PL171021B1 - Sposób szybkiego podgrzewania cieczy lub zawiesin parąwodną i urządzenie do szybkiego podgrzewania cieczy lub zawiesin - Google Patents

Abstract

1. Sposób szybkiego podgrzewania cieczy lub zawiesin parą wodną, zwłaszcza cieczy 1 zawiesin ulegających dezaktywacji termicznej, polegający na doprowadzeniu pary wodnej poprzez rurę perforowaną do przepływowej komory mieszania, znamienny tym, ze ilość pary zmniejsza się stopniowo zgodnie z kierunkiem przepływu ogrzewanej cieczy według określonej zależności, korzystnie w funkcji wykładniczej, poprzez zmianę powierzchni otworów (4) wzdłuż długości rury perforowanej (2, 2')

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób szybkiego podgrzewania cieczy lub zawiesin parą wodną i urządzenie do szybkiego podgrzewania cieczy lub zawiesin ciekłych do zadanej temperatury, z wykorzystaniem bezprzeponowego podgrzewania parą wodną, eliminujące powstawanie lokalnego przegrzewania cieczy, które mogłoby powodować zniszczenie lub dezaktywację substancji organicznych nie odpornych termicznie, jak białka, enzymy, barwniki i tym podobne.

W przemyśle spożywczym do podgrzewania bezprzeponowego stosuje się aparaty okresowe typu zbiornikowego oraz aparaty ciągłe różnych typów: podgrzewacze szybowe, tarczowe, taśmowe. Odrębną grupę stanowią podgrzewacze statyczne, działające na zasadzie bezpośredniego mieszania strumienia pary i cieczy lub zawiesiny. Do tej grupy należą podgrzewacze kolankowe, inżektorowe i głowice kontaktowe.

Podgrzewacz kolankowy składa się z układu dwóch dysz, połączonych szeregowo kolanem o kącie 90°. Do kolana doprowadza się osobnym przewodem parę grzejną w przeciwprądzie

171 021 do strumienia zawiesiny, który przetłaczany jest przez układ dysz i kolano. Dysze powodują kolejne sprężanie i rozprężanie zawiesiny, co dodatkowo wpływa korzystnie na strukturę mieszaniny wyjściowej. Niekorzystne cechy podgrzewacza kolankowego to duże zużycie energii na przetłaczanie cieczy, możliwość wystąpienia kondensacji kawitacyjnej oraz mała przerobowość.

Podgrzewacze inżektorowe umożliwiają szybkie i w miarę jednorodne podgrzanie cieczy lub zawiesiny. Strumieniem roboczym doprowadzanym do dyszy jest para grzejna, zaś strumieniem zasysanym do komory mieszania jest faza ciekła. Zaletą podgrzewaczy inżektorowych jest możliwość wykorzystania części energii kinetycznej strumienia pary do przetłaczania fazy ciekłej. Wadę stanowi 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 w rurociągu oraz lokalnych przegrzań cieczy.

Głowice kontaktowe składają się z cylindrycznej komory, w której umieszczone są współosiowo jedna albo dwie rury perforowane. Para może być doprowadzana albo do komory zewnętrznej, albo do wnętrza wewnętrznej rury perforowanej, albo w urządzeniach z dwiema rurami perforowanymi do komory zewnętrznej i do wewnętrznej rury perforowanej o mniejszej średnicy. W tym ostatnim przypadku ciecz lub zawiesina doprowadzana jest do przestrzeni pierścieniowej między dwiema rurami perforowanymi.

W głowicach kontaktowych para grzejna jest rozdzielana na dużą liczbę strumieni, które szybko mieszają się ze strumieniem czynnika ogrzewanego. Jednakże i w tych urządzeniach, według dotychczas stosowanych rozwiązań technicznych, występuje niebezpieczeństwo lokalnego przegrzania cieczy powyżej dopuszczalnej maksymalnej temperatury wtedy, gdy ta temperatura jest znacznie niższa niż temperatura kondensacji pary grzejnej.

