КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕПЛООБМЕННАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к установкам для тепловой обработки жидких пищевых продуктов в потоке, и может быть использована, в частности, для производства стерилизованного молока и молочных продуктов.
Известна конструкция теплообменной установки, содержащей приемный бак, насос подачи продукта, выдерживатель, теплообменник, содержащий секции регенерации и охлаждения, выполненные пластинчатыми, а также секцию пастеризации, выполненную трубчатой [1]. Недостатком данной схемы является невозможность обработки продукта при температуре свыше 100°С, так как не предусмотрено устройств для создания и поддержания высокого давления в секции нагрева.
В теплообменной установке для высокотемпературной стерилизации, содержащей приемный бак, насос подачи продукта, выдерживатель, регулятор давления, все секции теплообменника выполнены трубчатыми [2]. Выполнение секций трубчатыми значительно повышает габариты и металлоемкость установки. Нагрев продукта до температуры стерилизации осуществляется подачей пара межтрубное пространство, что может вызвать пригар продукта.
Наиболее близким по технической сущности является конструкция теплообменной установки, содержащей пластинчатый теплообменник, состоящий из секции стерилизации, первой, второй, третьей секций регенерации и секции охлаждения, контур теплоносителя, контур ледяной воды, контур продукта, включающий соединенные трубопроводами приемный бак, насос подачи продукта, повысительный насос, большой выдерживатель, малый выдерживатель, регулятор давления и перепускной регулирующий клапан [3]. Недостатком данной конструкции является необходимость создания и поддержания повышенного давления в секциях пластинчатого теплообменника. В случае изменения давления теплоносителя
или продукта возможно нарушение герметичности, приводящее к попаданию теплоносителя в продукт, или вскипание продукта, приводящее к пригару.
Предлагаемая теплообменная установка содержит теплообменник, контур продукта, контур теплоносителя, контур ледяной воды. Теплообменник состоит из секции стерилизации, первой, второй и третьей секций регенерации, секции охлаждения, причем первая и вторая секции регенерации и секция охлаждения выполнены пластинчатыми, а секция стерилизации и третья секция регенерации трубчатыми. Контур продукта включает соединенные трубопроводами приемный бак, насос подачи продукта, малый выдерживатель установленный после секции стерилизации. Повысительный насос и большой выдерживатель последовательно установлены в контуре продукта между второй и третьей секциями регенерации. Частота вращения насоса подачи продукта и повысительного насоса может регулироваться.
Также в контуре продукта со стороны стерилизованного продукта между третьей и второй секциями регенерации установлен регулятор давления, между первой секцией регенерации и секцией охлаждения установлен перепускной регулирующий клапан, соединенный также с трубопроводом подачи продукта на фасовку.
Контур ледяной воды соединен трубопроводами с секцией охлаждения. В теплообменник возможна подача, как ледяной воды, так и горячей воды, например из контура теплоносителя.
Секция стерилизации, малый выдерживатель, третья секция регенерации, повысительный насос и регулятор давления могут быть смонтированы на отдельной раме в виде отдельного модуля. Такая конструкция позволяет при минимальной доработке использовать существующие пластинчатые пастеризационно-охладительные установки как для высокотемпературной обработки, так и для обычной пастеризации молочных продуктов.
Исполнение секции стерилизации и третьей секции регенерации трубчатыми позволяет обеспечить надежную работу установки, так как жесткая конструкция трубчатого теплообменного аппарата и малая рабочая поверхность уплотнений позволяют гарантировать надежную работу при высоких давлениях. Минимальное количество простых по конструкции уплотнений позволяет значительно снизить эксплуатационные затраты.
Расположение регулятора давления после третьей секции регенерации позволяет снизить давление, созданное повысительным насосом, перед подачей продукта во вторую секцию регенерации. Снижение давления на входе в секцию обеспечивает равенство давлений со стороны стерилизованного продукта и продукта подаваемого насосом подачи, что позволяет снизить количество секций, в которых необходимо поддерживать повышенное давление и выполнить их пластинчатыми. Преимуществом пластинчатого элемента является высокий коэффициент теплопередачи за счет большой площади теплообмена и повышенной турбулентности тонкослойного потока. Предварительный нагрев продукта в секциях регенерации повышает степень регенерации тепла, уменьшая энергопотребление.
В отличие от существующих схем [2], в которых используется регенерация «продукт/вода», теплота от нагретого продукта в первой секции регенерации отдается непосредственно продукту, а не промежуточному теплоносителю. Использование схемы регенерации «продукт/продукт» снижает тепловые потери, упрощает конструкцию установки и снижает ее металлоемкость, так как отпадает необходимость в дополнительных трубопроводах
Использование секции охлаждения как дополнительного подогревателя, за счет подачи горячей воды, например из контура теплоносителя, ускоряет разогрев при начале работы и санитарной обработке.
Регулирование частоты вращения насосов позволяет регулировать подачу продукта, подаваемого на фасовочно-упаковочный автомат. При уменьшении подачи продукта температура в секциях повышается и при определенной подаче может выйти за рамки регламентированных значений. Чтобы этого не произошло, дальнейшее уменьшение подачи достигается перепуском части продукта на повторную стерилизацию с помощью перепускного регулирующего клапана.
