ПОЛНОКОМПЛЕКТНАЯ МОЛОЧНАЯ ПАСТЕРИЗАЦИОННО-ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2011 года по МПК A01J9/04 A23C3/04 F25B39/02 

Изобретение применяется в сельском хозяйстве и предназначено для ежедневного сбора 1000…3000 литров молока от индивидуальных фермерских хозяйств (ИФХ), его последующей пастеризации, охлаждения и отгрузки бидонами в пункты общественного питания, либо упаковки для розничной сети. Устанавливается в деревенских молокоприемных пунктах, преимущественно используется в сочетании с упаковочными автоматами для продажи пакетов пастеризованного молока через розничную торговую сеть, что позволяет удвоить и утроить выручку ИФХ от молочно-товарного животноводства.

Известны молочные пастеризационно-холодидьные установки по заявкам на изобретение №2010119626 и №2009117594 [1, 2], а также по патенту №2388217 от 23.01.2009 года [3], предназначенные для пастеризации (прогрева до 76°С) и последующего охлаждения молока перед отгрузкой потребителями или перед упаковкой.

Они содержат термоизолированный прямоугольный резервуар со щелевым испарителем, встроенным в днище [2] или боковины [1], мотор-редуктор с мешалкой на верхней крышке (траверсе), компрессорно-конденсаторный агрегат, соединенный трубопроводами нагнетания и всасывания со входом (инжектором) и выходом (коллектором) щелевого испарителя. В инжектор после пастеризации при охлаждении впрыскивается жидкий хладон, из коллектора отсасывается испаренный, что охлаждает молоко с 34 до 4°С.

Нагрев молока осуществляется от водонагревательного бака с ТЭНами через щелевую водяную рубашку, встроенную соответственно в днище [1] или боковины [2], либо непосредственно через дисковые ТЭНы, прижатые к боковинам [3]. Поскольку охлаждение отпастеризованного молока с температурой +76°С щелевым испарителем за счет кипения фреона невозможно, из-за критичного роста давления кипения до 35 атм, то отпастеризованное молоко предохлаждают вначале до 34°С за счет циркуляции водопроводной (артезианской) воды через щелевую водяную рубашку [1, 2] либо через погружной змеевик нагреватель-охладитель [3].

Их общим недостатком [1, 2, 3] является циркуляционное водопроводное или артезианское предохлаждение, требующее больших объемов холодной воды, сбрасываемой в канализацию, с соотношением объемов к молоку не менее 1:1.

С другой стороны, известны термоизолированные ванны пастеризации 1000 л молока Г2-ОПБ-1000, описанные на сайте www.deltamol.ru [4]. Они содержат мотор-редуктор с мешалкой, герметичную кольцевую полость вокруг вертикальной цилиндрической ванны с молоком, в которую сначала полтора часа подается горячий пар 95°С с расходом 150 кг, а затем ледяная вода +2°С с расходом 5 м.куб. в час. Регулируются потоки сложной электропневомгидроавтоматикой, такое энерго- и холодоснабжение доступно только на крупных и средних молокозаводах и не может применяться в условиях российской деревни. Известны также отечественные универсальные пластинчатые пастеризационно-охладительные установки ОГУ-2.5 производительностью 2500 л/час, описанные на сайте www.protex.ru [5], и германские установки полной пастеризации молока производительностью 5000 л/час, описанные на сайте www.trubatec.org. [6] Они нагревают молоко горячим паром через пластинчатые теплообменники, после чего охлаждают отпастеризованное молоко ледяной водой через такие же многосекционные пластинчатые теплообменники. Время выдержки потока молока при прогреве до 78°С составляет 25 с, затем происходит охлаждение до 4°С. Установки содержат сложнейшую интегральную систему управления, гидропневматику, множество молочных насосов, расходомеров, дополнительных теплообменников, электромагнитных пневмо- и гидроклапанов, программируемых промышленных контроллеров.

