УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАСТЕРИЗАЦИИ

Область применения
Полезная модель относится к устройствам для пастеризации молока, сливок, питьевой воды, и может быть использована на предприятиях пищевой промышленности.
Уровень техники
В настоящее время для создания молочных заводов малой производительности, которые можно использовать на молочных фермах совхозов, колхозов и фермерских хозяйствах, необходимы установки, которые требовали бы малого времени для разогрева, исключали образование пригара продукта и не требовали бы использования большого количества энергоносителей. В данных пастеризационно-охладительных установках используются парокотельные для выработки острого пара, применяемого для приготовления горячей воды. Как правило, на фермах многих совхозов и колхозов, а также в фермерских хозяйствах парокотельных нет, но практически на всех есть электричество. При этом прямой нагрев молока электрическим током невозможен. Нагрев электрическим током через теплопередающую поверхность вызывает опасность сильного пригара при небольшом изменении режима пастеризации.
Из уровня техники известны различные устройства, реализованные на данной основе. Например, известна установка трубчатая пастеризационно-охладительная [1], содержащая пластинчатый аппарат, смонтированный на станине, который установлен на ножке, и имеющая четыре секции: регенерации, пастеризации и нагрева. Секции собраны из теплообменных рифленых пластин из листовой нержавеющей стали. Каждая секция отделена от другой разделительной плитой. Герметичность в аппарате создается за счет поджатия пластин зажимным устройством, установленным на нажимной плите. «Сырое молоко из резервуара для хранения электронасосом подается в секцию регенерации, в которой нагревается пастеризованным горячим молоком до 55...60°С и поступает в сепаратор-молокоочиститель. После очистки молоко поступает в секцию регенерации и затем в гомогенизатор. Гомогенизированное молоко возвращается в секцию пастеризации, где нагревается горячей водой до 90...95°С. Молоко, нагретое до температуры пастеризации, подается на охлаждение в секции регенерации и далее в секцию нагрева, где температура молока приводится в соответствие с оптимальной
температурой в пределах 20...50°С.»
К недостаткам данной установки следует отнести длительное время нагрева молока до температуры пастеризации, большие размеры ванны, большой вес, малый срок службы.
Также из уровня техники известны различные ванны для пастеризации молока [2, 3].
К общим их недостаткам следует отнести длительное время нагрева молока до температуры пастеризации, большие размеры ванн, большой вес, малый срок службы. Известны пастеризаторы, работающие по принципу преобразования механической энергии в тепловую. Например, известен пастеризатор, содержащий патрубки подвода и отвода, размещенные концентрично патрубку подвода диски, выполненные с сопряженными кольцевыми канавками [4].
Недостатком конструкции этого пастеризатора является недостаточное воздействие на продукт, что влечет за собой повышенное энергопотребление и малую производительность. Известно устройство для термообработки пищевых продуктов, содержащее размещенные в корпусе диски, смежные поверхности которых помимо кольцевых канавок имеют решетки, укрепленные между ними, а на периферии дисков и смежной с ним поверхности корпуса выполнены выступы и впадины [5].
Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, необходимость и сложность поддержания рабочего зазора, в котором идет процесс пастеризации. Также известно устройство для тепловой обработки жидких пищевых продуктов, содержащий винтовой канал для прохода продукта. Расположенный между корпусом и обтекателем канал выполнен с переменным сечением. В винтовом канале выполнены обтекаемые выступы. Гребни выступов перпендикулярны винтовому каналу и по высоте не превосходят ширины зазора между цилиндрическим корпусом устройства и полым цилиндрическим обтекателем. Корпус имеет входной и выходной патрубки. Выходной патрубок сообщен с внутренней полостью обтекателя и выполнен в корпусе со стороны входного патрубка и противоположной отверстию обтекателя [6].
К недостаткам этого устройства относятся недостаточное и неравномерное воздействие на продукт, что обуславливает собой повышенный расход энергии и малую производительность, а так же низкий КПД из-за теплопередачи через продукт к обтекателю и потери тепловой энергии с выходящим из аппарата продуктом, возможное образование пригара на внутренней поверхности корпуса из-за образования пристенного ламинарного слоя течения при любых скоростях продукта.
Из уровня техники известно устройство для тепловой обработки молока [7], включающее
теплообменный аппарат, выдерживатель, источник тепловой энергии, центробежный молокоочиститель и уравнительный бак, сообщенные трубопроводами с арматурой, а также средства контроля, управления и транспортировки жидкостей, отличающееся тем, что центробежный молокоочиститель установлен в изолированной камере, выполненной в виде герметичного колпака с дверью.
