Zbiornik do próżniowego zagęszczania z drapaniem powierzchni: zagęszczanie dżemu owocowego bez spalania barwnika, pektyny ani aromatu

Wlej purée z truskawek do garnka do konfitur, włącz parę i odejdź na godzinę – otrzymasz konfiturę. Otrzymasz też matową brązowo-czerwoną barwę, płaski aromat, warstwę spalonego owocu przywarłą do ścianek garnka oraz zadanie czyszczące, którego nikt nie chce wykonać. Problem nie leży w przepisie. Problem dotyczy miejsca, w którym ciepło styka się z owocami.

Zgrzebany zbiornik próżniowy do zagęszczania rozwiązuje obie części tego problemu jednocześnie: obniża temperaturę wrzenia masy owocowej do około 45–60 °C, a także utrzymuje ścianki ogrzewane czyste przy każdym obrocie, dzięki czemu produkt nigdy nie pozostaje nieruchomy wystarczająco długo, by się spalić.

W tym artykule wyjaśniono, jak działają oba mechanizmy, jakie zmiany pojawiają się w gotowym produkcie w słoiku, standardowe parametry naszych serii RY-GBNS / RY-ZN oraz jak dobrać odpowiednią moc jednostki do własnego produktu.

Przenośny zgrzebany zbiornik próżniowy do zagęszczania z osłoniętym zbiornikiem, jednostką napędową skrobaka, kolumną kondensacyjną i zbiornikiem odbiorczym destylatu

Dlaczego konfitura jest najtrudniejszym produktem do zagęszczania

Większość parowników jest zaprojektowana z założeniem, że będą przetwarzać przejrzyste, łatwo przepływające ciecze. Dżem narusza trzy ich założenia jednocześnie.

Jest termicznie niestabilny. Antocyjany w truskawkach, malinach, wiśniach i borówkach szybko ulegają degradacji powyżej 80 °C. Pektyna – substancja nadająca dżemowi konsystencję żelową – ulega depolimeryzacji pod wpływem długotrwałego nagrzewania. Lotne związki zapachowe, które sprawiają, że ludzie mówią: „to smakuje jak prawdziwe owoce”, zaczynają ulatywać od chwili, gdy masa zaczyna intensywnie wrzeć. Przechowywanie purée owocowego w temperaturze wrzenia przy ciśnieniu atmosferycznym powoduje trwałą utratę wszystkich trzech tych cech.

Jest lepkie i staje się coraz bardziej lepkie w miarę postępu procesu. Purée owocowe wpływa do zbiornika o stężeniu około 12–20 °Brix i opuszcza go przy stężeniu 65–68 °Brix. W tym zakresie lepkość wzrasta o kilka rzędów wielkości, aż masa przestaje zachowywać się jak ciecz i zaczyna przypominać pastę. Pompy, rurociągi oraz tradycyjne powierzchnie typu falling-film przestają działać.

Powoduje osadzanie się warstwy na ogrzewanej ścianie. W każdej naczyniu z płaszczem grzewczym tworzy się nieruchoma warstwa graniczna przy gorącej powierzchni metalu. W przypadku wody ta warstwa jest cienka i niegroźna. W przypadku pasty owocowej o wysokiej zawartości cukru staje się grubsza, przegrzewa się, karmelizuje, a w końcu węgleje – powstaje spalone, izolujące warstewki, które utrudniają przekazywanie ciepła przez płaszcz, zwalniają proces produkcji partii, psują smak i wymagają ręcznego skraplania.

Dwa mechanizmy rozwiązywania tego problemu: próżnia i skrobak stale poruszający się

Obniż punkt wrzenia zamiast zwiększać dopływ ciepła

Woda wrze w temperaturze 100 °C wyłącznie dlatego, że znajduje się pod ciśnieniem jednej atmosfery powietrza. Usunięcie tego ciśnienia powoduje gwałtowne obniżenie temperatury wrzenia.

Wynikają z tego dwa skutki inżynieryjne, oba pozwalające oszczędzić pieniądze:

1. Produkt nigdy nie nagrzewa się wystarczająco, aby uszkodzić się sam. W zakresie 45–60 °C pektyna pozostaje nietknięta, antocyjany zachowują barwę, a lotne związki zapachowe pozostają w produkcie, a nie w kondensatorze.
2. Różnica temperatur napędzająca staje się większa, a nie mniejsza. Para o ciśnieniu ≤ 0,15 MPa temperatura nasycenia wynosi ok. 111 °C. W porównaniu do masy wrzącej w temperaturze 50 °C różnica temperatur przekracza 60 K – dlatego wystarczy niewielka powierzchnia grzewcza, a para niskociśnieniowa lub odzyskana para odpadowa staje się użytecznym źródłem ciepła.