Они обладают повышенной производительностью, мощностью по расходам пара и ледяной воды, большими массо-габаритными характеристикам и большой ценой, что доступно крупным молочно-товарным фермам, но делает неприемлемым их использование непосредственно в деревнях.

Известны также пастеризационные молочные цеха КОЛАКС-1001, на 1000 л в сутки, описанные на сайте www.colaxm.ru [7], содержащие цилиндрическую вертикальную ванну длительной пастеризации на 500 л молока ⌀800 мм, Н 1000 мм с кольцевой герметичной полостью вокруг внутреннего резервуара для подачи пара или горячей воды, а также бак - электроводонагреватель 120 л мощностью 25 кВт для производства обогрева. Кроме того, цех содержит пластинчатый охладитель с расходом воды 3 м³ за смену при температуре не более 6°С для охлаждения артезианской или ледяной водой. Время прогрева (пастеризации) 500 л молока составляет около 4-х часов.

Недостатком оборудования КОЛАКС-1001 является малая площадь теплообмена при частичном заполнении резервуара, что замедляет процессы длительной пастеризации молока при заполнении до 50%. Фактически в техпроцессе используется три теплообменных емкости: резервуар длительной пастеризации, бак - водонагреватель и пластинчатый охладитель, а также одна накопительная емкость готового продукта на 1000 л молока, что усложняет электропневмоавтоматику, снижает КПД, увеличивает габаритные размеры и стоимость, при этом все емкости нуждаются в теплоизоляции для уменьшения потерь холода и тепла.

Кроме того, снижение температуры охлаждающей воды (не более 6°С), обусловленное необходимостью охлаждения выходной температуры отпастеризованного молока, предполагает внешний холодильник либо артезианскую воду, что накладывает дополнительные проблемы при установке в необорудованных местах. Расход холодной (ледяной) воды будет также повышенным (троекратным) при постепенном доведении молока до требуемой температуры +4°С из учета 3 м.куб на 1000 л продукта вследствие снижения теплового напора (разницы температур) между молоком и охлаждающей водой в конце процесса. Периодическое обслуживание (промывка) пластинчатого охладителя также осложняется необходимостью ежемесячного удаления молочного камня и жира, связанного с проходом больших объемов молока через полости пластинчатого теплообменника, который требует частой механической разборки пластин и очистки. В засушливых районах бурение артезианской скважины не всегда возможно, да и стоит не менее 1 млн. рублей

Наиболее близкой из известных по технической сущности к предполагаемому изобретению (прототипом) является молочная пастеризационно-холодильная установка по заявке на изобретение №2010119626 от 17.05.2010.

Она содержит термоизолированный резервуар с мотор-редуктором, мешалкой, термодатчиком молока, щелевым испарителем в четырех боковинах и водяной рубашкой в днище, а также водонагревательный бак (ВНБ) с ТЭНами, электронасосом, напорным и сливным электромагнитными клапанами нагрева и компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) с соленоидным вентилем, трубопроводами связанный со щелевым испарителем боковин. Пастеризационный нагрев молока осуществляется с помощью электронасоса путем циркуляции воды из ВНБ через щелевую водяную рубашку, а предохлаждение опастеризованного молока с 76 до 34°С (к моменту подключения фреонового охлаждения от ККА) осуществляется за счет водопроводной (артезианской) воды, проливаемой через щелевую водяную рубашку в канализацию.

Основным недостатком прототипа является зависимость его функционирования от наличия артезианского водопровода и канализации с соотношением объемов прокачиваемой воды к перерабатываемому молоку, как 1,5÷1 либо 2÷1.

В месте расположения молокозаводов не всегда имеется артезианская скважина и канализация, а водонапорная башня находится на значительном удалении, и водопровод имеет ограниченные условные проходы (не более % дюйма), тогда как для быстрого предохлаждения отпастеризованного молока необходимо иметь не менее дюйма.

Бурение артезианской скважины (100 м) стоит не менее 1 млн. руб., что соразмерно со стоимостью всего молокоперерабатывающего оборудования.

