RU2131095C1

RU2131095C1 - Device for cryoconcentration of liquid and paste-like food products

Info

Publication number: RU2131095C1
Application number: RU98110553A
Authority: RU
Inventors: Д.В. Шляховецкий; В.М. Шляховецкий
Original assignee: Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-05-27

Abstract

FIELD: food, wine, medicine and biotechnological branches of industry. SUBSTANCE: device has vertical pipes to pass cooling agent through slotted distributors. Liquid or paste-like product is delivered to pipe surface from top. Bath for reception of product and water ice is arranged under pipes. Ice chipping knives are installed on support plate reciprocating along pipes. Knives are of circular design with variable angle of blade tilting relative to pipe axis. Base of knife is secured in bearing ring. Each blade rests on shaped support ring. EFFECT: increased output. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству соков, вина и виноматериалов, концентрированного детского питания и т.п., в том числе пектинов, биоматериалов и медицинских препаратов, и может быть использовано в пищевой, винодельческой, медицинской и биотехнологических отраслях промышленности. The invention relates to the food industry, namely the production of juices, wine and wine materials, concentrated baby food, etc., including pectins, biomaterials and medical preparations, and can be used in food, wine, medical and biotechnological industries.

Известен льдогенератор для производства чешуйчатого льда (А.с. 213044, СССР), выполненный в виде вертикального цилиндра с патрубками для подвода хладагента и отвода его паров, приводного вала, связанного с распределителем жидкости на наружной поверхности теплообменного цилиндра и ножом для съема льда с его поверхности, причем нож для съема льда выполнен подпружиненным. К недостаткам известного устройства следует отнести перемещение ножа только по выделенной креплением ножа поверхности цилиндра при фиксированном расстоянии от ножа до поверхности намораживания. Known ice machine for the production of flake ice (A.S. 213044, USSR), made in the form of a vertical cylinder with nozzles for supplying refrigerant and venting its vapor, a drive shaft associated with a liquid distributor on the outer surface of the heat exchange cylinder and a knife for removing ice from it surface, and the knife for removing ice is made spring-loaded. The disadvantages of the known device include the movement of the knife only on the surface of the cylinder highlighted by the knife attachment at a fixed distance from the knife to the freezing surface.

Известны кристаллизаторы косвенного охлаждения (ПАП Ласло. Концентрирование вымораживанием: Пер. с венг. /Под ред. О.К.Комякова. М., 1982), в которых на поверхности вертикального неподвижного цилиндра с внутренним охлаждением непрерывно образуется из стекающего продукта слой льда, который снимается скребковыми неподвижными или подвижными ножами. К недостаткам таких аппаратов следует отнести низкую интенсивность намораживания кристаллов льда из-за сохранения на поверхности теплообмена "остаточного" слоя льда, служащего дополнительным термическим сопротивлением и ухудшающего теплопередачу через охлаждаемую стенку. Indirect cooling crystallizers are known (PAP Laszlo. Freezing concentration: Transl. From Hung. / Ed. By OKKomyakova. M., 1982), in which an ice layer is continuously formed from the flowing product on the surface of a vertical stationary cylinder with internal cooling, which is removed by scraper fixed or movable knives. The disadvantages of such devices include the low intensity of freezing of ice crystals due to the preservation of the “residual” layer of ice on the heat exchange surface, which serves as additional thermal resistance and impairs heat transfer through the cooled wall.

Целью настоящего изобретения ставится увеличение производительности устройства по криоконцентрированному продукту путем ускоренного проведения кристаллизации воды из продукта в виде льда на поверхности охлаждения при ускоренном намораживании льда и его максимального удаления (скалывания) с поверхности охлаждения. The aim of the present invention is to increase the productivity of the device for cryoconcentrated product by accelerating the crystallization of water from the product in the form of ice on the cooling surface with accelerated freezing of ice and its maximum removal (chipping) from the cooling surface.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом устройстве для криоконцентрирования жидких и пастообразных пищевых продуктов (в дальнейшем - устройство) предусмотрены вертикальные трубы с патрубками для подвода хладагента и отвода его паров, ванна с щелевыми распределителями для подачи продукта на наружную теплообменную поверхность труб, ванна для приема концентрированного продукта и водного льда, приводной вал и подпружиненные ножи для скалывания льда с наружной поверхности труб, причем ножи для скалывания льда установлены на опорной плите, совершающей возвратно-поступательное движение относительно наружной поверхности вертикальных труб, при этом ножи для скалывания льда с наружной поверхности труб выполнены кольцевыми с изменяющимся углом наклона лезвия относительно вертикальной оси трубы, и при этом каждое лезвие опирается на профилированное опорное кольцо, причем для перемещения лезвия ножа по профилированному кольцу основание ножа закреплено в несущем кольце, связанном, например, с гидроцилиндром. This goal is achieved by the fact that in the inventive device for cryoconcentration of liquid and paste-like food products (hereinafter referred to as the device), there are vertical pipes with pipes for supplying refrigerant and venting its vapor, a bath with slotted distributors for supplying the product to the outer heat exchange surface of the pipes, a bath for receiving concentrated product and water ice, the drive shaft and spring-loaded knives for chipping ice from the outer surface of the pipes, and the knives for chipping ice are mounted on plate, reciprocating relative to the outer surface of the vertical pipes, while the knives for chipping ice from the outer surface of the pipes are circular with a varying angle of inclination of the blade relative to the vertical axis of the pipe, and each blade rests on a profiled support ring, and to move knife blades on a profiled ring the base of the knife is fixed in a bearing ring, associated, for example, with a hydraulic cylinder.

