УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД

Предложенная полезная модель относится к области обеззараживания текучих сред источниками бактерицидного излучения путем подавления жизнедеятельности опасных для здоровья человека микроорганизмов и может быть использовано в пищевой промышленности и медицине для пастеризации и стерилизации различных жидкостей.
Уровень данной области техники характеризует устройство по изобретению SU №981238, С02F 1/32, включающее входную и выходную камеры, снабженные соответствующими патрубками, последовательно установленные между ними цилиндрические камеры облучения, имеющие коаксиально установленные лампы бактерицидного излучения, смонтированные в прозрачных для последнего чехлах. Вышеперечисленные камеры сообщаются между собой посредством переходных камер.
Описанное устройство имеет ряд недостатков конструктивных и технологических. В зоне переходных камер происходит столкновение встречных потоков, возникающих после прохождения рабочей камеры облучения, где чехол лампы разделяет идущий снизу поток обрабатываемой жидкости, что приводит к возмущению среды, ее завихрениям. Возникающая турбулентность изменяет оптические характеристики обрабатываемой среды, в частности ее прозрачности, и тормозит перемещение потока в целом.
Это ограничивает функциональные возможности устройства по номенклатуре обрабатываемых текучих сред, пищевых жидкостей и снижает производительность их обеззараживания.
В частности, устройство, приспособленное для обеззараживающего воздействия на питьевые воду и молоко, оказывается не эффективным для бактерицидной обработки вина или пива темных сортов.
Кроме того, устройство достаточно громоздко при сборке, ремонте, неудобно в эксплуатации.
Более совершенным является устройство для обеззараживания текучих сред по патенту RU 2296492 С2, А23L 3/26, 2006 г., которое по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога предложенной установке.
Известное устройство содержит входной и выходной патрубки, корпус с торцевыми фланцами, заключенные в корпусе сообщающиеся между собой вертикально расположенные цилиндрические рабочие камеры, где установлены источники излучения диапазонов ультрафиолетового, инфракрасного, рентгеновского и др.
В цилиндрических камерах коаксиально смонтированы электрически связанные с источником питания лампы бактерицидной обработки текучих сред, помещенные в прозрачных для этого вида излучения чехлах, образуя кольцевой зазор для протекания обрабатываемой жидкости.
Рабочие камеры расположены последовательно одна под другой и коммутируются посредством щелевых сквозных проемов для протекания обрабатываемой жидкости.
Между камерами в щелевых проемах установлены закрепленные на торцевых фланцах перегородки, разделяющие устройство в целом на два канала, каждый из которых сообщается с входным и выходным патрубками.
Нижняя камера служит для соединения обоих каналов корпуса, свободна от перегородки и выполнена глухой.
Внутренняя поверхность корпуса выполнена отражающей для излучения ламп, чтобы увеличить эффективность обеззараживающей обработки.
Устройство, для обработки разных текучих сред, при использовании различных излучателей, может конструктивно трансформироваться за счет перестановки перегородок и съемных заглушек, которые меняют объем рабочих камер, и числа используемых излучателей, подключаемых к источнику питания посредством управляющих переключателей.
Однако, продолжением достоинств являются присущие недостатки.
Так, следствием вертикального расположения рабочих камер является повышенная габаритная высота установки, ограничивающая беспрепятственное ее встраивание в существующие производственные помещения.
Функциональный недостаток, возникающий при описанной конструктивной схеме выполнения блока облучения, заключается в кратковременном взаимодействии протекающей жидкости поперек излучателей, число которых для достижения заданной эффективности обеззараживания вынужденно растет, дополнительно увеличивая высоту устройства.
Учитывая, что разные структурные составляющие пищевых продуктов (белки, углеводы, жиры и т.д.) имеют свой спектр поглощения инфракрасного излучения, которое разрушает определенные химические связи в молекулах органических веществ, то, выбирая необходимый диапазон длин волн излучения, можно получать заданные свойства и качества обработанного продукта.
