Установка для концентрирования фруктовых и овощных пюре
Владельцы патента RU 2359462:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к оборудованию для переработки фруктового и овощного сырья, и может быть использовано для получения концентрированных фруктовых и овощных пюре. Установка для концентрирования фруктовых и овощных пюре содержит вертикальный цилиндроконический корпус с перемешивающим устройством и соединенный с вакуум-насосом. В верхней крышке по оси цилиндроконического корпуса установлена питающая трубка с распылительной форсункой для ввода исходного продукта. В цилиндроконическом корпусе соосно установлены друг под другом полые спиралевидные направляющие, выполненные по винтовой линии в виде отдельных витков, смещенных друг относительно друга. Полые спиралевидные направляющие последовательно соединены трубками для подачи теплоносителя, которые расположены снаружи корпуса. По оси цилиндроконического корпуса расположен вертикальный вращающийся вал, на котором с шагом, равным расстоянию между полыми спиралевидными направляющими, шарнирно закреплены штанги, другой конец которых находится в пазу копира, выполненного по винтовой линии и закрепленного с внутренней стороны корпуса над полыми спиралевидными направляющими, каждая из штанг снабжена пружинным амортизатором и своей функциональной по назначению и различной по конструкции лопастью: на первой по ходу вращения штанге установлена разравнивающая лопасть, на второй и третьей - перемешивающие лопасти, на четвертой и пятой - счищающие лопасти, которые контактируют с поверхностью полых спиралевидных направляющих. Перемешивающие лопасти имеют П-образную каркасную конфигурацию с различными по конструкции передней и задней стенками для образования перемешивающего эффекта: в их передней по ходу вращения стенке выполнены сквозные конические отверстия, диаметр которых постепенно увеличивается снизу вверх, а их задняя стенка снабжена набором вертикальных волновых вставок, направляющие со своими копирами повернуты внутри корпуса друг относительно друга так, чтобы продукт с верхней направляющей перемещался на нижерасполагающуюся направляющую, продвигаясь при этом по винтовой траектории к коническому днищу для выгрузки из корпуса. Изобретение позволяет повысить качество готовой продукции, интенсифицировать процесс выпаривания, снизить материальные и энергетические ресурсы, повысить производительность за счет перехода на непрерывный режим работы. 9 ил.
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к оборудованию для переработки фруктового и овощного сырья, и может быть использовано для получения концентрированных фруктовых и овощных пюре.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является закрытый аппарат-дигестер [Фламенбаум Б.Л. Технология консервирования плодов, овощей, мяса и рыбы. / Б.Л.Фламенбаум, А.А.Бровченко, А.Ф.Загибалов и др. Под ред. Б.Л.Фламенбаума. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Колос, 1993. - 320 с.], содержащий загрузочный бункер, цилиндрический корпус с коническим днищем, внутри которого расположен вертикальный полый вал со шнековой и лопастной мешалкой. Коническая часть корпуса снабжена наружной паровой камерой, а в нижней части конического корпуса установлена выгрузочная задвижка.