Выполнение ножа для скалывания льда кольцевым, с изменяющимся углом наклона относительно вертикальной оси теплообменной трубы при опоре лезвия ножа на профилированное опорное кольцо, обеспечивает подвод ножа к слою льда с оптимальным углом скалывания льда; перемещение лезвия по профилированному опорному кольцу в радиальном направлении к трубе и от нее с помощью, например, гидроцилиндра позволяет обеспечить скалывание льда непосредственно у поверхности трубы, при оставлении минимального "затравочного" слоя на ее поверхности или отвод лезвия от поверхности для наращивания слоя льда на трубе; обеспечение перемещения ножей вдоль всей теплопередающей поверхности трубы сверху вниз исключает образование зон с несколотым слоем льда. The implementation of the knife for chipping ice annular, with a varying angle of inclination relative to the vertical axis of the heat exchanger pipe when the knife blade is supported on a profiled support ring, provides a knife inlet to the ice layer with an optimal chipping angle of ice; moving the blade along the profiled support ring in the radial direction to the pipe and from it using, for example, a hydraulic cylinder, allows ice to be chipped directly at the pipe surface while leaving a minimal “seed” layer on its surface or to remove the blade from the surface to build up an ice layer on the pipe ; ensuring the movement of knives along the entire heat transfer surface of the pipe from top to bottom eliminates the formation of zones with a cleaved layer of ice.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства во взаимосвязи с принципиальной схемой холодильной машины; на фиг. 2 - принципиальная схема узла обеспечения возвратно-поступательного движения ножа для скалывания льда; на фиг. 3 показан узел формирования профиля ножа для скалывания льда. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device in conjunction with a schematic diagram of a refrigeration machine; in FIG. 2 is a schematic diagram of a node for reciprocating a knife for cleaving ice; in FIG. 3 shows a knot for shaping a knife profile for chipping ice.

Устройство по фигурам 1, 2 и 3 выполнено в виде стоящих параллельно и с интервалом между собой вертикальных теплообменных труб 1 с патрубками для подвода 2 и отвода 3 хладагента, ванны 4 с щелевыми распределителями 5, ванны 6, опорных стоек 7 и 8, верхней опорной плиты 9 с размещенным на ней приводным устройством 10, подвижной плиты 11, связанной с ведущим винтом 12, установленным в подшипнике 13, закрепленном в нижней опорной плите 14. The device according to figures 1, 2 and 3 is made in the form of standing parallel to the interval between each other vertical heat transfer pipes 1 with nozzles for supplying 2 and 3 of refrigerant, bath 4 with slotted distributors 5, bath 6, support posts 7 and 8, the upper support plate 9 with placed on it a drive device 10, a movable plate 11 associated with a lead screw 12 mounted in a bearing 13, mounted in the lower base plate 14.

К подвижной плите 11 прикреплены концентрично вертикальным осям труб 1 профилированные опорные кольца 15, на которые опираются лезвия 16 кольцевых ножей 17, хвостовики ножей 18 помещены в несущие кольца 19, которые через штоки 20 связаны с гидро(пневмо)приводом 21, подключенным к трубопроводу 22. Profiled support rings 15 are attached to the movable plate 11 concentrically to the vertical axes of the pipes 1, on which the blades 16 of the ring knives 17 rest, the shanks of the knives 18 are placed in the bearing rings 19, which are connected through the rods 20 to a hydraulic (pneumatic) actuator 21 connected to the pipeline 22 .

Патрубки 2 подсоединены к насосу хладагента 23, последний и патрубки 3 подсоединены к циркуляционному ресиверу 24, который связан с компрессором 25; компрессор 25 связан с ресивером 24 через конденсатор 26, линейный ресивер 27 и дроссельный вентиль 28. The nozzles 2 are connected to the refrigerant pump 23, the latter and the nozzles 3 are connected to the circulation receiver 24, which is connected to the compressor 25; the compressor 25 is connected to the receiver 24 through a capacitor 26, a linear receiver 27 and a throttle valve 28.