Ponieważ rozpuszczona cukroza i pektyna podnoszą temperaturę wrzenia roztworu, masa owocowa o stężeniu 65 °Brix wrze o kilka stopni wyżej niż czysta woda. Dlatego podajemy praktyczny zakres roboczy jako 45–60 °C zamiast teoretycznego minimum.

Utrzymuj ogrzewaną ścianę czystą przy każdym obrocie.

Same próżnia nie rozwiązuje problemu lepkiego produktu. Obniżenie temperatury wrzenia nie usuwa warstwy granicznej przy płaszczu – pozostaje ona nieruchoma i nadal powoduje przegrzewanie.

To skrobak likwiduje tę lukę. Wewnątrz zbiornika łopatki przeznaczone do kontaktu z żywnością, zamontowane na centralnym wałku, obracają się wzdłuż ściany płaszczowej z kontrolowaną szczeliną. Przy każdym przejściu unoszą one warstwę produktu z gorącej powierzchni metalowej i wyrzucają ją z powrotem do objętościowej masy. Wynik:

• Brak nieruchomej warstwy oznacza brak lokalnego przegrzewania – oraz brak spalonej, karmelizowanej warstwy do czyszczenia.
• Powierzchnia wymiany ciepła jest ciągle odnawiana, więc współczynnik nie ulega obniżeniu w trakcie całej partii, jak ma to miejsce w niezmieszanej kotłownicy.
• Masa pozostaje jednorodna, więc stężenie wyrażone w stopniach °Brix jest jednolite od pierwszego litra do ostatniego, a nie warstwowe – między gorącą ścianą a chłodnym rdzeniem.
• Wysoko lepkie i pastoобразne produkty pozostają nadal łatwe w obsłudze aż do osiągnięcia punktu końcowego. Skraplacze z drapaczem Ruiyuan są zaprojektowane do zagęszczania do ciężaru właściwego powyżej 1,4 – zakresu, w którym zwykła podciśnieniowa kotłownica obłożona płaszczem przestaje działać.

Geometria zbiornika dobrana jest do właściwości produktu oraz wymagań dotyczących opróżniania: kulista forma zbiornika (GNQ) zapewnia równomierny kontakt ze ścianami i gładki przepływ produktu, natomiast stożkowa forma zbiornika (GNZ) umożliwia niezawodne opróżnianie gęstych, pastoобразnych zagęszczonek.

Co znajduje się wewnątrz podciśnieniowego zbiornika do zagęszczania z drapaczem powierzchni

Standardowa konfiguracja Ruiyuan składa się z pięciu bloków funkcyjnych oraz napędów i systemu sterowania:

• Korpus koncentratora – zbiornik obudowany z kopułkowym dnem i wklęśniętym dnem, powierzchniami zwilżanymi o lustrzanym polerowaniu, otworem obsługi, szybą obserwacyjną z wycieraczką oraz mieszadłem skrobaczowym napędzanym przez przekładnię kątową.
• Separator pary i cieczy – usuwa zawieszone krople z pary, aby produkt nie przedostał się do kondensatora.
• Kondensator – typu rurowo-płaszczowego, dobrany pod kątem zmniejszenia objętości pary, którą musi odprowadzać pompa próżniowa.
• Chłodniejszy – typu cewkowego, obniża temperaturę skroplin do bezpiecznej temperatury odprowadzania.
• Zbiornik odbiorczy – gromadzi destylat; jego pojemność jest dobrana do wielkości partii, dzięki czemu pojedynczy cykl koncentracji można przeprowadzić bez przerywania próżni.

Wokół tego rdzenia dodajemy układ próżniowy, obwód grzewczy płaszcza (para, gorąca woda lub ogrzewanie elektryczne), kulę do czyszczenia CIP, pomiary (manometr próżniowy, cyfrowy wyświetlacz temperatury, zawór do pobierania próbek) oraz panel sterowania – od ręcznych zaworów i cyfrowych wskaźników po sterownik PLC z interfejsem HMI, pamięcią przepisów oraz rejestracją danych partii.

Wewnątrz zbiornika: ostrza skrobaków przesuwają się po nagrzanej ścianie przy każdym obrocie, dzięki czemu nie może się tworzyć nieruchomego warstewki, a nic nie przypala się.

