專利名稱：用液體制冷劑連續(xù)冷卻可泵送物料的方法和裝置的制作方法
相關申請的交叉參考本申請是2005年6月16日申請的序列號11/154757的部分連續(xù)申請，并且在此將其引入作為參考。
背景技術：
在精制食品、糖果、藥物、保健產(chǎn)品、化妝品、專用化學制品以及其它高價值產(chǎn)品的生產(chǎn)中，冷卻可泵送物料的方法非常重要?？梢栽诟鞣N類型的間接熱交換器中使用冷卻水、制冷劑或冷卻工藝物流來完成冷卻，其中間接熱交換器的類型包括殼-管式、刮板式、管-管式、盤管式和多盤式。另外，還可以通過使用制冷劑例如冷水、冷氣體或低溫蒸發(fā)液體直接與可泵送物料接觸來實現(xiàn)冷卻。
可以使用間隙或連續(xù)工藝對可泵送物料進行冷卻。在某些應用中，例如精制食品的生產(chǎn)，在不希望細菌有利生長的溫度范圍內(nèi)，需要快速冷卻使得冷卻時間最小化。在精制食品工業(yè)中，應用蒸發(fā)制冷劑液體來快速冷卻溫熱的中間物料和/或最終的成品食物是非常有利的。
可以利用靜態(tài)的在線混合器按照混合的間歇工藝或連續(xù)工藝來實現(xiàn)使用蒸發(fā)制冷劑液體冷卻可泵送物料。在本領域中需要改進的通過蒸發(fā)制冷劑液體進行冷卻的方法，尤其是通過蒸發(fā)制冷劑進行冷卻的連續(xù)工藝。通過以下描述的本發(fā)明的實施方案和以下所定義的權利要求可解決這種需要。
發(fā)明概述本發(fā)明的一種實施方案涉及冷卻可泵送物料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)具有進料口、液體制冷劑入口和冷卻產(chǎn)物出口的流水線連續(xù)機械混合器；(b)適于將液體制冷劑導入液體制冷劑入口的制冷劑液體的傳送和注入系統(tǒng)；以及(c)適于將可泵送物料導入進料口的進料系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括與冷卻產(chǎn)物出口相連的產(chǎn)品接收器，并且適于使從冷卻產(chǎn)物中脫離出蒸發(fā)的制冷劑，從而提供最終的冷卻產(chǎn)物和蒸發(fā)的制冷劑。流水線連續(xù)機械混合器可選自槳式、單轉(zhuǎn)子、多轉(zhuǎn)子、銷釘、介質(zhì)剪切、高剪切、軸向流、交叉流、推進式、刮板式和渦輪式混合器。
通過電機驅(qū)動流水線連續(xù)機械混合器；電機的額定功率和流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)部體積的特征在于功率與體積的比為0.3-2.0kW/升流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)部體積。
液體制冷劑入口通常位于進料口附近。系統(tǒng)還包括至少一個設置在進料口與中間冷卻產(chǎn)物出口之間的附加的液體制冷劑入口。制冷劑液體的儲存和注入系統(tǒng)通常適于儲存和注入選自液氮、液態(tài)二氧化碳、液氬和液態(tài)空氣的液體制冷劑。
液體制冷劑入口可包括噴嘴和加熱噴嘴的加熱系統(tǒng)。流水線連續(xù)機械混合器通常包括具有壁的容器，其中所述的壁具有內(nèi)表面和外表面，而且可包括加熱內(nèi)表面的混合器加熱系統(tǒng)；在這種情況下，液體制冷劑入口可包括噴嘴和加熱噴嘴的噴嘴加熱系統(tǒng)?；旌掀骷訜嵯到y(tǒng)可選自與容器外表面接觸的循環(huán)熱水夾套、在容器外表面吹蒸汽、以及容器外表面上的電阻加熱器。噴嘴可包括選自銅、黃銅、青銅、鋁以及這些金屬的組合的導熱金屬，其中導熱金屬與混合器加熱系統(tǒng)或容器內(nèi)表面或混合器加熱系統(tǒng)和容器的內(nèi)表面之間進行熱接觸。
該實施方案還包括具有中間進料口和第二個冷卻產(chǎn)物出口的附加的流水線連續(xù)機械混合器，其中(a)的流水線連續(xù)機械混合器的中間冷卻產(chǎn)物出口與附加的流水線連續(xù)機械混合器的中間進料口相連。附加的流水線連續(xù)機械混合器可以具有一個靠近中間進料口并且與(b)的制冷劑液體的儲存和注入系統(tǒng)相連的液體制冷劑入口。
