способ обработки спиртосодержащих жидкостей и установка для его осуществления (варианты)

Формула изобретения

1. Способ обработки спиртосодержащих жидкостей, предусматривающий их рециркуляцию в установке, содержащей емкость, снабженную рециркуляционным контуром, отличающийся тем, что в процессе рециркуляции спиртосодержащей жидкости ее нагревают, после чего подвергают диспергированию и гомогенизации в струйно-кавитационном режиме, при этом емкость в процессе обработки спиртосодержащей жидкости продувают нейтральным газом, а по завершении процесса обработки, перед подачей по технологическому назначению спиртосодержащую жидкость охлаждают, при этом спиртосодержащую жидкость из рециркуляционного контура подают в верхнюю часть емкости тангенциально, в результате чего спиртосодержащая жидкость стекает вниз по внутренней стенке емкости по спирали в пленочном режиме.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтральным газом продувают объем емкости, находящийся над зеркалом спиртосодержащей жидкости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что спиртосодержащую жидкость от внешнего источника подают в емкость через рассеиватель.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нейтрального газа используют углекислый газ.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нейтрального газа используют азот.

6. Установка для обработки спиртосодержащих жидкостей, содержащая емкость, соединенную с включающим первый насос рециркуляционным контуром, вход и выход которого посредством трубопроводов подключен к емкости, отличающаяся тем, что емкость разделена на верхнюю и нижнюю части перегородкой с установленными на ней трубками перелива обрабатываемой спиртосодержащей жидкости, при этом рециркуляционный контур включает патрубок забора обрабатываемой спиртосодержащей жидкости из верхней части емкости и соединенные последовательно первый насос, первый теплообменник и струйный аппарат, нижняя часть емкости соединена с линией вывода обработанной спиртосодержащей жидкости, включающей последовательно соединенные второй насос и второй теплообменник, а в верхней части емкости смонтированы патрубок ввода нейтрального газа и патрубок вывода нейтрального газа с примесями.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что патрубок забора обрабатываемой спиртосодержащей жидкости установлен в перегородке.

8. Установка для обработки спиртосодержащих жидкостей, содержащая емкость, соединенную с включающим насос рециркуляционным контуром, вход и выход которого посредством трубопроводов подключен к емкости, отличающаяся тем, что рециркуляционный контур включает патрубок забора обрабатываемой спиртосодержащей жидкости и соединенные последовательно насос, первый теплообменник и струйный аппарат, линия вывода обработанной спиртосодержащей жидкости снабжена вторым теплообменником, а в верхней части емкости смонтированы патрубок ввода нейтрального газа и патрубок вывода нейтрального газа с примесями.

9. Установка для обработки спиртосодержащих жидкостей, содержащая емкость, соединенную с включающим насос рециркуляционным контуром, вход и выход которого посредством трубопроводов подключен к емкости, отличающаяся тем, что она снабжена второй емкостью, при этом каждая из емкостей соединена с рециркуляционным контуром, включающим патрубок забора обрабатываемой спиртосодержащей жидкости и соединенные последовательно насос, первый теплообменник и струйный аппарат, линия вывода обработанной спиртосодержащей жидкости снабжена вторым теплообменником, а в верхней части каждой емкости смонтированы патрубок ввода нейтрального газа и патрубок вывода нейтрального газа с примесями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии и устройствам для обработки спиртосодержащих жидкостей и может быть использовано, например, в пищевой промышленности.

Известен способ обработки спиртосодержащих жидкостей в установке, содержащей емкость, снабженную рециркуляционным контуром [Баранов Д.А., Кутепов A.M. Процессы и аппараты. - М.: Издательский центр «Академия», 2004 - С.69-70].

В этом способе обработка осуществляется путем многократного перекачивания (рециркуляции) спиртосодержащей жидкости из нижней части емкости насосом по замкнутому контуру и возвратом ее в верхнюю часть емкости путем разбрызгивания над поверхностью находящейся в емкости спиртосодержащей жидкости.

