УСТРОЙСТВО ФИЛЬТРАЦИИ ПИЩЕВЫХ ЖИДКОСТЕЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО МОЛОКА

Предлагаемое устройство относится к устройствам фильтрации жидкостей, преимущественно молока, и может быть использовано, в частности, в молочной промышленности.
Известно, что для обеспечения высокого качества молока необходимо производить его тщательную очистку от механических и биологических примесей. В небольших фермерских хозяйствах очистку молока производят при переливании из доильного ведра во фляги с помощью марлевых, вафельных, фланелевых или лавсановых фильтров, изготовленных из нескольких слоев фильтрующего материала, уложенного между двумя металлическими сетками из нержавеющей пищевой стали [1].
Фильтры указанной конструкции не обеспечивают тонкую очистку молока, в фильтрате остается довольно большое количество механических и биологических примесей. Кроме того, фильтрующий материал имеет малый срок службы.
Известно устройство для фильтрации молока содержащее фильтрующий элемент для очистки молока состоящий из каркаса и фильтрующей поверхности. Каркас выполнен в форме цилиндра или многоугольника и собран из продольных стержней, которые жестко связаны между собой основаниями в виде колец. Фильтрующая поверхность выполнена в виде пружины из нержавеющей проволоки треугольного сечения с фильтрующим зазором между витками пружины и навита на каркас. Зазор между витками пружины фильтрующего элемента со стороны входа молока выполнен равным 0,070±0,002 мм и увеличивается в сторону выхода молока, а соотношение площадей фильтрующего зазора и стенки пружины выбрано не менее 1:20. Кромки стенки пружины, образующие фильтрующий зазор, выполнены острыми. Это позволяет создать дешевый и удобный в эксплуатации фильтр для очистки молока длительного использования. При проходе через фильтрующий зазор молоко очищается от механических и биологических примесей и через выходной патрубок корпуса выводится из фильтра в приемную технологическую емкость. [2]
Недостатком указанной конструкции фильтрующего устройства является низкое качество фильтрации молока, обусловленное тем, что в фильтрате остается довольно большое количество механических и биологических примесей. Кроме этого для санитарно технологического обслуживания необходима специальная подготовка, его необходимо разобрать, что занимает много рабочего времени. Технологическая сложность в изготовлении фильтра и высокая цена.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство фильтрации пищевых жидкостей, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, имеющий входной патрубок в боковой цилиндрической поверхности, нижний торец которой выполнен в виде диска с отверстием, под которым размещен выходной патрубок, а верхний торец закрыт крышкой, а также имеет внутренний фильтрующий элемент, при этом устройство снабжено фиксирующим адаптером для крепления фильтрующего элемента в корпусе и снимающим адаптером для смены фильтрующего элемента. Фиксирующий адаптер в корпусе выполнен в виде первой втулки, установленной с возможностью посадочного крепления на ней одного конца фильтрующего элемента, а снимающий адаптер выполнен в виде второй втулки, закрепленной в центре внутренней поверхности крышки с возможностью посадочного крепления на ней второго конца фильтрующего элемента. Фильтрующий элемент выполнен в виде трубчатого патрона из пищевого полимерного материала, например пищевого полипропилена, с уменьшающимися в радиальном направлении от периферии к центру размерами пор, образующими радиальные диффузорные каналы. Изобретение обеспечивает высокую эффективность фильтрации, удобно в обслуживании, обладает возможностями легкой и быстрой сборки/разборки. [3]
Недостатком вышеуказанного аналога является необходимость частной смены фильтрующего элемента, что приводит к удорожанию использования известного устройства, накопление в нижней части корпуса фильтра механических и бактериологических примесей в виде осадка и сложность его удаления из корпуса.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности фильтрации, увеличение срока службы устройства, уменьшение затрат на обслуживание устройства фильтрации.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве фильтрации пищевых жидкостей, преимущественно молока, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, крышку, входной и выходной патрубки и фильтрующий элемент, установленный с кольцевым зазором относительно корпуса, входной и выходной патрубки размещены в крышке, крышка и корпус дополнительно снабжены отверстиями для промывки устройства от примесей, а фильтрующий элемент состоит из перфорированного полипропиленового каркаса и слоисто-каркасной намотки полимерной нити в виде чередования слоев замкнутой, сомкнутой и спиралевидной намотки.
Чередование слоев замкнутой, сомкнутой и спиралевидной намотки полимерной (например, полипропиленовой) нити позволяет менять пористость и проницаемость фильтрующего элемента. Уложенные в указанном порядке полимерные нити образуют огромное количество проводящих каналов размером от 0,01 мкм до 50 мкм. Поскольку полимерные нити имеют ворсинки, внутреннее пространство проводящих каналов заполнено этими ворсинками. Когда молоко под давлением попадает в устройство фильтрации, грубые механические и биологические примеси остаются в зоне образованной кольцевым зазором между корпусом и фильтрующим элементом и оседают на дно корпуса. Затем очищенное от грубых примесей молоко попадает внутрь фильтрующего элемента, при этом массивные жировые шарики без труда раздвигают ворсинки и легко следуют по проводящим каналам, а более легкие грязевые частички, удерживаемые ворсинками, застревают в каналах. Таким образом достигается более эффективная очистка молока. Наличие отверстий для промывки устройства позволяет периодически проводить очистку внутренних стенок корпуса и наружной поверхности фильтрующего элемента от осевших загрязнений. Это позволяет использовать фильтрующий элемент дольше аналогичных конструкций и реже проводить замену фильтрующего элемента, а, следовательно, увеличить срок службы устройства и уменьшить расходы на его обслуживание.