本發(fā)明的另一種實施方案涉及一種冷卻可泵送物料的方法，該方法包括(a)提供可混合并冷卻可泵送物料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(1)具有進料口、液體制冷劑入口和冷卻產(chǎn)物出口的流水線連續(xù)機械混合器，；(2)適于將液體制冷劑導入液體制冷劑入口的制冷劑液體的儲存和注入系統(tǒng)；(3)適于將可泵送物料導入進料口的進料系統(tǒng)；(b)通過進料口將可泵送物料導入進料系統(tǒng)和流水線連續(xù)機械混合器；(c)通過液體制冷劑入口將液體制冷劑導入流水線連續(xù)機械混合器；(d)在通過流水線連續(xù)機械混合器階段將液體制冷劑和可泵送物料相混合，從而蒸發(fā)液體制冷劑并冷卻可泵送物料；然后(e)通過冷卻產(chǎn)物出口取出冷卻產(chǎn)物。
該實施方案還包括提供與冷卻產(chǎn)物出口相連的產(chǎn)物接收器，將冷卻產(chǎn)物導入產(chǎn)物接收器中，從中間冷卻產(chǎn)物中分離出蒸發(fā)的制冷劑，以及從產(chǎn)物接收器中取出最終冷卻產(chǎn)物和蒸發(fā)的制冷劑。液體制冷劑可選自液氮、液態(tài)二氧化碳、液氬和液態(tài)空氣。液體制冷劑與可泵送物料的質(zhì)量流量比為0.1-2.0。
流水線連續(xù)機械混合器可以是槳式混合器，它可以在400-2000轉(zhuǎn)分鐘的旋轉(zhuǎn)速度下運行?？杀盟臀锪显诹魉€連續(xù)機械混合器中的停留時間為1-60秒。
可泵送物料可選自水包油乳狀液、油包水乳狀液、固液漿液、糊狀物、液體以及可泵送的易流動粉末?？杀盟臀锪峡蛇x自蛋黃醬、澆頭、調(diào)味汁、湯、含乳液混合物、人造黃油、冰淇淋、布丁狀物、奶油凍產(chǎn)物、干酪和凝乳產(chǎn)物、香蒜醬、酸辣醬和飲料。
在該實施方案的一個變體中，流水線連續(xù)機械混合器可以是槳式混合器，泵送物料可以是蛋黃醬，液體制冷劑可以是液氮。在這個變體中，槳式混合器以500-900轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)速度運行。
流水線連續(xù)機械混合器通常包括具有壁的容器，其中所述的壁具有內(nèi)表面和外表面，并且包括混合器加熱系統(tǒng)，同時液體制冷劑和可泵送物料在通過流水線連續(xù)機械混合器階段進行混合時可以加熱內(nèi)表面；從而防止可泵送物料在流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)表面上冷凝。液體制冷劑入口可包括噴嘴和用于加熱噴嘴的噴嘴加熱系統(tǒng)，同時通過液體制冷劑入口將液體制冷劑導入流水線連續(xù)機械混合器，從而防止可泵送物料在噴嘴上凝固。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明的一種實施方案的示意性流程圖。
圖2圖示本發(fā)明的一種實施方案的液氮流、產(chǎn)物流以及冷卻所需的液氮熱量值之間的示例性關系。
發(fā)明詳述本發(fā)明的實施方案涉及一種通過將物料與汽化制冷劑液體或制冷劑相混合來快速冷卻可泵送物料的連續(xù)方法，同時物料和制冷劑流過流水線連續(xù)機械混合器。當制冷劑蒸發(fā)時，物料被冷卻并且產(chǎn)生蒸氣。冷卻的特征在于熱量直接從泵送物料向制冷劑傳遞，其中槳熱量通過制冷劑的氣化潛熱以及熱蒸氣的顯熱來吸收。從流水線連續(xù)機械混合器中排出的物質(zhì)可流入產(chǎn)物接收器，以便從中間冷卻產(chǎn)物中分離并排出蒸發(fā)的制冷劑，以提供最終的冷卻產(chǎn)物和蒸發(fā)的制冷劑。任選的，如果需要，一些殘余氣體可以保留在冷卻物料中以提供含有微量氣體、鼓泡或多泡的產(chǎn)物。
