PT94941B - Processo e instalacao para a concentracao de fluidos alimentares de alta viscosidade - Google Patents
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Description
presente invento refere-se a um processo para a concentração de fluidos alimentares de alta viscosidade, particularmente mas não exclusivamente indicado para a concentração em contínuo de sumos e polpa de tomate, de fruta, genericamente de polpas alimentares e fluidos alimentares similares com elevada viscosidade e corçbonteúdo em fibras também elevado.
invento refere-se por outro lado a uma instalação para a realização do referido processo.
processo e a instalação deste invento resolvem em particular o problema de levar os fluidos alimentares do tipo referido a elevadas concentrações às quais correspondem genericamente uma elevada viscosidade e uma baixa condutividade térmica. Pode-se citar a este propósito a concentração dos sumos de tomate para produzir concentrados.
No seguimento da descrição, para simplicidade de exposição e com a exclusão de toda e qualquer limitação, os fluidos alimentares do tipo mais atrás referido são denominados por misturas líquidas, independentemente da sua natureza e da sua consistência, enquanto que o líquido a evaporar é denominado por diluente.
Em algumas instalações conhecidas a concentração é efectuada através da ebulição da mistura líquida com evaporação do diluente, em vasos aquecidos por meio de serpentinas a vapor ou outros meios de aquecimento.
As ditas instalações não permitem que se consigam elevadas concentrações e consistência da mistura líquida, devido à dificuldade de circulação e de extracção do vapor do concentrado, dificuldade que se verifica com o aumentar da concentração e correlativamente da viscosidade da mistura líquida.
Noutras instalações conhecidas, denominadas de película descendente, compreendendo um permutador de feixe tubular vertical, a mistura líquida desce através de cada um dos tubos sem os encher, percorrendo-os ao longo das paredes internas e deixando vazia a parte central na qual se desenvolve o vapor, que sobe para uma extremidade dos tubos.
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-3Estas instalações são no entanto adaptadas apenas para a concentração das misturas líquidas que escorrem e não são portanto adaptadas para se atingirem elevadas concentrações, sobretudo quando a mistura líquida contém substâncias fibrosas.
Ainda noutras instalações utilizadas mais frequentemente, a concentração é efectuada mediante o aquecimento da mistura líquida no interior nos tubos dispostos em feixe tubular.
Nestas instalações, as correntes de mistura líquida que saem de cada um dos tubos, confluem num colector no qual se reúne™ e se tornam a misturar numa corrente global que é enviada a um separador, compacto do tipo ciclone, no qual o valor é libertado da mistura líquida que, em consequência, se concentra.
Uma parte da mistura concentrada é derivada e enviada âs sucessivas operações, enquanto que a parte restante é novamente enviada ao feixe tubular, para um posterior ciclo de concentração e assim por diante.
Observa-se que a corrente da mistura líquida que sai de cada tubo único apresenta â superfície uma temperatura marcadamente maior do que, quer a do seu seio, substancialmente uni forme, quer a da mistura líquida alimentada na entrada do sepa rador e formada pela reunião e pela mistura das correntes singulares saindo dos tubos do feixe tubular.
Nestas instalações, a separação do vapor da mistura líqui da é feita portanto, a partir da temperatura da corrente total alimentada para o separador que, como referido, é menor que a temperatura â superfície das correntes singulares de mistura líquidas que saem dos tubos do feixe tubular.
Observa-se também que, no separador, mesmo do tipo ciclone usual, o valor deve libertar-se de toda uma massa de mistura líquida e até mesmo das partes mais afastadas da superfície de vaporização,pelo que e necessário uma temperatura mais elevada dessa mistura,para permitir um difícil desenvolvimento do vapor a partir dos estratos mais profundos da mesma.
processo deste invento, particularmente útil para a con centração de um fluido alimentar (mistura líquida) de alta
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-4'
viscosidade e com eventual conteúdo de fibras, é do tipo que compreende o aquecimento de um fluxo do dito fluido alimentar por meio de passagem, considerada a tubo cheio, através de uma pluralidade de tubos de um permutador de feixe tubular, caracterizado por compreender as fases de:
- fornecimento do dito fluido através de cada tubo do di to permutador, directamente a uma câmara de vaporização com formação na mesma de uma correspondente pluralidade de veias livres do fluido alimentar,
- afastamento da dita câmara do vapor desenvolvido na su perfície de cada veia livre do dito, fluido,
- recolha sucessiva de todas as veias livres de fluido numa massa de fluido concentrada, e
- a reciclagem a entrada do uito permutador da dita massa de fluido concentrado, a prévia adição com uma quantidade apropriada do fluido a concentrar e a derivação de uma quanti dade desejada do fluido concentrado.
