ВАКУУМНЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ МОЛОКА Российский патент 1998 года по МПК A01J9/04 

Изобретение относится к молочной промышленности и к установкам, в которых не используется холодильная машина.

Известны охладители молока, содержащие открытую или герметизированную молочную ванну, в которых охлаждение молока осуществляется фреоновой холодильной установкой через промежуточный хладоноситель - ледяную воду (Зеликовский И.А., Каплан Л.Г. Малые холодильные машины и установки. М.: ПП, 1979; Применение холода в пищевой промышленности. - Справочник под ред. Кузьмина М.П. - М.: ПП, 1979).

Недостатком этих охладителей являются повышенные затраты энергии на охлаждение молока, так как отвод тепла от молока происходит через 2 металлические стенки: в молочной ванне и во фреоновом испарителе. Кроме того, фреоны разрушают атмосферный озон и подлежат запрету.

Наиболее близким к изобретению является охладитель молока по патенту РФ N 2033035 "Охладитель молока" авторов Ивановского Н.Н. и Криворотко В.Н. (Бюл. N 11), в котором охлаждение молока выполняется за счет вакуумного холодильного эффекта.

Этот охладитель содержит теплоизолированную и герметизированную молочную ванну с жидкостной и газовой полостями и вакуумную систему охлаждения, содержащую вакуумный насос с давлением ниже 1 КПа. Охлаждение молока происходит за счет частичного испарения воды из молока при вакуумировании молочной ванны. После снижения температуры молока до 6^oС (при давлении насыщения 1 КПа) вакуумный насос отключается с помощью термореле.

Прототип имеет ряд недостатков: повышенный расход энергии на охлаждение молока по сравнению с ГОСТ 11116-82, потеря массы молока при охлаждении, снижение качества теплоизоляции в период эксплуатации и др.

Целью изобретения является снижение расхода энергии и сохранении массы молока при его охлаждении, повышение надежности и эффективности охладителя молока.

Указанная цель достигается тем, что в вакуумном охладителе молока, кроме признаков, сходных с прототипом, имеются новые, отличительные признаки: вакуумный агрегат содержит насосы высокого и низкого вакуума и расположенный между ними конденсатор водяных паров; между накопителем молока и емкостью охлажденного молока установлена линия дросселирования молока, снабженная терморегулирующим вентилем; между конденсатором водяных паров и емкостью охлажденного молока установлена линия возврата конденсата, снабженная терморегулирующим вентилем; оболочка емкости охлажденного молока выполнена двухстенной и соединена с насосом высокого вакуума; между конденсатором водяных паров и насосом низкого вакуума установлен соленоидный вентиль.

Дополнительные конструктивные признаки создают следующий положительный эффект:
- снижают затраты энергии на охлаждение молока. В прототипе повышенные затраты энергии происходили вследствие высокой степени сжатия в вакуумном насосе (степень сжатия более 100). В предлагаемой конструкции используется два вакуумных насоса: высокого вакуума и низкого вакуума, с промежуточной конденсацией водяных паров в конденсаторе. Поскольку давление конденсации водяных паров определяется температурой охлаждающей воды и равно 5-6 КПа при температуре конденсации 30-35^oС, степень сжатия насоса высокого вакуума равна 5-6 (при давлении на всасывании 1 КПа), и затраты энергии в нем существенно уменьшатся. Расходом энергии в насосе низкого вакуума пренебрегаем, так как в режиме охлаждения молока он включается периодически на короткое время.

- интенсифицируют процесс вакуумного охлаждения за счет замены малоинтенсивного процесса испарения водяных паров с поверхности молока с постепенным снижением давления и температуры в течение 2-3 ч на процесс дросселирования. При дросселировании жидкости в дроссельном отверстии за счет эффекта дросселирования происходит мгновенное понижение температуры и давления жидкости и мгновенное образование паровой фазы с расчетным паросодержанием.

