RU2070414C1

RU2070414C1 - Method for concentrating aqueous solutions

Info

Publication number: RU2070414C1
Application number: RU94036655A
Authority: RU
Inventors: О.И. Квасенков
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1996-12-20
Also published as: RU94036655A

Abstract

FIELD: food industry. SUBSTANCE: method involves creation of a film mode of flowing in the field of centrifugal forces. A supersonic whirled flow of liquid whose boiling temperature at barometric pressure is below zero is delivered through the film in the direction of its rotation. EFFECT: higher process efficiency. 2 cl

Description

Изобретение относится к технологии концентрирования водных растворов и может быть использовано, например, в пищевой промышленности при концентрировании соков. The invention relates to a technology for concentrating aqueous solutions and can be used, for example, in the food industry for concentrating juices.

Известен способ концентрирования водных растворов, предусматривающий введение в раствор жидкости с температурой кипения при атмосферном давлении ниже 0^oC и отделение кристаллов льда (патент Великобритании N 1391200, кл. B 01 D 9/04, 1975).A known method of concentrating aqueous solutions, comprising introducing into the solution a liquid with a boiling point at atmospheric pressure below 0 ^o C and the separation of ice crystals (UK patent N 1391200, CL B 01 D 9/04, 1975).

Недостатком этого способа является экстенсивность процесса. The disadvantage of this method is the intensity of the process.

Задачей изобретения является интенсификация процесса за счет улучшения условий контакта фаз. The objective of the invention is the intensification of the process by improving the conditions of contact of the phases.

Поставленная задача решается тем, что в способе концентрирования водный растворов, предусматривающем введение в раствор жидкости с температурой кипения при атмосферном давлении ниже 0^oC и отделение кристаллов льда, согласно изобретению раствору создают пленочный режим течения в поле центробежных сил, а жидкость вводят в раствор в направлении к оси вращения поля центробежных сил в виде сверхзвукового закрученного потока, предпочтительно при пульсирующем режиме подачи.The problem is solved in that in the method of concentrating aqueous solutions, involving the introduction into the solution of a liquid with a boiling point at atmospheric pressure below 0 ^o C and the separation of ice crystals, according to the invention, the solution creates a film flow regime in the field of centrifugal forces, and the liquid is introduced into the solution in direction to the axis of rotation of the field of centrifugal forces in the form of a supersonic swirling flow, preferably with a pulsating feed mode.

Это позволяет интенсифицировать процесс за счет ускорения обновления поверхности контакта фаз и облегчить отделение кристаллов льда при их коагуляции под действием генерируемого в растворе поля ультразвуковых колебаний. This makes it possible to intensify the process by accelerating the renewal of the contact surface of the phases and to facilitate the separation of ice crystals during their coagulation under the action of the field of ultrasonic vibrations generated in the solution.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Водный раствор подают в поле центробежных сил, создаваемое, например, вращением приемной емкости или введением раствора с высокой линейной скоростью тангенциально в приемную емкость, имеющую форму тела вращения. В поле центробежных сил раствор распределяется по внутренней поверхности приемной емкости в виде пленки, текущей по спирали. В направлении к оси вращения поля центробежных сил подают, предпочтительно в пульсирующем режиме, сверхзвуковой закрученный поток жидкости с температурой кипения при атмосферном давлении ниже 0^oС, например жидкий азот. В результате адиабатного расширения и падения давления жидкость испаряется с поглощением теплоты. На выходе из подающих каналов происходит турбулентный срыв сверхзвукового потока, сопровождающийся образованием и схлопыванием кавитационных полостей с ультразвуковой частотой. Сверхзвуковой закрученный поток имеет бочкообразную форму и создает регулярные скачки уплотнения ультразвуковой частоты до дробления потока на отдельные пузырьки газовой фазы, всплывающие в растворе под действием силы инерции и архимедовой силы выталкивания и при противодействии сил трения и поля центробежных сил. В таких условия в пленке раствора возникают спутные потоки, а в пузырьках газовой фазы испарившийся жидкости тороидальные потоки и пульсации объема. В результате происходит интенсивное обновление поверхности контакта фаз и уменьшение толщины пограничного ламинарного слоя, и при характерных для данного процесса числа Рейнольдса, равных 100-1000, осредненных по времени числа Нуссельта достигают значений 30-80. При теплообмене такой интенсивности происходит резкое охлаждение раствора и выпадение из него кристаллов льда, коагулирующих в агломераты хлопьевидной формы. После этого суспензию разделяют одним из известных приемов, отделяя концентрат от твердой фазы кристаллов льда.The aqueous solution is fed into the field of centrifugal forces, created, for example, by rotating the receiving tank or introducing the solution with a high linear velocity tangentially into the receiving tank, having the shape of a body of revolution. In the field of centrifugal forces, the solution is distributed along the inner surface of the receiving tank in the form of a film flowing in a spiral. In the direction of the axis of rotation of the field of centrifugal forces serves, preferably in a pulsating mode, a supersonic swirling fluid flow with a boiling point at atmospheric pressure below 0 ^o With, for example liquid nitrogen. As a result of adiabatic expansion and pressure drop, the liquid evaporates with the absorption of heat. At the exit of the supply channels, a turbulent disruption of the supersonic flow occurs, accompanied by the formation and collapse of cavitation cavities with an ultrasonic frequency. The supersonic swirling flow has a barrel-shaped shape and creates regular shock waves of ultrasonic frequency compaction before the flow is crushed into individual bubbles of the gas phase that pop up in the solution under the action of inertia forces and Archimedean buoyancy forces and when the friction forces and the centrifugal force field are counteracted. Under such conditions, tangled flows appear in the solution film, and toroidal flows and volume pulsations occur in the bubbles of the gas phase of the vaporized liquid. As a result, an intensive updating of the contact surface of the phases and a decrease in the thickness of the boundary laminar layer occur, and when the Reynolds numbers are equal to 100-1000 and the time-averaged Nusselt numbers reach 30-80. During heat transfer of this intensity, a sharp cooling of the solution occurs and ice crystals precipitate from it, coagulating into flocculent agglomerates. After that, the suspension is separated by one of the known methods, separating the concentrate from the solid phase of ice crystals.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс концентрирования за счет интенсификации теплообменных процессов и облегчает разделение фаз при коагуляции твердой фазы под действием ультразвука. Thus, the proposed method allows to intensify the concentration process due to the intensification of heat transfer processes and facilitates the separation of phases during coagulation of the solid phase under the influence of ultrasound.

Claims

1. A method of concentrating aqueous solutions, comprising introducing into the solution a liquid with a boiling point at atmospheric pressure below 0 ^{° C.} and separating ice crystals, characterized in that a film flow regime is created in the field of centrifugal forces, and the liquid is introduced into the solution in the direction of the axis field rotation of centrifugal forces in the form of a supersonic swirling flow.

2. The method according to claim 1, characterized in that the liquid is supplied in a pulsating mode.