СПОСОБ И УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ТЕКУЧИХ МАСС
METHOD AND DEVICE FOR IMPROVEMENT OF FLUID MASSES PROPERTIES (VERSIONS)

Изобретение относится к способу и устройству для улучшения свойств текучих масс, в частности, текучих содержащих какао или подобных шоколаду жирных масс.
При переработке какао ферментированные или обжаренные какао-бобы измельчаются, в результате чего получается более или менее текучая какао-масса. Как правило, при этом выжимается часть жира, какао-масла, содержащегося в какао-бобах. Из оставшейся, бедной жирами части получают какао-порошок. При изготовлении шоколада смешиваются какао-масса, какао-масло, кристаллический сахар, сухое молоко и при необходимости другие жиры, а также эмульгатор.
Для улучшения свойств какао-массы или шоколадной массы применяются традиционные вальцовые измельчители или конш-машины.
При осуществлении других известных способов для улучшения свойств какао или шоколадной массы применяют пленочный выпарной аппарат, например, согласно US 3985607 или статический смеситель, например, согласно ЕР 1365658.
Из публикации US 3985607 известны способ и устройство для удаления вредных ароматических веществ или подобных веществ из какао-массы или какао-сливочной массы с помощью тонкослойного отстойника, который по периметру полого вала имеет элементы для обработки вихревым методом и центрифугированием. Благодаря такой конструкции масса постоянно отводится от внутренних стенок трубы и снова заносится несколько глубже к внутренним стенкам трубы, что связано с постоянным перемешиванием, дроблением и переслаиванием массы, но также и с интенсивным продуванием, поскольку постоянно посредством цилиндрического кольцевого пространства воздух засасывается или прогоняется насквозь.
Исходя из приведенного уровня техники задача изобретения состоит в создании способа и устройства, благодаря которым улучшаются свойства текучих масс, в частности, текучих, содержащих какао или подобных шоколаду жирных масс посредством того, что содержащиеся в массе нежелательные вещества действенным и щадящим образом удаляются и/или нужные вещества действенным и щадящим образом вводятся в массу.
Эта задача решается согласно пункту 1 или 6 формулы изобретения в части способа и согласно пункту 34 или 39 формулы изобретения в части устройства.
Предпочтительные формы осуществления раскрыты в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Предложенный согласно изобретению способ имеет следующие этапы:
S1) перемещение текучей массы к порционирующему элементу, расположенному в содержащей газ пространственной области;
S2) порционирование движущейся текучей массы с помощью порционирующего элемента на отдельные порции массы, которые движутся через содержащую газ пространственную область;
S3) столкновение массы, движущейся через пространственную область, с отражающей поверхностью, ограничивающей пространственную область, так что масса под действием, по меньшей мере, силы тяготения течет вдоль отражающей поверхности; и
S4) соединение текущей вдоль поверхности отражения массы с улучшенными свойствами на сборном пункте.
Благодаря порционированию массы для порций массы создается благоприятное соотношение поверхность-объем, что способствует обмену веществ между газом, содержащимся в пространственной области, и движущимися через нее порциями массы. Этот обмен веществ еще в большей степени обеспечивается с помощью столкновения порций массы с отражающей поверхностью и получившейся благодаря этому деформации порций масс, а также сопутствующего смачивания отражающей поверхности и течения вдоль отражающей поверхности.
В качестве порционирующего элемента может применяться насадка, причем порционирование массы осуществляется при пропускании массы через насадку. Преимущественным образом порционирующий элемент имеет большое количество параллельно установленных насадок, причем порционирование массы осуществляется при параллельном пропускании массы через насадки. Насадка или множество насадок могут представлять собой насадки, работающие со многими веществами, через которые вместе с подлежащей улучшению в части свойств текучей массой пропускается еще, по меньшей мере, одно другое вещество и подмешивается к массе, так что порции массы наряду с текучей массой содержат еще, по меньшей мере, одно другое вещество. Согласно предпочтительному осуществлению порционирование массы осуществляется посредством вибрирования порционирующего элемента и/или массы соответственно, благодаря чему порционирование, по меньшей мере, поддерживается.