Недостатками закрытого аппарата - дигестера 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 совместного использования форсунки, полых спиралевидных направляющих, перемешивающего устройства) за счет кратковременного протекания процесса концентрирования путем двухстадийного выпаривания и интенсивного перемешивания и более равномерной обработки вследствие использования различных по своему функциональному назначению и конструкции лопастей, снижение материальных и энергетических ресурсов, повышение производительности за счет перехода на непрерывный режим работы, интенсификация процесса получения готового продукта.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в установке для концентрирования фруктовых и овощных пюре, содержащей вертикальный цилиндроконический корпус с расположенным внутри перемешивающим устройством, и соединенный с вакуум-насосом, новым является то, что в верхней крышке по оси цилиндроконического корпуса установлена питающая трубка с распылительной форсункой для ввода исходного продукта, в цилиндроконическом корпусе соосно установлены друг под другом полые спиралевидные направляющие, выполненные по винтовой линии в виде отдельных витков, смещенных друг относительно друга, полые спиралевидные направляющие последовательно соединены трубками для подачи теплоносителя, которые расположены снаружи корпуса, по оси цилиндроконического корпуса расположен вертикальный вращающийся вал, на котором с шагом, равным расстоянию между полыми спиралевидными направляющими, шарнирно закреплены штанги, другой конец которых находится в пазу копира, выполненного по винтовой линии и закрепленного с внутренней стороны корпуса над полыми спиралевидными направляющими, каждая из штанг снабжена пружинным амортизатором и своей функциональной по назначению и различной по конструкции лопастью: на первой по ходу вращения штанге установлена разравнивающая лопасть, на второй и третьей - перемешивающие лопасти, на четвертой и пятой - счищающие лопасти, которые контактируют с поверхностью полых спиралевидных направляющих, причем перемешивающие лопасти имеют П-образную каркасную конфигурацию с различными по конструкции передней и задней стенками для образования перемешивающего эффекта: в их передней по ходу вращения стенке выполнены сквозные конические отверстия, диаметр которых постепенно увеличивается снизу вверх, а их задняя стенка снабжена набором вертикальных волновых вставок, направляющие со своими копирами повернуты внутри корпуса друг относительно друга так, чтобы продукт с верхней направляющей перемещался на нижерасполагающуюся направляющую, продвигаясь при этом по винтовой траектории к коническому днищу для выгрузки из корпуса.
Технический результат изобретения заключается в повышении качества готовой продукции, интенсификации процесса выпаривания, снижении материальных и энергетических ресурсов, повышении производительности за счет перехода на непрерывный режим работы.
На фиг.1 изображен общий вид установки для концентрирования фруктовых и овощных пюре, на фиг.2 - объемное изображение общего вида установки для концентрирования фруктовых и овощных пюре, на фиг.3 - схема расположения полых спиралевидных направляющих в корпусе установки; на фиг.4 - узел крепления лопастей к штангам; на фиг.5 - разравнивающая лопасть; на фиг.6 - перемешивающая лопасть, на фиг.7 - счищающая лопасть для перемещения верхнего слоя продукта по направляющей; на фиг.8 - счищающая лопасть для перемещения нижнего слоя продукта по направляющей; на фиг.9 - объемное изображение части вертикального вала со штангами и лопастями, контактирующих с полой спиралевидной направляющей.
Установка для концентрирования фруктовых и овощных пюре представляет собой цилиндроконический корпус 1 с эллиптической крышкой 2 (фиг.1, 2). В эллиптической крышке 2 по ее оси расположена питающая трубка 3 с распылительной форсункой 4 для ввода исходного продукта. На крышке 2 имеются два патрубка 5 для соединения с вакуум-насосом (не показан). Над распылительной форсункой 4 установлен сепаратор 6 для улавливания мельчайших капель продукта, уносимых испаряемыми водяными парами, отсасываемыми вакуум-насосом через патрубки 5.
В цилиндроконическом корпусе 1 соосно установлены друг под другом полые спиралевидные направляющие 7, выполненные по винтовой линии в виде отдельных витков, смещенных друг относительно друга в горизонтальной плоскости (фиг.3). Полые спиралевидные направляющие 7 последовательно соединены трубками 8 для подачи теплоносителя, которые расположены снаружи корпуса 1 (фиг.3). Причем схема движения теплоносителя в трубках 8 и в полых спиралевидных направляющих 7 следующая: в нижнюю трубку 8, которая соединяется с нижним концом самой последней полой спиралевидной направляющей 7, подается свежий теплоноситель, проходит по ее полому объему, нагревает ее поверхности и выходит через ее верхний конец в следующую вышерасположенную трубку 8, которая соединяется с нижним концом предпоследней направляющей 7 и т.д. (фиг.3). Отработанный теплоноситель удаляется через верхний конец последней (самой верхней) направляющей 7.
