IT201800008136A1 - Bioreattore a controllo continuo dei parametri di funzionamento per la produzione di succhi di frutta, marmellate ed estratti vegetali. - Google Patents

Description

TESTO della DESCRIZIONE

Ampia e variegata è la tipologia di apparecchiature ed impianti per la fabbricazione di succhi di frutta e marmellate, nel corso del tempo si è evoluto il perfezionamento tecnologico teso al traguardo deirottenimento di prodoti dalle carateristiche crescenti. Nell'obiettivo della formulazione di prodotti salutistici e della nutraceutica con proprietà specifiche di formulazione e dal contenuto elevato di principi biologicamente attivi si è sviluppato il bioreatore oggetto del presente trovato, in cui si possono realizzare e monitorare costantemente le reazioni che avvengono durante il processo tramite un apposito PLC dedicato, che assicura oltre alle uniche specificità di qualità anche la ripetibilità e la standardizzazione per tutti i lotti di produzione.

Lo specifico bioreattore viene illustrato nelle sue parti più salienti ed innovative nelle figure 1, 2, 3, 4, 5.

La figura 1 illustra il reatore ad asse verticale Y-Y nel suo insieme con il corpo cilindrico di contenimento e reazioni biologiche di posizione 2, nella parte superiore è situato il coperchio incernierato di posizione 1, che si apre e si chiude sulla camera di posizione 2. L'estremità inferiore è di configurazione tronco-conica e su di essa viene collegato il mantello di posizione 8 su cui sono vincolati i motoriduttori di posizione 6 e posizione 7.

Tutto il reattore viene sostenuto dagli appoggi di posizione 4, su cui sono montati gli zoccoli di base dotati di celle di carico di posizione 10 per il controllo continuo e rigoroso delle variazioni di peso che vengono registrate dal computer di posizione 43, durante tutto il processo di reazione. L'elemento di posizione 3 (scambiatore di calore) collega il mantello di posizione 8 al tubo esterno del miscelatore di posizione 9 e successivamente al corpo di posizione 2.

11 processore dedicato di posizione 43 effettua la gestione ed il controllo di tutto il processo, acquisendo i segnali dai numerosi sensori ed elabora i dati secondo specifico algoritmo ed inviare i comandi ai motori degli agitatori e delle pompe.

Nella figura 2 è rappresentata la sezione longitudinale del bioreattore nel quale viene evidenziata la camicia di circolazione dell'acqua di riscaldamento di posizione 12, che avvolge tutta la camera di reazione di posizione 2. Il cilindro inferiore di posizione 8 è circondato da una camicia con circolazione per il controllo della temperatura di posizione 14, al cui interno si trova la coclea di posizione 13 posta in rotazione in ambo i sensi dal motoriduttore di posizione 6 che svolge il ruolo di pompa per il prodotto in lavorazione. L'agitatore di posizione 11, mosso dal motoriduttore di posizione 7, può variare in un ampio intervallo la propria velocità di rotazione in quanto il motore elettrico del riduttore di posizione 7 è governato da un dispositivo di comando inverter. Il senso di marcia, destroso o sinistroso, della coclea di posizione 13 può funzionare da estrattore per il prodotto di reazione per la camera di posizione 2, oppure può riportare il prodotto nella camera di trattamento. Nel caso che la coclea di posizione 13 funzioni da estrattore il prodotto viene prelevato dalla camera di posizione 2. Si possono verificare due condizioni a seconda dell'apertura delle valvole di intercettazione poste su condotto di posizione 17 con apertura verso lo scarico del prodotto oppure con valvola di scarico chiusa ed apertura dell'altra per l'invio del prodotto al dispositivo di turbomiscelazione di posizione 9. Con il funzionamento del dispositivo di turbomiscelazione di posizione 9, il prodotto verrà inviato allo specifico scambiatore di posizione 3 tramite il condotto di posizione 16, per essere successivamente riportato nella camera di reazione di posizione 2. L'attuatore lineare di posizione 15 comanda l'apertura e la chiusura del coperchio di estremità di posizione 1. La figura 3 illustra più dettagliatamente in sezione il gruppo di comando ad alberi coassiali per la rotazione della coclea e dell’agitatore, mossi dai riduttori della scatola di posizione 26 e 27. La vite senza fine di posizione 6 viene calettata direttamente sull'albero del motore elettrico a velocità variabile ed ingrana sulla corona dentata coniugata di posizione 22, ponendo in rotazione il manicotto di posizione 21 rigidamente collegato all'innesto scanalato di posizione 19 che trascina la coclea di posizione 13 di figura 2. L'altra vite senza fine di posizione 7 mossa dal motore elettrico, anch’esso a velocità variabile, ingrana con la mota coniugata di posizione 23, collegata all'albero di posizione 18 dell'agitatore (posizione 11 di figura 2). Tutto il gruppo di comando viene sostenuto dalla flangia fissa di supporto di posizione 20, su cui sono alloggiati i cuscinetti volventi di posizione 25 connessi con le parti mobib. In figura 4 viene illustrato lo specifico turbo miscelatore di posizione 9 che consente l'introduzione controllata di una vasta gamma di sostanze di additivazione contenute nei numerosi serbatoi di posizione 36, immettendoli nella massa di prodotto favorendo specifiche reazioni biochimiche. Gli additivi di formulazione contenuti nei serbatoi di posizione 36 vengono aspirati dalla specifica pompa peristaltica a portata variabile di posizione 31 ed immessi nella dovuta quantità per ciascuna tipologia di prodotto nel condotto tangenziale di posizione 33 . Il condotto di posizione 33 immette gli integratori, gli additivi e gli enzimi in prossimità della coclea di posizione 32, che è parzialmente ricoperta dal mantello di posizione 37, allo scopo di far uscire il prodotto in lavorazione lungo l'asse della coclea. L'albero della coclea di posizione 32 viene collegato tramite la cinghia di posizione 35 al motore a velocità variabile di posizione 34 consentendo che il flusso del prodotto sia a portata variabile.