Другой предложенный согласно изобретению способ имеет следующие этапы:
а) приведение в движение метательного элемента, который, по меньшей мере, на части своей поверхности имеет метательную поверхность в пространственной области, содержащей газ, так что метательная поверхность, по меньшей мере, во время части своего движения осуществляет ускоренное движение с переменной по величине и/или направлению скоростью;
b) подача подлежащей улучшению в части свойств массы к метательной поверхности;
c) контактирование движущейся метательной поверхности с поданной к ней массой, так что масса распространяется, растекаясь и смачивая ее, вдоль метательной поверхности;
d) совместное движение массы, контактирующей с движущейся метательной поверхностью, и отбрасывание массы с метательной поверхности благодаря ее ускоренному движению, так что отброшенная масса пробрасывается через содержащую газ пространственную область;
e) столкновение проброшенной через пространственную область массы с примыкающей к пространственной области отражающей поверхностью, так что масса течет под действием, по меньшей мере, силы тяготения вдоль отражающей поверхности; и
f) соединение улучшенной в части свойств текущей вдоль отражающей поверхности массы на сборном пункте.
Здесь порционирование массы осуществляется с помощью метательного элемента благодаря отбрасыванию массы от метательной поверхности через газ в пространственной области, вследствие чего благодаря большему соотношению поверхность-объем у порций массы обеспечивается обмен веществ между содержащей газ пространственной областью и движущимися через нее порциями массы. Но здесь обмен веществ обеспечивается не только благодаря столкновению порций массы с отражающей поверхности и получившихся в результате деформации порций массы, а также благодаря последующей загрузке отражающей поверхности и течению вдоль отражающей поверхности. Уже перед или после отбрасывания или порционирования массы, т.е. при доставке подлежащей улучшению своих свойств массы к движущейся метательной поверхности и при контактировании движущейся метательной поверхности с подведенной к ней массой масса распространяется, растекаясь и смачивая ее, вдоль метательной поверхности. Это распространение ведет к образованию тонкого слоя массы с большим соотношением поверхность-объем.
Таким образом, подлежащая улучшению своих свойств масса во время ее обработки дважды образует тонкий слой, который течет вдоль твердой поверхности и один раз существует в форме порций, которые падают через содержащее газ пространство или пробрасываются через него. Метательный элемент обеспечивает преимущество в том, что только с помощью этого элемента может разделяться, т.е. порционироваться, относительно большое количество массы.
Целесообразно, что содержащийся в пространственной области газ перемещается относительно отражающей поверхности в виде потока. Благодаря этому также создаются благоприятные условия для обмена веществ пленки массы, текущей вдоль отражающей поверхности. При этом предпочтительно, если поток содержащегося в пространственной области газа осуществляется вместе с движением метательного элемента. Преимущественно поток газа создается самим метательным элементом, который для этого имеет специальные формообразования в виде лопасти, лопатки, гребки и т.д., которые в части привода соединены с метательным элементом и/или отсоединены от него или жестко соединены с ним. Соединение в части привода может осуществляться через передачу.
Предпочтительным образом в пространственной области расположен, по меньшей мере. один структурный элемент, в частности, рабочее колесо для направленного движения газа.
Поток газа вдоль отражающей поверхности может осуществляться преобладающим образом ламинарно. Но он может иметь также вдоль отражающей поверхности дрейфовую компоненту параллельную отражающей поверхности и турбулентную составляющую. Этот вид потока может довольно просто создаваться в большом диапазоне производственных условий (скорость формообразований, размеры содержащей газ пространственной области).
Поток газа относительно отражающей поверхности в зависимости от потребности может иметь протекание с компонентами потока противоположно или попутно с направлением течения массы вдоль отражающей поверхности. Так, например, поток слоя массы на отражающей поверхности, приводимый в движение силой тяготения, может ускоряться или затормаживаться, благодаря чему время выдержки массы на отражающей поверхности может регулироваться в широком диапазоне.
Поток газа можно осуществлять направленно к отражающей поверхности. Благодаря регулированию угла между потоком газа и отражающей поверхностью и/или регулированию скорости газового потока можно оказывать влияние на слой массы на отражающей поверхности, в частности, на его толщину.
Как упоминалось, масса при отбрасывании разделяется на отдельные порции, прежде чем произойдет распространение в пленку на метательной поверхности. Преимущественным образом масса разделяется на капли, нити или пластинки. Это может достигаться с помощью подходящих формообразований на метательном элементе.
