專利名稱：連續(xù)式真空鍋及其內(nèi)部隔離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于糖加工業(yè)的連續(xù)式真空鍋(有時也稱作蒸發(fā)結(jié)晶器)，并涉及一種在連續(xù)式真空鍋內(nèi)使用的隔離裝置。本發(fā)明更具體地但非排他性地涉及一種位于連續(xù)式真空鍋的加熱室(calandria)與下降管(down-take)之間的隔離裝置。
背景技術(shù)：
在本說明書中，術(shù)語“加熱室”應(yīng)解釋為表示在糖加工業(yè)中設(shè)立的連續(xù)式真空鍋內(nèi)普遍使用的殼管式再沸器(reboiler)。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，加熱室可大體具有懸浮式或固定式的結(jié)構(gòu)。在制糖過程的一個特定階段中，在稱為鍋的特殊設(shè)計(jì)的容器中將由蒸發(fā)器生產(chǎn)出的糖漿(syrup)進(jìn)一步濃縮。隨著濃度增大，溶解的糖形成結(jié)晶；真空鍋的任務(wù)是通過多個步驟使糖晶體生長(糖晶體來自糖漿中的蔗糖)，從而使粗糖(raw sugar)中回收的蔗糖量最大化，應(yīng)認(rèn)識到，這是制糖過程中至關(guān)重要的步驟。因此，近來對真空鍋的設(shè)計(jì)，特別是連續(xù)式真空鍋的設(shè)計(jì)給予了巨大的關(guān)注。真空鍋基本上是在真空下工作的容器，在真空鍋中，將糖漿煮沸以增大糖的濃度， 由此形成糖晶體，造成糖晶體懸浮在其所生長的母液即所謂糖膏(massecuite)中。加熱室通常用作再沸器，用以加熱糖膏并且還引起容器內(nèi)的糖膏循環(huán)。蒸汽經(jīng)由蒸汽入口供給到加熱器，并在加熱室的管道之間輸送；蒸汽冷凝在管壁上，由此使得熱從加熱室有效地傳遞到糖膏。在申請人自己的在先美國專利US6，991，708中披露了一種特定的連續(xù)式真空鍋設(shè)計(jì)，該在先專利的內(nèi)容在此并入供參考。真空鍋設(shè)計(jì)的一個至關(guān)重要的方面是確保糖膏在真空鍋內(nèi)良好地循環(huán)。期望的循環(huán)路徑開始于糖膏向上流經(jīng)加熱室的管道(在管道外側(cè)加熱)，并隨后離開管道；期望的循環(huán)在從管道基部重新流入管道之前朝向下降管在管道的上方流過，其中糖膏向下流經(jīng)下降管。盡管可使用安裝在下降管中的機(jī)械攪拌器來促進(jìn)循環(huán)(攪拌式真空鍋)，但優(yōu)選為確保沸騰過程本身產(chǎn)生良好的循環(huán)(天然循環(huán)真空鍋)。以前曾認(rèn)為循環(huán)的驅(qū)動力是管道中的熱糖膏與下降管內(nèi)的冷糖膏之間的密度差。 已證明與下降管中的糖膏(無汽泡)相比，沸騰的糖膏(即糖膏與汽泡的組合物)的較小的平均密度提供了循環(huán)驅(qū)動力。在存在良好的驅(qū)動力和較小的流動阻力時產(chǎn)生良好的循環(huán)。實(shí)現(xiàn)良好循環(huán)的一個主要的決定因素是選擇管徑以提高驅(qū)動力并使摩擦阻力最小化。通常選擇大約IOOmm的管徑，因?yàn)樵谶@點(diǎn)上其為最佳折衷值。其它的主要因素是下降管的相對尺寸和相對位置。真空鍋的“循環(huán)比”是通常用于表征真空鍋設(shè)計(jì)的循環(huán)方面的參數(shù)?！把h(huán)比”是所有管道的總截面積與下降管的截面積的比值，并認(rèn)為2. 5的比值適于具有居中設(shè)置的圓柱形下降管的圓形間歇式真空鍋。循環(huán)比較高意味著下降管相對小，并已知導(dǎo)致循環(huán)較差。盡管在選擇單個圓柱形下降管的適合尺寸時循環(huán)比是有效的，但已證明，循環(huán)比不能以相同的方式應(yīng)用于其它的下降管設(shè)計(jì)。具體的實(shí)例是“懸浮式加熱室”，其中下降管的形狀為鄰近鍋壁的環(huán)形。