способ получения коптильного препарата и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения коптильного препарата путем многократной сорбции дымовых газов водной средой, отличающийся тем, что сорбцию проводят чередованием контактов мелкодиспергированных частиц воды и ее тонкостекающей пленки с дымовыми газами, причем для сорбции используют дымовые газы, полученные при температуре пиролиза менее 400^oC и при начальной влажности 45 - 70%.

2. Устройство для получения коптильного препарата, содержащее корпус, форсунки для получения мелкодиспергированной среды, насос для рециркуляции воды, отличающееся тем, что внутреннее пространство корпуса разделено поперечными перегородками на отдельные зоны по ходу движения дымовых газов, причем в каждой из зон между форсунками и поверхностью воды размещена насадка для создания пленочного контакта стекающей воды с дымовыми газами.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к пищевой промышленности и может быть использована при производстве продукции из мяса и рыбы.

Известен способ получения коптильного препарата, заключающийся в распылении воды при помощи форсунки, взаимодействии тонкораспыленных частиц воды с высокоскоростным потоком дымовых газов и последующем снижении скорости движения потока для увеличения продолжительности контакта воды и дыма. В конце процесса поток воды и дымовых газов разделяется центробежным способом (см. Ким И.Н. и др. Использование скруббера Вентури для получения коптильного препарата ВНИРО из дымовых выбросов коптильных камер. Экспресс-информация ЦНИИТЭИРХа, серия: Технологическое оборудование для рыбной промышленности, N 1, 1988, с. 1-7).

Данный способ осуществляется в известном, из того же источника, устройстве, так называемом скруббере Вентури, содержащем камеру, в которой расположено сопло Вентури с диффузором. В верхней части сопла установлены форсунки для распыления воды, а в нижней его части смонтирован центробежный завихритель для отделения воды от дымовых газов. Камера соединена с вентилятором высокого давления, который предназначен для создания в ней высокоскоростного потока дымовых газов, а также для последующего удаления газов из камеры. В нижней части камеры расположены резервуар для воды и насос, подающий воду из резервуара к форсункам, где она распыляется и захватывается высокоскоростным потоком дымовых газов.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных способа и устройства, относится то, что вследствие непродолжительного взаимодействия дымовых газов и воды и примерного равенства скоростей газов и частиц воды, степень извлечения коптильных компонентов из дыма невелика.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ получения коптильного препарата (см. патент РФ N 2045909, МПК A 23 B 4/048, опубликован в БИ N 29, 21.10.95 г. - принят за прототип). Способ заключается в сорбции дымовых газов мелкодиспергированной водной средой с последующей очисткой. Сорбция проводится в несколько стадий, при этом водную среду по отношению к потоку дымовых газов направляют прямотоком и противотоком, а на последующих стадиях прямотоком. На первой стадии осуществляется подогрев, а на второй - охлаждение взаимодействующих сред. Для получения коптильного препарата используются дымовые газы от разных дымогенераторов с различным качественным составом, поэтому полуфабрикат коптильного препарата подвергается тщательной очистке от канцерогенных и проканцерогенных веществ.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе применение на последующих стадиях прямотока способствует выравниванию скоростей потоков воды и дымовых газов, что приводит к снижению эффективности массобменных процессов и, как следствие, возрастанию энергетических затрат. Также при использовании известного способа не удается полностью удалить такие вещества, как нитрозосоединения.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является устройство для получения коптильного препарата (см. патент РФ N 2101965, МПК A 23 B 4/044, опубликован в БИ N 2, 20.01.98 г. - принято за прототип).

Устройство состоит из двух аналогичных по конструкции частей (циклона и антициклона), каждая из которых выполнена в виде цилиндрического корпуса, в верхней внутренней части которого расположена полая цилиндрическая труба меньшего диаметра. В верхней части цилиндрического корпуса по касательной вварен патрубок. Нижние части корпусов предназначены для аккумуляции воды. Вверху первого корпуса в кольцевом зазоре между обечайкой корпуса и трубой меньшего диаметра расположены форсунки. Форсунки расположены и в трубах меньшего диаметра каждого корпуса, однако в кольцевом зазоре второго корпуса форсунки отсутствуют. Верхние части труб меньшего диаметра каждого из корпусов соединены между собой трубопроводом. Каждая из установок имеет систему циркуляции воды с насосом, который подает воду из нижней части корпуса в верхнюю часть к форсункам. Распыленная вода движется вниз как в кольцевом зазоре, так и в трубе меньшего диаметра.