При другом особенно предпочтительном осуществлении перед доставкой массы к движущейся метательной поверхности подлежащая улучшению в части свойств масса пропускается через смеситель, в частности, статический и/или динамический смеситель и/или вспенивающее устройство. Транспортировка подлежащей улучшению своих свойств массы через смеситель осуществляется при этом преимущественно под действием, по меньшей мере, силы тяготения на массу и/или под действием, по меньшей мере, силы влечения.
В случае необходимости последовательность этапов S1)-S4) или этапов a)-f) осуществляется неоднократно.
Перед или в или после смесителя к массе могут добавляться другие компоненты, в частности, жидкости.
Другой статический и/или динамический смеситель и/или элемент, создающий сдвигающие усилия, может быть расположен в подводящем массу трубопроводе, причем этот конструктивный элемент смешивает массу с газом и/или жидкостью.
Преимущественно газ имеет давление от 0,1 до 5 бар. Особенно предпочтительно давление от 0,5 до 2 бар, в частности, от 1,01 до 1,3 бар. Работа с небольшим избыточным давлением предотвращает засасывание посторонних газов и стенки камеры, определяющей пространственную область, могут изготавливаться с применением легких конструкций.
Предложенный согласно изобретению способ особенно пригоден для улучшения свойств текучих жирных масс, в частности, содержащих какао и подобных шоколаду жирных масс. Целесообразно, что при этом:
- температура жирной массы перед осуществлением этапов S1)-S4) или этапов a)-f) доводится с 20 до 300°С; и/или
- температура жирной массы во время этапов S1)-S4) или этапов a)-f) поддерживается от 20 до 3000 С; причем преимущественно
- температура газа во время этапов S1)-S4) или этапов a)-f) составляет от 20 до 3000С.
В качестве особо предпочтительного диапазона температуры массы или газа во время этапов S1)-S4) или этапов a)-f) является диапазон от 30 до 150°С.
Температура массы после осуществления этапов S1)-S4) или этапов a)-f) может с помощью теплообменника доводиться до 40-150°С.
Энергия, образующаяся с помощью теплообменника, в частности, теплота от выведенной массы может подводиться к подведенной массе.
Масса перед, во время или после осуществления этапов S1)-S4) или этапов a)-f) может смешиваться с водой и/или другими жидкостями, другие жидкости могут быть представлены жирами или растворами углеводов и при необходимости содержать ароматические вещества, активные вещества или т.п.
Далее масса может смешиваться со щелочными растворами, как, например, поташем или газами.
Предложенное согласно изобретению устройство имеет следующие элементы:
- порционирующий элемент в содержащей газ пространственной области для порционирования движущейся текучей массы на отдельные порции и для передачи движущихся порций в содержащую газ пространственную область;
- примыкающую к пространственной области отражающую поверхность для столкновения движущейся через пространственную область массы, причем масса под действием, по меньшей мере, силы тяготения может течь вдоль отражающей поверхности;
- сборник для соединения текущей вдоль поверхности отражения массы с улучшенными свойствами на сборном пункте.
Преимущественным образом порционирующий элемент содержит насадку, через которую может пропускаться масса при порционировании. Особенно предпочтительно, если порционирующий элемент имеет множество параллельно установленных насадок, через которые масса может параллельно пропускаться. Это обеспечивает высокую пропускную способность. При преимущественном осуществлении насадка или множество насадок представляют собой насадки, работающие со многими веществами. Благодаря этому другие вещества, в частности, жидкости могут направленно добавляться в массу. Преимущественно порционирующий элемент имеет вибрационный элемент для вибрирования порционирующего элемента и/или движущейся в или на нем массы.
Другое предложенное согласно изобретению устройство имеет следующие элементы:
- метательный элемент, который, по меньшей мере, на части своей поверхности имеет метательную поверхность в заполняемой газом пространственной области, причем метательный элемент может двигаться таким образом, что метательная поверхность, по меньшей мере, во время части своего движения осуществляет ускоренное движение с переменной по величине и/или направлению скоростью;
- средство для подачи подлежащей улучшению своих свойств массы к метательной поверхности движущегося метательного элемента;
- примыкающую к пространственной области отражающую поверхность для столкновения проброшенной через пространственную область массы таким образом, что масса под действием, по меньшей мере, силы тяготения может течь вдоль отражающей поверхности; и
- средство для соединения текущей вдоль отражающей поверхности улучшенной в части свойств массы в сборном пункте.
