Устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда
DEVICE FOR CONCENTRATION OF SOLUTIONS BY THE METHOD OF FREEZING THE MOISTURE AND RECEIVING ICE

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к устройствам для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для концентрирования жидких продуктов, включающее испаритель цилиндрической формы, внутри которого соосно установлен вал с жестко укрепленным на нем пустотелым барабаном,  котором выполнены пазы для размещения подгруженных скребков, прижимающих к внутренней поверхности испарителя [Авторское свидетельство СССР №1317248, кл.F25C1/14, А23L2/08, заявл.22.07.85 №3932233/31-13, опубл. 15.06.87, Бюл. №22].
Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции, значительный износ скребков, что ухудшает их функционирование, возможность попадания металлической пыли, образующейся в результате трения скребков о внутреннюю поверхность испарителя, в концентрируемый продукт, невозможность разделения сконцентрированного продукта и вымороженного льда, а также промывки последнего от остатков сконцентрированного продукта, в одном устройстве.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции, устранение износа скребков, исключение попадания продуктов износа скребков и внутренней поверхности испарителя в концентрируемый продукт, обеспечение возможности концентрирования, разделения сконцентрированного продукта и вымороженного льда с последующей его промывкой в одном устройстве.
Постановленная техническая задача изобретения достигается тем, что в устройстве для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда, содержащем камеры образования и роста кристаллов льда, отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда с общим валов, камеру промывки вымороженного льда от сконцентрированного раствора, камера образования и роста кристаллов льда содержит наружный и внутренний корпус испарителя, между которыми располагается змеевик для хладагента, внутри камеры на пустотелом барабане, установленном на общем валу, размещены в шахматном порядке наклонные скребки из полимерного материала с возможностью самоустанавливаемости, камера отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда содержит внутренний цилиндрический перфорированный корпус, цилиндрическую рубашку и патрубок для отвода сконцентрированного раствора, а внутри перфорированного корпуса общий вал имеет шнековую навивку, хвостовая его часть утолщение со шнековой навивкой, имеющей меньший шаг между соседними витками, камера промывки вымороженного льда имеет конический корпус и оснащена патрубками подачи воды для промывки и отвода вымороженного льда.
На фиг.1 представлено устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда; на фиг.2 представлен разрез А-А фиг.1.
Устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда (фиг.1) содержит камеру 1 образования и роста кристаллов льда, камеру 2 отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда и камеру 3 для промывки льда, а также привод 4 с общим для камер 1 и 2 валом 5. Камера 1 образования и роста кристаллов льда содержит наружный цилиндрический корпус 6, внутренний цилиндрический корпус 7 испарителя, между которыми располагается змеевик 8 для хладагента, теплоизоляция 9, патрубок 10 для исходного раствора, патрубок 11 для подвода хладагента, патрубок 12 для отвода хладагента, а также пустотелый барабан 13 с наклонными скребками 14 из полимерного материала, установленный на общем валу 5. Каждый скребок 14 (фиг.2) закреплен на опорном элементе 15 с возможностью качательного перемещения и упирается в упорный элемент 16, причем поверхность контакта скребка с упорным элементом выполнена закругленной, а поверхность упорного элемента, контактирующая со скребком – вогнутой.
Камера 2 отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда содержит внутренний цилиндрический перфорированный корпус 17, снабженный цилиндрической рубашкой 18 для сбора сконцентрированного раствора, патрубком 19 для отвода сконцентрированного раствора.
Внутри перфорированного корпуса 17 размещен вал 5 со шнековой навивкой, причем хвостовая его часть выполнена утолщенной, а шнековая навивка на ней имеет меньший шаг между соседними витками.
Камера 3 для промывки вымороженного льда содержит конический корпус 20 для сбора вымороженного льда, патрубок 21 подачи воды для промывки и патрубок 22 для отвода вымороженного льда, промытого от остатков сконцентрированного раствора.
Устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда работает следующим образом. Исходный раствор сначала по патрубку 10 подается в камеру 1 образования и роста кристаллов льда, а хладагент по патрубку 11 в змеевик 8, расположенный в пространстве между наружным корпусом 6 и внутренним корпусом 7 испарителя. В змеевике 8 хладагент кипит при низкой температуре, охлаждает корпус 7 испарителя, который, в свою очередь, за счет теплообмена, охлаждает исходный раствор и обеспечивает образование кристаллов льда на его внутренней поверхности. Приводимый во вращение приводом 4 вал 5, располагаемый в камере 1 образования и роста кристаллов льда, имеет пустотелый барабан 13 на поверхности которого в шахматном порядке, относительно радиального направления установлены скребки 14 из полимерного материала таким образом, что центральная часть скребка закреплена в опорном элементе 15 таким образом, что имеется возможность его качательного перемещения при одновременном ограничении перемещения со стороны упорного элемента 16. При вращении вала 5скребки 14, взаимодействующие своей острой кромкой с внутренней поверхности 7 испарителя обеспечивают срезание намороженного слоя кристаллов льда и перемещение из во внутренний объем камеры 1, а сами скребки имеют возможность самоустанавливаться в первоначальное положение в случаях воздействия изгибающих усилий, возникающих при срезании слоя льда неодинаковой толщины в случаях неравномерности его намораживания на поверхности 7 испарителя. Это обеспечивается за счет нежесткого закрепления центральной части скребка 14 в опорном элементе 15, что позволяет скребку совершать качательные перемещения, а противоположная часть скребка, выполненная закругленной и, взаимодействуя с вогнутой поверхностью упорного элемента 16 обеспечивает возврат скребка в первоначальное положение в случае его отклонения.
Вращающиеся скребки 14 обеспечивают перемешивание раствора и вымороженного льда, обеспечивая тем самым интенсификацию процессов теплообмена и массообмена, вызывая рост кристаллов льда и пропорциональное повышение концентрации исходного раствора, а также продвижение образующейся смеси в камеру 2.
В камере 2 отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда смесь кристаллов и сконцентрированного раствора перемещается и подвергается уплотнению за счет вращения вала 5, на поверхности которого размещена шнековая навивка. Через отверстия цилиндрического перфорированного корпуса 17 сконцентрированный раствор поступает в цилиндрическую рубашку 18, где собирается и отводится по патрубку 19. Вымороженный лед, частично освобожденный от сконцентрированного раствора, подвергается дальнейшему сжатию и уплотнению за счет взаимодействия со шнековой навивкой с меньшим шагом, размещенной на утолщенной хвостовой части вала 5, что способствует максимально полному отделению сконцентрированного раствора от вымороженного льда.
Поступив в камеру 3 с коническим корпусом 20, вымороженный лед подвергается промывке небольшим количеством пресной воды, подаваемой из патрубка 21 для удаления части сконцентрированного раствора, захваченного кристаллами льда при разделении. Образующийся в результате промывки раствор поступает в камеру 2, где через отверстия цилиндрического перфорированного корпуса 17 проникает в цилиндрическую рубашку 18, смешиваясь с сконцентрированным методом вымораживания влаги раствором, а вымороженный лед по патрубку 22 отводится из устройства.
Технический результат достигается тем, что предложенное устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда позволяет упростить конструкцию, устранить износ скребков и внутренней поверхности испарителя, исключить попадание продуктов износа в концентрируемый раствор, обеспечить возможность концентрирования, разделения сконцентрированного продукта и вымороженного льда с последующей его промывкой в одном устройстве.