ES2883255T3 - Aparatos para el tratamiento de materiales en lecho fluidizado - Google Patents
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Abstract
Un aparato para el tratamiento de un material particulado que comprende: medios (16, 16') para soportar el material particulado para el transporte entre una entrada (18) y una salida (22) al aparato; medios (8) para suministrar un flujo de gas (12) a través de los medios para soportar el material; y un sistema de distribución de gas para fluidizar el material particulado en los medios (16, 16') para soportar el material particulado; caracterizado porque el sistema de distribución de gas comprende una pluralidad de placas (30) por debajo de los medios (16, 16') para soportar el material particulado, en donde cada una de la pluralidad de placas (30) se forma con un conjunto de orificios (36) a través de las mismas para definir una zona de flujo de gas disperso para una menor fluidización del material particulado y la pluralidad de placas (30) están separadas por un espacio intermedio (38) entre las placas adyacentes (30), cada espacio intermedio (38) define una zona de flujo de gas concentrado para una mayor fluidización del material particulado, por lo cual las placas (30) y los espacios intermedios (38) entre las placas crean una pluralidad de regiones repetitivas de menor y mayor fluidización dentro del material particulado entre la entrada (18) y la salida (22); y en donde los medios (8) para suministrar un flujo de gas (12) se configuran para suministrar el flujo de gas (12) hacia arriba a través del conjunto de orificios (36) en cada una de la pluralidad de placas (30) y cada espacio intermedio (38) entre las placas adyacentes (30).
Description
DESCRIPCIÓN
Aparatos para el tratamiento de materiales en lecho fluidizado
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere a un aparato para el tratamiento de material particulado creando un lecho fluidizado de material en el cual el material tratado se mantiene como partículas individuales y separadas. La presente invención encuentra aplicación particular en la industria del procesamiento de alimentos para congelar materiales alimenticios en partículas en los que el material alimenticio se congela en trozos individuales, separados más que en una masa aglomerada.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La fluidización es necesaria en el tratamiento térmico en aire para separar los productos alimenticios mediante un proceso continuo. El término "tratamiento térmico en aire" se refiere a procesos como el congelamiento por medio de aire frío o gases, secado o calentamiento mediante la introducción de vapor, aire caliente, agua o gas. Cuando se introduce aire ascendente a través de una placa perforada o una cinta transportadora agujereada, se inicia la fluidización del material particulado en la cinta, tal como los productos alimenticios. En un estado fluidizado, los alimentos en partículas reciben un tratamiento de congelamiento o calentamiento eficiente y mantienen su naturaleza particulada.
La fluidización completa de los alimentos provoca que el material se mueva de forma fluida durante el tratamiento. La fluidización completa no siempre es adecuada cuando se trata de productos alimenticios delicados, tales como frambuesas o productos alimenticios ligeros, tales como cebollas cortadas en cubitos, por lo que es importante que el nivel de fluidización sea ajustable para adaptarse al material que se está tratando.
La creación de lechos fluidizados de alimentos para congelamiento o calentamiento es una técnica bien conocida en la industria alimentaria. Por ejemplo, los diseños de túneles de congelamiento IQF (congelamiento rápido individual) son comunes en los que los alimentos en partículas que se van a congelar son transportados en estado fluidizado en un transportador a través de una estructura cerrada donde el aire enfriado es dirigido hacia arriba a través de los alimentos. Un aspecto importante del proceso de fluidización es crear zonas de mayor y menor fluidización que ayuden a mantener un flujo en cascada del producto para un acceso óptimo de todas las partículas al flujo ascendente de gas a través del producto. En el pasado se han desarrollado técnicas de fluidización que se basan en bandejas fijas perforadas con agitación mecánica y mecanismos pulsantes para variar la fluidización dentro del lecho del producto. Además, la fluidización a menudo se inicia con rodillos excéntricos debajo de una cinta transportadora para levantar el producto e inducir la fluidización del producto.
