СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ МАРГАРИНА ПРИ ЕГО ПРОИЗВОДСТВЕ Российский патент 2004 года по МПК A23L3/18 A23D7/05 

Изобретение предназначено для охлаждения пищевых продуктов и может быть использовано в технологическом оборудовании тепловой обработки продуктов в пищевой и перерабатывающей промышленности.

Известен способ тепловой обработки пищевых продуктов, при котором охлаждение продукта проводят через теплопередающую поверхность теплообменника, в котором продукт перемешивают. При этом поддерживают заданные технологическим процессом показатели продукта.

Этот способ осуществляют в многочисленном технологическом оборудовании пищевой промышленности [Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и жиров. Том 3. Книга вторая. Производство маргариновой продукции, майонеза и пищевой горчицы. Издание второе. Л., 1977, стр.89-96].

В частности, способ осуществляют в установке для высокотемпературной пастеризации молока, в танке для производства молочно-кислых продуктов, смесителе, уравнительном баке и переохладителе при производстве маргарина, теплообменном аппарате ТОМ-Л при производстве кондитерских и кулинарных жиров, вотаторах и агрегатах-теплообменниках при производстве майонеза и салатных приправ.

При этом холод и тепло производят в отдельных установках, а хладоноситель от них подают в рубашку межтрубного пространства теплообменника, который выполняют в виде "труба в трубе". Продукт во внутренней трубе перемешивают с помощью установленных в ней мешалок.

Для осуществления этого способа требуются существенные затраты тепловой мощности при нагревании продукта и холодильной мощности при его охлаждении.

При охлаждении, например, кондитерских и кулинарных жиров в теплообменном аппарате ТОМ-Л заданную технологическим процессом температуру жира на выходе из аппарата поддерживают путем циркуляции через рубашку между цилиндрами промежуточного хладоносителя (рассола), в замкнутый циркуляционный контур которого включают испаритель холодильной установки. Повышенное потребление холодильной мощности в этом случае обусловлено потерями холода в циркуляционном контуре рассола, связанными с большой разностью температур рассола и циркуляции среды и относительно низкой температурой кипения хладоагента в холодильной установке. Это приводит к увеличению потребляемой холодильной установкой мощности.

Известен способ для охлаждения жировой смеси, который осуществляют на установке, содержащей цилиндрический теплообменный аппарат с установленным в нем с возможностью вращения турбулизатором (вытеснительным барабаном с ножами) и аммиачную холодильную машину, включающую испаритель, конденсатор и компрессор. Испаритель охлаждает промежуточный холодоноситель (рассол), который циркулирует вокруг наружной поверхности цилиндра и через его стенки охлаждает жировую смесь [Руководство по технологии получения и переработке растительных масел и жиров. Том III. Книга вторая. Производство маргариновой продукции, майонеза и пищевой горчицы. Издание второе. ВНИИЖ. Л., 1977, стр. 148-149, 347-353].

Наличие вращающегося турбулизатора позволяет при осуществлении способа существенно увеличить интенсивность теплоотдачи от вязкой жидкости к стенкам цилиндра. К недостаткам таких установок относятся:

- потери холодильной мощности, обусловленные тепловыми сопротивлениями при теплопередаче от цилиндра к рассолу и от рассола к кипящему в испарителе аммиаку, а также потерями по пути следования рассола от испарителя к цилиндру;

- недостаточная надежность работы в связи с ограниченным сроком службы компрессора;

- вероятность загрязнения окружающей среды аммиаком.

Известен способ охлаждения маргариновой эмульсии на установке, содержащей цилиндр с установленным в нем турбулизатором (валом с ножами) и аммиачную холодильную машину, включающую совмещенный с цилиндром испаритель, конденсатор и компрессор [Руководство по технологии получения и переработке растительных масел и жиров. Том III. Книга вторая. Производство маргариновой продукции, майонеза и пищевой горчицы. Издание второе. ВНИИЖ. Л., 1977, стр. 89-96 (прототип)].

При осуществлении способа на этой установке наблюдаются меньшие потери холода в связи с уменьшением теплового сопротивления при передаче тепла от маргариновой эмульсии к аммиаку и потерь холода с рассолом.

Однако часть холодильной мощности теряется при передаче тепла от маргариновой эмульсии к кипящему аммиаку. Кроме того, следует отметить недостаточную надежность работы компрессора холодильной машины и вероятность загрязнения окружающей среды аммиаком.

Наиболее близким к данному изобретению является способ охлаждения эмульсии маргарина при его производстве, предусматривающий подачу ее под давлением в теплообменный аппарат, стенки корпуса которого имеют внутреннюю охлаждающую цилиндрическую поверхность, постоянное механическое воздействие на эмульсию и перемещение ее при помощи вращающегося вала (Технология переработки жиров. Б.Н. Тютюнников, М., 1979, стр. 347-353).

Согласно этому способу охлаждение производят в аппарате - вытеснительном охладителе (Вотаторе) в условиях интенсивного перемешивания до температуры на 1-2 град. ниже температуры застывания маргарина. Для этого температуру рассола в рубашке охладителя поддерживают в пределах от минус 14 до минус 17°С.

