WO2018130736A1 - Dispositivo y procedimiento para la obtención de un producto desecado a partir de sangre o derivados - Google Patents

Dispositivo y procedimiento para la obtención de un producto desecado a partir de sangre o derivados Download PDF

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evaporator
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José Manuel MAGIDE AMEIJIDE
Hiram VARELA RODRÍGUEZ
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Universidade De Santiago De Compostela
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Definitions

  • the present invention relates to a device and method for the processing of by-products and / or residues of the food industry, more specifically addresses the production of a dried product from liquid blood or derivatives.
  • the solid fraction of blood has many components of high market value. Stresses among them lysine, an essential amino acid for the diet of many animals, which is widely used in feed formulation.
  • One way to obtain these components includes the removal of water from the blood to form the so-called blood meal, which usually has a humidity level of around 8-12% on a dry basis. Once flour is made, the blood is no longer the original contaminant residue, and can be easily preserved, packaged and distributed.
  • the drying of the blood is an energetically expensive process, if one takes into account that to evaporate a liter of water it takes around 550 Kcal.
  • a technology that significantly reduces the energy cost of water removal is the multi-effect evaporators.
  • the terms “multiple effect evaporator system”, “evaporator system” and “multiple effect evaporator” will be used throughout the document. Saving occurs because the aqueous product to be treated evaporates in successive stages, each of which feeds on the energy provided by the heat of condensation of the steam generated in the previous stage. The energy saving is proportional to the number of evaporators: the more evaporators, the lower the cost. At the same time, evaporator systems usually work under vacuum, which guarantees boiling temperatures below 100 ° C.
  • multi-effect evaporators present problems when handling high viscosity products, such as blood for certain degrees of humidity.
  • the phenomenon of blood coagulation further complicates its handling through evaporator systems.
  • the evaporators do not dry the blood completely until it becomes flour, but simply concentrates it to a certain degree of humidity. This degree must be such that it allows the blood to maintain a low viscosity.
  • Once the blood is concentrated at the outlet of the evaporators it is conducted to an Analyzer device, which removes the rest of the moisture, until it becomes commercial blood meal.
  • multi-effect evaporator systems are an option that greatly reduces the process of blood concentration with respect to other technologies, they can be equally expensive in certain facilities. For example, if it is desired to work with boiling temperatures below 55 ° C, in order to minimize protein deterioration, the thermal differential available in relation to an ambient temperature of 25 ° C is only 30 ° C. This value implies that in practice only two or at most three evaporators will be used, which limits energy savings compared to other typical systems with four or more evaporators. For this reason, it is still necessary to find additional techniques that reduce the energy cost of multi-effect evaporator systems.
  • the blood leaves the multi-effect evaporator system, it is more concentrated than the raw blood that entered the system, and is subjected to the drying treatment of a finalizing drying equipment.
  • terminators There are two types of terminators: direct and indirect contact. In the direct ones the fluid that gives heat to the blood (heating fluid) comes into contact with it, while in the indirect ones there is no such contact; a metal surface separates blood and heating fluid.
  • the most typical examples of direct contact terminators are spray dryers and ring dryers.
  • Indirect contact terminators include digesters and drum dryers. In spray dryers, blood is sprayed by an atomization mechanism and is passed through a stream of hot air at about 170 ° C. These devices have the disadvantage of working at high temperatures.
  • Digesters are tanks with outer jacket, through which a heating fluid circulates. Inside the tank there are some agitator mechanisms, which remove the blood to dry once it enters the digester.
  • the digesters can operate under vacuum and therefore at low temperatures; in this aspect they can make the deterioration of blood meal less than that of the two previous systems. On the other hand, it can be sealed, so that the management of bad odors is easier.
  • the heat exchange surface of these systems is much lower than that of direct contact systems, requiring larger equipment and longer drying times.
  • Digesters are well known in the state of the art.
  • blood does not only refer to raw blood just drawn from a slaughtered animal.
  • the term also includes the various products derived from said blood, although at the technical level they do not receive the name "blood”.
  • product derived from blood those substances obtained from an addition or subtraction of components of raw animal blood are understood.
  • derived products would be blood plasma, red blood cell paste, partially dehydrated blood, blood with anticoagulant salts, blood with preservatives, etc.
  • the device object of the present invention comprises the following elements:
  • the device also includes:
  • Blood has a large number of peculiarities that substantially differentiate it from the vast majority of fluids for industrial use. This is because it is a fluid from living beings, which has a high biochemical activity. Stresses especially the formation of clots and protein denaturation. Both properties make processing very difficult. The clots dirty the heat exchange surfaces and hinder or prevent the pumping of blood. Denaturation causes blood to stop flowing and become a solid. All these characteristics give the blood a special difficulty when it is handled, and the present invention directly affects them. When blood is in circulation in living beings, coagulation is normally inhibited, but once spilled outside it begins, at a time that is usually on the order of several minutes. The biochemical mechanism that causes coagulation is as follows.
  • the blood has a protein, fibrinogen, which, through the enzyme thrombin, is transformed into fibrin, another protein, of the fibrillar type, capable of polymerizing and thus forming large three-dimensional networks. These networks act as a glue, and easily trap large amounts of blood cells, thus forming a clot.
  • the multi-effect evaporation systems are a technology that significantly reduces the energy costs of dehydration processes, because they successively take advantage of the heat of condensation of the steam produced in each individual effect.
  • the raw or derived blood is introduced into said system, where it loses water until it reaches a certain concentration.
  • concentration will depend on the type of evaporators. It is typical to dehydrate the blood to 30% of dry matter, but in evaporators with scratched surfaces this value can increase substantially.
  • the blood leaves the evaporator system and is introduced into the dryer, which will remove the remaining water, leaving the blood with the commercial moisture content, usually around 10% on a dry basis.
  • the dryer comprises heat transmission by indirect contact and by direct contact.
  • the dryer comprises heat exchange plates located in an upright position, in addition it comprises a first chamber, for a heating fluid (for example hot water), and a second vacuum chamber for the heated medium, in this case the blood, and for a mixture soda that heats the blood directly.
  • the dryer further comprises a second chamber characterized in that it comprises means for agitating the blood, which also exert a scratching effect on said exchange plates. Scratching allows removing the fouling layer on the plates and increasing the thermal transfer coefficient.
  • the dryer makes it particularly interesting is the high ratio: (heat transfer surface / dryer volume). This is achieved with the arrangement of the vertical plates, close to each other, and with the thermal contact between plates and stirring means, which act in equivalence to thermal dissipation fins.
  • the aforementioned ratio is much smaller in other state-of-the-art equipment, such as digesters, where the only heat exchange surface is usually in the outer shell that surrounds the digester, usually cylindrical.
  • the heating medium can travel through the outer shell of the dryer, as in traditional digesters, but also inside, through vertical exchange plates.
  • the stirring means are in contact with the plates, the latter transmit heat to the former.
  • the agitation means extend the heat transfer surface beyond the plates, in a manner equivalent to that of the thermal dissipation fins that an electric motor, a computer processor, etc. have.
  • the following considerations are taken.
  • the agitators must be of a material that is a good conductor of heat. Dryers and other equipment used in the food industry usually consist of materials such as stainless steel, which provide very good mechanical strength and acceptable heat conduction, for example around 15 W / rn- K. In the case of stirrers, these must be of a material that conducts heat much better than stainless steel.
  • the stirrers are made of aluminum or an alloy thereof.
  • Aluminum alloys for food use can have a thermal conductivity greater than 200 W / ⁇ ⁇ , and at the same time have adequate mechanical capabilities, especially in low temperature applications, as is the case of the present invention.
  • the alloys must give the agitator adequate elasticity, so that it undergoes a certain deformation when pressed against the plate, in order to increase the contact surface between both elements and therefore accelerate the heat transfer.
  • Examples of alloys that satisfy all properties of conductivity, mechanical strength, elasticity, and also offer good corrosion resistance are the following:
  • the dryer is entirely made of stainless steel, for example of the AISI 316L type, except the agitators, which are preferably made of aluminum alloy.
  • Stainless steel gives a superior mechanical resistance to that of aluminum alloy, which makes it an ideal material to support the equipment's own weight, dynamic stresses and pressure differences between chambers.
  • this invention makes use of the particularity that the agitators are subjected to mechanical loads lower than those of the rest of the dryer, to construct them from another material, which sacrifices mechanical resistance in favor of thermal conductivity and elasticity.
  • the agitators are not subject to pressure differences, and the weight they have to bear is low.
  • first chamber of the dryer circulates a fluid that provides heat for drying, and in the second chamber the blood to dry and, if necessary, a gaseous mixture that provides heat to the blood by direct contact.
  • Each camera is divided into a set of sub-cameras connected to each other, forming a single volume. Between each two adjacent plates, there is a sub-chamber belonging to one of both cameras.
  • a dryer with 10 plates correspondingly numbered 1, 2, 3, 10, between pairs 1-2, 3-4, 5-6, 7-8 and 9-10 circulates the blood to be dried and said gas mixture, and between the complementary pairs: 2-3, 4-5, 6-7 and 8-9 circulates exclusively a heating fluid.
  • These types of configurations and their operation are known in the state of the art, and no major ones are necessary. clarifications
  • the contemplated separation between each pair of adjacent plates is preferably of the order of several centimeters.
  • the adjacent plates are separated 66 mm, and eight agitators in each subchamber are arranged, thereby achieving a ratio of approximately 32m 2 exchange surface per cubic meter of dryer, a value which approximates double of the corresponding to the same embodiment but without stirrers.
  • a fundamental advantage of the aluminum alloy over the rest of common materials in the art, such as stainless steel, is that it allows to increase the dimensions of the stirrers for thermal effects, thus increasing the exchange surface. This is due to the phenomenon of temperature drop in a metal fin of thermal dissipation: when we have a fin (or its equivalent as a stirrer in the present invention) in contact with a heat source, the heat travels along the fin , but its temperature decreases with the distance to the heat source.
  • the temperature drop is softer than with other materials, which allows for more extensive stirrers.
  • a heating medium at 60 ° C, and boiling blood at 50 ° C, which implies a thermal differential of 10 ° C. If the minimum differential to be maintained is 4.6 ° C, for the purpose of effective heat transmission, then a temperature drop of up to 5.4 ° C (10 - 4.6) would be permissible in the stirrers.
  • the operation of the dryer can be both batch and continuous.
  • the concentrated blood leaving the evaporator system is first collected in a tank. Once all of the blood has evaporated, the concentrate is transferred from this reservoir to the dryer.
  • said reservoir In continuous operation, said reservoir is not used, but concentrated blood flows constantly from the evaporator system outlet to the dryer.
  • the blood in the dryer is initially in a liquid state. As drying proceeds, it loses water and therefore fluidity, and gradually transforms into a pasty and / or powdery substance. At the end of drying it becomes commercial blood meal, with a humidity level of around 10% on a dry basis.
  • Drying must take place avoiding the problems of blood clotting, microbial proliferation and the emission of bad odors: a) Blood clotting can occur in liquid blood. It decreases its fluidity, increases viscosity and increases the ability of blood to adhere to heat exchange surfaces, soiling them. Likewise, coagulation requires a subsequent shredding treatment, for example by means of a hammer mill. b) Microbial proliferations in the blood can be a public health problem. Drying is carried out under vacuum and therefore at temperatures below those usual in the industry; for guidance between 40 and 70 ° C. In this range some microorganisms may be active, which requires biocidal measures. c) A common problem in the dried blood production industry is the emission of bad odors. The volatile particles resulting from the drying of the blood are usually of an unpleasant odor, requiring treatment in this regard.
  • ozone a chemical agent capable of solving the three previous problems very effectively. It was observed that when ozone is bubbled in liquid blood, it stops its coagulation. On the other hand, ozone is a very potent bactericidal agent, on the order of several hundred times stronger than chlorine, and its use is compatible with the food industry. In addition, ozone is very effective in destroying the volatile substances that cause odors.
  • the level of vacuum in the dryer allows to exert a bacteriostatic effect on the blood to be dried, especially against aerobic bacteria. This phenomenon is known in the food industry, for example with the product preservation technique by vacuum packaging.
