ДИФФУЗИОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ СВЕКЛЫ

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к устройствам массо- и теплообменных процессов и может использоваться, например, для производства диффузионного сока сахарной свеклы в сахарной промышленности.
Наиболее эффективными являются диффузионные аппараты, в которых реализовано противоточное движение свекловичной стружки (твердой фазы) и экстрагента (жидкой фазы). Известны многочисленные варианты диффузионных аппаратов непрерывного действия, например (А.с. №1830951 A1, опубл. 1996 г., А.с. №1835861 A1, опубл. 1996 г.). Они довольно сложны по конструкции, используют для подачи и перемешивания сырья различные механические устройства. Использование лопастных валов, шнеков внутри диффузионных аппаратов приводит к измельчению сырья, образованию застойных зон, нарушению процесса фильтрации и ухудшает качество диффузионного сока.
Известен аппарат непрерывного действия для получения диффузионного сока из свекловичной стружки, включающий три вертикальные колонны, сообщающиеся в нижней части. Первая колонна в нижней части имеет патрубок для отбора диффузионного сока и снабжена установленными на ее крышке устройством для подачи пневмоимпульсов сжатого воздуха на сокостружечную смесь и ее пульсации для перемещения в третью колонну. На крышке первой колонны закреплен датчик уровня жидкости и блок управления, соединенный с устройством пневмоимпульсов сжатого воздуха. Вторая колонна служит для подачи предварительно-ошпаренной сахарной стружки. Третья колонна в верхней части снабжена трубой для выгрузки жома и патрубком подачи воды (RU 2324741 C2, опубл. 10.10.2007 г.). Однако, для эффективной экстракции в аппарате используют уже предварительно ошпаренное сырье. Кроме того степень использования внутреннего пространства аппарата не эффективно, поскольку средняя колонна в процессе экстракции мало задействована, что приводит к избыточной металлоемкости аппарата.
Известен диффузионный аппарат непрерывного действия, включающий две соединенные в нижней части при помощи трубы, вертикальные колонны, одна из которых снабжена устройством для загрузки стружки и устройством отвода диффузионного сока, а другая - устройством выгрузки жома и устройством подачи растворителя (экстрагента), противоточного движению стружки. В трубе, соединяющей колонны, установлен шнек с перфорированными витками. В нижней части колонны, снабженной устройством выгрузки жома, размещен дренажный диск с возможностью периодического движения по вертикали для перемещения стружки. Причем эта колонна снабжена перфорированной задвижкой, периодически вводимой в нее при расположении дренажного диска в его верхнем положении для предотвращения движения в обратном направлении (RU 2377312 C1, опубл. 27.12.2009). Однако это устройство сложно в обслуживании, требует периодического ввода перфорированной задвижки, что безусловно уменьшает его производительность к тому же сокостружечная смесь подается из одной колонны в другую с помощью шнека с перфорированными витками, что также сказывается на состоянии структуры стружки и, в конечном счете, на качестве сока.