將術語“冷卻”定義為從可泵送物料中除去熱量，其中被除去的熱量可以是可泵送物料組分的顯熱、潛熱或顯熱和潛熱?？杀盟臀锪现械慕M分在適當?shù)睦鋮s條件下從液相變?yōu)楣滔唷?br> 只要物料能夠通過流水線連續(xù)機械混合器進行泵送，即只要每種物料都是可泵送物料，則寬范圍的物料都可以使用本發(fā)明的實施方案進行處理。這些可泵送物料包括例如精制食品、糖果、藥物、保健產(chǎn)品、化妝品、專用化學制品以及其它在生產(chǎn)工藝中需要快速直接冷卻的高價值產(chǎn)品?？杀盟臀锪峡梢允抢缢腿闋钜?、油包水乳狀液、固-液漿液、糊狀物、液體以及可泵送的易流動粉末。
本發(fā)明的實施方案提供的快速冷卻在配置食品工業(yè)中具有特殊的應用。能夠通過該方法有利地冷卻的食品可包括例如蛋黃醬、澆頭、調(diào)味汁、湯、含乳液混合物、人造黃油、冰淇淋、布丁狀物、奶油凍產(chǎn)物、干酪和凝乳產(chǎn)物、香蒜醬、酸辣醬和飲料。任何可泵送食品或中間物料都可以使用本文所描述的實施方案冷卻。冷卻方法可用于冷凍或部分冷凍物料以制備可泵送的產(chǎn)品，例如冷凍糖果、調(diào)味冰、冷凍的初餾產(chǎn)品等。
將術語“可泵送物料”定義為任何能夠流過流水線連續(xù)機械混合器的物料?？梢允褂萌魏我阎募訅貉b置產(chǎn)生驅(qū)使物料流過混合器所需的驅(qū)動壓力。該裝置可以是本領域已知的任何類型的容積式泵，例如漸進型腔室(progressivecavity)泵、活塞泵、齒輪泵、瓣輪泵、加壓泵(sugne)、隔膜泵、蠕動泵或螺旋泵。另外，增壓裝置可以通過重力、壓縮氣體、或壓縮液體來提供驅(qū)動壓力。
在本文中將術語“進料系統(tǒng)”定義為適于將可泵送物料導入流水線連續(xù)機械混合器的裝置，其包括但不限于提供以上所述的驅(qū)動壓力的增壓裝置以及從增壓裝置到流水線連續(xù)機械混合器的管線。
將術語“流水線連續(xù)機械混合器”定義為具有入口和出口的容器，其中一個或多個機械混合設備設置在入口和出口之間的混合容器內(nèi)，并且適于混合通過容器地可泵送物料。機械混合設備是一種旋轉(zhuǎn)或移動元件，當泵送物料通過容器時其促進泵送物料的物理機械混合。旋轉(zhuǎn)或移動元件可包括例如攪拌漿、栓、刮板、螺旋槳、渦輪或其它能夠提供切向力來混合物料的裝置。流水線連續(xù)機械混合器的示例性類型可包括例如具有一個共同軸的軸向流筒狀容器，其中軸穿過容器并且與切向?qū)蛟?，例如徑向葉片、栓或刮板固定一起。當泵送物料流過管狀容器時，通過軸的旋轉(zhuǎn)進行混合。
將液體制冷劑定義為沸點低于環(huán)境溫度、尤其低于約-40℃的任何液體。術語“液體制冷劑”、“制冷劑液體”和“制冷劑”是等同的并且具有相同的含義。
為了防止可泵送物料在流水線連續(xù)機械混合器的壁上結凍，壁可以通過一些適當?shù)难b置加熱，例如與混合容器的外表面接觸的循環(huán)熱水夾套、在容器外表面吹蒸汽和/或容器外表面上的電阻加熱器。
圖1的示意性流程圖表示本發(fā)明實施方案的具有實用性的系統(tǒng)的例子。示例性的流水線連續(xù)機械混合器1包括管狀容器3、同軸的混合器軸5、攪拌漿或混合元件7、電機9、可泵送物料入口11、制冷劑入口13和冷卻可泵送物料出口15。電機的額定功率和和流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)部體積的特征在于功率與體積的比為0.3-2.0kW/升流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)部體積。待冷卻的進料可以在需要時儲存在進料容器17內(nèi)，通過管線19流向泵21，并且通過管線23泵送到可泵送物料入口11。液體制冷劑保存在保溫制冷劑儲存罐或真空瓶25中，然后流經(jīng)管線27、控制閥29和管線31到達制冷劑入口13。制冷劑注入噴嘴14可用于將制冷劑注入進料，如果需要可以使用多個徑向定位的噴嘴?？梢允褂帽绢I域已知的任何類型的保溫液體制冷劑儲藏罐。