Entre los ejemplos de patentes anteriores que emplean diferentes técnicas para mejorar el transporte y la fluidización de los productos alimenticios se incluyen la patente estadounidense N.° 6.477.845 a Larsson, que se basa en una placa perforada con movimiento cíclico de la placa con y en contra de la dirección del desplazamiento del producto para iniciar la fluidización. La patente estadounidense N.° 5.447.040 a Rothstein describe una cinta transportadora agujerada sin fin con un motor eléctrico que tiene una unidad de control para conducir periódicamente la cinta en una dirección opuesta a la dirección de desplazamiento del producto para iniciar la fluidización. La patente estadounidense N.° 4.301.659 a Martin et al. describe un transportador que incluye etapas hacia abajo para causar un adelgazamiento del lecho del producto en el transportador y aumento de fluidización en virtud de la velocidad del aire que se dirige a través del lecho que aumenta en la región del lecho del producto diluido. La patente estadounidense N.° 3.293.768 a Blank et al. describe el tratamiento de material fluidizado, en donde un cambio en la dirección del gas ayuda a la redeposición del material en el lecho.
Las técnicas de fluidización anteriores tienden a depender de la manipulación de la cinta transportadora por parte de equipos mecánicos dentro del recinto de tratamiento donde se produce la refrigeración o el calentamiento. Como tal, el equipo está sometido a un importante desgaste durante su funcionamiento normal y el recinto de tratamiento refrigerado o calentado aumenta la dureza del entorno de funcionamiento. Por lo tanto, los sistemas de fluidizaciones mecánicas existentes tienen tendencia a averiarse durante el funcionamiento que da como resultado la reducción de la eficacia de la fluidización o el cese completo.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Para abordar los problemas de los sistemas de fluidización anteriores, el solicitante ha desarrollado un aparato que evita el uso de componentes mecánicos para establecer zonas de menor y mayor fluidización con una mayor fiabilidad. La presente invención elimina la necesidad de componentes mecánicos dentro del congelador para establecer zonas de fluidización, y proporciona un sistema más eficiente desde el punto de vista energético reduciendo la cantidad de aire requerido para la fluidización y eliminando motores para accionar los componentes mecánicos. Particularmente
para los productos alimenticios delicados, la agitación mecánica causa daño del producto, y la presente invención sirve para manipular estos productos con mayor delicadeza.
Por consiguiente, la presente invención proporciona un aparato para el tratamiento de un material particulado de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
Los aspectos de la presente invención son ilustrados, meramente a modo de ejemplo, en los dibujos acompañantes en los cuales:
La figura 1 es una vista lateral en alzado de un túnel de procesamiento de alimentos que incorpora el aparato de acuerdo con una realización de la presente invención tomada a lo largo de la línea 1-1 de la figura 2 o 3;
La figura 2 es una vista en planta superior del túnel de procesamiento de alimentos de la figura 1 tomada a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1 o 3;
La figura 3 es una vista de extremo en alzado del túnel de procesamiento de alimentos de la figura 1 tomada a lo largo de la línea 3-3 de la figura 1 o 2;
La figura 4 es una vista en detalle de una cinta transportadora y sistema de distribución de gas de acuerdo con una realización de la invención;
Las figuras 5A a 5E son secciones transversales a través de la cinta transportadora y el sistema de distribución de gas mostrando esquemáticamente diferentes realizaciones de la invención; y
Las figuras 6A a 6F son vistas en planta de diversos sistemas de distribución de gas de acuerdo con diferentes realizaciones de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
Haciendo referencia a las figuras 1 a 3, se muestra una unidad de procesamiento de alimentos 2 para el tratamiento de alimentos en partículas de acuerdo con una realización del aparato de la presente invención. La unidad de procesamiento de alimentos 2 comprende un recinto aislado o túnel 4 con medios para suministrar un flujo de gas en forma de uno o más ventiladores de circulación de gas 8 accionados por motores externos 10 para hacer circular el gas a través del túnel 2 en un flujo cíclico que se muestra mejor con las flechas 12 de la figura 3. La disposición ilustrada está diseñada para el congelamiento de material y se proporciona una unidad de intercambio de calor en forma de una unidad de refrigeración 6 dentro del recinto para generar aire enfriado. En lugar de hacer circular el aire enfriado, otras disposiciones son posibles incluyendo, por ejemplo, el uso de vapor para el escaldado de productos alimenticios particulados o el uso de gases alternativos como el nitrógeno o el dióxido de carbono para congelar productos alimenticios. Estas otras disposiciones requerirían el sellado apropiado del túnel 4 y el reemplazo de la unidad de refrigeración 6 por una unidad de intercambio de calor apropiada.