  • the ozone treatment is divided into two phases.
  • the first phase is that in which the blood is liquid, and ozone is bubbled in its breast, in order to dissolve in it.
  • the second phase the blood has ceased to be liquid, and the ozone introduced is part of the surrounding gas atmosphere.
  • the biocidal and anticoagulant effects of ozone are mostly concentrated in the first phase, while the deodorizing effects are concentrated in the second phase.
  • low blood moisture is itself a biocidal factor. This phenomenon is known through any of the methods of food preservation by dehydration.
  • ozone has hardly any water to dissolve in, it remains in the atmosphere that envelops the blood in a pasty and / or dusty state. This atmosphere also contains volatile substances that cause odor, hence ozone acts primarily as a deodorizer in this phase.
  • solubility of ozone in water depends, among other factors, on the concentration of ozone in the gas mixture injected into the dryer and the pressure inside. The higher concentration and pressure, the greater the solubility. For reasons of food safety, it is necessary to provide significant microbial concentrations in liquid blood. Since most of the biocidal effect of ozone will be concentrated in the first phase of drying (liquid blood), higher ozone needs are contemplated than in the second phase. For these purposes, to dissolve in the blood the desired amount of ozone, it is contemplated that in the first phase the concentration of ozone and the pressure in the dryer are greater than in the second phase.
  • the first phase runs under vacuum with an absolute pressure of 350 mbar and the injected gas mixture contains 400g / Nm 3 of ozone; and the second phase at 150 mbar and mix with 150 g / Nm 3 of ozone.
  • the source of ozone can be atmospheric air or a bottle of oxygen.
  • the second option is considered particularly interesting during the first phase of drying, because it allows the gaseous mixture to be injected into the dryer to have ozone concentrations higher than those corresponding to the case of air.
  • An additional novelty of great relevance disclosed by the present invention is the inclusion of an ozone heater.
  • Said heater preferably acts in the second phase, to contribute to the completion of the drying process.
  • the injection of hot ozone in the second phase helps keep the drying rate constant.
  • the blood has a large amount of water, which generates a convection that accelerates heat transfer and evaporation. Without However, in the second phase the amount of water is less, and the blood acquires a doughy and / or powdery texture of lower density than in the first phase, because it accumulates pores of air inside. This feature reduces the heat transfer coefficient and therefore the drying rate in the second phase.
  • One way to compensate for this and contribute to a constant speed is to accelerate drying in the second phase with the addition of hot ozonized gas.
  • the heater raises the temperature of the gaseous mixture with ozone injected into the dryer, so that this heat cedes to the blood and thus contribute to its dehydration.
  • the ozonized mixture can be heated to 70 ° C and subsequently injected into the dryer. In this way the mixture contributes, with its contribution of thermal energy, to drying.
  • This phenomenon is of special relevance because it allows combining in the same dryer, the technique of indirect drying, through metallic surfaces of thermal transfer (plates and stirrers), and that of direct drying (hot gas).
  • direct drying with hot gas significantly increases the thermal transfer surface, especially when the gas passes through the sine of a powdery product, as is the case with spray dryers.
  • the disclosed dryer combines both indirect and direct drying, benefiting from the advantages of spray dryers, which are direct contact.
  • the energy sources of the evaporator system and the dryer various possibilities are contemplated.
  • conventional systems such as hot water, thermal oil or steam from a boiler can be used.
  • the thermal energy of those residual effluents produced in an industry that leave at a temperature higher than a certain minimum threshold is used, approximately 55 ° C.
  • said industry will be the factory itself in which the invention that is recommended here is installed.
  • the production of huge amounts of residual fluids at temperatures above 55 ° C is common.
  • the scalding waters of pigs can be found at temperatures between 60 and 80 ° C. Cleaning waters take a typical temperature of around 65 ° C.
  • the residual effluents are pollutants and have their destiny in a waste treatment plant, so their use as an energy source is of ecological relevance. Its low temperatures greatly limit its industrial applications, but vacuum processes, in the case of the present invention, allow its use effective.
  • the absolute pressure in the dryer is 150 mbar
  • the boiling temperature of the water will be approximately 53.6 ° C.
  • Said refrigerant fluid absorbs heat from the residual effluent, and delivers it to the evaporator or dryer system, at a temperature higher than that of the effluent.
  • the residual effluent could have a temperature of 42 ° C, and going through a heat exchanger gives thermal energy to the R-134a fluid, which passes through the same exchanger, in another chamber and at a lower temperature, for example 32 ° C.
  • This temperature difference of 42 - 32 10 ° C allows the residual effluent to transmit thermal energy to R-134a, which will subsequently raise its temperature by compressor action, to a value above 42 ° C of the effluent, by example 65 ° C.
  • the R-134a fluid travels to the dryer and gives the blood the thermal energy that it absorbed from the effluent, which is boiling at 53.6 ° C.
  • the R-134a fluid passes through the rolling valve, reduces its pressure and consequently lowers its temperature, up to 32 ° C already mentioned. The cycle is repeated in this way. No further explanations are deemed necessary, as this is a subject widely known to the person skilled in the art.
  • the present invention also relates to a process for obtaining a dried product from blood or derivatives which is described below.
  • the process for obtaining a dried product from blood or derivatives characterized in that it comprises the following steps: to. introduction of blood into a multi-effect evaporator system, where it is concentrated; b. introduction of concentrated blood leaving the evaporator system in a vertical plate dryer; C. continuous agitation of the blood in the dryer, by means of agitator mechanisms, which eliminate scale and extend the exchange surface; d. introduction of ozone inside the dryer; and e. energy injection into the evaporator and / or dryer system by means of residual effluents from an industry.
  • the residual effluents are circulated by a heat pump.
  • network water consumed by an industry is circulated as a cold fluid that condenses the vapors that leave the evaporator and / or dryer system.
  • the blood drying by the process object of the present invention is carried out in two phases a) a first phase, at a given pressure, ozone temperature and ozone concentration, which takes place at an absolute pressure of 350 mbar and in which the Ozone concentration is 400g / Nm 3 and the heater remains inactive; and b) a second phase, after the first one, at a pressure, ozone temperature and ozone concentration with values other than those corresponding to the first phase.
  • the second phase takes place at an absolute pressure of 150mbar
  • the ozone concentration is 150g / Nm 3 and the heater is activated, heating the ozone to 67 ° C.
  • the dried blood leaving the dryer is passed through a hammer mill.
  • the raw blood is collected in an accumulation tank and then introduced into a multi-effect evaporator system.
  • the evaporator system is optionally fed by the energy provided by residual effluents of an industry, with or without mediation of a heat pump. Blood travels through the evaporator system, and at the outlet it contains less water than at its entrance.
  • the blood that leaves the evaporator system concentrated is introduced into a tank, where it accumulates. Once the evaporator system has already processed the expected amount of blood, it stops its activity, and from the aforementioned tank begins to send blood to a dryer.
  • the evaporator system condenser uses as a cold fluid the mains water consumed by an industry.
  • the dryer receives liquid blood, which loses moisture until it becomes blood meal.
  • the dryer optionally feeds on the energy provided by residual effluents from an industry, with or without the mediation of a heat pump.
  • stirring mechanisms act, which move in a rotational movement around an axis. These mechanisms remove scale, increase the thermal transfer coefficient and extend the heat exchange surface.
  • a first phase of drying is distinguished, in which the blood remains in a liquid state and flows easily.
  • the blood stops flowing easily and / or acquires greater viscosity.
  • the possibility of a differentiated treatment for both phases is contemplated, where each phase passes to the most advantageous ozone pressure and concentration.
  • the following differentiated treatment is particularly interesting:
  • the vacuum pump reduces the absolute pressure to a lower value than the first phase, and the ozonator reduces the ozone concentration.
  • ozone can be passed through a heater prior to entering the dryer.
  • the ozonated gas mixture contributes to the drying of the blood, in a manner similar to the operation of a spray dryer. It is contemplated as an option that the dryer condenser uses as a cold fluid the mains water consumed by an industry.
  • Figure 1 shows a flow chart of the system object of the present invention.
  • Figure 2 shows a schematic representation of the dryer. Some dimensions are exaggerated to promote better understanding.
  • Figure 3 shows a longitudinal section of a particular embodiment of a dryer.
  • Figure 4 shows an enlarged detail of the dryer depicted in Figure 3.
  • Figure 5 shows a partially sectioned perspective view of a dryer according to Figures 3 and 4.
  • Figure 6 shows a sectioned perspective view of two heat exchange plates.
  • Figure 7 shows a representation of an agitator in contact with a thermal plate.
  • FIG. 1 A flow chart for the installation with continuous operation is shown in Figure 1.
  • the so-called "technical blood” is obtained from slaughtered animals, that is, blood in hygienic conditions.
  • the technique for obtaining it includes the use of a hollow blade knife connected to a vacuum suction tube.
  • the raw blood thus extracted is directed to an accumulation tank (1).
  • a peristaltic pump (1a) moves it from the tank (1) to an evaporator system (2).
  • Peristaltic pumps are especially suitable for blood displacement, because they operate in very high hygiene conditions and tolerate viscous products and the presence of some clots.
  • the evaporator system (2) operates under vacuum and in a particular embodiment comprises two evaporators.
  • Its function is to capture raw blood from the accumulation tank (1) and concentrate it to a certain degree of humidity.
  • the blood is concentrated to 30% solids in a wet base.
  • Evaporator systems are widely known to those skilled in the art, so that explanations about their constitution or operation are not considered appropriate.
  • the present invention contemplates the possibility of installing any type of evaporator system, for example of natural or forced circulation, of long or short vertical tubes, of horizontal tubes, of falling film, etc. With a non-limiting nature of the scope, the basic features of a preferred type of exchanger system are described below.
  • the evaporator system (2) consists of two evaporators in series, operating against the current. It is of natural circulation.
  • the heat exchangers (2c and 2d) are vertical and of the type of casing and tubes.
  • the exchangers (2c and 2d) are connected to separate steam separators (2a and 2b), which comprise de-foggers (2e and 2f).
  • the system (2) For transferring from one evaporator to another, the system (2) comprises a peristaltic pump (2g). No further explanations are necessary for being outside the essence of the invention and for being apparent to the person skilled in the art.
  • the steam that leaves the evaporator system (2) passes through a condenser (8) and at its outlet is sucked by a vacuum pump (8c).
  • the pump (8c) sucks those components that could not be condensed in the condenser (8).
  • the operating vacuum level in the evaporator system (2) is maintained both by the action of the condenser (8) and the pump (8c).
  • the condenser (8) is placed vertically, and the vacuum pump (8c) is conveniently located in the upper zone of the condenser (8), to avoid the suction of condensates, which accumulate by gravity in the lower zone of the condenser (8 ).
  • the condensates are evacuated outwards by means of a centrifugal pump (8a).
  • the cold fluid that absorbs heat from the vapor to condense is the network water consumed by an industry.
  • This water comes at a usual temperature between 7 and 20 ° C, depending on the place and time of the year, and is used in large quantities by slaughterhouses, for tasks such as cleaning, sterilization, boiler feed, etc.
  • the mains water is at a higher temperature than the inlet.
  • this condenser (8) represents energy savings.
  • Mains water is driven through the condenser (8) by means of a centrifugal pump (8b).
  • the energy source of the evaporator system (2) is a heat pump in which the R-134a refrigerant circulates. This fluid enters and leaves the system (2) through both inlet and outlet pipes.
  • the heat pump absorbs energy from residual effluents from a slaughterhouse comprising cleaning waters at 40 ° C.
  • Concentrated blood leaves the evaporator system (2) and is driven by a peristaltic pump (3D) to the dryer (3).
  • the system operates continuously, there is no accumulation tank between the system (2) and the dryer (3); Blood flows directly and continuously from the first to the second.
  • the dryer has two sealed chambers. One of them is the evaporation chamber (3B), which contains evaporating blood, to dry to the desired degree of humidity.
  • the other is the heating chamber (3A), which is covered by a residual effluent from a slaughterhouse. Blood enters the evaporation chamber (3B) through the corresponding inlet duct (3B3) and once dried, leaves it through an outlet duct (3B1).