Практически установлено, в частности, что для пастеризации питьевого молока оптимальным является диапазон длины волны от 2500 до 3500 нм, разрушающий связи С-O, O-Н, а при пастеризации молока для приготовления сыра или творога необходима длина волны излучения 1200-1500 нм, которая воздействуя на связи С-ОН, Н-ОН.
Оптимальная длина волны инфракрасного излучения при пастеризации вина 2500-3500 нм, а при профилактике от помутнения виноматериалов диапазон длин волн составляет от 5300 до 10600 нм.
В известном устройстве длина волны инфракрасного излучения не дифференцирована и не в полном объеме вводится в обрабатываемую жидкость из-за частичного перекрытия излучателей друг другом в застойных промежутках у перемычек, что дополнительно снижает целевую эффективность.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение эффективности обеззараживающей обработки в более компактном универсальном устройстве с выраженной направленностью селективного бактерицидного действия в выбранных узких диапазонах длин волн инфракрасного излучения, что расширяет технологические возможности целевого ее использования по назначению.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для обеззараживания текучих сред, содержащем помещенный между торцевыми фланцами корпус, в котором выполнен сообщающиеся посредством щелевых проемов параллельные цилиндрические камеры, где коаксиально, с кольцевым зазором, закреплены излучатели, связанные с источником питания, согласно предложению авторов, цилиндрические камеры компактно распределены в корпусе и попарно связаны коммуникационными щелевыми проемами, выполненными в торцевых фланцах в шахматном порядке, последовательно на противоположных концах, причем во фланце со стороны электроклемм излучателей выполнены сквозные посадочные отверстия, аксиальные цилиндрическим камерам корпуса, а в сквозных отверстиях упомянутого фланца на резьбе установлены прижимные втулки уплотнительных колец, при этом инфракрасные излучатели выполнены в форме трубки из кварцевого стекла, внутри которой размещен нагревательный элемент в виде нихромовой или углеродной нити.
Отличительные признаки обеспечили повышение эффективности селективно направленной бактерицидной обработки разнообразной текучей продукции, при расширении технологических возможностей практического применения усовершенствованного компактного устройства, функциональный блок которого выполнен с реверсивным сквозным каналом, совмещенным с излучателями, что повышает качественные показатели готовой продукции.
В блоке бактерицидного облучения проточной жидкости предложенной конструкции осуществлены надежное геометрическое замыкание структурных элементов в функциональном единстве и внешняя коммуникация излучателей с электропитанием, когда излучатели размещены непосредственно внутри потока эффективно обрабатываемой текучей среды.
Кратковременное воздействие плотного потока энергии инфракрасного излучения на текучий продукт происходит равномерно и одновременно во всем объеме тонкого кольцевого его слоя, что обеспечивает ликвидацию токсичной и балластной микрофлоры, сохраняя полезную биологическую структуру. Молоко после инфракрасного облучения приобретает специфический фактор, угнетающий развитие микрофлоры, что увеличивает срок его хранения.
Компактное распределение сообщающихся цилиндрических камер в корпусе пропорционально сокращает габариты устройства, что необходимо для его встраивания в существующие производственные площади пищевых производств.
Попарная связь цилиндрических камер посредством щелевых проемов в торцевых фланцах, причем в шахматном порядке последовательно на противоположных концах, формирует общий реверсивный канал в рабочей зоне инфракрасной обработки текучего продукта, транспортируемого вдоль осевых излучателей.
Размещение излучателей в сквозных отверстиях одного из торцевых фланцев, аксиальных цилиндрическим камерам, необходимо для внешнего электрического подключения нагревательных элементов к источнику питания.
Посредством снабженных уплотнительными кольцами прижимных втулок, соосно установленных на излучателях и по резьбе связанных с корпусом, осуществляется их силовое и геометрическое замыкание, то есть обеспечивается конструктивное единство при уплотнении посадочных сквозных отверстий торцевого фланца со стороны электроклемм нагревательных элементов излучателей.
