УСТРОЙСТВО МОМЕНТАЛЬНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАСТЕРИЗАЦИИ И ГОМОГЕНИЗАЦИИ МОЛОКА
DEVICE FOR INSTANT LOW TEMPERATURE PASTEURISATION AND HOMOGENISATION OF MILK

Устройство относится к пищевой промышленности и предназначено для моментальной пастеризации молока и его гомогенизации.
Может быть использовано также для пастеризации пива и других пищевых продуктов.
Известно устройство моментальной пастеризации молока (см. пат. РФ № 2110701, F5/54), содержащее последовательно расположенные два сопла. В первое сопло подается пар, между первым и вторым соплом за счет эжекции всасывается жидкий пищевой продукт, например молоко, которое с паром образует двухфазный паромолочный поток. Во втором сопле в потоке создают ударную волну.
Ударная волна - это резкий скачок давления в потоке, который резко поднимает в паромолочном потоке температуру, то есть осуществляет пастеризацию молока и одновременно импульсом давления разбиваются жировые шарики молока, то есть молоко гомогенизируется.
Недостатком устройства является то, что за первым соплом число Маха (отношение скорости потока к скорости звука в нем) должно быть больше 1, а за другим равно 1, что затрудняет использование такого устройства, Кроме того, такое устройство требует значительных исходных энергозатрат по напору пара перед подачей его в первое сопло.
Известно устройство моментальной пастеризации и гомогенизации молока (см. пат. РФ № 2048115 6А3/02 С 3/02, A23L 3/16), в котором используется инжектор, сопло и его боковой патрубок, отводящий паровую фазу паромолочного потока.
Недостатком устройства является то, что оно требует больших энергозатрат. Так, пастеризация молока при смешении его с паром происходит при температуре +95°С. Для этого используется газоструйный эжектор с температурой пара +145°С. Это не только повышает энергозатраты устройства, но и усложняет его конструкцию.
Гомогенизация молока происходит после разделения его на жидкую и паровую фракцию.
При этом в жидкой фракции молока должен состоятся скачок давления, который возможен только при неполном разделении двухфазного потока с пузырьковой структурой.
Известно устройство моментальной и низкотемпературной пастеризации и гомогенизации молока (см. патент РФ № 2172107, 7А23С 3/02, 3/037 A23L 3/16. от 28.07.2000 г.) - прототип.
Устройство содержит цилиндрический корпус с центральным каналом, в котором расположено сопло и боковой патрубок для подачи молока. Сопло, расположенное в центральном канале корпуса, сообщается с источником пара и снабжено в закритической части сопла эжектирующими отверстиями, сообщающими полость сопла с боковым патрубком подачи молока. Внутри сопла по его оси проходит трубка, одним концом через сопловую насадку сообщающаяся с источником пара, а другой конец трубки выходит за сопло и на этом конце расположен излучатель акустических волн.
Недостатком устройства является сложность конструкции. Кроме того, акустический излучатель обрастает сухими веществами молока и перестает работать. Длина трубки велика и ее пар не эффективно принимает участие в пастеризации и гомогенизации молока.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что эжектирующие отверстия сопла расположены на участке критического сечения сопла, при этом конец трубки, сообщающийся через сопловую насадку с источником пара, находится в интервале от нижней границы критического сечения сопла и до окончания участка перехода критической части сопла в закритическую часть.
Более подробно сущность изобретения будет описана ниже.
На чертеже представлено устройство моментальной низкотемпературной пастеризации и гомогенизации молока.
Устройство (см. чертеж) состоит из цилиндрического корпуса 1, в центральном канале которого размещено сопло 2, сообщающееся с источником пара (на чертеже источник пара не показан). Сопло 2 снабжено фланцем 3, который опирается на фланец 4 корпуса 1. Критическое сечение сопла 2 имеет диаметр - d кр. Далее находится участок перехода L пер. критического сечения сопла в диффузор сопла.
Критическое сечение сопла снабжено эжектирующими отверстиями 5, расположенными в проточке 6. Корпус 1 соединяется с боковым патрубком 7 подвода молока. Место нахождения проточки 6 совпадает с патрубком 7. Сопло 2 снизу фиксируется резьбовой втулкой 8. Внутри сопла 2, по его оси, размещена трубка 9, снабженная в верхней части центрирующим перфорированным диском 10 и сопловой насадкой 11, а в нижней части отверстиями 12. Перфорированный диск 10 и фланец 3 сопла 2 герметизируются кольцом 13 и при помощи стяжной гайки 14 соединяются с паропроводом 15. Нижняя часть корпуса 1 соединяется с продуктопроводом 16.
Работает устройство следующим образом.
Пар подается по паропроводу 15 в сопловую насадку 11 и сопло 2. В конфузорной части сопла 2 пар разгоняется и в критической части сопла d кр, на расстоянии L кр, пар приобретает максимальную скорость и минимальное давление. В производственных условиях пастеризация и гомогенизация молока происходит при давлении пара 0,4 МПа, а внутренний диаметр молокопроводов составляет 36 мм.
В критическом сечении сопла создается разрежение и молоко, обтекая со всех сторон проточку 6, через эжектирующие отверстия 5 засасывается в сопло 2. В сопло 2 молоко поступает по патрубку 7. Отверстия 5 могут заглушаться, что необходимо для подбора режима работы устройства в зависимости от расхода пара и молока. Эжектируемое молоко со всех сторон обжимает струю пара, еще больше уменьшает проходное сечение критического сечения сопла 2 равномерно со всех сторон и пар, увеличивая скорость, увлекает за собой молоко. Так начинается процесс пастеризации молока.
При этом исключаются флуктации молока в паре, как это случается при инжекции.
При смешивании молока и пара молоко прогревается, снижается микробиальная обсемененность молока. Однако струя пара, обжимаясь молоком, ухудшает условия теплообмена между паром и молоком. Ухудшаются условия их перемешивания. В это время пар, поступающий через сопловую насадку 11 и трубку 9, разгоняется в ней и выбрасывается через отверстия 12 и осевой канал трубки 9, начинает прогревать молоко изнутри. В расширяющийся части диффузора сопла 2 двухфазный поток вспучивается, образует паромолочную пену, скорость звука в которой составляет 2÷3 м/с, при скорости потока более 5÷10 м/с.
Очевидно, что число Маха в этом случае, которое равно отношению скорости потока к скорости звука в этом потоке, будет больше 1. Звуковой барьер превзойден и при его переходе в потоке паромолочной пены возникает ударная волна, которая характеризуется резким повышением температуры в этом потоке, что и осуществляет моментальную пастеризацию молока. При том, что до ударной волны температура паромолочной смеси составляла +55÷60°С, которая определяется соотношением количества смешиваемых компонентов молока и пара. Конструкция устройства предельно проста. Конец трубки 9 не должен опускаться в закритическую часть сопла, так как это занимает объем в диффузоре сопла и отрицательно влияет на пенообразование смеси и препятствует уменьшению ее плотности, которая и снижает скорость звука в этом потоке.
Ударная волна разрушает жировые шарики молока, то есть гомогенизирует молоко.
Таким образом достигается технический результат - упрощение конструкции устройства моментальной и низкотемпературной пастеризации и гомогенизации молока.