УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАСТЕРИЗАЦИИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ
DEVICE FOR PASTEURIZATION OF LIQUID PRODUCTS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к устройствам для тепловой обработки жидких продуктов, включая их пастеризацию.
Известен кавитационный генератор фирмы "Hydrodynamicinc" США для нагрева жидких продуктов и их пастеризации, содержащий корпус с крышками и вращающийся цилиндрический барабан с ячеистой наружной поверхностью, контактирующей с гладкой внутренней поверхностью корпуса [Jimm Frederik, Daniel Armsstead, Steve Lien, Wolfgang Schmidi, Bijan Kazem. Economic Benefits of Utilizing Controlled Cavitation Technology for Black Liquor Oxidation and Heating. TAPP Jomal, Junuary, 2002 (аналог)].
Недостатками известной конструкции являются существенные потери тепла, низкая тепловая производительность и громоздкость.
Известен также пастеризатор по патенту Франции №316216 от 18.04.1968 г., содержащий в одном из вариантов конический ротор и корпус, установленные с зазором и имеющие гладкие рабочие поверхности их сочленения: наружную ротора и внутреннюю корпуса [Описание к патенту Франции №316216 от 18.04.1968 г. Авторы Р.Ангюс (Франция) и Р.Вандер (Швейцария) (аналог)].
Недостатком его является замедленное преобразование механической энергии привода в тепловую нагрева жидкости при пастеризации, так как этот процесс происходит в основном за счет жидкостного трения в зазоре конической пары ротор-корпус, ограничение производительности и низкий тепловой кпд.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для гидродинамического нагрева жидких продуктов (по патенту РФ №2398499, A23L 3/015, опубликованному 10.09.2010, бюлл. №25), содержащее в коническом варианте исполнения статор с установленным в нем с образованием зазора коническим ротором, на наружной поверхности ротора выполнен набор ячеек, расположенных рядами по винтовой линии, на внутренней поверхности статора выполнены аналогичные ячейки, расположенные также по винтовой линии, но с другим шагом рядов ячеек, в корпусе статора выполнена соответствующая длине ротора осесимметричная кольцевая полость, сообщающаяся с ячеистой рабочей частью устройства отверстием в зоне нагрева продукта до температуры пастеризации.
Недостатками его являются сложность конструкции ячеистых поверхностей ротора и статора, а также необходимость дополнительной комплектации пастеризационной установки на базе этого устройства для гидродинамического нагрева жидких продуктов тепловыми аппаратами для регенерации тепла и охлаждения продукции после пастеризации, что снижает кпд, затрудняет и удорожает процесс пастеризации особенно в условиях производства продукции малыми хозяйственными образованиями.
Задачей заявленного технического решения является упрощение конструкции ячеистой части гидродинамического нагревателя, сочленение в единый монолитный агрегат всех тепловых аппаратов пастеризационной установки и повышение ее кпд за счет сокращения тепловых потерь в окружающую среду.
Она решается тем, что ячейки конических поверхностей ротора и статора выполнены полусферической формы, диаметр которых постепенно увеличивается от меньшего к большему основанию конуса, а в корпусе статора выполнены соответствующие длине ротора осесимметричные кольцевые полости для регенератора и охладителя с установленными в них теплообменными элементами и сообщающимися последовательно с выдерживателем, причем полости этих теплообменных элементов соединены у регенератора с входом в устройство пастеризуемого продукта и выходом в рабочий зазор гидродинамического нагревателя, а у охладителя - с входом охлаждающей жидкости и выходом ее на слив. Ячейки конического ротора и статора в месте их сочленения с зазором выполнены в виде сквозных отверстий в зоне их контакта и имеют полуцилиндрическую или полуконическую форму. Ячейки конического ротора и статора выполнены под углом с образованием между ними косозубых лопастей. Зазор конический ротор-корпус в месте их сочленения выполнен регулируемым, например, толщиной и количеством прокладок между корпусом и его крышками. Теплообменные элементы регенератора и охладителя выполнены в виде трубчатых спиралей, установленных в осесимметричные полости корпуса. Теплообменные элементы регенератора и охладителя выполнены в виде пакетов кольцевых гофрированных пластин.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематический разрез устройства для пастеризации жидких продуктов по его продольной оси; на фиг.2 - сечение А-А устройства на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б устройства на фиг.2; на фиг.4 - спиральная труба теплообменного аппарата, на фиг.5 - схема коммутации теплообменного аппарата из кольцевых гофрированных пластин.
Устройство для пастеризации жидких продуктов состоит из расположенного на стойках 1 статора 2, корпус которого имеет крышки 3 и 4 с прокладками 5 и 6, конического ротора 7, установленного в подшипниках 8 и соединенного с помощью муфты 9 с электродвигателем 10 привода устройства. Конический ротор 7 установлен в такой же конической полости корпуса статора 2 с зазором, образуя гидродинамический нагреватель, а обращенные с зазором друг к другу стороны в их сочленении (наружная ротора и внутренняя статора) имеют ячейки 11 и 12, образующие ячеистую рабочую полость 13 устройства и расположенные рядами в плоскостях сечения устройства вдоль зазора конический ротор-статор. Причем диаметр этих ячеек постепенно увеличивается от меньшего к большему диаметру конуса. Ячейки в коническом роторе 7 и корпусе статора 2 могут выполняться в виде полостей полусферической или полуконической форм 14, 15 (фиг.3), например, после сверлений цилиндрическими или коническими сверлами и развертками в зазоре соприкосновения конического ротора 7 и статора 2 с определенным шагом, большим диаметра ячей. Внутри корпуса статора 2 выполнены осесимметричные кольцевые полости 16, 17 и 18 (фиг.1 и 2), сообщающиеся между собой несколькими каналами 19, 20, а каналами 21 с ячеистой рабочей полостью 13 устройства. Внутри полостей 17 и 18 установлены теплообменные элементы 22 и 23, один из которых - 22 выполняет роль охладителя пастеризованного продукта. Полость 16 выполняет роль выдерживателя в заявляемом устройстве.