Plik wideo procesu: assets/web/scraper-wall-demo-h264.mp4

Co zmienia się w gotowym słoiku

• Kolor pozostaje stabilny. Jagody, wiśnie i owoce pestkowe zachowują oczekiwany przez zakupujących odcień zamiast przesuwać się w kierunku odcieni brązowych.
• Aromat pozostaje w produkcie. Schłodzony kondensator i niskie ciśnienie próżni powodują skraplanie lotnych składników i ich powrót do produktu zamiast ich ulotnienia; dodatkowa kolumna do odzysku aromatu może ponadto przechwytywać frakcję aromatyczną w celu jej ponownego dawkowania.
• Brak nut przypalenia. Profil smakowy to owoce, a nie karmel i popiół.
• Pektyna nadal żeli. Krótszy czas przebywania przy niższej temperaturze oznacza, że układ żelujący działa zgodnie z intencjami przepisu – co ma jeszcze większe znaczenie w przypadku formuł o obniżonej zawartości cukru i wysokiej zawartości owoców.
• Wyższy przychód. Produkt, który nie przypala się do ścianek, to produkt, który można sprzedać. Stratę z powodu przypalania oraz ilość produktu pozostawionego po czyszczeniu skrobakami zmniejsza się.
• Stała wartość °Brix. Jednolita koncentracja zapewnia powtarzalność masy napełnienia, aktywności wody oraz terminu przydatności do spożycia w kolejnych partiach.
• Szybsze czyszczenie. Części zwilżane o lustrzanym wykończeniu, zaokrąglona geometria wewnętrzna oraz kule do mycia CIP zamieniają ręczne czyszczenie młotkiem i dłutem w cykl płukania. Projekt sanitarny jest zgodny z zasadami GMP dla przemysłu spożywczego na każdym etapie.

Standardowe parametry techniczne

Poniższa tabela zawiera standardowy zakres urządzeń do odparowywania pod próżnią. Pojemności obejmują jednostki pilotażowe o pojemności 10 L oraz zbiorniki produkcyjne o pojemności 500 L; większe pojemności oraz układy wielokrotnego użytku pary lub z termiczną rekompresją są projektowane na zamówienie. Ponieważ powierzchnia grzewcza, powierzchnia skraplania oraz poziom próżni muszą być dopasowane do konkretnego produktu, końcowe parametry są potwierdzane na podstawie Twojej masy owocowej, docelowej wartości °Brix oraz wymaganego tempa odparowywania.

Parametry odnoszą się do serii standardowej i podlegają potwierdzeniu inżynieryjnemu dla każdego produktu, jego lepkości oraz warunków eksploatacji.

Opcje i dostosowanie

• Geometria zbiornika – korpus kulisty (GNQ) lub stożkowy (GNZ), dobrane zgodnie z charakterem przepływu i odprowadzania produktu.
• Pojemność – pojemność standardowa od 10 l do 500 l; naczynia przeznaczone do produkcji przemysłowej oraz kompletne linie produkcyjne wykonywane na zamówienie.
• Materiały w kontaktu z medium – stal nierdzewna SS304 lub SS316L, wykończenie lustrzane lub satynowe, z załączonymi certyfikatami materiałowymi.
• Środki grzewcze – para nasycona, gorąca woda lub ogrzewanie elektryczne tam, gdzie brak kotła.
• System próżniowy - pompa pierścieniowa wodna tam, gdzie woda chłodząca jest obfita; próżnia sucha tam, gdzie odpływ wody jest ograniczony.
• Odzysk zapachu - układ skraplacza i kolumny odzyskowej dla produktów, w których konieczne jest przechwycenie i powrotne wprowadzenie nut wierzchołkowych.
• Automatyzacja - od lokalnych manometrów i zaworów ręcznych po sterownik PLC z interfejsem HMI, zarządzaniem przepisami, rejestrowaniem partii i obsługą alarmów.
• Wyposażenie elektryczne odporno na wybuch - dostępne dla przygotowań owocowych zawierających alkohol oraz przepisów opartych na spirytusach.
• Mobilność i układ - ruchome ramy montowane na podwoziach dla zakładów pilotażowych i fabryk wieloproduktowych.

