышки испарителя в сборник.
По окончании цикла отключают привод перемешивающего устройства и разгружают испаритель, открыв прямоточный клапан 13. Под действием силы тяжести концентрированный сок поступает из испарителя в приемную емкость 12. После разгрузки испаритель отсекают клапаном 13 от приемной емкости и загружают в него через вентиль 14 следующую партию сока. Сборник 10 отсекают от испарителя вентилем 15. Напускают воздух в емкости 10 и 12, открыв вентили 16 и 19. Сливают воду из сборника 10 и концентрированный сок из приемной емкости 12. Перекрывают вентиль 17 и включают насос. После достижения рабочего давления в емкостях 10 и 12 открывают вентиль 15, сливают воду из внутренней емкости крышки испарителя в основной сборник 10, перекрывают вентили 16 и 19, открывают вентиль 17, выключают насос и осуществляют следующий цикл концентрирования.
Испытания предлагаемого устройства проведены при переработке яблочного сока прямого отжима с получением природной воды и концентрированного сока.
При работающем насосе из емкости с соком в испаритель закачано 30 л сока. В течение 20 минут в устройстве достигнуто рабочее давление, включен нагрев и подано охлаждение в крышку испарителя. После закипания сока и начала концентрирования насос отсечен от вакуумной системы вентилями 16 и 19 и выключен после напуска воздуха через вентиль 17. Поступление природной воды в основной сборник началось через 37 минут после включения насоса. В ходе выпаривания температура сока в испарителе составляла в среднем 46°C. В установившемся режиме природная вода поступала в сборник со скоростью 17 л/час. Через час после выхода в установившийся режим включен привод перемешивающего устройства, обеспечившего скорость вращения лопасти в испарителе 23 об/мин. Перед завершением цикла концентрирования, когда скорость удаления влаги упала на порядок величины до 1,5 л/час, отключены нагрев и привод перемешивающего устройства. Концентрирование продолжалось 95 минут. Время первого цикла с начала откачки до прекращения конденсации составило 2 часа 12 минут.
По окончании цикла испаритель отсечен от сборника вентилем 15 и осуществлена выгрузка концентрированного сока через клапан 13 с последующей отсечкой испарителя от приемной емкости. Новая партия сока загружена в испаритель через вентиль 14 и включен нагрев. Во время нагрева разгружены приемная емкость и сборник воды и в них создано рабочее давление. После достижения рабочего давления сборник воды подсоединен вентилем 15 к крышке испарителя, из внутренней емкости которой вода слилась в сборник. По окончании второго цикла, продолжавшегося 1 час 52 минуты, и выгрузки продуктов переработки в испаритель напущен воздух и с него снята крышка вместе с перемешивающим устройством. Визуальный контроль внутренней поверхности обечайки испарителя показал отсутствие нароста.
Исключение из конструкции устройства паропровода, горизонтального и вертикального конденсаторов и дополнительного сборника, выполненных в виде отдельных блоков, использование внутренней емкости крышки испарителя, сокращение числа насосов до одного уменьшило размеры, сократило объем работ и расход материала при изготовлении устройства. Использование перемешивающего устройства предотвратило налипание концентрируемого сока на внутреннюю поверхность обечайки испарителя.
Технический результат изобретения заключается в уменьшении габаритных размеров, объема работ и расхода материала при изготовлении и повышении эффективности устройства за счет расположения паропровода, вертикального и горизонтального конденсаторов внутри крышки испарителя, использования внутренней емкости крышки в качестве дополнительной, сокращения числа вакуумных насосов до одного и установки перемешивающего устройства.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Патент RU №2351238 С1, опубл. 10.04.2009
2. Патент RU №2435457 С1, опубл. 10.12.2011 - прототип.