Данная полезная модель поясняется чертежом.
На фиг.1 приведена принципиальная схема комбинированной теплообменной установки.
Комбинированная теплообменная установка содержит теплообменник, контуры продукта, теплоносителя и ледяной воды. Теплообменник состоит из секции стерилизации 1 и третьей секции регенерации 2, выполненных трубчатыми, а также первой секции регенерации 4, второй секции регенерации 3 и секции охлаждения 5, выполненных пластинчатыми. Контур продукта на стороне нестерилизованного продукта включает соединенные трубопроводами приемный бак 6, насос подачи продукта 7, установленный после секции стерилизации малый выдерживатель 8, последовательно установленные в контуре продукта между второй 3 и третьей 2 секциями регенерации повысительный насос 10 и большой выдерживатель 9. Между первой 4 и второй 3 секциями регенерации может быть установлено оборудование для дополнительной обработки продукта, например гомогенизатор 11.
На стороне стерилизованного продукта между третьей 2 и второй 3 секциями регенерации установлен регулятор давления 12, а между первой секцией регенерации 4 и секцией охлаждения 5 установлен перепускной регулирующий клапан 13, соединенный также с трубопроводом подачи продукта на фасовку.
Контур ледяной воды соединен трубопроводами с секцией охлаждения 5. В секцию возможна подача как ледяной воды, так и горячей воды, например из контура теплоносителя.
Установка работает следующим образом.
Продукт, например молоко, из приемного бака 6 насосом подачи 7 подается в первую секцию регенерации 4, после которой поступает на дополнительную обработку - деаэрацию, сепарирование или, например, на гомогенизацию, осуществляемую гомогенизатором 11. После дополнительной обработки продукт поступает через вторую секцию регенерации 3 на повысительный насос 10 и через большой выдерживатель 9 (выдержка 20-30 секунд), поступает через третью секцию регенерации 2 в секцию стерилизации 1. После нагрева до температуры стерилизации продукт последовательно проходит малый выдерживатель 8 (выдержка 1-4 секунды), третью секцию регенерации 2, регулятор давления 12, вторую секцию регенерации 3, первую секцию регенерации 4 и через перепускной регулирующий клапан 13 отправляется на фасовочно-упаковочный автомат. Повышение давления в секции стерилизации, необходимое для того, чтобы продукт не закипел при температуре стерилизации (до 142°С), создается с помощью повысительного насоса 10 и регулятора давления 12.
После охлаждения продукта ниже 100°С в поддержании высокого давления в секциях теплообменника нет необходимости. Расположение регулятора давления 12 после третьей секции регенерации позволяет поддерживать высокое давление в трубчатых секциях 1, 2 и обычное в пластинчатых секциях 3, 4, 5. Таким образом в конструкции комбинированной установки сочетаются надежная работа при высоких давлениях трубчатых теплообменных аппаратов и компактность и эффективный теплообмен пластинчатых.
Санитарная обработка установки осуществляется за счет циркуляции воды или моющих растворов по замкнутому контуру: приемный бак 6 - теплообменник - регулирующий клапан 13 - приемный бак 6. Для быстрого
нагрева циркулирующей воды или моющих растворов секция охлаждения используется как дополнительный подогреватель. Для нагрева используется горячая вода подаваемая, например, из контура теплоносителя.
Снижение подачи продукта, необходимое для согласования работы установки с фасовочно-упаковочным автоматом достигается за счет уменьшения частоты вращения насосов 7 и 10. В случае использования гомогенизатора 11 соответственно изменяется и его частота вращения. Уменьшение частоты вращения снижает подачу продукта до определенного предела, обусловленного невозможностью поддержания заданных тепловых параметров. Дальнейшее снижение подачи осуществляется с помощью перепускного регулирующего клапана 13, направляющего часть продукта на повторную стерилизацию. Продукт после перепускного регулирующего клапана 13 поступает в секцию охлаждения 5, где охлаждается ледяной водой. После охлаждения температура продукта, подаваемого на повторную стерилизацию, равна температуре продукта, подаваемого в приемный бак 6. Равенство температур обеспечивает надежную работу установки, не изменяя ее температурный режим.
Использование предлагаемой установки позволяет совместить преимущества трубчатых и пластинчатых теплообменных аппаратов, обеспечивая экономичность, надежность работы и малую металлоемкость. Исполнение секций, работающих при высоком давлении в виде отдельного модуля позволяет при минимальной доработке существующие пластинчатые пастеризационно-охладительные установки как для высокотемпературной обработки, так и для обычной пастеризации молочных продуктов. Благодаря изменению подачи возможно согласование работы установки с фасовочно-упаковочным автоматом, при этом снижается количество продукта, направляемого на повторную стерилизацию.
Литература
1. Пластинчато-трубчатые установки марки ОПТ. Рекламный проспект фирмы «Агропром инжиниринг».
2. Новая отечественная установка для стерилизации продуктов. Рекламный проспект фирмы «Молмаш».
3. Русских В.М. Установка высокотемпературной обработки молока / Молочная промышленность, №12, 2005. С.82-83. - прототип.