Техника будущего: новые технические решения технологических задач

Утфелемешалка-кристаллизатор (Пат. №2182177 РФ, С 13, F 1/02) относится к оборудованию сахарной промышленности, предназначенной для дополнительной кристаллизации сахара из утфеля последнего продукта.

На рис. 20.17 показана схема утфелемешалки-кристаллизатора. Утфелемешалка-кристаллизатор состоит из цилиндрического корпуса 1 с днищем 2 и наружней теплообменной рубашкой 3. Внутри корпуса 1 размещается теплообменная поверхность, состоящая из стальных частей нескольких цилиндров 4, расположенных коаксиально и образующих в каждом квадранте поперечного сечения расположенные диаметрально противоположно секторные секции 5. Соосно корпусу установлен вал 6, и на нем укреплены четыре вертикальные лопасти 7 с возможностью совершения колебательных движений в пространстве между секторными секциями 5 посредством вибропривода вала 8. Вал установлен на двух подшипниках 9 и 10. В каждой лопасти конусообразные сопла 11, расположенные таким образом, что сужающиеся части сопел на каждой лопасти направлены в одну сторону, а сопла лопастей расположены в одну сторону, а сопла лопастей расположены одно за другим для приведения утфеля во вращательное движение через входные отверстия 12. Входные отверстия сопел 13 открыты. Поверхность сопел покрыта антиадгезионным материалом 14. Утфелемешалка-красталлизатор имеет патрубки 15 и 16 соответственно для подвода утфеля и его отвода, а также патрубки 16 и 17 для подвода хладагента в паровую рубашку 3 и ее отвода из нее. Секторные секции 5 теплообменной поверхности содержат нижние камеры 19 для распределения хладагента по кольцевым цилиндрам 4. В камеры 19 подается хладагент через патрубок 20. Для его отвода из отдельных кольцевых цилиндров 4 служат верхние распределительные камеры 21 и патрубок 22.

Утфелемешалка-кристаллизатор работает следующим образом. Теплообменную рубашку 3 заполняют горячей водой и разогревают аппарат до температуры начала процесса кристаллизации. Затем через патрубок 15 в корпус аппарата подают утфель последней кристаллизации до полного погружения в нее лопастей 7. После этого в теплообменную рубашку 3 и отдельные кольцевые цилиндры 4 секторных секций 5 подают хладагент, расход которого устанавливают таким образом, чтобы обеспечить заданным технологическим режимом скорость охлаждения кристаллизующегося раствора.

С момента подачи хладагента включается вибропривод 8 вала 6, и он приводится в попеременные поворотные движения вокруг оси. Лопасти 7, размещенные в свободных зонах между отдельными частями цилиндров 4, совершают колебательные движения с малым размахом. Перемещение лопастей с конусообразными соплами в зонах между секторными секциями обеспечивает вибрационно-пульсационный режим вращательного движения утфеля вокруг оси в зазорах между кольцевыми цилиндрами 4 секторных секций 5 теплообменной поверхности.

Набегающий на лопасти 7 поток утфеля заполняет через входные отверстия 13 конусообразные сопла 11, кристаллы сближаются, уплотняются и задерживаются в выходных отверстиях 12. При этом межкристальный раствор протекает через слой кристаллов в соплах, и достигается интенсивный режим относительного движения «кристалл-раствор». При противоположном направлении движения лопастей 7 межкристальный раствор в соплах протекает через выходные отверстия 12 в обратном направлении и легко выгружается за счет антиадгезионного покрытия порции кристаллов утфеля, ранее попавших в сопла, осуществляя регенерацию сопел. Кристаллы сахарозы испытывают также знакопеременные тангенциальные силовые импульсы при колебательных воздействиях частями лопастей без сопел, что увеличивает скорость обтекания кристаллов раствором, уменьшает толщину гидродинамического пограничного слоя.

Вся масса утфеля таким образом приводится в осциллирующее движение в одном направлении и перемещается в зазорах между отдельными частями цилиндров 4 секторных секций 5 поверхностей теплообмена, что интенсифицирует тепло-массопередачу, снижает эффективную вязкость утфеля и позволяет охлаждать утфель до более низких конечных температур (около 25 °С).

