专利名称：一种用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及甜菜制糖技术领域，特别涉及一种用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法及装置。
背景技术：
渗出工艺是甜菜制糖过程中最重要的工艺之一将甜菜菜丝细胞充分破裂，然后与高温的水或稀糖汁充分接触混合，在给定的条件下，将甜菜中的蔗糖分尽可能的提取出来，将非糖分尽可能多留在废菜丝中，以获得高纯度的浸出汁。上述工艺中，影响渗出效率的主要因素有菜丝质量、渗出温度、渗出时间、提汁率、渗出用水、微生物、渗出操作的均匀性等。当前，全国甜菜制糖行业普遍采用连续渗出器，特别是中型甜菜糖厂，大都使用Dds渗出器，该系统存在的问题主要有菜丝的最大处理 量仅为4500吨/天左右，糖分损失约O. 25%，蒸汽消耗2. 5%-3. 5%甜菜量，糖厂收率较低，高能耗以及易受微生物感染等问题。目前，有关甜菜渗出工艺方面，国内公开的专利主要集中在压柏水的回收方面，如甜菜制糖工艺中滤泥洗水回渗出器做渗出用水的方法(97112619. 4)、甜菜无泡沫压柏水回收新工艺(95118998. O)、一种甜菜制糖中的压柏水灭菌回收系统(201020117562.1)、甘蔗、甜菜提汁真空系统排汁方法(02133469. 2)。国内公开发表的中文文献中，仅有I篇关于超声波强化甜菜糖分渗出的文献王鸿生，谢梓湘，王文侠。超声波强化甜菜糖分渗出的研究[J].食品与生物技术学报，1989，
(3)。该文献报道了超声波在试验温度下都能强化甜菜糖分的渗出速率，其中50°C时的强化效果最佳，超声波强度的变化对甜菜糖分的渗出速度有显著影响，强度大，糖分渗出的速率高，超声作用时间越长，甜菜糖分渗出的速率也越高。从上述公开的文献看，超声技术可有效缩短渗出时间，降低能耗，但未考虑到渗出过程的连续性及菜丝接触的均匀性，仅停留在间歇操作工艺的研究，未提及利用流态化技术强化菜丝在流动状态下的接触，渗出过程中改善甜菜丝疏水特性，控制甜菜细胞的变性程度的相关工艺技术也未见报道。从甜菜糖分渗出的特性和生产情况可知甜菜中的蔗糖存在于细胞液中，切成菜丝后菜丝表面上许多细胞被切破，渗出时糖分连同非糖分被浸出；但菜丝内部细胞中的糖分被包在细胞壁内，必须使构成细胞壁的原生质发生变性才能通过细胞壁渗析出来。综上所述，针对甜菜高温渗出过程效率低、时间长、影响废菜丝形态进而导致干柏能耗高等问题，目前并没有有效的技术方案。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有甜菜制糖的技术不足，提供一种用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法，以缩短渗出时间，减少水耗用量及蒸发工段的工作负荷，从而降低煤耗汽耗，达到节能环保，提高生产效率的目的。
进一步地，提供一种上述方法的渗出装置。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为
提供一种用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法，包括以下步骤
1)将甜菜洗净，再经预处理系统切丝，切丝后的菜丝经皮带秤称量及注入第一热烫器中进行热烫，新鲜水也注入第一热烫器进行热烫，热烫后的菜丝由带式输送机送至渗出器低端的进菜斗，热烫后的新鲜水从渗出器高端的进水口注入；
2)在渗出器的双螺旋推动下，菜丝沿双螺旋线从渗出器的低端进入渗出器的高端，而新鲜水相对菜丝做逆向流动；菜丝与新鲜水经渗出器的大振幅超声换能器的超声作用形成废柏和渗出汁；渗出汁从渗出器的低端进入渗出汁处理系统；其中，超声频率在10-50kHz之间，超声功率为100-500W，超声作用时间为1-50分钟； 3)步骤2)中的废柏从渗出器的高端被导入废柏水回收系统中进行回收，得到压柏和压柏水；压柏经废柏水回收系统的干燥机排出；压柏水经过废柏水回收系统处理后，经渗出器高端的入水口注入渗出器进行再处理，该压柏水亦相对步骤2)中菜丝做逆向流动，经渗出器的大振幅超声换能器的超声作用形成渗出汁；然后通过渗出器的低端进入渗出汁处理系统；