另外，當在進料容器17和流水線連續(xù)機械混合器1之間具有足夠的落差時，進料可通過重力流過管線19和23而不使用泵21。另外，進料還可以通過進料容器17的落差間隔內(nèi)的氣體或液體進行加壓，加壓物料流過管線19和23。
冷卻的可泵送物料經(jīng)過出口15和管線33離開混合器，然后流入產(chǎn)品接收器35，其中將蒸發(fā)的制冷劑、水以及夾帶的產(chǎn)物(如果存在的話)可按照需要從冷卻物料中分離出來。另外，冷卻物料可直接從冷卻可泵送物料出口15流向產(chǎn)物包裝階段(未示出)。制冷劑蒸氣經(jīng)管線37排出，而最終的冷卻產(chǎn)物經(jīng)管線39取出。制冷劑的流速可通過流量控制閥29人工控制。另外，還可以通過溫度元件41測量冷卻物料的溫度，控制器43利用所測量的溫度通過控制信號線45來控制制冷劑的流速。其它制冷劑的流動控制方法也是可能的。例如，可測定管線23內(nèi)的進料的溫度，然后通過流速控制閥29進行前饋控制。
為了提高操作效率和生產(chǎn)量，圖1的系統(tǒng)的工藝變化也是可能的。例如可以沿管狀容器3使用多個制冷劑注入點。在另一個變化中，可以串聯(lián)和/聯(lián)并聯(lián)設置兩個或多個流水線連續(xù)機械混合器。為了最佳運行，圓筒混合器可以水平、垂直或以所需的任何角度固定。如果需要，可以通過在管狀容器3的入口或其附近的另一入口(末示出)引入附加成分。這些附加成分可以包括例如草藥、調(diào)味料、小塊蔥頭等等。
為了加熱容器的內(nèi)表面以防止泵送物料在內(nèi)表面上的冷凍和粘附，管狀容器3的外表面可以通過一些合適的裝置(未示出)加熱。加熱裝置可以包括例如與混合容器的外表面接觸的循環(huán)熱水夾套、在容器外表面吹蒸汽和/或容器外表面上的電阻加熱器。還可以加熱制冷劑注入噴嘴14來防止可泵送物料在噴嘴的內(nèi)表面和/或外表面上的凝固和粘附?？梢酝ㄟ^至少部分使用導熱金屬例如銅、黃銅、青銅、鋁及其組合制造的噴嘴來實現(xiàn)上述功能，其中導熱金屬與混合容器加熱系統(tǒng)和容器的內(nèi)表面的兩者或兩者之一是熱接觸。與可泵送物料接觸的噴嘴表面可由不銹鋼制得，例如，如果可泵送物料是食品、藥物或腐蝕性產(chǎn)品的話。
本發(fā)明的實施方案所用的連續(xù)混合器的一般類型可包括例如槳式、單轉(zhuǎn)子、多轉(zhuǎn)子、銷釘、介質(zhì)剪切、高剪切、軸向流、交叉流、推進式、刮板式和渦輪式混合器。圖1所示的系統(tǒng)中使用的示例性可購買的流水線連續(xù)機械混合器包括德國AEROMIX Gmbh出售的各種軸向槳式混合器。刮板式混合器可以是刮板熱交換器，例如選自Waukesha Cherry-Burrell of Delavan，WI，USA出售的Votatorline刮板熱交換器、Alfa Laval出售的Contherm和ViscoLine交換器、荷蘭的GMF-Gouda、德國的Schroeder Kombinator出售的Thermorotor交換器以及APV/Invensys出售的刮板熱交換器。如果使用刮板熱交換器，則外壁被加熱而不是被冷卻；可以通過一些合適的裝置提供加熱，例如循環(huán)熱水夾套、吹蒸汽和/或容器外表面上的電阻加熱器。
圖1的系統(tǒng)可以在各種工藝條件下操作，其中工藝條件取決于需要冷卻的程度、被冷卻的可泵送物料的性質(zhì)以及最終的冷卻產(chǎn)物的規(guī)格?？煽刂频墓に囎兞堪ɡ绻┙o每單位處理量的可泵送物料的制冷劑量、混合程度(例如槳式混合器的轉(zhuǎn)速)和供給每單位處理量的可泵送物料的混合能量、可泵送物料在流水線連續(xù)機械混合器中的停留時間、被加熱的混合器壁和制冷劑入口噴嘴的溫度以及制冷劑的性質(zhì)。常用的操作參數(shù)的范圍可包括例如液體制冷劑與可泵送物料的質(zhì)量流量比為0.1-2.0、槳式混合器的旋轉(zhuǎn)速度為400-2000轉(zhuǎn)/分鐘、可泵送物料在流水線連續(xù)機械混合器中的停留時間為約1至約60秒、電機驅(qū)動內(nèi)進式混合器的功率系數(shù)消耗量為0.3-2.0kW/升流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)部體積。
