RU2062660C1

RU2062660C1 - Precipitation centrifuge

Info

Publication number: RU2062660C1
Application number: RU94021006A
Authority: RU
Inventors: О.И. Квасенков; П.А. Горшенин
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1996-06-27
Also published as: RU94021006A

Abstract

FIELD: food-processing industry, wine making, food-canning industry. SUBSTANCE: precipitation centrifuge has housing, cylindric-conical rotor mounted in it, cylindric-conical worm disposed inside it whose drum has windows for passing initial suspension into cone-shaped part of rotor, feeding pipe and means for feeding flocculation accelerator. These means have chamber disposed in housing and filled with liquid carbonic acid used as flocculation accelerator, its source placed outside the housing and switched on to chamber and shell with holes located in the chamber in zone of contact with rotor. Chamber length makes up 2/3 of length of cylindrical part of rotor and its wall in chamber zone has holes. Rotor and shell holes are made along coaxial circumferences in one plane so that only one hole of rotor and shell is placed on one radius, other holes on different radii from axis of rotor rotation. Centrifuge is used for processing grape wort or wine material. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для осветления и стабилизации виноградных соков и виноматериалов. The invention relates to equipment for clarification and stabilization of grape juices and wine materials.

Известна осадительная центрифуга,включающая корпус со сборниками фугата и шлама,установленный в корпусе цилиндроконический ротор, имеющий отверстия для выгрузки фугата и шлама в сборники, расположенный в роторе соосно цилиндроконический шнек, барабан которого имеет окна для прохода исходной суспензии в коническую часть ротора, размещенную внутри барабана шнека питающую трубу и средство для подачи ускорителя флокуляции, сообщенное с полостью барабана шнека ( заявка Японии N 2-17956, кл. B 04 В 1/20,1990 )
Недостатками этого устройства являются высокий расход ускорителя флокуляции при его однонаправленном использовании на соединение частиц твердой фазы и невозможность стабилизации виноградного сырья от выпадения в процессе хранения кристаллического осадка солей винной кислоты.A precipitation centrifuge is known, including a housing with centrifuge and sludge collectors, a cylindrical rotor installed in the housing, having openings for discharging the centrate and sludge into the collectors, a coaxially cylindrical screw located in the rotor, the drum of which has windows for passage of the initial suspension into the conical part of the rotor located inside auger drum feed pipe and means for supplying a flocculation accelerator communicated with the auger drum cavity (Japanese application N 2-17956, CL B 04 B 1 / 20,1990)
The disadvantages of this device are the high consumption of the flocculation accelerator when it is used unidirectionally to connect solid phase particles and the inability to stabilize the grape raw materials from precipitation of tartaric acid salts during storage of the crystalline precipitate.

Задачей изобретения является сокращение расхода ускорителя флокуляции и обеспечение осаждения в процессе осветления солей винной кислоты за счет использования ускорителя флокуляции для охлаждения исходной суспензии и генерирования в ней ультразвуковых колебаний. The objective of the invention is to reduce the consumption of the flocculation accelerator and to provide deposition during the clarification of salts of tartaric acid by using a flocculation accelerator to cool the initial suspension and generate ultrasonic vibrations in it.

Указанная задача решается тем, что в осадительной центрифуге,включающей корпус со сборниками фугата и шлама, установленный в корпусе цилиндроконический ротор, имеющий отверстия для выгрузки фугата и шлама в сборники, расположенный в роторе соосно цилиндроконический шнек, барабан которого имеет окна для прохода исходной суспензии в коническую часть ротора, размещенную внутри барабана шнека питающую трубу и средство подачи ускорителя флокуляции, согласно изобретению указанное средство содержит расположенную в корпусе камеру, заполненную жидкой углекислотой, используемой в качестве ускорителя флокуляции,ее источник, размещенный вне корпуса и подключенный к камере,и обечайку с отверстиями, размещенную в камере в зоне контакта с ротором, при этом длина камеры составляет 2/3 от длины цилиндрической части ротора, и стенка ротора в зоне камеры имеет отверстия,причем витки шнека укреплены на цилиндрической части барабана с наклоном к отверстиям для выгрузки фугата,а отверстия ротора и обечайки выполнены по соосным окружностям в одинаковой плоскости таким образом, что только одно отверстие ротора и обечайки расположено на одном радиусе, а другие отверстия на разных радиусах от оси вращения ротора. This problem is solved in that in a sedimentation centrifuge, comprising a housing with centrifuge and sludge collectors, a cylindrical rotor installed in the housing, having openings for discharging the centrate and sludge into collectors, located in the rotor coaxially with a cylindrical-conical screw, the drum of which has windows for the passage of the initial suspension into the conical part of the rotor located inside the auger drum, the supply pipe and means for supplying the flocculation accelerator, according to the invention, said means comprises a chamber located in the housing, filled liquid carbon dioxide used as a flocculation accelerator, its source located outside the housing and connected to the chamber, and a shell with holes located in the chamber in the contact zone with the rotor, the chamber being 2/3 of the length of the cylindrical part of the rotor, and the rotor wall in the chamber zone has openings, and the screw turns are mounted on the cylindrical part of the drum with an inclination to the openings for unloading the centrate, and the rotor and shell openings are made along coaxial circles in the same plane so that only one hole of the rotor and the shell is located on the same radius, and the other holes at different radii from the axis of rotation of the rotor.

