Способ получения диффузионного сока из стружки корнеплодов, таких как свекла или цикорий и ротационный диффузионный аппарат для его осуществления - RU2062790C1

Чертежи

Описание

Изобретение касается получения диффузионного сока из стружки корнеплодов, таких как свекла или цикорий, а также ротационного диффузионного аппарата для осуществления этого способа.

Диффузионный сок из стружки корнеплодов получают посредством его экстракции в соответствующих аппаратах непрерывного действия путем контактирования экстрагирующей жидкости со стружкой. При этом непрерывно осуществляются следующие операции. Стружку загружают в ячейки головной части барабана ротационного диффузионного аппарата, жидкость с температурой диффузии подают в его хвостовую часть, и в барабане стружка и жидкость движутся в противотоке так, чтобы жидкость последовательно контактировала с твердым материалом в ячейках барабана.

Полученный диффузионный сок, содержащий экстрагированные из стружки вещества, отделяют от стружки и собирают из головной части, а отработанную стружку (жом) удаляют из хвостовой части барабана.

Для того чтобы стружка эффективно выделяла сок, ее нагреть до температуры ошпаривания. После этого стружку подвергают воздействию более низкой температуры, называемой температурой диффузии. Температуру диффузии обычно поддерживают на таком уровне, чтобы она была достаточной для экстрагирования, при этом не подвергая экстракт воздействию слишком высокого нагрева, ухудшающего качество получаемого продукта.

Стружка, загруженная при температуре окружающей среды, продвигаясь от головной части барабана к его хвостовой части, прогревается в контакте с экстрагирующей жидкостью, ошпаривается и при температуре диффузии следует к зоне выгрузки жома.

В настоящем описании выражение "диффузионный сок" используется для обозначения жидкости, окончательно отбираемой в производство из головной части барабана, а выражение "экстрагирующая жидкость" используется для обозначения других фракций жидкости, циркулирующих в аппарате.

Известен способ получения диффузионного сока вышеописанного типа, согласно которому осуществляют контактирование стружки и экстрагирующей жидкости, при противоточном движении их потоков в ячейках барабана ротационного диффузионного аппарата, отбор диффузионного сока в производство из его головной части, отвод жома из хвостовой части барабана, причем осуществляют отбор по меньшей мере части экстрагирующей жидкости при температуре диффузии из зоны барабана, расположенной за зоной отбора диффузионного сока в производство по ходу перемещения стружки, нагрев этой части жидкости до температуры ошпаривания и ее рециркуляцию в ячейки ошпаривания стружки (патент Франции N 2,334,395).

Этот способ однако не устраняет известные проблемы, связанные с изменением объема стружки по мере ее продвижения внутри барабана. Как известно, загруженная сырая стружка по мере своего продвижения к зоне ошпаривания впитывает жидкость и увеличивается в объеме, а затем отдает сок, уплотняется, и в зоне диффузии имеет объем существенно меньше объема стружки в ячейках ошпаривания. Постоянный объем ячеек по длине барабана приводит к тому, что на значительном участке барабана ячейки плохо заполнены стружкой, что снижает эффективность диффузии. Другие недостатки известного способа состоят в слишком высокой температуре экстрагирующей жидкости, приводящей к декомпозиции извлекаемого экстракта, сложности удержания температур в заданном диапазоне в ходе процесса и слишком высокой температуре окончательного отбора диффузионного сока.

Попытка учесть упомянутое изменение объема стружки в процессе ее продвижения путем соответствующего изменения размера ячеек в направлении, параллельном направлению перемещения стружки, не устраняет всех недостатков, поскольку большой размер ячеек в этом направлении приводит к к тому, что обрушение стружки в ячейках происходит широким фронтом, жидкость легко находит пути обхода стружки, а это ухудшает как теплообмен между жидкостью и стружкой, так и диффузию.

Настоящее изобретение решает задачу устранения недостатков известного способа следующим образом.

Согласно изобретению, в способе вышеописанного типа предусмотрено, что ячейки ошпаривания стружки имеют объем, увеличивающийся преимущественно в направлении, перпендикулярном направлению перемещения стружки, по меньшей мере на 40% по сравнению с максимальной величиной объема ячеек, в которых стружка и жидкость контактируют при температуре диффузии.

В варианте осуществления способа по изобретению, в головной части барабана загружают сырую стружку в объеме 120-130% от объема стружки в ячейке диффузии, составляющего 100% Это условие объясняется следующим. Хотя ячейки ошпаривания, согласно изобретению, существенно больше ячеек диффузии (по меньшей мере на 40), и было бы логичным замерить объем ошпаренной, давшей сок и уплотненной стружки в одной из ячеек диффузии и загрузить в головную часть аппарата такой объем сырой стружки, который на столько же больше измеренного объема стружки в зоне диффузии, однако на практике в головную часть аппарата загружают сырую стружку в таком объеме, который "всего" на 20-30 (а не на 40 и более процентов) больше объема стружки в ячейках диффузии, поскольку по мере своего продвижения от головной части аппарата сырая стружка быстро впитывает влагу, увеличиваясь в объеме, что может привести к переполнению ячеек еще до того, как стружка ошпарится, даст сок и уплотнится.

Это условие можно игнорировать и загружать больше стружки, если ее подавать на загрузку не сырой, а подготовленной (например, предварительным ошпариванием, вымачиванием и т.п.), чтобы объем стружки существенно не изменялся в ходе ее продвижения к зоне ошпаривания.

