RU2668294C1

RU2668294C1 - Device for concentration of solutions by the method of freezing the moisture and receiving ice

Info

Publication number: RU2668294C1
Application number: RU2017139757A
Authority: RU
Inventors: Сергей Тихонович Антипов; Виталий Юрьевич Овсянников; Юлия Сергеевна Краминова; Алена Сергеевна Москаленко
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2018-09-28

Abstract

FIELD: food industry.SUBSTANCE: invention relates to the food industry and can be used in the concentration of solutions by the method of freezing moisture and obtaining ice. Device for concentrating the solutions by freezing moisture and obtaining ice contains chambers for the formation and growth of ice crystals, separating the concentrated solution from the freeze-out ice, having a common shaft and a chamber for washing out the frozen out ice from the freeze-out ice. Formation and growth chamber of ice crystals contains the outer and inner housings of the evaporator, between which is a coil for refrigerant, nozzles for supplying the initial solution, supply and discharge of the refrigerant. Common shaft in the ice formation and growth chamber has a hollow drum with inclined scrapers mounted in a staggered manner with the possibility of self-mounting during operation. Chamber for separating the concentrated solution from the frozen out ice contains an inner cylindrical perforated body and a cylindrical jacket with a branch pipe for withdrawing the concentrated solution. Common shaft in the compartment for separation of the concentrated solution from the frozen ice is screw-wound, and its tail part is made with a thickening, on the surface of which the auger winding has a smaller step between adjacent turns. Flaked ice flushing chamber contains a conical casing with nozzles that provide water for rinsing and evacuation of the frozen out ice.EFFECT: invention provides a simplification of the design, a higher functional efficiency by reducing the wear of the scrapers and the inner surface of the evaporator and avoiding the entry of wear products into the concentrated solution, as well as a combination of technological processes of concentration, separation of concentrated solution and freeze-out ice, and washing the latter in one device.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к устройствам для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда. The invention relates to the food industry, and in particular to devices for concentrating solutions by freezing moisture and ice.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для концентрирования жидких продуктов, включающее испаритель цилиндрической формы, внутри которого соосно установлен вал с жестко укрепленным на нем пустотелым барабаном, котором выполнены пазы для размещения подгруженных скребков, прижимающих к внутренней поверхности испарителя [Авторское свидетельство СССР №1317248, кл.F25C1/14, А23L2/08, заявл.22.07.85 №3932233/31-13, опубл. 15.06.87, Бюл. №22].The closest in technical essence and the achieved effect is a device for concentrating liquid products, including a cylindrical evaporator, inside of which a shaft is coaxially mounted with a hollow drum rigidly fixed on it, which has grooves for accommodating loaded scrapers pressing against the inner surface of the evaporator [USSR Copyright Certificate No. 1317248, class F25C1 / 14, A23L2 / 08, decl. 22.07.85 No. 3932233 / 31-13, publ. 06/15/87, Bull. No. 22].

Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции, значительный износ скребков, что ухудшает их функционирование, возможность попадания металлической пыли, образующейся в результате трения скребков о внутреннюю поверхность испарителя, в концентрируемый продукт, невозможность разделения сконцентрированного продукта и вымороженного льда, а также промывки последнего от остатков сконцентрированного продукта, в одном устройстве. The disadvantages of this device are the design complexity, significant wear of the scrapers, which impairs their functioning, the possibility of metal dust resulting from friction of the scrapers on the inner surface of the evaporator in the product being concentrated, the inability to separate the concentrated product and frozen ice, as well as washing the latter from the residual concentrated product in one device.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции, устранение износа скребков, исключение попадания продуктов износа скребков и внутренней поверхности испарителя в концентрируемый продукт, обеспечение возможности концентрирования, разделения сконцентрированного продукта и вымороженного льда с последующей его промывкой в одном устройстве. An object of the invention is to simplify the design, eliminate the wear of the scrapers, to prevent the products of wear of the scrapers and the inner surface of the evaporator from getting into the product being concentrated, to allow concentration, separation of the concentrated product and frozen ice with its subsequent washing in one device.

