RU2228493C1

RU2228493C1 - Method and device for continuous liquid freezing-out and ice flakes production with coolant heat accumulation

Info

Publication number: RU2228493C1
Application number: RU2002130134/12A
Authority: RU
Inventors: С.Т. Антипов; нников В.Ю. Овс; В.Ю. Овсянников; занов А.Н. Р; А.Н. Рязанов
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2002-11-10
Filing date: 2002-11-10
Publication date: 2004-05-10

Abstract

FIELD: food industry, particularly for liquid freezing-out and ice flakes production into chemical, pharmaceutical, microbiological and agricultural industries. SUBSTANCE: method involves crystallizing water in the form of ice crystals on rotary cylindrical surface submerged in liquid product layer under constant temperature; super-cooling ice under constant temperature. Constant temperature is obtained due to provision of constant coolant heat flow by accumulation thereof into drum and due to simultaneous reduction of thermal resistance of heat transfer as a result of using material with high heat conductivity coefficient, for instance aluminum-magnesium alloy AMg-5, as heat-exchange surface. Device for liquid freezing-out and ice flakes production with coolant heat accumulation comprises base, product tank, gasket units, shafts, drive means, drum, coolant inlet and outlet devices, device for ice removal. Inner wall of heat-exchange surface has polymetallic inserts including a number of plates formed of different materials. Plates are arranged in such a way that heat capacity of each plate increases in direction towards cylindrical surface center. EFFECT: increased heat-exchange intensity, reduced power consumption. 3 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам вымораживания жидкостей и получения чешуйчатого льда, и может быть использовано в химической, фармацевтической, микробиологической промышленности и на предприятиях агропромышленного комплекса.The invention relates to the food industry, and in particular to methods of freezing liquids and obtaining flake ice, and can be used in the chemical, pharmaceutical, microbiological industry and agricultural enterprises.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения чешуйчатого льда и установка для его реализации (Производство и применение льда. /В.А.Бобков. - М.: Пищевая промышленность, 1977, 231 с., стр 148, рис.73), содержащая трубопроводы подачи и отвода жидкого хладагента, нож-скребок для скалывания льда, барабан, водяную ванну, полый вал, зубчатую передачу от редуктора на вал, электродвигатель, редуктор.The closest in technical essence and the achieved effect is a method of obtaining flake ice and installation for its implementation (Production and use of ice. / V.A. Bobkov. - M.: Food industry, 1977, 231 p., 148, Fig. 73 ) containing pipelines for supplying and discharging liquid refrigerant, a knife-scraper for chipping ice, a drum, a water bath, a hollow shaft, a gear from the gearbox to the shaft, an electric motor, and a gearbox.

Недостатками указанного способа являются осуществление процесса теплообмена при неравномерной величине теплового потока через стенку аппатата, резкие колебания температур и наличие условий возникновения теплового удара.The disadvantages of this method are the implementation of the heat transfer process with an uneven amount of heat flux through the wall of the apatate, sharp temperature fluctuations and the presence of conditions of heat shock.

Недостатками указанной установки являются низкая интенсивность теплообмена, неравномерность охлаждения и переохлаждения вымороженного льда, непостоянство теплового потока через стенку аппатата, невысокая производительность.The disadvantages of this installation are the low heat transfer rate, uneven cooling and supercooling of frozen ice, the inconstancy of the heat flux through the wall of the apatate, and low productivity.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса теплообмена, снижение энергозатрат.An object of the invention is the intensification of the heat transfer process, reducing energy consumption.

Поставленная задача достигается тем, что в способе непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, включающем кристаллизацию влаги в виде льда на вращающейся цилиндрической поверхности, погруженной в слой жидкого продукта, новым является то, что вымораживание льда и его последующее переохлаждение осуществляются при постоянной температуре, обеспечиваемой постоянной величиной потока теплоты хладагента за счет его аккумулирования внутри барабана при одновременном снижении термического сопротивления теплопередаче за счет использования в качестве теплопередающей поверхности материала с высоким значением коэффициента теплопроводности, а так же тем, что в качестве материала теплопередающей поверхности используют АМг 5.The problem is achieved in that in the method of continuous freezing and obtaining flake ice with the accumulation of heat of the refrigerant, including crystallization of moisture in the form of ice on a rotating cylindrical surface immersed in a layer of a liquid product, it is new that ice is frozen and its subsequent supercooling is carried out at a constant the temperature provided by the constant value of the heat flux of the refrigerant due to its accumulation inside the drum while reducing thermal resistance to heat transfer due to the use of a material with a high value of heat conductivity as a heat transfer surface, as well as the fact that AMg 5 is used as a material for a heat transfer surface.