Na câmara de vaporização o vapor desenvolve-se a partir dos estratos periféricos roais quentes das veias livres singulares, antes que as ditas veias livres se reúnam e se voltem a misturar com uniformização da temperatura.
A massa da mistura concentrada é recolhida, por exemplo, no fundo da câmara de vaporização, da qual é retirada por meio de bomba ou outro dispositivo similar e reenviada para o ciclo à entrada do permutador de feixe tubular depois de ser desviada uma parte da mistura líquida concentrada e junta uma parte correspondente a concentrar.
De acordo com este processo o desenvolvimento do vapor ocorre apenas nos estratos superficiais, mais quentes, das veias livres singulares, sem envolver em conjunto um desenvolvimento de vapor a partir de estratos profundos de eventuais massas de líquido, obviando assim todos os inconvenientes que derivam da resistência que tal desenvolvimento acarreta.
Numa forma preferida de realização do invento, em correspondência com a extremidade dos tubos aberta na câmara de vapo rização, é feita uma resistência ao fornecimento da mistura,
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de maneira que em todo o comprimento dos tubos do permutador, a mistura líquida é sujeita a uma pressão superior a da câmara de vaporização e, no caso mesmo à pressão do vapor da mistura líquida à temperatura mais alta da mistura junto às pare des, de modo que o aquecimento da mistura líquida nos tubos do permutador é efectuado sem que haja em qualquer ponto vapo rização dentro do tubo.
Deste modo é conseguido o benefício térmico que os estra tos superficiais das correntes singulares da mistura líquida no interior dos respectivos tubos do permutador de calor, são mais quentes no seio da própria corrente e quando esta última forma as correspondentes veias livres na câmara de vaporização, a vaporização ocorre nas partes externas mais quentes das massas. Em particular na concentração de misturas consti tuídas por sumos e polpas alimentares, tem-se uma grande vantagem que, não havendo em nenhuma parte a evaporação no interior do tubo não se verificam nem a queima do produto nem incrustações nas paredes dos tubos.
Por outro lado, uma vez que a superfície de vaporização é igual à soma das superfícies das veias livres singulares no seu percurso dentro da câmara de vaporização antes de se reunirem na massa de mistura concentrada tal superfície de vaporização é notavelmente maior em relação à que pode ser obtida com os processos da técnica conhecida.
Verificou-se experimentalmente que com o processo deste invento é obtida uma concentração mais rápida e fácil da mistura líquida, limitando e eliminando completamente o sobreaquecimento da mistura na fase da concentração favorecendo assim a salvaguarda das propriedades organolépticas dos fluidos alimentares em questão.
As características e^vantagens do invento resultarão maio ritariamente da descrição de um exemplo de actuação de um processo de acordo com o mesmo feita aqui em seguida com referência aos desenhos anexos dados apenas a título indicativo e não limitativo, e nos quais:
a figura 1 representa esquematicamente uma instalação para a realização do processo de' acordo com o invento numa primeira forma de realização;
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as figuras 2 a 5 representam variantes de realização de uma particularidade da instalação da figura 1;
a figura 6 representa esquematicamente uma variante de realização da instalação da figura 1;
a figura 7 representa esquematicamente uma variação posterior da realização da instalação da figura 1.
Em todas as figuras, as mesmas partes componentes da ins talação de acordo com o invento são individualizadas com os mesmos números de referência.
Com referência à figura 1, com 1 é indicado um permutador de calor de feixe tubular vertical, cuja pluralidade de tubo 2 está superiormente em comunicação com uma câmara 5 de chegada da mistura líquida para concentrar e inferiormente com uma câmara de vaporização 6. 0 permutador 1 é aquecido, por exemplo por meio de vapor que entra através da entrada 3, enquanto o condensado sai através da descarga 4.