По оси цилиндроконического корпуса 1 расположен вертикальный вращающийся вал 9, на котором с шагом, равным расстоянию между отдельными витками спиралевидных направляющих 7, шарнирно закреплены штанги 10 (фиг.4). Вертикальный вращающийся вал 9 имеет регулируемый привод (не показан). Причем узел 12 шарнирного крепления штанг 10 к валу 9 в каждой горизонтальной плоскости включает пять штанг 10. Один конец штанг 10 шарнирно закреплен на вертикальном валу 9, а другой конец 18 штанг 10 находится в пазу копира 11, выполненного по винтовой линии и закрепленного с внутренней стороны корпуса 1 над полыми спиралевидными направляющими 7 (фиг.9).
Верхний конец вертикального вращающегося вала 9 закрыт конической крышкой 24 для предотвращения попадания распыляемых частиц пюреобразного продукта на узел 12 шарнирного крепления штанг 10 к валу 9 (фиг.1). Каждая из последовательно расположенных штанг 10 снабжена пружинным амортизатором 13, который установлен в центральной зоне штанги снизу и соединен со своей функциональной по назначению и различной по конструкции лопастью. На первой по ходу вращения штанге 10 установлена разравнивающая лопасть 14 (фиг.5), на второй и третьей - перемешивающие лопасти 15 (фиг.6), на четвертой и пятой - счищающие лопасти 16 и 17 (фиг.7 и 8).
Лопасти 14, 15 и 17 своей нижней кромкой контактируют с поверхностью полых направляющих 7. Счищающая лопасть 16 (фиг.7) высотой h1 предназначена для перемещения верхнего слоя продукта по направляющей 7, поэтому ее нижняя кромка находится на некотором расстоянии от поверхности направляющей 7. Счищающая лопасть 17 (фиг.8) предназначена для перемещения нижнего слоя продукта по направляющей 7, поэтому ее нижняя кромка контактируют с поверхностью направляющей 7, и она имеет большую высоту h2, чем счищающая лопасть 16.
Перемешивающие 15 и разравнивающие 14 лопасти имеют П-образную каркасную конфигурацию, т.е. они выполнены с различными по конструкции передней и задней стенками, с различными профилями продольного сечения для образования перемешивающего эффекта и зазора заданной величины с направляющими 7.
Разравнивающие лопасти 14 имеют П-образную каркасную конфигурацию (фиг.5). Передняя по ходу вращения стенка разравнивающих лопастей 14 имеет большую высоту, чем задняя стенка.
Перемешивающие лопасти 15 также имеют П-образную каркасную конфигурацию (фиг.6). Передняя по ходу вращения стенка 20 перемешивающих лопастей 15 имеет сквозные конические отверстия 22, причем диаметр отверстий 22 постепенно увеличивается снизу вверх. Это обусловлено тем, что нижние слои продукта, находящиеся ближе к греющей поверхности направляющих 7, имеют более высокую температуру, а следовательно, более низкую вязкость. Поэтому, обладая большей текучестью, эти горячие слои продукта могут относительно легко проходить через отверстия меньшего диаметра, находящиеся в нижней части стенки 20 перемешивающих лопастей 15. Верхние слои продукта, находящиеся дальше от греющей поверхности направляющих 7, имеют относительно низкую температуру, а следовательно, более высокую вязкость. Поэтому, обладая меньшей текучестью, эти менее нагретые слои продукта легче проходят через отверстия большего диаметра, находящиеся в верхней части стенки 20 перемешивающих лопастей 15. Коническая форма сквозных отверстий 22 будет способствовать лучшей турбулизации и перемешиванию обрабатываемого слоя продукта.
Задняя по ходу вращения стенка перемешивающих лопастей 19 снабжена набором вертикальных волновых вставок 21.