Это позволяет при флокуляции твердой фазы за счет смерзания при кристаллизации на ней части двуокиси углерода одновременно охлаждать исходную суспензию за счет испарения части двуокиси углерода, дополнительно ускорить флокуляцию повышением локальной концентрации твердой фазы при ее флотационном всплытии под действием газовой фазы двуокиси углерода и коагуляции в поле механических ультразвуковых колебаний, возникающих в результате фазового перехода и пульсирующей подачи двуокиси углерода, выделить при охлаждении из виноградного сырья соли винной кислоты с ускоренным образованием крупных кристаллов в поле ультразвуковых колебаний при наличии центров кристаллизации в виде кристаллов твердой фазы двуокиси углерода и твердой фазы исходной суспензии. This allows flocculation of the solid phase due to freezing during crystallization of a part of carbon dioxide on it to simultaneously cool the initial suspension by evaporation of a part of carbon dioxide, and to further accelerate flocculation by increasing the local concentration of the solid phase when it floats under the action of the gas phase of carbon dioxide and coagulation in the field of mechanical ultrasonic vibrations resulting from a phase transition and a pulsating supply of carbon dioxide, to distinguish when cooling from grape Darya tartaric acid salt with rapid formation of large crystals in the field of ultrasonic oscillations in the presence of nucleation crystals in the form of solid carbon dioxide and the solid phase of the original suspension.

На фиг. 1 показан продольный разрез центрифуги; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a centrifuge; figure 2 section aa in figure 1.

Осадительная центрифуга содержит корпус 1, разделенный перегородками на сборник 2 фугата, камеру 3, заполненную жидкой углекислотой, и сборник 4 шлама. Сборники 2 и 4 снабжены патрубками 5 и 6 отвода фугата и шлама соответственно, а камера 3 соединена патрубком 7 с источником 8 подачи жидкой двуокиси углерода. В корпусе 1 установлен полый цилиндроконический ротор 9, имеющий отверстия 10 и 11 для выгрузки фугата и шлама соответственно в сборники 2 и 4 корпуса 1.В полости 12 ротора 9 соосно расположен с возможностью противоположного вращения полый цилиндроконический шнек с барабаном 13 и винтовой навивкой 14, витки которой укреплены на цилиндрической части барабана 13 с наклоном к отверстиям 10 для выгрузки фугата. Полость 15 барабана 13 шнека сообщена с полостью 12 ротора 9 окнами 16 для прохода исходной суспензии в коническую часть ротора 9. В полости 15 барабана 13 шнека размещена питающая труба 17. Длина камеры 3 корпуса 1 составляет 2/3 длины А цилиндрической части ротора 9, стенка которого в зоне камеры 3 выполнена с отверстиями. В камере 3 в зоне контакта с ротором 9 установлена обечайка 18 с отверстиями. Отверстия 19 ротора 9 и отверстия 20 обечайки 18 выполнены по соосным окружностям в одной плоскости таким образом, что только одно отверстие ротора 9 и обечайки 18 расположено на одном радиусе, а другие отверстия на разных радиусах от оси вращения ротора 9. The sedimentation centrifuge contains a housing 1, divided by partitions into a collection chamber 2 of the centrifuge, a chamber 3 filled with liquid carbon dioxide, and a collection vessel 4 of sludge. The collectors 2 and 4 are equipped with nozzles 5 and 6 of the discharge of the centrate and sludge, respectively, and the chamber 3 is connected by a nozzle 7 to a source 8 for supplying liquid carbon dioxide. In the housing 1, a hollow cylindrical-conical rotor 9 is installed, having openings 10 and 11 for discharging the centrate and sludge, respectively, into the collectors 2 and 4 of the housing 1. In the cavity 12 of the rotor 9, a hollow cylindrical-conical screw with a drum 13 and a screw winding 14 is coaxially rotated, the turns of which are mounted on the cylindrical part of the drum 13 with an inclination to the holes 10 for unloading the centrate. The cavity 15 of the drum 13 of the screw is communicated with the cavity 12 of the rotor 9 by the windows 16 for passage of the initial suspension into the conical part of the rotor 9. In the cavity 15 of the drum 13 of the screw there is a feed pipe 17. The length of the chamber 3 of the housing 1 is 2/3 of the length A of the cylindrical part of the rotor 9, the wall of which in the area of the chamber 3 is made with holes. In the chamber 3, in the contact zone with the rotor 9, a shell 18 with holes is installed. The holes 19 of the rotor 9 and the holes 20 of the shell 18 are made along coaxial circles in the same plane so that only one hole of the rotor 9 and the shell 18 is located on the same radius, and the other holes at different radii from the axis of rotation of the rotor 9.

