BRPI0413807B1 - Instalação para concentração de suco de tomate - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “INSTALAÇÃO PARA CONCENTRAÇÃO DE SUCO DE TOMATE”.

Campo Técnico A invenção se refere a uma instalação para concentração de suco de tomate. Técnica Anterior Normalmente na concentração de suco de tomate, instalações de concentração de multi-efeito são usadas que, muito brevemente, alcançam concentração por evaporação do teor de água do suco, feita pela regulação da temperatura e pressão (depressão) por várias quantidades nos efeitos de instalação simples. A função das instalações também, mas em termos de construção, são preferivelmente complexas e requerem regulação precisa a medida que os níveis de temperatura e pressão nos vários efeitos são de importância crítica. Além disso, para boa performance da instalação, a temperatura de alguns dos efeitos tem que ser preferivelmente alta, com a chance de conseqüências negativas com relação ao próprio produto. A técnica anterior apresenta instalações de concentração de película de queda que compreendem um evaporador provido com um grupo de tubo vertical no qual uma pluralidade de tubos é disposta, extremidades dos quais são chaveadas em duas placas paralelas, respectivamente uma placa superior e uma placa inferior, de modo que as extremidades superiores dos tubos se abrem em uma zona de admissão do produto, enquanto as extremidades inferiores dos tubos se abrem em uma zona de fundo do evaporador, conhecida como a câmara de separação, na qual o suco perde água por auto-evaporação (flash), arrefece e sai para ser enviado para operações sucessivas. Os tubos são fechados em uma luva, geralmente cilíndrica, e delimitada por duas placas paralelas, intemamente das quais um fluido de aquecimento circula, que é geralmente vapor produzido por uma caldeira e, subseqüentemente, laminado por válvulas especiais que reduzem pressão e temperatura deste para trazer os valores para acima dos valores desejados. Desse modo, a superfície externa dos tubos é colidida pelo fluido de aquecimento, enquanto suas superfícies externas são ocupadas por uma película de queda de produto, que, a medida que ela aquece, perde água na forma de vapor e, portanto, toma-se concentrada. Nestas instalações, o gmpo de tubo é freqüentemente dividido em dois ou mais setores que são todos fechados dentro da luva do evaporador e, desse modo, todos operando na mesma temperatura. Neste caso, o produto que cai a partir da primeira seção de tubos e chega na câmara de separação é retomado para o topo do grupo de tubo através de um tubo de retorno disposto intemamente do grupo de tubo; durante seu retomo ascendente, o produto, que foi arrefecido na câmara de separação devido a evaporação, é aquecido uma vez mais, embora ele esteja normalmente em uma temperatura levemente mais baixa do que a temperatura de saturação intemamente da câmara; uma vez que ele tenha alcançado o topo do evaporador, o produto é feito cair nos setores seguintes. 0 produto é então extraído a partir da câmara de separação, uma vez que ele tenha passado através da seção final. Estas instalações, e sua operação são estabelecidas na técnica anterior.

Estas instalações, que com relação às instalações de concentração multi-efeito são fáceis de regular e funcionam em temperaturas inferiores, são geralmente usadas para produtos de baixa viscosidade, tais como, por exemplo, sucos leves ou soro de leite, mas não são adequadas para produtos de alta viscosidade e produtos com uma grande presença de açúcares e fibras, tais como, por exemplo, suco de tomate. Embora estas instalações sejam indubitavelmente simples, elas, contudo, apresentam certos problemas ligados a impossibilidade de garantir uma distribuição homogênea do produto ao longo das paredes dos tubos, bem como a grande dificuldade de regular a espessura da película de queda de produtos conforme ele descende ao longo das paredes internas dos tubos. A espessura da película é, de fato, regulável de qualquer modo, que pode ser chamada certa e satisfatória, embora muitas tentativas tenham sido feitas para regular a distribuição de admissão de produto ou sua distribuição na placa superior, a partir da qual o produto é distribuído nos vários tubos. Além disso, a produção de vapor que ocorre dentro dos tubos não é suficiente para garantir um descenso regular do produto ao longo das paredes internas dos tubos, especialmente os tubos nos setores subseqüentes ao primeiro, onde o produto, devido a concentração alcançada nas passagens precedentes, tem uma grande densidade e uma temperatura ievemente mais baixa do que aquela do evaporador de operação, a medida que o produto durante o retomo ascendente não alcança a temperatura interna do evaporador. O objetivo principal da presente invenção é solucionar os problemas da técnica anterior pela provisão de uma instalação para concentração de suco de tomate que seja simples de regular, e capaz de funcionar em temperaturas baixas com relação àquela necessidade de instalações de efeito múltiplo.