Постановленная техническая задача изобретения достигается тем, что в устройстве для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда, содержащем камеры образования и роста кристаллов льда, отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда с общим валов, камеру промывки вымороженного льда от сконцентрированного раствора, камера образования и роста кристаллов льда содержит наружный и внутренний корпус испарителя, между которыми располагается змеевик для хладагента, внутри камеры на пустотелом барабане, установленном на общем валу, размещены в шахматном порядке наклонные скребки из полимерного материала с возможностью самоустанавливаемости, камера отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда содержит внутренний цилиндрический перфорированный корпус, цилиндрическую рубашку и патрубок для отвода сконцентрированного раствора, а внутри перфорированного корпуса общий вал имеет шнековую навивку, хвостовая его часть утолщение со шнековой навивкой, имеющей меньший шаг между соседними витками, камера промывки вымороженного льда имеет конический корпус и оснащена патрубками подачи воды для промывки и отвода вымороженного льда. The stated technical problem of the invention is achieved in that in a device for concentrating solutions by freezing moisture and ice, containing a chamber for the formation and growth of ice crystals, separating the concentrated solution from the frozen ice from the common shafts, a washing chamber for frozen ice from the concentrated solution, a formation and growth chamber ice crystals contains the outer and inner case of the evaporator, between which there is a coil for the refrigerant, inside the chamber on a hollow drum On the common shaft, inclined scrapers made of polymer material are staggered with the possibility of self-installation, the chamber for separating the concentrated solution from the frozen ice contains an inner cylindrical perforated body, a cylindrical shirt and a nozzle for draining the concentrated solution, and inside the perforated body the common shaft has a screw winding, its tail part is thickened with a screw winding having a smaller pitch between adjacent turns, the washing chamber is burned out ennogo ice has a tapered housing and is equipped with nozzles for feeding water washing and removal of frozen ice.

На фиг.1 представлено устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда; на фиг.2 представлен разрез А-А фиг.1.Figure 1 shows a device for concentrating solutions by freezing moisture and ice; figure 2 presents a section aa of figure 1.

Устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда (фиг.1) содержит камеру 1 образования и роста кристаллов льда, камеру 2 отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда и камеру 3 для промывки льда, а также привод 4 с общим для камер 1 и 2 валом 5. Камера 1 образования и роста кристаллов льда содержит наружный цилиндрический корпус 6, внутренний цилиндрический корпус 7 испарителя, между которыми располагается змеевик 8 для хладагента, теплоизоляция 9, патрубок 10 для исходного раствора, патрубок 11 для подвода хладагента, патрубок 12 для отвода хладагента, а также пустотелый барабан 13 с наклонными скребками 14 из полимерного материала, установленный на общем валу 5. Каждый скребок 14 (фиг.2) закреплен на опорном элементе 15 с возможностью качательного перемещения и упирается в упорный элемент 16, причем поверхность контакта скребка с упорным элементом выполнена закругленной, а поверхность упорного элемента, контактирующая со скребком – вогнутой. A device for concentrating solutions by freezing moisture and ice (Fig. 1) contains a chamber 1 for the formation and growth of ice crystals, a chamber 2 for separating the concentrated solution from the frozen ice and a chamber 3 for washing the ice, as well as a drive 4 with a common chamber 1 and 2 shaft 5. The chamber 1 for the formation and growth of ice crystals contains an outer cylindrical body 6, an inner cylindrical body 7 of the evaporator, between which there is a coil 8 for refrigerant, thermal insulation 9, pipe 10 for the initial solution, pipe 11 for supplying refrigerant, a pipe 12 for draining the refrigerant, as well as a hollow drum 13 with inclined scrapers 14 of polymer material mounted on a common shaft 5. Each scraper 14 (figure 2) is mounted on the supporting element 15 with the possibility of rocking movement and abuts against thrust element 16, and the contact surface of the scraper with the thrust element is rounded, and the surface of the thrust element in contact with the scraper is concave.

Камера 2 отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда содержит внутренний цилиндрический перфорированный корпус 17, снабженный цилиндрической рубашкой 18 для сбора сконцентрированного раствора, патрубком 19 для отвода сконцентрированного раствора. The chamber 2 for separating the concentrated solution from the frozen-out ice contains an inner cylindrical perforated body 17 provided with a cylindrical jacket 18 for collecting the concentrated solution, a pipe 19 for draining the concentrated solution.

