способ концентрирования водных растворов

Формула изобретения

1. Способ концентрирования водных растворов, предусматривающий введение в раствор жидкости с температурой кипения при атмосферном давлении ниже 0^oС и отделение кристаллов льда, отличающийся тем, что раствору создают пленочный режим течения в поле центробежных сил, а жидкость вводят в раствор в направлении к оси вращения поля центробежных сил в виде сверхзвукового закрученного потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкость подают в пульсирующем режиме.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии концентрирования водных растворов и может быть использовано, например, в пищевой промышленности при концентрировании соков.

Известен способ концентрирования водных растворов, предусматривающий введение в раствор жидкости с температурой кипения при атмосферном давлении ниже 0^oC и отделение кристаллов льда (патент Великобритании N 1391200, кл. B 01 D 9/04, 1975).

Недостатком этого способа является экстенсивность процесса.

Задачей изобретения является интенсификация процесса за счет улучшения условий контакта фаз.

Поставленная задача решается тем, что в способе концентрирования водный растворов, предусматривающем введение в раствор жидкости с температурой кипения при атмосферном давлении ниже 0^oC и отделение кристаллов льда, согласно изобретению раствору создают пленочный режим течения в поле центробежных сил, а жидкость вводят в раствор в направлении к оси вращения поля центробежных сил в виде сверхзвукового закрученного потока, предпочтительно при пульсирующем режиме подачи.

Это позволяет интенсифицировать процесс за счет ускорения обновления поверхности контакта фаз и облегчить отделение кристаллов льда при их коагуляции под действием генерируемого в растворе поля ультразвуковых колебаний.

Способ реализуется следующим образом.

Водный раствор подают в поле центробежных сил, создаваемое, например, вращением приемной емкости или введением раствора с высокой линейной скоростью тангенциально в приемную емкость, имеющую форму тела вращения. В поле центробежных сил раствор распределяется по внутренней поверхности приемной емкости в виде пленки, текущей по спирали. В направлении к оси вращения поля центробежных сил подают, предпочтительно в пульсирующем режиме, сверхзвуковой закрученный поток жидкости с температурой кипения при атмосферном давлении ниже 0^oС, например жидкий азот. В результате адиабатного расширения и падения давления жидкость испаряется с поглощением теплоты. На выходе из подающих каналов происходит турбулентный срыв сверхзвукового потока, сопровождающийся образованием и схлопыванием кавитационных полостей с ультразвуковой частотой. Сверхзвуковой закрученный поток имеет бочкообразную форму и создает регулярные скачки уплотнения ультразвуковой частоты до дробления потока на отдельные пузырьки газовой фазы, всплывающие в растворе под действием силы инерции и архимедовой силы выталкивания и при противодействии сил трения и поля центробежных сил. В таких условия в пленке раствора возникают спутные потоки, а в пузырьках газовой фазы испарившийся жидкости тороидальные потоки и пульсации объема. В результате происходит интенсивное обновление поверхности контакта фаз и уменьшение толщины пограничного ламинарного слоя, и при характерных для данного процесса числа Рейнольдса, равных 100-1000, осредненных по времени числа Нуссельта достигают значений 30-80. При теплообмене такой интенсивности происходит резкое охлаждение раствора и выпадение из него кристаллов льда, коагулирующих в агломераты хлопьевидной формы. После этого суспензию разделяют одним из известных приемов, отделяя концентрат от твердой фазы кристаллов льда.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс концентрирования за счет интенсификации теплообменных процессов и облегчает разделение фаз при коагуляции твердой фазы под действием ультразвука.