多種如此設(shè)計(jì)的性能低劣的鍋已被陸續(xù)改型為具有傳統(tǒng)的加熱室，這些加熱室具有居中設(shè)置的圓柱形下降管。請認(rèn)識到，與截面積相同的圓柱形下降管相比，環(huán)形下降管將具有比例更大的壁面積并由此具有更大的阻力，這可在一定程度上解釋為何懸浮式加熱室真空鍋的性能低劣。可利用“液力直徑(hydraulic diameter) ”的概念， 其定義為4X濕周長(wetted perimeter)除以截面積，在一定程度上將非圓形下降管的額外阻力納入考慮范圍。申請人提出的連續(xù)式真空鍋的設(shè)計(jì)，如美國專利US6，991，708所述， 具有與真空鍋的外壁鄰接的非圓形下降管，并由此在一定程度上類似于懸浮式加熱室。通過利用比適用于傳統(tǒng)的間歇式鍋(其具有居中設(shè)置的圓柱形下降管)的循環(huán)比更小的循環(huán)比，這種真空鍋實(shí)現(xiàn)了良好的循環(huán)。在真空鍋的設(shè)計(jì)中，尚未考慮到的因素是額外阻力，這種額外阻力是由于在下降管的與加熱室共用的壁上發(fā)生沸騰引起的，即是由于在管壁的相對側(cè)上具有來自糖膏的加熱蒸汽引起的。這甚至可造成最接近管壁的一部分糖膏在下降管中向上流動。這最有可能發(fā)生在具有非圓柱形下降管的真空鍋中，例如發(fā)生在下降管鄰接外壁情況下的懸浮式加熱室或連續(xù)式真空鍋中。認(rèn)為如果可通過限制或阻止熱從加熱室內(nèi)的蒸汽傳遞到下降管中的糖膏，來防止在下降管內(nèi)發(fā)生沸騰，則真空鍋內(nèi)的循環(huán)將得到改善。因此，本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)式真空鍋，該真空鍋至少部分地克服了上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一目的是提供一種連續(xù)式真空鍋，該真空鍋是現(xiàn)有真空鍋的有利的替代產(chǎn)品。本發(fā)明的又一目的是提供一種利用加熱室隔離裝置的連續(xù)式真空鍋，該加熱室隔離裝置減小了加熱室與下降管中的糖膏之間的傳熱。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供一種真空鍋，其包括容器，用于容納糖膏；熱交換器，用于加熱位于容器中的糖膏；熱交換器包括用于輸送糖膏的第一糖膏流路以及用于接收傳熱介質(zhì)的傳熱介質(zhì)流路；真空鍋的特征在于，容器中限定有第二糖膏流路，第二糖膏流路至少部分鄰接熱交換器的側(cè)部；而且其中，在熱交換器的傳熱介質(zhì)流路與第二流路之間設(shè)置有隔離區(qū)，以減小熱交換器與第二流路之間的傳熱。在優(yōu)選實(shí)施例中，真空鍋可為連續(xù)式真空鍋。熱交換器設(shè)置為加熱室的形式，并且傳熱介質(zhì)流路設(shè)置為加熱室的蒸汽空間。傳熱介質(zhì)可為蒸發(fā)的水蒸汽。第一糖膏流路設(shè)置為向上運(yùn)行的流路，第二糖膏流路設(shè)置為向下運(yùn)行的流路，以將第一糖膏流路和第二糖膏流路串聯(lián)，從而在容器內(nèi)形成連續(xù)式循環(huán)流路。第二糖膏流路可為連續(xù)式真空鍋的下降管。隔離區(qū)優(yōu)選采用雙壁的形式，雙壁之間限定有內(nèi)腔，并且隔離區(qū)將熱交換器與第二流路分隔開，且更優(yōu)選將熱交換器的傳熱介質(zhì)流路與第二流路分隔開。內(nèi)腔優(yōu)選與通風(fēng)管(ventilation conduit)流體連通。內(nèi)腔還設(shè)置為在使用中至少部分經(jīng)由通風(fēng)管排空。優(yōu)選地，內(nèi)腔排空至使內(nèi)腔中的蒸汽的飽和蒸汽溫度低于第二流路中的糖膏的沸點(diǎn)的壓力。內(nèi)腔內(nèi)的壓力可介于5與15kPa(a)之間，優(yōu)選為大約lOkPa(a)。在一個實(shí)施例中，加熱室可為懸浮式加熱室，隔離區(qū)可設(shè)置在加熱室的外周邊上。 