ВАКУУМ-ВЫПАРНОЙ АППАРАТ
VACUUM EVAPORATOR

Изобретение относится к оборудованию консервной промышленности, а именно к вакуум-выпарным аппаратам для производства пюреобразных концентратов из плодов и овощей.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для концентрирования фруктовых и овощных пюре (Пат. №2359462, МПК A23B 7/00, A23B 4/044, №2008111758/13. Остриков А.Н., Вертяков Ф.Н., Веретенников А.Н., Дорохин С.В. Заявл. 27.03.2008, Опубл. 27.06.2009, Бюл. №18), содержащая корпус, внутри которого расположен вертикальный полый вал с мешалкой.
Недостатками установки для концентрирования фруктовых и овощных пюре 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 повышение качества готовой продукции за счет кратковременного протекания процесса концентрирования путем мелкодиспергированного распыления и более равномерной обработки вследствие использования рациональной конструкции мешалок, снижение материальных и энергетических ресурсов, повышение производительности за счет интенсификации процесса выпаривания и перехода на непрерывный режим работы.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в вакуум-выпарном аппарате, содержащем вертикальный цилиндрический двутельный корпус с расположенным внутри перемешивающим устройством и распылительными форсунками для ввода исходного продукта, новым является то, что вакуум-выпарной аппарат разделен сепаратором на две камеры: верхнюю и нижнюю, в верхней крышке вакуум-аппарата установлены патрубки для удаления испаряемых из камер паров, в каждой камере установлены вращающиеся распылительные форсунки для ввода исходного продукта, причем распыливание продукта в нижней камере осуществляется снизу вверх, а в верхней камере - радиально, верхние распылительные форсунки расположены с равным шагом на боковой поверхности кольцевой торообразной камеры, которая приводится во вращательное движение через муфту от электродвигателя, конусная часть нижней камеры соединена с насосом, который по трубопроводу подает предварительно сгущенную суспензию на вращающиеся распылительные форсунки в верхней камере, а на внутренней цилиндрической поверхности нижней камеры установлен кольцевой желоб для сбора и последующего удаления стекающей по вертикальной стенке сгущенной суспензии из верхней камеры.
На фиг.1 представлено объемное изображение вакуум-выпарного аппарата; на фиг.2 - изображение вращающихся распылительных форсунок для ввода исходного продукта в верхнюю камеру; на фиг.3 - схема движения концентрируемого продукта по камерам вакуум-выпарного аппарата; на фиг.4 - объемное изображение мешалки.
Вакуум-выпарной аппарат (фиг.1) состоит из корпуса 1 и верхней крышки 2. В верхней крышке 2 установлены патрубки 5 и 6 для удаления испаряемых паров, которые соединены трубопроводом с вакуум-насосом (на фиг.1 не показан). Корпус 1 вакуум-аппарата снабжен рубашкой 7 с патрубком 8 для подвода горячего теплоносителя и патрубком 9 для отвода отработанного теплоносителя. Внутри вакуум-аппарата установлена комбинированная мешалка 3, на которой установлены три вида скребков разной конфигурации: серповидные 20 и 22 и лемехообразные 21 (фиг.4). Лемехообразные скребки 21 предназначены для очистки внутренней цилиндрической поверхности нижней камеры 26 и перемещения продукта в конусную часть нижней камеры 26. Серповидные скребки 20 предназначены для очистки конусной внутренней поверхности нижней камеры 26 и перемещения продукта к выгрузочному отверстию, соединенному с трубопроводом 13. Серповидные скребки 22 предназначены для очистки поверхности сепаратора 25 и перемещения продукта на внутреннюю цилиндрическую поверхность нижней камеры 26. Комбинированная мешалка 3 закреплена на вращающемся в подшипниковых опорах 4 и 19 валу 23 (фиг.4).
Вакуум-аппарат состоит из двух камер: нижней 26 и верхней 27, разделенных сепаратором 25. Сепаратор 25 не контактирует с внутренней цилиндрической поверхностью нижней камеры 26: между наружной кромкой сепаратора 25 и внутренней цилиндрической поверхностью нижней камеры 26 имеется зазор, достаточный для того, чтобы стекающий с поверхности сепаратора 25 продукт наносился тонким равномерным слоем серповидным скребком 22 по внутренней цилиндрической поверхности камеры 26. В нижней части камеры 26 установлены форсунки 11, подвод продукта к которым осуществляется через трубопровод 12, проходящий через полый вал мешалки 3. Продукт из нижней камеры 26 по трубопроводу 13 перекачивается насосом 14 в верхнюю камеру 27.
В верхней камере 27 на патрубке 6 установлена кольцевая торообразная камера 28, на боковой поверхности которой с равным шагом радиально расположены распылительные форсунки 15 (фиг.2). Для придания герметичности кольцевой торообразной камеры 28 и предотвращения утечки продукта из нее она снабжена торцевыми уплотнениями 17. Кольцевая торообразная камера 28 приводится во вращательное движение электродвигателем 16 через муфту 29. Для более равномерной подачи продукта в форсунки 15 внутри патрубка 6 напротив кольцевой торообразной камеры 28 закреплено полое кольцо 18, соединенное с трубопроводом 13. Продукт из полого кольца 18 поступает в кольцевую торообразную камеру 28 к форсункам 15.
Концентрированный продукт, стекая по вертикальной боковой стенке вакуум-аппарата, попадает в кольцевой желоб 10 и выводится из аппарата через патрубок 24.
Вакуум-выпарной аппарат работает следующим образом.