制冷劑冷卻的流水線連續(xù)機械混合器可用于將氣體引入最終產(chǎn)品中，其中引入是在冷卻時通過打泡或鼓泡實現(xiàn)的。將打泡的產(chǎn)物冷卻到冷凍范圍來提供冷凍的打泡產(chǎn)品例如奶油、冰淇淋和人造黃油。制冷劑的選擇可以由所需產(chǎn)品的規(guī)格確定。例如，由于氮氣的惰性和中性，在某些情況下可能需要使用氮氣。在其它應用中，當需要二氧化碳的酸性和抑制細菌生長特性時，可以使用二氧化碳冷卻產(chǎn)物。
液氮(LIN)是一種在本發(fā)明的各種實施方案中均使用的有利制冷劑。在系統(tǒng)操作中需要注入LIN的量是各種變量的函數(shù)，例如(1)提供的液氮的純度和氣化潛熱，(2)需要制冷和/或冷凍的產(chǎn)物的熱性能，(3)制冷/冷凍產(chǎn)物的最終溫度，(4)用于制冷/凍的產(chǎn)物量或流速和(5)工藝和設備的熱損失。
能夠從LIN中得到的冷卻熱量值依賴于LIN的性質(zhì)和熱量使用效率，即釋放出氣體時的溫度以及供應和使用LIN的設備的操作特性。例如，340kJ/kg的值可以被認為是通過汽化LIN提供的冷卻標準量，其包括蒸發(fā)潛熱、熱蒸汽的顯熱以及系統(tǒng)損失的等效熱。如果提供的LIN是過冷卻并且氣體部分減少，該值可能增加，例如增加到360kJ/kg。
所有的化學或食物產(chǎn)品都因其組分的性質(zhì)而具有不同的制冷和冷卻速率。例如，將一種液體從50℃冷卻到5℃的冷卻量與另一種液體在相同的溫度范圍內(nèi)冷卻相比，通常將需要不同的冷卻量。提供的實際冷卻量可以用產(chǎn)物的kJ/kg表示。為了將食物冷卻到冷凍點，由于物質(zhì)相對穩(wěn)定的比熱通常會相對線性的冷卻速率。例如水以約4.2kJ/kg/℃的比熱冷卻，直到在0℃下結冰為止。對于液體食品來說，水是較大的組分，由于非水分組分的凝固點降低，穩(wěn)定的冷卻速率可以達到0℃以下。例如，可以觀察到蛋黃醬具有約-5℃的凝固點，在該凝固點以上具有3.0kJ/kg的比熱，因而從30℃冷卻到-5℃就會需要75kJ/kg的冷卻量。
一旦用于冷卻的產(chǎn)物用比熱和需要的工藝要求表征，就能夠確定需要使用液氮冷卻。圖2表示LIN流、產(chǎn)物流、以及冷卻需要的供給LIN熱量值三者之間的示例性關系。其它的變量可以改變圖2的LIN需求關系。這些變量可以包括例如隨環(huán)境溫度改變的熱損失、特殊冷卻產(chǎn)物混合熱、單獨的工藝需求、以及具體設備的傳熱和熱損失特性。
以下實施例描述了本發(fā)明的實施方案，但沒有將本發(fā)明限于其中所述的任何具體細節(jié)。
實施例1將可泵送的椰菜奶油沙司從8.2℃冷卻到0℃以下，使得產(chǎn)物的稠性變?yōu)闈{狀并且部分結凍，從而使得冷卻的沙司適于形成沙司片。冷卻工藝使用圖1所示的系統(tǒng)。進料容器17是用于儲存沙司的900升過渡罐(transitank)。泵21是具有150-1500m3/小時的生產(chǎn)量和0.98kW電機的12級漸進型腔室Seepex泵。
流水線連續(xù)機械混合器1是具有外部循環(huán)熱水夾套的動力攪拌器。混合器具有與流過管線31的LIN入口相連的1/4″接頭，混合器的圓簡直徑大約為120mm圓筒長度大約為500mm。驅(qū)動電機9的功率為1.1kW。產(chǎn)物入口和出口接頭是DN 40。攪拌軸具有約15mm的直徑并且具有5個扇區(qū)，其中每個扇區(qū)具有3個葉片。RTD溫度探針安裝在混合器的入口和出口。液體流量計、溫度探針和壓力傳送裝置安裝在泵的出口(圖1中未示出)。