Известна также установка для циркуляционной обработки спиртосодержащих жидкостей, содержащая емкость, снабженную рециркуляционным контуром, включающим последовательно соединенные насос, трубопровод и установленный в емкости над поверхностью находящейся в ней спиртосодержащей жидкости разбрызгиватель [Баранов Д.А., Кутепов A.M. Процессы и аппараты. - М.: Издательский центр «Академия», 2004 - С.70, чертеж слева на рис.4.3.].

Данные способ и установка для его осуществления не могут обеспечить высокую однородность спиртосодержащей жидкости.

В качестве наиболее близкого аналога изобретения для способа принят способ циркуляционной обработки спиртосодержащих жидкостей в установке, содержащей емкость, снабженную рециркуляционным контуром [Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. - М.: Колос, 1999 - С.142].

В качестве наиболее близкого аналога для установки принята установка для циркуляционной обработки спиртосодержащих жидкостей, содержащая емкость, первый запорный вентиль, через который вход установки подключен к первому входному патрубку емкости, насос, второй запорный вентиль, через который вход насоса подключен к выходному патрубку емкости, третий запорный вентиль, через который выход установки подключен к выходу насоса, четвертый запорный вентиль, вход которого подключен к выходу насоса [Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. - М.: Колос, 1999 - С.142, рис.5.25].

Данные способ и установка для его осуществления также не могут обеспечить высокую однородность спиртосодержащей жидкости, а следовательно, не позволяют достичь требуемых органолептических характеристик.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в улучшении органолептических характеристик спиртосодержащих жидкостей за счет удаления легколетучих примесей вместе с нейтральным газом после обработки нагретой спиртосодержащей жидкости в струйно-кавитационном режиме.

Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что такие операции, как нагрев спиртосодержащей жидкости, диспергирование и гомогенизация в струйно-кавитационном режиме позволяют извлечь из нее легколетучие примеси. Продувка емкости в процессе обработки спиртосодержащей жидкости нейтральным газом позволяет удалить легколетучие примеси. Подача спиртосодержащей жидкости из рециркуляционного контура в верхнюю часть емкости тангенциально, в результате чего спиртосодержащая жидкость стекает вниз по внутренней стенке емкости по спирали, в пленочном режиме, увеличивает площадь соприкосновения спиртосодержащей жидкости с нейтральным газом, что обуславливает больший унос легколетучих примесей.

Указанный технический результат в части, относящейся к способу, достигается тем, что в способе обработки спиртосодержащих жидкостей, предусматривающем их рециркуляцию в установке, содержащей емкость, снабженную рециркуляционным контуром, в процессе рециркуляции спиртосодержащей жидкости ее нагревают, после чего подвергают диспергированию и гомогенизации в струйно-кавитационном режиме, при этом емкость в процессе обработки спиртосодержащей жидкости продувают нейтральным газом, а по завершении процесса обработки, перед подачей по технологическому назначению спиртосодержащую жидкость охлаждают, при этом спиртосодержащую жидкость из рециркуляционного контура подают в верхнюю часть емкости тангенциально, в результате чего спиртосодержащая жидкость стекает вниз по внутренней стенке емкости по спирали в пленочном режиме.

Нейтральным газом, в частности, продувают объем емкости, находящийся над зеркалом спиртосодержащей жидкости.

Спиртосодержащую жидкость от внешнего источника подают в емкость, в частности, через рассеиватель.

В качестве нейтрального газа может быть использован углекислый газ.

В качестве нейтрального газа может быть использован азот. Указанный технический результат в части, относящейся к установке по первому варианту выполнения, достигается тем, что в установке для обработки спиртосодержащих жидкостей, содержащей емкость, соединенную с включающим первый насос рециркуляционным контуром, вход и выход которого посредством трубопроводов подключен к емкости, емкость разделена на верхнюю и нижнюю части перегородкой с установленными на ней трубками перелива обрабатываемой спиртосодержащей жидкости, при этом рециркуляционный контур включает патрубок забора обрабатываемой спиртосодержащей жидкости из верхней части емкости и соединенные последовательно первый насос, первый теплообменник и струйный аппарат, нижняя часть емкости соединена с линией вывода обработанной спиртосодержащей жидкости, включающей последовательно соединенные второй насос и второй теплообменник, а в верхней части емкости смонтированы патрубок ввода нейтрального газа и патрубок вывода нейтрального газа с примесями.