Внутри перфорированного корпуса 17 размещен вал 5 со шнековой навивкой, причем хвостовая его часть выполнена утолщенной, а шнековая навивка на ней имеет меньший шаг между соседними витками. Inside the perforated housing 17 there is a shaft 5 with screw winding, its tail part being thickened, and screw winding on it has a smaller pitch between adjacent turns.

Камера 3 для промывки вымороженного льда содержит конический корпус 20 для сбора вымороженного льда, патрубок 21 подачи воды для промывки и патрубок 22 для отвода вымороженного льда, промытого от остатков сконцентрированного раствора. The frozen ice flushing chamber 3 comprises a conical housing 20 for collecting frozen ice, a flushing water supply pipe 21 and a pipe 22 for discharging frozen ice washed from the residues of the concentrated solution.

Устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда работает следующим образом. Исходный раствор сначала по патрубку 10 подается в камеру 1 образования и роста кристаллов льда, а хладагент по патрубку 11 в змеевик 8, расположенный в пространстве между наружным корпусом 6 и внутренним корпусом 7 испарителя. В змеевике 8 хладагент кипит при низкой температуре, охлаждает корпус 7 испарителя, который, в свою очередь, за счет теплообмена, охлаждает исходный раствор и обеспечивает образование кристаллов льда на его внутренней поверхности. Приводимый во вращение приводом 4 вал 5, располагаемый в камере 1 образования и роста кристаллов льда, имеет пустотелый барабан 13 на поверхности которого в шахматном порядке, относительно радиального направления установлены скребки 14 из полимерного материала таким образом, что центральная часть скребка закреплена в опорном элементе 15 таким образом, что имеется возможность его качательного перемещения при одновременном ограничении перемещения со стороны упорного элемента 16. При вращении вала 5скребки 14, взаимодействующие своей острой кромкой с внутренней поверхности 7 испарителя обеспечивают срезание намороженного слоя кристаллов льда и перемещение из во внутренний объем камеры 1, а сами скребки имеют возможность самоустанавливаться в первоначальное положение в случаях воздействия изгибающих усилий, возникающих при срезании слоя льда неодинаковой толщины в случаях неравномерности его намораживания на поверхности 7 испарителя. Это обеспечивается за счет нежесткого закрепления центральной части скребка 14 в опорном элементе 15, что позволяет скребку совершать качательные перемещения, а противоположная часть скребка, выполненная закругленной и, взаимодействуя с вогнутой поверхностью упорного элемента 16 обеспечивает возврат скребка в первоначальное положение в случае его отклонения. A device for concentrating solutions by freezing moisture and ice is as follows. The initial solution is first supplied through the pipe 10 to the chamber 1 of formation and growth of ice crystals, and the refrigerant through the pipe 11 into the coil 8, located in the space between the outer casing 6 and the inner casing 7 of the evaporator. In the coil 8, the refrigerant boils at a low temperature, cools the evaporator body 7, which, in turn, cools the initial solution and ensures the formation of ice crystals on its inner surface. The shaft 5 driven into rotation by the drive 4, located in the ice crystal formation and growth chamber 1, has a hollow drum 13 on the surface of which are staggered relative to the radial direction with scrapers 14 made of polymeric material so that the central part of the scraper is fixed in the supporting element 15 so that it is possible to swing it while limiting the movement from the side of the thrust element 16. When the shaft 5 is rotated, the scrapers 14 interacting with their sharp edge wetted from the inner surface of the evaporator 7, they cut off the frozen layer of ice crystals and move from the inner volume of the chamber 1, and the scrapers themselves can be reset to their original position in the event of bending forces arising from the cutting of the ice layer of unequal thickness in cases of uneven freezing on the surface 7 evaporators. This is achieved due to the non-rigid fastening of the central part of the scraper 14 in the supporting element 15, which allows the scraper to perform rocking movements, and the opposite part of the scraper, made rounded and interacting with the concave surface of the thrust element 16, ensures that the scraper returns to its original position if it is deflected.