Целесообразно, метательный элемент является вращательно-симметричным устройством, установленным с возможностью вращения вокруг своей вращательно-симметричной оси вращения, в то время как отражающая поверхность, целесообразно, является поверхностью, концентрично простирающейся вокруг вращательно-симметричной оси вращения.
Преимущественно метательный элемент установлен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Особенно предпочтительно, если метательный элемент представлен устройством в виде диска или тарелки. Благодаря этому могут создаваться большие поверхности массы.
Метательная поверхность может находиться на верхней стороне метательного элемента, так что масса может просто доставляться с использованием силы тяжести к метательной поверхности. Но метательная поверхность может также находиться на нижней стороне метательного элемента, так что масса благодаря согласованности силы тяжести и скорости массы при доставке (например, мощность накачки) может подводиться к метательной поверхности с легко изменяемой скоростью.
Метательная поверхность может быть вогнутой поверхностью. Это, в частности, предпочтительно для расположенной на нижней стороне метательной поверхности и при подаче массы снизу. Метательная поверхность может быть также выпуклой или плоской поверхностью. Это, в частности, предпочтительно для расположенной на верхней стороне метательной поверхности и при подаче массы сверху.
Вместо этого или кроме этого метательная поверхность может иметь структурные элементы. Это могут быть подобные пластинам или утолщениям возвышения и/или подобные желобкам или глухим отверстиям углубления. В качестве структурных элементов на метательном элементе могут быть предусмотрены также шлицы или сквозные отверстия. На внешней кромке структурных элементов могут быть образованы надрезы и/или детали с различно ориентированными протяженными устройствами на краю диска.
Целесообразно, средством для подачи массы является подающий массу трубопровод, устье которого находится вблизи метательной поверхности и/или направлено на метательную поверхность, причем подающий массу трубопровод образован в виде полого вала, который прочно в части скручивания соединен с метательным элементом. Это позволяет создать особенно компактное вращательно-симметричное устройство.
Возможна подача массы от трубопровода, подающего массу, в улавливающую ванну и оттуда на метательную поверхность.
Метательный элемент может быть представлен совершающим возвратно-поступательное движение устройством, а именно, предпочтительно упруго пружиняще установленным совершающим колебательное движение элементом. Благодаря возвратно-поступательному движению на массу в переменном направлении действуют большие силы инерции. Также хорошее разделение или порционирование массы может достигаться с помощью метания.
Метательный элемент может быть представлен устройством подобным колесу с элементами в виде гребков или спицами.
Предложенное согласно изобретению устройство содержит преимущественным образом несколько метательных элементов. Они могут располагаться в виде каскада, так что масса при работе вступает в контакт с несколькими метательными элементами и соответственно от расположенного выше по потоку метательного элемента перебрасывается к метательному элементу, расположенному ниже по потоку и, наконец затем происходит метание на отражающую поверхность. Преимущественным образом несколько метательных элементов прочно в части скручивания установлены на общей оси вращения.
Возможна подача массы к каждому метательному элементу через подводящий массу трубопровод.
В пространственной области может быть расположен цилиндр, в частности, цилиндр, имеющий форму конуса, который создает зазор между его наружной поверхностью и отражающей поверхностью.
Отражающая поверхность может иметь структурные элементы, как, например, подобные утолщениям или пластинкам возвышения на поверхностях. Преимущественно отражающая поверхность термостатирована. Для этого в стенке отражающих поверхностей могут предусматриваться полости для среды-теплоносителя, или стенка отражающих поверхностей может быть образована двойной.
В пространственной области может быть расположен, по меньшей мере, один полый цилиндр, отражающая поверхность которого предпочтительно состоит из перфорированного листа. Несколько полых цилиндров могут быть расположены соосно, так что метательный элемент смачивается массой поверхности полых цилиндров. Благодаря такому расположению увеличивается отражающая поверхность. Масса после отекания по стенкам цилиндра течет к сборному пункту, который расположен под полым цилиндром.
Структурный элемент, в частности, рабочее колесо направляет газ вдоль стенок полого цилиндра, чтобы убрать определенные имеющиеся в массе вещества, например, ароматические вещества.
Особенно предпочтительно, метательный элемент имеет лопасти винта или подобное, которые преимущественным образом расположены на нижней стороне метательного элемента. Благодаря этому поток газа может создаваться самим метательным элементом, который для этого имеет специальные формообразования, например, лопасти, лопатки, гребки и т.д., которые жестко соединены с метательным элементом.