Дымовые газы вначале поступают в кольцевой зазор первого корпуса и, контактируя с капельками воды, перемещаются в нижнюю часть корпуса. Затем, сделав поворот на 180^o, дымовые газы движутся вверх по внутренней трубе навстречу тонко распыленным частицам воды, которые за счет сил инерции собираются внизу корпуса, а дымовые газы поступают в трубу меньшего диаметра второго корпуса, где контактируют с частицами воды, распыленными через форсунки. Частицы воды и дымовые газы движутся вниз по трубе. На выходе из трубы газы делают поворот на 180^o и движутся в кольцевом зазоре вверх по корпусу к выходному патрубку, а частицы воды за счет сил инерции аккумулируются в нижней части корпуса. Первый корпус по дымовым газам работает как циклон, а второй - как антициклон. В первом корпусе потоки воды и газа движутся прямотоком и противотоком, а во втором корпусе - только прямотоком.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата, при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в устройстве имеется значительное сопротивление по ходу движения газов и сравнительно малое время контакта частиц воды с газами. Поэтому эффективность сорбции сравнительно невысока, а использование дымовых газов с высокой температурой пиролиза способствует переходу канцерогенных и проканцерогенных веществ в коптильный препарат. Последующая очистка препарата является довольно трудоемкой операцией, при этом не всегда удается полностью удалить вредные вещества. Поэтому в готовых препаратах велика доля фенольной фракции, которая оказывает отрицательное влияние на здоровье человека.

Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения эффективности сорбции коптильных компонентов из дымовых газов водной средой при снижении затрат на производство и улучшение качества препарата.

Технический результат - улучшение контакта дымовых газов с водной средой и снижение содержания вредных веществ в коптильном препарате.

Для достижения такого технического результата в предлагаемом способе получения коптильного препарата, включающем многостадийную сорбцию дымовых газов водой при противоточном и прямоточном движении контактирующих сред производят чередование контактов мелкодиспергированных частиц воды и ее тонкостекающей пленки с дымовыми газами, которые были получены при температурах пиролиза менее 400^oC из древесины с начальной влажностью 45 - 70%.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в многократном чередовании контактов дымовоздушной среды с мелкодиспергированной водой и с водой, стекающей в виде тонкой пленки. Это увеличивает как поверхность контакта сред, так и его продолжительность, тем самым создаются условия для эффективной сорбции водой коптильных веществ из дымовых газов. Использование для сорбции дымовых газов, полученных при температурах пиролиза менее 400^oC из древесины с начальной влажностью 45-70%, позволяет получать коптильный препарат, свободный от канцерогенных и проканцерогенных веществ. Препарат не требует сложных методов очистки.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, которое содержит корпус, в верхней части которого размещены форсунки для распыления воды, насос с системой трубопроводов для рециркуляции и распыления воды. Нижняя часть корпуса предназначена для аккумуляции воды. С противоположных сторон корпуса расположены патрубки для подачи и отвода дымовых газов. В отличие от известного устройства, корпус выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, внутреннее пространство которого разделено рядом вертикальных перегородок на зоны таким образом, чтобы в первой по ходу движения зоне дымовые газы перемещались сверху вниз (снизу вверх), а во второй зоне - снизу вверх (сверху вниз) и так далее. В каждой зоне между форсунками для распыления воды и поверхностью воды, находящейся в нижней части бункера, расположена насадка с развитой поверхностью для создания контакта между стекающей водой в виде пленки и дымовыми газами. Дымовые газы в каждой из зон корпуса, разделенных перегородками, контактируют с частицами распыленной воды и с ее тонкостекающей пленкой. При этом в первой зоне дымовые газы вначале контактируют с мелкораспыленной водой, а затем с тонкостекающей пленкой воды; во второй зоне дымовые газы в первую очередь взаимодействуют с тонкой пленкой воды, а затем с ее распыленными частицами. Зоны корпуса имеют довольно большую площадь поперечного сечения, поэтому скорость газов в каждой из зон мала, что увеличивает продолжительность контакта с мелкораспыленными частицами воды. Скорость газов возрастает только в насадке, за счет уменьшения ее поперечного сечения, затем скорость опять снижается. Количество зон для сорбции может быть более четырех, при этом энергетические затраты на перемещение дымовых газов невелики из-за небольшой их скорости.

Предлагаемая конструкция устройства позволяет при малых габаритах и меньших затратах на изготовление и эксплуатацию получать в условиях интенсивной сорбции качественный коптильный препарат с отсутствием канцерогенных и проканцерогенных веществ.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема устройства для осуществления предложенного способа.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. На первом этапе дымовые газы, полученные из топлива с влажностью 45-70% при температурах пиролиза менее 400^oC, взаимодействуют с мелкодиспергированными частицами воды при малых скоростях движения дымовых газов. Затем дымовые газы контактируют с тонкостекающей пленкой воды, при этом скорости дымовых газов возрастают из-за снижения площади поперечного сечения в зоне насадки. Дымовые газы и вода движутся прямотоком. На втором этапе дымовые газы взаимодействуют вначале со стекающей пленкой воды, а затем с мелкодиспергированными частицами воды. Среды движутся относительно друг друга противотоком. На третьем этапе сорбция коптильных компонентов происходит аналогично сорбции первого этапа, а на четвертом этапе аналогично сорбции на втором этапе взаимодействия. Дымовые газы на сорбцию поступают непрерывно, а определенный объем воды рециркулирует через форсунки и насадки и насыщается коптильными компонентами до заданной концентрации. После этого подача дымовых газов прекращается, коптильный препарат фильтруется и разливается в емкости.

