Пристрій для отримання коптильної рідини

Реферат: Пристрій містить димогенератор з нагрівачем - магнетроном, осаджувач важких фракцій диму, який установлений після димогенетарота, накопичувач рідини, зв'язаний з димогенератором лінією подачі газу та струминним абсорбером, систему охолодження в накопичувачі рідини, насос для подачі рідини з накопичувача до прийомної камери абсорбера. Винахід забезпечує інтенсифікацію процесу піролізу за рахунок імпульсного електромагнітного поля, а також дозволяє отримати коптильну рідину із заздалегідь заданими властивостями, яка не містить домішок та канцерогенних компонентів. UA 99482 C2 (12) UA 99482 C2 UA 99482 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі промислових пристроїв для отримання коптильної рідини з рослинної сировини за допомогою імпульсної мікрохвильової енергії і може бути використаний в харчовій промисловості, для отримання концентратів, ароматизованих добавок для надання продуктам харчування смаку та аромату копченості і збільшення їхнього терміну придатності. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є пристрій для отримання коптильної рідини, що включає димогенератор з нагрівачем, абсорбер, виконаний у вигляді вихрової контактної камери, і установлений під абсорбером та зв'язаний з ним вхідним патрубком накопичувач рідини з блоком регулювання температури, осаджувач часток аерозолю і систему подачі рідини і летких продуктів піролізу деревини в абсорбер, що містить димоводяний насос ежекторного типу, що з'єднаний лінією подачі газу з димогенератором, лінією подачі рідини - з накопичувачем рідини, а лінією подачі газорідинної суміші - з абсорбером. Пристрій також забезпечений накопичувачем дисперсної фази препарату і з'єднаної з ним трубопроводом ємністю з мішалкою для приготування готового коптильного препарату. Осаджувач часток аерозолю виконаний у вигляді електростатичного фільтра, вхідний патрубок якого з'єднаний з газовою порожниною накопичувача рідини, патрубок для скидання очищених газів - з вакуумним насосом, а зливальний патрубок - з накопичувачем дисперсної фази препарату, накопичувач рідини додатково з'єднаний трубопроводом з ємністю для готування готового коптильного препарату, [див. свідоцтво РФ на корисну модель № 2193852]. Конструкцію даного пристрою вибрано прототипом. Прототип і винахід, що заявляється, мають такі спільні ознаки: - димогенератор з нагрівачем, - абсорбер, - накопичувач рідини, - систему, яка подає рідину та леткі продукти піролізу деревини в абсорбер, - теплообмінна поверхня. Але пристрій, запропонований у прототипі, вимагає збір парової і дисперсної фаз коптильної рідини, це здійснюють в окремі ємності, а сепарацію не абсорбованої частини продуктів піролізу роблять шляхом обробки димових газів на виході з абсорбера в електростатичному полі високої напруги - це вимагає додаткових конструктивних рішень і енергетичних витрат, що значно ускладнює конструкцію пристрою. В основу винаходу поставлено задачу створити пристрій, для отримання коптильної рідини, конструктивні особливості якого забезпечать інтенсифікацію процесу піролізу деревини, підвищення виходу коптильних компонентів, а також отримання продукту з мінімальним вмістом канцерогенних та токсичних речовин і збільшення обсягів його виробництва за рахунок підвищення продуктивності технологічного процесу. Поставлена задача вирішена в конструкції пристрою, для отримання коптильної рідини, що містить димогенератор з нагрівачем, накопичувач рідини, зв'язаний з димогенератором лінією подачі газу та абсорбер, систему, яка подає рідину та леткі продукти піролізу деревини в абсорбер та теплообмінну поверхню, тим, що він додатково містить осаджувач важких фракцій диму, як нагрівач пристрій містить генератор мікрохвильової електромагнітної енергії (магнетрон), а абсорбер виконаний