4)步骤2)中的渗出汁和步骤3)中的渗出汁经渗出汁处理系统处理后，最后被送入清净系统；最后，根据渗出汁纯度和废柏调整菜丝规格、超声参数控制、渗出温度、渗出时间和提汁率。 优选地，所述渗出器为Dds斜槽式双螺旋连续渗出器，该Dds斜槽式双螺旋连续渗出器分为若干段，渗出器首段温度控制在55 70°C，末段温度控制在4(T60°C;渗出器首段设在渗出器的低端位置，渗出器末段设在渗出器的高端位置。优选地，超声频率优选为20_40kHz，超声作用时间优选为20_40分钟。优选地，步骤3)中，所述提汁率为所得渗出汁质量对菜丝质量的百分数，其为105 115%对菜。优选地，步骤3)中，所述渗出温度为50 60°C，渗出时间控制在40-60 min0进一步地，提供一种渗出装置，包括通过带式输送机相连的预处理系统与渗出器，渗出器的高端输出口正对废柏水回收系统的输入口，渗出器的低端输出口与渗出汁处理系统的输入口连接；渗出器的低端设有进菜斗，渗出器的高端分别设有进水口和入水口，所述渗出器内的斜槽底中部间距均匀地安装有若干组板式浸没式超声强化装置，所述板式浸没式超声强化装置包括大振幅超声换能器和箱体，三个或三个以上大振幅超声换能器组装成一组后密封在箱体内制成板式浸没式超声提取装置。优选地，大振幅超声换能器包括设在冷却罩子内的发射机、与发射机相连且装在盒体内的压电陶瓷、第一级聚能器、第二级聚能器与加工工具，盒体顶端设有进水口，盒体底端设有出水口，第一级聚能器一端设在盒体内且与压电陶瓷连接，另一端伸出盒体外且与第二级聚能器的一端连接，第二级聚能器的另一端与加工工具连接。优选地，所述预处理系统包括通过带式输送机依次相连的切丝机与第一热烫器。优选地，所述废柏水回收系统包括通过传送带依次相连的螺旋输送机、压榨机、曲筛、压柏水箱与第三热烫器，所述压榨机还连接有干燥机，所述第三热烫器还与渗出器连接。
优选地，所述渗出汁处理系统包括渗出汁泵，所述渗出汁泵直接和/或通过第二热烫器与渗出器连接。本发明相对于现有技术，具有以下有益效果
本发明采用由三个或三个以上大振幅超声换能器组装成一组后密封在箱体内制成板式浸没式超声提取装置。该板式浸没式超声提取装置共振于同一频率之上，而形成单面辐射体，以达到可快速且高效的渗出过程。该大振幅超声换能器为低频高能超声换能器，低频高能超声通常指能量高于lW/cm2而频率低于IOOkHz的超声波，强大的能量使得介质发生物理裂解、有效的改变食品的物化特性以及加速某些化学反应，主要应用于食品加工领域。本发明采用低频高能超声流态化技术强化甜菜渗出工艺提取蔗糖，通过将超声波的空化作用、热效应、机械作用及流态化技术使菜丝在流动态下接触，传热传质均匀，将间歇过程变成连续生产过程，这两种技术耦合可提高分离效率、缩短渗出时间、简化操作过程，是不同于传统过程的新工艺。另外，当前菜丝在渗出器中延留60 80分钟相比，菜丝的渗出时间可缩短20%以上，较大的降低了糖分损失；超声强化渗出能够在很短的时间内将甜菜中所含糖分浸渗出来，与传统渗出法相比，废柏含糖O. 3% (对甜菜)以下；超声渗出技术在渗出过程中不必采用高温，减少了渗透水用量，减轻蒸发负担，渗出过程能耗降低15%以上；超声渗出技术不会改变糖分的化学结构，能保证有效成分及产品质量的稳定性，同时具有高效除沫功能，提高渗率性。本发明将低频高能超声提取耦合连续渗出技术运用于甜菜糖厂的提汁工段，将会高效的促进甜菜糖分渗出，在提高渗出率的同时，尽量保持糖汁锤度，缩短渗出时间，以减小蒸发工段的工作负荷量，从而节约煤耗汽耗，提高产品质量及产量，将糖厂的经济效益扩大到最大化。
图1是本发明渗出装置的结构示意 图2是本发明的Dds双螺旋斜槽式连续渗出器的结构示意 图3是板式浸没式超声提取装置的结构示意 图4是大振幅超声换能器的结构意 图5是未经超声渗出处理后的甜菜丝表观形态 图6是超声渗出处理后的甜菜丝表观形态图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。实施例1 如图1所示，一种渗出装置，提供一种渗出装置，包括通过带式输送机相连的预处理系统与渗出器3，渗出器3的高端输出口正对废柏水回收系统的输入口，渗出器的低端输出口与渗出汁处理系统的输入口连接；渗出器的低端设有进菜斗34，渗出器的高端分别设有进水口 36和入水口 35。预处理系统包括通过带式输送机的传送带依次相连的切丝机11、第一热烫器12及菜丝泵(图中未标示)。