El aparato de la presente invención también incluye medios para apoyar el producto alimenticio particulado para el transporte durante la exposición al gas del tratamiento, preferentemente, en forma de una cinta transportadora móvil. En la realización ilustrada de las figuras 1 a 3, la cinta transportadora comprende un par de cintas transportadoras de bucle sin fin 16 y 16'. La cinta transportadora 16 es una primera cinta transportadora en la que se introduce material alimenticio en el túnel 4 en la entrada 18, y la cinta transportadora 16' es una segunda cinta transportadora a la que los alimentos se transfieren desde la primera cinta en el punto de transición 20 para salir del túnel a través de la salida 22. En otras palabras, en la realización ilustrada, el alimento viaja desde la entrada 18 hasta la salida 22 en la dirección indicada por la flecha 15 en las figuras 1 y 2. Otras configuraciones de cinta transportadora son posibles, y serán evidentes para un experto en la técnica. Es necesario que las cintas transporten alimentos no tratados a través del túnel 4 para que salgan en forma tratada (congelados, escaldados).
Cada cinta transportadora está formada preferentemente de plástico o acero inoxidable y es accionada por un motor 24 que es preferentemente externo al túnel 4. Cada cinta transportadora también está perforada para permitir el paso del gas de tratamiento hacia arriba a través de la cinta y a través del material particulado en la cinta.
También se proporcionan medios para distribuir el flujo de gas para fluidizar el material particulado en las cintas transportadoras en regiones de mayor y menor fluidización. En la realización de las figuras 1 a 3, los medios para distribuir el flujo de gas comprenden un sistema de distribución de gas para suministrar gas hacia arriba a través de la cinta transportadora y distribuir el flujo de gas en zonas de flujo concentrado y disperso para crear las regiones de mayor y menor fluidización, respectivamente.
La figura 4 es una vista detallada de una cinta transportadora ejemplar 16' con un sistema de distribución de gas en forma de al menos una placa 30 debajo de la cinta. La cinta transportadora 16' comprende una malla móvil de acero inoxidable 32 que permite el paso de un gas a través de la misma. Los bordes de la malla de acero están soportados por eslabones de rodillo interconectados 34 que sirven para guiar y accionar el transportador acoplando al menos algunos de los eslabones por una rueda dentada motriz giratoria (no se muestra). La cinta transportadora también puede estar formada por un material tal como plástico perforado. Como se muestra mejor en la figura 3, los eslabones
de rodillos 34 en los bordes del transportador 16' se colocan entre paredes laterales rectas 17 y 19 de forma que el material particulado en la cinta que es fluidizado por el movimiento ascendente del gas a través de la cinta esté obligado a permanecer en la cinta.
En la realización ilustrada de la figura 4, hay una pluralidad de placas 30 posicionadas debajo de la cinta transportadora 16' en una configuración fija, estacionaria con las placas que definen un conjunto de orificios a través de las mismas. Los orificios están dispuestos en diversos patrones para definir las zonas de flujo de gas concentrado y disperso. En la realización de la figura 4, cada placa 30 se forma con una pluralidad de orificios más pequeños 36 a través de la misma para definir una zona de flujo de gas disperso. En este caso, la pluralidad de orificios más pequeños 36 comprende un conjunto de orificios generalmente circulares creando cada orificio una pequeña columna de gas que se dirige a través de la cinta transportadora cuando un gas se dirige hacia arriba más allá de la placa. Juntos, la pluralidad de orificios 36 crean una pluralidad de columnas de gas esparcidas sobre el área de la placa que, a su vez, generan una región de menor fluidización en el material particulado en el transportador a medida que el transportador pasa sobre la placa. Además, en la disposición de la figura 4, cada una de la pluralidad de placas 30 está separada de una placa adyacente por un espacio intermedio 38, y cada espacio intermedio 38 entre las placas adyacentes define una zona de flujo de gas concentrado en la que un único chorro de aire que se extiende a través de la cinta es dirigido a través de la cinta transportadora para crear una región de mayor fluidización en el material particulado en el transportador a medida que se transporta el material por el transportador sobre un espacio intermedio 38. En la presente invención, las regiones de menor y mayor fluidización se crean sin la agitación mecánica de la cinta transportadora usada con sistemas anteriores.
