Способ осветления соков и виноматериалов и установка для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к технологии и оборудованию производства осветленных соков и виноматериалов. Сущность изобретения: способ осветления соков и виноматериалов предусматривает фильтрацию, сепарацию и термообработку сырья, введение в него коагулянта в процессе отстаивания в поле механических ультразвуковых колебаний и раздельный вывод надосадочной жидкости и осадка. Механические ультразвуковые колебания создают путем конденсации в объеме отстаиваемой смеси паров, отводимых со стадии термообработки путем барботирования паров в отстаиваемую смесь. Установка для осуществления способа содержит фильтр, сепаратор, нагреватель и отстойник с источником ультразвука и средствами подачи коагулянта. Источник ультразвука выполнен в виде отдельной перфорированной или пористой перегородкой в нижней части отстойника паровой камеры, сообщенной магистралью по газовой фазе с нагревателем. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технологии и оборудованию производства осветленных соков и виноматериалов.

Известен способ осветления соков и виноматериалов, предусматривающий фильтрацию, сепарацию, термообработку сырья, введение в него коагулянта в процессе отстаивания в поле механических ультразвуковых колебаний и раздельный вывод надосадочной жидкости и осадка (патент СССР N 1805881, кл. А 23 L 2/30, 1993).

Недостатком этого способа является высокая энергоемкость при диссипации вводимого через стенку отстойника ультразвука и его затухании при наложении когерентных вводимых и отраженных отстойником колебаний.

В предлагаемом способе осветления соков и виноматериалов, предусматривающий фильтрацию, сепарацию и термообработку сырья, введение в него коагулянта в процессе отстаивания в поле механических ультразвуковых колебаний и раздельный вывод надосадочной жидкости и осадка, согласно изобретению механические ультразвуковые колебания создают путем конденсации в объеме отстаиваемой смеси паров, отводимых со стадии термообработки, путем барботирования паров в отстаиваемую смесь.

Это позволяет генерировать колебания непосредственно в обрабатываемой смеси, исключив их диссипацию и наложение противофазных когерентных колебаний.

В предпочтительном варианте перед барботированием пары подвергают адиабатному расширению, желательно до достижения скорости всплытия пузырьков пара и их температуры, обеспечивающих конденсацию на расстоянии не более 0,5 м от зеркала отстаиваемой смеси.

Это позволяет увеличить энергоемкость генерируемых механических колебаний, а в желательном варианте создать колебания в зоне, обеспечивающей наилучшее разделение фаз.

Известна установка для осветления соков и виноматериалов, содержащая фильтр, сепаратор, нагреватель и отстойник с источником ультразвука, установленным на его стенке, и средствами подачи коагулянта (там же).

В данной установке расположение источника ультразвука на внешней поверхности отстойника обеспечивает сохранение всех недостатков реализуемого установкой способа. Кроме того, внешний ввод ультразвука в отстойник требует наличия ультразвукового генератора и излучателя, усложняющих конструкцию установки, а отсутствие утилизации тепла нагревателя дополнительно увеличивает ее энергоемкость.

В предлагаемой установке для осветления соков и виноматериалов, содержащей фильтр, сепаратор, нагреватель и отстойник с источником ультразвука и средствами подачи коагулянта, согласно изобретению источник ультразвука выполнен в виде отделенной перфорированной или пористой перегородкой в нижней части отстойника паровой камеры, сообщенной магистралью по газовой фазе с нагревателем.

Такая конструкция установки обеспечивает реализацию предлагаемого способа при упрощенной конструкции и дополнительно сниженной энергоемкости за счет утилизации тепла нагревателя.

В предпочтительном варианте перегородка выполнена перфорированной, а отверстия перфорации выполнены в виде сопл.

Это позволяет получать однородную дисперсность паровой фазы при барботировании, что обеспечивает ее конденсацию на заданном расстоянии от зеркала отстаиваемой смеси при обеспечении гарантированного адиабатного расширения паровой фазы, создающего более энергоемкие механические ультразвуковые колебания.

В этом случае желательно расположение сопл перфорированной перегородки по концентричным окружностям с постоянным окружным шагом и углом наклона в сторону смежных сопл относительно оси, проходящей через центр окружностей перпендикулярно поверхности перегородки.

Это позволяет регулировать частоту регенерируемых механических ультразвуковых колебаний в широком интервале и увеличить их энергоемкость за счет увеличения скорости вдува без увеличения скорости всплытия пузырьков паровой фазы.

В другом предпочтительном варианте предусмотрено снабжение магистрали, соединяющей по газовой фазе нагреватель с источником ультразвука, регулируемой запорной арматурой.

Это позволяет наиболее точно регулировать расположение зоны конденсации паровой фазы относительно зеркала отстаиваемой смеси с созданием наиболее интенсивных колебаний в заданной зоне обрабатываемой смеси.

На фиг.1 изображена схема установки для реализации способа; на фиг.2 узел I на фиг1; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 вид по стрелке Б на фиг.2.

Установка для осветления соков и виноматериалов содержит фильтр 1, сепаратор 2, нагреватель 3 и отстойник 4 со средствами 5 подачи коагулянта, в нижней части которого пористой или перфорированной перегородкой 6 отделена паровая камера 7, сообщенная магистралью 8, желательно снабженной запорной арматурой 9, выполненной регулируемой, с нагревателем 3 по газовой фазе.

При выполнении перегородки 6 с перфорацией в виде сопл 10 последние могут быть расположены по концентричным окружностям с постоянным окружным шагом и углом наклона α в сторону смежных сопл 10 относительно оси, проходящей через центр окружностей перпендикулярно поверхности перегородки 6.

На описанной установке способ реализуется следующим образом.