废柏水回收系统包括包括通过带式输送机2的传送带依次相连的螺旋输送机41、压榨机42、曲筛43、压柏水箱44及第三热烫器14，压榨机42还连接有干燥机45，第三热烫器14还与渗出器3连接。渗出汁处理系统包括渗出汁泵，渗出汁泵直接和/或通过第二热烫器与渗出器连接。如果渗出汁的温度足够，则直接通过渗出汁泵流向清净系统；若渗出汁的温度没有达到理想的温度，则通过第二热烫器13加热后在流向清净系统。如图2和3所示，该渗出器3为Dds双螺旋斜槽式连续渗出器，渗出器内的斜槽底中部间距均匀地安装有若干组板式浸没式超声强化装置31，板式浸没式超声强化装置31 包括大振幅超声换能器32和箱体33，三个或三个以上大振幅超声换能器组装成一组后密封在箱体内制成板式浸没式超声提取装置。如图4所示，大振幅超声换能器32包括设在冷却罩子329内的发射机321、与发射机321相连且装在盒体322内的压电陶瓷323、第一级聚能器324、第二级聚能器325与加工工具326，盒体322顶端设有进水口 327，盒体322底端设有出水口 328，第一级聚能器324 一端设在盒体322内且与压电陶瓷323连接，另一端伸出盒体322外且与第二级聚能器325的一端连接，第二级聚能器325的另一端与加工工具326连接，加工工具326加工物品330。该大振幅超声换能器32为低频闻能超声换能器，低频闻能超声通常指能量闻于lW/cm2而频率低于IOOkHz的超声波，强大的能量使得介质发生物理裂解、有效的改变食品的物化特性以及加速某些化学反应，主要应用于食品加工领域。该换能器采用两级超声聚能器，将振子表面的振幅扩大，直至达到加工要求。在Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内的斜槽底中部(第三、第四段)连续安装三组板板式浸没式超声提取装置，间距相等均匀分布，达到强化渗出效率均衡的效果。本实施例中，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器低端的首段、第二段用乏汽加热，进气方式为两侧进气；Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内的第三、四段用蒸发三效气加热。将菜水混合物加热到要求的温度(Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内首段70°C左右，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内末段50度左右)，超声频率20kHz，超声场的超声强度为100W，单次超声时间为60分钟。用本发明的方法和装置对甜菜渗出提汁，菜丝的渗出时间可缩短10%以上，废柏含糖O. 3% (对甜菜)以下，渗出过程能耗降低5%以上，如图5和6所示，图4是未经超声渗出处理后的甜菜丝表观形态图；图5是超声渗出处理后的甜菜丝表观形态图。实施例2
本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同
在Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内的槽底中部(第三、第四段)连续安装四组板式浸没式超声提取装置，间距相等均匀分布，达到强化渗出效率均衡的效果。本实施例中，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器低端的首段、第二段用乏汽加热，进气方式为两侧进气；Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内的第三、四段用蒸发三效气加热。将菜水混合物加热到要求的温度(Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内首段70°C左右，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内末段50度左右)，超声频率20kHz，超声场的超声强度为300W，单次超声时间为50分钟，本实施例中，菜丝的渗出时间可缩短15%以上，废柏含糖O. 25% (对甜菜)以下，渗出过程能耗降低10%以上。实施例3
