Пастеризатор

1 Пастеризатор для теплової обробки високодисперсних емульсій і рідинних розчинів в інфрачервоному (ІЧ) діапазоні оптичного випромінювання, до складу якого входить циліндричний вертикальний корпус, верхня і нижня кришка, ІЧ нагрівник у вигляді прозорої для ІЧ променів трубки, усередині якої знаходиться ІЧ нагрівник у формі спіралі, деталі кріплення і елементи ущільнення, вихідний патрубок, циркуляційний насос, апарати керування, джерело живлення, який відрізняється тим, що пастеризатор додатково забезпечений кільцевою камерою, концентрично розташованою усередині циліндричного вертикального корпуса з зазором, утворюючи периферійний об'єм, в якому розміщена на 0,5 0,55 висоти кільцевої камери навита в спіраль змійовикова трубка, вхідний кінець якої герметично закріплений в отворі нижньої кришки і з'єднаний з вихідним штуцером циркуляційного насоса, а вихідний - герметично закріплений в отворі дна кільцевої камери, при цьому у внутрішньому об'ємі кільцевої камери розміщений блок ІЧ нагрівників у вигляді, наприклад коридорного пучка трубок, консольно закріплених в отворах верхньої кришки центри яких розміщені в вершинах багатогранника вписаного в коло верхньої кришки, діаметром МОЖЛИВІСТЮ 'копа — (Дп \ґ^ктьц кам '-^труо ! синхронного ексцентричного зміщення кожної з трубок блока ІЧ нагрівників в вертикальній площині відносно повздовжньої осі кільцевої камери, крім того, у внутрішньому об'ємі кільцевої камери послідовно один над одним розміщено пакет перфорованих турбулізаторів, закріплених на зубоподібних виступах, рівномірно розподілених по внутрішньому периметру кільцевої камери в горизонтальній площині, при цьому в зазорі над змійовиковою трубкою розміщено пакет кільцевих перфорованих перемішувачів, внутрішні кромки яких щільно прилягають до зовнішньої поверхні кільцевої камери, а ЗОВНІШНІ кромки - до внутрішньої поверхні циліндричного вертикального корпуса, крім того, вузли з'єднання затискачів і трубок блока ІЧ нагрівників, розташовані в повітряному проміжку, утвореному верхньою кришкою і верхньою кромкою кільцевої камери 2 Пастеризатор по п 1, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня циліндричного вертикального корпуса, верхньої і нижньої кришки покриті шаром термостійкого електроізоляційного матеріалу індиферентного до кислого середовища при температурі 100-150°С 3 Пастеризатор по п 1, який відрізняється тим, що блок ІЧ нагрівників забезпечений приводом синхронізатором, закріпленим на верхній кришці 4 Пастеризатор по п 1, який відрізняється тим, що перфоровані турбулізатори забезпечені отворами, центри яких розташовані на повздовжніх осях трубок блока ІЧ нагрівників, причому КІЛЬКІСТЬ отворів та діаметр кожного з них, ВІДПОВІДНО, співпадають з КІЛЬКІСТЮ трубок блока ІЧ нагрівників, і ЗОВНІШНІМ діаметром кожної із них 5 Пастеризатор по п 1, який відрізняється тим, що трубки блока ІЧ нагрівників виконані, наприклад в вигляді урізаного конуса оберненого більшою основою до верхньої кришки, а нагрівальні елементи навиті зі змінним кроком, зменшеним в напрямку більшої основи трубок, починаючи з 0,5 0,6 висоти останніх, і можливістю живлення нагрівальних елементів від промислової мережі або вітроагрегату О о 47070 Винахід відноситься до технологічного обладнання, що застосовується для термічної обробки високодисперсних емульсій і рідинних розчинів в харчовій і переробній галузях промисловості, а також в сільському господарстві, зокрема, в пастеризаційно-охолоджувальних установках молока з застосуванням ІЧ-спектру електронагріву ВІДОМІ пристрої для термічної обробки молока, описані в книзі Родюнов О М К, "Урожай", 1971 Експлуатація холодильних установок на фермах, стор 26 34, Кудрявцев ИФ и Карасенко В А Электрический нагрев и электротехнология М , "Колос", 1975 г, стор 222 228, Карпов С Н , Чапурин В А, Пальмов ФВ Пленочный инфракрасный пастеризатор молока/ Технника в сельском хозяйятве -1991 -"5 -с 9-10, патент Франції №2618627/А23С - 19894, патент UA №26329 СІ Пастеризаїцйно-охолоджувальна установка для теплової обробки молока інфрачервоним нагрівом, 1999 р До недоліків пристроїв, описаних в вищезгаданій літературі слід віднести низьку технологічну надійність і продуктивність, нераціональне використання енергоносіїв, низькі техніко експлуатаційні та масогабаритні показники, а