Центрифуга работает следующим образом. The centrifuge operates as follows.

Исходную суспензию в виде виноградного сусла или виноматериал по питающей трубе 17 подают в полость 15 барабана 13 шнека,откуда она поступает под действием центробежных сил через окна 16 в полость ротора 9 и распределяется в виде пленки по его внутренней поверхности на цилиндрической части в поле центробежных сил. The initial suspension in the form of grape must or wine material is fed through the feed pipe 17 into the cavity 15 of the screw drum 13, from where it comes under the action of centrifugal forces through the windows 16 into the rotor cavity 9 and is distributed in the form of a film along its inner surface on the cylindrical part in the field of centrifugal forces .

Одновременно из источника 8 по патрубку 7 в камеру 3 корпуса 1 подают жидкую двуокись углерода при температуре, близкой к температуре сырья, и давлении выше атмосферного, обеспечивающем ее жидкое фазовое состояние при этой температуре, которая под действием собственного избыточного давления поступает в полость 12 ротора 9 при периодическом совпадении отверстий 19 и 20 ротора 9 и обечайки 18, осуществляя барботаж обрабатываемой суспензии. На выходе из отверстий 19 ротора 9 двуокись углерода попадает в зону атмосферного давления, подвергается адиабатному расширению,увеличивая скорость истечения, и частично испаряется с поглощением теплоты. При перекрытии обечайкой 18 отверстий 19 ротора 9 происходит турбулентный срыв струи двуокиси углерода с образованием и схлопыванием кавитационных полостей. Это и фазовый переход двуокиси углерода приводят к образованию в обрабатываемой суспензии пульсаций давления с ультразвуковой частотой, что ускоряет коагуляцию твердой фазы. At the same time, liquid carbon dioxide is supplied from the source 8 through the pipe 7 to the chamber 3 of the housing 1 at a temperature close to the temperature of the raw material and a pressure higher than atmospheric, providing its liquid phase state at this temperature, which, under the influence of its own excess pressure, enters the cavity 12 of the rotor 9 with periodic coincidence of the holes 19 and 20 of the rotor 9 and the shell 18, sparging the processed suspension. At the exit from the holes 19 of the rotor 9, carbon dioxide enters the zone of atmospheric pressure, undergoes adiabatic expansion, increasing the flow rate, and partially evaporates with the absorption of heat. When the shell 18 closes the holes 19 of the rotor 9, a turbulent disruption of the stream of carbon dioxide occurs with the formation and collapse of cavitation cavities. This phase transition of carbon dioxide leads to the formation of pressure pulsations in the suspension to be processed with an ultrasonic frequency, which accelerates the coagulation of the solid phase.

Поглощение теплоты при адиабатном расширении и испарении двуокиси углерода в суспензии приводят к образованию в ней мелкодисперсной твердой фазы двуокиси углерода и охлаждению суспензии. The absorption of heat during adiabatic expansion and evaporation of carbon dioxide in a suspension leads to the formation of a finely dispersed solid phase of carbon dioxide in it and cooling of the suspension.