Przykładowo, temperatura denaturacji białek i dezaktywacji większości enzymów mieści się w przedziale 40-60°C, zaś temperatura pary grzejnej jest z reguły wyższa od 100°C. Przyczyną lokalnego przegrzania czynnika ogrzewanego jest w tym przypadku głównie miejscowe niezbilansowanie strumieni pary i cieczy w strefie kondensacji, czyli powstanie lokalnego nadmiaru pary grzejnej. Mogą być dwie przyczyny tego zjawiska: zbyt mała intensywność mieszania fazy ciekłej oraz niewłaściwy rozdział strumieni pary w strefie podgrzewania.

Okazało się, że niebezpieczeństwo lokalnego przegrzania cieczy można wyeliminować, stosując głowice kontaktowe z programowanym rozkładem strumienia pary wzdłuż długości rury lub rur perforowanych oraz otworami wywierconymi pod kątem do promienia i/lub do osi rur.

Sposób według wynalazku polega na tym, że ilość pary wodnej doprowadzanej poprzez rurę perforowaną do przepływowej komory mieszania zmniejsza się stopniowo, zgodnie z kierunkiem przepływu ogrzewanej cieczy według określonej zależności, korzystnie w funkcji wykładniczej, poprzez stopniową zmianę powierzchni otworów wzdłuż długości rury perforowanej . Pożądany rozkład strumienia pary wypływającej z rury perforowanej ustala się korzystnie poprzez pochylenie osi otworów do promienia i/lub osi rury.

Urządzenie według wynalazku, składające się z rury zewnętrznej i umieszczonej w jej wnętrzu współosiowo co najmniej jednej rury perforowanej, charakteryzuje się tym, że rura perforowana ma zmienną według określonej zależności ilość otworów na jednostkę długości, korzystnie w funkcji wykładniczej, wzrastającą przeciwnie do kierunku przepływu czynnika ogrzewanego.

Korzystne jest jeżeli osie otworów usytuowane są pod kątem do promienia i/lub osi rury perforowanej w przedziale od 0° do 60°, zwłaszcza w przedziale od 20° do 45°.

Inne urządzenie charakteryzuje się tym, że otwory w rurze perforowanej mają różną średnicę, wzrastającą wzdłuż długości rury według określonej zależności, korzystnie w funkcji wykładniczej, przeciwnie do kierunku przepływu czynnika ogrzewanego.

Korzystne jest także, jeżeli osie otworów pochylone są pod kątem do promienia i/lub osi rury w przedziale od 0° do 60°, zwłaszcza w przedziale od 20° do 45°.

171 021

W urządzeniu będącym przedmiotem wynalazku pochylenie osi otworów nawierconych w rurze perforowanej, przez które doprowadzana jest para, pozwala na zintensyfikowanie lokalnego radialnego i/lub osiowego mieszania czynnika ogrzewanego bądź wytworzenie ruchu heliokoloidalnego.

Funkcję według której zmienia się liczba lub średnica otworów wzdłuż długości rury należy dobrać w oparciu o obliczenia bilansowe strefy kondensacji odpowiednio dla danego przypadku technologicznego. Przykładowo może to być funkcja liniowa albo wykładnicza dla podgrzewania surowców skrobiowych i wody oraz preparatów enzymatycznych.

Wynalazek objaśniony jest na przykładach urządzeń przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w kształcie kolana z osiowym doprowadzeniem pary, fig. 2 - urządzenie z osiowym przepływem czynnika nagrzewanego, fig. 3 - urządzenie z dwiema współosiowymi rurami perforowanymi, fig. 4 - urządzenie z rurą perforowaną o zmiennej średnicy otworów, a fig. 5 - układ otworów w rurze perforowanej w przekroju poprzecznym.

W urządzeniu przedstawionym na fig. 1 strumień 1 pary grzejnej doprowadzony jest do rury perforowanej 2 zakończonej zaślepką 3, a następnie otworami 4 dopływa do przestrzeni pierścieniowej 5 pomiędzy rurą perforowaną 2 a rurą zewnętrzną 7. Do przestrzeni pierścieniowej 5 dopływa także strumień czynnika ogrzewanego 6. Otwory 4 w rurze perforowanej 2 wywiercone są pod kątem do promienia i osi rury. Ilość otworów 4 przypadających na jednostkę długości rury, zmniejsza się stopniowo wzdłuż długości urządzenia, zgodnie z kierunkiem przepływu czynnika ogrzewanego, przy współbieżnym pochyleniu osi otworów 4 do kierunku przepływu tego czynnika. Dzięki temu uzyskano zintensyfikowanie mieszania czynnika ogrzewanego z parą grzejną.