Zastosowania

Ta sama zasada – niska temperatura w połączeniu ze ścieraniem warstwy – nadaje się do każdego produktu owocowego o dużej lepkości, wrażliwego na ciepło lub posiadającego obie te cechy:

• Dżemy i konfitury jagodowe - truskawka, malina, borówka amerykańska, jeżyna, czarna porzeczka, gdzie kolor stanowi główny argument sprzedaży.
• Püre z owoców pestkowych i tropikalnych - morela, brzoskwinia, mango, marakuja, gwałtawa, figa, banan.
• Marmolada i przygotowania cytrusowe - formuły zawierające skórkę oraz podstawy z gorzkiej pomarańczy.
• Przygotowania owocowe dla przemysłu - nadzienia cukiernicze, podstawy owocowe do mlecznych produktów i jogurtów, smaki do lodów, składniki do napojów.
• Pasty z daktyli, dżodżobu i figi - bardzo wysoka zawartość suchych substancji, bardzo duża lepkość.
• Masło jabłkowe i powoli gotowane masła owocowe .
• Dżemy o niskiej zawartości cukru i bez dodanego cukru – gdzie stałe składniki owocowe zapewniają konsystencję, a uszkodzenia termiczne są natychmiast widoczne.
• Purée dla niemowląt – gdzie zachowanie składników odżywczych i barwników jest deklaracją na etykiecie, a nie tylko preferencją.
• Zatężanie past pomidorowych, paprykowych i innych past warzywno-owocowych – te same problemy z osadzaniem się osadu i utratą barwy, to samo rozwiązanie.

Gotowanie purée owocowego w głębokiej próżni, widoczne przez okienko kontrolne zgrzebaczowego zbiornika próżniowego do zatężania.

Plik wideo procesu: assets/web/jam-concentration-1-h264.mp4

Jak dobrać odpowiednią jednostkę do swojego produktu

Zatężanie opiera się na bilansie masy; wielkość maszyny określa nie objętość partii, lecz ilość usuwanej wody oraz szybkość, z jaką ta woda musi zostać usunięta.

Ilość wody do odparowania = M_wejście × (1 − Brix_wejście ∕ Brix_wyjście)

Przykład obliczeniowy. skoncentrowanie 500 kg purée owocowego o stężeniu 12 °Brix do stężenia 65 °Brix:

500 × (1 − 12 ∕ 65) = 500 × 0,815 = 408 kg wody

Masa końcowa partii wynosi około 92 kg dżemu. Podziel 408 kg przez czas trwania partii – otrzymasz wymaganą wydajność odparowania w kg/h, czyli wartość decydującą o powierzchni grzewczej, rozmiarze skraplacza i wydajności pomp próżniowych.

Wyślij nam te sześć danych wejściowych, a dobrzemy jednostkę oraz przygotujemy ofertę cenową:

3. Produkt i przepis (owoce, cukier, pektyna, dodany alkohol lub substancje stałe).
4. Masa lub objętość zasilania na partię oraz liczba partii na dobę.
5. Stężenie Brix (lub całkowita zawartość suchych substancji) na wejściu i wyjściu.
6. Oczekiwana lepkość lub końcowa gęstość właściwa – oraz informacja, czy w produkcie znajdują się kawałki owoców.
7. Dostępne ogrzewanie: ciśnienie pary, temperatura gorącej wody lub wyłącznie zasilanie elektryczne.
8. Temperatura i przepływ wody chłodzącej oraz ograniczenia związane z dostawą energii i odprowadzaniem.

Wybór między technologiami zagęszczania

Jeśli Twój produkt leje się jak sok, parownik z opadającą warstwą skoncentruje go taniej na tonę. Jeśli Twój produkt zastyga w słoiku, na ścianie płaszcza konieczny jest skrobiacz.

Zobacz działający proces

Kompletny układ próżniowego zagęszczania: zbiornik zagęszczający, kolumna skraplająca, szyba obserwacyjna i zawory sterujące zamontowane na jednej ramie.

Plik wideo procesu: assets/web/jam-concentration-2-h264.mp4

Dlaczego warto współpracować z Ruiyuan

Shanghai Ruiyuan Machinery Equipment Co., Ltd. projektuje i buduje od 2011 roku urządzenia do ekstrakcji, koncentracji oraz przetwarzania cieczy w swoich zakładach w dzielnicy Fengxian w Szanghaju. Nasza oferta obejmuje jednostki laboratoryjne i pilotażowe, a także linie przemysłowe przeznaczone dla sektorów spożywczego, mleczarskiego, napojowego, fermentacyjnego, farmaceutycznego oraz chemicznego precyzyjnego: instalacje do ekstrakcji i koncentracji, parowniki typu falling-film oraz jednostopniowe, sterylizatory UHT, krystalizatory, suszarki natryskowe oraz kompleksowe linie produkcyjne kluczem-w-rękę.