Патрубок забора обрабатываемой спиртосодержащей жидкости может быть установлен в перегородке.

Указанный технический результат в части, относящейся к установке во втором варианте выполнения, достигается тем, что в установке для обработки спиртосодержащих жидкостей, содержащей емкость, соединенную с включающим насос рециркуляционным контуром, вход и выход которого посредством трубопроводов подключен к емкости, рециркуляционный контур включает патрубок забора обрабатываемой спиртосодержащей жидкости и соединенные последовательно насос, первый теплообменник и струйный аппарат, линия вывода обработанной спиртосодержащей жидкости снабжена вторым теплообменником, а в верхней части емкости смонтированы патрубок ввода нейтрального газа и патрубок вывода нейтрального газа с примесями.

Указанный технический результат в части, относящейся к установке по третьему варианту выполнения, достигается тем, что установка для обработки спиртосодержащих жидкостей, содержащая емкость, соединенную с включающим насос рециркуляционным контуром, вход и выход которого посредством трубопроводов подключен к емкости, снабжена второй емкостью, при этом каждая из емкостей соединена с рециркуляционным контуром, включающим патрубок забора обрабатываемой спиртосодержащей жидкости и соединенные последовательно насос, первый теплообменник и струйный аппарат, линия вывода обработанной спиртосодержащей жидкости снабжена вторым теплообменником, а в верхней части каждой емкости смонтированы патрубок ввода нейтрального газа и патрубок вывода нейтрального газа с примесями.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема установки для обработки спиртосодержащих жидкостей в первом варианте выполнения; на фиг.2 - схема установки для обработки спиртосодержащих жидкостей во втором варианте выполнения; на фиг.3 - схема установки для обработки спиртосодержащей жидкости в третьем варианте выполнения; на фиг.4 - схема струйного аппарата.

Установка для обработки спиртосодержащей жидкости в первом варианте выполнения содержит емкость 1, первый патрубок 2 ввода спиртосодержащей жидкости, второй патрубок 3 ввода спиртосодержащей жидкости из рециркуляционного контура, смонтированные в верхней части емкости 1 патрубок 4 ввода нейтрального газа в емкость 1 и патрубок 5 отвода нейтрального газа вместе с примесями из емкости 1, первый насос 6, входящий в состав рециркуляционного контура, второй насос 7, входящий в состав линии вывода обработанной спиртосодержащей жидкости, первый теплообменник 8, входящий в состав рециркуляционного контура, второй теплообменник 9, входящий в состав линии вывода обработанной спиртосодержащей жидкости, первый патрубок 10 забора подлежащей обработке спиртосодержащей жидкости из верхней части емкости 1, установленный в перегородке 13, второй патрубок 11 вывода обработанной спиртосодержащей жидкости из нижней части емкости 1 в линию вывода, струйный аппарат 12, входящий в состав рециркуляционного контура, перегородка 13, разделяющая емкость 1 на верхнюю и нижнюю части, трубки 14 перелива обрабатываемой спиртосодержащей жидкости, установленные на перегородке 13, отвод 15 патрубка 10, датчик 16 уровня спиртосодержащей жидкости в верхней части емкости 1 (датчик бесконтактный, с его помощью отслеживаются уровни А и В), вентили 17-21, отвод 15 содержит колено, в нижней части которого выполнено отверстие 22 небольшого диаметра, служащее для полного слива спиртосодержащей жидкости из верхней части емкости 1 в ее нижнюю часть. Первый насос 6, первый теплообменник 8 и струйный аппарат 12 соединены последовательно.