Выполнение формообразующей трубки излучателей из кварцевого стекла обеспечивает их проницаемость для инфракрасных волн и практически полностью предотвращает пригары, что улучшает органолептические показатели обработанного продукта.
Использование в качестве нагревательного элемента излучателей нитей из электропроводящих материалов: нихрома или углерода (войлочно-графитового шнура) обеспечивает широкий спектр длин волн инфракрасного диапазона 1200-3500 нм, необходимый для обработки разнообразных жидкостей, в частности, молока, пива, вина.
При профилактике помутнений виноматериалов используют инфракрасное излучение с длиной волны 5300-10600 нм.
Выбранный спектр инфракрасного излучения, сопоставимый с частотой собственных колебаний молекулы воды в обрабатываемом продукте, обеспечивает резонансное ее испарение и активную передачу вводимой энергии к микроорганизмам, структура которых при этом поляризуется, что ускоряет их угнетение и гибель.
Кратковременное воздействие инфракрасного излучения разогревает продукт до температуры 79-84°С, при которой содержащиеся жиры, углеводы и витамины практически не разрушаются.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность настоящей полезной модели поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы. На чертеже изображены:
на фиг.1 - общий вид установки пастеризации;
на фиг.2 - то же, гидросхема;
на фиг.3 - блок инфракрасной обработки;
на фиг.4 - то же, схематично поперечное сечение.
Установка пастеризации (фиг.1, 2) представляет собой смонтированный на общей раме 1 агрегат из структурных элементов, связанных в технологической последовательности: накопительная емкость 2, центробежный насос 3, пластинчатый двухсекционный рекуператор 4, блок 5 инфракрасной обработки, термостат 6 и охладитель 7.
Установка оснащена блоком 8 электропитания, пультом 9 управления, посредством которого устанавливаются технологические режимы и параметры обработки, датчиками 10 и 11 (фиг.2) температуры продукта после выдержки в термостате 6 и рекуператоре 4 соответственно, мембранным разделителем 12 на входе в блок 5 инфракрасной обработки.
Вход накопительной емкости 2, оснащенной поплавковым уровнем 13, имеет краны 14 и 15 подачи продукта и моющих жидкостей соответственно.
Блок 5 инфракрасной обработки барабанного типа (фиг.3 и 4) представляет собой компактно смонтированные в сообщающихся параллельных сообщающихся каналах 16 термоизолированного корпуса 17 цилиндры 18 из полированной нержавеющей стали, которая отражает излучение. В каждом цилиндре 18 коаксиально, с кольцевым зазором, закреплена трубка 19 из кварцевого стекла и центральная электропроводящая нить 20 из нихромовой проволоки или войлочно-графитового жгута, которые формообразуют излучатели 21.
Центральные нити 19 излучателей 21 подсоединены к клеммам 22, электрически связанным с блоком 8 электропитания (фиг.1).
Каждая трубка излучателей 19 установлена в сквозном посадочном отверстии 23 торцевого фланца 24, жестко связанного с корпусом 17, и прижата резьбовой втулкой 25 посредством уплотнительного кольца 26 из специальной химически и термически стойкой резины.
Блок 5 инфракрасной обработки со стороны клемм 22 закрыт съемным кожухом 27.
Сквозной кольцевой канал 16 в корпусе 17 блока 5 сообщается с трубчатым термостатом 6 (фиг.2), который в рекуператоре 4 встречно подсоединен относительно линии подачи текучего продукта в блок 5 инфракрасной обработки и хладоагента (воды с температурой 1-3°С) в охладителе 7.
Рекуператор 4 соединен с трехходовым краном 28, который через смотровое окно 29 сообщается с выходным краном 30 и линией 31 обратной связи с накопительной емкостью 2.
