ПАСТЕРИЗАЦИОННО-ОХЛАДИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО МОЛОКА Российский патент 1995 года по МПК A23C3/02 

Изобретение относится к машиностроению для пищевой и молочной промышленности, а именно к установкам для тепловой обработки жидкого продукта, преимущественно молока, и может быть использовано на молочных заводах малой производительности, молочных кухнях, молочных фермах колхозов, совхозов и фермерских хозяйств.

Известна пастеризационно-охладительная установка ОПУ-10 [1], содержащая теплообменный аппарат с секциями пастеризации, регенерации и охлаждения, соединенный трубопроводами с выдерживателем, насосом для молока и приемным баком, а также с насосом подачи горячей воды и бойлером. Установка содержит также инжектор и систему управления.

Недостатком данной пастеризационно-охладительной установки является то, что для нагрева воды, подаваемой в секцию пастеризации теплообменника, приходится использовать острый пар с давлением 0,4-0,6 МПа от котельной. Образующийся при этом конденсат, как правило, не используется, а сливается в дренаж. Кроме того, для работы установки приходится использовать дополнительное оборудование, а именно: бак приготовления горячей воды, насос для подачи воды и инжектор.

Кроме того, в данной пастеризационно-охладительной установке неравномерная нагрузка теплообменной поверхности при обработке молока приводит к образованию слоя пригара со стороны обрабатываемого продукта.

Известна пастеризационно-охладительная установка [2], содержащая теплообменный аппарат со штангами и пластинами, образующими секции пастеризации, регенерации и охлаждения, выдерживатель, уравнительную емкость, систему автоматического управления с электрогидравлическими клапанами и трубопроводы. В данной установке пластины снабжены электронагревательными элементами, а на трубопроводах перед теплообменным аппаратом и между секциями пастеризации и регенерации установлены датчики количества молока, при этом штанги теплообменного аппарата выполнены электроизолированными и связанными с электронагревательными элементами.

Данная установка по сравнению с предыдущей обладает рядом преимуществ, которые выражаются в следующем. Применение в секции пастеризации комбинированных теплообменных пластин с электрическими нагревательными элементами, использование датчиков количества молока в потоке, снабжение установки устройством для автоматической промывки позволяет выдерживать по всей длине молочного тракта секции пастеризации равномерный температурный напор и уменьшает пригарообразование.

Однако наряду с перечисленными преимуществами данная установка обладает недостатками: потребляет острый пар, теряет конденсат, имеет сложное устройство.

Известна пастеризационно-охладительная установка производительностью 10000 л/ч [3] , содержащая теплообменный аппарат с секциями пастеризации, регенерации и охлаждения, уравнительную емкость и выдерживатель. Кроме того, установка снабжена насосом подачи молока, устройством приготовления горячей воды и насосом подачи горячей воды в секцию пастеризации теплообменного аппарата. Все устройства, входящие в состав установки, связаны трубопроводами.

Данная пастеризационно-охладительная установка, как наиболее близкая к изобретению по совокупности существенных признаков, принята в качестве прототипа.

Установка работает в двух режимах следующим образом.

А. Режим стерилизации.

В уравнительную емкость подается питьевая вода, включается насос подачи молока и происходит разогрев установки путем теплообмена циркулирующей воды в теплообменном аппарате и циркулирующей горячей воды в секции пастеризации. При этом за счет регенерации тепла в секции регенерации теплообменного аппарата происходит неравномерное распределение температур в аппарате (после отключения клапана горячего возврата).

На выходе из секции пастеризации температура воды максимальная (около 100^оС), а на выходе из секции регенерации - около 80^оС. Для стерилизации же теплообменного аппарата нужно иметь температуру на выходе из секции регенерации 90-95^оС. Разогрев теплообменного аппарата до этой температуры происходит медленно из-за вредного в этом случае влияния регенерации тепла и невозможности повышения температуру в секции пастеризации. Медленный разогрев приводит к потерям тепла.

После стерилизации установки приступают к пастеризации молока.