混合器與一個1/4″氣態(tài)氮(GAN)入口固定在一起，并且具有在4巴供給壓力下供應GAN和LIN的2-off Harsco 600升的小型罐(圖1中未示出GAN供給)。提供具有調(diào)節(jié)器的三通球閥(未示出)，用于在LIN供給和GAN凈化供給之間進行選擇。LIN控制閥是Cv為4.0的Badger閥，并且通過產(chǎn)物出口溫度或設定為固定開度來進行控制。在控制閥的后面安裝Witt熱減壓閥。
控制面板裝配有Siemens OP 17 HMI、C7634P PLC和泵的換流器以及攪拌器攪拌速度控制器(圖1中未示出)。
將椰菜奶油沙司在約8℃的溫度下儲存在900升的過渡罐(進料容器17)中，深度大約1.5米。罐的出口與泵21的入口通過管線19相連，其中管線19是柔軟的乳品適用軟管，使得沙司能夠通過重力進入泵21。通過漸進型腔室泵將沙司經(jīng)過管線23輸送到連續(xù)動力攪拌器1，其中管線23裝配有液體流量計、壓力傳送裝置和溫度探針。
位于混合器的產(chǎn)物入口附近的1/4″接頭與LIN/GAN閥進料系統(tǒng)相連接。LIN(用于冷卻)或GAN(用于凈化)的傳送受到啟動的三通球閥定位的影響。
通過連接在攪拌器出口的11/2″直徑的90°彎頭，將冷卻產(chǎn)物導入產(chǎn)物接收器35中。攪拌器出口裝有用于出口溫度測量的RTD溫度探針和自動控制裝置(未示出)。然而，更多的最終產(chǎn)品溫度測量裝置被制成具有插入到產(chǎn)品接收器35內(nèi)的冷卻產(chǎn)物中的手握(handheld)溫度探針。
由于混合器的出口排出液態(tài)和氣態(tài)氮，所以在良好通風區(qū)進行實驗，并且人工氧氣報警通過所有參與實驗的人維持。
在這個實施例中，可以由使用者設定的工藝參數(shù)包括(1)可泵送物料流過裝置的流速，因此使用者可設定HMI上的泵速，通過控制變換器的頻率來控制產(chǎn)量；(2)LIN閥百分開度設定；以及(3)通過閥的狀態(tài)估計LIN的消耗量以及供應液氮的傳送壓力。
使用上述系統(tǒng)進行三次冷卻實驗，結果概括在下表1中。
表1實施例1的測試結果
*沙司在實驗中循環(huán)通過混合器。
通過實驗結果可以看出，沙司通過設備的流速和LIN流速隨在線的冷卻設備的冷卻時間——溫度關系改變而變化。
第一個實驗在相對高的沙司流速和中間LIN控制閥設定的情況下進行。實驗顯示在1400升/小時進料速度下在槳式混合器中的停留時間太短以至于不能得到充分冷卻。沙司從8.2℃冷卻到-2℃，因而沒有滿足最終產(chǎn)物需要的約-5℃。而且，獲得的產(chǎn)物沒有充分漿化(可塑化)而形成小片。
隨后，在第二個實驗中進料流速降低，從而增加了有效的冷卻時間。將LIN控制閥的設定點設定為99％，增加了對設備的冷卻。該設置稍微降低了產(chǎn)物的最終溫度，但是由于產(chǎn)物是部分冷凍，LIN制冷劑大部分被產(chǎn)物冷卻的潛熱所消耗。并沒有得到所需要的最終溫度-5℃。然而，在該較低的進料速度下，被冷卻的沙司的質(zhì)量并沒有變質(zhì)，沙司不是粒狀的并且未顯示出大的冰晶跡象。
可以推測，需要串聯(lián)兩個在線的冷卻器來獲得需要的最終溫度-5℃。為了模擬兩個所述串聯(lián)的在線的冷卻系統(tǒng)而進行另外一個實驗，在實驗中將沙司兩次通過混合器。盡管應注意到實驗中使用的產(chǎn)物的初始溫度是～0℃，但仍然出現(xiàn)了更加令人振奮的結果，這是液壓頭的不足而導致傳送罐不再提供穩(wěn)定的沙司流速。因此，需要使用在先前實驗中已經(jīng)被冷卻、而在間隔時期被加熱的沙司。
在該實驗中，沙司第一次通過冷卻元件時的溫度冷卻到-2.6℃，并且仍然很好地在產(chǎn)物的潛在冷卻區(qū)內(nèi)。已處理了部分以上所述的沙司后，斷開泵的送料斗，排干并重新連接，從而使得重新批量冷卻處理沙司。將-2.6℃的沙司用于充滿進料斗并且用與第一次冷卻步驟相同的操作條件進一步冷卻。
在第二次通過時處理的預冷卻沙司具有可塑性的粘稠度，并且冷卻到-4.5℃?？梢缘贸鼋Y論，使用兩個串聯(lián)的在線的冷卻元件能夠生產(chǎn)出需要的溫度-5℃下的部分冷凝產(chǎn)物。然而，必須謹慎地控制用于整個生產(chǎn)的系統(tǒng)以避免糊狀物在混合器中完全冷凍，并且在該應用中將需要較高功率的混合器。
