УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫМОРАЖИВАНИЯ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к области пищевой и перерабатывающей промышленности, в частности концентрирования путем вымораживания жидких продуктов, точнее, сусла, сока, вина, молока и других пищевых жидкостей.
Известны различные устройства и методы подобного назначения. Известен метод Линка (Буртов О.А., Разуваев Н.И. «Методы концентрирования соков и вин» ЦНИИТЭИ Пищепром, Москва, 1971 г., с. 17) по вымораживанию жидких продуктов путем прямого контакта хладагента со сгущаемым (концентрируемым) продуктом. В данном случае хладагентом является сухой лед, который измельчают до кашицы и добавляют в сгущаемый продукт, который охлаждают в течение получаса, и полученную смесь разделяют на гидравлических прессах. Недостатком данного метода является прямой контакт хладагента с продуктом, способный отрицательно отразиться на качестве сгущаемого продукта, а также излишняя аэрация продукта.
Известен метод Струтерса (Буртов О.А., Разуваев Н.И. «Методы концентрирования соков и вин» ЦНИИТЭИ Пищепром, Москва, 1971 г., с. 18), в котором применяется соскабливание льда со стенок кристаллизатора, что уменьшает энергозатраты на процесс вымораживания и упрощает конструкцию кристаллизатора. Конструкция данного устройства не имеет теплопередающих поверхностей, а жидкость в кристаллизаторе находится с пропан-бутаном в непосредственном контакте, благодаря этому поддерживается температура жидкости ниже точки замерзания. Однако соскабливание льда со стенок кристаллизатора создает неудобство при его эксплуатации, а также излишняя аэрация продукта приводит к ухудшению его качества.
Наиболее близким к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков и принятым в качестве прототипа является (служит) устройство для получения путем вымораживания концентрированных жидких продуктов (патент на полезную модель UA 23162, МПК A23L 2/08, 2006.01). Полезная модель относится к области пищевой и перерабатывающей промышленности. Устройство содержит емкость для концентрируемого раствора с соединенными с холодильной системой стержневыми рабочими органами, на которых намораживаются блоки льда. В емкости с раствором установлен пьезокерамический излучатель с рабочей частотой 22 кГц, размещенный на вертикальной боковой стенке в середине толщи раствора. Система генерации акустических колебаний создает в растворе упругие механические колебания без принудительной циркуляции или перемешивания раствора, что позволяет эффективно влиять на толщину пограничного слоя на границе «блок лед-раствор» и на концентрацию сухих веществ в нем.
Анализ технических характеристик прототипа показал, что, наряду с достоинствами, имеются существенные недостатки: операция удаления льда со стержневым рабочим органом при эксплуатации устройства в производственных условиях создает значительное неудобство.
Общим недостатком выше отмеченных способов является сравнительно высокая стоимость технологических конструкций оборудования.
В основу заявленной полезной модели поставлена техническая задача:
упростить конструкцию устройства с уменьшением стоимости при его изготовлении и минимальными энергозатратами при вымораживании жидких продуктов;
повысить производительность труда и удобство обслуживания при вымораживании жидких продуктов с минимальной их аэрацией.
Поставленная техническая задача достигается тем, что заявленная полезная модель содержит три емкости с рубашками охлаждения (нагрева) (акратофоры), последовательно соединенные между собой трубопроводами, соединяющими емкости по продукту и хладагенту, с запорной арматурой в виде трехходовых и двухходовых кранов, насосные станции теплообменника и чиллерной установки, образующие поточное трехступенчатое вымораживание жидких продуктов. В качестве емкостей с рубашками охлаждения (нагрева) можно использовать уже имеющиеся на предприятии технологические емкости, оснащенные рубашками охлаждения, что в значительной степени снизит стоимость вымораживающей установки. Емкости для вымораживания могут использоваться как нержавеющие, так и стальные с внутренним эмалевым покрытием. Нижняя часть емкостей имеет сферическую или коническую форму. В состав чиллерной установки входят емкости с хладагентом и теплоагентом. Хладагентом служит раствор поваренной соли или этиленгликоль, который подается в межрубашечное пространство. Рабочими органами, на которых образуется лед, служат внутренние поверхности стенок емкостей, граничащие с рубашками охлаждения (нагрева), подключенными к холодильной системе. Наружная часть емкостей и трубопроводов по хладагенту термоизолированы. В верхней части емкости находится моющая головка, позволяющая разбрызгивать продукт по стенкам емкости при операции размораживания и ее санитарной мойки после освобождения от продукта.
Суть полезной модели поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема заявленного устройства.
Как показано на чертеже, устройство для вымораживания жидких продуктов содержит три емкости для вымораживания с рубашками (акратофоры) 1, 2, 3; трубопроводы с запорной арматурой, состоящей из трехходовых кранов 4-7, 11-14, 16-18, 27, 36, 44, 57, 58, 60, 62 и двухходовых кранов 8, 9, 24, 26, 28-35, 37-39, 41, 43, 45-55, 59, 61, 63, соединяющих емкости по продукту и хладагенту; моющую головку 15; рубашку охлаждения (нагрева) 19; центробежные насосы 5, 25, 42, 56; теплообменник 10; чиллер 20; теплообменник теплоагента 21; теплообменник хладагента 22; емкость с теплоагентом 23; емкость с хладоносителем 40, фреоновый компрессор 64, терморегулирующий вентиль 65, воздушный теплообменник 66.
