ФИЛЬТР ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
FILTER FOR FOOD MATERIALS PROCESSING

Настоящее изобретение относится к фильтру для использования при переработке перекачиваемых насосом пастообразных пищевых продуктов, в частности для использования в изготовлении плавленого сыра, имеющему закрытый корпус с приемным отверстием для фильтруемого продукта, сток для отфильтрованного продукта, выход для отфильтрованного остатка и расположенную между приемным отверстием и стоком фильтровальную вставку с фильтровальной стенкой, через которую в радиальном направлении изнутри («первичная сторона») наружу («вторичная сторона») пропускается продукт. Изобретение относится также и к применению такого фильтра.
Подобные фильтры могут применяться в различных местах процесса переработки. Во-первых, они служат в качестве непрерывно работающего в процессе поточного („in-line") фильтра для того, чтобы фильтровать текучий продукт для удаления возможных загрязнений перед дальнейшей переработкой. Во-вторых, подобные фильтры используются в качестве фильтров для вторичной обработки („Rework"-Filter), которые удаляют компоненты, в частности изменившиеся в результате хранения продукты или ингредиенты, из не переработанного продукта, чтобы подать подобным образом очищенный продукт для повторного использования.
Для этих задач отделения обычно применяются фильтры, размеры ячеек которых определены так, что вязкий продукт, в частности нагретый плавленый сыр, может проходить через фильтр, в то время как примеси задерживаются в виде остатков. При этом известны системы, у которых примеси оседают вниз под действием силы тяжести и выводятся через шлюз. Правда в процессе этого выведения через шлюз с остатками выводится через шлюз и весьма большая часть хорошего продукта. Другая проблема заключается в том, что на стенках фильтра и на корпусе скапливаются подгоревшие остатки, которые приводят к изменениям продукта, например изменению цвета.
Как известно пищевые продукты, например плавленый сыр, из-за большой вязкости являются продуктами особо чувствительными к фильтрованию. К этому следует добавить высокую температуру переработки от 50°С до 90°С, при которой легко может произойти вышеназванное применение и изменение продукта, например изменение цвета или вкуса из-за денатурации. Прежде всего, из-за быстрого залипания известные системы фильтрования имеют малый срок службы. После этого фильтры должны быть заменены или должна быть проведена промежуточная очистка, причем промежуточная очистка осуществляется методом обратной промывки посредством подходящей для этого моющей жидкости. Во время обратной промывки и демонтажа фильтр не работает, так что в дальнейшем снова должна запускаться вся система.
Из публикации FR 2747266 известно устройство для изготовления плавленого сыра. Это устройство содержит удлиненный фильтр, который пригоден для того, чтобы при приготовлении сыра отделять водные составные части.
В публикации AU 744933 В2 представлен смеситель пищевых продуктов. Внутри корпуса установлено несколько ленточных транспортеров для транспортировки пищевых продуктов. Вдоль ленточных транспортеров предусмотрены смесительные устройства, которые перемешивают пищевые продукты, не повреждая их.
Из публикации US 3691633 А очевидно устройство для отделения молочной сыворотки от сырной массы. Для того чтобы добиться низкого содержания влажности в исходном продукте, устройство имеет пару прессующих пластин и несколько находящихся между ними фильтр-мешков.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании такого фильтра, с помощью которого при больших сроках службы, при высокой пропускной способности и высокой эффективности фильтра можно эффективно и с низкими потерями выводить через шлюз остатки из непрерывно перерабатываемого продукта, причем максимально предотвращается возникновение изменений продукта.
Согласно изобретению эта задача решается посредством фильтра с признаками пункта 1 формулы изобретения. Признаки особых форм осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Существенный признак предложенного согласно изобретению фильтра заключается в особом образовании основного элемента, который с возможностью вращения соосно расположен внутри фильтровальной вставки, причем приводится в движение предпочтительно посредством привода. При этом форма основного элемента приведена в соответствие с кольцевым пространством, которое образуется между основным элементом и стенкой фильтра, окружающей основной элемент. Это определенное кольцевое пространство должно удовлетворять особым требованиям, вытекающим из особенностей фильтруемого продукта. Во-первых, образующееся кольцевое пространство должно обеспечивать постоянно однородный поток продукта, так чтобы не могли образовываться зоны, в которых может собираться и денатурироваться продукт. Во-вторых, с учетом чувствительности продукта важно, чтобы при прохождении через фильтр образовывался контролируемый, по возможности одинаковый градиент давления, который не превышает установленное значение от 4 до 8 бар.