також можливий пригар молока в процесі пастеризації За прототип взято "Пленочный инфракрасный пастеризатор молока", Карпов С Н , Чапурин В А , Пальмов Ф В/Техника в сельском хозяйстве, 1991, «5, стр 9-10/ Пристрій по прототипу містить циліндричний вертикальний корпус, верхню і нижню кришки, вхідний і вихідний патрубок, ІЧ нагрівників, виконаний в вигляді прозорої для ІЧ променів трубки, обтікаємої молоком зверху вниз, усередині трубки розміщено нагрівальний елемент в вигляді спіралі - (джерело ІЧ-спектру випромінювання), деталі кріплення ІЧ нагрівника, циркуляційний насос, блок живлення, датчик температури Недоліки прототипу пристрій має порівняно низьку продуктивність і технологічну надійність, характеризується значними питомими витратами електроенергії і трудовитратами під час промивки дезинфікуючими розчинами поверхні трубок і міжтрубного простору ІЧ нагрівника, низька ефективність використання вторинних енергоресурсів, а саме, утилізації теплової енергії пастеризованого молока Задача винаходу Розробка уніфікованого, ресурсоощадливого і технологічно надійного пристрою для пастеризації в ІЧ діапазоні оптичного випромінювання високодисперсних емульсій і рідинних розчинів, зокрема, молока Поставлена задача вирішується так Пристрій для пастеризації, наприклад, молока, до складу якого входить циліндричний вертикальний корпус, верхня і нижня кришка, ІЧ нагрівників у вигляді прозорої для ІЧ променів трубки, усередині якої знаходиться ІЧ нагрівник, виконаний у вигляді спіралі, деталі кріплення і елементи ущільнення, вихідний патрубок, циркуляційний насос, блок живлення, додатково забезпечений кільцевою камерою, концентричне розташованою усередині циліндричного вертикального корпуса з зазором, утворюючи периферійний об'єм, в якому на 0 5 0 55 висоти кільцевої камери розташована навита в спіраль змійовикова трубка, вхідний кінець якої закріплений в отворі нижньої кришки і з'єднаний з вихідним штуцером циркуляційного насоса, а вихідний - герметично закріплений в отворі дна кільцевої камери, при цьому у внутрішньому об'ємі кільцевої камери розміщений блок ІЧ нагрівників, в вигляді коридорного пучка трубок, консольне закріплених в отворах верхньої кришки, центри яких розміщені в вершинах багатогранника вписаного в коло верхньої кришки, діаметром 6тпа < (Дкільцкан 2d T py6), З МОЖЛИВІСТЮ СИНХРОННОГО ексцентричного зміщення кожної з трубок блока 14 нагрівників в вертикальній площині відносно повздовжньої осі кільцевої камери, крім того у внутрішньому об'ємі кільцевої камери послідовно один над одним розміщено пакет перфорованих турбулізаторів, закріплених на зубоподібних виступах, рівномірно розподілених по внутрішньому периметру кільцевої камери в горизонтальній площині, при цьому в зазорі над змійовиковою трубкою розміщено пакет кільцевих перфорованих перемішувачів, внутрішні кромки яких щільно прилягають до зовнішньої поверхні кільцевої камери, а ЗОВНІШНІ кромки - до внутрішньої поверхні циліндричного корпуса, крім того, вузли з'єднання затискачів і трубок блока ІЧ нагрівників, винесені з робочої зони корпуса і розташовані в повітряному проміжку, утвореному верхньою кришкою і верхньою кромкою кільцевої камери При цьому внутрішня поверхня циліндричного вертикального корпуса, верхньої і нижньої кришки покриті шаром термостійкого електроізоляційного матеріалу індиферентного до кислого середовища при температурі 100 - 150°С Для синхронізованої зміни ексцентриситету трубок блока ІЧ нагрівників, пристрій забезпечений центральним приводом, закріпленим на верхній кришці, при чому трубки блока ІЧ нагрівників виготовлені у вигляді урізаного конуса оберненого більшою основою до верхньої кришки, а крок навитки спіралей ІЧ нагрівників виконаний зменшеним в напрямку більшої основи трубок, починаючи з 0,5 0,6 висоти останніх Реалізація функціональної сукупності ознак пристрою, що заявляються, дозволяє підвищити якість термічної обробки високодисперсних систем і рідинних розчинів, більш ефективно використовувати енергоносії, а також запропонувати пастеризатор, який може бути базовою моделлю уніфікованого типоряду плівкових пастеризаторів Це стало можливим за рахунок більш раціонального поєднання традиційної енергетики (живлення від мережі) і використання вторинних енергоресурсів (утилізація теплової енергії пастеризованого