Предпочтительно, стружку непрерывно транспортируют в ячейках ошпаривания, так же как и в ячейках диффузии, разделенных на два ряда, при этом каждую группу стружки транспортируют по одному ряду ячеек, а экстрагирующую жидкость транспортируют двумя различными потоками, контактирующими попеременно и последовательно со стружкой, находящейся в ячейках каждого ряда. Это означает, что жидкость перемещается двумя потоками, каждый из которых движется как бы зигзагом от ячейки одного ряда к следующей ячейке другого ряда и так далее.

В варианте осуществления способа по изобретению, отбирают в одной ячейке всю экстрагирующую жидкость при температуре диффузии после ее контакта со стружкой, а после ее нагрева до температуры ошпаривания рециркулируют в следующую ячейку по направлению перемещения жидкости. Это позволяет экономить затраты энергии на разогрев жидкости до температуры ошпаривания.

Для еще большей экономии энергозатрат, для рециркуляции может использоваться дополнительное количество жидкости, отобранной из ячейки, расположенной по направлению перемещения жидкости за ячейкой, из которой отбирают всю экстрагирующую жидкость при температуре диффузии. Таким образом создается контур, в котором циркулирует значительное количество нагретой экстрагирующей жидкости, что позволяет компенсировать потери тепла на разогрев стружки.

В варианте, указанное дополнительное количество является всей жидкостью, которая может быть отобрана в указанной ячейке, при этом часть рециркулируемой жидкости направляют без подогрева в следующую по направлению перемещения жидкости ячейку, причем указанная рециркулируемая без подогрева часть равна количеству экстрагирующей жидкости, отбираемой при температуре диффузии. Последний вариант максимально снижает энергозатраты и позволяет использовать наиболее щадящие температурные режимы, что будет пояснено ниже со ссылкой на фиг. 3. Предпочтительно, длительность контакта стружки с экстрагирующей жидкостью в ячейке отбора диффузионного сока в головной части барабана и в ячейке отбора экстрагирующей жидкости при температуре диффузии одинакова и равна длительности контакта стружки с экстрагирующей жидкостью в любой другой ячейке зоны диффузии.

Уменьшение объемов ячеек ошпаривания может выполняться различно. Так, объемы ячеек ошпаривания могут уменьшаются в направлении перемещения стружки, начиная от головной ячейки, постепенно или ступенчато, от 160-165 до 100 где 100 это объемы ячеек диффузии. Под постепенным изменением следует понимать тот случай, когда объем каждой следующей ячейки по направлению движения стружки меньше объема предыдущей ячейки. Напротив, ступенчатое изменение допускает наличие ступенек, то есть "площадок" значений, когда несколько ячеек могут иметь одинаковый объем, затем следующие за ними несколько ячеек имеют одинаковый, но меньший объем, образуя следующую ступеньку, и т.д.

Предпочтительные температурные параметры составляют: температура диффузии 72^oС, а температура ошпаривания 85^oС. При этом следует иметь в виду, что на практике невозможно удержать температуру точно на указанном уровне, и неизбежны колебания около указанных точечных значений. Обычно эти колебания температур входят в интервалы, соответственно, от 67 до 74^oС для зоны диффузии, и от 80 до 89^oС для зоны ошпаривания.

Предпочтительно, экстрагирующую жидкость рециркулируют в виде смеси различных отобранных фракций. Это обеспечивает улучшение качества готового продукта, так как при смешивании горячих фракций с менее нагретыми фракциями общая температура несколько снижается, что благоприятно сказывается на сохранении качества экстракта.

Известный ротационный диффузионный аппарат для получения диффузионного сока из стружки корнеплодов содержит барабан, установленный горизонтально с возможностью вращения и включающий последовательно расположенные головную часть, зону ошпаривания, зону диффузии и хвостовую часть, укрепленные внутри него коаксиально два геликоидальных транспортирующих шнека, помещенные один в другом, перегородку, проходящую через ось барабана и образующую с радиальными стенками транспортирующих шнеков два ряда последовательно расположенных ячеек, один ряд с одной стороны, и другой ряд с другой стороны перегородки, для непрерывного перемещения в них параллельно оси барабана в контакте с экстрагирующей жидкостью двух групп стружки, корзину для отделения стружки от экстрагирующей жидкости при вращении барабана, которая расположена в каждой ячейке с одной стороны плоскости, проходящей через ось барабана перпендикулярно перегородке, и имеет по меньшей мере одну перфорированную стенку, расположенную смежно перегородке, проточные каналы для жидкости, расположенные по направлению вращения барабана за указанной перфорированной стенкой и простирающиеся от периферии барабана вдоль его оси, соединяя при этом через перегородку и отверстия, выполненные в стенках шнеков, каждую ячейку одного шнека с ячейкой другого шнека так, чтобы обеспечить циркуляцию экстрагирующей жидкости в два отдельных потока, контактирующих поочередно и последовательно со стружкой каждого ряда ячеек, средство введения стружки в головной части барабана, и средство удаления жома в хвостовой части барабана, а также средство для рециркуляции экстрагирующей жидкости.

Согласно изобретению, ротационный диффузионный аппарат вышеуказанного типа снабжен средством отбора экстрагирующей жидкости из ячеек зоны диффузии, расположенных возле ячеек зоны ошпаривания, и рециркуляции этой жидкости в зону ошпаривания стружки, а также средством нагрева отобранной жидкости до температуры ошпаривания, при этом ячейки ошпаривания имеют объем, превышающий, преимущественно в радиальном направлении, по меньшей мере на 40 максимальную величину объема ячеек диффузии.

Эти и другие признаки, защищаемые формулой изобретения, будут подробно пояснены на примерах выполнения изобретения, которые приводятся ниже.