Uma vantagem da invenção é que ela é capaz de otimizar a energia necessária para a operação da instalação total.

Estes objetivos e vantagens e outras são todos alcançados pela invenção conforme ela é caracterizada nas reivindicações em anexo.

Revelação da Invenção Outras características e vantagens da presente invenção tomar-se-ão aparentes a partir da descrição detalhada que se segue de uma concretização preferida mas não-exclusiva da invenção, ilustrada puramente por meio de exemplo não-limitativo nas figuras acompanhantes dos desenhos, nos quais: A Figura 1 é um diagrama de uma concretização da instalação da invenção; e A Figura 2 é um detalhe de um setor de tubos do evaporador da Figura 1.

Com referência às figuras dos desenhos, 1 denota em sua totalidade um evaporador, total de tipo conhecido, que é provido com uma luva externa, geralmente cilíndrica, intemamente da qual existe um fluido de aquecimento. Intemamente do evaporador e, mais precisamente, em uma parte central la deste delimitada pela luva, uma placa superior 4 e uma placa inferior 5, um grupo de tubos é disposto, constituído por tubos verticais 3 nos quais o suco de tomate submetido a concentração circula. Os tubos são diferenciados, conforme será melhor descrito aqui abaixo, em tubos de retomo 3r e tubos descendentes 3s para o suco de tomate.

Uma admissão de suco e zona de distribuição 4a estão localizadas no evaporador acima da placa superior 4. A admissão 4a é superiormente delimitada por uma placa de distribuição 4b. Existe também uma zona de fundo, ou câmara de separação 5a, abaixo da placa inferior 5, em cuja câmara o suco de tomate que cai a partir dos tubos 3 é coletado e do qual, conforme será melhor esclarecido aqui abaixo, o suco de tomate concentrado é extraído. As extremidades inferiores dos tubos 3 são chaveadas na placa inferior 5; as extremidades superiores dos tubos 3 são chaveadas na placa superior 4, enquanto as extremidades superiores dos tubos 3r cruzam a placa superior 4, e são chaveadas na placa de distribuição 4b que é provida com furos através dos quais o suco cai e é distribuído na zona de admissão 4a antes dele entrar nos tubos 3 e cair em direção á câmara 5a do evaporador.

Paredes de divisão 12 e 13 estão localizadas nas zonas 4a e 5a, que capacitam os tubos 3 de serem subdivididos em uma pluralidade de setores 3a, 3b, 3c, 3d nos quais o suco de tomate circula em sucessão. O evaporador exibe, isto é, uma pluralidade de setores de tubo (que na concretização ilustrada são quatro em número) dispostos “em série”, todos os tubos do grupo de tubo estando, contudo, contidos na luva 2 da parte central la do evaporador e são, desse modo, externamente submetidos à mesma temperatura que existe na zona central. Como na passagem de um setor para outro, o produto sendo operado perde água (por evaporação ou auto-evaporação), e a taxa de fluxo de suco diminui, cada setor tendo um número menor de tubos do que o setor anterior. A instalação compreende adicionalmente meios para recirculação, que na concretização preferida são representados por bombas de tipo conhecido 6a, 6b, 6c, que levam o suco de tomate de um setor da câmara de separação e o envia, através dos tubos de retomo 3r, na zona de admissão do setor seguinte, criando, desse modo, uma trajetória em “série” para o suco de tomate através dos vários setores de tubo. A instalação da invenção compreende adicionalmente um compressor 8 que é de tipo conhecido e que aspira o vapor a partir da zona da câmara de separação 5 a do evaporador, comprime o vapor e o re-introduz na parte central la do evaporador que contém o grupo de tubo. A parte da planta descrita até agora é, contudo, conforme mencionado, de tipo conhecido, e normalmente usada para concentração de sucos leves, para cujo tipo de sucos deste tipo de instalação não impõe um número excessivo de problemas. A instalação compreende adicionalmente uma turbina à gás 9 de tipo conhecido, que é energizada por vapor vivo proveniente de uma caldeira, esquematicamente denotada 10, geralmente a uma pressão de cerca de 12 bares, que energiza o compressor 8. O vapor de descarga a partir da turbina à gás, normalmente a uma pressão de cerca de 1,3 bares, é usado como um fluido de aquecimento necessário para operação da instalação. A instalação compreende adicionalmente um trocador de calor 7, por exemplo um trocador de grupo de tubo de tipo conhecido, que é disposto extemamente do evaporador 1, e que é suprido por um fluido de aquecimento. O trocador de calor é dividido em uma pluralidade de setores 7a, 7b, 7c, em cada um dos quais, por meio das bombas 6a, 6b, 6c, o suco de tomate é enviado quando ele sai de um setor de tubos 3a, 3b, 3c do evaporador 1. Dentro do trocador 7, o suco é aquecido para a mesma temperatura como no interior da luva 2, isto é., na parte central la do evaporador 1, antes de ser enviado no setor sucessivo. Nota-se que, ao invés de um trocador de calor dividido em vários setores, uma pluralidade de trocadores de calor pode ser usada, e eles podem ser de um tipo diferente ao aqui indicado por meio de exemplo.

Também incluídos estão um ou mais trocadores de calor externos do evaporador 1, não ilustrados nas figuras dos desenhos, nos quais o suco de tomate fresco é aquecido antes de ser enviado nos primeiros setores do evaporador 1.

Um ejetor de vapor 11 de tipo conhecido é incluído na instalação da invenção. O fluido primário do ejetor 11 é o vapor de descarga proveniente a partir da turbina á gás 9. O ejetor extrai o fluido de aquecimento a partir da parte central la do evaporador 1 que contém o grupo de tubos; o fluido que sai a partir do ejetor de vapor 11 é usado como um fluido de aquecimento para o trocador de calor 7. A instalação funciona conforme agora descrito. A temperatura intemamente da luva na zona central (la) do evaporador 1, que inclui um grupo de tubo, é mantida em entre 72 graus e 80 graus Célcius, e, em particular, em um nível de cerca de 75 graus Célcius, cuja temperatura mostrou-se ser especialmente efetiva no bom funcionamento da instalação. A temperatura intemamente da câmara de separação 5a do evaporador 1 é mantida em entre 67 graus e 75 graus Célcius, e, em particular, em cerca de 70 graus Célcius, que mostrou-se ser especialmente efetiva para bom funcionamento da instalação. A pressão relativa (depressões) intemamente destas zonas, que são saturadas com vapor, é determinada a partir do diagrama de saturação de vapor.

Na zona central la, isto é., intemamente da luva 2, a temperatura desejada é obtida por meio de injeção de vapor proveniente a partir da descarga da turbina 9; a condensação é extraída por meio de sistemas de extração de condensação usual enquanto o vapor não-condensado é extraído na zona inferior da zona central la pelo injetor 11 e é usado como um fluido de aquecimento para o trocador de calor 7. Na câmara de separação 5a, a temperatura desejada é obtida por extração de vapor, feita pelo compressor 8, que causa um abaixamento de pressão na zona, com uma conseqüente auto-evaporação do produto e redução da temperatura; o vapor comprimido pelo compressor 8 é enviado, junto com o vapor proveniente a partir da turbina 9, intemamente da luva 2 contendo o grupo de tubo, isto é., na zona central la do evaporador 1. O produto fresco, após ter sido aquecido a uma temperatura de 75 graus Célcius (ou, em qualquer caso, à temperatura presente dentro da luva 2) em pré-aquecedores supridos pelo vapor proveniente a partir do ejetor 11, é enviado através do conduto de retorno 3r do primeiro setor do grupo de tubos 3, no primeiro setor da placa de distribuição 4b; o produto alcança, a partir dos furos na placa 4b, a zona de admissão 4a do suco, e dali descende ao longo das paredes internas dos tubos 3s do primeiro setor 3a do grupo de tubos. Durante a queda, o suco, que troca calor com as paredes do tubo, produz vapor para evaporação; este vapor, que cai internamente dos tubos em direção à câmara de separação 5 a do evaporador (do qual o vapor é aspirado pelo compressor 8 que, desse modo, reduz a pressão do vapor), determina, um descenso regular do suco ao longo das paredes dos tubos, e mantém a viscosidade do suco em níveis ótimos.

Quando o suco chega no setor da câmara de separação 5a que corresponde ao primeiro setor de tubo, o suco concentra adicionalmente por auto-evaporação e, conseqüentemente, arrefece a uma temperatura que, no exemplo ilustrado, é 70 graus Célcius. A bomba 6a remove o suco a partir da câmara de separação 5a, e o envia para o setor 7a do trocador de calor 7 no qual ele é aquecido a uma temperatura de 75 graus Célcius, e o introduz no tubo de retorno do segundo setor 3b de tubos e, do mesmo modo conforme antes descrito, o envia para deslocar-se através de todos os setores dos tubos do evaporador.

Uma vez que o suco tenha alcançado o setor final da câmara de separação 5 a, no exemplo ilustrado e descrito correspondente ao quarto setor de tubos 3 d, o suco concentrado é removido para ser enviado para as operações seguintes. Por exemplo, com a instalação da invenção, um suco em densidade inicial de 4,5 Brix é trazido para uma densidade final de 8,5 Brix. O aquecimento do suco na passagem de um setor de tubo para o setor seguinte, feito por meio de um trocador de calor externo do evaporador 1, capacita uma determinação exata da temperatura do suco que entra nos vários setores de tubo, que nas instalações da técnica anterior não é facilmente alcançável a medida que elas passam o suco somente através dos tubos de retorno internos do evaporador 1. Durante o descenso do suco nos tubos de descenso, a produção de vapor por evaporação é precisamente controlável, e é suficiente para garantir ambos descenso correto do suco ao longo dos tubos, e uma consistência desejada do produto na parede interna dos tubos. Desse modo, mesmo com sucos densos ricos em açúcares e/ou fibras, similar a suco de tomate, a instalação de concentração funcionará bem, e pode ser facilmente e precisamente regulada. O uso de um evaporador de película de queda para concentração de suco de tomate, toma possível pela realização especial da instalação da invenção, capacitar o suco de tomate a temperaturas que são decididamente mais baixas do que necessário nas instalações de concentração multi-efeito (que vão acima de 90 graus Célcius), com um conseqüente aperfeiçoamento qualitativo do suco concentrado obtido.

Além disso, o uso de uma turbina à gás para ativar o meio de compressor usando a energia de vapor produzido na caldeira, cujo vapor tem, contudo, que ser laminado de modo a trazer as pressões adequadas para introdução no evaporador, todos dos quais constituem uma economia de energia considerável com relação às instalações normais, que usam compressores energizados por motores elétricos. Desse modo, a instalação elétrica da instalação de concentração é muito simplificada, um resultado muito útil como a instalação elétrica, devido a presença de muita umidade típica destas instalações, é sempre um componente preferivelmente delicado.

Claims (4)

1- Instalação para concentração de suco de tomate, que compreende: um evaporador (1) provido de uma luva externa (2), na qual um fluido de aquecimento circula, que circunda um feixe de tubo vertical (3), disposto em uma parte central (la) do evaporador (1), em cujos tubos (3) o suco de tomate circula; uma placa superior (4) e uma placa inferior (5), que juntas com a luva (2), delimitam a parte central (la), na qual as extremidades da placa superior (4) e placa inferior (5) dos tubos (3) são chaveadas, de modo que as extremidades superiores dos tubos se abrem em uma zona de admissão (4a) do evaporador, no qual o suco de tomate é distribuído (1), e extremidades inferiores dos tubos (3) se abrem em uma zona de fundo que é uma câmara de separação (5a) do evaporador (1); caracterizada pelo fato de que os tubos (3) são divididos em uma pluralidade de setores (3 a, 3b, 3c e 3d), todos operando em uma mesma temperatura e pressão, e em que o suco de tomate circula em sucessão; a instalação compreendendo: meios para circulação (6a, 6b, 6c) para remoção do suco de tomate a partir de um setor da câmara (5 a), e que enviam o suco de tomate para uma zona de admissão de um setor sucessivo; pelo menos um trocador de calor (7) disposto extemamente ao evaporador (1), e dividido em uma pluralidade de setores (7a, 7b, 7c) em cada um dos quais setores o suco de tomate que sai a partir de um setor de tubos (3a, 3b, 3c) do evaporador (1) é aquecido para uma mesma temperatura conforme uma temperatura presente na parte central (la) do evaporador (1) antes de ser enviado para um setor sucessivo.

2 — Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender: um compressor (8) de tipo conhecido para aspirar vapor a partir da câmara de separação (5a) do evaporador (1), para comprimir o vapor e para introduzir o vapor na parte central (la) do evaporador (1); uma turbina à gás (9) de tipo conhecido, energizada por vapor vivo proveniente de uma caldeira (10), e energizando o compressor (8); vapor de descarga a partir da turbina à gás (9) que constitui um fluido de aquecimento necessário para operação da instalação.

3- Instalação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreende um ejetor de vapor (11) de tipo conhecido, um fluido primário do qual é o vapor de descarga proveniente a partir da turbina á gás (9), cujo ejetor de vapor (11) extrai fluido de aquecimento a partir da parte central (la) do evaporador (1); o fluido que sai a partir do ejetor de vapor (11) constituindo o fluido de aquecimento para o trocador de calor (7).

4- Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: uma temperatura interna da zona central (la) do evaporador é compreendida entre 72 graus e 80 graus; uma temperatura interna da câmara de separação (5a) do evaporador (1) é compreendida entre 67 graus e 75 graus.