Включается привод вакуум-насоса (на фиг.1 не показан), соединенного с патрубками 5 и 6, и в камерах 26 и 27 создается заданная величина разрежения. Одновременно в рубашку 7 через патрубок 8 подается горячий теплоноситель с заданной температурой, нагревая внутреннюю боковую стенку в камерах 26 и 27.
Далее включается регулируемый привод (на фиг.1 не показан), который приводит во вращательное движение мешалку 3. Также включается электродвигатель 16, приводящий во вращательное движение форсунки 15.
Затем подогретое до заданной температуры исходное фруктовое или овощное пюре нагнетательным насосом (на фиг.1 не показан) подается через трубу 12 во вращающиеся форсунки 11.
За счет конструкции распылительных форсунок 11 продукт (фруктовое или овощное пюре) распыливается в виде мелкодиспергированных капель, имеющих колоколообразную форму (I стадия на фиг.3). После выхода пюреобразной массы из распылительных форсунок 11, в результате резкого перепада температуры и давления, происходит мелкодиспергированное распыление продукта, сопровождающееся мгновенным испарением влаги, содержащейся в пюре в перегретом состоянии [Остриков А.Н. Теплообмен при испарении пара из диспергированной струи фруктовых и овощных пюре [Текст] / А.Н.Остриков, Ф.Н.Вертяков // Вестник АГАУ. - 2009. - №4 (54). - С.65-69]. Распад струи пюре, выходящей из форсунок 11, на отдельные капли происходит под совместным воздействием кавитационных явлений, возникающих вследствие колебательных процессов, которые сопровождают течение пюре перед распыливанием, и под воздействием турбулентных пульсаций, приводящих к отрыву отдельных частиц пюре. При обосновании выбора конструкции форсунок 11 и режима распыливания руководствовались следующим соображением: необходимо было подобрать такую траекторию, чтобы обеспечить максимально возможную дальность их полета для обеспечения требуемого времени для взрывного испарения перегретой влаги из пюре за счет перепада давления [Вертяков, Ф.Н. Производство концентрированных фруктовых и овощных пюре [Текст] / Ф.Н.Вертяков А.Н.Остриков. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. - 452 с.].
Затем капли фруктового или овощного пюре оседали на поверхности конусной части корпуса 1, формируя пленку продукта, которая с помощью серповидных скребков 20, закрепленных на мешалке 3, перемещалась к выгрузочному отверстию, соединенному с трубопроводом 13. Серповидные скребки 20 не только перемещают продукт к трубопроводу 13, но и интенсивно его перемешивают, обеспечивая при этом дополнительное выпаривание влаги из продукта, т.к. внутренняя поверхность камер 26 и 27 обогревается с помощью рубашки 7 (фиг.4). При этом за счет дополнительного нагрева продукта от поверхности конусной части корпуса 1 происходит дополнительное выпаривание влаги из продукта.
Испаряемые из пюре водяные пары в нижней камере 26 удаляются через патрубок 6, соединенный с вакуум-насосом (на фиг.1 не показан).
Далее продукт по трубопроводу 13 нагнетается насосом 14 в кольцевую торообразную камеру 28, на боковой поверхности которой с равным шагом радиально расположены распылительные форсунки 15 (фиг.2).
Вращающиеся при помощи электродвигателя 16 и муфты 29 распылительные форсунки 15 распыливают продукт (фруктовое или овощное пюре) в виде мелкодиспергированных капель (II стадия на фиг.3). При этом в результате резкого перепада температуры и давления происходит мелкодиспергированное распыление продукта, сопровождающееся мгновенным испарением влаги, содержащейся в пюре в перегретом состоянии [Вертяков Ф.Н. Производство концентрированных фруктовых и овощных пюре [Текст] / Ф.Н.Вертяков, А.Н.Остриков. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. - 452 с.]. Форма и конструкции форсунок 15 обеспечивали равномерный режим распыливания по всему объему камеры 27. При этом необходимо, чтобы капли имели такую траекторию, чтобы обеспечить максимально возможную дальность их полета для обеспечения требуемого времени для взрывного испарения перегретой влаги из пюре за счет перепада давления.
Затем капли фруктового или овощного пюре оседали на поверхности цилиндрической части корпуса 1, образуя пленку продукта, постепенно стекающую вниз под действием сил тяжести (III стадия на фиг.3). При контакте капель пюре с обогреваемой поверхностью происходил нагрев пленки пюре, стекающей вниз, и испарение влаги из пюре за счет термостатируемой внутренней стенки вакуум-выпарного аппарата.
Лемехообразные скребки 21, установленные на мешалке 3, счищают и постепенно плавно перемещают вниз слой овощного или фруктового пюре.
Серповидные скребки 22, установленные на мешалке 3, предназначены для удаления продукта с верхней поверхности сепаратора 25 и нанесения продукта тонким равномерным слоем по внутренней цилиндрической поверхности камеры 26.
Испаряемые из пюре водяные пары в верхней камере 27 удаляются через патрубки 5, соединенные с вакуум-насосом (на фиг.1 не показан).
Концентрированный продукт (сгущенная суспензия), стекая по вертикальной боковой стенке нижней камеры 26, попадает в кольцевой желоб 10 и выводится из аппарата через патрубок 24 для дальнейшей переработки.
Использование предложенного вакуум-выпарного аппарата позволяет
- повысить качество фруктовых и овощных пюре за счет кратковременного протекания процесса концентрирования путем мелкодиспергированного распыления и более равномерной обработки вследствие использования рациональной конструкции спиральных ленточных мешалок, а также использования мягких технологических режимов уваривания при пониженных температурах кипения вследствие применения вакуума;
- снизить материальные затраты вследствие устранения вспомогательных и перегрузочных операций;
- повысить производительность за счет интенсификации процесса выпаривания и перехода на непрерывный режим работы.