在替換性的實(shí)施例中，加熱室可為固定式加熱室，隔離區(qū)可設(shè)置在加熱室的內(nèi)側(cè)環(huán)形周邊上。內(nèi)腔還設(shè)置為與連續(xù)式真空鍋的蒸汽空間流體連通。內(nèi)腔還設(shè)置為與加熱室內(nèi)的蒸汽空間流體連通，其中，可通過在加熱室的外壁中設(shè)置孔且如此在隔離區(qū)的內(nèi)壁中設(shè)置孔來實(shí)現(xiàn)流體連通。連續(xù)式真空鍋可為攪拌式真空鍋或非攪拌式真空鍋。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種熱交換器，其包括用于輸送糖膏的糖膏流路以及用于接收傳熱介質(zhì)以允許熱傳遞到糖膏流路的傳熱介質(zhì)流路，該熱交換器的特征在于， 熱交換器的周邊被隔離區(qū)包圍，由此阻止熱從傳熱介質(zhì)流路傳遞到周圍環(huán)境。傳熱介質(zhì)設(shè)置為在連續(xù)式真空鍋、間歇式真空鍋或蒸發(fā)器中使用。


將通過非限制性實(shí)例并參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的真空鍋的側(cè)面剖面圖；而圖2是根據(jù)本發(fā)明的隔離區(qū)的放大圖，圖2還示出了加熱室的蒸汽空間、隔離區(qū)以及下降管之間的界面。
具體實(shí)施例方式參照附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的特征，根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)式真空鍋的非限制性實(shí)例由附圖標(biāo)記10概括地表示。真空鍋10包括容器12，在此具體的實(shí)例中，容器12分為第一腔室14和第二腔室 16 ；第一腔室14為運(yùn)行中的下腔室，第二腔室16為直接設(shè)置在第一腔室14上方的運(yùn)行中的上腔室。第一熱交換器或稱第一加熱室20設(shè)置在第一腔室14中，第二熱交換器或稱第二加熱室22設(shè)置在第二腔室16中。應(yīng)認(rèn)識到，本發(fā)明可應(yīng)用于多種不同的真空鍋結(jié)構(gòu)，本文描述的雙腔室真空鍋設(shè)計(jì)僅是一個實(shí)例。同樣地，該實(shí)例披露了懸浮式加熱室的使用，但本發(fā)明也可應(yīng)用于固定式加熱室。此外，真空鍋可為連續(xù)式真空鍋或者間歇式真空鍋(batch vacuum pan)，而且可為攪拌式的或者非攪拌式的真空鍋。糖膏50容納于第一腔室14和第二腔室16中，并且傳熱介質(zhì)被供給到加熱室 ’傳熱介質(zhì)例如為蒸汽35，其使得熱傳遞到加熱室的管道32，如將在下面更詳細(xì)描述的。現(xiàn)參照圖2，熱交換器或加熱室20或22包括殼管式熱交換設(shè)備，殼管式熱交換設(shè)備由多個管道32組成，這些管道32延伸穿過加熱室中的傳熱介質(zhì)流路或稱蒸汽空間34。 在使用中，管道32輸送糖膏；而加熱室的蒸汽空間34包含有傳熱介質(zhì)，傳熱介質(zhì)例如為經(jīng)由傳熱介質(zhì)供應(yīng)源35供給的蒸汽。因此，熱從蒸汽空間34傳遞到管道32，更具體地，熱傳遞到在管道32內(nèi)輸送的糖膏。當(dāng)管道32中的糖膏被加熱時，引起沸騰，并由此引起管道32 中的糖膏的平均密度因出現(xiàn)汽泡而減小。由此造成糖膏向上運(yùn)動，并且糖膏經(jīng)由管道32的上端排出加熱室。糖膏流經(jīng)加熱室的運(yùn)動由箭頭A表示。一旦糖膏排出加熱室，糖膏經(jīng)由第二糖膏流路36(稱為下降管)朝向真空鍋的底部流動，如箭頭B所示。實(shí)現(xiàn)在不需要機(jī)械介入的情況下引起糖膏的循環(huán)流動的凈效益。加熱室20或22的周緣區(qū)域包括隔離區(qū)40，在該具體的實(shí)例中，隔離區(qū)40采用位于加熱室周邊附近的雙壁或護(hù)套部的形式。應(yīng)認(rèn)識到，如果加熱室為懸浮式加熱室，則周緣區(qū)域?qū)榧訜崾业耐庵苓叄绻訜崾覟楣潭ㄊ郊訜崾?