  • the steam and other volatile substances present in the chamber (3B) are evacuated to the outside of the dryer (3) through a vertical duct (3B2).
  • This duct (3B2) has a diameter and length that make it a gravimetric separator, according to the Souders-Brown equation. No further explanations are considered necessary in this regard as it is a subject well known to the person skilled in the art.
  • the blood is agitated by the action of agitation means (3A3), which are inside the evaporation chamber (3B).
  • the heating fluid in this embodiment is a residual effluent, more specifically 62 ° C water from a pig scalding bath.
  • This effluent is driven by means of a centrifugal pump (3C) and is introduced, through an inlet manifold (3A1) into the heating chamber (3A) of the dryer (3).
  • an outlet manifold (3A2) Once the chamber is traveled (3A), dried blood leaves through an outlet manifold (3A2).
  • the degree of humidity is around 10% on a dry basis.
  • the dried blood is passed through a hammer mill (7).
  • the steam and other volatile substances leaving the dryer (3) pass through a condenser (9), located in a horizontal position, at the exit of which they are sucked by a vacuum pump (9c), placed in the upper area of the condenser (9 ).
  • the principles stated for the condenser (8) of the evaporator system (2) are extensible for this second condenser (9).
  • the cold fluid is also mains water, driven with a first centrifugal pump (9a), and the condensates, accumulated in the lower zone, are removed with a second centrifugal pump (9b).
  • an ozonator (4) is available, which introduces ozone into the dryer (3).
  • the ozonator (4) is fed with a bottle of pure oxygen, not shown. In order to inject the ozone at the appropriate temperature for each phase of drying, it passes through a heater (5) prior to the dryer (3). The ozone that has not reacted in the dryer (3), leaves it through the vertical duct (3B2), crosses the condenser (9) and reaches an ozone destroyer (6), prior to the vacuum pump (9c) . Ozone destroyers are known to the person skilled in the art.
  • FIG. 2 A schematic drawing of the dryer (3) is shown in Figure 2, to illustrate the nomenclature used herein. The measures and proportions are exaggerated in order to increase clarity.
  • a housing (12) can be seen, inside which a total of six heat exchange plates (13a, 13b, 13c, 13d, 13e and 13f) are housed.
  • an evaporation chamber (3B) is shown, through which blood circulates, and a heating chamber (3A), through which a residual effluent circulates, for example scalding water.
  • the blood and effluent paths are indicated representatively by means of arrows; for the effluent the line thickness is thin, and for the thick blood.
  • the separation between both chambers (3A and 3B) is watertight, so that at no time contact between the two fluids occurs.
  • the heating chamber (3A) comprises in this particular embodiment a total of three sub-chambers (14a, 14b and 14c), which are all connected, via pipes (15), to two manifolds (3A1 and 3A2), so such that they form a single volume, said heating chamber (3A).
  • the evaporation chamber (3B) comprises four subchambers (16a, 16b, 16c and 16d), which are also all in communication, also forming a single volume, said evaporation chamber (3B). Inside each of the subchambers (16a, 16b, 16c and 16d) of the evaporation chamber (3B), an agitator (3A3) is housed, driven by a shaft (17).
  • the agitators (3A3) are welded on a rod (17a), which is fixed on the shaft (17).
  • the rod (17a) and the axis are perpendicular, as shown in the figure.
  • the agitators (3A3) do not make physical contact with the exchange plates (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f), since They have been drawn with insufficient length.
  • the plane A-A ' is defined, which is perpendicular to the paper, parallel to the axis (17) and perpendicular to the rods (17a).
  • the proportions are not exaggerated, the contact between agitator (3A3) and plates is appreciated, and reference will be made to the plane AA 'represented in this figure.
  • a subchamber is housed between each two adjacent plates.
  • the sub chamber (14a) belonging to the heating chamber (3A).
  • the sub chamber (16b) belonging to the evaporation chamber (3B).
  • the sub-chamber (16a and 16d) which as an exception is not placed between two adjacent plates (13a, 13b, 13c, 13d, 13e and 13f), but between plate and housing (12).
  • a conduit (18) is observed through the housing (12), through which ozone is introduced into the dryer interior (3).
  • a dryer (3) is shown in Figure 3.
  • This comprises an outer casing (12), which houses in its interior the heat exchange plates (13) and stirrers (3A3) welded to rods (17a), which describe a rotational movement by means of a shaft fastener (17 ), said shaft being driven by a motor (19), outside the housing (12).
  • the shaft is supported inside the dryer by means of respective supports (20), which hold it while promoting its rotation.
  • the supports (20) are constituted as sliding contact bearings, without the need for lubrication.
  • the housing (12) has in its upper part two manholes (21), with the purpose of allowing access to its interior for cleaning, inspection, repair, etc. They are especially advantageous for cleaning and manual removal of any accumulations of fibrin, after each working day.
  • a gravimetric settling duct (3B2) which helps purify the steam obtained from the boiling of the blood. More specifically, its diameter is selected such that the rate of rise of the gases is slow enough so that those liquid particles in suspension do not follow the gas its upward path along the conduit (3B2), but rather precipitate by gravity.
  • an outlet pipe (22) of the steam is available, to be conducted to the condenser.
  • the blood is introduced at a point (not shown in the figure) of the upper zone of the dryer (3), falls by gravity and goes on to occupy the volume of each of the subchambers (16) of the evaporation chamber (3B) .
  • These subchambers (16) are run by agitators (3A3), welded to rods (17a) fixed on the shaft (17), and that develop a rotational movement. In this way, the blood is at all times under mechanical agitation.
  • each pair of plates (13 ) contiguous that delimits a sub-chamber (14), have a circular perforation in its center, traversible by the axis (17), and a concentric cylindrical part (23) with both perforations, but of greater diameter and welded to both plates ( 13). This ensures the mobility of the shaft (17) and the tightness.
  • enclosures (24) welded around the perimeter of each pair of adjacent plates (13) enclosing a sub chamber (14).
  • the enclosures (24) adapt to the geometry of the joining plates; if, for example, the plates to be joined are circular, the enclosures will have a circular crown shaped section.
  • the outlet duct (3B1) of the blood is placed in the lower part of the dryer (3) shown. Dry blood is evacuated through it.
  • each individual pipe (26a) introduces ozone into a particular subchamber (16).
  • FIG 4 a detail of Figure 3 is shown. A total of six vertical heat exchange plates (13) are observed. Between each of them adjoining, a subchamber is established. Subchambers (16) of the evaporation chamber (3B) and subchambers (14) of the condensation chamber (3A) are appreciated, with their corresponding enclosures (24) that guarantee the tightness between both chambers (3A and 3B), which They are arranged alternately.
  • stirrers (3A3) are placed welded to rods (17a), which are attached to the shaft (17), which gives them the rotation movement. When rotating the rods (17a) rotate with them the stirrers (3A3), by virtue of the said welding joint.
  • the rotary axis (17) passes through one of its supports (20) and crosses, through its central part, the six plates (13) and the three sub-chambers (14) of the condensation chamber (3A) as shown in this figure.
  • cylindrical pieces (23) concentric with the perforations of the plates (13), are welded into the corresponding pairs of plates (13).
  • the figure shows a total of three of these pieces (23).
  • the shaft (17) is immersed in the evaporation chamber (3B), and is therefore bathed by the product to be dried.
  • FIG 5 a perspective image of a dryer (3) according to Figures 3 and 4 is observed.
  • the housing (12) is partially sectioned, to make its interior visible, as well as a part of the plates of exchange (13).
  • the motor (19), the shaft (17) that it drives, the rods (17a), perpendicular to the shaft (17), and stirrers (3A3) welded to the rods (17a) are appreciated.
  • the enclosures are equally visible (24).
  • a pipe (15) is placed for each subchamber (14), where the pipes (15) enter the interior of the subchambers (14), crossing its enclosures (24).
  • the collector (3A2) is an outlet, because it is in a lower area, and the residual effluent (scalding or cleaning water), accumulates on it.
  • the mouths of man (21) and the conduit of decantation (3B2) have been omitted.
  • Figure 6 a sectioned perspective view of two exchange plates (13) is shown, the outer enclosures (24) and the cylindrical part (23) being visible between both plates (13). The interior of the cylindrical part (23) is crossed by the shaft that moves the agitators (not shown in this figure).
  • a subchamber (16) of the evaporation chamber and a subchamber (14) of the heating chamber are indicated.
  • This figure represents a constructive possibility of the dryer, but its sole purpose is to show in perspective the numbered elements, to help its better understanding, and in no case constitutes a limiting example of the scope of the invention nor restricts it to the construction shown.
  • the outer enclosure (24) is in this figure without fixing to two plates (13), in an expanded position.
  • a representation of a stirrer (3A3) is shown, in contact with an exchange plate (13b). Two adjacent exchange plates (13b and 13c) are observed, between which a sub chamber (16) belonging to the evaporation chamber (3B) is housed. Therefore, it contains blood to dry.
  • the shaft (17) crosses the subchamber (16) and describes a rotation movement, as indicated in the figure.
  • the corresponding rod (17a) is observed, perpendicular to the axis (17).
  • the stirrer (3A3) is fixed by welding on the rod (17a).
  • the stirrer is composed of an aluminum alloy with 13.5% silicon, 4% manganese and 3% nickel. This material has a very high thermal conductivity, significantly higher than that of steels, which enhances the heat transfer from the plate (13b) to the agitator itself (3A3).
  • the stirrer (3A3) transmits heat to the blood contained in the subchamber (16) shown.
  • the stirrer (3A3) has a straight conformation outside the dryer, in an initial resting state. To insert it between the adjacent plates (13b and 13c), the agitator (3A3) is subjected to a curvature, appreciable in the figure. The natural tendency of the alloy to recover its original straight form, produces a mechanical stress that exerts a pressure of the agitator (3A3) on the thermal plate (13b). As a result of this pressure, there is an area (27) of contact between the agitator (3A3) and the plate (13b). The elastic properties of the alloy cause this area (27) to be large enough to facilitate heat transfer from the plate (13b) to the agitator (3A3). With other types of common alloys, for example those derived from steel, the area would be smaller and heat transfer would be impaired accordingly.
  • the agitator (3A3) by virtue of the pressure exerted on the plate (13b), in turn exerts a scratch that eliminates scale, keeping the exchange surface clean.
  • this contact between agitator (3A3) and plate (13b) mechanically breaks the fluid boundary layer, which accelerates the heat transfer. More specifically, this breakage causes a heat transmission by conduction in a non-stationary state, which implies a notable acceleration in thermal transfer.
  • the agitator (3A3) is welded to the rod (17a) of the shaft (17).
  • the agitator length (3A3) is defined below.
  • a cutting plane is drawn parallel to the axis (17) and perpendicular to the rod (17a), that is to say a plane like AA 'as represented in Figure 2.
  • the section that this cutting plane makes on the agitator (3A3 ), is the one represented in this figure by a shaded area.
  • two agitator ends (3A3) are distinguished, called A and B in this figure. End A it is the one that is welded on the rod (17a), and the end B is the opposite.
  • the length of the agitator (3A3) is defined as the distance between the ends A and B, traveled by the interior of the agitator, that is, by the shaded area.
  • the aluminum alloy allows working with agitators (3A3) of great lengths. If the material were a steel alloy, the usable length would be much shorter. By usable length means that which allows to maintain temperatures higher than the boiling fluid. It is evident that it is of interest to have agitators (3A3) of the greatest possible length, since a greater length implies an area of contact with the largest blood. And the larger the contact area, the greater the thermal power of the dryer.
  • Raw blood is collected in an accumulation tank. From this tank, it is pumped to a multi-effect evaporator system, consisting of two evaporators.
  • the system's energy source is a heat pump that absorbs energy from the cleaning water of a slaughterhouse. Blood travels through the evaporator system and at its exit is more concentrated than at the entrance.
  • the steam generated in the evaporator system is condensed in a condenser cooled by the mains water consumed by a slaughterhouse.
  • the blood is continuously introduced into a dryer, which feeds on the energy provided by a residual effluent, more specifically pig scalding water at 65 ° C.
  • the blood remains in the drying until reaching the desired dryness, corresponding to 10% in dry basis.
