КАСКАДНЫЙ ВАКУУМ-ВЫПАРНОЙ АППАРАТ
CASCADE VACUUM EVAPORATOR APPARATUS

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к оборудованию консервной промышленности, а именно к вакуум-выпарным аппаратам, и может быть использовано для производства пюреобразных концентратов из плодов и овощей.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является пластинчатый вакуум-выпарной аппарат [Пат. №2431408, МПК А 23 В 7/00 A23L 1/212 №2010116302. Остриков А.Н., Синюков Д.А., Трушечкин А.В. Заявл. 23.04.2010, опубл. 20.10.2011, Бюл. №29], содержащий прямоугольный корпус, внутри которого установлены вертикальные полые пластины, оборудованные скребками.
Недостатками пластинчатого вакуум-выпарного аппарата являются: невысокое качество готовой продукции из-за сложности регулирования расхода ввиду малого хода поршня в цилиндре; отсутствие адаптации под различные типы сырья; значительные материальные и энергетические затраты.
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 гибких скребков и теплообменных пластин с регулируемым уровнем наклона, снижение материальных и энергетических ресурсов.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в каскадном вакуум-выпарном аппарате, содержащем вакуум-камеру, загрузочное и выгрузочное устройства, новым является то, что внутри вакуум-камеры прямоугольного сечения расположены теплообменные пластины, угол наклона каждой из которых регулируется индивидуальным приводом, в корпусе над первой теплообменной пластиной установлено устройство для подачи исходного продукта, оборудованное мешалкой для равномерного распределения исходного продукта по поверхности пластины, причем теплообменные пластины выполнены полыми с расположенными внутри поперечными перегородками для обеспечения зигзагообразного движения теплоносителя и снабжены патрубками для подвода горячего и отвода отработанного теплоносителя, над каждой теплообменной пластиной проходит наклонный цепной транспортер, на звеньях цепи которого с определенным шагом расположены оси с комбинированными скребками, которые установлены с возможностью касания поверхности теплообменных пластин, под последней пластиной расположено очищающее устройство для очистки комбинированных скребков, в верхней крышке вакуум-камеры расположены патрубки для отвода образующихся водяных паров, которые соединены коллектором с вакуум-насосом, в патрубках, размещенных внутри вакуум-камеры, находятся сепараторы для улавливания мельчайших капель продукта из испаряемых паров, а в нижней части вакуум-камеры под последней пластиной установлена выгрузочная камера со шлюзовым вакуум-затвором.
Технический результат изобретения заключается в повышении качества плодоовощных пюре, интенсификации процесса выпаривания за счет регулирования угла наклона теплообменной пластины, используемой для уваривания 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 каскадного вакуум-выпарного аппарата, на фиг. 2 - объемное изображение каскадного вакуум-выпарного аппарата, на фиг. 3 - объемное изображение теплообменной пластины и наклонного цепного транспортера, на фиг. 4 - объемное изображение загрузочного устройства, на фиг. 5 - объемное изображение скребка, на фиг. 6 - объемное изображение натяжного устройства, на фиг. 7 - объемное изображение очищающего устройства.
Каскадный вакуум-выпарной аппарат состоит из вакуум-камеры 1 прямоугольного сечения, внутри которой расположены наклонные теплообменные пластины 2 (фиг. 1, 2, 3 и 7). Угол наклона каждой из трех теплообменных пластин 2 регулируется индивидуальным приводом 5 с помощью поворотной рамы 4. Теплообменные пластины 2 выполнены полыми, с расположенными внутри поперечными перегородками 3 для обеспечения зигзагообразного движения теплоносителя и снабжены патрубками 36 для подвода горячего теплоносителя и патрубками 37 отвода отработанного теплоносителя.
Трубопроводы для подвода горячего теплоносителя и отвода отработанного теплоносителя из каждой пластины 2 оборудованы гофрированными трубками 26 для компенсации при повороте и изменении положения пластин 2.
