Установка для декофеинизации кофе

 

Использование: в пищеконцентратной промышленности. Сущность изобретения: установка содержит соединенные в замкнутый контур экстрактор, испаритель, конденсатор и смеситель, соединенный со средствами подачи сырья и источником жидкой двуокиси углерода. Экстрактор выполнен в виде установленного в горизонтальном секционированном корпусе на полом перфорированном приводном валу с секционированной полостью перфорированного барабана с цилиндрической и диффузорной частями, разделенными буртиком, с лопатками в цилиндрической части. При этом корпус секции с цилиндрической частью барабана выполнен в виде постоянного магнита с радиальным расположением полюсов, трубопровод смеситель - экстрактор соединен с полостью вала со стороны цилиндрической части барабана, трубопровод экстрактор - испаритель соединен с секцией корпуса, содержащей диффузорную часть барабана, трубопровод испаритель - конденсатор снабжен регулируемой запорной арматурой и дополнительной ветвью, входящей в секцию корпуса экстрактора, содержащую цилиндрическую часть барабана и выходящую из экстрактора через полость вала со стороны диффузорной части барабана. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оборудованию для переработки кофе и может быть использовано в пищеконцентратной промышленности.

Известна установка для декофеинизации кофе, содержащая соединенные технологическими трубопроводами в замкнутый контур экстрактор, испаритель и конденсатор, средства подачи сырья и источник жидкой двуокиси углерода.

Недостатками этой установки являются низкая производительность и экстенсивность экстракции.

Предлагаемая установка для декофеинизации кофе, содержащая соединенные технологическими трубопроводами в замкнутый контур экстрактор, испаритель и конденсатор, средства подачи сырья и источник жидкой двуокиси углерода, согласно изобретению снабжена смесителем, установленным между конденсатором и экстрактором, средства подачи сырья и источник жидкой двуокиси углерода соединены со смесителем, а экстрактор выполнен в виде горизонтального цилиндрического корпуса, разделенного вертикальной перегородкой на две секции, установленного на полом приводном валу с отверстиями перфорированного барабана с цилиндрической и диффузорной частями, разделенными буртиком на внутренней поверхности, расположенным в плоскости перегородки корпуса, и перфорацией на цилиндрической части, выполненной в виде сопел, заглушки, установленной в полости вала в плоскости перегородки корпуса, и лопаток, установленных в цилиндрической части барабана с образованием радиального зазора с ее внутренней поверхностью не меньше высоты буртика, при этом корпус секции с цилиндрической частью барабана выполнен в виде постоянного магнита с радиальным расположением полюсов, трубопровод смеситель-экстрактор соединен с полостью вала со стороны цилиндрической части барабана, трубопровод экстрактор-испаритель соединен с секцией корпуса, в которой размещена диффузорная часть барабана, трубопровод испаритель-конденсатор снабжен регулируемой запорной арматурой и дополнительной ветвью, проходящей от испарителя к секции корпуса экстрактора, в которой размещена цилиндрическая часть барабана, и от полости вала со стороны диффузорной части барабана к конденсатору.

Такая схема установки обеспечивает повышение производительности и интенсифицирует процесс экстракции.

В предпочтительном варианте отверстия полого вала экстрактора в диффузорной части барабана снабжены фильтрующими элементами.

Это исключает рециркуляцию кофеина и увеличивает производительность установки.

На фиг. 1 изображена схема установки; на фиг.2 экстрактор, продольный разрез; на фиг.3 узел I на фиг.2.

Установка для декофеинизации кофе содержит экстрактор 1, испаритель 2, конденсатор 3 и смеситель 4, соединенный технологическими трубопроводами 5-8 в замкнутый контур, средства 9 подачи сырья, источник 10 жидкой двуокиси углерода и сборники 11 и 12 экстракта и шрота соответственно. Трубопровод 6 испаритель-конденсатор снабжен регулируемой запорной арматурой 13 и дополнительной ветвью, состоящей из двух участков 14 и 15 испаритель-экстрактор и экстрактор-конденсатор соответственно.