Получение намоток нити различной структуры (замкнутой, сомкнутой, спиралевидной) возможно на мотальных машинах с раздельным действием механизмов намотки и раскладки нити (презиционных мотальных машинах), например, машины «Бандоман» производства фирмы Georg SAHM (Германия). Известно, что в таких и аналогичных машинах вращение от электрического двигателя через зубчатые колеса передается валу веретена, на котором закреплен перфорированный патрон с намоткой. Вращение от веретена через зубчато-ременную передачу и коноидный вариатор передается пазовому кулачку нитеводителя, раскладывающему нить на перфорированном патроне. Коноидный вариатор обладает очень малым диапазоном изменения передаточного отношения (0,9950≤i≤1,005), что позволяет регулировать угол сдвига между витками различных пар слоев намотки в достаточно широких пределах.
Общее передаточное отношение между веретеном и кулачком нитеводителя может быть определено по формуле:
b
-1
где: n - частота вращения веретена, мин;
k
-1
n - частота врачения кулачка нитеводителя, мин;
i - передаточное отношение коноидного вариатора.
ой
ой
Угол сдвига между витками некоторой m и (р+m) парами слоев намотки может быть определен по формуле:
,
где: m=1; 2;…3…, - номер некоторой произвольно выбранной пары слоев намотки;
ой
ой
р - степень замыкания намотки, то есть число двойных ходов нитеводителя после которых витки (р+m) пары слоев пойдут по виткам m пары слоев;
k - число оборотов кулачка нитеводителя за один двойной ход его движения;
1
o
n - целая часть числа [ki]
Если i=1, то ,
тогда
В этом случае витки четвертой и пятой пары слоев намотки пойдут по виткам первой пары слоев, витки пятой пары по виткам второй и намотка замкнется.
Известно, что замкнутые намотки формируются при передаточном отношении между веретеном и кулачком нитеводителя
,
где: Z=0 или Z=1 - кратность замыкания намотки.
Сомкнутые намотки формируются при передаточном соотношении
где: H - высота намотки паковки.
ОЗ
ОСП
ОС
Спиралевидные намотки формируются тогда, когда значения передаточного отношения между веретеном и кулачком нитеводителя лежат в диапазоне i<iос<i.
Устройство фильтрации пищевых жидкостей, преимущественно молока иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства фильтрации пищевых жидкостей, на фиг.2 - вид спиралевидной намотки, на фиг.3 - вид сомкнутой намотки, на фиг.4 - вид фильтра со спиралевидной намоткой.
Устройство фильтрации пищевых жидкостей, преимущественно молока содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 (фиг.1), крышку 2 и фильтрующий элемент 3. Фильтрующий элемент 3 установлен с кольцевым зазором 4 относительно корпуса 1. В крышке 2 размещены входной 5 и выходной 6 патрубки. В крышке 2 выполнено отверстие для промывки 7. В корпусе 1 выполнено отверстие для промывки 8. Отверстия для промывки 7 и 8 могут закрываться отвинчивающимися крышками или пробками (на фигуре не показано). Фильтрующий элемент 3 состоит из перфорированного полипропиленового каркаса 9 и слоисто-каркасной намотки полимерной нити 10 в виде чередования слоев спиралевидной замкнутой, сомкнутой и спиралевидной намотки (фиг.2, фиг.3, фиг.4).
Заявляемое устройство работает следующим образом. Молоко под давлением поступает через входной патрубок 5 в корпус 1 и распределяется по кольцевому зазору 4, при этом грубые механические и биологические примеси оседают на дно корпуса 1. Далее молоко поступает по проводящим каналам слоисто-каркасной намотки 10 фильтрующего элемента 3, при этом массивные жировые шарики без труда раздвигают ворсинки и легко следуют по проводящим каналам, а более легкие грязевые частички, удерживаемые ворсинками, застревают в каналах. Далее очищенное молоко поступает по выходному патрубку 6 в технологическую емкость. По окончании работы проводят санитарно-гигиеническую промывку устройства. Для этого перекрывают входной и выходной патрубки, открывают отверстия для промывки 6 и 7, через которые вводят и, соответственно, выводят растворы, используемые в молочной промышленности для обработки доильных аппаратов и молочного оборудования, и вымывают осадок, осевший на стенках корпуса и внешней стороне фильтрующего элемента.
Фильтрующий элемент рассчитан на очистку до 5-10 тонн парного молока (в зависимости от загрязненности молока). При фильтрации охлажденного молока эти показатели снижаются на 25%. Это связано с тем, что по мере остывания молока грязевые частички растворяются в молоке до состояния, когда ни один фильтр не сможет их задержать.
Периодический отбор проб молока установил, что заявленное устройство на 98% очищает молоко от механической грязи, понижая его бак обсемененность и повышая, таким образом, термостойкость, и на 50-60% снижает количество соматических клеток на 50-60% за счет удаления из молока гнойно-кровяных продуктов мастита. Изменения жирности, белкового состава, кислотности и плотности молока не обнаружены.
Источники информации:
1. Первичная обработка молока и его переработка в условиях фермерских хозяйств. И.В.Махновский, А.В.Лупов. http://www.ikc-apk.kuban.ru/otrasli/pererabotka/pervichnaja-obrabotka-moloka-i-ego-pererabotka-v-uslovijah-fermerskih-hozjajstv.
2. Патент РФ на изобретение №2229794 (Гусев М.Р. Пинаев А.С. Захаров Н.С. Ядрышнеков С.И.), 10.06.2004 г., «Фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки молока».
3. Патент РФ на изобретение №2317841 (Верхоломов Е.И. Ющенко С.В.), 27.02.2000 г., «Устройство фильтрации пищевых жидкостей, преимущественно молока».