Известен экстрактор для системы твердое тело-жидкость (RU 2308308 C1, опубл. 20.10.2007 г.). Экстрактор содержит корпус, разделенный вертикальной, не доходящей до дна, перегородкой на две зоны, одна из которых снабжена крышкой с расположенным на ней пульсатором с приводом для подачи пневмоимпульсов и датчиком уровня жидкости. Датчик уровня жидкости и привод пульсатора соединены с блоком управления. В нижней части закрытой зоны имеется патрубок для отвода экстракта. Вторая открытая зона корпуса в верхней части имеет люк для загрузки сырья. В нижней части корпуса устройства расположена наклонная отводящая труба для выгрузки проэкстрагированного сырья с патрубком для подачи экстрагента. Однако, этот экстрактор эффективно работает с предварительно ошпаренным горячим сырьем, что усложняет технологический процесс получения диффузионного сока сахарной свеклы. Сок отбирается горячим, что увеличивает энергоемкость процесса.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для получения экстрактов растительного сырья (RU 2312697 C1, опубл. 20.12.2007 г.). Устройство содержит корпус, разделенный не доходящей до дна корпуса вертикальной перегородкой на две зоны. В одной зоне корпуса расположен патрубок, в верхней части которого имеется люк для загрузки сырья. Эта зона закрыта крышкой с установленными на ней пульсатором с приводом и датчиком уровня жидкости, соединенными между собой через блок управления. В этой зоне выше патрубка для загрузки сырья, но ниже датчика уровня жидкости расположен патрубок для отбора экстракта. Другая зона в верхней части соединена с трубой для выгрузки проэкстрагированного сырья, на которой расположен патрубок для подачи экстрагента. Однако, это устройство требует предварительно ошпаренного сырья, что усложняет технологию получения диффузионного сока сахарной свеклы. Отбираемый сок имеет высокую температуру, что увеличивает энергозатраты процесса.
Задача предлагаемой полезной модели - конструктивно простой, экономичный, эффективный диффузионный аппарат непрерывного действия для экстракции сахарной свеклы.
Технический результат - упрощение процесса экстракции за счет совмещения в одном аппарате процесса ошпаривания и экстракции свекольной стружки. Технический результат достигается за счет оптимального прогрева свекольной стружки на первом этапе ее обработки - ошпаривания и последующей полной экстракции в процессе прохождения стружки черед аппарат в противоточном режиме движения твердой и жидкой фаз: стружка - экстрагент под пульсационным воздействием острого пара в отсутствии механического перемешивания фаз.
Технический результат достигается заявленной полезной моделью, которая представляет собой корпус, разделенный не доходящей до его дна вертикальной перегородкой на закрытую и открытую зоны. В закрытой зоне корпус содержит соединенные с нагревателем не менее одного входного и не менее одного выходного патрубка и трубу для загрузки сырья (свекольной стружки и ошпаривающей жидкой фазы) с патрубком для отбора сока. Выходной патрубок закрытой зоны связан с ее входным патрубком и с загрузочной трубой. На крышке закрытой зоны установлены пульсатор, соединенный с парогенератором и приводом и датчиком уровня жидкости (не менее одного), соединенные между собой через блок управления. Открытая зона в верхней части соединена с трубой для выгрузки проэкстрагированного сырья - жома, на которой расположен патрубок для подачи экстрагента - воды. В открытой зоне расположен патрубок (не менее одного) для подачи, например, жомопрессовой воды.
Жидкой фазой в процессе экстракции являются; воды (исходный экстрагент), жомопрессовая вода, сок, отбираемый в процессе экстракции. Нагретый сок используется как ошпаривающая жидкость.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом (фигура).
Диффузионный аппарат для экстракции свеклы включает корпус 1, разделенный перегородкой 2 на зоны 3 и 4. Корпус 1 выполнен полым, имеет любое, например, круглое сечении. Зона 3 имеет трубу 5 для загрузки свекольной стружки и подачи ошпаривающей жидкости с патрубком 14 для отбора диффузионного сока.
Сверху зона 3 закрыта крышкой, на которой установлен пульсатор, соединенный с парогенератором 7 и приводом 8 и датчиком 9 уровне жидкости, соединенные между собой через блок управления 10. В нижней части зоны 3 расположен входной патрубок 11 для подачи ошпаривающей жидкости. Выше, расположен выходной патрубок 12 для отвода сока на подогрев в нагревателе 13, который горячим, подают затем для ошпаривания стружки в загрузочную трубу 5 и во входной патрубок 11. Загрузочная труба 5 расположена в корпусе 1 ниже амплитуды импульса острого пара. Зона 4 содержит входной патрубок 16 (не менее одного) для подачи жомопрессовой воды, а в верхней части зона 4 соединена с трубой 17 для выгрузки проэкстрагированного сырья - жома свеклы. На трубе 17 расположен патрубок 15 для подачи воды (экстрагент).