Целью предлагаемого изобретения является реализация автономной полнокомплектной молочной пастеризационно-холодильной установки, независимой от наличия или отсутствия мощного водопровода или артезианской скважины, а также канализации.

С этой целью в полнокомплектную молочную пастеризационно-холодильную установку, содержащую термоизолированный молочный резервуар (МР) с мотор-редуктором, мешалкой, термодатчиком молока, щелевым испарителем в четырех боковинах и щелевой водяной рубашкой в днище, а также водонагревательный бак с ТЭНами, первым электронасосом, напорным и сливным электромагнитными клапанами нагрева и компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) с первым соленоидным вентилем, причем водонагревательный бак - через первый элетронасос и напорный и сливной электромагнитные клапаны нагрева - трубопроводами последовательно соединен со щелевой водяной рубашкой днища, а ККА - через первый соленоидный вентиль - трубопроводами соединен со щелевым испарителем четырех боковин, кроме того, выход термодатчика молока электрически связан с первым электронасосом, а также напорным и сливным электромагнитными клапанами нагрева, согласно изобретения введены термоизолированный водохолодильный резервуар (ВХР) со щелевым испарителем в днище и боковинах, мотор-редуктором, мешалкой, термодатчиком воды, а также вторым соленоидным вентилем и вторым электронасосом с напорным и сливным электромагнитными клапанами охлаждения, причем ВХР - через второй электронасос и напорный и сливной электромагнитные клапаны охлаждения - трубопроводами соединен со щелевой водяной рубашкой днища МР, ККА - через второй соленоидный вентиль - трубопроводами соединен со щелевым испарителем в днище и боковинах ВХР, а термодатчик молока электрически связан также со вторым электронасосом и с напорным и сливным электромагнитными клапанами охлаждения, кроме того, выход термодатчика воды электрически связан со вторым соленоидным вентилем.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена электрогидравлическая комбинированная схема полнокомплектной молочной пастеризационно-холодильной установки (ПМПХУ).

ПМПХУ содержит прямоугольный термоизолированный молочный резервуар 1 габаритами 130×200×85 см со щелевым испарителем 2, встроенным в четыре боковины, мотор-редуктор 3 с мешалкой 4 на верхней крышке 5. Компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) 6 включает в себя компрессор 7, конденсатор воздушного охлаждения 8, ресивер, фильтр, терморегулирующий вентиль (на чертеже не показаны), а также первый соленоидный вентиль 9. На днище молочного резервуара (МР) 1 размещена щелевая водяная рубашка 10 с размерами равнобедренных треугольных щелей h=10 мм - высота и a=64 мм - ширина основания. В нижней части молочного резервуара расположен термодатчик молока 11. ККА 6 через первый соленоидный вентиль 9 соединен трубопроводами нагнетания 12 и всасывания 13 со щелевым испарителем 2 боковин, расположенным в нижней части резервуара. Щели испарителя 2 имеют треугольную форму высотой h=3 мм и основанием d=32 мм.

ПМПХУ содержит также водонагревательный бак ВНБ 14 с ТЭНами 9 шт. х5кВт на 45 кВт, первым электронасосом 15, напорным 16 и сливным 17 электромагнитными клапанами нагрева молока. ВНБ 14 через первый электронасос 15 и напорный 16, а также сливной 17 электромагнитные клапаны нагрева - трубопроводами 18 последовательно соединен со щелевой водяной рубашкой 10. Выход термодатчика молока 11 через компаратор 19 «нагрева-охлаждения» электрически связан с первым электронасосом 15, а также напорным 16 и сливным 17 электромагнитными клапанами нагрева, и кроме того - через компаратор 20 «фреоновое охлаждение» с первым соленоидным вентилем 9.