В установке для вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, содержащей основание, ванну для продукта, сальниковые узлы, оси, приводное устройство, барабан, устройства ввода и отвода хладагента, устройство для удаления льда, новым является то, что внутри барабана установлены полиметаллические вставки, состоящие из набора пластин, изготовленных из различных материалов и размещенных так, что их теплоемкости увеличиваются по мере приближения к центру цилиндрической поверхности намораживания.In a device for freezing and obtaining flake ice with the accumulation of heat of a refrigerant containing a base, a product bath, stuffing boxes, axles, a drive device, a drum, refrigerant inlet and outlet devices, an ice removal device, polymetallic devices are installed inside the drum inserts consisting of a set of plates made of various materials and placed so that their heat capacities increase as they approach the center of the cylindrical freezing surface.

Технический результат заключается в том, что предложенный способ непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента и установка для его осуществления позволяют улучшить структуру получаемого льда за счет равномерного его переохлаждения, что позволит облегчить его съем, снизить затраты энергии на вымораживание, интенсифицировать процесс теплообмена и уменьшить продолжительность обработки продукта.The technical result consists in the fact that the proposed method for continuous freezing and obtaining flake ice with the accumulation of heat of the refrigerant and the installation for its implementation can improve the structure of the resulting ice due to its uniform overcooling, which will facilitate its removal, reduce energy costs for freezing, intensify the heat transfer process and reduce the processing time of the product.

На фиг.1 изображена схема установки для осуществления непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, на фиг.2 - разрез установки по А-А на фиг.1, на фиг.3 - конструкция полиметаллической вставки.Figure 1 shows a diagram of an installation for continuous freezing and obtaining flake ice with the accumulation of heat of refrigerant, figure 2 is a section of the installation along aa in figure 1, figure 3 is a construction of a polymetallic insert.

Установка для непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда (фиг.1) содержит основание 1, на котором монтируется ванна для продукта 2, установленные при помощи вертикальных опор сальниковые узлы 3 с осями 4 и приводным устройством 5, закрепленные в торцах барабана 6, внешняя поверхность которого служит для намораживания льда, а внутренняя играет роль испарителя. Внутри барабана 6 установлен вытеснительный барабан 7 и набор полиметаллических вставок 8. Оси 4 имеют штуцеры для подвода 9 и отвода 10 хладагента. Установка снабжена ножом 11 для удаления вымороженного льда с наружной поверхности барабана 6 и лотком 12 для его отвода.Installation for continuous freezing and obtaining flake ice (Fig. 1) contains a base 1 on which a product bath 2 is mounted, stuffing units 3 with axles 4 and a drive unit 5 mounted with vertical supports, fixed at the ends of the drum 6, the outer surface of which serves to freeze ice, and the inside plays the role of an evaporator. Inside the drum 6, a displacement drum 7 and a set of polymetallic inserts 8 are installed. The axles 4 have fittings for supplying 9 and removing refrigerant 10. The unit is equipped with a knife 11 for removing frozen ice from the outer surface of the drum 6 and a tray 12 for its removal.

Способ непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда в установке осуществляется следующим образом.The method of continuous freezing and obtaining flake ice in the installation is as follows.

Жидкий хладагент непрерывно подается в полую ось 4 через штуцер 9 подвода хладагента и, стекая в пространство, образованное нижней частью непрерывно вращающегося барабана 6 с полиметаллическими вставками 8 и неподвижным вытеснительным барабаном 7, кипит при постоянной температуре за счет отвода теплоты, поступающей в результате теплообмена с продуктом, внешней средой и за счет разрежения, создаваемого компрессором холодильной машины (не показана). Кипящий хладагент охлаждает полиметаллические вставки 8, прикрепленные к внутренней поверхности барабана 6, находящиеся в его нижней части, и нижнюю часть барабана, соприкасающуюся с хладагентом. При вращении барабана 6 полиметаллические вставки 8, выносимые из зоны кипения хладагента, отдают накопленную теплоту хладагента внутренней поверхности барабана за счет расположения пластин в полиметаллической вставке 8 таким образом, что каждая последующая пластина, начиная от внутренней поверхности барабана и направленная к его центру, имеет большую теплоемкость, чем предыдущая, что обеспечивает направленную передачу теплоты кипящего хладагента накопленной полиметаллическими вставками 8 внутренней поверхности барабана. Причем скорость передачи теплоты от пластины к пластине уменьшается при отдалении от внутренней поверхности барабана. Таким образом, обеспечивается постоянство температуры стенки барабана 6. Кроме того, для этой цели предлагается изготовлять барабан 6 из материалов или сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия (коэффициент теплопроводности 202,4 Вт/(м·К)) или сплава АМг 5 (коэффициент теплопроводности 116,9 Вт/(м·К)). Отработанный хладагент отводится из установки при помощи штуцера 10.The liquid refrigerant is continuously fed into the hollow axis 4 through the nozzle 9 of the refrigerant supply and, flowing into the space formed by the lower part of the continuously rotating drum 6 with polymetallic inserts 8 and the stationary displacement drum 7, boils at a constant temperature due to the removal of heat from heat exchange with the product, the external environment and due to the vacuum created by the compressor of the refrigeration machine (not shown). The boiling refrigerant cools the polymetallic inserts 8, attached to the inner surface of the drum 6, located in its lower part, and the lower part of the drum in contact with the refrigerant. During the rotation of the drum 6, the polymetallic inserts 8, taken out from the boiling zone of the refrigerant, give off the accumulated heat of the refrigerant to the inner surface of the drum due to the location of the plates in the polymetallic insert 8 so that each subsequent plate, starting from the inner surface of the drum and directed towards its center, has a large heat capacity than the previous one, which provides directional heat transfer of boiling refrigerant accumulated by polymetallic inserts 8 of the inner surface of the drum. Moreover, the rate of heat transfer from plate to plate decreases with distance from the inner surface of the drum. Thus, the temperature of the wall of the drum 6 is constant. In addition, for this purpose, it is proposed to produce the drum 6 from materials or alloys with a high coefficient of thermal conductivity, for example, from aluminum (thermal conductivity coefficient 202.4 W / (m · K)) or alloy AMg 5 (coefficient of thermal conductivity 116.9 W / (m · K)). The spent refrigerant is discharged from the installation using the nozzle 10.

