УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ
INSTALLATION FOR THERMAL TREATMENT OF LIQUID

Изобретение относится к оборудованию для тепловой обработки пищевых продуктов, в частности для пастеризации жидких пищевых продуктов. Известно устройство для тепловой обработки жидкости [1] и проточный объемный счетчик надоя молока барабанного типа [2].
Известно, что достаточно эффективное обеззараживание жидких продуктов достигается в электрическом поле сверхвысокой частоты (2450 МГц). При этом задача сводится к повышению равномерности распределения напряженности электрического поля в обрабатываемой жидкости к обеспечению проточности жидкости, при минимальных изменениях ее физико-химических свойств. Предлагаемое изобретение предназначено для обеззараживания жидких продуктов в проточном режиме воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Технический результат заключается в увеличении производительности установки для нагрева проточной жидкости за счет использования энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (СВЧ).
Указанный технический результат достигается тем, что установка для тепловой обработки жидкости содержит внутри объемного резонатора СВЧ-генератора радиопрозрачный (например, из фторопласта) секционированный барабан в цилиндрическом радиопрозрачном корпусе с крышкой, с входным и выходным патрубками. Причем барабан, имеющий возможность вращения внутри корпуса, расположен в корпусе коаксиально на диэлектрической оси, установленной горизонтально. Барабан содержит по центру отверстие для входного патрубка.
На чертежах изображены установка для тепловой обработки жидкости и ее отдельные узлы.
На фиг.1 изображен общий вид установки для тепловой обработки жидкости (разрез сбоку).
На фиг.2 изображена схема работы секционированного радиопрозрачного барабана: а) заполнение камеры 1; б) опорожнение камеры 1 и начало заполнения камеры 2.
На фиг.3 изображен радиопрозрачный секционированный барабан (изометрия).
На фиг.4 изображен радиопрозрачный секционированный барабан (разрез, изометрия).
На фиг.5 изображен радиопрозрачный секционированный барабан (5) и крышка с прокладкой (6) (изометрия).
На фиг.6 изображен радиопрозрачный секционированный барабан без крышки (изометрия).
Установка собрана из 3 модулей: 1 модуль - СВЧ-генератор; 2 модуль -горизонтально расположенный цилиндрический корпус с крышкой из радиопрозрачного материала; 3 модуль - радиопрозрачный секционированный барабан. Установка содержит следующие основные элементы (фиг.1…6):
1 - объемный резонатор СВЧ-генератора; 2 - источник электромагнитных излучений СВЧ; 3 - фторопластовый цилиндрический корпус второго модуля; 4 - диэлектрическая крышка корпуса; 5 - радиопрозрачный секционированный барабан; 6 - диэлектрическая крышка барабана; 7 - камеры барабана; 8 - диэлектрическая ось для крепления барабана; 9 - диэлектрические подставки для крепления второго модуля к объемному резонатору; 10 - патрубок для вывода обработанной жидкости; 11 - трубопровод для вывода обрабатываемой жидкости; 12 - диэлектрические муфты для крепления оси барабана; 13 - канал для подачи молока; 14 - патрубок для подачи обрабатываемой жидкости; 15 - внутренний распределительный цилиндр барабана; 16 - канал для жидкости; 17 - щель.
В объемном резонаторе 1 с источником СВЧ-энергии 2 находится фторопластовый цилиндрический корпус 3 с диэлектрической крышкой корпуса 4. Этот корпус 3 с крышкой 4 расположен горизонтально внутри рабочей камеры, т.е. в объемном резонаторе 1. Внутри фторопластового цилиндрического корпуса 3 расположен радиопрозрачный секционированный барабан 5 с диэлектрической крышкой 6. В барабане 5 секции образуют камеры 7. Радиопрозрачный секционированный барабан с крышкой (5, 6) установлен на диэлектрическую ось 8 с возможностью вращения. Диэлектрическая ось 8 крепится на внутреннюю сторону крышки 4 и на диэлектрическую муфту 12. Фторопластовый цилиндрический корпус 3 крепится к рабочей камере с помощью диэлектрических подставок 9. К основанию фторопластового корпуса 3 приварен патрубок 10 для вывода обработанной жидкости, который соединен с трубопроводом 11 всей технологической линии. Для ввода обрабатываемой жидкости через канал 13 имеется диэлектрическая муфта 12 и патрубок 14. Все это (12, 13, 14) образует входной патрубок. Барабан (5, 6) внутри состоит из двух цилиндров (фиг.2): внутреннего распределительного 15 и наружного измерительного с тремя камерами. Каждая камера содержит канал для жидкости 16. Внутренний распределительный цилиндр имеет три щели 17.