Утфелемешалка-кристаллизатор отличается тем, что секторные секции теплообменной поверхности состоят из отдельных частей нескольких цилиндров, расположенных коаксиально, при этом сужающиеся части сопел каждой лопасти направлены в одну сторону, а сопла смежных лопастей расположены одно за другим для приведения утфеля во вращательное движение, причем поверхность сопел покрыта антиадгезионным материалом.

Устройство для вакуумного концентрирования жидкости в непрерывном потоке (Пат. № 2060672 РФ), предназначен для вакуумного концентрирования растворов и эмульсий термолабильных веществ, например, молока, чайного или кофейного экстракта, соков, растительных масел и природных углеводородов.

На рис. 20.18. изображено предлагаемое устройство с дуговыми излучателями; на рис. 20.19. – устройство с линейными излучателями; на рис. 20.20. – устройство с излучателем в виде сектора цилиндрической поверхности.

Устройство для вакуумного концентрирования жидкостей в непрерывном потоке содержит горизонтально расположенный цилиндрический корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками для продукта и патрубком 4 отвода пара, горизонтальный приводной вал 5 с закрепленными на нем дисками 6, выполненными с одинаковым диаметром и толщиной, увеличивающейся к оси приводного вала 5, и установленными с образованием ломаной поверхности, С-образные перегородки 7, установленные в нижней части корпуса 1 между дисками 6, и нагреватель, выполненный в виде одного или нескольких источников 8 инфракрасного излучения.

Диски 6 образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению, гарантирующую равномерную освещенность при данной конфигурации и размещении источников 8 инфракрасного излучения. При выполнении источников 8 инфракрасного излучения линейными и параллельными оси вала 5 диски 6 образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению, также гарантирующую равномерную освещенность. При выполнении источника 8 инфракрасного излучения в виде части соосной валу 5 цилиндрической поверхности диски 6 образуют равномерно освещенную поверхность, удовлетворяющую уравнению. Внешняя кромка дисков 6 выполнена заостренной с углом a при вершине не меньше 10°, а при наличии излома во впадинах дисков 6 угол j при их вершине – не меньше 160°. На рис. показаны диски 6, образующие впадины с гладким профилем. На рис. показаны диски 6 с убывающей по направлению от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3 максимальной толщиной.

Концентрируемую жидкость, например молоко, подают в корпус 1 по патрубку 2, где она перемещается по каналу, образованному дисками 6 и С-образными перегородками 7. При вращении дисков 6 приводным валом 5 за счет смачивания поверхностей дисков 6 концентрируемая жидкость в виде тонкой пленки на их поверхности поступает в верхнюю часть корпуса 1. На части траектории перемещения пленки жидкость подвергается воздействию источников инфракрасного излучения 8, что приводит к нагреву жидкости в тонкой пленке до температуры кипения наиболее легкой фракции, например воды, и ее выпариванию. Выполнение дисков 6 с образованием поверхности в зависимости от формы выполнения источников 8 инфракрасного излучения обеспечивает равномерную освещенность этой поверхности и, соответственно, равномерный нагрев жидкости в пленке и равномерное выпаривание по всей площади пленки отгоняемой фракции, исключающие первоочередное упаривание жидкости на любом участке и образование золы локального перегрева после полного испарения отгоняемой фракции, что особенно важно при концентрировании термолабильных веществ, таких как молоко, локальный перегрев которого может привести к коагуляции белка и потере потребительских свойств; экстракты чая и кофе, локальный перегрев которых приводит к потере вкусо-ароматических веществ и снижению органолептических показателей и биологической ценности; вина, локальный перегрев которых приводит к потери крепости, вкусо-ароматических и биологически активных веществ, искажению цветности и снижению их потребительских качеств; растительные и природные масла, локальный перегрев которых приводит к окислению и ухудшению качества, смеси природных углеводородов, локальный перегрев которых может привести к самовоспламенению. Обработанная излучением пленка возвращается в основную массу обрабатываемой жидкости и за счет высоких тангенциальных напряжений в зазоре между дисками 6 и перегородками 7 эффективно с ней перемешивается, обеспечивая равномерный нагрев продукта по всему объему. Выпаренная газовая фаза отводится из корпуса 1 по патрубку 4, разряжение в котором определяет температуру кипения отгоняемой фракции жидкости и необходимый энергоподвод для ее испарения. По мере перемещения по корпусу 1 жидкость многократно обрабатывается в тонкой пленке до заданной расходом, частотой вращения вала 5 и удельным энергоподводом от источников 8 концентрации. При значительном упаривании целесообразно выполнять диски 6 с уменьшающейся от патрубка 2 к патрубку 3 максимальной толщиной, что уменьшает проходное сечение канала для обрабатываемого продукта и исключает снижение линейной скорости перемещения концентрата и образование застойных зон. Полученный концентрат отводится из корпуса 1 по патрубку 3.