Como una característica adicional de la realización de la figura 4, cada una de la pluralidad de las placas 30 está formada preferentemente con un borde embridado 40 adyacente y que corre paralelo al espacio intermedio 38 entre las placas adyacentes. Los bordes embridados 40 están dispuestos en pares en lados opuestos de un espacio intermedio y sirven para definir un paso para controlar el flujo de gas concentrado. Son posibles diversas disposiciones como se ilustra en las figuras 5A a 5D, que muestran secciones transversales esquemáticas a través de los eslabones 34 de la cinta transportadora y las placas 30 debajo de la cinta con diferentes bordes embridados 40. La figura 5A muestra una disposición en la que los bordes embridados 40 de las placas adyacentes cooperan para definir un paso 41 que se estrecha hacia adentro hacia arriba a una porción superior generalmente paralela 42. Las figuras 5B y 5C muestran disposiciones en las que los bordes embridados 40 definen un pasaje de anchura constante 44 o 46. En la figura 5B, las bridas se extienden hacia abajo desde las placas 30, mientras que en la Figura 5C las bridas se extienden hacia arriba desde las placas. La disposición de la figura 5C permite un espacio más amplio entre las placas fijas y la cinta transportadora móvil para fines de limpieza. La figura 5D muestra una disposición idéntica a la de la figura 4 en la cual los bordes embridados 40 de las placas adyacentes cooperan para definir un pasaje 48 que se estrecha constantemente hacia arriba hacia adentro. Los pasajes que se estrechan crean un efecto venturi que acelera el flujo de gas para crear una mayor fluidificación.
La figura 5E muestra una disposición alternativa que emplea cámaras de gas individuales 49 entre placas para generar las zonas de flujo de gas concentrado. Cada cámara comprende un pleno que se extiende a través de la anchura del transportador con una ranura o pluralidad de orificios 51 adyacentes a un borde superior del pleno para dirigir el gas hacia arriba a través de la cinta transportadora. Por ejemplo, cada cámara puede ser una unidad de cuchillas neumáticas. El gas puede ser suministrado a cada cámara de gas 49 por los mismos ventiladores 10 que suministran gas a las zonas de flujo de gas disperso. En una disposición preferida, se utiliza un suministro de gas separado (no se muestra) para proporcionar gas a las cámaras de gas para asegurar un flujo confiable.
Las figuras 6A a 6D ilustran esquemas esquemáticamente alternativos para sistemas de distribución de gas de acuerdo con la invención que se basan en disposiciones de placas para suministrar gas hacia arriba a través de la cinta transportadora distribuida en zonas de flujo concentrado y disperso para crear las regiones de mayor y menor fluidización, respectivamente.
Por ejemplo, la figura 6A muestra la misma disposición que se usa en la realización de la figura 4 con una pluralidad de placas rectangulares espaciadas 30 que tienen un conjunto regular de orificios más pequeños, generalmente circulares 36 que se extienden a través de las placas para definir zonas de flujo de gas disperso. Los espacios intermedios 38 entre las placas adyacentes definen zonas de flujo de gas concentrado.
