Гідродинамічний реактор періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметаноподібних харчових продуктів

1 Гідродинамічний реактор періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметаноподібних харчових продуктів, що містить насос для подачі середовища на обробку з нагнітальним і усмоктувальними патрубками, круглий в поперечному перерізі практично вертикальний резервуар з кришкою, верхнім та нижнім торцями, а також блок турбулізації або кавітації потоку, розміщений в проточному трубопроводі на виході з нагнітального патрубка насоса та з'єднаний з резервуаром поблизу верхнього торця, а нижній торець через наскрізний отвір з'єднаний з усмоктувальним патрубком насоса, реактор забезпечено патрубком для вивантаження цільового продукту з робочої порожнини резервуара, який відрізняється тим, що нижній торець резервуара виконано конусоподібним, на вершині якого розташовано наскрізній отвір, в зоні якого розташова но механізм гальмування гвинтового потоку середовища, а патрубок для вивантаження цільового продукту з робочої порожнини корпусу резервуара приєднаний до всмоктувального патрубка насоса, при цьому кришка на верхньому торці корпусу резервуара виконана знімною і має щонайменше один отвір для підключення засобу дегазації 2 Гідродинамічний реактор за п 1, який відрізняється тим, що механізм гальмування гвинтового потоку середовища виконано у вигляді вісесиметрично встановленої трубчастої ємності для порції харчового продукту, що диспергується, в порожнині резервуара над входом у наскрізний отвір біля нижнього торця, при цьому верхній торець трубчастої ємності відкритий і розташований в зазначеній порожнині під кришкою, а нижній торець оснащений також вісесиметрично розташованою заслінкою для гальмування виходу харчового продукту 3 Гідродинамічний реактор за п 1, який відрізняється тим, що механізм гальмування гвинтового потоку середовища виконано у вигляді переливної труби, верхній кінець якої відкритий в зазначену порожнину і розташований під кришкою, а нижній кінець встановлено в зоні підключення всмоктувального патрубка насоса до резервуара 00 ю Винахід відноситься до конструкції пристроїв на основі проточних апаратів періодичної дії для технологи виготовлення рідинних дисперсій з рослинного насіння, або натуральних фруктових і/або овочевих соків переважно з тонко здрібненою м'якоттю, у якій диспергування сировини одночасно поєднано з дегазацією і термообробкою отриманих плинних або в'язкоплинних продуктів, або для придушення патогенної мікрофлори і зниження імовірності погіршення смакових характеристик під час виготовлення і при тривалому збереженні Винахід може бути використаний переважно у виробництві молоко подібних, або сметанаподібних харчових продуктів з таких олійних насінь рослин, як соєві боби, кедрові, волоські й ІНШІ горіхи і їх ДОВІЛЬНІ суміші, а також може бути викорис таний у виробництві соків, що переважно загущені м'якоттю і/або частинками їстівної оболонки, сировиною для яких можуть служити такі фрукти, як полуниця, вишня, абрикоси, персики, сливи, яблука, груші, айва, хурма, банани, ананаси, манго, КІВІ, Інжир, чорна, червона і біла смородина, або такі баштанні плоди, як кавуни і/або дині, або такі овочі, як томати, молоді кабачки, гарбузи, капуста, морква і т д При цьому ці плоди можуть бути узяті для переробки по окремості й у довільних сумішах, обумовлених смаками споживачів І доступністю сировини на ринку Винахід також може бути використано для виготовлення кормів для худоби та домашніх тварин, а також може бути використаний у невеликих фермерських господарствах для приготування дис 59842 персійних соків, „фрешів", паст, пюре дитячого харчування з свіжих фруктів які зібрані безпосередньо перед споживанням (міні-цеха) Загальновідоме способи, що передбачають диспергування сировини І термообробку готових продуктів у різних апаратах, як дотепер прийнято в харчовій промисловості (див, наприклад SU 438406 A, UА 25035 С1) Але, для таких апаратів необхідно значні виробничі приміщення та великі енерговитрати За таких умов, пристрої з проточнорециркуляційними контурами мають перевагу, тому що тільки в них можуть одночасно здійснюватися - гідродинамічне диспергування нерозчинних матеріалів у плинних середовищах, що турбулізуються (аж до збудження кавітації) та термічне обробляння харчової суспензії при температурах, що щонайменше не погіршують її смакові якості Один з пристроїв такого типу відомий з опису І креслень (особливо фігур 8 і 9) Міжнародної публікації WO 98/42987 Він має насос безупинної дії з приводом обертання і вертикальний окремо стоячий (звичайно прямокутний у поперечному перерізі) проточний резервуар, який в одному з варіантів підключений до рециркуляційного контуру ВІДПОВІДНОЮ трубопровідною обв'язкою з струминним засобом збудження