實施例2實施例1中描述的裝置由更高功率的混合器電機(1.5kw)帶動運行，將蛋黃醬從40℃冷卻到～5℃。對兩種不同類型的蛋黃醬進行6次測試實驗，結果概括在下表2中。
表2實施例2的測試結果類別
*代表沒有充分混合。
結果表明用于快速并且有效冷卻蛋黃醬的裝置的效率。對于高效的系統(tǒng)操作來說，混合程度最關鍵。尤其對于粘性產(chǎn)物如蛋黃醬。通過測試實驗表明在測試實驗中混合速度可降到500RPM。在該實驗中達到充分冷卻，但是由于LIN和蛋黃醬未充分混合，LIN的使用效率明顯下降。未充分混合導致通過混合器產(chǎn)生活塞流，以至于冷卻氣體從混合器中排出，從而浪費了由LIN提供的一部分制冷作用。一旦混合是以上某一速率，則LIN/蛋黃醬的接觸足以非常有效地直接傳熱。
權利要求
1.一種用于冷卻可泵送物料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)具有進料口、液體制冷劑入口和冷卻產(chǎn)物出口的流水線連續(xù)機械混合器；(b)適于將液體制冷劑導入液體制冷劑入口的冷卻液體的傳送和注入系統(tǒng)；(c)適于將可泵送物料導入進料口的進料系統(tǒng)。
2.權利要求1的系統(tǒng)，其還包括與被冷卻產(chǎn)物出口相連的產(chǎn)物接收器，用于將蒸發(fā)的制冷劑從冷卻產(chǎn)物中分離以提供最終冷卻產(chǎn)物和被蒸發(fā)的制冷劑。
3.權利要求1的系統(tǒng)，其中流水線連續(xù)機械混合器選自槳式、單轉(zhuǎn)子、多轉(zhuǎn)子、銷釘、介質(zhì)剪切、高剪切、軸向流、交叉流、推進器、刮板式和渦輪式混合器。
4.權利要求1的系統(tǒng)，其中流水線連續(xù)機械混合器由電機驅(qū)動。
5.權利要求4的系統(tǒng)，其中電動機的額定功率和流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)部體積的特征在于功率與體積的比為0.3-2.0kW/升流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)部體積。
6.權利要求1的系統(tǒng)，其中液體制冷劑入口設置在進料口附近。
7.權利要求6的系統(tǒng)，其還包括至少一個設置在進料口與中間冷卻產(chǎn)物出口之間的附加液體制冷劑入口。
8.權利要求1的系統(tǒng)，其中制冷劑液體的儲存和注入系統(tǒng)用于儲存和注入液體制冷劑，所述的液體制冷劑選自液氮、液態(tài)二氧化碳、液氬和液態(tài)空氣。
9.權利要求1的系統(tǒng)，其中液體制冷劑入口包括噴嘴和用于加熱噴嘴的加熱系統(tǒng)。
10.權利要求1的系統(tǒng)，其中流水線連續(xù)機械混合器包括具有壁的容器，所述的壁具有內(nèi)表面和外表面，而且包括用于加熱內(nèi)表面的混合器加熱系統(tǒng)。
11.權利要求10的系統(tǒng)，其中液體制冷劑入口包括噴嘴和用于加熱噴嘴的加熱系統(tǒng)。
12.權利要求11的系統(tǒng)，其中混合器加熱系統(tǒng)選自與容器外表面接觸的循環(huán)熱水夾套、在容器外表面吹的蒸汽和/或容器外表面上的電阻加熱器。
13.權利要求12的系統(tǒng)，其中噴嘴包括選自銅、黃銅、青銅、鋁、以及這些金屬的組合的導熱金屬，其中導熱金屬與混合器加熱系統(tǒng)、或容器內(nèi)表面、或混合器加熱系統(tǒng)以及容器的內(nèi)表面之間是熱接觸。
14.權利要求1的系統(tǒng)，其還包括具有中間物料進料口和第二個冷卻產(chǎn)物出口的附加的流水線連續(xù)機械混合器，其中(a)的流水線連續(xù)機械混合器的中間冷卻產(chǎn)物出口與附加的流水線連續(xù)機械混合器的中間進料口相連。