В составе ПМПХУ содержится также термоизолированный водохолодильный резервуар ВХР 21 габаритами 1900×2000×1200 со щелевым испарителем в днище 22 и боковинах 23 общей площадью 5,1 м². ВХР 21 заполнен до краев водой через поплавковый клапан 24. ВХР 21 содержит мотор-редуктор 25 с мешалкой 26 и термодатчик воды 27, а также второй соленоидный вентиль 28 и второй электронасос 29 с напорным 30 и сливным 31 электромагнитными клапанами охлаждения. Причем ВХР 21 - через второй электронасос 29 и напорный 30 и сливной 31 электромагнитные клапаны охлаждения - трубопроводами 32 соединен со щелевой водяной рубашкой днища 10 молочного резервуара 1. Выход термодатчика молока 11 через тот же компаратор 19 «нагрева-олхлаждения» электрически связан с инвертирующим входом второго электронасоса 29 и напорного 30 и сливного 31 электромагнитных клапанов. Компрессорно-конденсаторный агрегат ККА6 - через второй соленоидный вентиль 28 - трубопроводами нагнетания 33 и всасывания 34 соединен со щелевым испарителем днища 22 и боковин 23 ВХР 21. Выход термодатчика воды 27 через компаратор 35 электрически связан со вторым соленоидным вентилем 28.

Работает ПМПХУ следующим образом. В исходном состоянии ВНБ 14 и ВХУ 21 заполнены водой через поплавковые клапаны, так что ТЭНы ВНБ 14 и щелевые испарители ВХУ имеют полный тепловой контакт с водой. Температура воды в ВХР составляет 2°С. После заливки молока в МР 1 включают ПМПХУ в режим пастеризации, в результате чего ТЭНы нагревают воду в ВНБ 14, включается первый циркуляционный электронасос 15 с напорным 16 и сливным 17 электромагнитными клапанами нагрева. Горячая вода из ВНБ 14, циркулируя по трубопроводам 18 через щелевую водяную рубашку 10 МР1, нагревает молоко. Мотор-редуктор 3 с мешалкой 4 обеспечивают хороший теплосъем и равномерный прогрев всего объема. Через полтора-два часа 1200…1700 л нагревается до 76°С, при этом температура воды в ВНБ 14 не превышает 90°С. Для надежной теплоизоляции верхняя крышка 5 молочного резервуара 1 уплотняется силиконовой эластичной манжетой. Молочно-кислые бактерии уже при +63°С уничтожаются и молоко при +76°С согласно санитарным нормам отпастеризовано. Термодатчик молока 11 через компаратор 19 с порогом переключения +76°С обесточивает первый электронасос 15 и напорный 16 и сливной 17 электромагнитные клапаны нагрева, одновременно включает второй электронасос 29 с электромагнитными клапанами 30, 31 охлаждения. Тем самым перекрывается поток горячей воды через водяную рубашку днища 10 МР1 по трубопроводам 18 и открывается циркуляционный поток холодной воды через второй электронасос 29 щелевую водяную рубашку днища 10 электромагнитные клапана охлаждения 30, 31 по трубопроводам 32. Происходит охлаждение молока в МР1. Поскольку воды в ВХР21 порядка 4500 л втрое больше, чем молока, то через 45 мин молоко достигает температуры 34°С, а вода подогревается в результате теплообмена до 10…12°С.

Поток тепла от молока в воде ВХР21 при включении второго соленоидного вентиля 28 от термодатчика воды 27 через компаратор 35, настроенный на +2°С, частично парируется испарением хладона от ККА6, поступающего в жидкой фазе через трубопровод 33 в щелевой испаритель днища 22 и боковин 23 ВХР21 и отсасываемого в паровой фазе по трубопроводу 34. Тем самым нарастание температуры воды в ВХР21 замедляется. Большая суммарная площадь щелевого испарителя ВХР21, по днищу 22 и боковинам 23, а также интенсивный теплосъем от мотор-редуктора 25 и мешалки 26 обеспечивают полное прокипание мощных потоков хладона.