Следующей важной идеей изобретения является то, что по внешнему периметру основного элемента расположен скребок, в частности с несколькими отдельными лопатками, который при вращении основного элемента в щадящем режиме удаляет продукт с внутренней поверхности стенки фильтра для отделения и для перемещения к выходному отверстию остатка, осаждающегося на этой первичной стороне. При этом важным является то, что предложенный согласно изобретению скребок выполнен таким образом, что он не препятствует образованию однородного потока продукта. Кроме того, преимущественно он не оснащен подобно шнеку сплошным окружающим основной элемент по спирали скребковым элементом, а имеет большие разрывы, обеспечивающие свободное протекание. К тому же, скорость вращения выбирается такой, что в потоке продукта на скребковом элементе происходят по возможности небольшие колебания давления.
Предложенный согласно изобретению фильтр при этом имеет закрытый корпус с приемным отверстием для фильтруемого продукта, со стоком для отфильтрованного продукта и с выходным отверстием для отфильтрованного остатка. Функцию фильтра выполняет цилиндрическая фильтровальная вставка. В соответствии с изобретением основной элемент установлен в фильтровальную вставку таким образом, что между основным элементом и фильтровальной вставкой образуется определенное кольцевое пространство, которое обеспечивает перерабатываемому продукту, несмотря на различные вязкости, высокую и однородную скорость течения. При перерабатывании плавленого сыра он имеет температуру от 50°С до 90°С и соответствующую вязкость. В этом температурном диапазоне вязкость составляет приблизительно от 0,25 до 5,0 Па·с, причем вместо единицы Па·с используется также сП («сантипуаз»). При этом во многих случаях вязкость плавленого сыра может быть измерена посредством ротационного вискозиметра с цилиндрической измерительной системой в соответствии с ДИН 53018/53019 (DIN 53018/53019).
Благодаря высокой скорости течения примеси надежно переносятся в направлении шлюзового клапана к выходному отверстию. Как уже было указано, кольцевое пространство при этом образовано так, что не возникают какие-либо зоны со спокойным потоком и тем самым изменения продукта. При скорости течения, которая может привести к пропускной способности от более чем 500 килограмм вплоть до 4 тонн в час, достигается хороший результат отделения, так что вблизи стока для отфильтрованного остатка остаток скапливается в высокой концентрации. Таким образом, можно значительно уменьшить потери хорошего продукта при удалении примесей, т.е. при выпуске отфильтрованного остатка из стока.
Очень важный аспект изобретения заключается в конструкции, и, в частности, в изготовлении фильтровальной вставки, и, в частности, активной стенки фильтра. Она в зависимости от продукта и области применения может иметь ширину отверстий от 10 до 400 мкм. Особенное внимание следует уделить образованной отверстиями полной площади, которая способствует однородному потоку продукта через фильтр. В этом отношении особенно предпочтительным оказалось, если образованная отверстиями полная площадь соответствует 1,5-2,5-кратной, в частности, приблизительно удвоенной площади поперечного сечения приемного отверстия. Образованные таким образом фильтрующие элементы отличаются равномерным прохождением продукта через все имеющиеся в распоряжении отверстия и вместе с тем хорошей пропускной способностью сита.
Особо важная идея изобретения заключается в бесшовной стенке фильтра. До сих пор такие фильтры всегда образовывались изогнутым в цилиндр перфорированным листом или плетением. Однако такой цилиндр всегда имеет выпуклый стык, на котором одна за другой сходятся кромки. Этот стык явно препятствует образованию более чистой внутренней поверхности и вызывает большой износ скребка. Согласно изобретению внутренняя поверхность стенки фильтра обрабатывается резанием, в частности цилиндрическая стенка фильтра растачивается из сплошного материала, например толстостенного цилиндра. Обработка наружных поверхностей фильтра осуществляется предпочтительно тем же самым способом. В таком случае, сито, образующее рабочие поверхности фильтра, может иметь толщину менее одного миллиметра, в частности между 0,5 и 1,5 мм. Подобная поверхность, обработанная растачиванием или обтачиванием, является особенно гладкой и может без проблем очищаться скребками.
Отверстия в стенке фильтра получаются дополнительно сверлением, в частности механическим сверлом или лазерным лучом. При этом посредством лазерного луча получаются отверстия с высокой плотностью. При этом предпочтительно, если отверстия образуют определенные проточные каналы, которые по конусу расширены в направлении течения продукта.
Для усиления фильтровальной вставки в области фильтрующей поверхности предпочтительно, если внешний периметр окружен отстоящими опорными кольцами. Они могут образовываться в процессе изготовления из сплошного материала. Предпочтительным также может быть прикрепление опорных колец дополнительно сваркой или пайкой.