гідродинамічної кавітації Нині добре відомо, що керована турбулізація і, тим більше, кавітація плинного середовища, що рециркулює, супроводжується його нагріванням Тому описаний пристрій у принципі придатний для диспергування соковитої рослинної сировини й одночасної термообробки дисперсій Однак підключення виходу з засобу збудження гідродинамічної кавітації до верхньої частини вертикального проточного резервуара поблизу площини його симетрії практично виключає продовження диспергування усередині резервуара, а підключення усмоктувального патрубка насоса до бічної стінки поблизу дна резервуара приводить до появи придонної застійної зони і до випадання в ній осаду грубо диспергованого матеріалу, тобто зменшує якість виробленого продукту Продовжити диспергування твердого матеріалу в турбулізованому потоці плинного середовища (внаслідок зіткнень частинок, що вихрувате рухаються) і істотно зменшити небезпеку появи придонного осаду (внаслідок його часткового скаламучування) почасти удалося закручуванням потоку плинного середовища Для цього до складу пристрою для диспергування і супутньої термообробки харчового продукту необхідно включити проточний резервуар з осесиметричною робочою порожниною Цей недолік не має пристрій для диспергування рослинної сировини, що придатний також для переробки соковитих плодів та є найближчим аналогом до пропонованого далі пристрою по технічній суті, та який відомий з опису винаходу і креслень до UA 42365 А (див фігури 3 і 9 і відповідну частину опису пристрою), та включає практично вертикальний резервуар, що має порожнистий корпус з кришкою для дегазації у вигляді запірнорегулюючого елементу, та з плоскими верхнім та нижнім торцями, та осесиметричну круглу робочу порожнину, а також рециркуляцій-ний насос безу пинної дм, у якого усмоктувальний патрубок підключений до зазначеного резервуару над, або під нижнім торцем, а нагнітальний патрубок тангенціальне підключений до входу в верхньої частини резервуару нижче рівня верхнього торця, та засіб турбулізації або кавітації потоку плинного середовища, що рециркулює, який включено між нагнітальним патрубком насоса і входом в робочу порожнину резервуара і живильний патрубок для подачі свіжої сировини на диспергування, який, зокрема, підключений на вхід зазначеного засобу турбулізації або кавітації, а патрубок для вивантаження цільового продукту підключений до зазначеного резервуару під, або над нижнім торцем в залежності від того як підключено усмоктувальний патрубок, а також запірно-регулюючі елементи (тобто крани і/або вентилі), які установлені щонайменше на живильному патрубку і патрубку для вивантаження цільового продукту Як показала практика, такі пристрої в принципі придатні для безупинного виробництва не тільки соєвого молока, але й інших сметанаподібних продуктів з рослинної сировини Дійсно, у резервуарі, в зоні максимально можливих температур, цільовий продукт удається нагріти до температури, що достатня для виведення в атмосферу істотної частини вологи (разом з газами, що виділилися) Тому описаний пристрій може бути використаний у виробництві загущених сокових концентратів, або сметанаподібного продукту Однак тангенціальне підключення нагнітального патрубка до верхньої частини проточного апарата, при переробки харчової суспензії має недолік у тому, що в резервуарі виникають гвинтоподібні течи при яких виникають відцентрові сили, яки змушують розшаровуватися дисперговану рідину А також завдяки підключенню виходу з засобу збудження гідродинамічної кавітації до верхньої частини вертикально розташованого проточного резервуара з постійною по висоті площею поперечного перерізу при наявності в резервуарі плоского нижнього торця утворюються застійні зони, або вторинні течи, що призводить до зниження якості диспергуванню у рідини нерозчинених клітин Крім того, розмежування, при безупинному диспергуванні закрученого потоку в резервуарі, на дві фракції готового харчового продукту та подальше обробляння середовища при поєднання безупинної подачі ЦІЛІСНИХ харчових продуктів в зону резервуару на диспергування і безупинного відбору плинної дисперсії на термостатування з наступним видаленням загущеного продукту через отвір у резервуарі практично не можливо В основу винаходу покладена задача створення такого гідродинамічного реактора періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметанаподібних харчових продуктів, в якому було б відсутні застійні зони, або вторинні течи при усуненні вихроподібної течи в резервуарі пристрою Поставлена задача вирішена гідродинамічним реактором періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметанаподібних харчових продуктів, що включає насос для подачі середи на обробку з нагнітальним і усмоктуваючим патрубками, круглий в поперечному перетині практично вертикаль 59842 