молока), активної турбулізації маси молока, що подається циркуляційним насосом у внутрішній об'єм кільцевої камери, винесення вузлів з'єднання затискачів і трубок ІЧ нагрівника в неробочий повітряний проміжок між 47070 верхньою кришкою і верхньою кромкою кільцевої камери, регулювання температури нагріву за рахунок зміни ексцентриситету блока трубок з 14 нагрівниками, вирівнювання градієнтів температурного поля у внутрішньому об'ємі кільцевої камери, можливості регулювання продуктивності пастеризатора, підвищення технологічної надійності, уніфікації елементів і режимів пастеризації, можливість живлення від мережі і нетрадиційних джерел (вітроагрегати) Виготовлення уніфікованого типоряду плівкових ІЧ-спектру пастеризаторів молока розширить можливість їх використання, як в великих спеціалізованих господарствах так і фермерських, і приватних господарствах Суть винаходу пояснюється графічним матеріалом На фіг 1 представлено загальний вид пастеризатора На фіг 2 представлено поперечний переріз пастеризатора по А-А (вид зверху) На фіг З представлена епюра внутрішнього температурного поля по висоті h циліндричного вертикального корпусу Суцільні лінії -тепло від ІЧ нагрівників, пунктирні - тепло від пастеризованого молока Пристрій, що заявляється містить циліндричний вертикальний корпус 1, верхню кришку 2, нижню кришку 3, ущільнених елементами 8 і зафіксованих по периметру фланців корпуса 1, деталями кріплення 7, причому внутрішні поверхні верхньої кришки 2, нижньої кришки 3 і циліндричного вертикального корпусу 1 покриті шаром термостійкого електроізоляційного матеріалу індиферентного до кислого середовища при температурі 100 - 150°С, кільцеву камеру 11, концентрично розташовану з зазором 12 усередині циліндричного вертикального корпусу 1, змійовикову трубку 13, розташовану на 0,5 0,55 висоти кільцевої камери 11, вхідний кінець 14, змієвикової трубки 13, герметично закріпленій в отворі нижньої кришки 3 і з'єднаний з вихідним штуцером 15 циркуляційного насоса 10, а вхідний кінець 16 герметично закріплений в отворі дна 17 кільцевої камери 11, пакет перфорованих турбулізаторів 19, розміщених один над одним у внутрішньому об'ємі камери 11 і закріплених на зубоподібних виступах 20, причому перфоровані турбулізатори 19 забезпечені отворами 25, центри яких лежать на повздовжніх осях трубок 5, з ІЧ нагрівними елементами 6, блока ІЧ нагрівників 4, консольне закріплених в отворах 18, верхньої кришки 2, з можливістю ексцентричного зміщення відносно повздовжньої осі кільцевої камери 11, в вертикальній площині, причому вузли з'єднання затискачів 22 і трубок 5 блока ІЧ нагрівників 4, винесені в неробочий повітряний проміжок 23, між верхньою кришкою 2 і верхньою кромкою кільцевої камери 11, причому трубки 5 блока ІЧ нагрівників 4, виконані, наприклад, у вигляді урізаного конуса, оберненого більшою основою до верхньої кришки 2, а нагрівні елементи 6, навиті зі змінним кроком зменшеним в напрямку більшої основи трубок 5, починаючи з 0,5 0,6 висоти останніх і можливістю живлення нагрівних елементів 6 від традиційних і нетрадиційних джерел електроенергії, вихідний патрубок 9, привод-синхронізатор 24, закріплений на верхній кришці 2 Пристрій працює таким чином Перед початком роботи, за допомогою деталей кріплення 7 і елементів ущільнення 8, забезпечують герметизацію з'єднання верхньої кришки 2 і нижньої кришки 3 по периметру фланців вертикального циліндричного корпуса 1 Потім за допомогою апаратів під'єднують до джерела живлення (мережа промислової частоти або вітроагрегат), привод циркуляційного насоса 10, привод-синхронізатор 24 і ІЧ нагрівників 6, які розміщені в прозорих для ІЧ-спектру трубках 5, консольне закріплених в отворах 18 верхньої кришки 2, згрупованих в блок 14 нагрівників 4 і опущених у середину кільцевої камери 11, яка фіксується кільцевими перфорованими перемішувачами 21, забезпечуючи заданий зазор 12 і утворює периферійний об'єм, в якому розташована змієвикова трубка 13 Циркуляційний насос 10 подає молоко, що підлягає пастеризації, по каналу який виходить у внутрішній об'єм кільцевої камери 11 і утворений послідовним з'єднанням штуцера 15 і вхідного кінця 14 змієвикової трубки 13, що розташована на 0,5 0,55 висоти кільцевої камери, і герметично закріпленого у отворі нижньої кришки 3, вихідного кінця 16, змієвикової трубки 