Б. Режим пастеризации.

Сырое молоко подается в уравнительную емкость. Из емкости оно насосом подается в секцию регенерации теплообменного аппарата, где подогревается пастеризованным молоком. Затем из секции регенерации молоко поступает в секцию пастеризации, где подогревается циркулирующей горячей водой до температуры пастеризации. Пастеризованное молоко направляется в выдерживатель, выдерживается при постоянной температуре и затем поступает в секцию регенерации, где отдает тепло сырому молоку. После этого пастеризованное молоко поступает в секцию охлаждения теплообменного аппарата, где охлаждается холодной водой.

Недостатком данной пастеризационно-охладительной установки является длительный разогрев ее в режиме стерилизации, который приводит к значительным потерям тепловой энергии.

Кроме того, для работы установки необходима горячая вода (100^оС), для приготовления которой требуется наличие специального оборудования и острого пара котельной. При этом образующийся конденсат пара в данной установке не используется, а сливается. Вместе с ним теряется тепло.

В настоящее время для создания молочных заводов малой производительности, которые можно использовать на молочных фермах совхозов, колхозов и фермерских хозяйствах, необходимы установки, которые требовали бы малого времени для разогрева, исключали образование пригара продукта и не требовали бы использования большого количества энергоносителей. Во всех рассмотренных выше пастеризационно-охладительных установках используются парокотельные для выработки острого пара, применяемого для приготовления горячей воды. Как правило, на фермах многих совхозов и колхозов, а также в фермерских хозяйствах парокотельных нет, но практически на всех есть электричество. Однако прямой нагрев молока электрическим током невозможен. Нагрев электрическим током через теплопередающую поверхность вызывает опасность сильного пригара при небольшом изменении режима пастеризации.

Однако, можно использовать электрическую энергию для нагрева воды и получения пара, которые можно использовать в пастеризационно-охладительной установке для получения пастеризованного молока с достижением предлагаемым изобретением следующих технических результатов:
сокращение времени разогрева установки;
исключение пригара на теплообменных поверхностях.

Для этого пастеризационно-охладительная установка для тепловой обработки жидких пищевых продуктов, преимущественно молока, включающая теплообменный аппарат с секциями пастеризации, регенерации и охлаждения, выдерживатель, уравнительную емкость и трубопроводы подачи продукта и его отвода из теплообменного аппарата, снабжена электропарогенератором с трубопроводами для подачи пара в нагревательную часть секции пастеризации теплообменного аппарата и отвода из нее конденсата, при этом парогенератор соединен трубопроводами с гидрозатворами с уравнительной емкостью и с трубопроводом отвода обработанного продукта.

Благодаря тому, что в предлагаемой пастеризационно-охладительной установке в режиме стерилизации разогрев циркулирующей воды осуществляется не в секции пастеризации, а перед подачей ее в секцию регенерации вредный в этом случае эффект регенерации тепла не проявляется и установка разогревается равномерно. Причем при большей температуре будет находиться холодная часть тракта выхода пастеризованного молока, где имеются самые благоприятные условия для развития бактерий. Кроме того, сокращается время разогрева при одинаковом расходе тепла.

После окончания разогрева и стерилизации установки подача воды в электропарогенератор прекращается и он сразу начинает производить пар, который по паропроводу подается в секцию пастеризации и нагревает молоко до температуры пастеризации.

Гидрозатворы предотвращают выход пара через штуцеры входа и выхода воды в парогенератор и выполняют роль предохранительных клапанов, предотвращающих повышение давления в парогенераторе выше заданного. Образующийся конденсат самотеком стекает в электропарогенератор и таким образом не требуется подпитка его водой. Циркуляция конденсата дает возможность избежать отложения накипи на нагревательных элементах, потери конденсата и тепла. Кроме того, исключается возможность пригара молока в секции пастеризации, так как температура пара в электропарогенераторе не превышает 100^оС поскольку он сообщен с атмосферой со стороны выхода конденсата. Таким образом, в секции пастеризации установки осуществляется мягкий нагрев молока.