струминним з прийомною камерою і установлений на лінії, що сполучає димогенератор з накопичувачем рідини. Використання енергії електромагнітного поля надвисоких частот дозволяє інтенсифікувати процес піролізу деревини. При цьому мають місце наступні процеси. В результаті швидкого підвищення температури усередині деревини підвищується тиск водяних пар, тобто з'являється надлишковий тиск пари усередині деревини стосовно тиску середовища. Градієнт надлишкового тиску різко інтенсифікує процес сушіння, тому що перенесення пари відбувається як шляхом молекулярної дифузії, так і шляхом фільтрації через пори й капіляри деревини. Пара, що утворюється, прямує до поверхні деревини, виносячи із собою розчинні корисні речовини, дим фільтрується, залишаючи найбільш крупні частки диму на вугіллі. Термічне розкладання деревини починається при температурах, що небагато перевищують 100 °С і складається з декількох стадій. Початкова стадія процесу проходить із поглинанням теплоти ззовні й втратою вологи при температурі 120...150 °С. При температурі 270...280 °С починається екзотермічний розпад деревини, при температурі 275...450 °С відбуваються головні реакції розпаду речовин, з яких складається деревина. Продуктами термічного розкладання деревини є: деревне вугілля, рідкий дистилят і гази. Вихід основних продуктів при сухій перегонці в умовах атмосферного тиску й кінцевої температури 450 °С виходить 32…38 % вугілля, 45...50 % рідкого дистиляту й 15...20 % газів. У залишку виходить деревне вугілля. У такий спосіб можна отримувати різні види коптильної рідини із різних порід деревини, завантажуючи їх в робочий об'єм камери і піддаючи їх обробці імпульсною мікрохвильовою 1 UA 99482 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 енергією. На відміну від звичайного нагрівання деревини, під дією мікрохвильової енергії нагріваються самі вологі частки деревини, поступово вологість вирівнюється, таким чином процес має властивість саморегулювання. Пристрій для отримання коптильної рідини зображений на кресленні. Пристрій містить димогенератор 1, енергія до якого подається від магнетрону 2. Газова суміш із димогенератора 1 надходить в осаджувач важких фракцій диму 3, який зв'язаний з димогенератором лінією подачі газу 4 та приймальною камерою 5. Рідина з накопичувача 7, по лінії подачі рідини 10, за допомогою насосу 9 надходить до приймальної камери 5 струминного абсорбера 6. Димоводяна суміш зі струминного абсорбера 6 подається в накопичувач рідини 7. Для охолоджування рідини в накопичувачі 7 передбачена теплообмінна поверхня 8. Таким чином, магнетрон 2, який створює однорідне поле. Герметизація корпусу забезпечують одну з важливих умов успішної роботи пристрою - рівномірне без кисневе нагрівання сировини по всьому об'єму. Пристрій працює у такий спосіб. Деревина завантажується в димогенератор 1 до заповнення половини об'єму корпусу, який герметично закривають. У накопичувач рідини 7 заливають питну воду та включають теплообмінну поверхню 8 і насос 9. Після цього включають магнетрон 2 для дії мікрохвильової енергії на деревину. В результаті нагріву деревини у димогенераторі 1 відбувається піроліз деревини, при цьому димові гази, що утворюються надходять до осаджувача важких фракцій 3, в якого площа поперечного перетину в 8 разів більша площі поперечного перетину вхідної труби. В наслідок різкого зниження швидкості диму важкі смоли осідають на дно осаджувача важких фракцій диму 3, перешкоджаючи потраплянню крупних часток диму в абсорбер 6, в осаджувачі важких фракцій 3 залишаються крупні смолисті сполуки коптильних компонентів розмірами більше 1 мкм. Дим по лінії подачі газу 4 потрапляє в прийомну камеру 5, в яку також по лінії подачі рідини 10 за допомогою насоса 9 надходить рідина з накопичувача рідини 7. В камері струминного абсорбера 6 відбувається