Устройство для вакуумного концентрирования жидкостей в непрерывном потоке отличается тем, что оно снабжено С-образными перегородками, установленными в нижней части корпуса между дисками, нагреватель выполнен в виде, по меньшей мере, одного источника инфракрасного излучения, установленного на внутренней поверхности в верхней части корпуса, а диски выполнены толщиной, увеличивающейся к оси приводного вала, и установлены с образованием ломаной поверхности; отличается тем, что источники инфракрасного излучения установлены в плоскостях, перпендикулярных оси вала, и выполнены по дугам, соосным с дисками; отличается тем, что диски образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах; отличается тем, что источники инфракрасного излучения установлены параллельно оси вала и выполнены линейными; отличается тем, что диски образуют поверхность. удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах; отличается тем, что источник инфракрасного излучения выполнен в виде части цилиндрической поверхности, соосной с валом; отличается тем, что диски образуют поверхность удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах; отличается тем, что кромки дисков выполнены заостренными; отличается тем, что диски выполнены так, что образуют поверхность с углом при вершине изломов на гребнях профиля не менее 10°; отличается тем, что диски выполнены так, что образуют поверхность с гладким профилем впадин, отличается тем, что диски выполнены так, что образуют поверхность с изломом профиля во впадинах.

Маслообразователь непрерывного действия (А.с. № 741829, А01 J15/12) относится к оборудованию молочной промышленности, в частности к маслообразователям непрерывного действия.

На рис. 20.21 изображен предлагаемый маслообразователь, поперечный разрез обоих цилиндров; на рис. 20.22 – то же, продольный разрез по обрабатывающему теплообменному цилиндру.

Маслообразователь содержит цилиндры 1 и 2, закрепленные на станине 3, в которой размещен привод. Цилиндр 2 включает корпус 4, снабженный рубашкой 5, тепловой изоляцией 6, крышкой 7 с входным и выходным патрубками соответственно 8 и 9, и вытеснительный барабан с ножами-скребками 11. Вытеснительный барабан выполнен коническим и снабжен отражательными лопастями 12, укрепленными на внутренней поверхности конуса, лопастной мешалкой 13, установленной по его оси, и текстурационной перфорированной камерой 14 для выхода готового продукта. Вытеснительный барабан 10 и лопастная мешалка 13 связаны с приводами при помощи разъемных соединений 15 и 16. Герметичность продуктовой полости обеспечивается уплотнением 17. Полость между цилиндром и конусом дополнена теплоизоляционным материалом 18.

Высокожирные сливки, предварительно охлажденные в цилиндре 1, поступают в цилиндр 2 через входной патрубок 8. Охлаждающая жидкость подается в рубашку 5, которая снабжена тепловой изоляцией 6. При движении в кольцевом зазоре между корпусом 4 и вытеснительным барабаном 10 продукт охлаждается, соскребается и перемешивается ножами-скребками 11. Охлажденный до температуры кристаллизации молочного жира продукт поступает внутрь вытеснительного барабана, где перемешивается и продвигается последовательно между отражательными лопастями 12 и лопастями мешалки 13. Готовое сливочное масло выходит через текстурационную камеру 14 и выходной патрубок 9 в крышке 7. Теплоизоляционный материал 18 исключает нагрев готового масла вновь поступающими в цилиндр массами продукта.

Маслообразователь непрерывного действия отличается тем, что, с целью повышения производительности интенсификация теплообмена и снижения металлоемкости, вытеснительный барабан последнего по ходу технологического процесса цилиндра выполнен коническим и снабжен лопастной мешалкой, установленной по его оси, отражательными лопастями, жестко укрепленными на внутренней поверхности конуса, а также текстурационной перфорированной камерой, расположенной на выходном участке конического барабана коаксиально валу мешалки.