На сопровождающих чертежах, иллюстрирующих варианты выполнения изобретения, изображено:
Фиг. 1 схематичный вид с частичными сечениями, иллюстрирующий способ и аппарат по изобретению;
Фиг. 2 схема, иллюстрирующая другой вариант выполнения способа и аппарата по изобретению;
Фиг. 3 схема, иллюстрирующая третий вариант выполнения способа и аппарата по изобретению;
Фиг. 4 вид аппарата в перспективе, с частичными вырывами;
Фиг. 5 вид, аналогичный виду на фиг. 4, но показывающий аппарат под другим углом;
Фиг. 6 частичный вид в перспективе в увеличенном масштабе; и
Фиг. 7 схематичный вид сечения по А-А на фиг. 1. На чертежах одинаковые элементы разных вариантов выполнения обозначены одинаковыми позициями.

Способ по изобретению далее поясняется на предпочтительных вариантах его выполнения, показанных на на фиг. 1-3. На фиг. 1 схематично изображен барабан 1 ротационного диффузионного аппарата, имеющий головную часть 2, хвостовую часть 3, средства 4 для загрузки стружки корнеплодов в головную часть и средства 5 для подачи экстрагирующей жидкости в хвостовую часть барабана. Барабан 1 содержит два ряда ячеек 6, условно поделенных на зоны ошпаривания и диффузии. Зона ошпаривания 7 показана в виде утолщенной левой части барабана, справа от которой находится зона диффузии 8. Стружка продвигается от средств загрузки 4 к хвостовой части 3 барабана двумя группами, каждая группа по своему ряду ячеек барабана. В противоположном направлении перемещается экстрагирующая жидкость, с которой стружка контактирует в ячейках барабана. Полученный диффузионный сок отделяют от стружки и собирают в головной части 2 барабана с помощью средств 9 окончательного отбора диффузионного сока.

В процессе продвижения экстрагирующей жидкости к средствам 9 окончательного отбора, экстрагирующую жидкость отбирают, полностью или частично, при температуре диффузии из соответствующей зоны, расположенной по ходу перемещения стружки за зоной ошпаривания, нагревают отобранную жидкость до температуры ошпаривания и затем рециркулируют ее в ячейки ошпаривания стружки. Этим известным приемом обеспечивается экономия энергии на нагревание экстрагирующей жидкости. Место, в котором осуществляют отбор экстрагирующей жидкости из зоны диффузии на рециркуляцию, показано на чертежах позицией 10, а место возврата подогретой рециркулируемой жидкости в ячейки ошпаривания обозначено поз. 11.

В способе по изобретению, ячейки ошпаривания стружки имеют объем, увеличивающийся преимущественно в направлении, перпендикулярном направлению перемещения стружки, по меньшей мере на 40 по сравнению с максимальной величиной объема ячеек, в которых стружка и жидкость контактируют при температуре диффузии.

Как пояснялось выше, увеличение объема ячеек ошпаривания только в направлении, параллельном перемещению жидкости, не обеспечивает достаточно эффективный теплообмен и диффузию по объясненным там же причинам. Поэтому увеличение объема ячеек ошпаривания на 40 или более процентов по сравнению с объемом ячеек диффузии в способе по изобретению осуществляется
преимущественно (то есть более чем наполовину) в направлении, перпендикулярном направлению перемещения жидкости. Этот признак приводит к тому, что барабан, использующий изобретение, имеет характерную, "утолщенную" в одной части форму, позволяющую сразу отличить его от известных барабанов с постоянным по всей длине диаметром. При осуществлении способа происходит непрерывный процесс загрузки стружкой очередной ячейки барабана в головной части и выгрузки жома из хвостовой части. Объем очередной выгружаемой порции жома легко замерить, тем более, что большой точности измерения здесь не требуется. Этот объем примерно соответствует объему стружки в ячейках диффузии, которая уже уплотнена и уменьшена в объеме по сравнению с сырой стружкой. С учетом этого, в головную часть загружают сырую стружку в соответственно большем объеме, но предпочтительно, только в пределах 120-130 об. от измеренного объема стружки в ячейке диффузии, взятого за 100 об. Это условие также объяснено выше.

Для обеспечения хороших результатов, в частности, если сырая стружка имеет повышенный удельный объем (то есть является "рыхлой", с низкой плотностью), выгодно поддерживать в ячейках барабана между местом введения рециркулируемой жидкости и местом окончательного отбора диффузионного сока, особенно вблизи средств 9 окончательного отбора, соотношение жидкости и твердой фазы (стружки) примерно 1OO/5O (то есть 2:1), где 50 соответствует объему стружки в одной из ячеек выше (по направлению перемещения жидкости) места отбора экстрагирующей жидкости на рециркуляцию.

Стружку непрерывно транспортируют в ячейках ошпаривания и диффузии, разделенных на два ряда, при этом каждую группу стружки транспортируют по одному ряду ячеек, а экстрагирующую жидкость транспортируют двумя различными потоками, контактирующими попеременно и последовательно со стружкой, находящейся в ячейках каждого ряда. Таким образом, стружку транспортируют фактически в виде несмешивающихся друг с другом двух групп фракций, а потоки жидкости перемещаются из одной ячейки в следующую как бы зигзагом, контактируя со всеми фракциями стружки. Это позволяет получить более ровные характеристики отбираемого в производство диффузионного сока, что особенно выгодно при загрузке фракций стружки, различающихся по качеству.

В предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг. 2, в месте 10 отбирают практически всю жидкость при температуре диффузии. Рециркулируемую жидкость после подогрева в средстве нагревания 12 возвращают в барабан в ячейки ошпаривания в месте 11 уже в большем количестве, существенно превышающим количество отобранной в месте 10 жидкости. Понятно, что для этого следует использовать средство, обеспечивающее циркуляцию такого количества жидкости, например, сборник. В этом варианте способ по изобретению дает дополнительную экономию затрат энергии.

Для лучшего понимания описания следует отметить, что взаимное расположение ячеек отбора и ячеек возврата рециркулируемой жидкости очевидно для специалиста, поскольку "сухих" ячеек в барабане не должно быть, и если отбирают всю жидкость из ячейки каждого ряда, то эту жидкость следует вернуть в следующую за ней по ходу жидкости ячейку. Поскольку отбор и соответственно возврат осуществляется в каждом ряду ячеек, то следует понимать, что речь идет по меньшей мере о двух ячейках одной ячейке одного ряда и одной ячейке другого ряда как в случае отбора жидкости, так и в случае ее возврата в ячейки барабана.

Когда в непрерывном процессе в барабан подают экстрагирующую жидкость и с другого его конца собирают диффузионный сок, то эти количества должны соответствовать друг другу. В данном варианте, в ячейки ошпаривания поступает не только исходный объем жидкости, но также значительное дополнительное ее количество, которое после теплообмена жидкости со стружкой, естественно, следует извлечь из ячеек ошпаривания и возвратить в систему рециркуляции. Место отбора упомянутого дополнительного количества жидкости из ячеек ошпаривания на рециркуляцию показано позицией 13.

Резкое увеличение соотношения жидкость/стружка в момент ошпаривания стружки является выгодным также и потому, что оно позволяет снизить температуру жидкости для ошпаривания стружки, тем самым не только экономится энергия, но и достигается более щадящий температурный режим, не повреждающий экстрагируемые вещества.

Еще большее снижение затрат энергии, примерно на 5% по сравнению с предыдущим вариантом, обеспечивает вариант осуществления способа, показанный на фиг. 3.

В этом варианте количество жидкости, отбираемой в месте 13, является практически всей жидкостью, которая может быть отобрана из этих ячеек, при этом из отобранной в месте 13 жидкости в следующие по направлению перемещения жидкости ячейки (в месте 14) направляют только часть этой жидкости, причем без подогрева. Указанная рециркулируемая без подогрева часть жидкости должна быть равна количеству экстрагирующей жидкости, отбираемой при температуре диффузии, чтобы учесть упомянутое выше условие соответствия количеств подаваемой в хвостовую часть барабана жидкости и отбираемого в производства диффузионного сока. Таким образом, получаем равные по объему потоки жидкости на участках от хвостовой части барабана до места 10 отбора жидкости при температуре диффузии и от места 14 до места 9, где находятся средства окончательного отбора диффузионного сока, тогда как в системе рециркуляции циркулируют существенно увеличенные по объему потоки, что и обеспечивает достигаемый положительный эффект.

Для увеличения производительности, длительность контакта стружки с экстрагирующей жидкостью в ячейках отбора диффузионного сока в головной части барабана и в ячейках отбора экстрагирующей жидкости при температуре диффузии одинакова и равна длительности контакта стружки с экстрагирующей жидкостью в любой другой ячейке зоны диффузии. Это достигается простыми средствами, например, установкой в соответствующих местах экранов, задерживающих слив жидкости из ячеек, что поясняется ниже в связи с описанием устройства по изобретению.

Следует отметить, что объемы ячеек ошпаривания могут уменьшаться в направлении перемещения стружки, начиная от головной ячейки, как постепенно, так и ступенчато, от 160-165 до 100 где 100 это объемы ячеек диффузии. Под постепенным уменьшением ячеек понимается вариант, когда каждая следующая по ходу движения стружки ячейка имеет объем меньше предыдущей ячейки, а ступенчатое уменьшение допускает наличие нескольких соседних ячеек с одинаковым объемом, образующих "ступеньку", за которой следуют несколько одинаковых ячеек меньшего объема, образующие очередную "ступеньку" и т.д.

Как указывалось выше, ориентировочно температура диффузии составляет 72^o С, а температура ошпаривания 85^oС. В свете вышеприведенных пояснений специалисту будет ясно, что температура может колебаться около этих значений довольно значительно. Особенно существенно температура будет отличаться от указанных параметров в описанных выше вариантах, в частности в варианте по фиг. 3, обеспечивающего создание более щадящего температурного режима благодаря снижению температуры рециркулируемой жидкости. Так, в месте 14 температура жидкости, возвращаемой в ячейки ошпаривания, составляет примерно 74-78^oС.

Экстрагирующую жидкость рециркулируют в виде смеси различных отобранных фракций. Эти смеси создают в соответствующих сборниках, что более подробно описывается ниже.