Элементы заявленного диффузионного аппарата выполнены из термостойкого материала (выдерживающего температуру не менее 100°С) реакционностойкого, например, из нержавеющей стали.
Диффузионный аппарат работает следующим образом:
Свекольная стружка попадает в трубу 5 для загрузки сырья. Сюда же поступает ошпаривающая жидкость - сок из патрубка 12, нагретый в нагревателе 13. Стружка свеклы опускается по загрузочной трубе 5 вместе с нагретым соком в зону 3. При движении по трубе 5, стружка нагревается, а сок охлаждается. Охлажденный сок отбирают через патрубок 14. Навстречу стружке, нагретой в трубе 5 и опустившейся в зону 3, через патрубок 11 поступает ошпаривающая жидкость - сок, отобранный через патрубок 12 и прогретый в нагревателе 13.
Как только уровень жидкой фазы достигает датчика 9 уровня жидкости, сигнал поступает на блок управления 10, с него через привод 8 на пульсатор 6 и парогенератор 7 и в зону 3 поступает импульс острого пара. Под действием этого импульса стружка движется вниз, при этом дополнительно прогреваясь. При опускании уровня жидкости ниже датчика 9 уровня жидкости сигналом с блока управления по тому же механизму происходит стравливание импульса пара в загрузочную трубу 5. Под действием периодически поступающих импульсов острого пара сокостружечная смесь совершает возвратно-поступательное движение, продвигаясь из закрытой зоны 3 в открытую зону 4 в противотоке поступающей навстречу ей через патрубок 16 жомопрессовой воде и воде, поступающей через патрубок 15 на трубе 17. Проэкстрагированное сырье -жом выгружается через трубу 17.
3
Время контакта стружки с экстрагентом в заявленном аппарате составляет 16-20 минут. Температура воды, поступающая для экстракции через патрубок 15 на трубе 17 составляет 10-40°С (в зависимости от возможностей и наличия у производителя). Температура ошпаривающей жидкости - сока, отобранного через патрубок 12, нагретого в нагревателе 13 и поступившего в загрузочную трубу 5 и входной патрубок 11, составляет 85-90°С.Температура сока, отбираемого из патрубка 14 загрузочной трубы 5, составляет 25-35°С.Температура стружки в зоне 3 составляет 65-70°С и является оптимальной для процесса экстракции. Емкость аппарата 1-4 м.
Отсутствие механического перемешивания сырья в заявляемом диффузионном аппарате и пульсационное воздействие способствует формированию равномерного по плотности фильтрационного слоя стружки, сохранению ее структуры в процессе экстракции. Это положительно сказывается на качестве конечного диффузионного сока, поскольку снижает образование коллоидной фазы в диффузионном соке.
Заявленный диффузионный аппарат позволяет упростить технологическую схему получения диффузионного сока, поскольку сочетает в себе эффективное при оптимальной температуре ошпаривания (что особенно важно для полного извлечения сахара из стружки) и эффективную экстракцию за счет противоточного движения жидкой и твердой фаз. В таблице приведены сравнительные данные по экстракции свеклы в заявляемом аппарате и в аппарате по прототипу (RU 2312697 С1, опубл. 20.12.2007)
Таблица
Характеристика процесса экстракции
Продукт - диффузионный сок из свеклы
Заявляемый аппарат
Прототип
Время экстракции
16-20 мин.
20-30 мин.
Температура подаваемой воды
10-40°С
15-20°С
Температура отбираемого диффузионного сока
25-35°С
60-70°С
Доброкачественность диффузионного сока
90-93%
89-92%
Как видно из таблицы, предлагаемый диффузионный аппарат обеспечивает эффективную экстракцию за боле короткое время при более широком температурном интервале экстрагента - воды. Аппарат энергетически более экономичен, и его использование позволяет достичь заявленного технического результата.