  • the blood is subjected to the rotational action of agitators composed of an aluminum alloy with 13.5% silicon, 4% manganese and 3% nickel.
  • the agitators exert a constant pressure on the exchange surfaces that guarantees a scratch that eliminates scale, improves the thermal transfer coefficient and extends the exchange surface in a manner similar to thermal dissipation fins.
  • the unreacted ozone is destroyed in an ozone destroyer located at the exit of the dryer. Water vapor leaving the dryer is condensed in a condenser cooled by the mains water consumed by a slaughterhouse.
  • the dried blood once it leaves the dryer, is passed through a hammer mill that gives it a powdery finish.

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Abstract

Dispositivo y procedimiento para la obtención de un producto desecado a partir de sangre o derivados. El dispositivo comprende un sistema de evaporación de múltiple efecto (2) a vacío, un secador (3) de placas verticales a vacío, con presencia de agitadores (3A3) que extienden la superficie de intercambio, un ozonizador (4); y donde el sistema de evaporadores (2) y/o secador (3) emplean como fuente de energía los efluentes residuales de una industria. El procedimiento comprende las etapas de introducir la sangre en sistema de evaporadores de múltiple efecto que la concentra, y envío de la sangre concentrada hasta un secador. En el secador la sangre es removida por la acción de unos agitadores y se somete a la acción del ozono inyectado por un ozonizador.

Description

DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE UN PRODUCTO DESECADO A PARTIR DE SANGRE O DERIVADOS
SECTOR TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo y procedimiento para el procesado de subproductos y/o residuos de la industria alimentaria, más concretamente aborda la producción de un producto desecado a partir de sangre líquida o derivados.
ESTADO DE LA TÉCNICA
La sangre generada en las industrias cárnicas, como los mataderos, constituye un residuo líquido contaminante. Su grado de humedad suele estar en torno al 80% en base húmeda. Habitualmente su gestión se reduce a una simple incineración por parte de un gestor de residuos. Sin embargo, la fracción sólida de la sangre posee muchos componentes de elevado valor en el mercado. Destaca entre ellos la lisina, un aminoácido esencial para la dieta de muchos animales, el cual es muy empleado en la formulación de piensos. Una forma de obtener estos componentes comprende la eliminación del agua de la sangre hasta formar la llamada harina de sangre, que habitualmente tiene un grado de humedad en torno al 8-12% en base seca. Una vez hecha harina, la sangre deja de ser el residuo contaminante original, y se puede conservar, envasar y distribuir con facilidad. El secado de la sangre es un proceso energéticamente costoso, si se tiene en cuenta que para evaporar un litro de agua hacen falta en torno a 550 Kcal. Una tecnología que reduce significativamente el coste energético de la eliminación de agua son los evaporadores de múltiple efecto. Se usarán en todo el documento como sinónimos los términos: "sistema de evaporadores de múltiple efecto", "sistema de evaporadores" y "evaporadores de múltiple efecto". El ahorro se produce porque el producto acuoso a tratar se evapora en sucesivas etapas, cada una de las cuales se alimenta de la energía que le proporciona el calor de condensación del vapor generado en la etapa anterior. El ahorro energético es proporcional al número de evaporadores: cuantos más evaporadores, menor el coste. Al mismo tiempo, los sistemas de evaporadores suelen trabajar a vacío, lo que garantiza temperaturas de ebullición por debajo de los 100°C. En el caso de la sangre esto es una gran ventaja, ya que las temperaturas elevadas desnaturalizan sus proteínas, y este hecho significa una caída en el valor de la harina en el mercado. Las dos razones aquí expuestas, reutilización del vapor y baja temperatura, hacen que el coste energético sea de los más bajos y la calidad del producto alta. Es por eso que en el estado de la técnica ha resultado siempre ventajosa la inclusión de evaporadores de múltiple efecto para eliminar agua de la sangre.
Sin embargo, los evaporadores de múltiple efecto presentan problemas cuando manejan productos de alta viscosidad, tal como es el caso de la sangre para ciertos grados de humedad. En añadidura, el fenómeno de la coagulación de la sangre complica todavía más su manejo mediante sistemas de evaporadores. Para evitar estos problemas, en la técnica actual los evaporadores no secan completamente la sangre hasta hacerla harina, sino que simplemente la concentran hasta un cierto grado de humedad. Este grado ha de ser tal que permita que la sangre mantenga una baja viscosidad. Por ejemplo, es típico que un sistema de evaporadores de múltiple efecto concentre la sangre hasta un 60-70% de humedad en base húmeda. Con este grado de humedad la sangre sigue fluyendo con facilidad, de modo que permite un correcto funcionamiento de los evaporadores. Una vez concentrada la sangre a la salida de los evaporadores, se conduce hasta un dispositivo Analizador, el cual elimina el resto de humedad, hasta convertirla en harina de sangre comercial.
Si bien los sistemas de evaporadores de múltiple efecto son una opción que abarata mucho el proceso de concentración de la sangre con respecto a otras tecnologías, pueden resultar igualmente caros en determinadas instalaciones. Por ejemplo, si se desea trabajar con temperaturas de ebullición inferiores a 55°C, con el fin de minimizar el deterioro proteico, el diferencial térmico disponible en relación a una temperatura ambiente de 25°C es de sólo 30°C. Este valor implica que en la práctica sólo se utilizarán dos o a lo sumo tres evaporadores, lo que limita el ahorro energético con respecto a otros sistemas típicos con cuatro o más evaporadores. Por esta razón, sigue siendo necesario hallar técnicas adicionales que reduzcan el coste energético de los sistemas de evaporadores de múltiple efecto.
Cuando la sangre abandona el sistema de evaporadores de múltiple efecto, se encuentra más concentrada que la sangre cruda que entró en el sistema, y se somete al tratamiento de secado de un equipo finalizador del secado. Existen dos tipos de finalizadores: de contacto directo e indirecto. En los directos el fluido que cede calor a la sangre (fluido calefactor) entra en contacto con ésta, mientras que en los indirectos no existe tal contacto; una superficie metálica separa sangre y fluido calefactor. Los ejemplos más típicos de finalizadores de contacto directo son los secadores de spray y los secadores de anillo. Entre los finalizadores de contacto indirecto destacan los digestores y los secadores de tambor. En los secadores de spray, la sangre se pulveriza mediante un mecanismo de atomización y se atraviesa por una corriente de aire caliente a unos 170°C. Estos equipos presentan el inconveniente de trabajar a elevadas temperaturas. Aunque el tiempo de contacto entre la sangre y el aire sea muy breve, contribuye a aumentar la desnaturalización proteica. Otro inconveniente que presentan es que no eliminan las partículas volátiles causantes de los malos olores característicos de la producción de harina de sangre. Los grandes caudales de aire caliente que generan, pueden incluso potenciar las emisiones de los malos olores. Ejemplos de secadores de spray son aquellos divulgados en los documentos de patente US4187617A y US5624530A. En los secadores de anillo la sangre permanece en una corriente de aire en suspensión que realiza un recorrido cíclico por un conducto cerrado en forma de anillo. Un sensor de sequedad extrae de dicho recorrido aquellas partículas que hayan perdido una determinada humedad, y van a parar a un decantador ciclón. Los inconvenientes de este sistema son los mismos que los descritos para los secadores de spray. Tanto los secadores de spray como los de anillo, tienen la particularidad, en virtud de manejar un flujo de sangre suspendido en forma de pequeñas gotas en el aire, de contar con una gran superficie de intercambio térmico. Esto repercute en el tamaño de los equipos y en el tiempo de secado, que serán más reducidos que en los sistemas de contacto directo. Un ejemplo de estos equipos es el divulgado en el documento US2351091A. Los digestores son unos depósitos con encamisado exterior, por el cual circula un fluido calefactor. En el interior del depósito se hayan unos mecanismos agitadores, que remueven la sangre a secar una vez ésta entra al digestor. Los digestores pueden funcionar a vacío y por tanto a bajas temperaturas; en este aspecto pueden lograr que el deterioro de la harina de sangre sea inferior al de los dos sistemas anteriores. Por otra parte, se puede hermetizar, con lo cual la gestión de los malos olores es más sencilla. En contrapartida, la superficie de intercambio térmico de estos sistemas es muy inferior a la de los sistemas de contacto directo, necesitando equipos más grandes y mayores tiempos de secado. Los digestores son muy conocidos en el estado de la técnica.
En los secadores de tambor la sangre se vierte sobre unos cilindros calefactados, formando una fina película, la cual se seca. Para desincrustar la capa de sangre seca adherida a las paredes de los cilindros, estos rotan y se ven sometidos a la presión de una cuchilla, que retira las incrustaciones. Las ventajas e inconvenientes de estos dispositivos son semejantes a las de los digestores. Un ejemplo de este tipo de dispositivos es el divulgado en el documento ES463346A1. Otro fenómeno de relevancia es que la sangre es un fluido biológicamente activo, con presencia de células animales y una importante actividad bioquímica. Esta característica establece una diferencia crucial entre la sangre y los fluidos industriales de uso común. Parte de dicha actividad consiste en la formación de coágulos de componentes sanguíneos, en gran medida por acción de la fibrina. Estas propiedades han de ser tenidas en cuenta en las soluciones técnicas.
Resulta pues interesante desarrollar dispositivos que solucionen los problemas aquí expuestos, y de forma más particular que combinen las ventajas de los dispositivos de contacto directo e indirecto, al tiempo que eviten sus desventajas. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Por lo tanto, existe la necesidad de nuevos sistemas de procesado de sangre y/o derivados que solucionen al menos alguno de los problemas mencionados. Es un objetivo de la presente invención satisfacer dicha necesidad.
En el presente documento, el término "sangre" no se refiere únicamente a la sangre cruda recién extraída de un animal sacrificado. El término incluye también a los diversos productos derivados de dicha sangre, aunque a nivel técnico no reciban el nombre de "sangre". Por producto derivado de la sangre, se entienden aquellas sustancias obtenidas a partir de una adición o sustracción de componentes de la sangre cruda animal. Por ejemplo, productos derivados serían el plasma sanguíneo, la pasta de glóbulos rojos, sangre parcialmente deshidratada, sangre con sales anticoagulantes, sangre con conservantes, etc.
El dispositivo objeto de la presente invención comprende los siguientes elementos:
• un sistema de evaporación de múltiple efecto a vacío, con al menos dos evaporadores; · un primer condensador del vapor que sale del sistema de evaporación de múltiple efecto;
• una primera bomba de vacío, actuando sobre el sistema de evaporación de múltiple efecto;
• un secador del producto concentrado que abandona el sistema de evaporación de múltiple efecto, a vacío y que dispone de mecanismos agitadores;
• un segundo condensador conectado a la salida del secador; y • una segunda bomba de vacío, que actúa sobre el segundo condensador.
El dispositivo además comprende:
• un depósito de recogida y acumulación de la sangre recién obtenida del animal sacrificado, desde el cual se alimenta al sistema de evaporación de múltiple efecto;
• un ozonizador, el cual dosifica la introducción de ozono al interior del secador a vacío;
• un calentador de los gases que el ozonizador dosifica al secador; y
• un molino de martillos, que desmenuza el producto seco que abandona el secador.
La sangre posee un gran número de particularidades que la diferencian sustancialmente de la amplia mayoría de fluidos de uso industrial. Ello se debe a que es un fluido procedente de seres vivos, que posee una actividad bioquímica elevada. Destaca especialmente la formación de coágulos y la desnaturalización proteica. Ambas propiedades dificultan en gran medida su procesado. Los coágulos ensucian las superficies de intercambio térmico y dificultan o impiden el bombeo de la sangre. La desnaturalización llega a ocasionar que la sangre deje de fluir y se convierta en un sólido. Todas estas características, dan a la sangre una especial dificultad a la hora de ser manejada, y sobre ellas incide directamente la presente invención. Cuando la sangre se halla en circulación en los seres vivos, la coagulación se encuentra normalmente inhibida, pero una vez derramada al exterior ésta se inicia, en un tiempo que habitualmente es del orden de varios minutos. El mecanismo bioquímico que provoca la coagulación es el siguiente. La sangre posee una proteína, el fibrinógeno, que por mediación de la enzima trombina se transforma en fibrina, otra proteína, de tipo fibrilar, con capacidad de polimerizarse y formar así grandes redes tridimensionales. Estas redes actúan como un pegamento, y con facilidad atrapan grandes cantidades de células sanguíneas, formando así un coágulo.