15.權利要求15的系統(tǒng)，其中附加的流水線連續(xù)機械混合器具有靠近中間物料進料口并且與(b)的冷卻液體儲存和注入系統(tǒng)相連的液體制冷劑入口。
16.一種冷卻可泵送物料的方法，該方法包括(a)提供一種用于混合與冷卻可泵送物料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(1)具有進料口、液體制冷劑入口和冷卻產(chǎn)物出口的流水線連續(xù)機械混合器；(2)適于將液體制冷劑導入液體制冷劑入口的冷卻液體的儲存和注入系統(tǒng)；(3)適于將可泵送物料導入進料口的進料系統(tǒng)；(b)通過進料口將可泵送物料導入進料系統(tǒng)和流水線連續(xù)機械混合器；(c)通過液體制冷劑入口將液體制冷劑導入流水線連續(xù)機械混合器；(d)在通過流水線連續(xù)機械混合器的階段將液體制冷劑和可泵送物料相混合，從而蒸發(fā)液體制冷劑并冷卻可泵送物料；以及(e)通過冷卻產(chǎn)物出口取出冷卻產(chǎn)物。
17.權利要求16的方法，其還包括提供與被冷卻產(chǎn)物出口相連的產(chǎn)物接收器，將冷卻產(chǎn)物導入產(chǎn)物接收器中，從中間冷卻產(chǎn)物中分離出蒸發(fā)的制冷劑，以及從產(chǎn)物接收器中取出最終的冷卻產(chǎn)物和蒸發(fā)的制冷劑。
18.權利要求16的方法，其中液體制冷劑選自液氮、液態(tài)二氧化碳、液氬和液態(tài)空氣。
19.權利要求16的方法，其中液體制冷劑與可泵送物料的質(zhì)量流量比為0.1-2.0。
20.權利要求16的方法，其中流水線連續(xù)機械混合器是槳式混合器。
21.權利要求20的方法，其中槳式混合器以400-2000轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)速度運行。
22.權利要求16的方法，其中可泵送物料在流水線連續(xù)機械混合器中的停留時間為1-60秒。
23.權利要求16的方法，其中可泵送物料選自水包油乳狀液、油包水乳狀液、固液漿、糊狀物、液體以及可泵送的易流動粉末。
24.權利要求16的方法，其中可泵送物料選自蛋黃醬、初餾產(chǎn)品、調(diào)味汁、湯、含乳液混合物、人造黃油、冰淇淋、布丁狀物、奶油凍產(chǎn)物、干酪和凝乳產(chǎn)物、香蒜醬、酸辣醬和飲料。
25.權利要求16的方法，其中流水線連續(xù)機械混合器是槳式混合器，可泵送物料是蛋黃醬，液體制冷劑是液氮。
26.權利要求25的方法，其中槳式混合器以500-900轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)速度運行。
27.權利要求16的方法，其中流水線連續(xù)機械混合器包括具有壁的容器，所述的壁具有內(nèi)表面和外表面，而且包括混合器加熱系統(tǒng)，用于混合液體制冷劑和可泵送物料在通過流水線連續(xù)機械混合器期間加熱內(nèi)表面，從而防止可泵送物料在流水線連續(xù)機械混合器的內(nèi)表面上冷凝。
28.權利要求27的方法，其中液體制冷劑入口包括噴嘴和噴嘴加熱系統(tǒng)，當通過液體制冷劑入口將液體制冷劑導入流水線連續(xù)機械混合器時，加熱噴嘴，從而防止泵送物料在噴嘴上的冷凝。
全文摘要
用于冷卻可泵送物料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有進料口、液體制冷劑入口和冷卻產(chǎn)物出口的流水線連續(xù)機械混合器；適于將液體制冷劑導入液體制冷劑入口的制冷劑的傳送和注入系統(tǒng)；以及適于將可泵送物料導入進料口的進料系統(tǒng)。
文檔編號F25D3/10GK1971175SQ20061016059
公開日2007年5月30日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權日2005年6月16日
發(fā)明者U·羅森鮑姆, H·奧斯特, J·P·米勒, N·漢內(nèi) 申請人:氣體產(chǎn)品與化學公司