Продукт подается в ванну 2 с погруженным в нее барабаном 6, непрерывное вращательное движение которому сообщается приводным устройством 5, закрепленным на сальниковом узле 3, при этом на наружной поверхности барабана вымораживается влага в виде льда, а продукт концентрируется. При вращении барабана намороженный слой льда переохлаждается, а его наружная поверхность подсыхает при постоянной температуре стенки барабана за счет равномерного охлаждения барабана, что исключает коробление или частичное подтаивание наружной поверхности льда и облегчает его съем ножом 11 в виде сухих крупных или мелких чешуек. Вымороженный из продукта чешуйчатый лед отводится в лоток 12, а сконцентрированный вымораживанием влаги продукт отводится из ванны 2 при помощи патрубка (не показан). В таблице представлен порядок установки материалов полиметаллической вставки и достигаемый теплотехнический эффект.The product is fed into the bath 2 with the drum 6 immersed in it, the continuous rotational movement of which is signaled by the drive device 5, mounted on the stuffing box 3, while moisture in the form of ice is frozen out on the outer surface of the drum, and the product is concentrated. When the drum rotates, the frozen layer of ice cools down, and its outer surface dries out at a constant temperature of the drum wall due to uniform cooling of the drum, which eliminates warping or partial thawing of the outer surface of the ice and facilitates its removal with knife 11 in the form of dry large or small scales. Flake ice frozen from the product is discharged into the tray 12, and the product concentrated by freezing moisture is discharged from the bath 2 using a pipe (not shown). The table shows the installation procedure for the materials of the polymetallic insert and the achieved thermotechnical effect.

Осуществление процесса вымораживания при постоянном тепловом потоке через стенку аппарата позволяет существенно улучшить теплообмен и снизить затраты энергии, а обеспечение постоянства температурного режима намораживания и переохлаждения льда обеспечивает улучшение качества получаемого льда. Обеспечение процесса вымораживания и получения чешуйчатого льда с равномерным охлаждением и переохлаждением вымороженного льда при интенсивном отводе теплоты позволяет значительно снизить энергозатраты на концентрирование продукта и получение чешуйчатого льда.The implementation of the freezing process at a constant heat flow through the wall of the apparatus can significantly improve heat transfer and reduce energy costs, and ensuring the constancy of the temperature regime of freezing and supercooling of ice provides an improvement in the quality of the ice. Ensuring the process of freezing and obtaining flake ice with uniform cooling and supercooling of frozen ice with intensive heat removal can significantly reduce energy consumption for concentrating the product and obtaining flake ice.

Claims

1. The method of continuous freezing and obtaining flake ice with the accumulation of heat of the refrigerant, comprising crystallizing moisture in the form of ice on a rotating cylindrical surface immersed in a layer of liquid product, freezing the ice and its subsequent supercooling, characterized in that the freezing of the ice and its subsequent supercooling is carried out at constant temperature provided by a constant value of the heat flux of the refrigerant due to its accumulation inside the drum while reducing the temperature Cesky heat resistance by using as the heat transfer surface of a material with high thermal conductivity.

2. The method of continuous freezing according to claim 1, characterized in that the alloy A Mg5 is used as the material of the heat transfer surface.

3. Installation for freezing and obtaining flake ice with the accumulation of heat of the refrigerant, containing a base, a bath for the product, stuffing boxes, axles, a drive device, a drum, refrigerant inlet and outlet devices, an ice removal device, characterized in that polymetallic are installed inside the drum inserts consisting of a set of plates made of various materials and placed so that their heat capacities increase as they approach the center of the cylindrical freezing surface.