Las figuras 6B y 6C muestran disposiciones similares a la de la figura 6A, excepto que las zonas de flujo de gas disperso están definidas por un conjunto de ranuras 50 en lugar de un conjunto de orificios circulares. En la disposición de la figura 6B, las ranuras 50 se desplazan transversalmente a la dirección de desplazamiento de la cinta transportadora, mientras que en la disposición de la figura 6C, las ranuras 50 se desplazan en paralelo al desplazamiento de la cinta. Los espacios intermedios 38 entre las placas adyacentes definen zonas de flujo de gas concentrado.
La figura 6D muestra una disposición en la cual la pluralidad de placas 55 son generalmente de forma triangular para definir espacios intermedios 57 entre placas adyacentes para el flujo de gas concentrado que se extienden oblicuamente entre sí. En la realización ilustrada, las placas 55 se forman con un conjunto regular de orificios
generalmente circulares para crear zonas de flujo de gas disperso, sin embargo, se apreciará que también se puede utilizar un conjunto regular de ranuras.
Las figuras 6E y 6F muestran posibles disposiciones para una sola placa 58 que se extiende por debajo de toda la longitud de la cinta transportadora. En estos casos, los conjuntos regulares de orificios más pequeños en forma de círculos 60 (Figura 6E) o ranuras 62 (Figura 6F) definen zonas de flujo de gas disperso, mientras que al menos un orificio más grande define una zona de flujo de gas concentrado. En estos casos, la al menos una abertura más grande comprende una pluralidad de aperturas alineadas, generalmente circulares más grandes 64, y se apreciará que las ranuras grandes pueden sustituirse por las aberturas circulares.
Por supuesto, el experto apreciará que otras combinaciones y permutaciones de perforaciones o ranuras formadas en las placas son posibles. Es suficiente que los orificios generalmente más pequeños a través y/o entre las placas adyacentes sirvan para distribuir el aire uniformemente debajo de la cinta para crear zonas de flujo de gas disperso con regiones resultantes de menor fluidización en el lecho del material, mientras que los orificios más grandes sirven para establecer zonas de flujo de gas concentrado a mayor velocidad a través del transportador para generar regiones de mayor fluidización del lecho de material.
En una disposición preferida, el aparato de la presente invención incluye medios para controlar un volumen de flujo de gas suministrado desde al menos una de las zonas de flujo de gas concentrado y disperso. Como se muestra en la figura 5C, esto adopta preferentemente la forma de un dispositivo de regulación 70 asociado con uno o más orificios de placas 30. Los dispositivos de regulación se pueden mover hacia adelante y hacia atrás, como indica la flecha 72, para ajustar el área de los orificios disponibles para el flujo de gas. En el ejemplo ilustrado de la figura 5C, cada dispositivo de regulación 70 está asociado con un espacio intermedio 38 entre las placas que definen una zona de flujo de gas concentrado. Los dispositivos de regulación 70 también pueden asociarse con el conjunto de orificios más pequeños en una placa 30 para controlar el volumen de gas suministrado a través de las zonas de flujo de gas disperso cubriendo y descubriendo total o parcialmente una pluralidad de orificios a través de la placa. Los dispositivos de regulación 70 se pueden instalar para funcionar independientemente unos de otros o para el movimiento de una manera coordinada en virtud de estar unidos por un sistema de control común.
En un enfoque alternativo para controlar el volumen de flujo de gas a través de las placas 30, también es posible equipar los ventiladores de circulación de gas 8 con motores de accionamiento de velocidad variable 10, por lo que la variación de la velocidad de los motores varía el volumen de flujo de gas suministrado al conjunto de orificios de las placas.
Las diversas realizaciones del aparato de la presente invención descritas anteriormente funcionan de manera más eficiente cuando la cinta transportadora transporta el material particulado en un flujo de profundidad sustancialmente constante.
Se contempla que la presente invención puede instalarse en una unidad de procesamiento de alimentos ya existente para el manejo de material particulado en un lecho fluidizado que ya hace uso de un recinto de túneles y equipo para generar un flujo de gas. El aparato retroajustable incluiría medios para sostener el material particulado para el transporte, como una cinta transportadora, y medios para distribuir el flujo de gas a través del material particulado para crear el lecho fluidizado en la cinta transportadora con regiones de mayor y menor fluidización dentro del lecho. Los medios para distribuir el flujo de gas pueden incluir el sistema de distribución de gas de placa mencionado anteriormente.