Установка для обработки спиртосодержащей жидкости во втором варианте выполнения содержит емкость 23, первый патрубок 24 ввода спиртосодержащей жидкости, второй патрубок 25 ввода спиртосодержащей жидкости из рециркуляционного контура, патрубок ввода 26 нейтрального газа в емкость 23, патрубок 27 забора спиртосодержащей жидкости из емкости 23, патрубок 28 отвода нейтрального газа вместе с примесями из емкости 23, бесконтактный датчик 29 уровня спиртосодержащей жидкости в емкости 23, вентили 30-36, струйный аппарат 37, насос 38, теплообменник 39 рециркуляционного контура, теплообменник 40 линии вывода готовой спиртосодержащей жидкости. Насос 38, первый теплообменник 39 и струйный аппарат 37 соединены последовательно.

Установка для обработки спиртосодержащей жидкости в третьем варианте выполнения содержит первую 41 и вторую 42 емкости, первый патрубок 43 ввода подлежащей обработке спиртосодержащей жидкости первой емкости 41, первый патрубок 44 ввода подлежащей обработке спиртосодержащей жидкости второй емкости 42, патрубок 45 ввода нейтрального газа первой емкости 41, патрубок 46 ввода нейтрального газа второй емкости 42, второй патрубок 47 ввода спиртосодержащей жидкости первой емкости 41 из рециркуляционного контура, второй патрубок 48 ввода спиртосодержащей жидкости второй емкости 42 из рециркуляционного контура, патрубок 49 вывода обработанной спиртосодержащей жидкости из первой емкости 41, патрубок 50 вывода обработанной спиртосодержащей жидкости из второй емкости 42, бесконтактный датчик 51 уровня спиртосодержащей жидкости в первой емкости 41, бесконтактный датчик 52 уровня спиртосодержащей жидкости во второй емкости 42, вентили 53-62, насос 63 рециркуляционного контура, струйный аппарат 64, входящий в состав рециркуляционного контура, теплообменник 65 рециркуляционного контура, теплообменник 66 линии вывода обработанной спиртосодержащей жидкости, патрубок 67 отвода нейтрального газа вместе с примесями первой емкости 41, патрубок 68 отвода нейтрального газа вместе с примесями второй емкости 42, насос 79 линии вывода обработанной спиртосодержащей жидкости. Насос 63, первый теплообменник 65 и струйный аппарат 64 соединены последовательно.

Струйный аппарат содержит цилиндрический корпус 69, патрубок ввода 70 и диффузорный патрубок выхода 71, насадку 72 с сопловыми каналами 73, смесительную камеру 74 и установленный на внутренней боковой поверхности смесительной камеры 74 диспергатор 75 в виде замкнутого профилированного кольца со скошенным торцом 76 со стороны насадки 72. Корпус 69 снабжен конфузором 77 и горловиной 78, соединяющей конфузор 77 с диффузорным патрубком выхода 71.

Способ обработки спиртосодержащей жидкости осуществляется при работе установки по каждому из вариантов ее выполнения и заключается в следующем.

Работа установки в первом варианте выполнения заключается в следующем.

В исходном состоянии емкость 1 пуста.

Через патрубок 4 осуществляют заполнение емкости 1 нейтральным газом (азотом, углекислым газом). После этого по патрубку 2 начинают подавать подлежащую обработке спиртосодержащую жидкость. При достижении спиртосодержащей жидкостью уровня «А» над перегородкой 13, измеряемым датчиком уровня 16, включают насос 6 и спиртосодержащая жидкость, проходя через теплообменник 8, в котором происходит ее нагрев, поступает в струйный аппарат 12, в котором в струйно-кавитационном режиме осуществляются ее диспергирование и гомогенизация согласно приведенному далее описанию.