Экстрактор 1 содержит горизонтальный цилиндрический корпус 16, разделенный вертикальной перегородкой 17 на секции 18 и 19, установленный в корпусе 16 полый вал 20 с заглушкой 21, установленной в полости вала 20 в плоскости перегородки 17 корпуса 16, и отверстиями 22 и 23 по разные стороны заглушки 21, связанный с приводом 24 вращения, состоящий из цилиндрической 25 и диффузорной 26 частей, разделенных буртиком 27 в плоскости перегородки 17, перфорированный барабан и лопатки 28, установленные в цилиндрической части 25 барабана с образованием радиального зазора с ее внутренней поверхностью не меньше высоты буртика 27. Отверстия перфорации цилиндрической части 25 барабана выполнены в виде сопел 29. Корпус 16 секции 18 выполнен в виде постоянного магнита 30 с радиальным расположением полюсов. Трубопровод 8 соединен с полостью вала 20 со стороны цилиндрической части 25 барабана. Трубопровод 5 соединен с секцией 19 корпуса 16. Участок 14 дополнительной ветви трубопровода 6 соединен с секцией 18 корпуса 16, а участок 15 с полостью вала 20 со стороны диффузорной части 26 барабана. На отверстиях 23 вала 20 могут быть установлены фильтрующие элементы 31.

Установка работает следующим образом.

Кофе молотый или в зернах средствами 9 подают в смеситель 4 совместно с жидкой двуокисью углерода из источника 10, откуда суспензия кофе в жидкой двуокиси углерода поступает по трубопроводу 8 через полость вала 20 и отверстия 22 в цилиндрическую часть 25 барабана, вращаемого через вал 20 от привода 24. В поле центробежных сил суспензия распределяется по цилиндрической части 25 барабана в виде постоянно обновляемой за счет подпитки пленки, радиальная высота которой равна высоте буртика 27. В магнитном поле постоянного магнита 30 в сырье и неполярном экстрагенте наблюдаются электроконвективные потоки в межполюсном пространстве и накопление полярных компонентов на поверхности частиц кофе. В двуокиси углерода в этом случае во внешней среде наблюдается электроконвективный перенос от жидкости к частицам кофе, а в самих частицах кофе от жидкости из капилляров к поверхности частиц. Пересечение пленкой суспензии магнитных силовых линий и смена положения относительно полюсов исключают завершение электроконвективного переноса к поверхности клеточных мембран и исключает их блокировку при накоплении высокомолекулярных веществ, что интенсифицирует процесс экстракции. При непрерывной подаче из смесителя 4 в экстрактор 1 часть суспензии переливается через буртик 27 и разделяется в диффузорной части 26 барабана, в которой мисцелла стекает в секцию 19 корпуса 16 и по трубопроводу 5 поступает в испаритель 2, а шрот удаляется по образующей диффузорной части 26 барабана из экстрактора 1 в сборник 12 шрота под действием увеличивающихся центробежных сил. Это позволяет реализовать непрерывный режим экстракции, обладающий большей производительностью по сравнению с периодическим режимом, реализуемым в известной установке. В испарителе 2 при повышении температуры происходит разделение мисцеллы с удалением газовой фазы двуокиси углерода в конденсатор 3 по трубопроводу 6, регулировкой гидравлического сопротивления которого арматурой 13 создают поток газовой фазы по дополнительной ветви. По участку 14 отделенная часть газовой фазы двуокиси углерода поступает в секцию 18 корпуса 16 экстрактора 1, создавая подпор пленке суспензии в цилиндрической части 25 барабана и исключая ее разделение со стеканием жидкой фазы в секцию 18 корпуса 16. При этом более высокое давление газовой фазы по сравнению с давлением в суспензии приводит к барботированию газовой фазы в пленку суспензии через сопла 29. Это приводит к адиабатному расширению газовой фазы двуокиси углерода с охлаждением и увеличением скорости истечения. В поле центробежных сил высокая скорость вдува газовой фазы двуокиси углерода в пленку суспензии приводит к турбулизации течения пленки с одновременным созданием турбулентных течений в барботируемых пузырьках газовой фазы, что приводит к интенсивному обновлению поверхности контакта фаз. В результате этого за счет теплообмена с суспензией газовая фаза двуокиси углерода переходит в жидкую со схлопыванием кавитационной полости. При схлопывании каждого пузырька газовой фазы в пленке суспензии возникает ударная волна, периодически перекрывающая выходные отверстия сопел 29 и создающая пульсирующую подачу газовой фазы в пленку суспензии, что повышает энергоемкость генерируемых ударных волн. Таким образом, в суспензии возникает постоянное поле механических колебаний ультразвуковой частоты. Наложение механических колебаний ультразвуковых частот на обрабатываемый кофе приводит к необратимым изменениям в его клеточной структуре, начиная от усталостного износа с потерей диффузионного сопротивления до нарушения межклеточных связей и целостности клеточных оболочек. Это увеличивает поверхность контакта фаз, снижает диффузионное сопротивление кофе, ускоряет диффузию и обновление поверхности контакта фаз. Все перечисленные эффекты интенсифицируют массообменные процессы, что ускоряет экстракцию и увеличивает производительность установки. Несконденсированная газовая фаза двуокиси углерода выходит из пленки суспензии и удаляется из диффузорной части 26 барабана через отверстия 23, полость вала 20 и участок 15 дополнительной ветви трубопровода 6 в конденсатор 3. Для снижения брызгоуноса в цилиндрической части 25 барабана закреплены лопатки 28, которые, вращаясь совместно с барабаном, сбивают брызги и не препятствуют растеканию пленки суспензии за счет образования радиального зазора с внутренней поверхностью цилиндрической части 25 барабана больше толщины пленки суспензии, равной высоте буртика 27. Улавливаемые лопатками 28 брызги по мере накопления и коагуляции возвращаются в пленку суспензии под действием поля центробежных сил. Для полного исключения брызгоуноса и рециркуляции кофеина совместно с двуокисью углерода, которая снижает экстракционную способность жидкой двуокиси углерода и производительность установки, на отверстиях 23 вала 20 устанавливают фильтрующие элементы 31, которые удерживают аэрозольные частицы жидкой фазы, по мере накопления и коагуляции которых происходит их сброс в поле центробежных сил на поверхность диффузорной части 26 барабана, в результате чего они выводятся из экстрактора 1 совместно с мисцеллой в испаритель 2. Часть газовой фазы двуокиси углерода из испарителя 2, прошедшая через арматуру 13, по трубопроводу 6 и несконденсированная газовая фаза из экстрактора 1 по участку 15 дополнительной ветви трубопровода 6 конденсируются в конденсаторе 3 и возвращаются на рециркуляцию при подаче по трубопроводу 7 в смеситель 4. Экстракт в виде кофеина и других алкалоидов по мере накопления удаляется из испарителя 2 в сборник 11 экстракта. Необратимые потери двуокиси углерода со шротом в виде обескофеиненного кофе и с экстрактом восстанавливаются ее дополнительной подачей из источника 10.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает интенсификацию процесса экстракции и увеличение производительности работы.