13, герметично закріпленого в отворі дна 17 кільцевої камери 11 Молоко проходить через отвори перфорованого пакета турбулізаторів 19, розташованих один над одним у внутрішньому об'ємі кільцевої камери 11 і закріплених на зубоподібних виступах 21 і омиває знизу вверх зовнішню поверхню, наприклад, коридорного пучка трубок 5, вузли з'єднання яких з затискачами 22 винесені в неробочий повітряний проміжок 23 утворений верхньою кришкою 2 і верхньою кромкою кільцевої камери 11 Причому, рухаючись по каналу маса молока заповнює 0,5 0,6 внутрішнього об'єму кільцевої камери 11 і омиває 0,5 0,6 висоти трубок5 блока ІЧ нагрівників 4 При цьому, їх нагрівальні елементи 6 вмикають на 0,5 0,6 номінальної потужності, що дає можливість прогріти молоко до 35 - 40°С Подальший рух підігрітого молока до рівня верхньої кромки кільцевої камери 11 відбувається при ввімкнутих ІЧ нагрівниках на всю потужність За допомогою приладів контролю, а також роботи привода-синхронізатора 24, який регулює ексцентритет трубок 5 блока ІЧ нагрівників, і подачі циркуляційного насоса 10, пастеризатор вводять в режим по продуктивності і температурі, наприклад, 85°С Пропастеризоване молоко витісняється більш холодним молоком з внутрішнього об'єму кільцевої камери 11 і перетікає у периферійний об'єм створений зазором 12 через отвори перфорації кільцевих перемішувачів 21, омиває поверхню змійовикової трубки 13, в якій проходить більш холодне молоко, що подається циркуляційним насосом 10 для пастеризації у внутрішній об'єм кільцевої камери м, і адсорбує через стінки змієвикової трубки 13 теплову енергію уже пропастеризованого молока, яке виходить через вихідний патрубок 9 Наявність перфорованих турбулізаторів 19 у внутрішньому об'ємі кільцевої камери 11 забезпечує активне перемішування молока в 47070 процесі його руху від дна 27 до верхньої кромки кільцевої камери 11 і вирівнювання температурного поля, як в процесі роботи пастеризатора в номінальному режимі так і в процесі його запуску в роботу, шляхом більш активного відбору тепла від трубок 5 які входять в отвори 25, якими забезпечені перфоровані турбулізатори 19 Причому, центри отворів 25 розташовані на повздовжніх осях трубок 5 блока ІЧ нагрівників 4, а КІЛЬКІСТЬ І діаметр кожного з отворів 25 ВІДПОВІДНО співпадають з КІЛЬКІСТЮ трубок 5 в блоці ІЧ нагрівників 4 і їх ЗОВНІШНІМ діаметром Таким чином, реалізація функціональної сукупності ознак пристрою, дозволяє, в порівнянні з прототипом, підвищувати якість пастеризації молока за рахунок турбулізації потоку, що омиває знизу вверх зовнішню поверхню коридорного пучка трубок 5, блока ІЧ нагрівників 4, а також за рахунок попереднього підігріву молока до 35 40°С, починаючи з 0,55 0,6 висоти трубок 5, що забезпечує більш ефективний режим пастеризації, збільшуючи коефіцієнт поглинання ІЧ-спектру теплим молоком Причому, починаючи з 0,55 0,6 висоти трубок 5, їх нагрівні елементи 6 виконані з укороченим кроком і характеризуються більш інтенсивною енерговіддачею Крім того попередній підігрів молока, що подається у 8 внутрішній об'єм кільцевої камери 11 на пастеризацію шляхом рекуперації енергії пропастеризованого молока, в ЗМІЙОВИКОВІЙ трубці 13, дозволяє впроваджувати енергоощадливу технологію пастеризації з більш рівномірним тепловим полем блока ІЧ нагрівників, що забезпечується пакетом перфорованих турбулізаторів 19 в отвори 25 яких входять трубки 5 блока ІЧ нагрівників 4 Підвищення технологічної надійності, запропонованого плівкового ІЧ пастеризатора, стало можливим за рахунок більш зручної і надійної конструкції блока ІЧ нагрівників 4, причому вузли з'єднання їх затискачів 22 і трубок 5 винесено з робочої зони пастеризатора в повітряний проміжок 23 утворений верхньою кришкою 2 і верхньою кромкою кільцевої камери 11, що не потребує герметизації цих вузлів, спрощує та здешевлює вартість пастеризатора Крім того внутрішнє розташування вузлів з'єднання затискачів 22 і трубки 5 зменшує втрати теплової енергії і робить пастеризатор менш критичним до умов навколишнього середовища Регулювання ексцентриситету розташування трубок 5, адекватне регулюванню зазору між трубками 5, що дозволяє уніфікувати режими роботи пастеризатора і більш раціонально використовувати енергоресурси вхід Фіг. 1 47070 10 Фіг. 2 h, мм Фіг. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71