Los sistemas de evaporación de múltiple efecto son una tecnología que abarata notablemente los costes energéticos de los procesos de deshidratación, porque aprovechan sucesivas veces el calor de condensación del vapor producido en cada efecto individual. En esta invención la sangre cruda o derivado es introducida en dicho sistema, donde pierde agua hasta llegar a una determinada concentración. El grado de concentración dependerá del tipo de evaporadores. Es típico deshidratar la sangre hasta llegar a un 30% de materia seca, pero en evaporadores con superficie rascada este valor puede aumentar sustancialmente. Una vez así concentrada, la sangre abandona el sistema de evaporadores y se introduce en el secador, que eliminará el agua restante, hasta dejar a la sangre con el grado de humedad comercial, habitualmente en torno a un 10% en base seca.
Se contempla que el secador comprenda transmisión de calor por contacto indirecto y por contacto directo. El secador comprende placas de intercambio térmico situadas en posición vertical, además comprende una primera cámara, para un fluido calefactor (por ejemplo agua caliente), y una segunda cámara a vacío para el medio calefactado, en este caso la sangre, y para una mezcla gaseosa que caliente la sangre de modo directo. El secador comprende además una segunda cámara caracterizada porque comprende unos medios de agitación de la sangre, los cuales ejercen además un efecto de rascado sobre las mencionadas placas de intercambio. El rascado permite retirar la capa de ensuciamiento sobre las placas y aumentar el coeficiente de transferencia térmica.
Otra característica del secador que lo hace particularmente interesante es el elevado ratio: (superficie de transferencia de calor / volumen de secador). Esto se consigue con la disposición de las placas verticales, próximas entre sí, y con el contacto térmico entre placas y medios de agitación, que actúan en equivalencia a unas aletas de disipación térmica. El mencionado ratio es mucho más pequeño en otros equipos del estado de la técnica, tales como los digestores, donde la única superficie de intercambio térmico suele estar en la carcasa exterior que envuelve al digestor, habitualmente cilindrica. En la presente invención, el medio calefactor puede recorrer la carcasa exterior del secador, al igual que en los digestores tradicionales, pero también su interior, a través de placas de intercambio verticales. Además, al estar en contacto los medios de agitación con las placas, éstas últimas transmiten calor a los primeros. De esta forma los medios de agitación extienden la superficie de transferencia de calor más allá de las placas, de un modo equivalente al de las aletas de disipación térmica que posee un motor eléctrico, un procesador informático, etc. Con la finalidad de promover la transferencia de calor entre placas y agitadores, se toman las siguientes consideraciones. En primer lugar los agitadores han de ser de un material que sea buen conductor del calor. Los secadores y demás equipos de uso en la industria alimentaria suelen componerse de materiales como el acero inoxidable, que otorgan muy buena resistencia mecánica y una conducción del calor aceptable, por ejemplo en torno a 15 W/rn- K. En el caso de los agitadores, estos deben de ser de un material que conduzca el calor mucho mejor que el acero inoxidable. En la presente invención, y de forma preferente, los agitadores son de aluminio o una aleación del mismo. Las aleaciones de aluminio de uso alimentario pueden tener una conductividad térmica superior a 200 W/ητ Κ, y al mismo tiempo poseen unas capacidades mecánicas adecuadas, especialmente en aplicaciones a bajas temperaturas, como es el caso de la presente invención. Por otra parte, las aleaciones han de otorgar la elasticidad adecuada al agitador, de modo que éste sufra una cierta deformación al ser presionado contra la placa, para así aumentar la superficie de contacto entre ambos elementos y por tanto acelerar la transferencia de calor. Ejemplos de aleaciones que satisfacen todas las propiedades de conductividad, resistencia mecánica, elasticidad, y además ofrece buena resistencia a la corrosión son las siguientes:
• aluminio con un 2% de hierro y un 0,6% de cobre.
• aluminio con un 13.5% de silicio, 4% de manganeso y 3% de níquel. De forma preferida, el secador se construye en su totalidad de acero inoxidable, por ejemplo del tipo AISI 316L, excepto los agitadores, que son preferentemente de aleación de aluminio. El acero inoxidable otorga una resistencia mecánica superior a la de la aleación de aluminio, lo cual lo hace un material idóneo para soportar el propio peso del equipo, las tensiones dinámicas y las diferencias de presión entre cámaras. Sin embargo, en esta invención se hace uso de la particularidad de que los agitadores están sometidos a unas cargas mecánicas inferiores a las del resto del secador, para construirlos de otro material, que sacrifica resistencia mecánica a favor de conductividad térmica y elasticidad. Los agitadores, no están sometidos a diferencias de presión, y el peso que han de soportar es bajo. En la primera cámara del secador circula un fluido que aporta calor para el secado, y en la segunda cámara la sangre a secar y, de ser el caso, una mezcla gaseosa que aporta calor a la sangre por contacto directo. Cada cámara se divide en un conjunto de subcámaras conectadas entre sí, formando un único volumen. Entre cada dos placas contiguas, se sitúa una subcámara perteneciente a alguna de ambas cámaras. A modo de ejemplo, considerando un secador con 10 placas, numeradas correlativamente 1 , 2, 3, 10, entre los pares 1-2, 3-4, 5-6, 7-8 y 9-10 circula la sangre a desecar y la citada mezcla gaseosa, y entre los pares complementarios: 2-3, 4-5, 6-7 y 8-9 circula exclusivamente un fluido calefactor. Este tipo de configuraciones y su funcionamiento, son conocidos en el estado de la técnica, y no se hacen necesarias mayores aclaraciones. La separación contemplada entre cada par de placas contiguas, es preferiblemente del orden de varios centímetros.
En una realización de la invención, las placas contiguas se separan 66 mm, y se disponen ocho agitadores en cada subcámara, consiguiendo así un ratio de aproximadamente 32m2 de superficie de intercambio por cada metro cúbico de secador, un valor que se aproxima al doble del correspondiente a la misma realización pero sin agitadores. Una ventaja fundamental de la aleación de aluminio frente al resto de materiales comunes en la técnica, como el acero inoxidable, es que permite aumentar las dimensiones de los agitadores a efectos térmicos, aumentando así la superficie de intercambio. Esto se debe al fenómeno de caída de temperatura en una aleta metálica de disipación térmica: cuando tenemos una aleta (o su equivalente como agitador en la presente invención) en contacto con un foco de calor, el calor se desplaza a lo largo de la aleta, pero la temperatura de la misma decrece con la distancia al foco de calor. Es decir, en los puntos de la aleta en contacto con el foco de calor, su temperatura coincidirá con la del foco, pero en los puntos alejados del foco, la temperatura descenderá, y de manera proporcional a la distancia que los separa. Este fenómeno es conocido por todo experto en la materia y no se hacen necesarias mayores explicaciones. La importancia de la aleación de aluminio radica en que la caída de temperatura es más suave que con otros materiales, lo que permite disponer de agitadores más extensos. A modo de ejemplo ilustrativo, suponemos un medio calefactor a 60°C, y sangre hirviendo a 50°C, lo que implica un diferencial térmico de 10°C. Si el diferencial mínimo a mantener es de 4.6°C, a efectos de una transmisión de calor eficaz, entonces sería admisible en los agitadores una caída de temperatura de hasta 5.4°C (10 - 4.6). Y para las aleaciones de aluminio esta caída permite unos agitadores de dimensiones mucho mayores que las equivalentes para el acero inoxidable. Este aumento de dimensiones implica mayor superficie de intercambio térmico, y un mayor ratio: (superficie de intercambio / volumen de secador). Los inventores han observado como de especial interés las dos aleaciones anteriormente indicadas.
En la presente invención se contempla que el funcionamiento del secador pueda ser tanto por lotes como en continuo. En la versión por lotes, la sangre concentrada que sale del sistema de evaporadores es primeramente recogida en un depósito. Una vez se ha evaporado la totalidad de la sangre, el concentrado se transfiere desde este depósito hasta el secador. En el funcionamiento en continuo, no se emplea dicho depósito, sino que la sangre concentrada fluye constantemente desde la salida del sistema de evaporadores hasta el secador. Tanto en el caso del funcionamiento por lotes como en continuo, la sangre en el secador está inicialmente en estado líquido. A medida que transcurre el secado, ésta va perdiendo agua y por tanto fluidez, y se transforma gradualmente en una sustancia pastosa y/o pulverulenta. Al final del secado se convierte en la harina de sangre comercial, con un grado de humedad en torno al 10% en base seca.
El secado ha de transcurrir evitando los problemas de la coagulación sanguínea, las proliferaciones microbianas y la emisión de malos olores: a) La coagulación sanguínea puede ocurrir en la sangre líquida. Disminuye su fluidez, aumenta la viscosidad y aumenta la capacidad de la sangre de adherirse a las superficies de intercambio térmico, ensuciándolas. Asimismo, la coagulación exige un posterior tratamiento de desmenuzado, por ejemplo mediante un molino de martillos. b) Las proliferaciones microbianas en la sangre pueden constituir un problema de salud pública. El secado se realiza a vacío y por tanto a temperaturas inferiores a las habituales en la industria; a modo orientativo entre 40 y 70°C. En este rango algunos microorganismos pueden estar activos, lo cual requiere medidas biocidas. c) Un problema común en la industria de la producción de sangre desecada, es la emisión de malos olores. Las partículas volátiles resultado del secado de la sangre son habitualmente de olor desagradable, requiriendo un tratamiento al respecto.
Los inventores han encontrado en el ozono un agente químico capaz de solucionar de forma muy efectiva los tres problemas anteriores. Se observó que cuando el ozono es burbujeado en sangre líquida, ésta detiene su coagulación. Por otra parte, el ozono es un agente bactericida muy potente, del orden de varios cientos de veces más fuerte que el cloro, y su uso es compatible con la industria alimentaria. Además, el ozono es muy eficaz destruyendo las sustancias volátiles causantes de los malos olores.
Adicionalmente, el nivel de vacío existente en el secador permite ejercer un efecto bacteriostático sobre la sangre a secar, especialmente contra las bacterias aeróbicas. Este fenómeno es conocido en la industria alimentaria, por ejemplo con la técnica de conservación de productos por envasado al vacío.
El tratamiento con ozono se divide en dos fases. La primera fase es aquella en la cual la sangre está líquida, y el ozono es burbujeado en su seno, con la finalidad de que se disuelva en ella. En la segunda fase la sangre ha dejado de ser líquida, y el ozono introducido forma parte de la atmósfera gaseosa que la rodea. Los efectos biocidas y anticoagulantes del ozono se concentran mayormente en la primera fase, mientras que los efectos desodorizantes lo hacen en la segunda fase. En la segunda fase la escasa humedad de la sangre es en sí misma un factor biocida. Este fenómeno es conocido a través de cualquiera de los métodos de conservación de alimentos por deshidratación. Y como en la segunda fase el ozono no tiene apenas agua en la que disolverse, permanece en la atmósfera que envuelve a la sangre en estado pastoso y/o pulverulento. Dicha atmósfera contiene además las sustancias volátiles causantes del mal olor, de ahí que en esta fase el ozono actúe principalmente como desodorizante.
Es conocido por el experto en la materia que la solubilidad del ozono en agua depende, entre otros factores, de la concentración del ozono en la mezcla gaseosa inyectada al secador y de la presión en su interior. A mayor concentración y presión, mayor solubilidad. Por razones de seguridad alimentaria, se hace necesario prever concentraciones microbianas importantes en la sangre líquida. Como la mayor parte del efecto biocida del ozono se concentrará en la primera fase del secado (sangre líquida), se contemplan mayores necesidades de ozono que en la segunda fase. A estos efectos, para disolver en la sangre la cantidad de ozono deseada, se contempla que en la primera fase la concentración del ozono y la presión en el secador sean mayores que en la segunda fase. A modo de ejemplo ilustrativo y no limitativo, se contempla que la primera fase discurra a vacío con una presión absoluta de 350 mbar y la mezcla gaseosa inyectada contenga 400g/Nm3 de ozono; y la segunda fase a 150 mbar y mezcla con 150 g/Nm3 de ozono. En función de las necesidades, la fuente del ozono puede ser aire atmosférico o una botella de oxígeno. La segunda opción se estima particularmente interesante durante la primera fase del secado, porque permite que la mezcla gaseosa a inyectar en el secador tenga concentraciones de ozono superiores a las correspondientes para el caso del aire.