Формула изобретения

1. Установка для декофеинизации кофе, содержащая соединенные технологическими трубопроводами в замкнутый контур экстрактор, испаритель и конденсатор, средства подачи сырья и источник жидкой двуокиси углерода, отличающаяся тем, что она снабжена смесителем, установленным между конденсатором и экстрактором, средства подачи сырья и источник жидкой двуокиси углерода соединены со смесителем, а экстрактор выполнен в виде горизонтального цилиндрического корпуса, разделенного вертикальной перегородкой на две секции, установленного на полом приводном валу с отверстиями перфорированного барабана с цилиндрической и диффузорной частями, разделенными буртиком на внутренней поверхности, расположенным в плоскости перегородки корпуса, и перфорацией на цилиндрической части, выполненной в виде сопл, заглушки, установленной в плоскости перегородки корпуса в полости вала, и лопаток, установленных в цилиндрической части барабана с образованием радиального зазора с его внутренней поверхностью не меньше высоты буртика, при этом корпус секции с цилиндрической частью барабана выполнен в виде постоянного магнита с радиальным расположением полюсов, трубопровод смеситель экстрактор соединен с полостью вала со стороны цилиндрической части барабана, трубопровод экстрактор испаритель соединен с секцией корпуса, в которой размещена диффузорная часть барабана, трубопровод испаритель конденсатор снабжен регулируемой запорной арматурой и дополнительной ветвью, проходящей от испарителя к секции корпуса экстрактора, в которой размещена цилиндрическая часть барабана, и от полости вала со стороны диффузорной части барабана к конденсатору.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия полого вала экстрактора в диффузорной части барабана снабжены фильтрующими элементами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3