Пастеризационная установка

Полезная модель относится к машиностроению в пищевой отрасли, а именно к поточным пластинчатым пастеризаторам, которые используются в линиях производства жидких пищевых продуктов - молочных продуктов, соков, напитков, для их нагрева в потоке с рекуперацией тепла.
Известна пастеризационная установка, которая имеет теплообменные секции пастеризации, рекуперации, выдерживания продукта, охлаждения, насос, уравнительный бак [патент РФ 19 RU 2110030, МПК: F28D 9/00, F28F 3/08, опубл. 1998 г.]. Указанные секции составляются из металлических пластин. Каждая из пластин имеет входные и выходные отверстия в угловых частях пластины, которые обеспечивают заданное движение сырья, теплоносителя, пастеризованного продукта, а также функционирование каждой секции теплообменника по назначению (секции нагрева, выдержки, регенерации, охлаждения).
Известен пластинчатый теплообменник, включающий секции пастеризации, рекуперации, выдерживания продукта, охлаждения [патент Украины на полезную модель UA 9612, МПК: F28F 3/04, опубл. 2005 г.]. Такая установка позволяет использовать тепло продукта, который выходит из секции выдержки, при помощи секции рекуперации.
Недостатком данных полезных моделей являются высокие затраты энергии на работу установки. Высокая цена на энергоресурсы повышает себестоимость готовой продукции, производимой при помощи подобных теплообменных установок, что делает ее неконкурентоспособной, а производство убыточным.
Наиболее близкой по технической сущности является пластинчатая пастеризационная установка [патент Украины на полезную модель №75925, МПК: А23С 3/02, опубл. 2012 г. ], выбранная в качестве прототипа. Известная установка содержит теплообменные секции пастеризации, рекуперации, выдержки продукции, охлаждения, насос, уравнительный бак, в конструкцию пастеризатора дополнительно включена секция подогрева продукта (например, молока), который идет на пастеризацию, установленная перед секцией рекуперации. Подогрев теплоносителя для указанной секции осуществляется в гелиоколлекторе, который соединен с секцией предварительного подогрева отдельным контуром. Даная полезная модель позволяет снизить затраты на энергоносители для осуществления технологического процесса пастеризации, поскольку использует тепло продукта, который выходит из секции выдержки при помощи секции рекуперации. Недостатком данной модели является низкий КПД использования гелиоколлектора.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение потребления энергии при осуществлении технологического процесса пастеризации.
Пастеризационная установка содержит теплообменные секции: рекуперации, нагрева, выдержки продукта, охлаждения проточной водой, охлаждения ледяной водой, секцию предварительного нагрева, насос, гелиооколлектор, соединенный с секцией предварительного подогрева продукта контуром подачи теплоносителя, регулирующий клапан и отличается тем, что она дополнительно содержит котел-водонагреватель и второй контур подачи теплоносителя, который объединяет гелиоколлектор с котлом-водонагревателем и секцией нагрева продукта в пастеризационной установке.
Секция подогрева продукта (например молока) установлена перед секцией рекуперации, подогрев теплоносителя для которой осуществляется в энергозамещающем устройстве - гелиоколлекторе, который соединяется с секцией предварительного подогрева отдельным контуром. Устройство отличается тем, что часть подогретой воды из гелиоколлектора поступает во второй отдельный контур, который объединен с котлом-водонагревателем и секцией нагрева продукта в пастеризационной установке. Таким образом, вода, подогретая в гелиоколлекторе, по отдельному контуру поступает в котел-водонагреватель, где доводится до необходимой температуры и подается в секцию нагрева продукта. Данная конструкция позволяет более рационально использовать потенциал гелиоустановки (источника возобновляемой энергии). Совокупность вышеуказанных признаков является достаточными условиями для достижения технического результата.
Полезная модель иллюстрирована графически (Фиг.), где:
1 - гелиоколлектор; 2 - клапан; 3 - насос; 4 - секция предварительного нагрева; 5 - секция рекуперации; 6 - котел-водонагреватель; 7 - секция нагрева; 8 - секция выдерживания; 9 - секция охлаждения проточной водой; 10 - секция охлаждения ледяной водой.
а
а
На чертеже изображен общий вид комплексной энергосберегающей установки, в которую включены пастеризационно-охладительная установка (4-10) и гелиоколлектор 1, с двумя отдельными включенными контурами ( и b), соединенными с секцией предварительного подогрева продукта 4 (контур ), с котлом-водонагревателем 6 и с секцией нагрева 7 (контур b). Указанные контуры включают регулирующий клапан 2 и насос 3 для циркуляции теплоносителя. Установка имеет секции: предварительного нагрева 4, рекуперации 5, нагрева 7, выдержки продукта 8, охлаждения проточной водой 9, охлаждения ледяной водой 10.
Предложенная конструкция работает следующим образом. Продукт (молоко), который подается на пастеризацию, поступает в секцию предварительного нагрева 4, где его температура повышается с 10-12°С до 28-32°С. Повышение температуры достигается путем конвективного теплообмена, где греющей средой выступает вода, нагреваемая в гелиоколлекторе 1 за счет солнечных лучей и поступающая через насос 3 по контуру а, а нагреваемой средой является молоко. Температура нагрева воды в гелиоколлекторе составляет 55…60°С. Далее продукт поступает в секцию рекуперации 5, где происходит второй этап конвективного нагрева продукта. Греющей средой в секции рекуперации выступает пастеризованное молоко. Температура нагреваемого молока повышается до 52-55°С. После этого продукт подается в секцию нагрева 7, где происходит подогрев продукта до температуры пастеризации 76-90°С. Подогрев продукта в секции нагрева 7 происходит за счет конвективного теплообмена между водой, поступающей по контуру b из котла водонагревателя 6 и молоком. Вода, нагреваемая в гелиоколлекторе 1 до 55…60°С, при помощи насоса 3, по второму отдельному контуру b, поступает для догрева в котел-водонагреватель, где эта вода догревается до температуры 95°С за счет использования уже традиционных энергоносителей - электроэнергии или пара.
Таким образом, затраты указанных традиционных энергоносителей происходят только в интервале температур 55…90°С, а подогрев продукта в интервале 10-52…55°С происходит практически без затрат традиционных энергоносителей, что и дает экономию электроэнергии. Благодаря второму контуру b, вода поступает в котел-водонагреватель не из водопровода, а подогретая гелиоколлектором до 55…60°С, и уже в котле доводится до 95°С традиционными нагревателями.
В зависимости от технологии, молоко может выдерживаться в секции 8 две-три минуты, после чего направляется в секцию рекуперации. Охлаждение пастеризованного продукта происходит также поэтапно: на первом этапе температура понижается в секции рекуперации 5 за счет конвективного теплообмена между пастеризованным молоком и молоком, поступающим на пастеризацию; на втором - за счет конвективного теплообмена с проточной водой, в секции охлаждения проточной водой 9, и лишь на заключительном этапе молоко охлаждается до 10-12°С при помощи ледяной воды в секции охлаждения ледяной водой 10.
Работа предложенной установки обеспечивает уменьшение затрат дорогостоящих энергоносителей, поэтому пастеризованная продукция имеет более низкую себестоимость при качественно выполненном процессе пастеризации.