Una novedad adicional de gran relevancia que divulga la presente invención consiste en la inclusión de un calentador del ozono. Dicho calentador actúa preferentemente en la segunda fase, para contribuir a la finalización del proceso de secado. Además, la inyección del ozono caliente en la segunda fase contribuye a mantener constante la velocidad de secado. En la primera fase, la sangre posee una gran cantidad de agua, lo que genera una convección que acelera la transferencia de calor y evaporación. Sin embargo, en la segunda fase la cantidad de agua es menor, y la sangre adquiere una textura pastosa y/o pulverulenta de menor densidad que en la primera fase, porque acumula poros de aire en su interior. Esta característica reduce el coeficiente de transferencia de calor y por tanto la velocidad de secado en la segunda fase. Una manera de compensar esto y contribuir a una velocidad constante consiste en acelerar el secado en la segunda fase con la adición del gas ozonizado caliente.
El calentador eleva la temperatura de la mezcla gaseosa con ozono inyectada en el secador, para que ceda este calor a la sangre y contribuir así a su deshidratación. A modo de ejemplo ilustrativo, si en la segunda fase del secado hay un vacío de 150 mbar, correspondiendo una temperatura de ebullición de en torno a 53°C, la mezcla ozonizada puede calentarse hasta 70°C y posteriormente inyectarse en el secador. De esta manera la mezcla contribuye, con su aporte de energía térmica, al secado. Este fenómeno resulta de especial relevancia porque permite combinar en un mismo secador, la técnica de secado indirecto, a través de superficies metálicas de transferencia térmica (placas y agitadores), y la de secado directo (gas caliente). Como es sabido por el experto en la materia, el secado directo con gas caliente aumenta notablemente la superficie de transferencia térmica, sobre todo cuando el gas atraviesa el seno de un producto pulverulento, como es el caso de los secadores de spray. En este sentido, el secador divulgado combina tanto el secado indirecto como el directo, beneficiándose de unas ventajas propias de los secadores de spray, que son de contacto directo.
En cuando a las fuentes de energía del sistema de evaporadores y del secador, se contemplan diversas posibilidades. Por una parte se puede hacer uso de los sistemas convencionales, como agua caliente, aceite térmico o vapor provenientes de una caldera. Pero de forma preferida, se aprovecha la energía térmica de aquellos efluentes residuales producidos en una industria y que salgan a una temperatura superior a un cierto umbral mínimo, de forma orientativa unos 55°C. De forma particularmente interesante, dicha industria será la propia fábrica en la cual se instala la invención que aquí se preconiza. En el caso de un matadero, es habitual la producción de ingentes cantidades de fluidos residuales a temperaturas superiores a 55°C. Por ejemplo, las aguas de escaldado de cerdos pueden encontrarse a temperaturas entre 60 y 80°C. Las aguas de limpieza toman una temperatura típica de en torno a 65°C. Sea cual sea su procedencia, los efluentes residuales son contaminantes y tienen su destino en una depuradora de residuos, por lo que su empleo como fuente de energía es de relevancia ecológica. Sus bajas temperaturas limitan en gran manera sus aplicaciones industriales, pero los procesos a vacío, caso de la presente invención, permiten su aprovechamiento eficaz. A modo de ejemplo ilustrativo, si la presión absoluta en el secador es de 150 mbar, la temperatura de ebullición del agua será aproximadamente de 53.6°C. Si la fuente de energía son las aguas de limpieza, que retornan a una temperatura de 65°C, existe un diferencial térmico de 65 - 53.6 = 11.4°C, el cual permitirá que el efluente trasmita calor a la sangre interior al secador, para producir su secado a vacío. Si en vez de en vacío el secador estuviese a presión atmosférica, con una temperatura de ebullición del agua de en torno a 99°C, sería imposible el aprovechamiento energético del efluente; de ahí la importancia del funcionamiento a vacío de los procesos de esta invención. Un caso más complicado se produce cuando las temperaturas de los efluentes residuales son inferiores al citado umbral de en torno a 55°C. Para poder seguir aprovechando la energía térmica en esta situación se contempla la disposición de una bomba de calor. En ella, un fluido refrigerante apto para la industria alimentaria, como el R-134a, es circulado en un circuito cerrado que comprende un compresor y una válvula de laminación. Dicho fluido refrigerante absorbe calor del efluente residual, y la entrega en el sistema de evaporadores o secador, a una temperatura superior a la del efluente. Por ilustrar esta propiedad, el efluente residual podría tener una temperatura de 42°C, y atravesando un intercambiador de calor cede energía térmica al fluido R-134a, que atraviesa el mismo intercambiador, en otra cámara y a una temperatura inferior, por ejemplo de 32°C. Esta diferencia de temperatura de 42 - 32 = 10°C permite que el efluente residual transmita energía térmica al R-134a, el cual elevará posteriormente su temperatura por acción del compresor, hasta un valor por encima de los 42°C del efluente, por ejemplo 65°C. Una vez a 65°C, el fluido R-134a se desplaza al secador y cede a la sangre la energía térmica que absorbió del efluente, la cual se encuentra en ebullición a 53.6°C. Al salir del secador, el fluido R-134a atraviesa la válvula de laminación, reduce su presión y baja su temperatura consecuentemente, hasta los 32°C ya mencionados. El ciclo se repite de esta manera. No se estiman necesarias más explicaciones, por ser ésta una materia ampliamente conocida por el experto en la materia.
En otro aspecto la presente invención también se refiere a un procedimiento para la obtención de un producto desecado a partir de sangre o derivados que es descrito a continuación.
El procedimiento para la obtención de un producto desecado a partir de sangre o derivados, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a. introducción de sangre en un sistema de evaporadores de múltiple efecto, donde se concentra; b. introducción de la sangre concentrada que abandona el sistema de evaporadores en un secador de placas verticales; c. agitación continua de la sangre en el secador, por medio de mecanismos agitadores, que eliminan incrustaciones y extienden la superficie de intercambio; d. introducción de ozono en el interior del secador; y e. inyección de energía en el sistema de evaporadores y/o secador por medio de efluentes residuales de una industria. En otro aspecto del procedimiento los efluentes residuales se hacen circular por una bomba de calor.
En otro aspecto del procedimiento se hace circular agua de red consumida por una industria como fluido frío que hace condensar los vapores que abandonan el sistema de evaporadores y/o secador. El secado de sangre mediante el procedimiento objeto de la presente invención se realiza en dos fases a) una primera fase, a una presión, temperatura de ozono y concentración de ozono determinadas, que transcurre a una presión absoluta de 350 mbar y en la que la concentración de ozono es de 400g/Nm3 y el calentador permanece inactivo; y b) una segunda fase, posterior a la primera, a una presión, temperatura de ozono y concentración de ozono con valores distintos a los correspondientes a la primera fase. En una realización particular la segunda fase transcurre a una presión absoluta de 150mbar, la concentración de ozono es de 150g/Nm3 y el calentador se activa, calentando el ozono a 67°C.
En otro aspecto del procedimiento la sangre seca que abandona el secador se hace pasar por un molino de martillos.
La sangre cruda, es recogida en un depósito de acumulación para, a continuación, ser introducida en un sistema de evaporadores de múltiple efecto. El sistema de evaporadores se alimenta opcionalmente de la energía aportada por efluentes residuales de una industria, con o sin mediación de una bomba de calor. La sangre recorre el sistema de evaporadores, y a la salida del mismo contiene menos cantidad de agua que a su entrada.
En el caso de funcionamiento por lotes, la sangre que sale concentrada del sistema de evaporadores se introduce en un depósito, donde se acumula. Una vez que el sistema de evaporadores ya ha procesado la cantidad de sangre prevista, detiene su actividad, y desde el citado depósito se empieza a enviar sangre hacia un secador.
Se contempla la opción de que el condensador del sistema de evaporadores emplee como fluido frío el agua de red que consume una industria.
El secador recibe sangre líquida, la cual pierde humedad hasta convertirse en harina de sangre. El secador se alimenta opcionalmente de la energía aportada por efluentes residuales de una industria, con o sin mediación de una bomba de calor. Durante todo el proceso, actúan unos mecanismos agitadores, que se desplazan en un movimiento de rotación alrededor de un eje. Estos mecanismos retiran incrustaciones, aumentan el coeficiente de transferencia térmica y extienden la superficie de intercambio de calor.
Se distingue una primera fase del secado, en la cual la sangre permanece en estado líquido y fluye con facilidad. En una segunda fase, posterior a la primera fase, la sangre deja de fluir con facilidad y/o adquiere mayor viscosidad. Se contempla la posibilidad de un tratamiento diferenciado para ambas fases, donde cada fase transcurra a la presión y concentración de ozono más ventajosa. Se observa particularmente interesante el siguiente tratamiento diferenciado:
• Durante la primera fase del secado se concentran los efectos biocidas y anticoagulantes. La bomba de vacío mantiene el secador a una determinada presión y el ozonificador introduce una mezcla gaseosa con una determinada concentración de ozono.
• En la segunda fase del secado se concentran los efectos desodorizantes. La bomba de vacío reduce la presión absoluta a un valor inferior al de la primera fase, y el ozonificador reduce la concentración de ozono.
Adicionalmente, el ozono se puede hacer pasar por un calentador previo a su entrada al secador. De esta manera la mezcla gaseosa ozonizada contribuye al secado de la sangre, de un modo semejante al funcionamiento de un secador de spray. Se contempla como opción que el condensador del secador emplee como fluido frío el agua de red que consume una industria.
Una vez que la sangre se ha hecho harina, se contempla la posibilidad de hacerla pasar por un molino de martillos que desmenuce sus eventuales aglomeraciones, para obtener un producto pulverulento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Las modalidades detalladas en las figuras se ilustran a modo de ejemplo y no a modo de limitación:
La Figura 1 muestra un diagrama de flujos del sistema objeto de la presente invención. La Figura 2 muestra una representación esquemática del secador. Algunas dimensiones están exageradas para favorecer la mejor comprensión.
La Figura 3 muestra una sección longitudinal de una realización particular de un secador.
La Figura 4 muestra un detalle ampliado del secador representado en la Figura 3.
La Figura 5 muestra una vista en perspectiva, parcialmente seccionada, de un secador de acuerdo con las Figuras 3 y 4.
La Figura 6 se representa una vista en perspectiva seccionada de dos placas de intercambio térmico.
La Figura 7 muestra una representación de un agitador en contacto con una placa térmica. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
En la Figura 1 se representa un diagrama de flujos para la instalación con funcionamiento en continuo. Se obtiene la llamada "sangre técnica" de los animales sacrificados, es decir sangre en condiciones higiénicas. La técnica para su obtención comprende el empleo de un cuchillo de hoja hueca conectado a un tubo con succión a vacío. La sangre cruda así extraída se dirige hasta un depósito de acumulación (1). Cada vez que el sistema demande sangre, una bomba peristáltica (1a) la desplaza desde el depósito (1) hasta un sistema de evaporadores (2). Las bombas peristálticas son especialmente indicadas para el desplazamiento de sangre, porque operan en condiciones de higiene muy elevadas y toleran productos viscosos y la presencia de algunos coágulos. El sistema de evaporadores (2) funciona a vacío y en una realización particular comprende dos evaporadores. Su función es la de captar sangre cruda del depósito de acumulación (1) y concentrarla hasta cierto grado de humedad. En la presente realización, de forma preferente pero no limitativa, la sangre se concentra hasta un 30% de sólidos en base húmeda. Los sistemas de evaporadores son ampliamente conocidos por el experto en la materia, de modo que no se estiman oportunas explicaciones sobre su constitución o funcionamiento. Además, la presente invención contempla la posibilidad de instalar cualquier tipo de sistema de evaporadores, por ejemplo de circulación natural o forzada, de tubos verticales largos o cortos, de tubos horizontales, de película descendente, etc. Con un carácter no limitativo del alcance, se describen a continuación los rasgos básicos de un tipo preferido de sistema de intercambiadores.