Рабочая камера СВЧ-генератора с тыльной стороны имеет два отверстия, куда приварены трубопроводы (см. фиг.1). Эти трубопроводы выполняют две функции: 1 - соединяет установку со всей пастеризационно-охладительной системой для обеспечения циркуляции жидкости через электромагнитное поле сверхвысокой частоты; 2 - обеспечивает экранизацию потока излучения через отверстия. Поэтому диаметры отверстий в рабочей камере согласованы с диаметрами диэлектрических патрубков, которые состыкованы к корпусу. Трубопроводы надеты поверх патрубков и приварены сплошным швом к корпусу рабочей камеры и выполняют функцию волноводного фильтра, так как длина трубопровода в три раза больше, чем его диаметр. Радиопрозрачный секционный барабан с крышкой выполнен из фторопласта и имеет по центру отверстие (см. фиг.3, 4, 5), служащее каналом для подачи обрабатываемой жидкости, например молока.
Установка работает следующим образом. Открывают вентиль для подачи во входной патрубок (12, 13, 14) обрабатываемую жидкость. Включают СВЧ-генератор (1, 2). Жидкий продукт через входной патрубок поступает во внутренний распределительный цилиндр 15 барабана, откуда через щели 17 попадает в камеру I (фиг.2). Пока заполняется цилиндрическая часть камеры I, барабан не вращается. В это время центр тяжести системы «барабан - жидкость» находится на вертикали, проходящей через диэлектрическую ось 8 барабана. Равновесие системы нарушится в тот момент, когда жидкость начнет заполнять канал 16 и через щель 17 камеру II. При этом центр тяжести, перемещаясь влево, создает вращающийся момент, поворачивающий радиопрозрачный секционированный барабан (5, 6) против часовой стрелки. Заполнение камеры I прекратится, когда ее щель 17 поднимется над уровнем жидкости. При дальнейшем повороте радиопрозрачного секционированного барабана жидкость из этой камеры через канал 16 начнет поступать в корпус (3, 4). Камера II, постепенно заполняясь, переместится на место камеры I, которая в это время освобождается от жидкости. Из корпуса (3, 4), жестко установленного при помощи диэлектрических подставок 9 к объемному резонатору 1, жидкость сливается через выводной патрубок 10 и трубопровод 11 для вывода обработанной жидкости в специальную емкость. В процессе нахождения жидкости внутри радиопрозрачного секционированного барабана, а также при ее переливании через его камеры, т.е. из внутреннего распределительного цилиндра 15 в наружный цилиндр, жидкость подвергается воздействию электрического поля сверхвысокой частоты. В зависимости от дозы воздействия жидкость эндогенно нагревается до необходимой температуры и пастеризуется. Таким образом, при последовательном автоматическом заполнении и опорожнении камер радиопрозрачного секционированного барабана происходит эндогенный нагрев жидкости. Барабан будет вращаться до тех пор, пока поступление жидкости в него не прекратится.
Данная установка позволяет снизить энергетические затраты и обеззараживать жидкость по сравнению с действующей традиционной пластинчатой пастеризационной установкой. При СВЧ-пастеризации происходит селективный нагрев компонентов жидкости, за счет чего можно снизить температуру нагрева, например, для молока до 50°С, причем за счет специфического воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты происходит полное уничтожение вегетативной формы микроорганизмов. Установка включается между двумя секциями регенерации пластинчатого пастеризатора.
По сравнению с прототипом (1797466 A3), где эндогенный нагрев жидкости происходит в электромагнитном поле высокой частоты, образованном между плоским высокопотенциальным электродом и низкопотенциальным электродом, выполненным в виде корпуса из неферромагнитного материала. Использование электромагнитного поля сверхвысокой частоты в предлагаемом варианте увеличивает производительность установки, так как резко увеличивается скорость нагрева из-за увеличения частоты с 40,68 МГц (высокая частота) до 2450 МГц (сверхвысокая частота).
Степень снижения бактериальной загрязненности (ОМЧ - общее микробное число) жидкости зависит от дозы воздействия электрического поля сверхвысокой частоты, т.е. от мощности генератора и продолжительности заполнения и опорожнения камеры секционированного радиопрозрачного барабана.
Источники информации
1. Патент №1797466 «Устройство для тепловой обработки жидкости».
2. Ковалев Ю.Н. Аппараты молочных линий на фермах. М.: Агропромиздат, 1985, с.22.