Причем такие параметры, как число штанг в горизонтальной плоскости, (а следовательно, и число лопастей), их конструкция, величина углов между ними (симметричность или несимметричность расположения штанг в горизонтальной плоскости относительно оси вращения) могут быть различными и будут определяться свойствами обрабатываемого продукта и гидродинамическим режимом его перемещения по обогреваемой поверхности спиралевидных направляющих 7.
Направляющие 7 со своими копирами 11 смещены друг относительно друга внутри корпуса 1 так, чтобы продукт с верхней направляющей 7 перемещался на нижерасполагающуюся направляющую 7, продвигаясь при этом по винтовой траектории к коническому днищу для выгрузки из корпуса 1 (фиг.3). В нижней части цилиндроконического корпуса 1 имеется выгрузочный патрубок 23 с краном 25 (фиг.1).
Установка для концентрирования фруктовых и овощных пюре работает следующим образом.
Включается привод вакуум-насоса (не показан), соединенного с патрубками 5, после того, как внутри установки создается заданная величина разряжения. Одновременно в нижнюю греющую трубку 8, которая соединяется с нижним концом самой последней полой спиралевидной направляющей 7, подается свежий теплоноситель. Так как трубки 8 последовательно соединяют все полые спиралевидные направляющие 7, то горячий теплоноситель (пар, горячий воздух и т.п.), проходя по полым спиралевидным направляющим 7, нагревает их рабочие поверхности до заданной температуры. Отработанный теплоноситель удаляется через верхний конец последней (самой верхней) направляющей 7.
Затем в цилиндроконический корпус 1 через питающую трубку 3 с распылительной форсункой 4 подается под давлением исходный продукт.
После выхода пюреобразной массы из распылительной форсунки 4 в цилиндроконического корпус 1 в результате резкого перепада давления происходит мгновенное испарение влаги. При этом происходит частичное подсушивание пюреобразной массы за счет сброса давления и испарения образующихся паров и удаления их из цилиндроконического корпуса 1 через патрубки 5. Испаряющиеся водяные пары захватывают с собой мельчайшие частицы продукта. Для улавливания мельчайших капель продукта, уносимых испаряемыми водяными парами, отсасываемыми вакуум-насосом через патрубки 5, предназначен сепаратор 6. Частицы продукта, обтекая сепаратор 6, собираются на его поверхности, укрупняются и затем падают вниз на поверхность полых спиралевидных направляющих 7. При этом включается регулируемый привод вертикального вала 9 с шарнирно закрепленными на нем штангами 10. При этом приводятся во вращение расположенные на штангах 10 соответственно разравнивающие 14, перемешивающие 15 и счищающие лопасти 16 и 17.
Частично подсушенная полученная пюреобразная масса собирается на поверхности первой по ходу движения продукта (верхней) спиралевидной направляющей 7. При этом вращающиеся разравнивающие лопасти 14 равномерно распределяют слой продукта по всей площади поверхности спиралевидной направляющей 7, перемешивающие лопасти 15 равномерно перемешивают пюреобразную массу продукта для выравнивания температуры по всему объему слоя и предотвращения пригорания продукта на греющей поверхности направляющей 7, счищающие лопасти 16 и 17 перемещают продукт по поверхности направляющей 7 для его продвижения с верхней направляющей 7 на нижерасполагающуюся направляющую 7.
Таким образом, последовательно перемещаясь по греющим поверхностям направляющих 7, пюреобразная масса продвигается по винтовой траектории к коническому днищу для выгрузки из корпуса 1.
Лопасти 14, 15, 16 и 17, двигаясь по винтовой линии в направлении вращения вертикального вала за счет соответствующей траектории копиров 11, обеспечивают равномерное перемещение продукта с верхней направляющей 7 на нижерасполагающуюся направляющую 7 и т.д. С нижней направляющей 7 продукт падает на стенки конического днища и продвигается к выгрузочному патрубку 23. При дальнейшем вращении лопасти 14, 15, 16 и 17 с помощью концов 18 штанг 10, которые двигаются в пазах копиров 11, выполненных по винтовой линии над полыми спиралевидными направляющими 7, возвращают последние в исходное положение.