El sistema de evaporadores (2) se compone de dos evaporadores en serie, funcionando a contracorriente. Es de circulación natural. Los intercambiadores de calor (2c y 2d) son verticales y del tipo de carcasa y tubos. Los intercambiadores (2c y 2d) se conectan a sendos separadores de vahos (2a y 2b), los cuales comprenden desnebulizadores (2e y 2f). Para el trasiego desde uno a otro evaporador, el sistema (2) comprende una bomba peristáltica (2g). No se hacen necesarias más explicaciones por estar fuera de la esencia de la invención y por ser evidentes para el experto en la materia.
El vapor que sale del sistema de evaporadores (2) atraviesa un condensador (8) y a su salida es succionado por una bomba de vacío (8c). La bomba (8c) succiona aquellos componentes que no pudieron ser condensados en el condensador (8). El nivel de vacío operante en el sistema de evaporadores (2) se mantiene tanto por la acción del condensador (8) como de la bomba (8c). El condensador (8) se sitúa vertical, y la bomba de vacío (8c) se sitúa convenientemente en la zona superior del condensador (8), para evitar la succión de condensados, que se acumulan por gravedad en la zona inferior del condensador (8). Los condensados se evacúan hacia el exterior por medio de una bomba centrífuga (8a). El fluido frío que absorbe calor del vapor a condensar, es el agua de red que consume una industria. Esta agua viene a una temperatura habitual de entre 7 y 20° C, en función del lugar y época del año, y es usada en grandes cantidades por los mataderos, para cometidos como limpieza, esterilización, alimentación a calderas, etc. A la salida del condensador (8), el agua de red se encuentra a una temperatura superior a la de entrada. Teniendo en cuenta que las industrias cárnicas o mataderos necesitan calentar una gran parte del agua de red que consumen, este condensador (8) supone un ahorro energético. A modo de ejemplo, es típico que un matadero necesite calentar el 60% del agua de red que consume a temperaturas superiores a 62°C, para emplearla como agua de limpieza. El agua de red es impulsada a través del condensador (8) por medio de una bomba centrífuga (8b).
La fuente de energía del sistema de evaporadores (2) es una bomba de calor en la cual circula el fluido refrigerante R-134a. Este fluido entra y sale del sistema (2) por sendas tuberías de entrada y salida. La bomba de calor absorbe energía de efluentes residuales de un matadero que comprenden aguas de limpieza a 40°C.
La sangre concentrada sale del sistema de evaporadores (2) y es impulsada por una bomba peristáltica (3D) hasta el secador (3). Como en esta realización el sistema funciona en continuo, no hay ningún depósito de acumulación entre el sistema (2) y el secador (3); la sangre fluye directamente y de forma continuada del primero al segundo. El secador posee dos cámaras estancas. Una de ellas es la cámara de evaporación (3B), que contiene sangre en evaporación, para secarse hasta el grado de humedad deseado. La otra es la cámara de calefacción (3A), que está recorrida por un efluente residual procedente de un matadero. La sangre entra a la cámara de evaporación (3B) por el correspondiente conducto de entrada (3B3) y una vez seca, la abandona por un conducto de salida (3B1). El vapor y demás sustancias volátiles presentes en la cámara (3B) son evacuadas al exterior del secador (3) a través de un conducto vertical (3B2). Este conducto (3B2) posee un diámetro y longitud que lo convierten en un separador gravimétrico, de acuerdo con la ecuación de Souders-Brown. No se estiman necesarias más explicaciones a este respecto por ser un tema bien conocido por el experto en la materia.
La sangre se encuentra agitada por la acción de unos medios de agitación (3A3), que se encuentran en el interior de la cámara de evaporación (3B).
El fluido calefactor, en esta realización es un efluente residual, más concretamente agua a 62°C procedente de una bañera de escaldado de cerdos. Este efluente se impulsa por medio de una bomba centrífuga (3C) y se introduce, a través de un colector de entrada (3A1) en la cámara de calefacción (3A) del secador (3). Una vez recorrida la cámara (3A), la sangre seca abandona a través de un colector de salida (3A2). El grado de humedad es de entorno al 10% en base seca. Para desmenuzar las posibles aglomeraciones del producto seco, la sangre seca se hace pasar por un molino de martillos (7).
El vapor y demás sustancias volátiles que salen del secador (3) atraviesan un condensador (9), situado en posición horizontal, a la salida del cual son succionados por una bomba de vacío (9c), colocada en la zona superior del condensador (9). Los principios enunciados para el condensador (8) del sistema de evaporadores (2) son extensibles para este segundo condensador (9). El fluido frío es igualmente agua de red, impulsada con una primera bomba centrífuga (9a), y los condensados, acumulados en la zona inferior, son retirados con una segunda bomba centrífuga (9b). Para garantizar la asepsia de la sangre seca, la eliminación de olores y evitar la coagulación, se dispone de un ozonificador (4), que introduce ozono en el interior del secador (3). El ozonificador (4) se alimenta con una botella de oxígeno puro, no representada. Con el fin de inyectar el ozono a la temperatura adecuada para cada fase del secado, éste atraviesa un calentador (5) previo al secador (3). El ozono que no haya reaccionado en el secador (3), lo abandona a través del conducto vertical (3B2), atraviesa el condensador (9) y llega hasta un destructor de ozono (6), previo a la bomba de vacío (9c). Los destructores de ozono son conocidos por el experto en la materia.
En la Figura 2 se muestra un dibujo esquemático del secador (3), para ilustrar la nomenclatura empleada en el presente documento. Las medidas y proporciones se encuentran exageradas con el fin de aumentar la claridad. Se aprecia una carcasa (12), en cuyo interior se albergan un total de seis placas de intercambio térmico (13a, 13b, 13c, 13d, 13e y 13f). En esta realización particular se muestra una cámara de evaporación (3B), por la que circula sangre, y una cámara de calefacción (3A), por la que circula un efluente residual, por ejemplo agua de escaldado. Los recorridos de la sangre y el efluente se indican de forma representativa por medio de flechas; para el efluente el grosor de línea es fino, y para la sangre grueso. La separación entre ambas cámaras (3A y 3B) es estanca, de modo que en ningún momento se produce contacto entre los dos fluidos. La cámara de calefacción (3A) comprende en esta realización particular un total de tres subcámaras (14a, 14b y 14c), que se conectan todas ellas, a través de tuberías (15), a dos colectores (3A1 y 3A2), de modo tal que forman un único volumen, la citada cámara de calefacción (3A). La cámara de evaporación (3B) comprende cuatro subcámaras (16a, 16b, 16c y 16d), que se encuentran igualmente en comunicación todas ellas, formando también un único volumen, la citada cámara de evaporación (3B). En el interior de cada una de las subcámaras (16a, 16b, 16c y 16d) de la cámara de evaporación (3B), se alberga un agitador (3A3), accionado por un eje (17).
Los agitadores (3A3) son soldados sobre una varilla (17a), la cual se fija sobre el eje (17). La varilla (17a) y el eje son perpendiculares, tal como se desprende de la figura. Por motivos de simplicidad en el dibujo, en esta figura esquemática los agitadores (3A3) no hacen contacto físico con las placas de intercambio (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f), ya que se han dibujado con una longitud insuficiente. Con la finalidad de definir la longitud de los agitadores (3A3), se define el plano A-A', que es perpendicular al papel, paralelo al eje (17) y perpendicular a las varillas (17a). En la figura 7, las proporciones no están exageradas, se aprecia el contacto entre agitador (3A3) y placas, y se hará referencia al plano A-A' representado en esta figura.
Se aprecia que entre cada dos placas contiguas, se alberga una subcámara. Así por ejemplo, entre las placas (13a) y (13b) se halla la subcámara (14a), pertenenciente a la cámara de calefacción (3A). Y entre las placas (13b) y (13c) se halla la subcámara (16b), pertenenciente a la cámara de evaporación (3B). Nótese que en cada uno de los dos extremos del secador (3) se halla una subcámara (16a y 16d), que como excepción no se sitúa entre dos placas contiguas (13a, 13b, 13c, 13d, 13e y 13f), sino entre placa y carcasa (12).
Se observa un conducto (18) que atraviesa la carcasa (12), a través del cual el ozono se introduce al interior de secador (3). En la Figura 3 se representa una realización particular de un secador (3). Éste comprende una carcasa exterior (12), que alberga en su interior las placas de intercambio térmico (13) y agitadores (3A3) soldados a varillas (17a), que describen un movimiento de rotación por medio de una sujeción a un eje (17), estando dicho eje accionado por un motor (19), exterior a la carcasa (12). El eje se soporta en el interior del secador por medio de respectivos soportes (20), que lo sujetan a la vez que promueven su rotación. Para ello, los soportes (20) se constituyen como rodamientos de contacto por deslizamiento, sin necesidad de lubricación.
La carcasa (12) posee en su parte superior dos bocas de hombre (21), con la finalidad de permitir el acceso a su interior para limpieza, inspección, reparación, etc. Resultan especialmente ventajosas para proceder a la limpieza y retirada manual de los eventuales acúmulos de fibrina, tras cada jornada de trabajo. En la parte central se sitúa un conducto de decantación gravimétrica (3B2), que ayuda a purificar el vapor que se obtiene de la ebullición de la sangre. Más específicamente, su diámetro se selecciona de modo tal que la velocidad de ascenso de los gases sea lo bastante lenta para que aquellas partículas líquidas en suspensión no sigan al gas el su trayecto ascendente a lo largo del conducto (3B2), sino que precipiten por gravedad. En la zona superior de dicho conducto (3B2), se dispone de una tubería de salida (22) del vapor, para ser conducido hasta el condensador. La sangre es introducida en un punto (no representado en la figura) de la zona superior del secador (3), cae por gravedad y pasa a ocupar el volumen de cada una de las subcámaras (16) de la cámara de evaporación (3B). Estas subcámaras (16) se encuentran recorridas por agitadores (3A3), soldados a varillas (17a) fijadas sobre el eje (17), y que desarrollan un movimiento de rotación. De esta manera, la sangre se encuentra en todo momento bajo agitación mecánica.
Las subcámaras (14) de la cámara de calefacción (3A) deben permitir ser atravesadas por el eje (17) rotatorio, y al mismo tiempo mantener la estanqueidad entre ambas cámaras (3A y 3B).Para ello, cada par de placas (13) contiguas que delimita una subcámara (14), poseen una perforación circular en su centro, atravesable por el eje (17), y se dispone una pieza cilindrica (23) concéntrica con ambas perforaciones, pero de mayor diámetro y soldada a ambas placas (13). De esta manera se asegura la movilidad del eje (17) y la estanqueidad.
Para delimitar la cámara de calefacción (3A) y hacerla estanca, se disponen cerramientos (24) soldados alrededor del perímetro de cada par de placas (13) contiguas que encierren una subcámara (14). Los cerramientos (24) se adaptan a la geometría de las placas que unen; si por ejemplo las placas a unir son circulares, los cerramientos poseerán sección en forma de corona circular. Las soluciones descritas en este párrafo y en el anterior, son habituales en el estado de la técnica, y no se consideran necesarias mayores explicaciones.
En la zona más inferior del secador (3) representado, se sitúa el conducto de salida (3B1) de la sangre. Por él es evacuada la sangre seca hacia el exterior.
Próximos al suelo, y exteriormente a la carcasa (12), se disponen dos conductos distribuidores (26) de ozono, que lo inyectan al interior del secador (3). De estos conductos (26) salen unas tuberías (26a), que conducen ozono a determinadas zonas específicas del secador (3), para garantizar un correcto reparto del mismo. Más específicamente, cada tubería (26a) individual introduce ozono en una determinada subcámara (16).