，則周緣區(qū)域?qū)榧訜崾业膬?nèi)側(cè)環(huán)形周邊。隔離區(qū)或稱護(hù)套部40的目的是使第二糖膏流路或下降管36與加熱室的蒸汽空間 34熱隔絕，以便阻止熱從加熱室的蒸汽空間34中的傳熱介質(zhì)傳遞到下降管36中的糖膏。 如果這種傳熱未被阻止或者未被至少部分減小，則與加熱室的外壁接觸的糖膏可能開始沸騰，這將非常不利地影響糖膏在下降管中的向下運(yùn)動。隔離區(qū)或護(hù)套部40包括內(nèi)腔42 ；內(nèi)腔42是大體封閉的空間，位于加熱室的外壁 44與隔離區(qū)的壁46之間。加熱室的外壁44主要與加熱室的蒸汽空間34內(nèi)的傳熱介質(zhì)接觸，而護(hù)套部的壁46將與下降管36中的糖膏接觸。因此，下降管36中的糖膏與蒸汽空間 34中的傳熱介質(zhì)被內(nèi)腔42分隔開。盡管預(yù)見到內(nèi)腔可填充有隔離物質(zhì)，但在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)腔是在真空下工作，如下面更詳細(xì)地描述的。內(nèi)腔42與腔室14或16 (加熱室設(shè)于這些腔室中)的蒸汽空間17或15流體連通。 蒸汽空間通常在介于5與20kPa(a)之間的壓力條件下工作，并由此還在內(nèi)腔42中造成類似的低壓。一個重要的操作參數(shù)是內(nèi)腔42內(nèi)的壓力，內(nèi)腔42內(nèi)的壓力必須減小到使飽和蒸汽的溫度低于糖膏的沸騰溫度的壓力，由此防止內(nèi)腔42內(nèi)的蒸汽在護(hù)套部40的壁46上冷凝，并由此阻止或抑制傳熱的發(fā)生。在加熱室的外壁44中還設(shè)有運(yùn)行中的上孔56和運(yùn)行中的下孔M，上孔56和下孔討分別用作不能冷凝的輕氣體和不能冷凝的重氣體的通風(fēng)口。因此，內(nèi)腔42還用作這些不能冷凝的氣體的收集腔室，這些不可冷凝的氣體依次地經(jīng)由通風(fēng)管52通風(fēng)回到鍋10的蒸汽空間15或17中?？?6、54的尺寸設(shè)置為在蒸汽空間34與護(hù)套部40的內(nèi)腔42之間的指定壓力差下可以適應(yīng)不能冷凝的氣體所需的通風(fēng)流量。發(fā)明人預(yù)見到，本發(fā)明將改進(jìn)真空鍋內(nèi)的糖膏的循環(huán)，而同時又提供使不能冷凝的氣體通風(fēng)的功能；還預(yù)見到，本發(fā)明將以申請人的雙加熱室的豎直的連續(xù)式真空鍋的形式非常有效地實(shí)現(xiàn)，如US6，991，708中所披露的(其內(nèi)容并入在此供參考)。應(yīng)該認(rèn)識的是，上述內(nèi)容僅是本發(fā)明的一個實(shí)施例，可在不背離本發(fā)明的原理和/ 或范圍的情況下進(jìn)行各種變型。
權(quán)利要求
1.一種真空鍋，包括 容器，用于容納糖膏；熱交換器，用于加熱位于所述容器中的糖膏；所述熱交換器包括用于輸送糖膏的第一糖膏流路以及用于接收傳熱介質(zhì)的傳熱介質(zhì)流路；所述真空鍋的特征在于，所述容器中限定有第二糖膏流路，所述第二糖膏流路至少部分鄰接所述熱交換器的側(cè)部；而且其中，在所述熱交換器的所述傳熱介質(zhì)流路與所述第二流路之間設(shè)置有隔離區(qū)，以減小所述熱交換器與所述第二流路之間的傳熱。
2.如權(quán)利要求1所述的真空鍋，其中，所述熱交換器采用加熱室的形式；并且其中，所述傳熱介質(zhì)流路為所述加熱室的蒸汽空間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的真空鍋，其中，所述傳熱介質(zhì)為蒸發(fā)的水蒸汽。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的真空鍋，其中，所述第一糖膏流路為向上運(yùn)行的流路，所述第二糖膏流路為向下運(yùn)行的流路，由此使所述第一糖膏流路和所述第二糖膏流路串聯(lián)，以在所述容器內(nèi)形成連續(xù)式循環(huán)流路。