Частично описанный выше в связи с предпочтительными вариантами выполнения способа, ротационный диффузионный аппарат по изобретению содержит барабан 1, установленный горизонтально с возможностью вращения и включающий последовательно расположенные головную часть 2, зону ошпаривания 7, зону диффузии 8 и хвостовую часть 3, укрепленные внутри него коаксиально два геликоидальных транспортирующих шнека 15, помещенные один в другом, перегородку 16, проходящую через ось 17 барабана 1 и образующую с радиальными стенками 18 транспортирующих шнеков 15 два ряда последовательно расположенных ячеек 6, один ряд с одной стороны, и другой ряд с другой стороны перегородки 16, для непрерывного перемещения в них параллельно оси 17 барабана в контакте с экстрагирующей жидкостью двух групп стружки, корзину 19 для отделения стружки от экстрагирующей жидкости при вращении барабана, которая расположена в каждой ячейке 6 с одной стороны плоскости, проходящей через ось 17 барабана перпендикулярно перегородке 16, и имеет по меньшей мере одну перфорированную стенку 20, расположенную смежно перегородке 16, проточные каналы 21 для жидкости, расположенные по направлению вращения барабана за перфорированной стенкой 20 и простирающиеся от периферии барабана вдоль его оси 17, соединяя при этом через перегородку 16 и отверстия 22, выполненные в стенках 18 шнеков, каждую ячейку одного шнека с ячейкой другого шнека так, чтобы обеспечить циркуляцию экстрагирующей жидкости в виде двух несмешивающихся потоков, контактирующих поочередно и последовательно со стружкой каждого ряда ячеек, средство 4 введения стружки в головной части барабана, и средство удаления жома в хвостовой части 3 барабана (не показано), а также средства рециркуляции экстрагирующей жидкости, которые подробно описываются далее. Аппарат снабжен средством 23 отбора экстрагирующей жидкости из ячеек зоны диффузии 8, расположенных возле ячеек зоны ошпаривания 7, и средством 24 рециркуляции этой жидкости в ячейки зоны ошпаривания 7, а также средством нагревания 12 рециркулируемой жидкости до температуры ошпаривания, при этом ячейки зоны ошпаривания имеют объем, превышающий, преимущественно в радиальном направлении, по меньшей мере на 40 максимальную величину объема ячеек диффузии. В частности, хороший эффект был получен при объеме ячеек ошпаривания, на 60-70 и более процентов превышающих объем ячеек диффузии. Следует однако иметь в виду, что оптимальное соотношение объемов указанных ячеек зависит от конкретного аппарата, а также от наличия дополнительной производственной площади для таких модернизаций, что естественным образом ограничивает возможности радиального увеличения объемов ячеек ошпаривания.

Предпочтительно, объем является максимальным в головной части и уменьшается от головной части барабана до зоны диффузии постепенно либо ступенчато от 160-165 до 100 где 100 объем ячейки диффузии, расположенной рядом с ячейками ошпаривания. Понятия постепенного и ступенчатого уменьшения пояснены выше в связи с аналогичным признаком способа по изобретению.

Конструкция шнеков аппарата по изобретению аналогична конструкции известных шнеков, подробно описанных, например, в патентах Бельгии 711,219 и 728,417. Особенности шнеков, используемых по изобретению, далее описываются со ссылкой на фиг. 4 и 5.Проходящая через ось 17 барабана перегородка 16, вместе с радиальными стенками 18 шнеков ограничивают два ряда (каждый ряд в своем шнеке) последовательно расположенных ячеек 6. В каждом ряду ячеек стружка перемещается в одном и том же направлении, не смешиваясь со стружкой в другом ряду ячеек. Стенки 18 выполнены так, чтобы при повороте барабана стружка высыпалась из ячейки и при дальнейшем вращении барабана поступала в следующую ячейку того же ряда, обеспечивая таким образом постепенное продвижение стружки от ячейки к ячейке в направлении к хвостовой части барабана.

Каждая ячейка 6 имеет корзину 19, в которой происходит контактирование экстрагирующей жидкости со стружкой. Корзина 19 должна иметь по меньшей мере одну перфорированную стенку 20 для удаления из корзины экстрагирующей жидкости после ее контакта со стружкой.

Перфорированная стенка 20 расположена смежно перегородке 16 и фактически параллельно ей. Следует отметить, что и другие стенки корзины, а именно - радиальные стенки 25, параллельные радиальным стенкам 18 шнеков, и стенка 26, выполненная для максимального объема корзины изогнутой коаксиально корпуса барабана, также могут быть перфорированы, если это нужно. Однако в дальнейшем, для упрощения описания, под "перфорированной стенкой" будет пониматься конкретно стенка 20, смежная перегородке 16.

Проточные каналы 21, в которые поступает экстрагирующая жидкость, расположены позади перфорированных стенок 20 корзин. Каналы 21 простираются по периферии барабана вдоль его оси и немного наклонены к ней, чтобы обеспечить по ним движение жидкости самотеком в направлении, противоположном направлению перемещения стружки. Посредством отверстий 22, выполненных в стенках 18 шнеков, каналы 21 обеспечивают перетекание жидкости из ячейки одного ряда в следующую по направлению перемещения жидкости ячейку другого ряда. Направление перемещения жидкости в барабане показано стрелкой 6. Поскольку продвижение каждого потока жидкости внутри барабана происходит по сложной траектории, из одного ряда ячеек в другой ("зигзагом"), то под направлением перемещения жидкости здесь понимается общее направление ее перемещения от хвостовой части барабана к его головной части. В процессе совершения барабаном одного оборота, который происходит медленно и длится в течение периода времени, измеряемом минутами, каждый из двух потоков жидкости перемещается на одну ячейку в упомянутом выше направлении. Эти два потока окончательно удаляются из первых ячеек головной части барабана в виде диффузионного сока, направляемого в производство. В упомянутых патентах Бельгии 711, 219 и 728,417 можно найти подробное описание подходящих для аппарата по изобретению средств окончательного отбора диффузионного сока в головной части барабана, а также средств выгрузки жома в его хвостовой части.

Аппарат снабжен средством 23 для отбора экстрагирующей жидкости, связанным со средством 24 для рециркуляции этой жидкости, через средство 12 для ее подогрева до температуры ошпаривания, в ячейки зоны ошпаривания (в месте 11).