En la Figura 4, se representa un detalle de la figura 3. Se observan un total de seis placas (13) verticales de intercambio térmico. Entre cada dos de ellas contiguas, se establece una subcámara. Se aprecian subcámaras (16) de la cámara de evaporación (3B) y subcámaras (14) de la cámara de condensación (3A), con sus correspondientes cerramientos (24) que garantizan la estanqueidad entre ambas cámaras (3A y 3B), que se disponen alternativamente. En las primeras (16), se sitúan agitadores (3A3) soldados a varillas (17a), las cuales se sujetan al eje (17), que les dota del movimiento de rotación. Al rotar las varillas (17a) rotan con ellas los agitadores (3A3), en virtud de la citada unión por soldadura. El eje rotatorio (17), pasa por uno de sus soportes (20) y atraviesa, por su parte central, las seis placas (13) y las tres subcámaras (14) de la cámara de condensación (3A) según se muestra en esta figura. Para garantizar la estanqueidad, se sueldan en los correspondientes pares de placas (13) piezas cilindricas (23), concéntricas con las perforaciones de las placas (13). En la figura se aprecian un total de tres de estas piezas (23). Según se aprecia, el eje (17) se encuentra inmerso en la cámara de evaporación (3B), y por tanto está bañado por el producto a desecar.
En la Figura 5 se observa una imagen en perspectiva de un secador (3) de acuerdo con las figuras 3 y 4. La carcasa (12) se encuentra parcialmente seccionada, para hacer visible su interior, así como también una parte de las placas de intercambio (13). Se aprecia el motor (19), el eje (17) que éste acciona, las varillas (17a), perpendiculares al eje (17), y agitadores (3A3) soldados a las varillas (17a). Son igualmente visibles los cerramientos (24). Para poner en contacto todas las subcámaras (14) de la cámara de condensación (3A), y constituir así un único volumen, se conectan todas ellas a un colector (3A2), a través de tuberías (15). En la figura, se sitúa una tubería (15) por cada subcámara (14), donde las tuberías (15) entran al interior de las subcámaras (14), atravesando sus cerramientos (24). En este caso, el colector (3A2) es de salida, por hallarse en una zona inferior, y el efluente residual (agua de escaldado o limpieza), se acumula sobre él. Por un criterio de simplicidad, en esta figura se han omitido las bocas de hombre (21) y el conducto de decantación (3B2). En la Figura 6, se muestra una vista en perspectiva seccionada de dos placas de intercambio (13), siendo visibles los cerramientos exteriores (24) y la pieza cilindrica (23) entre ambas placas (13). El interior de la pieza cilindrica (23) es atravesado por el eje que mueve a los agitadores (no representados en esta figura). Se indica una subcámara (16) de la cámara de evaporación y una subcámara (14) de la cámara de calefacción. Esta figura representa una posibilidad constructiva del secador, pero su única finalidad es mostrar en perspectiva los elementos numerados, para ayudar a su mejor comprensión, y en ningún caso constituye un ejemplo limitativo del alcance de la invención ni la restringe a la construcción mostrada. El cerramiento exterior (24) se encuentra en esta figura sin fijar a sendas placas (13), en una posición expandida. En la Figura 7, se muestra una representación de un agitador (3A3), en contacto con una placa de intercambio (13b). Se observan dos placas de intercambio (13b y 13c) contiguas, entre las cuales se alberga una subcámara (16) perteneciente a la cámara de evaporación (3B). Por tanto, contiene sangre a secar. El eje (17) atraviesa la subcámara (16) y describe un movimiento de rotación, según indica la figura. Se observa la correspondiente varilla (17a), perpendicular al eje (17). Sobre la varilla (17a) se fija por soldadura el agitador (3A3).
El agitador está compuesto de una aleación de aluminio con un 13.5% de silicio, 4% de manganeso y 3% de níquel. Este material posee una conductividad térmica muy elevada, notablemente superior a la de los aceros, lo que potencia la transferencia de calor desde la placa (13b) hacia el propio agitador (3A3). El agitador (3A3) transmite calor hacia la sangre contenida en la subcámara (16) mostrada.
El agitador (3A3) posee una conformación recta fuera del secador, en un estado de reposo inicial. Para introducirlo entre las placas (13b y 13c) contiguas, el agitador (3A3) es sometido a una curvatura, apreciable en la figura. La tendencia natural de la aleación a recuperar su forma recta original, produce un esfuerzo mecánico que ejerce una presión del agitador (3A3) sobre la placa térmica (13b). Fruto de esta presión, existe un área (27) de contacto entre el agitador (3A3) y la placa (13b). Las propiedades elásticas de la aleación provocan que esta área (27) sea lo bastante grande como para facilitar la transferencia de calor desde la placa (13b) hacia el agitador (3A3). Con otro tipo de aleaciones comunes, por ejemplo las derivadas del acero, el área sería menor y la transferencia de calor se vería perjudicada en consecuencia.
El agitador (3A3), en virtud de la presión que ejerce sobre la placa (13b), ejerce a su vez un rascado que elimina incrustaciones, manteniendo la superficie de intercambio limpia. Al mismo tiempo este contacto entre agitador (3A3) y placa (13b) rompe de forma mecánica la capa límite de fluido, lo cual acelera la transferencia de calor. Más específicamente, esta rotura provoca una transmisión de calor por conducción en estado no estacionario, hecho que implica una notable aceleración en la transferencia térmica.
Se aprecia que el agitador (3A3) se encuentra soldado a la varilla (17a) del eje (17). La longitud del agitador (3A3) se define a continuación. Se traza un plano de corte paralelo al eje (17) y perpendicular a la varilla (17a), es decir un plano como el A-A' según se representó en la Figura 2. La sección que este plano de corte realiza sobre el agitador (3A3), es la representada en esta figura mediante un área sombreada. En la sección se distinguen dos extremos del agitador (3A3), llamados A y B en esta figura. El extremo A es aquel que se suelda sobre la varilla (17a), y el extremo B es el opuesto. La longitud del agitador (3A3) se define como la distancia entre los extremos A y B, recorrida por el interior del agitador, es decir, por el área sombreada.
Es importante destacar que la aleación de aluminio permite trabajar con agitadores (3A3) de grandes longitudes. Si el material fuese una aleación de acero, la longitud aprovechable sería muy inferior. Por longitud aprovechable se entiende aquella que permite sostener temperaturas superiores a la del fluido en ebullición. Es evidente que interesa disponer de agitadores (3A3) de la mayor longitud posible, pues una mayor longitud supone un área de contacto con la sangre más grande. Y cuanto mayor el área de contacto, mayor la potencia térmica del secador.
Por último, describimos a continuación el procedimiento que se lleva a cabo en una realización preferida de la invención que en este documento se preconiza.
La sangre cruda se recoge en un depósito de acumulación. Desde este depósito se bombea hasta un sistema de evaporadores de múltiple efecto, compuesto por dos evaporadores. La fuente de energía del sistema es una bomba de calor que absorbe energía del agua de limpieza de un matadero. La sangre recorre el sistema de evaporadores y a su salida se encuentra más concentrada que a la entrada. El vapor generado en el sistema de evaporadores es condensado en un condensador enfriado por el agua de red que consume un matadero. Una vez fuera del sistema de evaporadores, la sangre se introduce de forma continua en un secador, que se alimenta de la energía que le provee un efluente residual, más específicamente agua de escaldado de cerdos a 65°C. La sangre permanece en el secado hasta alcanzar la sequedad deseada, correspondiente a un 10% en base seca. Durante el proceso de secado la sangre se ve sometida a la acción rotatoria de unos agitadores compuestos de una aleación de aluminio con un 13.5% de silicio, 4% de manganeso y un 3% de níquel. Los agitadores ejercen una presión constante sobre las superficies de intercambio que garantiza un rascado que elimina incrustaciones, mejora el coeficiente de transferencia térmica y extiende la superficie de intercambio en un modo semejante a unas aletas de disipación térmica. Se distinguen dos fases de secado. En la primera la sangre está líquida, y la bomba de vacío mantiene una presión absoluta de 350mbar, el ozonizador introduce una mezcla gaseosa con 400 g/Nm3 de ozono, y el calentador permanece inactivo. En la segunda fase, posterior a la primera, la sangre fluye con mayor dificultad. La bomba de vacío mantiene una presión absoluta de 150mbar, el ozonizador introduce una mezcla gaseosa con 150g/Nm3 de ozono y el calentador se activa, elevando la temperatura de la mezcla hasta los 67°C.
El ozono que no haya reaccionado es destruido en un destructor de ozono situado a la salida del secador. El vapor de agua que abandona el secador es condensado en un condensador enfriado por el agua de red que consume un matadero.
La sangre seca, una vez abandona el secador, se hace pasar por un molino de martillos que le da un acabado en forma de producto pulverulento.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para la obtención de un producto desecado a partir de sangre o derivados caracterizado porque comprende:
• un sistema de evaporación de múltiple efecto (2) a vacío, el cual concentra sangre;
• un secador (3) a vacío de la sangre concentrada en el sistema de evaporadores (2), caracterizado porque comprende placas de intercambio térmico verticales y mecanismos agitadores (3A3) que aumentan la superficie de intercambio térmico;
• un ozonizador (4), que inyecta ozono en el secador (3) y ejerce alguno de los efectos dentro del grupo que consiste en desodorizar, aseptizar y evitar la coagulación; y donde el sistema de evaporadores (2) y/o secador (3) emplean como fuente de energía los efluentes residuales de una industria.
2. El dispositivo, según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende:
• un primer condensador (8), por donde circulan los gases que abandonan el sistema de evaporadores (2); y
• un segundo condensador (9), por donde circulan los gases que abandonan el secador (3).
3. El dispositivo, según la reivindicación 2, caracterizado porque el fluido frío del primer (8) y/o segundo (9) condensador es agua de red de alimentación a una industria.
4. El dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la energía de los efluentes residuales es aprovechada por medio de una bomba de calor.
5. El dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los mecanismos agitadores (3A3) son de aluminio o una aleación de aluminio.
6. El dispositivo, según la reivindicación 5, caracterizado porque los mecanismos agitadores (3A3) son de una aleación de aluminio compuesta por un 13.5% de silicio, un 4% de manganeso y un 3% de níquel.
7. El dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre el ozonizador (4) y el secador (3) se interpone un calentador (5).
8. El dispositivo, según la reivindicación 7, caracterizado porque los gases que abandonan el secador (3) atraviesan un destructor de ozono (6).
9. El dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a la salida del secador (3) se introduce un molino de martillos (7) por el que pasa la sangre seca.
10. Procedimiento para la obtención de un producto desecado a partir de sangre o derivados, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
• introducción de sangre en un sistema de evaporadores de múltiple efecto, donde se concentra;
• introducción de la sangre concentrada que abandona el sistema de evaporadores en un secador de placas verticales;
• agitación continua de la sangre en el secador, por medio de mecanismos agitadores, que eliminan incrustaciones y extienden la superficie de intercambio;
• introducción de ozono en el interior del secador; y
• inyección de energía en el sistema de evaporadores y/o secador por medio de efluentes residuales de una industria.
11. Procedimiento, según la reivindicación anterior, caracterizado porque los efluentes residuales se hacen circular por una bomba de calor.
12. Procedimiento, según las reivindicaciones 10 ó 11 , caracterizado porque se hace circular agua de red consumida por una industria como fluido frío que hace condensar los vapores que abandonan el sistema de evaporadores y/o secador.
13. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, caracterizado porque el secado de la sangre dentro del secador se realiza en dos fases: • una primera fase, a una presión, temperatura de ozono y concentración de ozono determinadas; y
• una segunda fase, posterior a la primera, a una presión, temperatura de ozono y concentración de ozono con valores distintos a los correspondientes a la primera fase.
14. Procedimiento, según la reivindicación anterior, caracterizado porque:
• la primera fase transcurre a una presión absoluta de 350mbar, la concentración de ozono es de 400g/Nm3 y el calentador permanece inactivo; y
• la segunda fase transcurre a una presión absoluta de 150mbar, la concentración de ozono es de 150g/Nm3 y el calentador se activa, calentando el ozono a 67°C.
15. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 10-14, caracterizado porque la sangre seca que abandona el secador se hace pasar por un molino de martillos.
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