本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同
在Dds双螺旋斜槽式连续渗出器的槽底中部(第三、第四段)连续安装五组板式浸没式超声提取装置，间距相等均匀分布，达到强化渗出效率均衡的效果。本实施例中，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器低端的首段、第二段用乏汽加热，进气方式为两侧进气；Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内的第三、四段用蒸发三效气加热。将菜水混合物加热到要求的温度(Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内首段70°C左右，Dds双螺旋斜槽 式连续渗出器内末段50度左右)，超声频率20kHz，超声场的超声强度为300W，单次超声时间为40分钟。本实施例中，菜丝的渗出时间可缩短20%以上，废柏含糖O. 25% (对甜菜)以下，渗出过程能耗降低12%以上。实施例4
本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同
在Dds双螺旋斜槽式连续渗出器的槽底中部(第三、第四段)连续安装六组板式浸没式超声提取器，间距相等均匀分布，达到强化渗出效率均衡的效果。本实施例中，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器低端的首段、第二段用乏汽加热，进气方式为两侧进气；Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内的第三、四段用蒸发三效气加热。将菜水混合物加热到要求的温度(Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内首段70°C左右，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内末段50度左右)，超声频率25kHz，超声场的超声强度为300W，单次超声时间为30分钟。本实施例中，菜丝的渗出时间可缩短25%以上，废柏含糖O. 23% (对甜菜)以下，渗出过程能耗降低15%以上。实施例5
本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同
在Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内的槽底中部(第三、第四段)连续安装四组板式浸没式超声提取装置，间距相等均匀分布，达到强化渗出效率均衡的效果。本实施例中，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器低端的首段、第二段用乏汽加热，进气方式为两侧进气；Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内的第三、四段用蒸发三效气加热。将菜水混合物加热到要求的温度(Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内首段70°C左右，Dds双螺旋斜槽式连续渗出器内末段50度左右)，将菜水混合物加热到要求的温度(首段70°C左右，末段50度左右)，超声频率35kHz，超声场的超声强度为400W，单次超声时间为20分钟。本实施例中，菜丝的渗出时间可缩短15%以上，废柏含糖O. 28% (对甜菜)以下，渗出过程能耗降低10%以上。上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1.