W urządzeniu przedstawionym na fig. 2 strumień pary 1 doprowadzany jest do przestrzeni 5 komory 8, a następnie otworami 4 dopływa do wnętrza rury perforowanej 2, którą podawany jest czynnik ogrzewany 6.

Figura 3 przedstawia urządzenie, w którym para grzejna doprowadzana jest do wnętrza wewnętrznej rury perforowanej 2 zakończonej zaślepką 3 oraz do przestrzeni 5 komory 8. Wewnątrz komory 8 utwierdzona jest zewnętrzna rura perforowana 2 oddzielająca przestrzeń 5 od przestrzeni pierścieniowej 9, przez którą przepływa czynnik ogrzewany 6. Para dopływa do przestrzeni pierścieniowej 9, utworzonej przez usytuowane współosiowo rury perforowane 2, wewnętrzną i zewnętrzną, przez otwory 4, których powierzchnia w każdej rurze zmniejsza się stopniowo zgodnie z kierunkiem czynnika ogrzewanego 6.

Urządzenie z fig. 4 różni się tym od urządzenia z fig. 1, że ma rurę perforowaną 2', w której otwory 4 o zbliżonym rozstawie osi mają różną średnicę, wzrastającą w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu czynnika ogrzewanego.

Figura 5 przedstawia jednostronnie skrętny układ otworów 4 w przekroju poprzecznym rury, zapewniający pożądany dla uzyskania ruchu helikoidalnego kierunek wypływu pary.

171 021

FIG. 2

171 021

171 021

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób szybkiego podgrzewania cieczy lub zawiesin parą wodną, zwłaszcza cieczy i zawiesin ulegających dezaktywacji termicznej, polegający na doprowadzeniu pary wodnej poprzez rurę perforowaną do przepływowej komory mieszania, znamienny tym, że ilość pary zmniejsza się stopniowo zgodnie z kierunkiem przepływu ogrzewanej cieczy według określonej zależności, korzystnie w funkcji wykładniczej, poprzez zmianę powierzchni otworów (4) wzdłuż długości rury perforowanej (2, 2').
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozkład strumienia pary wypływającej z rury perforowanej (2, 2') ustala się poprzez pochylenie osi otworów (4) do promienia i/lub osi rury.
3. 3. Urządzenie do szybkiego podgrzewania cieczy lub zawiesin parą wodną, zwłaszcza cieczy i zawiesin ulegających dezaktywacji termicznej, składające się z rury zewnętrznej i zamieszczonej w jej wnętrzu współosiowo co najmniej jednej rury perforowanej, znamienne tym, że rura perforowana (2) ma zmienną według określonej zależności ilość otworów (4) na jednostkę długości, korzystnie w funkcji wykładniczej, wzrastającą przeciwnie do kierunku przepływu czynnika ogrzewanego.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że osie otworów (4) usytuowane są pod kątem do promienia i/lub osi rury perforowanej (2) w przedziale od 0° do 60°.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że kąt utworzony przez osie otworów (4) z promieniem i/lub osią rury perforowanej (2) zawiera się w przedziale od 20° do 45°.
6. 6. Urządzenie do szybkiego podgrzewania cieczy lub zawiesin parą wodną, zwłaszcza cieczy i zawiesin ulegających dezaktywacji termicznej, składające się z rury zewnętrznej i zamieszczonej w jej wnętrzu współosiowo co najmniej jednej rury perforowanej, znamienne tym, że otwory (4) w rurze perforowanej (2') mają różną średnicę, wzrastającą wzdłuż długości rury według określonej zależności, korzystnie w funkcji wykładniczej, przeciwnie do kierunku przepływu czynnika ogrzewanego.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że osie otworów (4) pochylone są pod kątem do promienia i/lub osi rury w przedziale od 0° do 60°.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że kąt utworzony przez osie otworów (4) i promień i/lub oś rury zawiera się w przedziale od 20° do 45°.