Способ непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам вымораживания жидкостей и получения чешуйчатого льда, и может быть использовано в химической, фармацевтической, микробиологической промышленности и на предприятиях агропромышленного комплекса. Технической задачей изобретения является интенсификация процесса теплообмена, снижение энергозатрат. Для этого в способе непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, включающем кристаллизацию влаги в виде льда на вращающейся цилиндрической поверхности, погруженной в слой жидкого продукта, новым является то, что вымораживание льда и его последующее переохлаждение осуществляются при постоянной температуре, обеспечиваемой постоянной величиной потока теплоты хладагента за счет его аккумулирования внутри барабана при одновременном снижении термического сопротивления теплопередаче за счет использования в качестве теплопередающей поверхности материала с высоким значением коэффициента теплопроводности, например сплава АМг 5. В установке для вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, содержащей основание, ванну для продукта, сальниковые узлы, оси, приводное устройство, барабан, устройства ввода и отвода хладагента, устройство для удаления льда, новым является то, что внутренняя сторона теплопередающей поверхности содержит полиметаллические вставки, состоящие из набора пластин, изготовленных из различных материалов и размещенных так, что их теплоемкости увеличиваются по мере приближения к центру цилиндрической поверхности намораживания. 2 c. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам вымораживания жидкостей и получения чешуйчатого льда, и может быть использовано в химической, фармацевтической, микробиологической промышленности и на предприятиях агропромышленного комплекса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения чешуйчатого льда и установка для его реализации (Производство и применение льда. /В.А.Бобков. - М.: Пищевая промышленность, 1977, 231 с., стр 148, рис.73), содержащая трубопроводы подачи и отвода жидкого хладагента, нож-скребок для скалывания льда, барабан, водяную ванну, полый вал, зубчатую передачу от редуктора на вал, электродвигатель, редуктор.

Недостатками указанного способа являются осуществление процесса теплообмена при неравномерной величине теплового потока через стенку аппатата, резкие колебания температур и наличие условий возникновения теплового удара.

Недостатками указанной установки являются низкая интенсивность теплообмена, неравномерность охлаждения и переохлаждения вымороженного льда, непостоянство теплового потока через стенку аппатата, невысокая производительность.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса теплообмена, снижение энергозатрат.

Поставленная задача достигается тем, что в способе непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, включающем кристаллизацию влаги в виде льда на вращающейся цилиндрической поверхности, погруженной в слой жидкого продукта, новым является то, что вымораживание льда и его последующее переохлаждение осуществляются при постоянной температуре, обеспечиваемой постоянной величиной потока теплоты хладагента за счет его аккумулирования внутри барабана при одновременном снижении термического сопротивления теплопередаче за счет использования в качестве теплопередающей поверхности материала с высоким значением коэффициента теплопроводности, а так же тем, что в качестве материала теплопередающей поверхности используют АМг 5.

В установке для вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, содержащей основание, ванну для продукта, сальниковые узлы, оси, приводное устройство, барабан, устройства ввода и отвода хладагента, устройство для удаления льда, новым является то, что внутри барабана установлены полиметаллические вставки, состоящие из набора пластин, изготовленных из различных материалов и размещенных так, что их теплоемкости увеличиваются по мере приближения к центру цилиндрической поверхности намораживания.

Технический результат заключается в том, что предложенный способ непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента и установка для его осуществления позволяют улучшить структуру получаемого льда за счет равномерного его переохлаждения, что позволит облегчить его съем, снизить затраты энергии на вымораживание, интенсифицировать процесс теплообмена и уменьшить продолжительность обработки продукта.

На фиг.1 изображена схема установки для осуществления непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, на фиг.2 - разрез установки по А-А на фиг.1, на фиг.3 - конструкция полиметаллической вставки.

Установка для непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда (фиг.1) содержит основание 1, на котором монтируется ванна для продукта 2, установленные при помощи вертикальных опор сальниковые узлы 3 с осями 4 и приводным устройством 5, закрепленные в торцах барабана 6, внешняя поверхность которого служит для намораживания льда, а внутренняя играет роль испарителя. Внутри барабана 6 установлен вытеснительный барабан 7 и набор полиметаллических вставок 8. Оси 4 имеют штуцеры для подвода 9 и отвода 10 хладагента. Установка снабжена ножом 11 для удаления вымороженного льда с наружной поверхности барабана 6 и лотком 12 для его отвода.

