способ концентрирования фруктозосодержащего раствора и аппарат для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ концентрирования фруктозосодержащего раствора, предусматривающий его нагрев и обезвоживание под вакуумом, отличающийся тем, что нагрев раствора ведут до 30^oС, а обезвоживание осуществляют в процессе его ультразвукового распыления при частоте 18 - 80 кГц и вакууме не более 6,0 кПа.

2. Аппарат для концентрирования фруктозосодержащего раствора, включающий средство нагрева, вакуум-камеру, средство подачи в нее фруктозосодержащего раствора и технологические трубопроводы, отличающийся тем, что он снабжен источником ультразвука со стержневым концентратором колебаний, при этом средство подачи фруктозосодержащего раствора в вакуум-камеру выполнено в виде кольцевой камеры с выходным соплом, расположенной соосно со стержнем концентратора, причем средство нагрева представляет собой углерод-углеродный нагреватель сопротивления, установленный в стенке кольцевой камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике и технологии концентрирования фруктозосодержащих растворов и может быть использовано в сахарной промышленности.

Известен способ концентрирования фруктозосодержащего раствора, предусматривающий его нагрев до 75^оС и двухступенчатое обезвоживание под вакуумом при 65^оС до содержания сухих веществ 87-90% .

Недостатком этого способа является сложность технологии из-за необходимости проведения очистки сиропа между двумя стадиями обезвоживания от оксиметилфурфурола и продуктов его полимеризации, образующихся при нагреве фруктозосодержащих растворов в присутствии кислорода воздуха за счет окисления фурановых групп фруктозы, а также сшивки молекул мономера по двойным связям.

Целью изобретения является упрощение технологии и исключении возможности образования дополнительных количеств оксиметилфурфурола и продуктов его полимеризации.

Цель достигается тем, что в способе концентрирования фруктозосодержащего раствора, предусматривающем его нагрев и обезвоживание под вакуумом, согласно изобретению, нагрев раствора ведут до 30^оС, а обезвоживание раствора осуществляют в процессе его ультразвукового распыления при частоте 18-80 кГц и вакууме при давлении не более 6,0 кПа.

Это позволяет снизить температуру обработки раствора до уровня, при котором невозможно образование дополнительных количеств оксиметилфурфурола и его полимеризация, что исключает необходимость очистки раствора в процессе концентрирования и позволяет осуществлять его в одну ступень по упрощенной технологии.

Известен аппарат для концентрирования фруктозосодержащего раствора, включающий средство нагрева, вакуум-камеру, средство подачи в нее фруктозосодержащего раствора, средство очистки раствора и технологические трубопроводы.

Недостатком этого аппарата является его сложность из-за наличия средства очистки раствора и технологических трубопроводов, связывающих его с остальными частями аппарата.

Целью изобретения является упрощение конструкции аппарата.

Цель достигается тем, что аппарат для концентрирования фруктозосодержащего раствора, включающий средство нагрева, вакуум-камеру, средство подачи в нее фруктозосодержащего раствора и технологические трубопроводы, согласно изобретению, снабжен источником ультразвука со стержневым концентратором колебаний, при этом средство подачи фруктозосодержащего раствора в вакуум-камеру выполнено в виде кольцевой камеры с выходным соплом, расположенной соосно с зазором относительно стержня концентратора, причем средство нагрева представляет собой углерод-углеродный нагреватель сопротивления, установленный в стенке кольцевой камеры.

Это позволяет осуществлять обезвоживание фруктозосодержащего раствора при его высокоскоростном нагреве и распылении под вакуумом до высокой дисперсности без газа-носителя, что исключает возможность образования в растворе дополнительных количеств оксиметилфурфурола и его полимеризации. При этом исключается необходимость установки средства очистки раствора, что упрощает конструкцию аппарата.

Способ реализуют следующим образом.

Фруктозосодержащий раствор нагревают до 30^оС и распыляют ультразвуком с частотой 18-80 кГц под вакуумом с остаточным давлением не более 6,0 кПа. Это позволяет исключить образование дополнительных количеств оксиметилфурфурола в продукте и его полимеризацию, что исключает необходимость очистки раствора в процессе обезвоживания и упрощает технологический процесс.

П р и м е р 1. Фруктозосодержащий раствор с исходным содержанием сухих веществ 9% , содержанием оксиметилфурфурола 0,0008 г/дм³ и температурой 18^оС нагревают за 0,42 с до 30^оС и распыляют в вакуум-камеру ультразвуком с частотой 22 кГц при остаточном давлении 5,3 кПа. Полученный продукт без дополнительной очистки имеет 89% сухих веществ и 0,0081 г/дм³ оксиметилфурфурола, что не превышает допустимой нормы.