Свежеотжатый сок подвергают грубой фильтрации в фильтре 1, сепарируют остатки твердой фазы в сепараторе 2, нагревают в нагревателе 3, отбирая в магистраль 8 образующуюся паровую фазу, и подают совместно с коагулянтом из средств 5 в отстойник 4. Паровая фаза с регулируемыми запорной арматурой 9 расходом и давлением поступает в камеру 7, за которой через поры или перфорацию перегородки 6 барботируется в отстаиваемую смесь. Всплытие пузырьков паровой фазы приводит к флотационному перемешиванию обрабатываемого сырья с коагулянтом. В результате теплообмена со смесью происходит конденсация паровой фазы со схлопыванием кавитационных полостей. Образующаяся при этом ударная волна периодически перекрывает поры или перфорацию перегородки 6, приводя к пульсации подачи паровой фазы и созданию в смеси механических колебаний ультразвуковых частот. Выполнение перфорации перегородки 6 с отверстиями в виде сопл 10 приводит к адиабатному расширению паровой фазы с увеличением скорости истечения и снижением температуры, желательно обеспечивающими конденсацию на расстоянии не более 0,5 м от зеркала отстаиваемой смеси, что задается давлением и объемным расходом паровой фазы, проходящей запорную арматуру 9, для обеспечения наиболее эффективного разделения фаз в смеси. Расположение сопл 10 по концентричным окружностям с постоянными окружным шагом и углом наклона α обеспечивает увеличение пути проскока пузырьков до конденсации без увеличения скорости их всплытия, а также взаимное перекрытие сопл ударной волны схлопывания кавитационной полости при конденсации паровой фазы с увеличением частоты генерируемых колебаний за пределы возможного при вертикальном расположении сопл 10 диапазона частот ультразвуковых колебаний. Создание ультразвуковых колебаний непосредственно в обрабатываемой смеси исключает их диссипацию в стенках отстойника 4 и возможность взаимного гашения когерентных противофазных колебаний на стенке отстойника 4 вводимых и отраженных волн. Механические колебания ультразвуковой частоты в отстаиваемой смеси приводят к интенсификации коагуляции взвесей ультрадисперсной твердой фазы и их эффективному отделению в процессе отстаивания. Обработанное сырье из отстойника 4 удаляют при раздельном выводе надосадочной жидкости (осветленного сока или виноматериала) и осадка.

П р и м е р 1. Яблочный сок фильтруют, сепарируют, нагревают, отводя соковые пары, и подают в отстойник совместно с коагулянтом в виде желатина. Пары барботируют в сок через пористую перегородку с получением колебаний при их конденсации в частотном интервале 18-46 кГц. Осветленный сок после отстаивания выводят отдельно от осадка. По сравнению с контрольным образцом содержание взвесей в соке снижено на 2,3% удельные энергозатраты на осветление снижены в 1,9 раз.

П р и м е р 2. Виноматериал Клерет фильтруют, сепарируют, нагревают, отводя паровую фазу, и отстаивают в смеси с кизельгуром. Паровую фазу барботируют в отстаиваемую смесь через вертикально расположенные сопла с обеспечением конденсации на расстоянии 0,4-0,5 м от зеркала смеси с получением колебаний с частотой 40 кГц. По сравнению с контрольным образцом количество взвесей сохраняется на том же уровне, удельные энергозатраты снижены на осветлении в 2,1 раза.

П р и м е р 3. Виноградный сок Каберне фильтруют, сепарируют, нагревают, доводя соковые пары, и отстаивают в смеси с бентонитом. Паровую фазу барботируют в отстаиваемую смесь через наклонные сопла, расположенные по концентричным окружностям, с обеспечением конденсации паровой фазы на расстоянии 0,4 м от зеркала смеси с получением колебаний с частотой 105 кГц. По сравнению с контрольным образцом количество взвесей снижено на 2,6% удельные энергозатраты снижены в 3,3 раза.

Таким образом, предлагаемый способ, реализуемый на установке упрощенной конструкции, позволяет осветлять соки и виноматериалы с сохранением качества осветления при сниженных удельных энергозатратах.

Формула изобретения

1. Способ осветления соков и виноматериалов, предусматривающий фильтрацию, сепарацию и термообработку сырья, введение в него коагулянта в процессе отстаивания в поле механических ультразвуковых колебаний и разделдьный вывод надосадочной жидкости и осадка, отличающийся тем, что механические ультразвуковые колебания создают путем конденсации в объеме отстаиваемой смеси паров, отводимых со стадии термообработки путем барботирования паров в отстаиваемую смесь.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед барботированием пара подвергают адиабатному расширению.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что адиабатное расширение осуществляют до достижения скорости всплытия пузырьков пара и их температуры, обеспечивающих конденсацию на расстоянии не более 0,5 м от зеркала отстаиваемой смеси.

4. Установка для осветления соков и виноматериалов, содержащая фильтр, сепаратор, нагреватель и отстойник с источником ультразвука и средствами подачи коагулянта, отличающаяся тем, что источник ультразвука выполнен в виде отделенной перфорированной или пористой перегородкой в нижней части отстойника паровой камеры, сообщенной магистралью по газовой фазе с нагревателем.

5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что перегородка выполнена перфорированной, а отверстия перфорации выполнены в виде сопл.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что сопла перфорированной перегородки размещены по концентричным окружностям с постоянным окружным шагом и углом наклона в сторону смежных сопл относительно оси, проходящей через центр окружностей перпендикулярно поверхности перегородки.

7. Установка по пп. 4 6, отличающаяся тем, что магистраль, соединяющая по газовой фазе нагреватель с источником ультразвука, снабжена регулируемой запорной арматурой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4