一种用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法，其特征在于包括以下步骤1)将甜菜洗净，再经预处理系统切丝，切丝后的菜丝经皮带秤称量及注入第一热烫器中进行热烫，新鲜水也注入第一热烫器进行热烫，热烫后的菜丝由带式输送机送至渗出器低端的进菜斗，热烫后的新鲜水从渗出器高端的进水口注入；2)在渗出器的双螺旋推动下，菜丝沿双螺旋线从渗出器的低端进入渗出器的高端，而新鲜水相对菜丝做逆向流动；菜丝与新鲜水经渗出器的大振幅超声换能器的超声作用形成废柏和渗出汁；渗出汁从渗出器的低端进入渗出汁处理系统；其中，超声频率在10-50kHz 之间，超声功率为100-500W，超声作用时间为1-50分钟；3)步骤2)中的废柏从渗出器的高端被导入废柏水回收系统中进行回收，得到压柏和压柏水；压柏经废柏水回收系统的干燥机排出；压柏水经过废柏水回收系统处理后，经渗出器高端的入水口注入渗出器进行再处理，该压柏水亦相对步骤2)中菜丝做逆向流动，经渗出器的大振幅超声换能器的超声作用形成渗出汁；然后通过渗出器的低端进入渗出汁处理系统；4)步骤2)中的渗出汁和步骤3)中的渗出汁经渗出汁处理系统处理后，最后被送入清净系统；最后，根据渗出汁纯度和废柏调整菜丝规格、超声参数控制、渗出温度、渗出时间和提汁率。
2.根据权利要求1所述的用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法，其特征在于所述渗出器为Dds斜槽式双螺旋连续渗出器，该Dds斜槽式双螺旋连续渗出器分为若干段，渗出器首段温度控制在55 70°C，末段温度控制在4(T60°C;渗出器首段设在渗出器的低端位置，渗出器末段设在渗出器的高端位置。
3.根据权利要求1所述的用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法，其特征在于超声频率优选为20-40kHz，超声作用时间优选为20-40分钟。
4.根据权利要求1所述的用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法，其特征在于步骤3)中，所述提汁率为所得渗出汁质量对菜丝质量的百分数，其为105 115%对菜。
5.根据权利要求1所述的用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法，其特征在于步骤3)中，所述渗出温度为50 60°C，渗出时间控制在40-60 min。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的渗出装置，包括通过带式输送机相连的预处理系统与渗出器，渗出器的高端输出口正对废柏水回收系统的输入口，渗出器的低端输出口与渗出汁处理系统的输入口连接；渗出器的低端设有进菜斗，渗出器的高端分别设有进水口和入水口，其特征在于所述渗出器内的斜槽底中部间距均匀地安装有若干组板式浸没式超声强化装置，所述板式浸没式超声强化装置包括大振幅超声换能器和箱体，三个或三个以上大振幅超声换能器组装成一组后密封在箱体内制成板式浸没式超声提取装置。
7.根据权利要求6所述的渗出装置，其特征在于大振幅超声换能器包括设在冷却罩子内的发射机、与发射机相连且装在盒体内的压电陶瓷、第一级聚能器、第二级聚能器与加工工具，盒体顶端设有进水口，盒体底端设有出水口，第一级聚能器一端设在盒体内且与压电陶瓷连接，另一端伸出盒体外且与第二级聚能器的一端连接，第二级聚能器的另一端与加工工具连接。
8.根据权利要求6所述的渗出装置，其特征在于所述预处理系统包括通过带式输送机依次相连的切丝机与第一热烫器。
9.根据权利要求6所述的渗出装置，其特征在于所述废柏水回收系统包括通过传送带依次相连的螺旋输送机、压榨机、曲筛、压柏水箱与第三热烫器，所述压榨机还连接有干燥机，所述第三热烫器还与渗出器连接。
10.根据权利要求6所述的渗出装置，其特征在于所述渗出汁处理系统包括渗出汁泵，所述渗出汁泵直接和/或通过第二热烫器与渗出器连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于甜菜的低频高能超声耦合流态化渗出方法及装置，通过采用由三个或三个以上大振幅超声换能器组装成一组后密封在箱体内制成板式浸没式超声提取装置。该板式浸没式超声提取装置共振于同一频率之上，而形成单面辐射体，以达到可快速且高效的渗出过程。以缩短渗出时间，减少水耗用量及蒸发工段的工作负荷，从而降低煤耗汽耗，达到节能环保，提高生产效率的目的。
文档编号C13B10/08GK103014182SQ20121055402
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者赵振刚, 于淑娟, 王建国 申请人:华南理工大学