Способ непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда в установке осуществляется следующим образом.

Жидкий хладагент непрерывно подается в полую ось 4 через штуцер 9 подвода хладагента и, стекая в пространство, образованное нижней частью непрерывно вращающегося барабана 6 с полиметаллическими вставками 8 и неподвижным вытеснительным барабаном 7, кипит при постоянной температуре за счет отвода теплоты, поступающей в результате теплообмена с продуктом, внешней средой и за счет разрежения, создаваемого компрессором холодильной машины (не показана). Кипящий хладагент охлаждает полиметаллические вставки 8, прикрепленные к внутренней поверхности барабана 6, находящиеся в его нижней части, и нижнюю часть барабана, соприкасающуюся с хладагентом. При вращении барабана 6 полиметаллические вставки 8, выносимые из зоны кипения хладагента, отдают накопленную теплоту хладагента внутренней поверхности барабана за счет расположения пластин в полиметаллической вставке 8 таким образом, что каждая последующая пластина, начиная от внутренней поверхности барабана и направленная к его центру, имеет большую теплоемкость, чем предыдущая, что обеспечивает направленную передачу теплоты кипящего хладагента накопленной полиметаллическими вставками 8 внутренней поверхности барабана. Причем скорость передачи теплоты от пластины к пластине уменьшается при отдалении от внутренней поверхности барабана. Таким образом, обеспечивается постоянство температуры стенки барабана 6. Кроме того, для этой цели предлагается изготовлять барабан 6 из материалов или сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия (коэффициент теплопроводности 202,4 Вт/(мК)) или сплава АМг 5 (коэффициент теплопроводности 116,9 Вт/(мК)). Отработанный хладагент отводится из установки при помощи штуцера 10.

Продукт подается в ванну 2 с погруженным в нее барабаном 6, непрерывное вращательное движение которому сообщается приводным устройством 5, закрепленным на сальниковом узле 3, при этом на наружной поверхности барабана вымораживается влага в виде льда, а продукт концентрируется. При вращении барабана намороженный слой льда переохлаждается, а его наружная поверхность подсыхает при постоянной температуре стенки барабана за счет равномерного охлаждения барабана, что исключает коробление или частичное подтаивание наружной поверхности льда и облегчает его съем ножом 11 в виде сухих крупных или мелких чешуек. Вымороженный из продукта чешуйчатый лед отводится в лоток 12, а сконцентрированный вымораживанием влаги продукт отводится из ванны 2 при помощи патрубка (не показан). В таблице представлен порядок установки материалов полиметаллической вставки и достигаемый теплотехнический эффект.

Осуществление процесса вымораживания при постоянном тепловом потоке через стенку аппарата позволяет существенно улучшить теплообмен и снизить затраты энергии, а обеспечение постоянства температурного режима намораживания и переохлаждения льда обеспечивает улучшение качества получаемого льда. Обеспечение процесса вымораживания и получения чешуйчатого льда с равномерным охлаждением и переохлаждением вымороженного льда при интенсивном отводе теплоты позволяет значительно снизить энергозатраты на концентрирование продукта и получение чешуйчатого льда.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, включающий кристаллизацию влаги в виде льда на вращающейся цилиндрической поверхности, погруженной в слой жидкого продукта, вымораживание льда и его последующее переохлаждение, отличающийся тем, что вымораживание льда и его последующее переохлаждение осуществляют при постоянной температуре, обеспечиваемой постоянной величиной потока теплоты хладагента за счет его аккумулирования внутри барабана при одновременном снижении термического сопротивления теплопередачи за счет использования в качестве теплопередающей поверхности материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

2. Способ непрерывного вымораживания по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала теплопередающей поверхности используют сплав А Мг5.

3. Установка для вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, содержащая основание, ванну для продукта, сальниковые узлы, оси, приводное устройство, барабан, устройства ввода и отвода хладагента, устройство для удаления льда, отличающаяся тем, что внутри барабана установлены полиметаллические вставки, состоящие из набора пластин, изготовленных из различных материалов и размещенных так, что их теплоемкости увеличиваются по мере приближения к центру цилиндрической поверхности намораживания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3