5.如權(quán)利要求4所述的真空鍋，其中，所述第二糖膏流路為所述連續(xù)式真空鍋的下降管。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的真空鍋，其中，所述隔離區(qū)采用雙壁的形式，所述雙壁之間限定有內(nèi)腔，并且所述隔離區(qū)將所述第二流路與所述熱交換器的所述傳熱介質(zhì)流路分隔開。
7.如權(quán)利要求6所述的真空鍋，其中，所述內(nèi)腔與通風(fēng)管流體連通。
8.如權(quán)利要求6或7所述的真空鍋，其中，所述內(nèi)腔在使用中至少部分經(jīng)由通風(fēng)管排空。
9.如權(quán)利要求8所述的真空鍋，其中，所述內(nèi)腔排空至使所述內(nèi)腔中的蒸汽的飽和蒸汽溫度低于所述第二流路中的糖膏的沸點(diǎn)的壓力。
10.如權(quán)利要求8或9所述的真空鍋，其中，所述內(nèi)腔內(nèi)的壓力介于5與15kPa(a)之間。
11.如權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的真空鍋，其中，所述內(nèi)腔與所述真空鍋的蒸汽空間流體連通。
12.如權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的真空鍋，其中，所述內(nèi)腔通過所述加熱室的外壁中的孔與所述加熱室內(nèi)的蒸汽空間流體連通，由此允許不可冷凝的氣體從所述加熱室的所述蒸汽空間排出。
13.如權(quán)利要求2所述的真空鍋，其中，所述加熱室為懸浮式加熱室，并且所述隔離區(qū)設(shè)置在所述加熱室的外周邊上。
14.如權(quán)利要求2所述的真空鍋，其中，所述加熱室為固定式加熱室，并且所述隔離區(qū)設(shè)置在所述加熱室的內(nèi)側(cè)環(huán)形周邊上。
15.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的真空鍋，其中，所述真空鍋為連續(xù)式真空鍋。
16.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的真空鍋，其中，所述真空鍋為間歇式真空鍋。
17.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的真空鍋，其中，所述真空鍋為攪拌式真空鍋。
18.如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的真空鍋，其中，所述真空鍋為非攪拌式真空鍋。
19. 一種熱交換器，其適合用于連續(xù)式真空鍋、間歇式真空鍋或蒸發(fā)器；所述熱交換器包括用于輸送糖膏的糖膏流路以及用于接收傳熱介質(zhì)以允許熱傳遞到所述糖膏流路的傳熱介質(zhì)流路，所述熱交換器的特征在于，所述熱交換器的周邊被隔離區(qū)包圍，由此阻止熱從所述傳熱介質(zhì)流路傳遞到周圍環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于糖加工業(yè)的連續(xù)式真空鍋(有時也稱作蒸發(fā)結(jié)晶器)，還涉及一種在連續(xù)式真空鍋內(nèi)使用的熱交換器。本發(fā)明還涉及在糖加工業(yè)的其它應(yīng)用中使用的熱交換器。熱交換器包括用于輸送糖膏的糖膏流路以及用于接收傳熱介質(zhì)以允許熱傳遞到糖膏流路的傳熱介質(zhì)流路。熱交換器的特征在于，熱交換器的周邊被隔離區(qū)包圍，由此阻止熱從傳熱介質(zhì)流路傳遞到周圍環(huán)境。
文檔編號C13B30/02GK102215928SQ200980145513
公開日2011年10月12日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者保羅·馬丁·肖諾, 利昂·史密斯, 大衛(wèi)·約翰·洛夫, 斯蒂芬·大衛(wèi)·皮科克, 沃倫·大衛(wèi) 申請人:唐加特胡雷特有限公司