В аппарате по изобретению количество ячеек ошпаривания в каждом ряду ячеек предпочтительно составляет не более четвертой части от общего количества ячеек в этом ряду. Этот конструктивный признак, в сущности, определяет отношение длительности периода прохождения стружкой зоны диффузии к длительности прохождения стружкой всего барабана от загрузки до выгрузки, как 1/4 или меньше. Поскольку в каждой ячейке стружка пребывает одно и то же время, то количество ячеек в зоне определяет относительную скорость перемещения стружки через эту зону.

В варианте выполнения аппарата, показанном на фиг. 1, средство рециркуляции экстрагирующей жидкости включает сборник 28 экстрагирующей жидкости, отбираемой из ячеек зоны диффузии, регуляторы расхода 28 и уровня 29, регулятор температуры 30, отборные трубопроводы 31 (на фиг. 1 показан только один из них), подключенные к двум ячейкам диффузии, расположенным у зоны ошпаривания 7, и к сборнику 27, нагреватель 12 для повышения температуры рециркулируемой жидкости от температуры диффузии до температуры ошпаривания, циркуляционный насос 32, подключенный к сборнику 28 и нагревателю 12, и подводящие трубопроводы 33 для подачи рециркулируемой жидкости в ячейки ошпаривания.

Средство отбора 23 также имеет трубопровод 34 для соединения вместе двух потоков жидкости в трубопроводах 31 и для направления отобранной жидкости в сборник 27, причем сборник 27 посредством трубопровода 35 связан через нагреватель 12 с трубопроводами 36 (на схеме фиг.1 виден только один из двух трубопроводов 36), возвращающими подогретую жидкость снова в виде двух потоков в ячейки ошпаривания в месте 11.

Связанные с трубопроводом 35 регулятор расхода 28, регулятор уровня 29 сборника 27, а также нагреватель 12 и регулятор температуры 30 выполнены/установлены/отрегулированы так, чтобы количество жидкости, возвращаемой в ячейки ошпаривания в месте 11 было равно количеству жидкости, отобранной из зоны диффузии в месте 10.

Вытекающий из головной части барабана диффузионный сок собирается в сборнике 37, связанным со средствами 9 окончательного отбора диффузионного сока, для последующей передачи сока с помощью насоса 38 в производство.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 2, имеются дополнительные трубопроводы 39 отбора жидкости, соединенные в месте 13 с ячейками ошпаривания, в которые входят трубопроводы 36 возврата жидкости, отобранной из зоны диффузии. Другим концом дополнительные трубопроводы 39 соединены со сборником 27, причем трубопроводы отбора 31, трубопроводы рециркуляции 34,35,36, и дополнительные трубопроводы отбора 39 имеют такие размеры проходного сечения, чтобы обеспечить пропускание отборными трубопроводами (31) 115 объемов жидкости, дополнительными отборными трубопроводами (39) 85 объемов жидкости, а трубопроводами рециркуляции (34,35,36) соответственно 200 объемов жидкости. Таким образом в контуре, образуемом средством рециркуляции 24, циркулирует 200 объемов жидкости, тогда как в хвостовую часть подают, и соответственно, из головной части барабана извлекают 115 объемов. Выгоды резкого увеличения соотношения жидкость/стружка в зоне ошпаривания уже объяснены выше, в связи со способом по изобретению.

Отбираемое из ячеек ошпаривания в месте 13 дополнительное количество жидкости с температурой немного ниже температуры ошпаривания, смешивается в сборнике 27 с жидкостью, имеющей еще более низкую температуру диффузии. Таким образом, в сборнике получают смесь 40 различных фракций жидкости, что выгодно по причинам, объясненным выше в связи со способом по изобретению.

На фиг. 3 показан еще более предпочтительный вариант выполнения аппарата по изобретению. В этом варианте, аппарат снабжен еще одним средством 41 рециркуляции жидкости, но без нагревателя в этом контуре. Аппарат по этому варианту содержит два сборника (27, 42) рециркулируемой жидкости, один из которых, а именно сборник 42 расположен внутри другого (т.е. внутри сборника 27) и сообщен с ним переливом, причем отборные трубопроводы 36 подключены к внутреннему сборнику 42, а дополнительные отборные трубопроводы 39 подключены к наружному сборнику 27, при этом отводящий трубопровод 35 наружного сборника 27 подключен через циркуляционный насос 32 и нагреватель 12 к ячейкам ошпаривания в месте 11, а отводящий трубопровод 43 внутреннего сборника 42 подключен через другой циркуляционный насос 44 к трубопроводам 45, подсоединенным к следующим по направлению перемещения жидкости ячейкам в месте 14.

Средство 24 рециркуляции экстрагирующей жидкости с подогревом здесь выполнено аналогично тому, как описано выше для варианта по фиг. 2. Регулятор 29 уровня жидкости в наружном сборнике 27 здесь подключен к отводящему трубопроводу 43 внутреннего сборника 42, для того, чтобы количество жидкости, возвращаемой в ячейки ошпаривания в месте 14, было равно количеству жидкости, отбираемой из ячеек диффузии в месте 10, при условии, что в месте 13 из ячеек ошпаривания, смежных ячейкам диффузии, отбирается практически вся жидкость. Это условие понятно специалисту, и оно, в общем, пояснено выше в связи с соотношением объемов жидкости, циркулирующей по трубопроводам аппарата по фиг. 2.