Вытеснительный охладитель (Вотатор), предназначенный для переохлаждения и механической обработки эмульсии маргарина, представляет собой несколько последовательно соединенных теплообменных аппаратов, имеющих рубашку для хладоагента. Внутренние цилиндрические стенки корпуса являются охлаждающей поверхностью. Внутри каждого корпуса располагаются вращающиеся со скоростью 400-700 об/мин полые валы, на поверхности которых установлены откидные ножи-скребки. Число теплообменных аппаратов, связанное с производительностью установки, колеблется от 1 до 4. Они располагаются в ряд по горизонтали или один над другим. Эмульсию подают в установку из гомогенизатора под давлением 2,5-3 МН/м² с температурой 34-36°С. Пройдя последовательно все секции вотатора, она выходит из него с температурой 10-14°С. В камере испарения аммиака температура колеблется от минус 10 до минус 14°С. Охлаждение маргариновой эмульсии осуществляют путем подачи хладоагента-аммиака в камеры испарения вотатора. Перемешивание эмульсии обеспечивают за счет вращения вала вотатора. Через вал непрерывно прокачивают горячую воду, что предотвращает налипание охлажденной эмульсии на рабочих частях вала.

Расход холода на 1 т маргарина составляет 138 МДж (33000 ккал) Заданную технологическим процессом температуру эмульсии на выходе из переохладителя при этом способе поддерживают за счет испарения хладона (аммиака) непосредственно в рубашке между цилиндрами.

При осуществлении этого способа отпадает необходимость в замкнутом циркуляционном контуре промежуточного хладоносителя, в связи с чем уменьшаются потери холода в окружающую среду и исключаются затраты энергии на прокачку промежуточного хладоносителя.

Однако при осуществлении этого способа для обеспечения заданной технологическим процессом температуры маргариновой эмульсии на выходе из переохладителя необходимо поддерживать относительно низкую температуру кипения хладоносителя. Это приводит к увеличению потребляемой холодильной установкой мощности, что ведет к увеличению удельного потребления энергии на единицу производимого пищевого продукта.

К недостаткам данного способа также относится неравномерность охлаждения эмульсии продукта ввиду того, что происходит возникновение точек кристаллизации в первую очередь возле цилиндрических стенок корпуса, что приводит к неоднородному затвердеванию эмульсии, что препятствует равномерному вращению вала с постоянной скоростью. При этом скорость вращения вала уменьшается и снижается производительность аппарата.

Задачей изобретения является разработка способа охлаждения эмульсии пищевого продукта при его производстве. Разработанный способ обеспечивает снижение затрат энергии на тепловую обработку продукта.

Технический результат выражается в том, что при определенной постоянной скорости перемещения вала и скорости перемещения продукта и наличии термоэлектрической батареи на плоских гранях наружной поверхности корпуса обеспечивается равномерность охлаждения продукта и равномерное образование точек кристаллизации.

Повышаются производительность и надежность работы аппарата, экологическая безопасность и энергетическая эффективность.

Задача решается следующим образом.

Способ охлаждения эмульсии маргарина при его производстве предусматривает подачу эмульсии под давлением в теплообменный аппарат, стенки корпуса которого имеют внутреннюю охлаждающую цилиндрическую поверхность, постоянное механическое воздействие на эмульсию и перемещение ее при помощи вращающегося вала. Способ отличается тем, что скорость перемещения продукта поддерживают в пределах 3,45-6,89 м/сек при скорости вращения вала 750-1440 об/мин, при этом производят поддержание постоянной температуры внутренней охлаждающей поверхности стенок посредством термоэлектрической батареи, холодные спаи которой расположены на наружной поверхности корпуса, имеющей в месте их установки плоские грани.

Тепловая мощность, подаваемая на термоэлектрическую батарею, составляет 2.5-5.0 Вт/см² теплопередающей поверхности теплообменного аппарата.

Способ осуществляют на установке, схематично представленной на чертежах, где

на фиг.1 показан поперечный разрез цилиндрического аппарата с установленной на нем термоэлектрической батареей;

на фиг.2 - гидравлическая схема установки при работе ее в теплый период года;

на фиг.3 - гидравлическая схема установки при работе ее в переходный и холодный периоды года.

Установка содержит (фиг.1) теплообменный аппарат, корпус 1 которого имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность. Наружная поверхность корпуса 1 имеет плоские грани. В корпусе 1 установлен с возможностью вращения вал 2 с ножами 3. Установка содержит термоэлектрическую батарею 4 с питанием от сети 5 постоянного тока. Холодные спаи батареи 4 расположены в наружной поверхности корпуса 1, а горячие спаи этой батареи имеют теплообменник 6.

Корпус 1 (фиг.2, 3) может быть включен, например, в циркуляционный контур 7 маргариновой смеси, а теплообменник 6 - в контур водопровода 8.

В холодный период года установленный в потоке наружного воздуха дополнительный теплообменник 9 с вентилятором 10 образует с теплообменником 6 замкнутый циркуляционный контур теплоносителя, включающий, например, насос 11 и трехходовые краны 12 и 13.