Предпочтительно состоящий из пластмассы основной элемент внутри цилиндрической фильтровальной вставки посредством привода может приводиться во вращательное движение. Привод предпочтительно образован так, что основной элемент периодически приводится в движение с числом оборотов от 1 до 30 об/мин вперед и назад, причем число оборотов в зависимости от перепада давления, в частности перепада давления между приемным отверстием и стоком может быть настроено или регулируется автоматически. Чем больше перепад давления, тем больше скорость вращения.
В предпочтительной форме осуществления изобретения на вращающемся основном элементе, который предпочтительно образуется цилиндром, изготовленным из пластмассы, например, в форме туннеля, бочки или конуса, расположены скребковые пластины, которые наружной скребковой кромкой скребут вдоль внутренней стенки фильтровальной вставки.
Благодаря очистке скребками фильтрующей поверхности достигается небольшой перепад давления при прохождении через фильтр. Вследствие того, что фильтрующая поверхность непрерывно очищается, возникают только малые колебания перепада давления так, что обеспечивается очень хороший перенос продукта вдоль внутренней фильтрующей поверхности. Отдельные скребковые пластинки расположены относительно друг друга со смещением так, что при вращении покрывается вся внутренняя стенка фильтровальной вставки.
В особой форме осуществления изобретения скребковые пластинки закреплены в стенке под углом к направлению периметра, так что они при вращении движутся в потоке продукта. Установка скребковых пластинок в основном элементе из пластмассы, в частности из PVDF, может быть плавающей, так что скребковые пластинки могут немного двигаться вдоль своей оси. При сочетании материалов следует обратить внимание на то, что оно поддерживает скольжение. Это плавающее крепление предпочтительно осуществляется благодаря тому, что изготовленная из плоской пластмассы скребковая пластинка имеет, по меньшей мере, один выпуклый изгиб, с которым она вставлена в соответственно вогнутую прорезь таким образом, что она может совершать небольшое возвратно-поступательное скольжение в прорези. Другая кромка («скребковая кромка») скребковой пластинки точно также имеет выпуклый изгиб, приведенный в соответствие с изгибом внутренней поверхности фильтрующей стенки с учетом угловой установки скребковой пластинки. В идеальном случае оба выпуклых изгиба одинаковы так, что гарантирована простая установка. Благодаря плавающему креплению скребковые кромки оптимально прикладываются к внутренней поверхности фильтрующей стенки.
В предпочтительной форме осуществления в основном элементе предусмотрен центральный промывочный канал для прохода промывочной жидкости. Он имеет ответвляющиеся сливные каналы, которые соответственно впадают в прорезь, в которой вставлена скребковая пластинка. Набегание потока на скребковую пластинку осуществляется как бы сзади. Для увеличения поперечного сечения сливных каналов и вместе с тем мощности промывки предпочтительно, если сливные каналы имеют прямоугольное поперечное сечение, ширина которого соответствует ширине прорези. Сливные каналы могут быть конически расширены в направлении течения. Для очистки основной элемент вращает изделие назад и снова вперед, в то время как промывочная жидкость через сливные каналы течет в кольцевое пространство. Таким образом, одновременно зачищенная первичная сторона фильтрующей стенки эффективно освобождается от примесей. Предпочтительно имеется устройство управления, посредством которого может осуществляться процесс обратной промывки через определенное время. С помощью сливных каналов предотвращается зарастание кольцевого пространства и пластинчатых скребков.
Наконец на стоке для отфильтрованного остатка предпочтительно расположен управляемый замыкающий элемент, с помощью которого при соответствующем управлении может целенаправленно выдвигаться подлежащий фильтрации остаток.
Другие признаки, детали и преимущества изобретения следуют из примеров осуществления изобретения, представленных на чертеже, где
фиг.1 - разрез предложенного согласно изобретению фильтра; и
фиг.2 - разрез с обозначенными скребковыми пластинками.
На фиг.1 показан продольный разрез фильтра 10, который может использоваться, в частности, при производстве плавленого сыра и который в закрытом корпусе 12 имеет извлекаемую фильтровальную вставку 14. В корпус 12 ведет приемное отверстие 16 (стрелка А), через которое здесь подробно не представленным способом подается через трубопровод продукт с высокой вязкостью. Продукт вводится внутрь фильтра 10 и проходит изнутри наружу в радиальном направлении через снабженную отверстиями фильтрующую стенку цилиндрической фильтровальной вставки 14. Снаружи между фильтровальной вставкой 14 и закрытым корпусом 12 предусмотрено пространство 18, образованное боковыми поверхностями, через которое отфильтрованный продукт благодаря перепаду давления в направлении стока 20 поднимается вверх. К стоку 20 присоединяется здесь не подробно представленный трубопровод, через который отфильтрованный продукт подается для дальнейшей переработки (стрелка Б).