Горячий теплоноситель, нагретый в нагревателе 20, оборудованном трубчатым электронагревателем (ТЭН) 21, перекачивается с помощью циркуляционного насоса 23 по трубкам 22 в полость теплообменной пластины 2 и, зигзагообразно двигаясь снизу вверх по внутренним каналам теплообменных пластин 2, нагревает верхнюю рабочую поверхность пластин 2.
Отработанный теплоноситель удаляется из пластины 2 и по вертикальным трубопроводам 24 поступает в горизонтальный трубопровод 25, который соединен с соответствующим нагревателем 20.
Целесообразность установки поперечных перегородок 3 обусловлена следующим соображением.
Каскадный вакуум-выпарной аппарат оборудован тремя нагревателями 20 с целью задания различных температур верхних рабочих поверхностей теплообменных пластин 2, что позволит увеличить гибкость настройки аппарата и адаптировать ее для разных видов сырья. Для обеспечения нормального стекания вниз пленки пюре по обогреваемой верхней рабочей поверхности пластин 2 под действием сил тяжести необходимо, чтобы температура пленки по мере стекания вниз повышалась. Это обусловлено тем, что в пленке пюре, стекающей по обогреваемой верхней рабочей поверхности пластин 2, 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 верхней рабочей поверхности пластин 2 под действием сил тяжести. Увеличение температуры позволит уменьшить до определенного предела вязкость пленки пюре. Поэтому для плавного увеличения температуры стенки сверху вниз было организовано за счет поперечных перегородок 3 зигзагообразное движение теплоносителя, нагревающего снизу вверх обогреваемую верхнюю рабочую поверхность пластин 2 (фиг. 3).
Над первой теплообменной пластиной 2 установлено устройство 6 для подачи исходного продукта (фиг. 4), представляющее собой воронку, соединенную с распределительной камерой, внутри которой установлен вал с лопатками 7, приводимый во вращение электродвигателем 8. В нижней части распределительной камеры по всей ее длине выполнен продольный узкий канал для равномерного нанесения слоя исходного продукта на поверхность пластины 2.
В верхней крышке вакуум-камеры 1 расположены патрубки 15 для отвода образующихся водяных паров, которые соединяются коллектором 16 с вакуум-насосом (на фиг. 1 не показан).
В концах патрубков 15, размещенных внутри вакуум-камеры 1, находятся сепараторы 17 для улавливания мельчайших капель продукта, уносимых образующимися водяными парами, отсасываемыми вакуум-насосом через патрубки 15.
Над каждой теплообменной пластиной 2 проходит наклонный цепной транспортер 9, на котором с определенным шагом расположены комбинированные скребки 12, которые установлены с возможностью касания поверхности теплообменных пластин 2. Положение наклонного цепного транспортера 9 регулируется с помощью подвижных в вертикальной плоскости цепных звездочек 10. Цепи транспортера 9 установлены в направляющих 11 для предотвращения попадания на них капелек продукта.
Наклонный цепной транспортер 9 снабжен устройством 27 для регулирования натяжения цепей (фиг. 6), представляющим собой две оси, перемещающиеся в вертикальном направлении внутри направляющей и соединенные друг с другом пружиной сжатия, причем нижняя ось оборудована фиксатором. Транспортер 9 имеет регулируемый привод 28, который может обеспечить как непрерывный, так и прерывистый с периодическими выстоями режимы движения транспортера 9.
комбинированные скребки 12 состоят из штанги 29, трех осей 30, стакана 31, пружины растяжения 32, резиновой накладки 33, зубцов 34 и стоек 35.
Под нижней теплообменной пластиной 2 установлено очищающее устройство 18, представляющее собой барабан со щеткой из полимерного волокна и приводимый во вращение приводом 19 (фиг. 7).
В нижней части вакуум-камеры 1 под последней пластиной 2 установлена выгрузочная камера 13 с находящимся в ней шлюзовым вакуум-затвором 14.
Стенки вакуум-камеры 1 теплоизолированы для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду.
Каскадный вакуум-выпарной аппарат работает следующим образом.