Теплообменные элементы 22 и 23 могут выполняться: в виде замкнутых полостей, как изображено на фиг.1; кольцевой вставки (фиг.4) из трубки 24 с патрубками 25 и 26 подачи и выхода жидкости (охлаждающей воды или подогреваемого в регенераторе подаваемого на пастеризацию продукта); а также в виде пакета 27 (фиг.5) кольцевых гофрированных пластин 28, установленных с образованием между ними полостей 29 и 30 для охлаждающей жидкости и пастеризованного продукта (после регенерации) в теплообменном элементе 22, а в теплообменном элементе 23 соответственно для подогреваемого перед пастеризацией продукта и этого же жидкого горячего продукта после выхода из выдерживателя (полости 16).
Во внутреннюю полость теплообменного элемента 22 подается охлаждающая жидкость (например, вода) по патрубку 31 с выходом ее из этого элемента по патрубку 32, на котором установлен кран 33 (фиг.1).
Во внутреннюю полость теплообменного элемента 23 подается пастеризуемый жидкий продукт (например, молоко) из емкости 34 по патрубку 35 с выходом через канал 36 в корпусе статора 2 устройства в ячеистую рабочую полость 13 этого устройства.
Для вывода пастеризованного продукта после его охлаждения устройство оборудовано сливным патрубком 37 подачи продукта в емкость 38. Патрубки подачи продукта 35 и вывода 37 его из устройства оборудованы кранами 39 и 40.
В регенераторе (полость 17) и охладителе (полость 18) могут устанавливаться теплообменные элементы 22 и 23, выполненные в виде трубчатых спиралей, каждая из которых представляет собой витую вставку из трубки 24 (фиг.4) с патрубками 25 и 26 для подачи жидкости в нее и вывоза ее после теплообмена с пастеризуемым продуктом после его обработки в ячеистой рабочей полоски 13 (фиг.1) гидродинамического нагревателя и выдерживателя в полости 16. Эту же цель может выполнять и теплообменный элемент в виде пакета 27 (фиг.5) кольцевых гофрированных пластин 28, по одной стороне которых протекает охлаждаемый пастеризованный продукт, а по другой охлаждающая жидкость.
Ячейки 11 и 12 (фиг.1) в корпусе и роторе выполняются в виде сквозных отверстий по длине зазора конический ротор 7 - корпус статора 2 в зоне их контакта, например, сверлением цилиндрическим или коническим сверлами вдоль зазора с образованием полуцилиндрических или полуконических полостей 15 и 14 (фиг.3).
Зазор в сочленении конический ротор 7 - корпус статора 2 гидродинамического нагревателя может быть регулируемым, например, изменением толщины и набора прокладок 5 и 6 между корпусом 2 и крышками 4 и 3.
Работает устройство для пастеризации жидких продуктов следующим образом.
Подаваемый по патрубку 35 из емкости 34 жидкий продукт поступает во внутреннюю полость теплообменного элемента 23 и, омываясь потоком поступающего из выдерживателя (полость 16 в статоре 2) через каналы 19 потока горячего пастеризованного молока, подогревается. Далее он через канал 36 в корпусе статора 2 устройства поступает в ячеистую рабочую полость 13. Поток подогретого жидкого продукта (например, молока) заполняет ячейки 11 и 12 корпуса статора 2 и конического ротора 7, а также зазор между ними. При вращении конического ротора 7 жидкий продукт захватывается ячейками 11 и 12 и перегородками между ними, как лопастями насоса, при периодическом закрытии и раскрытии ячеек 11 и 12 подвергается интенсивному гидродинамическому воздействию: центробежному разгону, резкому торможению, интенсивному вихреобразованию потока, трению слоев жидкого продукта между собой и о поверхности корпуса статора 2 и конического ротора 7, повышению и падению давления, а также кавитационным воздействиям. В связи с этим вся энергия привода (за исключением затрат на холостой ход) диссипируется в виде тепла и поглощается продуктом, нагревая его за время течения в ячеистом зазоре конический ротор 7-корпус статора 2 до температуры пастеризации, после чего он через каналы 21 поступает в полость 16 статора 2, выполняющую роль выдерживателя.
После выдержки в нем горячий продукт через каналы 19 поступает в полость 17 регенератора и омывает установленный в нем теплообменный элемент 23 с протекающим по нему холодным жидким продуктом, поступающим из емкости 34 по патрубку 35 на пастеризацию.
Отдав часть тепла ему, пастеризованный жидкий продукт через каналы 20 поступает далее в полость 18 охладителя, где охлаждается до температуры хранения потоком холодной воды или рассола в теплообменном элементе 22, причем нагретая вода выводится из этого теплообменного элемента 22 охладителя 18 через патрубок 33, а охлажденный продукт - через сливной патрубок 37 в емкость 38.
Расход пастеризуемого жидкого продукта регулируется с помощью кранов 39 и 40, а охлаждающей жидкости - краном 32.