Кристаллизация твердой фазы двуокиси углерода происходит предпочтительно в зонах ее соприкосновения с частицами твердой фазы обрабатываемой суспензии,что ускоряет их спонтанную флокуляцию в поле центробежных сил. Crystallization of the solid phase of carbon dioxide occurs preferably in the zones of its contact with the particles of the solid phase of the processed suspension, which accelerates their spontaneous flocculation in the field of centrifugal forces.

Охлаждение суспензии приводит к резкому падению растворимости в ней солей винной кислоты и образованию их пересыщенного раствора, при этом они выкристаллизовываются из пересыщенного раствора на центрах кристаллизации в виде мелкодисперсной твердой фазы двуокиси углерода или на частицах твердой фазы самой суспензии, что дополнительно ускоряет их флокуляцию. Cooling the suspension leads to a sharp decrease in the solubility of tartaric acid salts in it and the formation of their supersaturated solution, while they crystallize from the supersaturated solution at the crystallization centers in the form of a finely dispersed solid phase of carbon dioxide or on particles of the solid phase of the suspension itself, which further accelerates their flocculation.

Равномерность охлаждения суспензии обеспечивается высокой скоростью ввода жидкой двуокиси углерода в сырье в поле центробежных сил, создаваемом вращением ротора 9, при которой создается турбулентный режим течения пленки суспензии на внутренней поверхности ротора 9 и в жидкой или газовой фазе двуокиси углерода, в каплях или пузырьках которой возникают пульсации объема в поле ультразвуковых колебаний и тороидальные потоки, что увеличивает скорость обновления поверхности контакта фаз и ускоряет теплообмен. В результате при характерных для данной конструкции устройства числах Рейнольдса, равных 100-1000, осредненные по времени числа Нуссельта выходят на значение 20-30, что подтверждает интенсификацию теплообмена в обрабатываемой суспензии. The uniform cooling of the suspension is ensured by the high rate of introduction of liquid carbon dioxide into the raw material in the centrifugal force field created by the rotation of the rotor 9, which creates a turbulent flow regime of the suspension film on the inner surface of the rotor 9 and in the liquid or gas phase of carbon dioxide in which droplets or bubbles arise volume pulsations in the field of ultrasonic vibrations and toroidal flows, which increases the speed of updating the contact surface of the phases and accelerates heat transfer. As a result, at Reynolds numbers characteristic of this device design equal to 100-1000, the time-averaged Nusselt numbers reach a value of 20-30, which confirms the intensification of heat transfer in the treated suspension.

Под действием пузырьков газовой фазы двуокиси углерода происходит захват и флотационный вынос мелкодисперсной фракции твердой фазы суспензии в осевую часть текущей в поле центробежных сил пленки суспензии, где создается локальное увеличение концентрации твердой фазы, облегчающее ее флокуляцию. Under the action of bubbles of the gas phase of carbon dioxide, the finely dispersed fraction of the solid phase of the suspension is captured and flotated out into the axial part of the suspension film flowing in the field of centrifugal forces, where a local increase in the concentration of the solid phase is created, which facilitates its flocculation.

Для исключения возможности выноса фугатом мелкодисперсной фракции твердой фазы суспензии витки навивки 14 на цилиндрической части барабана 13 шнека закреплены с наклоном к отверстиям 10 для выгрузки фугата. Их взаимодействие с частицами твердой фазы приводит к их возврату к периферии потока суспензии в направлении, перпендикулярном набегающей поверхности витков в сторону конической части ротора 9 и барабана 13 шнека, для повторной обработки ультразвуковыми колебаниями и ускорителем флокуляции до увеличения массы и падения гидравлического сопротивления до значений, при которых не происходит флотационное всплытие под действием пузырьков газовой газы двуокиси углерода. To exclude the possibility of the centrifugal carrying out the finely dispersed fraction of the solid phase of the suspension, the winding coils 14 on the cylindrical part of the screw drum 13 are fixed with an inclination to the openings 10 for unloading the centrate. Their interaction with the particles of the solid phase leads to their return to the periphery of the suspension flow in the direction perpendicular to the incident surface of the turns towards the conical part of the rotor 9 and the screw drum 13, for repeated processing by ultrasonic vibrations and a flocculation accelerator until the mass increases and the hydraulic resistance drops to values in which there is no flotation ascent under the action of gas bubbles of carbon dioxide gas.