Когда температура молока достигает 34°С, термодатчик молока 11 через компаратор 20 включает соленоидный вентиль 9 и жидкий хладон от ККА 6 по трубопроводу 12 поступает в щелевой испаритель боковин 2 молочного резервуара, возвращаясь в виде пара в ККА по трубопроводу 13. Начинается ускоренное двойное охлаждение молока в МР1: от циркуляции холодной воды через щелевую водяную рубашку 10 и от циркуляции хладона через щелевой испаритель боковин 2. Мешалка 14 обеспечивает полный теплообмен. При выравнивании температуры воды и молока, контролируемой по термодатчикам 11 и 27, оператор отключает второй циркуляционный электронасос 29 холодной воды, прекращая теплообмен между частично нагретой водой в ВХР21 и молоком. Дальнейшее охлаждение молока с +12…+15°С до +4°С (температура отгрузки) осуществляется только хладоном, циркулирующим по щелевому испарителю боковин 2 из ККА 6 по трубопроводам 12, 13 через первый соленоидный вентиль 9. При достижении +4°С (вторая установка компаратора 20) соленоидный вентиль 9 обесточивается, перекрывая поток жидкого хладона и останавливая дальнейшее охлаждение молока. Таким образом, нагреваясь за 2 часа, затем ускоренно охлаждаясь за 2 часа, отпастеризованное молоко через 4 часа подготовлено к отгрузке. После завершения цикла «пастеризации-охлаждения» подогретая вода в ВХР 21 при включенном от термодатчика воды 27 через компаратор 35 (его порог срабатывания +2°С) втором соленоидном вентиле 28 продолжает охлаждаться за счет испарения хладона в щелевом испарителе днища 22 и боковин 23. Еще через 2 часа температура воды в ВХР 21 уменьшается с 14 до 2°С и компрессор 7 ККА 6 останавливается. ПМПХУ подготовлена к следующему циклу.

При уменьшении объемов пастеризуемого молока в резервуаре 1 общее время переработки будет сокращаться, т.к. тепловые и холодильные потоки мощности остаются неизменными. Если уровень пастеризуемого молока в МР 1 ниже верхних щелей испарителя 2, то терморегулирующий вентиль (на чертеже не показан), управляющий потоком хладона через соленоидный вентиль 9, автоматически уменьшит заполнение щелевого испарителя 2 жидким хладоном до уровня молока, так чтобы исключить попадание жидкого хладона на всасывание компрессора 7.

Таким образом, ПМПХУ обеспечивает полный автономный замкнутый цикл «пастеризации-охлаждения» молока без внешнего водопровода и канализации.

Расходы воды по сравнению прототипом и аналогами уменьшаются в десятки раз. Расходуемая вода используется только для промывки молочного резервуара 1 в объемах до 150 л за смену после отгрузки отпастеризованного молока. Промывка молочного резервуара 1 при открытых замках и поднятых крышках 5 с учетом полного доступа к внутренней полости резервуара 1 не представляет никаких проблем по сравнению с пластинчатыми пастеризаторами, требующими ежедневной сборки-разборки. Еще одним достоинством заявляемого изобретения является повышение коэффициента использования ККА 6. В прототипе ККА после охлаждения молока отключается, а в предлагаемом изобретении он между пересменками аккумулирует холод в ледяную воду ВХР21, подготавливая ее к следующему циклу переработки.

Источники информации

1. Молочная пастеризационно-холодильная установка по заявке №2010119626 от 17.05.2010 г.

2. Молочная пастеризационно-холодильная установка по заявке на изобретение №2009117594 от 08.05.2009 г. с решением ФИПС о выдаче патента №2009117594/12 от 5 апреля 2010 г.

3. Молочная пастеризационно-холодильная установка по патенту RU 2388217 от 23.01.2009 г.

4. Ванна пастеризации молока Г2-ОПБ-1000, веб-сайт: www.deltamol.ru.

5. Универсальная пластинчатая пастеризационно-охладительная установка ОГУ-2.5, веб-сайт: www.protex.ru.

6. Установка полной пастеризации молока 5000 л/ч, веб-сайт: www.trubatec.org.