W przypadku projektów koncentracji oznacza to, że nie zakupisz po prostu zbiornika. Zakupisz jednostkę dobraną indywidualnie do krzywej lepkości Twojego produktu, docelowej zawartości suchych substancji, dostępnych mediów technologicznych oraz systemu czyszczenia – z pełnym wsparciem podczas montażu, uruchamiania oraz szkolenia operatorów.

Najczęściej zadawane pytania

Jaka jest maksymalna zawartość suchych substancji osiągana przez tę jednostkę?

Standardowa seria jest zaprojektowana tak, aby skupiać się na gęstości względnej powyżej 1,4, a praktycznym ograniczeniem jest zwykle lepkość – nie poziom próżni. Dla większości dżemów owocowych oznacza to 65–68 °Brix. Podaj nam docelową wartość, a potwierdzimy osiągalny wynik dla Twojego produktu.

Czy skraplacz uszkodzi kawałki owoców lub strukturę produktu?

Ostrza poruszają się wzdłuż ściany z kontrolowaną szczeliną i oczyszczają nagrzaną powierzchnię, zamiast mielić masę produktu. Kawałki owoców dodaje się zwykle po zakończeniu koncentracji, aby zachować ich integralność; jeśli kawałki muszą przetrwać cały cykl, dobieramy odpowiednią geometrię mieszadła oraz jego prędkość.

Czy temperatura jest wystarczająco niska, aby chronić pektynę i barwniki?

Tak. Standardowe jednostki działają przy ciśnieniu nadmiarowym próżni 600–700 mmHg, co odpowiada temperaturze wrzenia około 45–60 °C dla cukrowatej masy owocowej. Temperatura ta znacznie niższa od zakresu, w którym antocyjany i pektyna ulegają szybkiej degradacji.

Jakie media robocze są potrzebne?

Para o ciśnieniu ≤ 0,15 MPa (wystarcza para niskociśnieniowa lub odzyskana), woda chłodząca do kondensatora i chłodnicy oraz standardowe zasilanie elektryczne. Ponieważ temperatura wrzenia jest niska, różnica temperatur w płaszczu pozostaje duża, więc wystarczy umiarkowana powierzchnia grzewcza.

Jak długo trwa jedna partia?

Zależy to od ilości wody, którą należy usunąć, oraz od wydajności parowania zaprojektowanej dla danego urządzenia. Użyj powyższego bilansu masy, aby określić masę wody w kilogramach, a następnie podziel ją przez wymagany czas jednej partii – na podstawie tego wyniku dobieramy powierzchnię grzewczą i skraplającą.

Czy urządzenie można czyścić bez demontażu (CIP)?

Tak. Części stykające się z medium są lustrzanio szlifowane i mają zaokrągloną geometrię wewnętrzna; kule rozpryskowe CIP są montowane standardowo. Zespół skrobaka został zaprojektowany tak, aby umożliwić rutynową kontrolę i wymianę ostrzy bez konieczności dokonywania dużego rozmontowania.

Jakie dokumenty są dostarczane razem z urządzeniem?

Certyfikaty materiałowe dla części zwilżanych, dokumentacja wykonania i testów ciśnieniowych, dokumentacja elektryczna i automatyki oraz instrukcja obsługi i konserwacji. Testy akceptacyjne w zakładzie produkcyjnym oraz szkolenie operatorów można zorganizować przed wysyłką.

Poproś o ofertę

Wyślij nam swoje produkt, wielkość partii, stężenie wejściowe i docelowe (Brix) oraz dostępne media technologiczne. Przygotujemy dla Państwa dobrany rozmiar jednostki, opis procesu oraz ofertę cenową – a w przypadku nowego dla Państwa przepisu możemy przeprowadzić próby zagęszczania na Państwa własnym purée owocowym, zanim podejmiecie Państwo decyzję o zakupie mocy produkcyjnej.

Kontakt

Tony Zhang
Shanghai Ruiyuan Machinery Co., Ltd.
Nr 168, droga Qingling, park Qinggang, dzielnica Fengxian, Szanghaj, Chiny
Telefon komórkowy / WhatsApp: +86 136 0188 4162
Adres e-mail: [email protected]
Strona internetowa: www.ruiyuanextraction.com