В аппарате по изобретению, средства отбора жидкости и диффузионного сока снабжены замедляющими отбор жидкости каналами 46 (см. фиг. 7), которые расположены так, что их входы сообщены с проточными каналами 21 барабана, а их выходы для слива жидкости в соответствующий сборник (27,37 или 42) соответственно смещены на 50^o в направлении, противоположном направлению вращения барабана, показанном на фиг. 7 стрелкой В.

Для обеспечения одинакового времени контакта стружки с экстрагирующей жидкостью во всех ячейках, в ячейках отбора, кроме этих каналов 46, могут использоваться и другие средства задержки отбора, например, экраны 47 из листового материала, расположенные в ячейках отбора так, чтобы регулировать расход и распределение жидкости в зависимости при повороте барабана. Более подробно с конструкцией экранов 47 можно ознакомиться в патенте Бельгии 768,553.

На фиг. 4 и 5 более подробно показана конструкция шнеков барабана в различных его положениях. На фиг. 4 каждый участок диаметральной перегородки 16, разделяющий ячейки 6 и 6' двух разных рядов ячеек, а также каждая корзина 19, расположенная возле рассматриваемого участка перегородки 16, выполнены так, чтобы обеспечить уравновешивание барабана, а именно смещены под углом по отношению к смежному участку перегородки 16 и к смежной корзине 19 соответственно, которые расположены перед ними (по направлению перемещения стружки). Этот угол смещения составляет 180/n, где n количество ячеек в ряду.

При повороте барабана, стружка вместе с жидкостью скользит в направлении стрелки С по стенкам корзины 19. Когда корзина достигает горизонтального положения, жидкость может проскальзывать в следующую корзину со стружкой, вместо того, чтобы стечь в проточные каналы 21. Для устранения этого нежелательного явления и соответственно для более корректного отделения жидкости от стружки, предусмотрены дополнительные проточные каналы 48 для жидкости, соединяющие ячейки 6 одного ряда с ячейками 6' другого ряда, причем эти каналы 48 расположены поперечно оси 17 барабана с ее стороны, противоположной от проточных каналов 21.

Одна из стенок дополнительных проточных каналов 48 образована участком 49, являющимся продолжением перфорированной стенки 20 корзины 19.

Участок 49, являющийся продолжением перфорированной стенки 20 корзины, может быть выполнен либо сплошным, либо, по меньшей мере частично, перфорированным в области, расположенной по другую сторону оси 17 барабана.

Каждый дополнительный проточный канал 48 сообщен через отверстие 50 в перегородке 16 со сливным желобом 51, находящимся в ней и имеющим выпускное отверстие 52, расположенное на расстоянии от перегородки 16, по меньшей мере равном расстоянию от нее до перфорированной стенки 20 корзины следующей ячейки по направлению перемещения жидкости.

Свободный край 53 участка 49 и сплошная стенка 54 канала 48, соединяющая этот край 53 с перегородкой 16, наклонены по отношению к оси 17. Стенка 54 пересекает ось 17 на половине расстояния стенок 18 от шнеков, ограничивая рассматриваемую ячейку барабана, причем угол, образованный стенкой 54 и осью 17, составляет примерно 30 градусов. Объем, ограниченный участком 49, стенкой 54, радиальными стенками 18, перегородкой 16 и перпендикулярной к ней плоскостью, проходящей через ось 17, сообщается через отверстие 55 в радиальной стенке 18, отделяющей эту ячейку от следующей ячейки по ходу перемещения стружки, и через отверстие 50 в стенке диаметральной перегородки 16, отделяющей эту ячейку от ячейки другого ряда, являющейся следующей по ходу перемещения жидкости. Эти два отверстия 55, 50 расположены между осью 17 и концом 56 участка 49, продолжающего перфорированную стенку 20, и объединены проходом 57.

Выпускное отверстие 52 сливного желоба 51 расположено на расстоянии от диаметральной перегородки 16. Это расстояние должно быть не меньше расстояния, отделяющего край 53 участка 49 от перегородки 16. Тогда конструкция сливного узла с желобом 51 предотвращает забивание дополнительных проточных каналов 48 при скольжении стружки в направлении стрелки С в горизонтальном положении перфорированной стенки 20 корзины 19.

Размер d1 проточных каналов 21, измеренный в радиальном направлении (см. фиг. 5), равен соответствующему (радиальному) размеру d2, измеренному вдоль радиальной стенки 18, расположенной напротив участка 49 перфорированной стенки 20.

Наличие дополнительных проточных каналов 48, расположенных поперек оси 17 барабана, позволяет, как указано в патенте Бельгии 879,198, с одной стороны, сместить участки перегородки 16 и корзины 19 на упомянутый выше угол 180^o/n, в направлении, противоположном направлению В вращения барабана, и, с другой стороны, выполнить проточные каналы 21 с размером d1, значительно меньше размера d1 каналов 21, показанных на фиг. 4 и 5, при их размере, перпендикулярном d1, который превышает соответствующий размер показанных на фиг. 4 и 5 каналов 21.

Вышеописанное специфическое выполнение каналов 21 позволяет, при угловом смещении корзин 19 и участков перегородки 16, выполнить каналы 21 более прямыми, чем каналы 21 на фиг. 4 и 5, что упрощает конструкцию в целом и обеспечивает наилучший доступ жидкости в эти каналы. При этом размеры более прямых проточных каналов 21 будут зависеть только от скорости течения жидкости, а не от конструктивных особенностей конкретного аппарата, создающих риск засорения каналов 21. Это в итоге позволит уменьшить до минимума несмываемые жидкостью объемы (т.наз."мертвые зоны").