Пример 1.

В устройстве для получения коптильного препарата залито 300 л воды. Дым генерировали при температурах 320^oC из древесины влажностью 50%. Объемный расход дымовых газов находился в пределах 1,5 м³/ч. Температура дымовых газов, поступающих в устройство, составила 70 10^oC. Температура рециркулирующей воды - 18,5 1,5^oC. Продолжительность сорбции - 72 ч.

Характеристика полученного коптильного препарата:

Кислотность, % - 0,09 0,003

Массовая доля фенолов, % - 0,0015

Массовая доля карбонильных соединений, % - 0,26 0,03

Массовая доля тяжелых углеводородов типа бензапирена, мкг/кг - Не обнаружено

Массовая доля нитроздиметиламина, мкг/кг - Не обнаружено

Плотность, г/см³ - 1 0,1

Внешний вид - прозрачная желто-коричневая жидкость.

Запах - дымовой.

Получено 290 л коптильного препарата.

Израсходовано 29 кг древесных опилок.

Изготовлена продукция "Скумбрия маринованная с добавлением коптильного препарата".

Качество продукции по оценкам дегустационного совета - отличное.

Пример 2.

В устройстве для получения коптильного препарата залито 300 л воды. Дым генерировали при температурах 320^oC из древесины влажностью 70%. Объемный расход дымовых газов находился в пределах 1,7 - 2,0 м³/ч. Остальные параметры процесса - аналогично примеру 1.

Продолжительность сорбции - 70 ч. Состав полученного коптильного препарата аналогичен полученному в примере 1.

Получено 285 л коптильного препарата.

Израсходовано 29 кг древесных опилок.

Изготовлена продукция "Сельдь маринованная с добавлением коптильного препарата".

Качество продукции по оценкам дегустационного совета - отличное.

Важными показателями полученного коптильного препарата являются малый расход древесных опилок и полное отсутствие в нем канцерогенных и проканцерогенных веществ.

Предлагаемое устройство для получения коптильного препарата содержит корпус 1 (см. чертеж), внутренняя часть которого разделена перегородками 2. Внутри корпуса 1 размещены форсунки 3 и насадки 4. Форсунки 3 соединены трубопроводом 5 с насосом 6. В нижней части корпуса 1 смонтировано водомерное стекло 7, а в верхней части расположены патрубки 8 и 9 для подачи и отвода дымовых газов. На входе в патрубок 9 размещен каплеуловитель 10. Для подачи свежей воды служит кран 11. Трубопровод 5 снабжен кранами 12, 13, 14, 15.

Устройство работает следующим образом. В нижнюю часть корпуса 1 заливается вода через кран 11 таким образом, чтобы верхний уровень воды закрывал нижнюю часть средней перегородки 2. Открываются краны 12, 13, 14. Кран 15 закрыт. Включают привод насоса 6 и подают в корпус 1 дымовые газы через патрубок 8. В первой по ходу движения дымовых газов зоне сорбции (I) происходит вначале контакт дымовых газов с мелкодиспергированными частицами воды, а затем дымовые газы в зоне насадки 4 взаимодействуют со стекающей пленкой воды, при этом дымовые газы и водная среда движутся прямоточно. Во второй зоне (II) по ходу движения дымовых газов они вначале взаимодействуют с тонкостекающей пленкой воды в насадке 4, после чего контактируют с мелкодиспергированными форсункой 3 частицами воды. Дымовые газы и водная среда движутся противоточно. Контактирование дымовых газов с водной средой в зонах III и IV аналогично таковому в зонах I и II соответственно. На выходе из зоны IV каплеуловителем 10 отработанные дымовые газы осушаются и удаляются в атмосферу. Водная среда насыщается до определенной концентрации. Затем коптильный препарат направляют на фильтрацию, при этом краны 12, 13, 15 открыты, а кран 14 - закрыт. После фильтрации коптильный препарат разливают в емкости для хранения и реализации, а цикл приготовления препарата повторяют.

Низкие скорости дымовых газов в устройстве (менее 2 м/с) увеличивают продолжительность взаимодействия водной среды и дымовых газов. Большая продолжительность взаимодействия дымовых газов и водной среды в сочетании с развитой поверхностью контакта позволяет эффективно извлекать коптильные компоненты при небольших энерго- и трудозатратах.