К недостаткам данного устройства следует отнести длительное время нагрева молока до температуры пастеризации.
Наиболее близким аналогом является пастеризационно-охладительная установка для тепловой обработки жидких пищевых продуктов, преимущественно молока [8], включающая теплообменный аппарат с секциями пастеризации, регенерации и охлаждения, выдерживатель, уравнительную емкость и трубопроводы подачи продукта и его отвода из теплообменного аппарата. Данная установка снабжена электропарогенератором с трубопроводами для подачи пара в нагревательную часть секции пастеризации теплообменного аппарата и отвода из нее конденсата, при этом электропарогенератор соединен трубопроводами с гидрозатворами с уравнительной емкостью и с трубопроводом отвода обработанного продукта.
К недостаткам данной установки следует отнести длительное время нагрева молока до температуры пастеризации, большие размеры установки, большой вес, малый срок службы.
Технический результат данной полезной модели заключается в увеличении равномерности воздействия на продукт, предотвращении возможных аварийных ситуации, связанных с избыточным давлением горячей воды и последующих деформации и разрыве стенок бака.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена пастеризационная колонна (пастеризатор) в трех видах с местными разрезами - спереди, сбоку и сверху, где 1 - бак, к которому приварены рамы верхняя - 2 и нижняя - 3, соответственно, 4 - панели защитные, 5 - теплоизоляционный материал, 6 - электронагреватели, 7 - змеевик, 8 - панель, 9 - силиконовая прокладка, 10 - крышка, 11 - опоры винтовые пастеризатора, 12 и 15 - штуцер, 13 - переливная труба, 14 - кран для подачи воды, 16 - датчик уровня.
На фиг.2 представлено устройство для пастеризации в сборе в двух видах - спереди и сверху, где 17 - пастеризатор, 18 - секция охлаждения, 19 - секция регенерации, 20 -
выдерживатель, 21 - уравнительный бак, 22 - насос центробежный, 23 - клапан обратный, 24 - рама, 25 - кронштейн, 26 - дроссель, 27 - блок управления, 28 - датчик температуры, 30 - опоры винтовые рамы, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 - трубопровод.
Сущность устройства
Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для пастеризации, состоящее из пастеризатора, секции охлаждения, секции регенерации, выдерживателя, бака уравнительного, насоса центробежного, клапана обратного, отличается тем, пастеризатор выполнен в виде бака, к которому приварены рамы верхняя и нижняя, причем бак облицован панелями защитными, а в пространстве между стенками бака и панелями защитными находится теплоизоляционный материал, внутри бака установлены электронагреватели и закреплен змеевик, а сам бак соединен с атмосферой переливной трубой, которая выполнена с возможностью подсоединения к системе канализации. Все соприкасающиеся с продуктами детали могут быть выполнены из пищевой нержавеющей стали для исключения порчи продукта от процессов коррозии. Пастеризатор и рама могут быть установлены на винтовые опоры, выполненные с возможностью регулировать положение оборудования при его установке.
Устройство для пастеризации состоит из пастеризатора 17, кронштейна 25, посредством которого к пастеризатору 17 крепится блок управления 27, охладителя, состоящего из секции охлаждения 18, и секции регенерации 19, выдерживателя 20, бака уравнительного 21 и насоса центробежного 22, которые соединяются при помощи крана проходного 29, клапана обратного 23. Для регулировки объема выхода продукта на секции охлаждения 18 установлен дроссель 26, а для контроля температуры пастеризации на выходе выдерживателя 20 - датчик температуры 28. Все элементы устройства, задействованные в непосредственном процессе пастеризации, соединяются при помощи системы трубопроводов: центробежный насос 22 с секцией регенерации 19 соединяется через трубопровод I 31, пастеризатор 17 с секцией регенерации 19 - через трубопровод II 32, пастеризатор 17 с выдерживателем 20 - через трубопровод III 33, выдерживатель 20 с секцией регенерации 19 - через трубопровод IV 34, секция регенерации 19 с клапаном обратным 23 - через трубопровод V 35, секция охлаждения 18 с клапаном обратным 23 - через трубопровод VI 36, клапан обратный 23 с баком уравнительным 21 - через трубопровод VII 37. Секция охлаждения 18, секция регенерации 19, выдерживатель 20, клапан обратный 23 в свою очередь закреплены с помощью винтовых соединений на раме 24.