Область 58 участка 49, находящаяся за осью 17 барабана, может быть выполнена сплошной с образованием бункера, в котором жидкость собирается при прохождении перфорированной стенки 20 корзины через горизонтальное положение, а затем выливается в каналы 48 после прохождения стенки 20 горизонтального положения. Это позволяет уловить в каналы 48 большую часть жидкости, которая иначе проскальзывала бы вместе со стружкой в следующую ячейку по ходу перемещения стружки.

Все вышеупомянутые особенности конструкции смещение участков перегородки 16 и корзин 19, выполнение проточных каналов 21 большого сечения, наличие дополнительных каналов 48 и прочее, в совокупности обеспечивает комбинированный эффект, заключающийся в удлинении участка поворота барабана, на котором происходит перемешивание жидкости со стружкой, и соответственно в достижении благоприятных условий диффузии, особенно с учетом большого диаметра барабана по изобретению.

Кроме того, специалисту будет ясно, что возможны различные модификации вышеописанных предпочтительных вариантов, так, например, для лучшего перемешивания стружки и жидкости в корзинах 19 барабана могут быть установлены стержни 59 (фиг. 7). Модификации подобного рода не выходят из объема настоящего изобретения, определяемого исключительно прилагаемой формулой.

Список позиций
1 барабан диффузионного ротационного аппарата;
2 головная часть барабана;
3 хвостовая часть барабана;
4 средства загрузки стружки;
5 средства подачи жидкости;
6 ячейки барабана;
7 зона ошпаривания;
8 зона диффузии;
9 средства окончательного отбора диффузионного сока;
10 место отбора рециркулируемой жидкости из зоны диффузии;
11 место возврата подогретой жидкости в ячейки ошпаривания;
12 средство нагревания рециркулируемой жидкости;
13 место отбора рециркулируемого дополнительного количества жидкости из ячеек ошпаривания;
14 место возврата в ячейки ошпаривания жидкости, рециркулируемой без подогрева из предыдущих ячеек ошпаривания;
15 геликоидальный транспортирующий шнек;
16 перегородка;
17 ось барабана 1;
18 радиальные стенки транспортирующих шнеков 15;
19 корзина ячейки 6;
20 перфорированная стенка корзины 19;
21 проточные каналы;
22 отверстия в стенках шнеков;
23 средство отбора экстрагирующей жидкости из зоны диффузии;
24 средство рециркуляции экстрагирующей жидкости из ячеек диффузии в ячейки ошпаривания;
25 (радиальные) стенки корзины 19;
26 изогнутая стенка корзины, коаксиальная барабану;
27 сборник;
28 регулятор расхода;
29 регулятор уровня;
30 регулятор температуры;
31 трубопровод отбора жидкости из зоны диффузии;
32 циркуляционный насос;
33 подводящие трубопроводы возврата рециркулируемой подогретой жидкости в ячейки ошпаривания;
34, 35, 36 трубопроводы средства рециркуляции 24;
37 сборник диффузионного сока;
38 насос для подачи диффузионного сока на переработку;
39 дополнительные трубопроводы отбора экстрагирующей жидкости из ячеек ошпаривания у ячеек диффузии;
40 смесь фракций жидкости в сборнике 27;
41 средство рециркуляции жидкости без подогрева;
42 внутренний сборник;
43 отводящий трубопровод внутреннего сборника 42;
44 циркуляционный насос;
45 трубопроводы возврата в ячейки ошпаривания экстрагирующей жидкости, рециркулируемой без подогрева;
46 каналы задержки отбора жидкости или сока;
47 экран;
48 дополнительные проточные каналы;
49 участок-продолжение стенки 20 корзины, образующее одну из стенок дополнительного проточного канала 48;
50 отверстие в перегородке 16, связывающее дополнительный проточный канал со сливным желобом;
51 сливной желоб;
52 выпускное отверстие сливного желоба;
53 свободный край участка 49;
54 сплошная стенка дополнительного проточного канала 48;
55 отверстие в радиальной стенке 18;
56 конец участка 51, продолжающего стенку 20;
57 проход, объединяющий отверстия 50, 55;
58 область участка 49 за осью 17, которая может быть как перфорированной, так и сплошной;
59 стержни для перемешивания стружки в ячейке. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6

Реферат

Использование: изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к получению диффузионного сока из свеклы или цикория. Сущность: способ предусматривает контактирование стружки из корнеплодов с экстрагирующей жидкостью в ячейках ротационного диффузионного аппарата, отбор диффузионного сока из его головной части и отбор жома из хвостовой части барабана. В процессе экстракции отбирают по меньшей мере часть экстрагирующей жидкости при температуре диффузии из зоны барабана, расположенной за зоной отбора сока, в производство по ходу перемещения стружки, нагревают эту часть жидкости до температуры ошпаривания и рециркулируют ее в ячейки ошпаривания стружки, которые имеют объем, увеличивающийся преимущественно в направлении, перпендикулярном направлению перемещения стружки, по меньшей мере на 40% по сравнению с максимальной величиной объема ячеек, в которых стружка и жидкость контактируют при температуре диффузии. Для осуществления способа получения диффузионного сока используют ротационный диффузионный аппарат, который снабжен средством отбора экстрагирующей жидкости из ячеек зоны диффузии, расположенных возле ячеек зоны ошпаривания, и рециркуляции этой жидкости в зону ошпаривания стружки, а также средством нагрева отобранной жидкости до температуры ошпаривания. Ячейки ошпаривания имеют объем, превышающий преимущественно в радиальном направлении по меньшей мере на 40% максимальную величину объема ячеек диффузии. 2 с.п. ф-лы. 22 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула