PL171017B1

PL171017B1 - A device for rapid heating and sterilization of liquids or suspensions of solids in liquids

Info

Publication number: PL171017B1
Application number: PL29942293A
Authority: PL
Inventors: Ryszard Marcinkowski; Waldemar Wiechecki; Jerzy Zastawa; Marek Bukowiecki; Walenty Gogulski; Bozena Sokol; Zenon Kaplon
Original assignee: Politechnika Warszawska; Zaklad Badawczo Rozwojowy Polm
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1997-02-28
Also published as: PL299422A1

Abstract

1. Urządzenie do szybkiego podgrzewania i sterylizacji cieczy lub zawiesin ciał stałych w cieczy, składające się z przepływowej komory mieszania i dyszy doprowadzającej parę, znamienne tym, że w komorze mieszania (2) umieszczona jest rurowa przegroda perforowana (5), korzystnie cylindryczna, usytuowana w osi dyszy (4) doprowadzającej parę, rozdzielająca przestrzeń komory mieszania (2) na strefę zewnętrzną i strefę wewnętrzną.1. A device for rapid heating and sterilization of liquids or suspensions of solids in a liquid, consisting of a flow mixing chamber and a steam supply nozzle, characterized in that a perforated tubular partition (5), preferably cylindrical, is placed in the mixing chamber (2), located in the axis of the steam supply nozzle (4), dividing the space of the mixing chamber (2) into an outer zone and an inner zone.

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do szybkiego podgrzewania i sterylizacji cieczy lub zawiesin ciał stałych w cieczy stanowiących materiały pochodzenia roślinnego, jak pulpa ziemniaczana, rozdrobnione zboże, rozdrobnione owoce i warzywa, na drodze bezpośredniego kontaktu z parą wodną.The subject of the invention is a device for rapid heating and sterilization of liquids or suspensions of solids in liquids constituting materials of plant origin, such as potato pulp, shredded cereals, shredded fruits and vegetables, by direct contact with steam.

Szybkie podgrzanie do określonej temperatury jest szczególnie ważne w przypadku materiałów zawierających znaczne ilości skrobi, która w przedziale temperatur od 50°C do 80°C ulega tak zwanemu kleikowaniu. W efekcie bardzo silnie wzrasta lepkość zawiesiny, co utrudnia jej przetłaczanie i mieszanie. Szybkie osiągnięcie temperatury od 75°C do 85°C pozwala na praktyczne wyeliminowanie zjawiska kleikowania.Rapid heating to a certain temperature is especially important in the case of materials containing significant amounts of starch, which undergoes so-called gelatinization in the temperature range of 50 ° C to 80 ° C. As a result, the viscosity of the suspension increases significantly, which makes it difficult to pump and mix it. Quick achievement of the temperature from 75 ° C to 85 ° C allows to practically eliminate the phenomenon of gelatinization.

W przemyśle spożywczym stosuje się trzy operacje polegające na ogrzewaniu surowca do określonej temperatury: blanszowanie, którego celem jest dezaktywacja enzymów, rozparzanie, w trakcie którego przeprowadza się zawiesinę w stan półpłynny, oraz sterylizację, mającą na celu zniszczenie mikroorganizmów. W zależności od celu operacji stosuje się różne temperatury końcowe, czasy przebywania w aparacie i intensywność mieszania w trakcie podgrzewania.The food industry uses three operations consisting in heating the raw material to a specific temperature: blanching, the purpose of which is to deactivate enzymes, steaming, during which the suspension is made into a semi-liquid state, and sterilization, aimed at destroying microorganisms. Depending on the purpose of the operation, different end temperatures, residence times in the apparatus and the intensity of mixing during heating are used.

Znane urządzenia służące do podgrzewania można podzielić na aparaty zbiornikowe o działaniu okresowym, oraz aparaty ciągłe różnych typów.Known heating devices can be divided into batch tank apparatuses and continuous apparatuses of various types.

Z grupy urządzeń ciągłych znane są podgrzewacze inżektorowe, które umożliwiają szybkie i w miarę jednorodne podgrzanie cieczy i zawiesiny, z możliwością wykorzystania części energii kinetycznej strumienia pary do przetłaczania fazy ciekłej. Strumieniem roboczym doprowadzanym do dyszy jest para grzejna, zaś strumieniem zasysanym do komory mieszania faza ciekła. Wadą podgrzewaczy inżektorowych jest wąski zakres prawidłowej pracy inżektora. Przy zbyt małym obciążeniu zachodzi kondensacja kawitacyjna, przy zbyt dużym przebicie pary poza strefę mieszania, co w konsekwencji prowadzi również do kondensacji kawitacyjnej.From the group of continuous devices, injector heaters are known, which enable quick and relatively homogeneous heating of the liquid and the suspension, with the possibility of using part of the kinetic energy of the steam stream to pump the liquid phase. The working stream supplied to the nozzle is heating steam, and the stream sucked into the mixing chamber is the liquid phase. The disadvantage of the injector heaters is the narrow range of proper operation of the injector. When the load is too low, cavitation condensation occurs, when the vapor breaks too much outside the mixing zone, which consequently also leads to cavitation condensation.

Osobną grupę urządzeń ciągłych stanowią głowice kontaktowe, w których podgrzewanie cieczy lub zawiesiny zachodzi na drodze zmieszania strumienia cieczy i pary grzejnej. Mogą one być stosowane do podgrzewania wstępnego, rozparzania i sterylizacji. Można wyróżnić dwa zasadnicze typy głowic kontaktowych.A separate group of continuous devices are contact heads, in which the liquid or suspension is heated by mixing the liquid stream and the heating vapor. They can be used for preheating, steaming and sterilization. There are two main types of contact heads.

W pierwszym strumień fazy ciekłej jest rozpraszany w strumieniu pary za pomocą jednej lub wielu przegród dyskowych, stożkowych, i tym podobnych; w drugim strumień pary jest rozdzielany w strumieniu cieczy za pomocą perforowanych przegród cylindrycznych. Głowice kontaktowe posiadają wiele zalet, jak prosta konstrukcja, brak elementów ruchomych, małe rozmiary. Posiadają również poważne wady. Należą do nich: trudności z zapewnieniem stabilnej pracy urządzenia, zwłaszcza przy zmianie stosunku pary do fazy ciekłej, brak wykorzystania energii pary do przetłaczania cieczy.In the first, the liquid phase stream is dispersed in the vapor stream by means of one or more disc, conical and the like baffles; in the second, the vapor stream is split in the liquid stream by means of perforated cylindrical baffles. Contact heads have many advantages, such as simple structure, no moving parts, small size. They also have serious drawbacks. These include: difficulties with ensuring the stable operation of the device, especially when changing the ratio of steam to the liquid phase, no use of steam energy to pump the liquid.

171 017171 017

Większe możliwości zmiany parametrów pracy urządzenia posiada rozparzacz kolankowy. Składa się on z dwóch dysz połączonych kolanem i przewodu doprowadzającego do kolana parę grzejną w przeciwprądzie do strumienia fazy ciekłej. Dysze powodują kolejne sprężanie i rozprężanie zawiesiny, co dodatkowo wpływa korzystnie na strukturę zawiesiny wyjściowej. Niekorzystną cechą rozparzacza kolankowego jest duże zużycie energii na przetłaczanie cieczy, możliwość kawitacyjnej kondensacji pary wywołującej hałas i drgania aparatury a także mała przerobowość.The knee steamer has greater possibilities of changing the operating parameters of the device. It consists of two nozzles connected by an elbow and a conduit for the supply of heating steam to the elbow countercurrent to the liquid phase stream. The nozzles cause successive compression and expansion of the suspension, which additionally has a positive effect on the structure of the initial suspension. A disadvantageous feature of the knee steamer is the high energy consumption for pumping the liquid, the possibility of cavitation vapor condensation causing noise and vibration of the apparatus, as well as low processing capacity.

Wymienionych wad znanych urządzeń nie posiada urządzenie będące przedmiotem wynalazku.The above-mentioned disadvantages of known devices are not present in the device according to the invention.

Urządzenie według wynalazku, składające się z przepływowej komory mieszania i dyszy doprowadzającej parę, charakteryzuje się tym, że w komorze mieszania umieszczonajest rurowa przegroda perforowana usytuowana w osi dyszy doprowadzającej parę. Przegroda ta rozdziela przestrzeń komory mieszania na strefę zewnętrzną i strefę wewnętrzną. W korzystnym wykonaniu urządzenia rurowa przegroda perforowana ma kształt cylindryczny, a komora mieszania stanowi bezpośrednie przedłużenie rurociągu ssawnego i przechodzi bezpośrednio w rurociąg tłoczny.The device according to the invention, consisting of a mixing flow chamber and a steam supply nozzle, is characterized in that a tubular perforated baffle is arranged in the mixing chamber in the axis of the steam supply nozzle. This partition divides the space of the mixing chamber into an outer zone and an inner zone. In a preferred embodiment of the device, the tubular perforated baffle has a cylindrical shape and the mixing chamber is a direct extension of the suction line and goes directly into the discharge line.

Podstawowe zalety urządzenia według wynalazku to zwiększenie zakresu stabilnej pracy, przy możliwości częściowego wykorzystania energii pary do wspomagania przetłaczania fazy ciekłej, zapewnienie spokojnego przebiegu kondensacji pary bez efektów kawitacyjnych oraz wyższa sprawność energetyczna.The main advantages of the device according to the invention are the increase in the range of stable operation, with the possibility of partial use of the steam energy to support the pumping of the liquid phase, ensuring a smooth course of steam condensation without cavitation effects and higher energy efficiency.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym urządzenie w przekroju podłużnym.The subject of the invention is presented in the embodiment in the drawing showing the device in longitudinal section.

Ciecz lub zawiesinę ciała stałego, na przykład pulpę ziemniaczaną, zawiesinę wodną rozdrobnionego zboża, i tym podobne doprowadza się króćcem 1, stanowiącym przewód ssawny do komory mieszania 2. W komorze mieszania 2 umieszczona jest cylindryczna przegroda perforowana 5, rozdzielająca przestrzeń komory mieszania 2 na strefę zewnętrzną i strefę wewnętrzną. Parę grzejną wprowadza się przewodem 3, zakończonym dyszą 4 usytuowaną współosiowo z cylindryczną przegrodą perforowaną 5, przy czym dysza 4 usytuowana jest przed tą przegrodą. Strumień pary z dyszy 4 wpływa do strefy wewnętrznej komory mieszania 2, ograniczonej przegrodą perforowaną 5, zasysając część strumienia cieczy lub zawiesiny. W strefie tej zachodzi równocześnie mieszanie i kondensacja pary. Podgrzana ciecz lub zawiesina odpływa rurociągiem tłocznym 7. Przez otwory 6 w cylindrycznej ściance przegrody perforowanej 5, w zależności od stosunku objętościowego strumienia pary i cieczy lub zawiesiny albo wypływa nieskondensowana para do strefy zewnętrznej komory mieszania 2, albo ze strefy zewnętrznej zasysana jest do strefy wewnętrznej ciecz lub zawiesina.A liquid or a suspension of a solid body, for example potato pulp, an aqueous suspension of crushed grain, etc. is fed through a port 1, which is a suction line, to the mixing chamber 2. In the mixing chamber 2 there is a cylindrical perforated partition 5, dividing the space of the mixing chamber 2 into a zone. the outer zone and the inner zone. The heating steam is introduced through a conduit 3 ending in a nozzle 4 arranged coaxially with the cylindrical perforated partition 5, the nozzle 4 situated in front of this partition. The steam stream from the nozzle 4 flows into the inner zone of the mixing chamber 2, delimited by the perforated partition 5, sucking a part of the liquid stream or slurry. In this zone, steam is mixed and condensed simultaneously. The heated liquid or suspension flows out through the pressure pipeline 7. Through the openings 6 in the cylindrical wall of the perforated partition 5, depending on the volume ratio of the vapor stream and the liquid or the slurry, either non-condensed steam flows into the outer zone of the mixing chamber 2, or from the outer zone it is sucked into the inner zone liquid or suspension.

W urządzeniu będącym przedmiotem wynalazku może również zachodzić recyrkulacja cieczy lub zawiesiny między strefą zewnętrzną a strefą wewnętrzną komory mieszania 2, co umożliwia równomierny przebieg kondensacji pary grzejnej również w przypadku dużego stosunku objętościowego pary do cieczy, występującego przy podgrzewaniu do wysokiej temperatury, na przykład w procesie sterylizacji.In the device of the invention, there can also be a recirculation of the liquid or suspension between the outer zone and the inner zone of the mixing chamber 2, which enables the condensation of the heating vapor to proceed evenly even in the case of a large volume ratio of steam to liquid occurring when heated to a high temperature, e.g. sterilization.

Dla najczęściej spotykanego w przemyśle zakresu stosunków pary do cieczy jest korzystne, aby komora mieszania 2 stanowiła przedłużenie zarówno rurociągu ssawnego 1 jak i rurociągu tłocznego 7 i miała zbliżoną średnicę do średnic obydwu rurociągów. Takie rozwiązanie daje najmniejsze opory przepływu przez urządzenie.For the range of vapor to liquid ratios most commonly encountered in the industry, it is preferable that the mixing chamber 2 is an extension of both the suction line 1 and the discharge line 7 and has a diameter similar to the diameter of both lines. This solution gives the lowest flow resistance through the device.

171 017171 017

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 2,00 złPrice PLN 2.00

Claims

Patent claims

Device for rapid heating and sterilization of liquids or suspensions of solids in liquids, consisting of a flow mixing chamber and a steam supply nozzle, characterized in that a tubular perforated partition (5), preferably cylindrical, located in the mixing chamber (2) is in the axis of the steam supply nozzle (4), separating the space of the mixing chamber (2) into the outer zone and the inner zone.

2. The device according to claim 2. The method of claim 1, characterized in that the mixing chamber (2) is a direct extension of the suction line (1) and goes directly into the discharge line (7).