Разделение укрупненных частиц твердой фазы и жидкой фазы суспензии происходит при перемещении твердой фазы навивкой 14 шнека против направления центробежных сил в коническую часть ротора 9 и ее выходе через отверстия 11 и сборник 4 корпуса 1 в патрубок 6. Жидкая фаза противотоком перемещается в сторону отверстий 10, где на участке сплошной части ротора 9 в поле центробежных сил происходит отделение газовой фазы двуокиси углерода, удаляемой совместно с твердой фазой. Затем осветленное и стабилизированное сырье через отверстия 10, сборник 2 корпуса 1 и патрубок 5 выводят из центрифуги. The separation of the coarse particles of the solid phase and the liquid phase of the suspension occurs when the solid phase is moved by winding 14 of the screw against the direction of centrifugal forces in the conical part of the rotor 9 and its output through the holes 11 and the collector 4 of the housing 1 into the nozzle 6. The liquid phase moves countercurrently towards the holes 10. where in the area of the solid part of the rotor 9 in the field of centrifugal forces, the gas phase of carbon dioxide is separated, which is removed together with the solid phase. Then the clarified and stabilized raw materials through the holes 10, the collector 2 of the housing 1 and the pipe 5 are removed from the centrifuge.

Длина сплошной части цилиндрического участка ротора 9, равная половине длины его участка с отверстиями 19, выбрана такой для обеспечения полной дегазации жидкой фазы.Уменьшение длины сплошной части приводит к сохранению в осветленном сусле или виноматериале газовой фазы двуокиси углерода, а увеличение не приводит к получению какого-либо положительного результата, при этом относительное уменьшение длины части ротора 9 с отверстиями 19 приводит к выносу мелкодисперсной фракции твердой фазы или к неоправданному увеличению энергоемкости при увеличении массы и инерционности ротора 9. The length of the solid part of the cylindrical section of the rotor 9, equal to half the length of its section with holes 19, is chosen to ensure complete degassing of the liquid phase. Reducing the length of the solid part leads to the preservation of the carbon dioxide gas phase in the clarified wort or wine material, and the increase does not lead to any or a positive result, while the relative decrease in the length of the part of the rotor 9 with the holes 19 leads to the removal of the fine fraction of the solid phase or to an unjustified increase in the energy intensity of and increasing the mass and inertia of the rotor 9.

Таким образом, за счет возможности комбинированного воздействия ускорителя флокуляции как хладагента, перемешивающего агента, сшивающего агента, источника центров кристаллизации, источника создания ультразвуковых колебаний и флотатора данная конструкция центрифуги обеспечивает сжижение его удельного расхода и создает возможность стабилизации виноградных соков и виноматериалов от выпадения кристаллического осадка солей винной кислоты в процессе хранения за счет их выделения и удаления из сырья одновременно с его осветлением. Thus, due to the possibility of the combined effect of the flocculation accelerator as a refrigerant, a mixing agent, a cross-linking agent, a source of crystallization centers, a source of ultrasonic vibrations and a flotator, this centrifuge design liquefies its specific consumption and makes it possible to stabilize grape juices and wine materials from precipitation of salt crystals tartaric acid during storage due to their isolation and removal from raw materials simultaneously with its clarification.

Claims

Sedimentation centrifuge, comprising a housing with centrifuge and sludge collectors, a cylindrical rotor installed in the housing, having openings for discharging the centrate and sludge into the collectors, a coaxially cylindrical screw located in the rotor, whose drum has windows for passage of the initial suspension into the conical part of the rotor located inside the drum a screw feed pipe and means for supplying a flocculation accelerator, characterized in that said means comprises a chamber located in the housing filled with liquid carbon dioxide, using flocculation as an accelerator, its source located outside the housing and connected to the chamber, and a shell with holes located in the chamber in the zone of contact with the rotor, while the length of the chamber is 2/3 of the length of the cylindrical part of the rotor and its wall in the chamber has holes, and the screw turns are mounted on its cylindrical part with an inclination to the holes for unloading the centrate, and the holes of the rotor and the shell are made along coaxial circles in the same plane so that only one hole of the rotor and the shell is placed about on one radius, and other holes on different radii from the axis of rotation of the rotor.