Подвергаемая обработке спиртосодержащая жидкость подается на патрубок ввода 70 и проходит насадку 72, где распределяется сопловыми каналами 73 на автономные струи. В струйном режиме спиртосодержащая жидкость поступает в смесительную камеру 74 и подается на диспергатор 75. Месторасположение диспергатора 75 выбирается, с одной стороны, из условия сохранения струйного режима течения спиртосодержащей жидкости на всем протяжении вплоть до контакта с диспергатором 75 и одновременно к моменту контакта с диспергатором 75 струи должны находиться в начальной стадии распада из-за наличия в них волновых возмущений. Скошенный торец 76 диспергатора 75 изменяет направление течения периферийных струй спиртосодержащей жидкости и обеспечивает их внедрение в центральную область потока. В результате, взаимодействие между собой струй с различным углом течения и различной осевой составляющей скорости приводит к скольжению струй между собой, что инициирует отрыв пограничных структур в струях, их перемешивание и диспергирование спиртосодержащей жидкости в целом. В каждом конкретном случае, в зависимости от исходных данных и состава спиртосодержащей жидкости, выбирается свой угол скоса торца 76, который может быть скошен как по ходу, так и под углом больше 90° относительно направления движения спиртосодержащей жидкости и может быть спрофилирован с требуемой ориентацией среза скоса. После диспергатора 75 образуется двухфазная смесь, состоящая из глубоко гомогенизированной по конденсированной компоненте спиртосодержащей жидкости и насыщенного пара. Образованная смесь проходит систему "конфузор" 77, "горловина" 78, "диффузор" 71, и при этом паро-капельный поток инвертируется в жидкостно-пузырьковый поток с высокой концентрацией паровых пузырьков. Конденсация паровых пузырьков в конце горловины 78 и далее в диффузорном патрубке выхода 71 сопровождается в фазе схлопывания пузырьков интенсивным кавитационным воздействием на окружающую спиртосодержащую жидкость. Возникающее при этом интенсивное воздействие акустического давления (порядка 3000 атм) и температуры (порядка 800K) включает тонкие механизмы преобразования структуры и гомогенизации на молекулярном уровне, а также отделения легколетучих примесей, подлежащих удалению из емкости 1 вместе с нейтральным газом через патрубок 5.

После струйного аппарата 12 спиртосодержащая жидкость через патрубок 3 тангенциально вводится в верхнюю часть емкости 1, в результате чего спиртосодержащая жидкость стекает вниз по внутренней стенке емкости 1 по спирали в пленочном режиме. При этом легколетучие примеси уносятся из емкости 1 нейтральным газом через патрубок 5. Для усиления результата по удалению легколетучих примесей спиртосодержащую жидкость от внешнего источника подают в емкость через рассеиватель (на чертеже не показан).

При достижении спиртосодержащей жидкостью уровня «В», измеряемым датчиком уровня 16, включают насос 7, а подачу спиртосодержащей жидкости в емкость 1 через патрубок ввода 2 осуществляют с массовым расходом, обеспечивающим поддержание постоянного уровня спиртосодержащей жидкости «В» в верхней части емкости 1. То есть в данном режиме подача спиртосодержащей жидкости через патрубок 2 и ее отбор через патрубок 11 равны. В нижнюю часть емкости 1 спиртосодержащая жидкость поступает через трубки 14. В свою очередь, массовый расход продуваемого через емкость 1 газа (азота, углекислого газа) обеспечивают пропорциональным массовому расходу спиртосодержащей жидкости через патрубок 2. В частности, нейтральным газом продувают объем емкости 1, находящийся над зеркалом спиртосодержащей емкости, возможно также пропускание нейтрального газа через спиртосодержащую жидкость.

В процессе нагрева спиртосодержащей жидкости в теплообменнике 8, последующей обработки в струйно-кавитационном режиме в струйном аппарате 12 и ее отекания по спирали в пленочном режиме по внутренней стенке емкости 1 в среде нейтрального газа происходит улучшение органолептических характеристик спиртосодержащей жидкости, что подтверждается результатами дегустационных испытаний.

Таким образом, рециркуляционный контур, образованный элементами 15, 10, 20, 6, 8, 12 и 3, работает постоянно при достижении или превышении уровня спиртосодержащей жидкости «А», а слив обработанной спиртосодержащей жидкости осуществляется через патрубок 11, насос 7 и теплообменник 9 - при превышении спиртосодержащей жидкостью уровня «В».