П р и м е р 2. То же исходный раствор нагревают до 30^оС за 0,42 с и распыляют в вакуум-камеру ультразвуком с частотой 18 кГц при остаточном давлении 6,0 кПа. Полученный продукт без дополнительной очистки имеет 88,5% сухих веществ и 0,0080 г/дм³ оксиметилфурфурола, что не превышает допустимой нормы.

П р и м е р 3. Тот же исходный раствор нагревают до 30^оС за 0,51 с и распыляют в вакуум-камеру ультразвуком с частотой 80 кГц при остаточном давлении 4,0 кПа. Полученный продукт без дополнительной очистки имеет 92% сухих веществ и 0,0081 г/дм³ оксиметилфурфурола, что не превышает допустимой нормы.

Таким образом предлагаемый способ позволяет при упрощенной технологии, то есть без стадии очистки в процессе обезвоживания, получать продукт, не содержащий олигомеров оксиметилфурфурола, в котором концентрация мономера возрастает только за счет удаления влаги.

Параметры способа выбраны с учетом того, что при температуре нагрева раствора выше 30^оС происходит окисление фурановых групп исходного фруктозосодержащего раствора с образованием оксиметилфурфурола и его полимеризация, а снижение температуры приводит к ухудшению удаления влаги и снижению концентрации сухих веществ в получаемом продукте, при вакууме менее 6 кПа резко падает содержание сухих веществ в получаемом продукте, при распылении фруктозосодержащих растворов ультразвуком с частотой ниже 18 кГц наблюдается разброс дисперсности более, чем на 3 порядка, что снижает качество продукта за счет увеличения содержания в нем влаги до 13% и выше при любом значении вакуума, а при частоте более 80 кГц вязкость исходного раствора оказывается достаточной для образования сбоев в диспергировании, что не позволяет удалить влагу из части исходного раствора.

На чертеже показан аппарат для осуществления предлагаемого способа.

Аппарат для концентрирования фруктозосодержащего раствора содержит напорный трубопровод 1, соединенный с вакуум-камерой 2 через кольцевую камеру 3 с выходным соплом 4, выпарной трубопровод 5 и трубопровод 6 для отвода готового продукта. В кольцевой камере 3 и сопле 4 размещен с зазором стержневой концентратор 7 колебаний, соединенный с источником 8 ультразвука. В стенке камеры 3 установлен углерод-углеродный нагреватель 9 сопротивления, соединенный с источником тока (не показан).

Аппарат работает следующим образом.

Фруктозосодержащий раствор нагнетают по трубопроводу 1 в кольцевую камеру 3 до ее полного заполнения и образования гидравлического затвора в зазоре между камерой 3 и концентратором 7 колебаний. Колебание концентратора 7 от источника 8 ультразвука приводит к перемещению раствора по боковой поверхности концентратора 7 к его свободной торцевой поверхности через сопло 4 за счет эжекции сопла 4, разрежения, возникающего у торцевой поверхности концентратора 7 при его продольных колебаниях, и вакуума в вакуум-камере 2. За время пребывания в кольцевой камере 3 и транспортировки по боковой поверхности концентратора 7 через сопло 4 происходит нагрев фруктозосодержащего раствора до 30^оС за счет теплообмена через стенку кольцевой камеры 3 с углерод-углеродным нагревателем 9 сопротивления, соединенного с источником тока (не показан), и диссипативного разогрева за счет энергии ультразвуковых колебаний источника 8 ультразвука, передаваемой через концентратор 7. Углерод-углеродный нагреватель 9, состоящий из композиции стекло- и пироуглерода, обладает высокой удельной мощностью и малой инерционностью, что позволяет за короткий промежуток времени со скоростью до 3000^оС/мин нагреть фруктозосодержащий раствор до требуемой температуры. С торцевой поверхности концентратора 7 происходит распыление фруктозосодержащего раствора в вакуум-камеру 2 с дисперсностью частиц до 0,1 мкм. Высокая дисперсность раствора в вакуум-камере 2 позволяет при значении вакуума не более 6,0 кПа концентрировать раствор до 88% сухих веществ и более в зависимости от исходной концентрации и вязкости раствора, при этом влага удаляется из вакуум-камеры 2 по трубопроводу 5, а готовый продукт - по трубопроводу 6.

Таким образом, высокая дисперсность раствора при обезвоживании, высокая скорость нагрева, низкая температура нагрева, отсутствие газа-носителя при распылении раствора позволяют исключить возможность образования во фруктозосодержащих растворах, концентрируемых в предлагаемом аппарате, дополнительных количеств оксиметилфурфурола и продуктов его полимеризации, что упрощает конструкцию аппарата за счет отсутствия средства очистки раствора и позволяет концентрировать его в одну ступень упаривания, реализуя предложенный способ.