Пастеризатор 17 представляет собой бак 1, к которому приварены рамы верхняя 2 и нижняя 3 соответственно, и установлен кран 14 для подачи воды. Бак 1 в свою очередь облицован защитными панелями 4. В пространстве между стенками бака 1 и защитными панелями 4 находится теплоизоляционный материал 5. Внутри бака 1 установлены электронагреватели 6 и закреплен змеевик 7 со штуцерами 15 и 12 для подачи и выхода продукта соответственно. Сверху бак 1 плотно закрыт панелью 8 и крышкой 10. Панель 8 крепится к раме верхней 2 с помощью винтовых соединений через силиконовую прокладку 9. Для предотвращения создания давления пара в баке 1 пастеризатора 17 и во избежание деформации и разрыва стенок бака 1 при нагревании и кипении воды, бак 1 соединен с атмосферой переливной трубой 13. На задней стенке пастеризатора 1 расположен датчик уровня 16, контролирующий уровень воды в баке 1, и отключающий электронагреватели 6 при снижении уровня воды в баке 1 ниже допустимого. При этом пастеризатор 17 и рама 24 установлены на винтовые опоры 11 и 30 соответственно, позволяющие регулировать положение устройства при его установке. Устройство для пастеризации работает следующим образом: пастеризуемый продукт подается в змеевик 7 через штуцер 15. Поднимаясь вверх по змеевику 7, продукт нагревается от горячей воды в баке 1 пастеризатора 17 выходит через штуцер 12 по трубопроводу III 33 и попадает в выдерживатель 20. На выходе из выдерживателя 20 температура пастеризации продукта контролируется датчиком температуры 28, и ее значение отображается на передней панели блока управления 27, установленном на кронштейне 25. Из выдерживателя 20 по трубопроводу IV 34 продукт поступает в секцию регенерации 19, где, проходя между пластинами, отдает тепло поступающему в секцию регенерации 19 продукту. Далее продукт по трубопроводу V 35 поступает в клапан обратный 23 и по трубопроводу VI 36 - в секцию охлаждения 18, откуда через дроссель 26, при помощи которого для регулировки объема выхода продукта увеличивается или уменьшается объем выхода продукта, в виде готового продукта - в подготовленную тару. Либо продукт совершает повторный цикл, возвращаясь из клапана обратного 23 через трубопровод VII 37 в уравнительный бак 21, а затем под давлением, обеспечивающим необходимую производительность, из бака уравнительного 21, через кран проходной 29, при помощи насоса центробежного 22 продукт подается в секцию регенерации 19 по трубопроводу I 31, где подаваемый продукт отбирает тепло от нагретого продукта, и далее через трубопровод II 32 поступает в пастеризатор 17.
При этом на блоке управления 27 устанавливается диапазон температуры пастеризации: верхняя - канал «I» и нижняя - канал «II» терморегулятора, и постоянно, на протяжении
всего процесса для контроля высвечивается в цифровом виде текущая температура продукта. Если температура продукта не достигла нижней температуры, то через клапан обратный 23 продукт возвращается в бак уравнительный 21 через трубопровод VII 37. Когда температура продукта достигла нижней температуры, то, автоматическим переключением клапана обратного 23, продукт поступает в приемную тару заказчика через дроссель 26. Если температура продукта достигла максимальной температуры, то блок управления 27 автоматически уменьшает мощность электронагревателей 6 пастеризатора 17 для предотвращения перегрева продукта.
Причем, подведенная от системы охлаждения потребителя к секции охлаждения 18 ледяная вода, проходя между пластинами, нагревается и возвращается назад в систему охлаждения, либо, если используется артезианская вода, сливается в канализацию, а сама секция охлаждения 18 обеспечивает охлаждение продукта при подаче артезианской или ледяной воды при кратности продукт/вода - 1/3.
В целом конструкция устройства увеличивает равномерность воздействия на продукт за счет исключения потерь тепловой энергии от воды, змеевика и самого продукта к стенкам бака за счет теплоизоляционного материала, и позволяет равномерно нагреваться продукту от внутренних стенок змеевика за счет того, что змеевик находится в разогретой воде.
Источники информации:
1. http://www.normit.ru/01_molochnaya/01_04_02.php#04
2. http://www.znpo.ru/equipment/v25.php
3. http://www.molmash.ru/products/tank/zl5.htm
4. Патент Австрии №319720, кл. А23С 7/00, 1970
5. Авторское свидетельство СССР №2015672, кл. А23С 3/03, 1993
6. Патент Российской Федерации №2088121, кл. A23L 3/005, А23С 3/02, 1995
7. патент RU 2007090
8. патент RU 2027372