Концентрирование фруктовых и овощных пюре осуществляется в два этапа. На первом этапе происходит мгновенное испарение влаги из распыливаемой с помощью форсунки 4 пюреобразной массы в результате резкого перепада давления. На втором этапе происходит выпаривание части влаги, содержащейся в пюреобразном продукте, при пониженных температурах кипения вследствие применения вакуума (поддерживаемого вакуум-насосом, подключенного к патрубкам 5) за счет кондуктивного нагрева от греющих поверхностей спиралевидных направляющих 7. При этом за счет нагрева пюреобразной массы до заданной температуры (72…85°С) и поддержания заданной величины разряжения (600…1300 Па) происходит дальнейшее испарение образующихся водяных паров. Если пюреобразный продукт имеет повышенную влажность, то он подвергается дополнительному выпариванию до получения готового продукта с заданной конечной влажностью (35…75%). Основное назначение нагревания - доведение пюреобразного продукта до заданной конечной влажности путем испарения избыточной влаги под заданным разряжением при заданной температуре. Продолжительность и температура выпаривания должны подбираться в зависимости от вида плодов и степени их зрелости. При этом продолжительность выпаривания регулируется частотой вращения вертикального вала 9, а температура выпаривания - температурой и расходом теплоносителя, подаваемого в греющие трубки 8.
Готовое овощное или фруктовое пюре заданной влажности выгружают через патрубок 23 путем открывания крана 25 в шлюзовую камеру (не показана).
Использование предложенной установки для концентрирования фруктовых и овощных пюре позволяет:
- повысить качество фруктовых и овощных пюре за счет исключения многоэтапной и продолжительной обработки продукта и использования мягких технологических режимов уваривания при пониженных температурах кипения вследствие применения вакуума;
- снизить энерго- и трудозатраты на производство фруктовых и овощных пюре вследствие совмещения технологических операций за счет использования двухэтапного выпаривания при пониженных давлении и температуре в одной установке;
- снизить материальные затраты вследствие устранения вспомогательных и перегрузочных операций;
- интенсифицировать процесс получения готового продукта вследствие использования рационального перемешивания и перемещения продукта сверху вниз установки совместно с поддержанием оптимального температурного режима нагрева.
Установка для концентрирования фруктовых и овощных пюре, содержащая вертикальный цилиндроконический корпус с перемешивающим устройством, и соединенный с вакуум-насосом, отличающаяся тем, что в верхней крышке по оси цилиндроконического корпуса установлена питающая трубка с распылительной форсункой для ввода исходного продукта, в цилиндроконическом корпусе соосно установлены друг под другом полые спиралевидные направляющие, выполненные по винтовой линии в виде отдельных витков, смещенных относительно друг друга, полые спиралевидные направляющие последовательно соединены трубками для подачи теплоносителя, которые расположены снаружи корпуса, по оси цилиндроконического корпуса расположен вертикальный вращающийся вал, на котором с шагом, равным расстоянию между полыми спиралевидными направляющими, шарнирно закреплены штанги, другой конец которых находится в пазу копира, выполненного по винтовой линии и закрепленного с внутренней стороны корпуса над полыми спиралевидными направляющими, каждая из штанг снабжена пружинным амортизатором и своей функциональной по назначению и различной по конструкции лопастью: на первой по ходу вращения штанге установлена разравнивающая лопасть, на второй и третьей - перемешивающие лопасти, на четвертой и пятой - счищающие лопасти, которые контактируют с поверхностью полых спиралевидных направляющих, причем перемешивающие лопасти имеют П-образную каркасную конфигурацию с различными по конструкции передней и задней стенками для образования перемешивающего эффекта: в их направляющие со своими копирами повернуты внутри корпуса относительно друг друга так, чтобы продукт с верхней направляющей перемещался на нижерасполагающуюся направляющую, продвигаясь при этом по винтовой траектории к коническому днищу для выгрузки из корпуса.