- снижают потери молока при вакуумировании. В прототипе вода, испарившаяся из молока в процессе вакуумного охлаждения, выбрасывалась в атмосферу. В предлагаемой установке после окончания работы конденсат, накопившийся в конденсаторе, передавливается в емкость охлажденного молока, и масса молока восстанавливается.

- повышают качество теплоизоляции. В прототипе использовалась поверхностная теплоизоляция, свойства которой при длительной эксплуатации ухудшались за счет увлажнения и механического разрушения. В предлагаемой установке теплоизоляция выполнена в виде двухстенной оболочки, которая подключена к вакуумной системе. Это обеспечивает высокое качество теплоизоляции, снижает потери холода и повышает эффективность установки.

Предлагаемый вакуумный охладитель молока схематично представлен на чертеже. Он состоит из накопителя молока 1, емкости 5 охлажденного молока, насоса 8 высокого вакуума. конденсатора 9 водяных паров и насоса 14 низкого вакуума. Накопитель молока 1 соединен с емкостью 5 линией 2 дросселирования, снабженной терморегулирующим вентилем (ТРВ) 3. Между емкостью 5 и конденсатором 9 установлена линия 7 возврата конденсата, снабженная ТРВ 6. Насос 14 соединен с конденсатором 9 откачной линией 11, снабженной соленоидным вентилем 13. Кроме того, установка снабжена молокопроводом 17, электровакууметром 12, регулятором давления 15 и запорным клапаном 16. Регулятор давления используется для подсоединения стандартной доильной системы.

Вакуумный агрегат подобран таким образом, чтобы поддерживать в емкости 5 температуру 6^oС, что соответствует давлению кипения 1 КПа.

Работа вакуумного охладителя молока происходит следующим образом. При включении вакуумного агрегата в работу в емкости 5 создается вакуум 1 КПа. После того, как в накопитель 1 поступает первая порция молока, на линии дросселирования открывается запорный клапан 16, и молоко начинает дросселировать через ТРВ 3. Образовавшиеся в процессе дросселирования пары откачиваются насосом высокого вакуума 8 и подаются в конденсатор. ТРВ 3 отрегулирован таким образом, чтобы уравнивать объем образовавшихся паров с производительностью вакуумного агрегата и постоянно поддерживать в емкости 5 вакуум 1 КПа.

Попавшие в конденсатор водяные пары конденсируются на поверхности змеевика 10 при температуре 30-35^oС и давлении 5-6 КПа и накапливаются в нижней части конденсатора.

Насос низкого вакуума 14 выполняет вспомогательную функцию по периодическому откачиванию из конденсатора неконденсирующихся газов (воздуха). Воздух в небольших количествах растворен в молоке, а также может натекать в вакуумную систему через неплотности. По мере накопления воздуха давление в конденсаторе повышается, и по сигналу электровакууметра 12 срабатывает соленоидный вентиль 13 и включается вакуумнасос 14. Воздух откачивается из конденсатора, и вакуумнасос отключается.

После охлаждения всей порции молока линия дросселирования 2 перекрывается запорным клапаном 16, и конденсат из конденсатора через линию 7 возврата конденсата передавливается в емкость охлажденного молока. Поскольку температура конденсата равна 30-35^oС, прямое передавливание конденсата приведет к повышению температуры охлажденного молока. Поэтому возврат конденсата выполняют через ТРВ 6, за счет чего его температура понижается до 6^oС. Дросселирование конденсата через ТРВ происходит при работающем вакуумнасосе 8 за счет разности давления в конденсаторе (Р = 5-6 КПа) и в емкости 5 (Р - 1 КПа).

Для подтверждения эффективности предлагаемой установки проведен расчет затрат энергии на охлаждение 250 кг молока.