As correntes de mistura líquida aquecida na pluralidade de tubos 2 do permutador 1 caem na câmara de vaporização 6 com formação de uma correspondente de pluralidade de veias li vres 7. Com os termos: veia livre,pretende-se individualizar aquela configuração especial assumida por qualquer corrente líquida que flui e percorre, sem interferir com a adjacente, a câmara de vaporização.
A referida câmara de vaporização 6 é suficientemente lar ga e longa a fim de que na mesma,a veia livre 7, que sai dos tubos singulares 2,desçam lado a lado sem se misturarem.
Dos estratos superficiais das veias singulares 7 mais quentes da massa interna (seio) das próprias veias, e apenas desses desenvolve-se livremente vapor.
No interior da câmara 6 e coaxialmente â mesma é fixada superiormente uma parede 10, que define com a superfície interna da câmara 6 uma antecâmara 9, na qual o vapor desenvol vído na veia 7 e descendente com a mesma entra na câmara 6 vai até uma abertura 15 de saida.
A totalidade das veias 7 é recolhida depois do desenvolvimento do vapor no fundo 8 da câmara 6 para constituir uma massa de mistura líquida concentrada. Através de uma entrada
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Ref: E024002/B2N-TV/mb/l55
-Ί12, no fundo 8 da câmara 6 é imerso um fluxo de mistura líqui da a concentrar que é adicionada na quantidade apropriada à mistura líquida concentrada sobre o mesmo.
Através das tubagens 11 e 14 uma bomba 13 reenvia para o ciclo a mistura líquida concentrada adicionada com a mistura líquida a concentrar, alimentando-a para a câmara 5 de entrada para os tubos 2.
Da corrente de recirculação é extraída em 16 uma quantidade de mistura líquida igual à quantidade imersa em 12 menos a quantidade de vapor extraída em 15.
É obvio que a introdução da mistura líquida a concentrar e a extracção da mistura líquida concentrada possam realizar-se em pontos diferentes: por exemplo, a mistura líquida fres. ca pode ser introduzida em 16, prevendo-se meios adequados de mistura para uniformizar a veia e a mistura líquida concentra da ser extraída em 12.
Na forma de realização do invento é previsto que o bocal superior dos tubos 2 possa ser abocardado como se vê na figura 2 para reduzir a perda do bocal e para realizar mais facilmente a voluta levada nos tubos.
É também previsto que os tubos 2 possam apresentar uma redução da área da extremidade 2a de bocal na câmara 6 como, por exemplo configurado na figura 3 com o fim de criar uma contra-pressão na parte terminal do tubo para evitar que no mesmo se inicie a vaporização, com redução do coeficiente de transmissão e no caso de misturas líquidas incrustantes, como as misturas líquidas alimentares, para evitar também a formação de incrustações depósitos e queima do produto.
A dita redução da área da secção de bocal pode obviamente ser realizada de vários modos alternativos: na figura 3 é indicada a solução preferida de uma restrição da parte terminal 18 de bocal dos tubos 2 mandrilando os furos da chapa tubular de saída com diâmetro mais pequeno do que o diâmetro do tubo.
Na figura 4 é representada a solução de uma peça postiça em anel 19 inserida dentro da secção de bocal do tubo, por
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exemplo por meio de uma mandrilagem e/ou roscagem: na figura 5 esta representada a solução baseada em pontas 20, suportadas por um suporte 21 β inseridas dentro da secção de bocal des tubos para reduzir a área.
Nas várias formas de realização do invento é por outro lado previsto que os tubos 2 mais do que serem dispostos com desenvolvimento vertical descendente como configurado na figu ra 1, se desenvolvam na direcção sub-horizontal mais ou menos inclinada para baixo, como exemplificado na figura 6, e eventualmente também mais ou menos inclinados para cima, como indicado na figura 7 dispondo em todo o caso o bocal numa câmara de vaporização 6 por cima da massa concentrada recolhida no fundo 8 e na qual as veias livres saindo dos tubos singula res possam prosseguir o seu percurso sem se reunir, para o percurso necessário para o desenvolvimento do vapor.
