Спосіб отримання шляхом виморожування концентрованих рідких продуктів

Корисна модель відноситься до харчових виробництв і може бути використана при виробництві концентрованих соків, екстрактів, молока, молочної сироватки та інших рідин. Відомий спосіб концентрування рідких розчинів [див. А.С. №1399615 кл. F25С1/12], який передбачає охолодження вихідного розчину, кристалізацію його в дві стадії, наступне відокремлення його від льоду на кожній стадії і вимивання кристалів льоду прісною водою. Недоліком цього способу є велика енергоємність процесу із-за наявності циркуляційних контурів і додаткового обладнання для сепарування льоду. У пористій структурі шару льоду міститься значна кількість неводних компонентів. Спосіб не передбачає ефективного розділення твердої фази і концентрованого розчину, наслідком чого є великі втрати продукту з льодом. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб концентрування харчових продуктів [див. А.С. №1716976 кл. В01D9/04]. Спосіб передбачає наморожування води на попередньо охолодженої поверхні стрижневих робочих органів у вигляді блоку льоду. Особливістю способу є те, що на поверхні робочих органів формується блок льоду з щільним упакуванням кристалів. Вирощування блоку льоду на поверхні, на відміну від об'ємної кристалізації, виключає створення суміші кристалів льоду з харчовим продуктом і необхідність сепарування льоду від концентрату за допомогою складного обладнання (центрифуг, пресів, промивних колон. Даний спосіб обрано прототипом. Прототип і корисна модель, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: 1. попереднє охолодження продукту що концентрується, 2. занурення у ємність з продуктом робочих органів, 3. відвід тепла від робочих органів та наморожування на них блоків льоду, 4. вилучення робочих органів з ємності та витримування їх на повітрі при температурі, вище 0°С, 5. збір розчину, який стікає з блоків льоду та змішування цього розчину з концентрованим продуктом, 6. знімання з робочих органів блоків льоду. Недоліком даного способу є те, що під час процесу наморожування льоду напрям градієнту масопереносу не співпадає з напрямом гравітаційних сил. Це значно ускладнює процес масопереносу під час льодоутворення та сприяє затриманню частини розчинених речовин в блоці льду. При цьому утворюється льодяний блок пористої структури, в порожнинах якого затримується певна кількість концентрованого розчину. Це призводить до значних втрат продукту з блоком льоду та уповільнює процеси тепломасопереносу при концентруванні. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб отримання шляхом виморожування концентрованих рідких продуктів, який дозволяє зменшити втрати продукту з блоком льоду та інтенсифікувати процеси тепломасопереносу при виморожуванні. Поставлена задача вирішується в способі отримання шляхом виморожування концентрованих рідких продуктів, який передбачає занурення у ємність з попередньо охолодженим продуктом робочих органів, відвід тепла від поверхні робочих органів, наморожування на них блоків льоду, вилучення робочих органів з ємності, витримування їх на повітрі при температурі вище 0, збір розчину, який стікає з блоків льоду та його змішування з концентрованим продуктом і знімання з робочих органів блоків льоду, тим, що робочі органи частково занурюють у верхньому шарі продукту який концентрується паралельно його поверхні. Часткове занурення робочих органів паралельно поверхні продукту у верхньому його шарі (запропоноване рішення) дозволяє сумістити напрями градієнту масопереносу та гравітаційних сил, що приводить до спрощення вивільнення розчинених речовин з пор блоку льоду під час виморожування та зменшення втрат продукту з блоком льоду. Для забезпечення надійного контакту продукту з робочими органами вони занурюються на глибину не менш ніж 5мм. Ефективності концентрування по запропонованому способу, в порівняні з прототипом, наведено в таблиці. Аналіз таблиці показує, що запропонований спосіб дозволяє підвищити ступінь концентрування розчину на 13%, прискорити процес виморожування та зменшити втрати неводних компонентів в два рази порівняно з прототипом. Спосіб реалізується наступним чином: В ємність з попередньо охолодженим продуктом паралельно його поверхні частково (не менш ніж 5мм.) занурюють робочі органи. За допомогою холодоносія відводять тепло від поверхні робочих органів При відводі тепла від поверхні робочих органів відбувається наморожування на них блоків льоду. При досягненні в продукті необхідної концентрації розчинених речовин, робочі органивидаляють з ємності та витримують на повітрі на протязі 40 хвилин. Зібраний розчин, в разі технологічної необхідності, змішують з концентрованим продуктом. Цикл може бути повторений кілька разів. Приклад 1. 3,8л водного екстракту гвоздики з масовою часткою розчинених речовин 4% і температурою 2°С розташовуємо в ємності. У розчин паралельно його поверхні на глибину 6мм. занурюємо робочий орган через який проходить холодоносій для відводу тепла. Процес концентрування здійснюємо при температурі мінус 15°С протягом 180 хвилин. Потім робочий орган з блоком льоду видаляємо з ємності та витримуємо на повітрі на протязі 40 хвилин для вилучення з поверхні блоку льоду рідкої фази. Зібраний розчин змішуємо з концентрованим продуктом. Під час виморожування об'єм розчину зменшився до 2,1л., масова частина розчинених речовин підвищилася до 5,8%. Промислове застосування: 1. Концентрування шляхом виморожування соків, екстрактів, молочних продуктів, виноматеріалів, пива і т.п. до вмісту сухи х речовин 35-50%. 2. Отримання рідких (до 40% сухих речовин) натуральних харчових барвників і ароматизаторів. 3. Дистиляція водопровідної води. 4. Опріснення сольових розчинів і морської води. 5. Очи щення забруднених (стічних) вод промислових підприємств. 6. Виробництво талої біологічно - активної води. Таблиця Вплив суміснення градієнта масопереносу з напрямом гравітаційних сил на кінцеві параметри процесу концентрування запропонованого способу в порівнянні з прототипом Приклад Масо ва частка сухи х Масова частка речовин в розплаві блоку рідкої фази в блоці льоду, % льоду 1 прототип 0,23 0,24 5 корисна 0,02 0,1 модель Ступінь концентрування розчину, % 1,25 Коефіцієнт тепловіддачі від розчину Вт/(М*К) 1,5 50 41,2