При подаче питающего напряжения от сети 5 и работе установки в режиме охлаждения в теплый период года холодные спаи термоэлектрической батареи 4 находятся на наружной поверхности корпуса 1, а находящаяся в нем смесь охлаждается. Отводимая от смеси тепловая и потребляемая батареей 4 мощность через горячие спаи и теплообменник 6 поглощается циркулирующей через него водопроводной водой из контура водопровода 8 (фиг.2).

При температуре наружного воздуха в переходный и холодный периоды года ниже температуры воды в водопроводе теплообменник 6, трехходовые краны 12, 13, теплообменник 9 и насос 11 образуют замкнутый циркуляционный контур (фиг.3). Отводимая от эмульсии в корпусе 1 тепловая мощность батареей 4 выводится в наружный воздух через теплообменник 9 с помощью вентилятора 10.

При эксплуатации установки обеспечивается надежность ее работы, экологической безопасности за счет исключения из холодильного цикла жидкого хладоагента и компрессора, а также уменьшение потребляемой установкой мощности.

Способ обработки эмульсии пищевого продукта осуществляют следующим образом.

ПРИМЕР 1.

В корпус 1 теплообменного аппарата длиной 1. 13 м, имеющего радиус внутренней цилиндрической стенки 0,0508 м, и вал 2 с радиусом 0,0405 м для тепловой обработки при производстве маргарина, подают эмульсию маргарина для охлаждения.

Количество последовательно соединенных корпусов - 3. Внутренние стенки корпуса являются охлаждающей поверхностью. Температуру внутренней поверхности стенок поддерживают постоянной - 10°С±2°С. Внутри корпуса расположен полый вал, вращающийся со скоростью 750-1440 об/мин, на поверхности которого устанавливаются откидные ножи-скребки. Эмульсия маргарина поступает в аппарат из гомогенизатора под давлением 2,5-3 МН/м² с температурой 34-36°С. Под действием вращающегося вала эмульсия подвергается перемещению со скоростью 3,45-6,89 м/сек. Скорость перемещения является необходимой и достаточной для равномерного охлаждения всей массы эмульсии в процессе перемещения.

На термоэлектрическую батарею от внешнего источника тока подают тепловую мощность 5,0 Вт/см², в результате чего температура внутренней поверхности цилиндра поддерживается постоянной. Охлаждение маргариновой эмульсии осуществляют по всей длине теплообменного аппарата, и маргариновая эмульсия выходит из аппарата с температурой 14°С.

Расход холода на 1 т маргарина составляет 138 МДж (33000 ккал). Производительность установки составляет 2500 кг/час.

Указанные скорость вращения вала, скорость перемещения продукта и давление, при котором эмульсию маргарина подают в установку, обеспечивают более частый контакт единицы объема продукта с охлаждающей стенкой, равномерное образование большего количества центров кристаллизации и мелких кристаллов.

Изобретение обеспечивает также снижение потребления энергии на единицу пищевого продукта.

Использование изобретения позволяет по сравнению с прототипом уменьшить потребление электрической энергии в среднем на 47,7%.

В таблице приведены данные по экономии потребляемой энергии в зависимости от скорости вращения вала и перемещения пищевого продукта внутри аппарата.

Изобретение предназначено для использования в пищевой промышленности при тепловой обработке пищевых продуктов. Способ охлаждения эмульсии маргарина при его производстве предусматривает подачу продукта под давлением непрерывным потоком в корпус теплообменного аппарата. Внутренние стенки последнего являются охлаждающей поверхностью. Пищевой продукт подвергают тепловой обработке при постоянном механическом воздействии и перемещении продукта при помощи вращающегося вала. Скорость перемещения продукта поддерживают в пределах 3,45-6,89 м/сек. Скорость вращения вала 750-1440 об/мин. На теплопередающей внешней поверхности корпуса установлена термоэлектрическая батарея. Она подключена к внешнему источнику тока. Температуру внутренней поверхности корпуса теплообменного аппарата поддерживают постоянной. Холодные спаи термобатареи расположены на наружной поверхности корпуса, имеющей в месте стыковки плоские грани. Изобретение обеспечивает снижение затрат электроэнергии на тепловую обработку продукта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ охлаждения эмульсии маргарина при его производстве, предусматривающий подачу эмульсии под давлением в теплообменный аппарат, стенки корпуса которого имеют внутреннюю охлаждающую цилиндрическую поверхность, постоянное механическое воздействие на эмульсию и перемещение ее при помощи вращающегося вала, отличающийся тем, что скорость перемещения продукта поддерживают в пределах 3,45-6,89 м/с при скорости вращения вала 750-1440 об/мин, при этом производят поддержание постоянной температуры внутренней охлаждающей поверхности стенок посредством термоэлектрической батареи, холодные спаи которой расположены на наружной поверхности корпуса, имеющей в месте их установки плоские грани.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на термоэлектрическую батарею от внешнего источника тока подают тепловую мощность 2,5-5,0 вт/см².