взаємодія коптильних речовин з дрібнодисперсними краплями рідини, які абсорбуються в ній та поступове насичення води компонентами диму. Таким чином, струминний абсорбер 6 виконує функції гідравлічного насоса і масообмінного апарату. Отриманий водний конденсат диму поступає в накопичувач рідини 7, який забезпечений теплообмінною поверхнею 8. З метою підвищення коптильних компонентів, що містяться, рідина із накопичувача 7 за допомогою насоса 9 знову потрапляє в струминний абсорбер 6. Насос 9 забезпечує рециркуляцію рідини, тобто насичення цієї рідини в накопичувачі 7 коптильними речовинами до необхідної концентрації. Рідина в накопичувачі 7 охолоджується теплообмінною поверхнею 8 до температури +20°С. Для отримання готової коптильної рідини здійснюють відстоювання, готову рідину розливають в тару. Експериментальні дані показують, що енерговитрати пристрою складають 0,78 кВт·год., що суттєво менше, ніж у прототипі. Експериментальні дані, які отримані при проведенні процесу зазначені в таблиці. Коптильну рідину отримували з деревини горіха, вишні та персика. З даних, наведених в таблиці видно, що отримана коптильна рідина не містить канцерогенних та токсичних речовин, а значить безпечна для вживання. Переваги запропонованого пристрою для отримання з деревини коптильної рідини за допомогою мікрохвильової енергії та струминного абсорберу: - об'ємний нагрів, з мінімальними температурними градієнтами що дозволяє значно скоротити час процесу піролізу та таким чином збільшити продуктивність пристрою; - в установці використано струминний абсорбер, який виконує функції масообмінного апарату і гідравлічного насосу та дозволяє виключити із схеми абсорбер у вигляді вихрової контактної камери; - використовується додатковий осаджувач, в якому залишаються крупні смолисті сполуки коптильних компонентів розмірами більше 1 мкм, який виконує функції фільтра, перешкоджаючи потраплянню крупних часток диму в абсорбер; - запропонований пристрій низько енергетичний, споживає енергії тільки одного виду (мережа 220 V), компактний; - пристрій є екологічно чистим, тому що під час роботи не виділяє ніяких шкодливих речовин, відсутні шкодливі відходи виробництва, а також не потрібне додаткове очищення коптильної рідини; - пристрій забезпечує отримання продукції високої якості оскільки компоненти коптильної рідини не містять додаткових домішок та канцерогенних компонентів. 2 UA 99482 C2 Таблиця Експериментальні дані, отримані при проведенні процесу. Зміст тяжких металів та канцерогенних речовин в отриманих коптильних рідинах Елементи 3,4 бензперен Цинк (Zn) Кадмій (Cd) Мідь (Сu) Свинець (Рb) Ртуть (Hg) Миш'як (As) Проба коптильної рідини Горіх Персик Вишня Горіх Персик Вишня Горіх Персик Вишня Горіх Персик Вишня Горіх Персик Вишня Горіх Персик Вишня Горіх Персик Вишня Масова концентрація у об'єкті аналізу (мг/л) 0,014 0,0083 0,012 0,00619 0,00595 0,00495 0,0137 0,00495 0,00563 0,00221 0,015 0,00563 0,00131 0,00483 0,00337 0,0246 0,0194 0,0486 ГДК (мг/л) 0,1 мкг/л 0,1 мкг/л 0,1 мкг/л 1,2 1,2 1,2 0,01 0,01 0,01 1 1 1 од 0,1 0,1 0,005 0,005 0,005 0,05 0,05 0,05 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Пристрій для отримання коптильної рідини, що містить димогенератор з нагрівачем, накопичувач рідини, сполучений з димогенератором лінією подачі газу, абсорбер, систему, яка подає рідину та леткі продукти піролізу деревини в абсорбер та теплообмінну поверхню, який відрізняється тим, що він додатково містить осаджувач важких фракцій диму, який установлений безпосередньо після димогенератора, як нагрівач пристрій містить генератор мікрохвильової електромагнітної енергії, а абсорбер виконаний струминним з прийомною камерою і установлений на лінії, що сполучає димогенератор з накопичувачем рідини. 3 UA 99482 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4