Claims (9)
1&. - Processo para a
-9NDICAQÕESconcentração de um fluido alimentar de alta viscosidade e com conteúdo eventual de fibras, tal como as misturas e suspensões de sumos, de polpa de tomate, de fruta, genericamente de polpas alimentares e de similares, com preendendo o aquecimento de um fluxo contínuo do dito fluido alimentar por meio da passagem, considerada a tubo cheio, atra vés de uma pluralidade de tubos de um permutador de feixe tubu lar, caracterizado por compreender as fases de:
- o fornecimento do dito fluido através de cada tubo do dito permutador, directamente a uma câmara de vaporização com formação na mesma de uma correspondente pluralidade de veias livres do fluido alimentar,
- o afastamento da dita câmara do vapor desenvolvido na superfície de cada veia livre do dito fluido,
- a recolha sucessiva de todas as veias livres de fluido numa massa de fluido concentrada,
- a reciclagem â entrada do dito permutador da dita massa de fluido concentrado, a prévia adição com uma quantidade apropriada do fluido a concentrar e a derivação de uma quantidade desejada do fluido concentrado.
2&. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por em cada tubo do dito permutador, atravessado pelo dito fluido alimentar e em correspondência com a extremidade do mesmo de fornecimento à dita câmara de vaporização, ser fei ta uma contra-pressão para evitar que, pelo menos, na parte terminal do dito tubo tenha início a vaporização do dito fluido .
3^. - Instalação para a concentração de um fluido alimentar de alta viscosidade e com eventual conteúdo de fibras, tal como, por exemplo, misturas e suspensões de sumos, de polpa de tomate, genericamente de polpas alimentares e similares, de acordo com o processo da reivindicação 1, compreendendo um per mutador (1) com feixe tubular, tendo uma pluralidade de tubos
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Ref; E024002/BEN-TV/mb/l55
-ΙΟί 2) percorridos pelo fluido, em comunicação de líquidos com uma câmara de vaporização (6), munida com o fundo (8) de recolha de uma massa do dito fluido concentrado e de, pelo menos, uma abertura (15) de descarga de vapor, uma bomba (13) de recirculação, em comunicação, por um lado, com o dito fun do (8) e, por outro lado, com os tubos (2) do permutador (l) , caracterizada por os ditos tubos (2) terem a respectiva extremidade (2a) cte bocal, aberta direetamente e individualmen te para a dita câmara de vaporização (6), acima do dito funde (8) e a uma relação de distância pré-fixada do mesmo, para fornecer à dita câmara correspondentes veias livres (7) do fluido alimentar a concentrar.
4a. - Instalação de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por qualquer um dos ditos tubos (2) ser munido, em correspondência com a respectiva extremidade (2a) de bocal pa ra a câmara de vaporização (6), com um obstáculo (18, 19, 20) para determinar uma contra-pressão ao fluxo do dito fluido a concentrar e também para obstar â formação de vapor no interi or dos ditos tubos (2).
5a. - Instalação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o dito obstáculo ser constituído por uma redução (18) da área da dita extremidade (2a) de bocal dos tubos por meio do estreitamento tipo taça dos próprios tubos.
6a. - Instalação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o dito obstáculo ser constituído por uma peça postiça tipo anel (19).
7a. - Instalação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o dito obstáculo ser constituído por uma ponta (20) que penetra na extremidade (2a) de bocal dos tubos (2).
8a. - Instalação de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por os tubos (2) do dito permutador (1) serem verticais e serem percorridos pelo fluido a aquecer de cima a baixo, e por a câmara de vaporização (6) estar disposta por debaixo do dito permutador (l).
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Ref: E024C02/BEN-TV/mb/l55
-llQa. - Instalação de acordo com. a reivindicação 3, caracterizada por os tubos (2) do dito permutador (1) serem horizontais ou inclinados para baixo e por desembocarem na dita câmara de vaporização (6) com uma relação de distância pré-fixada por cima do fundo (8) da mesma.
10â. - Instalação de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por os tubos (2) serem inclinados para cima e serem percorridos de baixo para cima, desembocando na dita câmara (6) com uma relação de distância pré-fixada por cima do fundo (8) da mesma.
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| BB1A | Laying open of patent application |
Effective date: 19901106 |
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| FG3A | Patent granted, date of granting |
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| MM4A | Annulment/lapse due to non-payment of fees, searched and examined patent |
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