Заявленное устройство работает таким образом.
Жидкий продукт для вымораживания насосом 5 в ламинарном режиме через систему трехходовых кранов 4, 6, 11, 12 при температуре плюс 6-8°С подается на вымораживание. Сначала подачу продукта насосом 5 через систему трехходовых кранов 4, 6, 11, 12 осуществляют в емкость 1. Затем, после первой ступени вымораживания при температуре хладоносителя минус 8°С (температура жидкого продукта минус 3°С), продукт насосом 5 через систему трехходовых кранов 16, 4, 6, 11, 12, 13 подают в емкость 2, где при данной температуре хладоносителя не выше минус 10°С осуществляют вторую ступень вымораживания (температура продукта не выше минус 4°С). Из емкости 2, после второй ступени вымораживания, продукт через систему трехходовых кранов 17, 16, 4, 6, 11, 12, 13, 14 насосом 5 поступает в емкость 3, где подвергается третей ступени вымораживания при температуре хладоносителя минус 13-14°С и температуре вымораживаемого продукта не выше 5-6°С. Затем, при достижении заданной кондиции, вымораживаемый продукт насосом 5 через систему вентилей 18, 17, 16, 4, 6, 7 подают на хранение.
Сепарирование пористого льда на стенках емкости происходит гравитационным способом, т.е. стеканием вымораживаемого жидкого продукта со стенок на дно емкости. После чего насосом 5 перекачивают в емкость для хранения, а пористый лед подвергают размораживанию.
Размораживание пористого льда осуществляют путем подачи теплоносителя в межрубашечное пространство емкостей и циркуляцией жидкости, полученной в результате таяния пористого льда с нижней части емкости насосом 5 через теплообменник 10 и омывающую головку 15, которая, разбрызгивая жидкость, полученную в результате таяния пористого льда по отепленным стенкам емкостей, позволяет более эффективно проводить оттайку льда.
Хладагент из емкости 40 насосом 42 через систему вентилей и трехходовых кранов 41, 43-47 подают в рубашку емкостей 19.
Кроме того, на чертеже также представлена упрощенная схема чиллера 20, основными составляющими которого является фреоновый компрессор 64, терморегулирующий вентиль 65 и два теплообменника 21, 22. Рабочим телом в чиллере 20 является хладон.
Чиллер 20 может эксплуатироваться в двух режимах: режим «чиллер» (непосредственно охлаждение хладагента), режим «тепловой насос» (охлаждение и нагрев рассола для разных этапов процесса вымораживания).
Режим «чиллер».
Хладагент поступает по возвратному трубопроводу от емкостей 1, 2, 3 и попадает в теплообменник 22, где за счет кипения хладона происходит его охлаждение. Далее хладагент сливается в бак 40, откуда подается насосом 42 либо на повторное охлаждение (режим аккумулирования ледяной воды), либо в рубашки емкостей 1, 2, 3 через трехходовой вентиль 44. В зависимости от того, в какой из емкостей (1, 2, 3) происходит процесс охлаждения, открыт соответствующий вентиль подачи хладагента в рубашку (47, 46, 45) и вентиль системы трубопроводов возврата (48, 49, 50). При этом вентили подачи и возврата теплоагента должны быть перекрыты.
«Снимаемое» тепло при охлаждении жидкого продукта за счет чиллера 20 передается в атмосферу с помощью воздушного теплообменника 66.
Режим «тепловой насос».
Режим «тепловой насос» отличается от режима «чиллер» только тем, что тепловая энергия, полученная хладагентом от жидкого продукта, не выбрасывается в атмосферу, а за счет теплообменника 21 передается теплоагенту.
Теплоагент из бака 23 насосом 25 подается либо на повторный нагрев (режим аккумулирования теплой воды) либо в рубашки емкостей 1, 2, 3 через трехходовой вентиль 27. В зависимости от того, в какой из емкостей (1, 2, 3) происходит процесс охлаждения, открыт соответствующий вентиль подачи теплоагента в рубашку (39, 38, 37) и вентиль системы трубопроводов возврата (33, 34, 35). При этом вентили подачи и возврата хладагента должны быть перекрыты.
В результате осуществления заявленной полезной модели получаем устройство для вымораживания жидких продуктов простой конструкции с минимальными затратами при его изготовлении и эксплуатации. Устройство способствует повышению производительности труда, удобству обслуживания, позволяет осуществлять минимальную аэрацию при вымораживании продуктов. Кроме того, устройство обеспечивает поточный режим трехступенчатого вымораживания с использованием работы холодильной установки в режиме чиллера (выработка холода) с одновременной работой в режиме теплового насоса (выработка тепла), позволяющем, кроме использования холода, использовать тепловую энергию, вырабатываемую холодильной машиной в процессе ее работы для технологической операции размораживания снежной шубы, а также применить прием рекуперации, что в комплексе позволяет значительно увеличить производительность вымораживающей установки, улучшить ее технологичность по сравнению с процессом простого вымораживания продукта в емкостях, а также эффективно применить энергосберегающие технологии в пищевой промышленности.