Включается привод вакуум-насоса (на фиг. 1 и 2 не показан), соединенного с помощью коллектора 16 с патрубками 15 для отвода образующихся водяных паров, и в вакуум-камере 1 создается заданная величина разряжения. Одновременно через нижние патрубки 36 внутрь теплообменных пластин 2 подается горячий теплоноситель с заданной температурой. Так как между верхней и нижней стенками пластин 2 установлены горизонтальные перегородки 3, то теплоносителю придается зигзагообразное движение, которое способствует более эффективному использованию его энергии и плавному повышению температуры обогреваемой поверхности стенок пластин 2 снизу вверх. Отработанный теплоноситель удаляется через верхние патрубки 37.
Далее включается регулируемый привод 28, который приводит в движение вертикальный цепной транспортер 9. Затем включается насос для подачи продукта (на фиг. 1 и 2 не показан) и электродвигатель 8, приводящий во вращение вал с лопатками 7 распределительной камеры загрузочного устройства 6.
Пюре равномерно распределяется по верхней части первой теплообменной пластины 2. Благодаря зигзагообразному движению теплоносителя внутри пластин 2 температура обогреваемой верхней поверхности пластин 2 плавно повышается снизу вверх.
Остановимся подробнее на характере движения гибких наклонных скребков 12 (фиг. 5). При движении вертикального цепного транспортера 9, на звеньях цепи которого с определенным шагом расположены оси с комбинированными горизонтальными скребками 12, они, касаясь верхней рабочей поверхности пластин 2, перемещаются из верхнего в нижнее положение, поочередно переходя с пластины на пластину, и возвращаются обратно по холостой ветви. Основной орган скребка представляет собой сложное многофункциональное устройство, представляющее собой пластину с располагающимися на ней двумя рядами зубьев, расположенных по типу «шеврон», и двухуровневой резиновой накладкой 33. Скребок также оборудован пружинами растяжения 32 для более плотного прижима рабочей поверхности скребка к верхней части теплообменных пластин 2.
Для регулирования натяжения цепей устройство 27 компенсирует температурное удлинение звеньев цепи за счет пружин сжатия и двух осей, одна из которых снабжена фиксатором.
Стекая, под действием силы тяжести и воздействия гибких наклонных скребков 12 по верхней рабочей поверхности пластин 2 пюре нагревается, закипает и из него испаряется влага в виде пара, который удаляется через патрубки 15 в коллектор 16.
При перемещении температура продукта выравнивается по всему слою, предотвращая его пригорание на обогреваемой верхней поверхности пластин 2. Гибкие горизонтальные скребки 12 перемещают слои продукта по обогреваемой верхней поверхности пластин 2 вниз к выгрузочному патрубку 13, оборудованному шлюзовым вакуум-затвором 14 для уменьшения потерь вакуума.
Испаряющиеся водяные пары захватывают с собой мельчайшие частицы пюре. Для улавливания мельчайших капель продукта, уносимых образующимися водяными парами, отсасываемыми вакуум-насосом через патрубки 15, предназначен сепаратор 17. Частицы продукта, обтекая сепаратор 17, собираются на его поверхности, укрупняются и затем падают вниз в вакуум-камеру 1.
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, подключенным к коллектору 16) за счет кондуктивного нагрева от обогреваемой верхней стенки пластин 2. 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 скоростью движения цепного транспортера 9 и углом наклона теплообменной пластины 2, а температура выпаривания - температурой и расходом теплоносителя, подаваемого в полость теплообменных пластин 2.
Готовое пюре при достижении заданной влажности выгружают из камеры 1 с помощью выгрузочного патрубка 13 со шлюзовым вакуум-затвором 14.
Использование предложенного каскадного вакуум-выпарного аппарата 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 и энергетические затраты вследствие устранения вспомогательных и перегрузочных операций;
- интенсифицировать процесс получения готового продукта вследствие использования рационального перемещения продукта сверху вниз аппарата совместно с поддержанием оптимального температурного режима нагрева;
- повысить производительность вследствие перехода на непрерывный режим работы.