Над ванной 4 размещен патрубок подачи продукта 29; ванна приема продукта 6 подсоединена к сборнику 30, который связан с насосом продукта 31 и подборщиком льда 32. Above the bath 4 there is a pipe for supplying the product 29; the product receiving bath 6 is connected to a collector 30, which is connected to the product pump 31 and the ice picker 32.

Устройство (по фигурам 1, 2 и 3) работает следующим образом. The device (according to figures 1, 2 and 3) works as follows.

Через патрубок подачи 29 продукт поступает в ванну 4, откуда через щелевые распределители 5 поступает на наружную поверхность вертикальных труб 1 и под действием гравитационных сил в виде пленки 33 стекает к ванне 6. Жидкий хладагент насосом 23 из ресивера 24 подается в патрубки 2 и стекает по внутренней поверхности труб 1 в виде пленки 34. Вследствие теплообмена между жидким продуктом и жидким хладагентом последний кипит, пары хладагента и неиспарившаяся жидкость через патрубок 3 отводятся в ресивер 24. Жидкий хладагент насосом 23 вновь подается к патрубкам 2, пары хладагента из ресивера 24 отводятся компрессором 25, нагнетаются в конденсатор 26, где конденсируются, и жидкий хладагент сливается в линейный ресивер 27, откуда после дросселирования в дроссель-вентиле 28 хладагент сливается в циркуляционный ресивер 24; пары дросселирования из ресивера 24 отводятся в компрессор 25, жидкий хладагент поступает к насосу хладагента 23. Цикл работы по хладагенту замыкается. Through the supply pipe 29, the product enters the bath 4, from where through the slotted distributors 5 it enters the outer surface of the vertical pipes 1 and, under the influence of gravitational forces in the form of a film 33, flows to the bath 6. The liquid refrigerant is pumped from the receiver 24 to the pipes 2 and flows down the inner surface of the pipes 1 in the form of a film 34. Due to heat exchange between the liquid product and the liquid refrigerant, the latter boils, the vapor of the refrigerant and non-vaporized liquid are discharged through the pipe 3 to the receiver 24. The liquid refrigerant is pumped back to the pump 23 to atrubkam 2 refrigerant vapor from receiver 24 are discharged by the compressor 25, pumped to a condenser 26, where it is condensed and the liquid refrigerant discharged into the line receiver 27, where after throttling in the Joule-Thomson valve 28 is discharged into the refrigerant circulation receiver 24; throttling vapors from receiver 24 are discharged to compressor 25, liquid refrigerant enters the refrigerant pump 23. The refrigerant cycle closes.

Жидкий (пастообразный) пищевой продукт через патрубок 29 подается в приемную ванну 4, из которой через щелевые питатели 5 заливается на внешние теплообменные поверхности вертикальных труб 1. По мере перемещения пленки 33 продукта сверху вниз по поверхности труб 1 от продукта отводится теплота охлаждения и теплота фазового перехода, при этом из пленки жидкого хладагента 34 отводятся образовавшиеся пары хладагента 35, перемещающиеся вместе с неспарившимся жидким хладагентом 34 к нижней части труб 1 и через патрубки 3 - в циркуляционный ресивер 24, а из пленки продукта 33 на наружной поверхности трубы намерзают кристаллы льда 35. The liquid (pasty) food product through the pipe 29 is fed into the intake bath 4, from which through slotted feeders 5 it is poured onto the external heat exchange surfaces of the vertical pipes 1. As the film 33 of the product moves from top to bottom along the surface of the pipes 1, the heat of cooling and phase heat are removed transition, while the formed vapor of the refrigerant 35 is discharged from the liquid refrigerant film 34, moving together with the unpaired liquid refrigerant 34 to the lower part of the pipes 1 and through the nozzles 3 to the circulation receiver 24, and from the film of product 33, ice crystals 35 are frozen on the outer surface of the pipe.

Концентрированный продукт стекает в нижнюю приемную ванну 6, откуда из сборника 30 насосом продукта 31 отводится (на повторное концентрирование или для дальнейшего использования, хранения). По достижении слоем льда 35 допустимой по условиям нормальной эксплуатации толщины в работу вводятся ножи для скалывания льда 17, связанные с приводным устройством 10. The concentrated product flows into the lower receiving bath 6, from where it is discharged from the collector 30 by the product pump 31 (for re-concentration or for further use, storage). Upon reaching the layer of ice 35 acceptable for the conditions of normal operation of the thickness, knives for cleaving ice 17 connected with the drive unit 10 are introduced into the work.