Изобретение соответствует также критерию "промышленная применимость", так как ничто в предлагаемой пастеризационно-охладительной установке не противоречит ее техническому воплощению и применению в народном хозяйстве.

На чертеже представлена схема установки.

Пастеризационно-охладительная установка состоит из уравнительной емкости 1, насоса подачи молока 2, теплообменника 3, выдерживателя 4, переключающего клапана 5, электропарогенератора 7 с гидрозатворами 6 и 8 трубопроводов.

Установка работает следующим образом.

А. Режим стерилизации.

В уравнительную емкость 1 наливается питьевая вода и включается насос 2. Насосом вода подается в секцию регенерации Р теплообменника 3. Вода проходит секцию пастеризации П, выдерживатель 4, секцию регенерации Р и секцию охлаждения О. Оттуда вода через клапан 5 и гидрозатвор 6 поступает в электропарогенератор 7, а из него через гидрозатвор 8 - в уравнительную емкость 1. При появлении потока воды из гидрозатвора 8 подача питьевой воды в уравнительную емкость 1 прекращается. В этом состоянии электрический парогенератор заполнен водой и его можно включить для нагрева воды. В результате того, что нагрев воды происходит перед подачей ее в секцию регенерации Р, разогрев установки происходит быстрее и с меньшими потерями тепла в окружающую среду. После разогрева до нужной температуры нагревательные элементы могут временно отключаться, поддерживая температуру стерилизации постоянной (90-95^оС).

После окончания стерилизации установки подача воды в электрический парогенератор прекращается. С этого момента парогенератор начинает давать пар в секцию пастеризации.

Б. Режим пастеризации молока.

После опорожнения уравнительной емкости 1 в нее поступает сырое молоко, которое насосом 2 подается в секцию регенерации Р и подогревается горячей водой, которую вытесняют из теплообменника. Подогретое молоко направляется в секцию пастеризации П, в которой нагревается паром электропарогенератора до температуры пастеризации. Образующийся конденсат самотеком стекает в электропарогенератор, обеспечивая замкнутый цикл. Совмещение процесса нагрева воды и генерации пара увеличивает надежность электропарогенератора в работе, так как не требует специального контроля за уровнем воды в парогенераторе.

Температура пара в электропарогенераторе не превышает 100^оС, так как он сообщается с атмосферой со стороны выхода конденсата, что обеспечивает мягкий нагрев молока и исключение пригара при нарушении режима.

Нагретое молоко из секции пастеризации П поступает в выдерживатель 4, а оттуда - в секцию регенерации Р, где отдает тепло сырому молоку. В секции охлаждения О молоко охлаждается холодной водой. Охлажденное молоко поступает в устройство розлива.

Использование: тепловая обработка жидкого продукта, преимущественно молока. Сущность изобретения: пастеризационно-охладительная установка для тепловой обработки жидких пищевых продуктов, преимущественно молока, включает теплообменный аппапарат 3 с секциями пастеризации, регенерации и охлаждения, выдерживатель 4, уравнительную емкость 1 и трубопроводы подачи продукта и его отвода из теплообменного аппарата. Установка снабжена электропарогенератором 7 с трубопроводами для подачи пара в секцию пастеризации теплообменного аппарата. Парогенератор соединен трубопроводами с гидрозатворами 6 и 8 с уравнительной емкостью 1 и с трубопроводом отвода обработанного продукта. 1 ил.

ПАСТЕРИЗАЦИОННО-ОХЛАДИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО МОЛОКА, включающая теплообменный аппарат с секциями пастеризации, регенерации и охлаждения, выдерживатель, уравнительную емкость и трубопроводы подачи продукта и его отвода из теплообменного аппарата, отличающаяся тем, что она снабжена электропарогенератором с трубопроводами для подачи пара в нагревательную часть секции пастеризации теплообменного аппарата и отвода из нее конденсата, при этом электропарогенератор соединен трубопроводами с гидрозатворами с уравнительной емкостью и с трубопроводом отвода обработанного продукта.