С выхода насоса 7 спиртосодержащая жидкость поступает на вход теплообменника 9, в котором охлаждается до требуемой температуры, а с его выхода подается далее по своему технологическому назначению.

При необходимости осуществления промывки емкости 1 полный слив спиртосодержащей жидкости из верхней части емкости 1 производится через отверстие 22 в отводе 15.

Работа установки во втором варианте выполнения в части ее обработки в рециркуляционном контуре совпадает с описанным выше процессом. Рециркуляционный контур во втором варианте включает патрубок 27 забора спиртосодержащей жидкости из емкости 23, насос 38, теплообменник 39, струйный аппарат 37 и патрубок 25. Заполнение емкости 23 осуществляется через патрубок 24, подача нейтрального газа - через патрубок 26. После заполнения емкости 23 до уровня D вентиль 30 закрывают и при открытых вентилях 33, 35 и 31 включают насос 38, вентиль 36 при этом закрыт. В результате спиртосодержащая жидкость начинает циркулировать по рециркуляционному контуру. По завершении процесса обработки вентиль 35 закрывают, а вентиль 36 открывают. В результате обработанная спиртосодержащая жидкость поступает в линию вывода, где проходит охлаждение в теплообменнике 40 и направляется далее по технологическому назначению.

Работа установки в третьем варианте выполнения в части ее обработки в рециркуляционном контуре также совпадает с описанным выше процессом в отношении первого варианта выполнения. В начале работы установки производят заполнение до уровня D одной из емкостей 41 или 42. Рассмотрим вариант, когда заполняется емкость 41. После заполнения емкости 41 через патрубок 43 при закрытых вентилях 59, 60 и 61 включают насос 63 и спиртосодержащая жидкость из емкости 41 через насос 63, теплообменник 65, струйный аппарат 64, через открытый вентиль 62 и патрубок 48 подается в емкость 42. Затем вентили 58 и 62 закрываются, а вентили 59 и 61 открываются, и спиртосодержащая жидкость подается из емкости 42 в емкость 41. Затем процесс повторяется. Легколетучие примеси удаляются вместе с нейтральным газом через патрубки 67 и 68 соответственно емкостей 41 и 42. По завершении процесса обработки открывают вентиль 60, включают насос 79 и обработанная спиртосодержащая жидкость поступает в линию вывода, где проходит охлаждение в теплообменнике 66 и направляется далее по технологическому назначению. При этом при выводе обработанной спиртосодержащей жидкости из одной емкостей 41 или 42 другая емкость в это время заполняется спиртосодержащей жидкостью для ее обработки.

Авторами изобретения экспериментально установлен факт улучшения органолептических характеристик спиртосодержащих жидкостей, подвергнутых обработке в данной установке для всех трех вариантов ее выполнения.

В табл.1 приведены результаты дегустационных испытаний различных спиртосодержащих жидкостей, прошедших обработку в установке для обработки спиртосодержащих жидкостей по первому варианту ее выполнения.

Табл.1
№ образца	Наименование образца	Цвет	Аромат	Вкус	Общая оценка	Место
1	Спирт «Люкс» некондиционированный	2,0	3,55	3,72	9,27	2
2	Спирт «Люкс» кондиционированный	2,0	3,65	3,88	9,53	1
3	Сортировка водки «Стольная» некондиционированная	2,0	3,23	3,64	8,87	2
4	Сортировка водки «Стольная» кондиционированная	2,0	3,57	3,86	9,43	1
5	Купаж водки «Стольная» некондиционированная	2,0	3,35	3,65	9,00	2
6	Купаж водки «Стольная» кондиционированная	2,0	3,64	3,82	9,46	1
7	Водка «Стольная» некондиционированная	2,0	3,65	3,42	9,07	2
8	Водка «Стольная» кондиционированная	2,0	3,88	3,79	9,67	1

Данные таблицы позволяют говорить об очистке или кондиционировании спиртосодержащих жидкостей, подвергнутых вышеописанной обработке согласно вариантам установки для обработки спиртосодержащих жидкостей.