УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОМОГЕНИЗАЦИИ МОЛОКА
MILK HOMOGENISATION DEVICE

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к производству устойчивых мелкодисперсных продуктов - молока, сливок, смеси мороженого и т.д.
Известны устройства для гомогенизации, гомогенизирующая головка которых представляет собой вихревую трубу, в которой гомогенизация осуществляется на входе в вихревую гомогенизирующую головку и на выходе из нее, а также гомогенизирующие устройства, в которых гомогенизация осуществляется в центральной части вихря в субкавитационной зоне [1, 2]. Недостатком этих устройств является слипание жировых шариков после их раздробления, так как время пребывания жировых шариков в зоне гомогенизации недостаточно для образования оболочки.
Известен способ гомогенизации и устройство для его осуществления, в котором вихревая труба имеет тангенциально расположенное входное сопло, с торцевой стенкой и диафрагмой, установленной на выходе трубы, на противоположной от входа стороне [3].
Известно клапанное гомогенизирующее устройство с обширной субкавитационной зоной гомогенизации. Однако эти устройства не исключают возможности слипания раздробленных в ней жировых шариков, т.к. для обеспечения устойчивого эффекта гомогенизации необходима вторая ступень, при прохождении которой липидные оболочки стабилизируются [4, 5].
Наиболее близким к предлагаемому устройству является двухступенчатое вихревое устройство с осевым расположением обеих вихревых камер. Недостатком этого устройства является малая величина приосевой субкавитационной области вихревой трубы, которая является зоной гомогенизации [6].
Технический результат позволяет достичь повышения качества гомогенизации.
Технический результат достигается тем, что устройство для гомогенизации молока включает две ступени, каждая из которых состоит из вихревой гомогенизирующей головки с тангенциальным сопловым вводом и осевым выходом через диафрагму, отличающееся тем, что оси вихревых камер каждой ступени расположены под прямым углом, причем выходная диафрагма первой ступени является сопловым входом второй ступени, длина вихревой камеры каждой ступени относится к ее диаметру как (10÷14):1.
В протяженной приосевой зоне первой ступени происходит раздробление жировых шариков, а во второй ступени происходит стабилизация белковых оболочек на раздробленных жировых шариках [4, 5, 7].
Изобретение поясняется описанием и приложенными к нему чертежами.
На фиг.1 представлен разрез общего вида двухступенчатой вихревой гомогенизирующей головки; на фиг.2 - разрез А-А; на фиг.3 - разрез Б-Б.
Устройство для гомогенизации молока включает две ступени, каждая из которых состоит из вихревой гомогенизирующей головки с тангенциальным сопловым вводом и осевым выходом через диафрагму. Диафрагма первой ступени является сопловым входом второй ступени. В торце корпуса первой ступени 1 посредством резьбового соединения закреплена заглушка 2. Корпус первой ступени 1 имеет четыре отверстия 3 для крепления к плунжерному блоку. В корпусе имеется входное сопло 4, тангенциально соединенное с вихревой камерой 5 первой ступени. Корпус первой ступени 1 соединен с переходником 6 посредством резьбового соединения, переходник 6 в свою очередь соединен с корпусом второй ступени 7. В конце вихревой камеры 5 имеется диафрагма 8, являющаяся одновременно входным соплом второй ступени, тангенциально соединенным с вихревой камерой второй ступени 9.
В торце корпуса второй ступени 7 имеется заглушка 10 и нагнетательный патрубок 11. Нагнетательный патрубок 11 прижимает диафрагму 12 к корпусу второй ступени 7.
Диаметр отверстий входных сопел первой и второй ступеней подобран таким образом, чтобы поддерживать давление гомогенизации первой ступени - 12 МПа и второй - 3 МПа. Заглушки 2 и 10 предназначены для обслуживания и мойки вихревых труб.
Оси вихревых камер расположены под прямым углом α. Длина каждой ступени относится к ее диаметру как (10÷14):1. Такое соотношение диаметров обусловлено тем, что для одноступенчатой вихревой трубы [3] оптимальное соотношение длины к диаметру составляет (10÷30):1. Однако увеличение этого соотношения больше (10÷14):1 практически не дает повышения качества гомогенизации, так как из-за торможения потока область субкавитационной зоны сокращается. При двухступенчатой гомогенизации обеспечивается увеличение субкавитационной области за счет добавления второй ступени, подача в которую осуществляется под напором через сопло 8.
Устройство работает следующим образом.
Молоко поступает тангенциально в корпус первой ступени 1 через тангенциальное входное сопло 4. Поток жидкости закручивается в вихревой камере 5. В центральной части вихря образуется субкавитационная зона, являющаяся первой ступенью гомогенизации. Так как со стороны входа продукта установлена заглушка 2, то поток будет направляться в сторону переходника 6. При прохождении субкавитационной зоны жировые шарики молока дробятся. Наличие диафрагмы на выходе первой ступени обеспечивает прохождение всей массы гомогенизированного молока и соответственно всех жировых шариков через зону субкавитации. Полученный гомогенизированный продукт недостаточно устойчив, так как за время прохождения первой ступени на поверхности вновь образованных мелких жировых шариков не успевают стабилизироваться липидные оболочки. Для стабилизации липидных оболочек предусмотрено увеличение субкавитационной зоны за счет второй ступени 7. Диафрагма первой ступени 8 является входным соплом второй ступени, обеспечивая высокую скорость входа продукта во вторую ступень. Благодаря чему обеспечивается достаточно обширная зона субкавитации второй ступени, где происходит стабилизация липидных оболочек и исключается слипание жировых шариков при хранении молока.
Оси вихревых камер расположены под прямым углом α. Уменьшение угла α менее 90° приводит к торможению потока о торцевую стенку заглушки 10 и сужению его субкавитационной зоны. Увеличение угла α приводит к уменьшению окружной скорости и сокращению субкавитационной зоны в центре вихря.
Благодаря тангенциальной подаче продукта в вихревую камеру второй ступени 9 поток закручивается, превращаясь в вихрь, в центральной части которого образуется вторая субкавитационная зона, являющаяся второй ступенью гомогенизации. Далее поток направляется к диафрагме 12 и нагнетательному патрубку 11 на выход. Диафрагма второй ступени 12 выполняет ту же роль, что и диафрагма первой ступени.
Использование предлагаемой конструкции позволяет повысить качество гомогенизации.
Источники информации
1. Патент РФ №2138158, A01J 11/16, B01F 3/08. Устройство для гомогенизации жидкости/ Грановский В.Я.
2. Патент РФ №2246824, A01J 11/16, B01F 3/08. Устройство для гомогенизации/ Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Топал О.И., Петрачков Б.В.
3. Патент РФ 2321251 С2. Способ гомогенизации и устройство для его осуществления. Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Куленко А.В.
4. Барановский Н.В. Влияние гидравлических факторов на степень дисперсности жира при гомогенизации молока. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М., 1955, 182 с.
5. Тепел А. Химия и физика молока и молочных продуктов. - М.: Пищевая промышленность. 1979 - 622 с.
6. А.С. СССР №957802 А1, МКИ A01J 11/16. Устройство для гомогенизации жидкостей/ Г.А.Тэнспоэг, Л.Э.Вальдма, П.К.Калласс, Ю.Ю.Пирсо, В.В.Вайткус, С.Ю.Матиешка и Ю.Ю.Качергюс; заявлено 18.12.80; опубликовано 15.09.82, Бюллетень №34 - 4 с.
7. Положительное решение №2005122619/13(025486). Устройство для гомогенизации/ Фиалкова Е.А., Куленко В.Г., Куленко В.А; заявлено 19.07.2005.