7. Пастеризационный молочный цех КОЛАКС-1001, веб-сайт: www.colaxm.ru.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложенная молочная пастеризационно-холодильная установка включает в себя термоизолированный прямоугольный молочный резервуар 1 с мотор-редуктором 3, мешалкой 4, термодатчиком молока 11, щелевым испарителем 2, установленным в четырех боковинах, и щелевой водяной рубашкой 10 в днище, водонагревательный бак 14 с ТЭНами, два электронасоса, напорный 16 и сливной 17 электромагнитные клапаны нагрева, компрессорно-конденсаторный агрегат 6 с первым соленоидным венетелем 9, термоизолированный водохолодильный резервуар 21 со щелевым испарителем 22 в днище и боковинах, мотор-редуктором 25, мешалкой 26, термодатчиком воды 27, вторым соленоидным клапаном 28. Второй электронасос 29 выполнен с напорным 30 и сливным 31 электромагнитными клапанами охлаждения. Водоохладительный резервуар 21 через второй электронасос 29 и напорный 30 и сливной 31 электромагнитные клапаны охлаждения соединен трубопроводами 32 с щелевой водяной рубашкой 10 днища молочного резервуара 1. Компрессорно-конденсаторный агрегат 6 через второй соленоидный вентиль 28 связан трубопроводами с щелевым испарителем 22 в днище и боковинах водоохладительного резервуара 21, а через первый соленоидный вентиль 9 - со щелевым испарителем 2 четырех боковин. Выход термодатчика молока 11 электрически соединен со вторым электронасосом 29, напорным 30 и сливным 31 электромагнитными клапанами охлаждения, первым электронасосом 15, напорным 16 и сливным 17 электромагнитными клапанами нагрева, первым соленоидным вентилем 9. Выход термодатчика воды 27 электрически связан со вторым соленоидным вентилем 28. Водонагревательный бак 14 трубопроводами 18 последовательно соединен со щелевой водяной рубашкой 10 через первый электронасос 15, напорный 16 и сливной 17 электромагнитные клапаны нагрева. Изобретение обеспечивает сокращение времени переработки молока, снижение расходов воды, повышение коэффициента использования компрессорно-конденсаторного агрегата. 1 ил.

Полнокомлектная молочная пастеризационно-холодильная установка, содержащая термоизолированный прямоугольный молочный резервуар (МР) с мотор-редуктором, мешалкой, термодатчиком молока, щелевым испарителем в четырех боковинах и щелевой водяной рубашкой в днище, а также водонагревательный бак с ТЭНами, первым электронасосом, напорным и сливными электромагнитными клапанами нагрева, и компрессорно-конденсаторный агрегат (ККА) с первым соленоидным вентилем, причем водонагревательный бак через первый электронасос и напорный и сливной электромагнитные клапаны нагрева трубопроводами последовательно соединен со щелевой водяной рубашкой днища, а ККА через первый соленоидный вентиль трубопроводами соединен со щелевым испарителем четырех боковин, кроме того, выход термодатчика молока электрически связан с первым электронасосом, а также напорным и сливным электромагнитными клапанами нагрева и первым соленоидным вентилем, отличающаяся тем, что в нее введены термоизолированный водохолодильный резервуар (ВХР) со щелевым испарителем в днище и боковинах, мотор-редуктором, мешалкой, термодатчиком воды, а также вторым соленоидным вентилем и вторым электронасосом с напорным и сливным электромагнитными клапанами охлаждения, причем ВХР через второй электронасос и напорный и сливной электромагнитные клапаны охлаждения трубопроводами соединен со щелевой водяной рубашкой днища МР, ККА через второй соленоидный вентиль трубопроводами соединен со щелевым испарителем в днище и боковинах ВХР, а термодатчик молока электрически связан также со вторым электронасосом и с напорным и сливным электромагнитными клапанами охлаждения, кроме того, выход термодатчика воды электрически связан со вторым соленоидным вентилем.