Отфильтрованный остаток в виде осадков и примесей благодаря малому зазору или размеру ячеек механическим способом задерживается в фильтрующей стенке фильтровальной вставки и не попадает в пространство 18, образованное боковыми поверхностями. Этот остаток перемещается посредством скребковых пластинок 38 вверх в направлении зоны 22 сбора. Через соответствующее выходное отверстие 24 накопленный остаток выводится посредством открытия управляющего элемента 26, который открывается к установленному времени.
В фильтровальной вставке 14 установлен соосно, с возможностью вращения изготовленный из пластмассы основной элемент 30, который может быть приведен во вращение посредством мотора 32 и передачи 34. Между вращающимся основным элементом 30 и фильтровальной вставкой 14 образовано определенное кольцевое пространство 36. На вращающемся основном элементе 30 закреплены пластмассовые скребковые пластинки 38, которые имеют такие размеры, что они прилегают к фильтрующей стенке, перекрывая все кольцевое пространство 36. Во вращающемся основном элементе 30 скребковые пластинки 38 соскребают остаток с внутренней поверхности фильтрующей стенки и направляют его в зону 22 сбора. Основной элемент 30 имеет такие размеры, что образующееся кольцевое пространство 36 делает возможным постоянное течение продукта.
Теперь основной элемент 30 своими скребковыми пластинками 38 может оказывать определенное давление нажима на первичную сторону фильтровальной вставки 14. Число оборотов и направление вращения основного элемента 30 вариативно может регулироваться здесь подробно не представленным управляющим устройством и автоматически регулируется по соответствующей программе в зависимости от условий производства, в частности при увеличивающемся перепаде давления между входом 16 и выходом 20.
На фиг.2 представлен фильтр 10 с встроенной фильтровальной вставкой 14, которая может быть приведена в действие также в лежачем положении. Можно увидеть, что тонкая фильтрующая стенка стабилизируется опорными кольцами 1, охватывающими окружность. Фильтровальная вставка 14 вытачивается из куска и в последующем снабжается отверстиями. На фиг.2 можно увидеть, что основной элемент 30 представляет собой массивный цилиндр, изготовленный из пластмассы, в стенке которого под углом примерно 45° к направлению окружности выполнены прорези 2. В прорези 2 плавающим образом вставлены скребковые пластики 38, которые своей скребущей кромкой подводятся к внутренней стенке фильтровальной вставки 14. Скребковые пластинки скребка 38 сконструированы таким образом, что они могут совершать возвратно-поступательное движение в соответствующей прорези 2.
В основном элементе 30 предусмотрен промывочный канал 3 для пропуска промывочной жидкости. От промывочного канала 3 ответвляются в радиальном направлении сливные каналы 4, которые соответственно оканчиваются в прорези 2. Сливные каналы 4 имеют прямоугольное поперечное сечение, ширина которого соответствует ширине прорези 2. На этапе очистки поток продукта задерживается фильтром, и промывочная жидкость подается через каналы в прорези. При возвратно-поступательном движении основного элемента 30 установленные плавающим образом скребковые пластинки скребка отсоединяются, и фильтрующая стенка очищается соскребыванием. Получающаяся загрязненная остатками промывочная жидкость отводится через здесь не представленный сток.
В заключение продукт на этапе производства от плавильного аппарата через трубопровод накачивается к фильтру и течет через впускной патрубок в корпус. Продукт поступает в кольцевое пространство между центром скребка и фильтрующим элементом (первичная сторона) и проходит фильтрующий элемент с первичной стороны к пространству, образованному боковыми поверхностями («вторичная сторона»). При этом осадки и примеси задерживаются фильтрующим элементом на первичной стороне. Отфильтрованный продукт выводится наружу через выпускной патрубок.
Для удаления шлама фильтрующего элемента к установленному времени открывается управляющий элемент. Сильно загрязненный остатками продукт, благодаря перепаду давления между первичной стороной и атмосферой, вытекает через патрубок для шлама.
С помощью описанного фильтра и возможности очистки в процессе эксплуатации, во-первых, может минимизироваться потеря «хорошего» продукта при удалении шлама. Срок службы во время производства может значительно увеличиться благодаря возможности очистки, причем большой срок службы в производстве может быть реализован прежде, чем фильтрующий элемент 14 после демонтажа должен направляться на внешнюю очистку.