Como en el caso de la técnica anterior, el aparato de la presente invención sirve para transportar material particulado, preferentemente, pedazos de alimento o mercancías, en un lecho parcialmente fluidizado para el tratamiento, tal como congelamiento o calentamiento, como partículas individuales. El aparato de la presente invención difiere de las técnicas de fluidización de procesamiento de alimentos convencionales en que la presente invención hace uso de flujo de gas variable a través del lecho de material para agitar el lecho en regiones seleccionadas para promover la fluidización y tratamiento del material. El aparato descrito anteriormente evita el uso de componentes de agitación mecánica dentro del recinto de tratamiento, mejorando así la eficiencia y fiabilidad del tratamiento.
Si bien la presente invención ha sido descrita con cierto detalle a modo de ejemplo en aras de la claridad y la comprensión, será evidente que pueden realizarse ciertos cambios y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (13)
1. Un aparato para el tratamiento de un material particulado que comprende:
medios (16, 16') para soportar el material particulado para el transporte entre una entrada (18) y una salida (22) al aparato;
medios (8) para suministrar un flujo de gas (12) a través de los medios para soportar el material; y un sistema de distribución de gas para fluidizar el material particulado en los medios (16, 16') para soportar el material particulado; caracterizado porque el sistema de distribución de gas comprende una pluralidad de placas (30) por debajo de los medios (16, 16') para soportar el material particulado, en donde cada una de la pluralidad de placas (30) se forma con un conjunto de orificios (36) a través de las mismas para definir una zona de flujo de gas disperso para una menor fluidización del material particulado y la pluralidad de placas (30) están separadas por un espacio intermedio (38) entre las placas adyacentes (30), cada espacio intermedio (38) define una zona de flujo de gas concentrado para una mayor fluidización del material particulado, por lo cual las placas (30) y los espacios intermedios (38) entre las placas crean una pluralidad de regiones repetitivas de menor y mayor fluidización dentro del material particulado entre la entrada (18) y la salida (22); y en donde los medios (8) para suministrar un flujo de gas (12) se configuran para suministrar el flujo de gas (12) hacia arriba a través del conjunto de orificios (36) en cada una de la pluralidad de placas (30) y cada espacio intermedio (38) entre las placas adyacentes (30).
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 en el cual los medios (16, 16') para soportar el material particulado se adaptan para transportar el material particulado en un flujo que tiene una profundidad sustancialmente constante.
3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 en el cual los medios (16, 16') para soportar el material particulado para el transporte comprenden una cinta transportadora perforada.
4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3 en el cual el medio (8) para suministrar un flujo de gas (12) comprende al menos una unidad de ventilación.
5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3 o 4 en el cual el gas es aire enfriado para congelar el material particulado.
6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3 o 4 en el cual el gas es vapor para el escaldado del material particulado.
7. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en el cual cada orificio del conjunto de orificios (36) es circular.
8. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en el cual cada orificio del conjunto de orificios es una ranura (50).
9. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el cual la pluralidad de placas (55) son triangulares de tal manera que los espacios intermedios (38) entre las placas adyacentes se extienden oblicuamente entre sí.
10. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el cual la pluralidad de placas (30) son rectangulares para definir los espacios intermedios (38) entre las placas adyacentes que se extienden paralelas entre sí.
11. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en el cual cada una de la pluralidad de placas (30) incluye un borde embridado (40) adyacente a cada espacio intermedio (38) para definir un par de bordes embridados en lados opuestos del espacio intermedio.
12. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el cual cada par de bordes embridados (40) se adapta para definir un pasaje para controlar el flujo de gas concentrado.
13. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11 o 12 en el cual cada espacio intermedio (38) entre las placas adyacentes (30) incluye una unidad de cuchillo neumático que define las zonas de flujo de gas concentrado.
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