Вращающиеся скребки 14 обеспечивают перемешивание раствора и вымороженного льда, обеспечивая тем самым интенсификацию процессов теплообмена и массообмена, вызывая рост кристаллов льда и пропорциональное повышение концентрации исходного раствора, а также продвижение образующейся смеси в камеру 2.Rotating scrapers 14 provide mixing of the solution and frozen ice, thereby intensifying the processes of heat transfer and mass transfer, causing the growth of ice crystals and a proportional increase in the concentration of the initial solution, as well as moving the resulting mixture into the chamber 2.

В камере 2 отделения сконцентрированного раствора от вымороженного льда смесь кристаллов и сконцентрированного раствора перемещается и подвергается уплотнению за счет вращения вала 5, на поверхности которого размещена шнековая навивка. Через отверстия цилиндрического перфорированного корпуса 17 сконцентрированный раствор поступает в цилиндрическую рубашку 18, где собирается и отводится по патрубку 19. Вымороженный лед, частично освобожденный от сконцентрированного раствора, подвергается дальнейшему сжатию и уплотнению за счет взаимодействия со шнековой навивкой с меньшим шагом, размещенной на утолщенной хвостовой части вала 5, что способствует максимально полному отделению сконцентрированного раствора от вымороженного льда. In the chamber 2 separating the concentrated solution from the frozen-out ice, the mixture of crystals and the concentrated solution is moved and subjected to compaction due to the rotation of the shaft 5, on the surface of which a screw winding is placed. Through the holes of the cylindrical perforated body 17, the concentrated solution enters the cylindrical jacket 18, where it is collected and discharged through the nozzle 19. The frozen ice, partially freed from the concentrated solution, is further compressed and compacted by interacting with a screw winding with a smaller pitch placed on the thickened tail part of the shaft 5, which contributes to the most complete separation of the concentrated solution from the frozen ice.

Поступив в камеру 3 с коническим корпусом 20, вымороженный лед подвергается промывке небольшим количеством пресной воды, подаваемой из патрубка 21 для удаления части сконцентрированного раствора, захваченного кристаллами льда при разделении. Образующийся в результате промывки раствор поступает в камеру 2, где через отверстия цилиндрического перфорированного корпуса 17 проникает в цилиндрическую рубашку 18, смешиваясь с сконцентрированным методом вымораживания влаги раствором, а вымороженный лед по патрубку 22 отводится из устройства. Having entered the chamber 3 with a conical body 20, the frozen-out ice is washed with a small amount of fresh water supplied from the pipe 21 to remove part of the concentrated solution captured by the ice crystals during separation. The solution resulting from the flushing enters the chamber 2, where it penetrates into the cylindrical jacket 18 through the holes of the cylindrical perforated body 17, mixing with the concentrated method of freezing moisture, and the frozen ice is discharged from the device through the pipe 22.

Технический результат достигается тем, что предложенное устройство для концентрирования растворов методом вымораживания влаги и получения льда позволяет упростить конструкцию, устранить износ скребков и внутренней поверхности испарителя, исключить попадание продуктов износа в концентрируемый раствор, обеспечить возможность концентрирования, разделения сконцентрированного продукта и вымороженного льда с последующей его промывкой в одном устройстве.The technical result is achieved by the fact that the proposed device for concentrating solutions by freezing moisture and ice makes it possible to simplify the design, eliminate the wear of the scrapers and the inner surface of the evaporator, to prevent the ingress of wear products into the concentrate solution, to provide the possibility of concentration, separation of the concentrated product and frozen ice with its subsequent flushing in one device.

Claims

A device for concentrating solutions by freezing moisture and ice, containing a chamber for the formation and growth of ice crystals, separating a concentrated solution from frozen ice with a common shaft and a washing chamber for frozen ice from a concentrated solution, while the chamber for the formation and growth of ice crystals contains an outer and inner case the evaporator, between which there is a coil for the refrigerant, inside on a hollow drum mounted on a common shaft, are staggered on bogie scrapers made of polymeric material with the possibility of self-alignment, the chamber for separating the concentrated solution from the frozen-out ice contains an inner cylindrical perforated body, a cylindrical shirt and a nozzle for draining the concentrated solution, and inside the perforated body the common shaft has a screw winding, and its tail part is thickened with a screw winding having a smaller step between adjacent turns, the frozen ice washing chamber has a conical body and is equipped with nozzles supplying water for rinsing and removing frozen ice.