Работает установка пастеризации следующим образом.
Через кран 14 текучий продукт (молоко, вино, пиво, вода и т.п.) подается в накопительную емкость 2 до ее заполнения.
Далее центробежным насосом 3 продукт через рекуператор 4 подается в блок 5, излучатели 21 которого подключены к сетевому напряжению через блок 8 питания.
В блоке 5 продукт последовательно протекает по лабиринту реверсивного кольцевого канала 16, где происходит бактерицидная обработка инфракрасным излучением в заданном диапазоне длин волн и сопутствующим конвективным теплом от резистивно нагретых нитей 20 излучателей 21.
Разогретые электрическим током от источника 8 питания нихромовые или углеродные (войлочно-графитовые) нити 20 излучателей 21 генерируют инфракрасные волны, которые свободно проникают через кварцевое стекло их наружных трубок 19 и поглощаются нагретым в течение 2-5с до температуры 79-84°С продуктом - происходит, в частности, пастеризация молока.
Далее нагретое при пастеризации молоко в течение 25с выдерживается в трубчатом термостате 6 для перемешивания молока, выравнивания температуры и завершения процесса обеззараживания.
Затем в пластинчатом рекуператоре 4 молоко охлаждается ступенчато (двухэтапным теплообменом): отдавая часть тепла на подогрев вновь поступающего от насоса 3 свежего молока и ледяной водой, циркулирующей в охладителе 7.
В случаях неудовлетворительных термообработки или охлаждения, при несанкционированных остановках технологического процесса (по командам от датчиков 10, 11) молоко через кран 28 по линии 31 обратной связи подается в емкость 2 для повторной обработки.
Межоперационную санобработку агрегатов установки проводят последовательно кратно моющим раствором и водой, которые подаются через кран 15 на вход емкости 2 и прокачиваются насосом 3 с возвратом через линию 31, при выключенном блоке 5 инфракрасной обработки, а затем сливаются через кран 30.
Испытания опытного образца описанной установки показали, что процесс обработки молока полностью автоматизирован, для чего оператор только задает на пульте 9 управления режимы для перераспределения потока молока, контроля и индикации параметров и архивирования получаемых значений.
Качество всех молочных продуктов напрямую зависит от состояния жировой фазы и минерального состава молока.
Высокое качество молока после пастеризации инфракрасным излучением в предложенном устройстве обусловлено мягким термическим режимом и отсутствием пригара на кварцевых поверхностях излучателей.
В этом устройстве эффективно преобразуется электрическая энергия в тепловую, которая автоматически трансформируется в работу по целевой деструкции патогенной микрофлоры в объеме обрабатываемого проточного продукта.
Пастеризацию молока проводят при стабилизированной температуре заданного уровня с точностью до 0,5°С, что гарантирует получение требуемого качества, свойств и органолептики, обеспечивая длительность хранения продукта без снижения питательных и вкусовых характеристик.
Молоко, прошедшее обработку инфракрасным излучением на выбранной длине волны, полностью сохраняет присущие витамины, ферменты, белковые образования, при этом кислотность его снижается на 2°Т, вкус и качество не ухудшаются, так как температурные воздействия (нагрев и охлаждение) проводятся распределенно и импульсно.
При производстве кисломолочных продуктов улучшенного качества целенаправленным разрушением связей кальция повышается сквашиваемость молока и обеспечивается прочный сгусток.
Дополнительным преимуществом предложенного устройства является его универсальность за счет переналаживаемости на использование различных излучателей (инфракрасных, ультрафиолетовых, радиационных, ультразвуковых, СВЧ и др.), которые монтируются в сквозном канале - продуктопроводе функционального блока бактерицидной обработки, или целиком заменяя этот блок. При этом возможно совместное использование в функциональном блоке комбинации разных излучателей.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста-пищевика, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления устройства для бактерицидной обработки текучих сред, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.