Для такого количества молока был подобран вакуумный агрегат АВР-150 (Фролов Е. С. , Автономова И.В. и др. Механические вакуумные насосы. - М.: Машиностроение, 1989), в котором для высокого вакуума установлен вакуумный насос ДВН-150 и для низкого вакуума - вакуумный насос АВЗ-20Д. Технические данные агрегата АВР-150 следующие. Производительность при давлении всасывания 1 КПа 140 л/с; установленная мощность насоса ДВН-150 1,1 кВт; установленная мощность насоса АВЗ-20Д 2,2 кВт.

1. Масса образовавшихся водяных паров при дросселировании молока Mп:
Мп = Мм•х = 250•0,045 = 11,25 кг,
где х - паросодержание водяных паров в конце дросселирования при давлении 1 КПа и температуре 6^oС;
Мм - масса охлаждаемого молока.

2. Объем водяных паров, образовавшихся при дросселировании V:
V = Мп•V = 11,25•137 = 1541 м³,
где V = 137 м³/кг - удельный объем водяных паров на линии насыщения при температуре 6^oС.

3. Время, за которое вакуумный насос ДВН-150, сможет откачать образовавшийся объем водяных паров:

где Sн = 0,14•3600 = 504 м³/ч - производительность вакуумного насоса при вакууме 1 КПа.

Это время соответствует норме.

4. Мощность вакуумного насоса ДВН-150 на рабочем режиме

где Р_вс = 1 КПа -давление всасывания;
Р_нагн = 6 КПа - давление нагнетания;
η = 0,4 - эффективный КПД вакуумнасоса ДВН-150.

Очевидно, что установленная мощность вакуумного насоса ДВН-150 выше, чем рабочая, что объясняется запасом мощности на пусковом режиме.

5. Расход электроэнергии на охлаждение 250 кг молока:
- рассчитанный по рабочей мощности
Е₁ = Nр•τ = 0,627•3 = 1,88 КВт•ч;
- рассчитанный по установленной мощности
Е₂ = Nн•τ = 1,1•3 = 3,3 КВт•ч.

Расход электроэнергии на охлаждение молока регламентируется ГОСТ 11116-82 "Резервуары молочные" и равен 30 Вт/ч на охлаждение 1 кг молока. Для охлаждения 250 кг молока по ГОСТ требуется
Е₃ = 250•0,03 = 7,5 КВт•ч.

6. Сравнение расхода электроэнергии с ГОСТ 11116-82
по рабочей мощности
Е₁/Е₃ = 1,88 / 7,5•100 = 25%;
по установленной мощности
Е₂/Е₃ = 3,3 / 7,5•100 = 44%.

Экономия энергии очевидна: даже при расчете с запасом по установленной мощности она снижается более чем в 2 раза.

По сравнению с прототипом предлагаемый вакуумный охладитель молока обеспечивает высокую эффективность и надежность в работе.

Изобретение касается оборудования для охлаждения молока. Теплоизолированная и герметизированная емкость содержит газовую и жидкостную полость. Молоко в емкость поступает через линию дросселирования. Газовая полость соединена с вакуумным агрегатом, откачивающим водяные пары с поверхности молока. При охлаждении масса молока сохраняется. Затраты энергии на охлаждение молока снижены в 2 - 4 раза по сравнению с фреоновыми охладителями. Экологическая чистота достигается за счет отказа от фреонов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Вакуумный охладитель молока, содержащий накопитель молока, теплоизолированную и герметизированную емкость охлажденного молока с газовой и жидкостной полостями и вакуумный агрегат с давлением ниже 1 КПа, соединенный с газовой полостью емкости охлажденного молока, отличающийся тем, что вакуумный агрегат содержит насосы высокого и низкого вакуума и расположенный между ними конденсатор водяных паров, оболочка емкости охлажденного молока выполнена двухстенной и соединена с насосом высокого вакуума, а насос низкого вакуума соединен с конденсатором водяных паров посредством откачной линии, содержащей соленоидный вентиль. 2. Охладитель по п.1, отличающийся тем, что между конденсатором водяных паров и емкостью охлажденного молока установлена линия возврата конденсата, содержащая терморегулирующий вентиль.