Целесообразно, что заполняемая газом пространственная полость представлена камерой, внутренняя стенка которой, по меньшей мере, частично образует отражающую поверхность, причем камера преимущественно образует циркуляцию газа. Эта циркуляция газа может иметь насосное устройство для газа и/или устройство для всасывания газа, которое образуется в камере метательным элементом, снабженным лопастями винта или, с помощью подобного метательного элемента, причем по меньшей мере, поддерживается перекачивающий или всасывающий эффект. Кроме этого содержащая газ пространственная область может иметь встроенные элементы, в частности, в форме направляющих щитков. Преимущественно винтовые лопасти метательного элемента и/или направляющие щитки могут регулироваться. Благодаря этому можно оказывать влияние на поток газа в камере и на отражающей поверхности. В частности, при необходимости возможна многократная циркуляция газа внутри камеры и таким образом регулируется время нахождения газа в камере. Это может повлечь за собой уменьшение расхода газа в камере, т.е. отношения расход газа/пропуск массы.
Другие предпочтительные усовершенствования изобретения определены в зависимых пунктах.
Ниже с помощью чертежей описывается пример осуществления изобретения. При этом показывают:
фиг.1 - первый пример осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - второй пример осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 представлено устройство 1 для улучшения свойств текучих масс М. Устройство 1 установлено на станине 20.
Метательный элемент 2, который на части своей поверхности имеет метательную поверхность 2а, расположен в заполняемой газом G пространственной полости 4. Метательный элемент 2 приводится в движение двигателем 16 через ось 18 вращения.
Метательный элемент 2 может вращаться таким образом, что метательная поверхность 2а во время своего движения постоянно осуществляет ускоренное движение с переменной по величине и/или направлению скоростью (вращательное движение). Благодаря этому масса М может отбрасываться от метательной поверхности 2а.
Трубопровод 6 служит для подачи подлежащей улучшению своих свойств массы М к метательной поверхности 2а движущегося метательного элемента 2. Это может осуществляться только благодаря силе тяготения и/или с помощью не показанного насоса.
Примыкающая к пространственной области 4 отражающая поверхность 8 стенки камеры, ограничивающей пространственную область 4, служит для столкновения брошенной через пространственную область 4 массы таким образом, что масса под действием, по меньшей мере, силы тяготения может стекать вниз вдоль отражающей поверхности 8 и смачивать ее.
1
Примыкающая к отражающей поверхности 8 воронка 10 служит для соединения стекающей вдоль отражающей поверхности 8 улучшенной в части свойств массы М на сборном пункте 12.
Выше по течению трубопровода 6 расположен статический смеситель 14, в котором подлежащая улучшению своих свойств масса М вместе с газом G, например, воздухом или азотом, в качестве среды, создающей силу влечения, транспортируется под действием силы тяготения. Вместо газа G здесь в массу М может подмешиваться также жидкость. Возможно подмешивание газа и жидкости.
Вместо метательного элемента 2 для порционирования или разделения массы М может также применяться насадка (не изображена).
Порционирование или разделением массы М может поддерживаться благодаря вибрированию не показанной насадки или метательного элемента 2 с помощью не показанного вибрирующего элемента (механический источник колебаний).
Фиг.2 представляет вторую форму осуществления настоящего изобретения. Строение соответствует устройству, изображенному на фиг.1. Дополнительно установлен, по меньшей мере, один структурный элемент, в частности, рабочее колесо, которое направляет газ, содержащийся в пространственной области 4, вдоль отражающих поверхностей 8, чтобы убрать имеющиеся в массе определенные вещества, например, ароматические вещества.
Далее устройство в трубопроводе для подвода массы и/или трубопроводе для отвода массы или пространственной области (4) имеет элемент, создающий сдвигающие усилия, причем элемент, создающий сдвигающие усилия, состоит из, по меньшей мере, одного ротора и, по меньшей мере, одного статора и, по меньшей мере, имеет поверхность с формообразованиями в виде утолщений или пластинок или зубцов. Этот создающий сдвигающие усилия элемент создает эффект насоса и дополнительно улучшает качество массы, причем, в частности, из массы удаляются газы и влага и снижается ее вязкость.