Il volume della camera di miscelazione, racchiuso nel mantello di posizione 9, è variabile in quanto sulla parte superiore si trova uno stantuffo mobile, di posizione 30, che costituisce il cielo della camera di miscelazione.

La variazione dell'altezza hi della camera è resa possibile in quanto sulMtra faccia dello stantuffo mobile, di posizione 30, viene pompato tramite la pompa di posizione 28 il liquido (acqua o glicerina, contenuto nel serbatoio di posizione 29, che porta l'altezza hi della camera di miscelazione alle più opportune condizioni volumetriche per la turbomiscelazione dei differenti componenti del prodotto in lavorazione.

In figura 5 viene illustrato lo scambiatore di calore per meglio consentire le condizioni operative di temperatura di processo del prodotto proveniente dal turbomiscelatore di posizione 9 (figura 4). Tramite il condotto di posizione 16 il prodotto entra dal basso attraverso un diaframma forato di posizione 42 alloggiato sul corpo di posizione 40 collegato tramite la ghiera filettata di posizione 41, nella parte centrale dello scambiatore si trova la spina di posizione 38 sulla quale viene alloggiato il corpo di posizione 39 con estremità coniche e diametro centrale esterno φ, in modo che si venga a realizzare un sottile stato anulare con il mantello di posizione 40 di diametro interno Φ, che nella parte esterna viene raffreddato dal liquido a bassa temperatura che circola nella camera di posizione 14.

In queste condizioni operative il sottile strato anulare di prodotto in attraversamento tra le parti di posizione 39 e di posizione 40 riesce ad ottenere il miglior scambio termico per le reazioni biochimiche richieste per lo specifico ciclo di processo.

All'uscita dello scambiatore termico di posizione 3, il condotto di estremità di posizione 16, riporta il prodotto in lavorazione nella camera di posizione 2.

L'utilizzo del bioretattore oggetto del presente trovato in virtù della rete dei sensori posti nelle diverse zone percorse o in stazionamento del prodotto in lavorazione permette la conoscenza costante e continua delle strutture che si formano durante le bioreazioini di trasformazione.

Il monitoraggio dei parametri di temperatura locale e delle concentrazioni effettive dei diversi componenti immessi tramite il sistema di figura 4, posizioni 36 - 31 - 33, consente che il processo effettivo di produzione avvenga seguendo le caratteristiche stabilite e riscontrate durante le fasi di studio e certificazione di laboratorio per quella specifica formulazione del prodotto. Il ciclo produttivo ottimale e la ripetibilità rigorosa per tutti i lotti di produzione caratterizzano quest'apparecchiatura di impiego industriale.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo di trattamento di succhi di frutta ed estratti vegetali con controllo continuo di temperatura, peso e composizione della polpa fluida nella camera di reazione (2) con agitatore (11) coassiale alla pompa a coclea (13) entrambe dotate di camicia a fluido termico collegate al miscelatore (9) con passaggio allo scambiatore di calore (3) in ritorno alla camera di reazione (2).
2. 2) Dispositivo di trattamento, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agitatore (11) contenuto nella camera (2) è a velocità variabile e dotato di raschiatori sulla parete della camicia termica (12).
3. 3) Dispositivo di trattamento, secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato che la pompa a coclea (13) è coassiale all'agitatore (11) e disposta alla base della camera di reazione (2).
4. 4) Dispositivo di trattamento, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da un miscelatore (9) con camera di mescolazione a volume variabile dalla corsa dello stantuffo (30).
5. 5) Dispositivo di trattamento, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da un immissione radiale (33) degli additivi (36) sul miscelatore (9).
6. 6) Dispositivo di trattamento, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dall'eccentricità della coclea (32) all'asse centrale del miscelatore (9) dotata di un mantello (37) a ricoprimento parziale.
7. 7) Dispositivo di trattamento, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il fluido termico è circolante nella camera (14) dal basso verso l'alto ed è poi immesso nello scambiatore (3) dall'alto verso 1 basso.
8. 8) Dispositivo di trattamento, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da un corpo distanziale (39) coassiale al mantello (40) posizionato sull'asse (38) dello scambiatore (3).
9. 9) Dispositivo di trattamento, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la polpa fluida in uscita dallo scambiatore (3) viene reimmessa radialmente sulla parte superiore della camera di reazione (2).
10. 10) Dispositivo di trattamento, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da supporti di base (10) dotati di sensori di carico collegati al PLC di gestione e controllo di processo (43).