При запуске приводного устройства 10 по трубопроводам 22 к приводам 21 (пневмо- или гидроцилиндрам) подается рабочая среда, под действием которой штоки 20 поджимают вниз несущие кольца 19, в которых закреплены хвостовики 18 ножей 17. Гибкие лезвия 16 ножей 17 перемещаются по профилированной внутренней поверхности опорных колец 15, при этом лезвия 16 входят в слой льда 35 на соответствующую глубину так, чтобы не взаимодействовать со стенками труб 1. When starting the drive device 10 through pipelines 22 to the actuators 21 (pneumatic or hydraulic cylinders), a working medium is supplied, under the action of which the rods 20 press down the bearing rings 19, in which the shanks 18 of the knives 17 are fixed. Flexible blades 16 of the knives 17 move along the profiled inner surface support rings 15, while the blades 16 enter the ice layer 35 to an appropriate depth so as not to interact with the walls of the pipes 1.

Одновременно приводное устройство 10 приводит во вращение кинематически связанный с подвижной плитой 11 ведущий винт 13, вращающийся в подшипнике 13 относительно неподвижной плиты 14. Подвижная плита 11 перемещается вниз по опорным стойкам 7 и 8 и связанная с опорными профилированными кольцами 15 перемещает последние вдоль труб, скалывая лед 35. Сколотый лед 35 попадает в ванну 6, совместно с концентрированным продуктом попадает в сборник 30, из которого удаляется подборщиком льда 32 (условно не показано) для последующего технологического использования (сепарирование, расплавление и др.). Цикл работы устройства по продукту завершается. At the same time, the drive device 10 rotates the drive screw 13 kinematically connected with the movable plate 11, rotating in the bearing 13 relative to the fixed plate 14. The movable plate 11 moves down along the support posts 7 and 8 and connected with the support profiled rings 15 moves the latter along the pipes, chipping ice 35. Chipped ice 35 enters the bath 6, together with the concentrated product it enters the collector 30, from which it is removed by an ice picker 32 (not shown conditionally) for subsequent technological use Nia (separation, melting, and others.). The device’s product cycle ends.

По достижении подвижной плитой 11 заданного нижнего крайнего положения обеспечивается известными техническими средствами (условно не показано) реверсирование движения приводного устройства 10, при этом подвижная плита 11 возвращается в верхнее крайнее положение; с началом реверса приводы 21 перемещают штоки 20 с несущими кольцами 19 в верхнее положение, причем лезвия 16 ножей 17 перемещаются по профилированным внутренним поверхностям опорных колец 15 вверх и отводятся от поверхности труб 1 на расстояние, обеспечивающее нормальное стекание пленки продукта. По достижении подвижной плитой 11 верхнего крайнего положения приводное устройство 10 останавливается до включения его в следующий такт скалывания льда. Цикл работы устройства по скалыванию льда завершается. Upon reaching the movable plate 11, the predetermined lower extreme position is provided by known technical means (not shown conventionally) reversing the movement of the drive device 10, while the movable plate 11 is returned to the upper extreme position; with the beginning of the reverse, the actuators 21 move the rods 20 with the bearing rings 19 to the upper position, and the blades 16 of the knives 17 move upward along the profiled inner surfaces of the support rings 15 and are removed from the surface of the pipes 1 to ensure normal flow of the product film. When the movable plate 11 reaches the upper extreme position, the drive device 10 is stopped until it is included in the next ice-breaking cycle. The operation cycle of the ice chipping device ends.

Таким образом, заявляемое устройство для криоконцентрирования жидких и пастообразных пищевых продуктов по сравнению с известными позволяет
- увеличить производительность устройства по криоконцентрированному продукту путем ускоренного намораживания слоя льда на теплообменной поверхности и эффективного удаления всего намороженного льда с этой поверхности вследствие применения профилированных ножей с регулируемым углом скалывания слоя льда и оставляемой толщиной "затравочного" слоя льда на поверхности труб.Thus, the claimed device for cryoconcentration of liquid and pasty foods in comparison with the known allows
- increase the productivity of the device according to the cryoconcentrated product by accelerating freezing of the ice layer on the heat exchange surface and effective removal of all frozen ice from this surface due to the use of profiled knives with an adjustable chipping angle of the ice layer and the thickness of the “seed” ice layer left on the pipe surface.

Claims

1. A device for cryoconcentration of liquid and pasty food products, made in the form of vertical pipes with nozzles for supplying refrigerant and venting its vapor, a bath with slotted distributors for supplying the product to the outer surface of the pipes and baths for receiving the product and water ice, drive shaft and spring-loaded knives for chipping ice from the outer surface of the pipes, characterized in that the knives for chipping ice are mounted on a base plate that makes a reciprocating motion relative to the outer surface Nost vertical pipes.

2. The device according to claim 1, characterized in that the knives for chipping ice from the outer surface of the pipes are circular with a varying angle of inclination of the blade relative to the vertical axis of the pipe, with each blade resting on a profiled support ring, and to move the knife blade along the profiled ring the base of the knife is fixed in the bearing ring associated with the hydraulic cylinder.