ний резервуар з кришкою, верхнім та нижнім торцями, а також засіб турбулізації, або кавітації потоку, розміщений в проточному трубопроводі на виході з нагнітального патрубка насоса, та сполучений з резервуаром поблизу верхнього торця, а нижній торець через наскрізний отвір сполучений з усмоктувальним патрубком насосу, та який забезпечено патрубком для вивантаження цільового продукту з робочої порожнини резервуару, який згідно з винаходом відрізняється тим, що нижній торець резервуару виконано конусоподібним на вершині якого розташовано наскрізній отвір в зоні якого розташовано засіб гальмування гвинтової течи середовища, а патрубок для вивантаження цільового продукту з робочої порожнини корпуса резервуара приєднаний до усмоктувального патрубка насоса, при цьому кришка на верхньому торці корпуса резервуара виконана знімною і має щонайменше один отвір для підключення засобу дегазації, при цьому засіб гальмування гвинтової течи середовища може бути виконано у вигляді осесимметрично встановленої трубчастої ємності для порції харчового продукту, що диспергується, в порожнині резервуара над входом у наскрізний отвір у нижнього торця при цьому верхній торець трубчастої ємності відкритий в зазначену порожнину і розташований під кришкою, а нижній торець оснащений також осесиметрично розташованою заслінкою для гальмування виходу харчового продукту, або засіб гальмування гвинтової течи середовища може бути виконано у вигляді переливної труби, верхній кінець якої відкритий в зазначену порожнину і розташований під кришкою а нижній кінець встановлено в зоні підключення усмоктувального патрубка насоса до резервуару Таким чином пропонований гідродинамічний реактор періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметанаподібних харчових продуктів дозволяє періодично доводити вироблену харчову продукцію до необхідної кондиції та забезпечує високу якість виробленого продукту при забезпеченні стабільної високої смакової якості Друга та третя додаткові ВІДМІННОСТІ ВІДПОВІДНО полягають або в тому, що засіб гальмування гвинтової течи середовища виконано у вигляді осесимметрично встановленої трубчастої ємності для порції харчового продукту, що диспергується, в порожнині резервуара, при цьому верхній торець трубчастої ємності відкритий в зазначену порожнину і розташований під кришкою, а нижній торець оснащений також осесиметрично розташованою заслінкою для гальмування виходу харчового продукту, або в тому, що засіб гальмування гвинтової течи середовища виконано у вигляді переливної труби верхній кінець якої відкритий в зазначену порожнину її розташований під кришкою, а нижній кінець встановлено в зоні підключення усмоктувального патрубка насоса до резервуару Підлягаючий диспергуванню харчовий продукт перед запуском процесу повинен бути завантажений в першому випадку - у зазначену трубчасту ємність, а в другому випадку - у простір між стінкою корпуса резервуару і переливною трубою, або в порожнину резервуару Тому зазначені додаткові пристосування дозволяють на початку кожного технологічного циклу щонайменше частково, тобто в об'ємі, що включає усмоктувальний патрубок і робочу порожнину насоса, заповнювати контур рециркуляції водяним середовищем, а харчовий продукт подавати на диспергування поступово Тим самим практично виключається блокування контуру рециркуляції ЦІЛІСНИМ харчовим продуктом Крім того ці ознаки дозволяють гальмувати гвинтову течію середовища, тобто гальмувати закручення середовища при входженні в усмоктувальний патрубок насосу, що знижує різок попадання повітря в насос і ВІДПОВІДНО зриву течи в ньому за рахунок виникнення кавітації, та по-друге, практично виключити випадання осаду частинок твердої фракції у придонній зоні резервуару Природно, що при виборі конкретних варіантів практичного здійснення винаходу можливі ДОВІЛЬНІ комбінації зазначених додаткових відмінностей з основним винахідницьким задумом, а також що цей задум у межах, визначених формулою винаходу, може бути доповнений і/або уточнений з використанням звичайних знань фахівців і що описані далі кращі приклади втілення винахідницького задуму ніяким чином не обмежують обсяг прав на основі винаходу Суть винаходу пояснюється докладним описом з посиланнями на креслення, де зображені на фіг 1 - один з можливих варіантів найпростішого гідродинамічного реактора періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметанаподібних харчових продуктів, з вставним осесиметри-чним трубчастим резервуаром для порції насінь, фіг 2 - інший можливий варіант гідродинамічного реактора періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметанаподібних харчових продуктів з вставною осесиметричною переливною трубою, фіг 3 - інший можливий варіант гідродинамічного реактора періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметанаподібних харчових продуктів з вставною переливною трубою за межами резервуару, Гідродинамічний реактор періодичної дії для виробництва рідинних і/або сметанаподібних харчових продуктів у загальному випадку включає (див фігури 1, 2, 3) практично вертикальний резервуар, що має корпус 1 з осесиметричною круглою робочою порожниною, що в нижньой частині звужується в напрямку зверху вниз, а також у робочому положенні закритий зверху знімною (переважно відкидною) кришкою 2 і плавно переходить у донній частині корпуса 1 у наскрізний отвір 3, геометрична вісь якого практично є продовженням осі симетрії робочої порожнини Гідродинамічний реактор також має рециркуляційний контур на базі (наприклад, відцентрового або іншого) насоса 4 безупинної дм, у якого усмоктувальний патрубок 5 підключений до донної частини корпуса резервуара 1 через зазначений наскрізний отвір 3, а нагнітальний патрубок 6 підключений на вхід у корпус 1 в и верхньої частини вище зони відсмоктування В рециркуляційний контур після нагнітального патрубку 6 перед входом в корпус резервуара 1 (звичайно наприкінці нагнітального патрубка 6 або щонайменше одного відгалуження від нього) включено засіб 7 турбулізації потоку плинного се 59842 редовища, що рециркулює, (і/або) кавітатор Кришку 2 забезпечено засобом 8 дегазації, що підключено через кришку 2 до робочої порожнини корпусу 1 резервуара й у найпростішому випадку виконано у вигляді патрубка з запірно-регулюючим елементом (тобто краном або вентилем) 8 До усмоктувального патрубка 5 насоса 4 підключено патрубок 9 для вивантаження цільового продукту з корпуса 1 резервуара, та який оснащений запірнорегулюючим елементом 10 Згаданий вище засіб 7 турбулізації потоку і/або кавітації може бути обраний з добре відомого фахівцям в галузі гідравліки набору засобів, що здатні переривати ламінарну течію плинного або середовища або різко збільшувати початкову турбулентність такої течи Цей набір, як мінімум, включає а) механічні засоби, утому числі так зване «погано обтічне тіло», що жорстко закріплене усередині каналу для прокачування плинного середовища (UA 8051 А і 17850 A, RU 2131094 С1 та ш), або генератор ультразвукових коливань, який щонайменше одним звукопроводом акустичне підключений до стінки каналу для прокачування плинного середовища (SU 1628994 А1, UA 25035 та ш ), б) гідравлічні (струминні) засоби, наприклад, у вигляді щонайменше одного отвору в СТІНЦІ каналу для прокачування основного потоку плинного середовища, який відкритий безпосередньо в порожнину цього каналу і служить для подачі збурювального струменя того ж самого або іншого за ХІМІЧНИМ складом плинного середовища під кутом до напрямку основного потоку, обраним переважно в інтервалі від -60 до +45 , (див , наприклад, фігури 1-3, 5 і 6 і рядки 06-38 на с 10, с 11 цілком, с 12 до рядка 37 включно і рядки 02-16 на с 14 у публікації WO 98/42987 цього ж винахідника), і в) комбіновані засоби, наприклад погано обтічне тіло, що закріплене на порожнистому кронштейні в осесиметричному каналі для прокачування основного потоку плинного середовища, і центральний отвір в цьому ТІЛІ ДЛЯ подачі збурювального струменя назустріч згаданому основному потоку (див, наприклад, книгу Седов Л И "Механика сплошной среды", т 2, Москва, 1976, с 82), або звукопровід генератора ультразвукових коливань, що введений в акустичний контакт зі стінкою каналу для прокачування потоку, що турбулізуеться, і щонайменше один отвір у СТІНЦІ ЦЬОГО каналу для подачі збурювального струменя, або погано обтічне тіло, що встановлене усередині каналу для прокачування потоку, що турбулізується, і щонайменше один звукопровід генератора ультразвукових коливань, що введений в акустичний контакт зі стінкою цього каналу Для потреб реалізації винахідницького задуму засобами 7 турбулізації потоку переважно можуть служити погано обтічні тіла різної конфігурації і/або генератори ультразвукових коливань, оснащені придатними звукопроводами У найпростіших випадках реалізації винахідницького задуму (див фігури 1, 2 та 3 ) робоча порожнина корпуса 1 резервуара може бути обмежена циліндричною поверхнею у верхній части 8 ні і плавно сполученою з нею конічною поверхнею в нижній частині У більш складних випадках реалізації винаходу робоча порожнина корпуса 1 резервуара може бути обмежена сфероїдальною, або параболоідальною поверхнею Сфероїдальні корпуси 1 резервуару зручно виготовляти штампуваннямвитяжкою при масовій потребі в пристроях згідно з винаходом, а параболоідальні корпуси 1 дозволяють оптимізувати рух частинок, що диспергуються Це сприяє швидкій гомогенізації пастоподібних напівфабрикатів під час їх рециркуляції Для спрощення запуску процесу доцільно, щоб у робочій порожнині корпуса 1 резервуара був встановлений засіб для гальмування гвинтової течи, який крім того дозволяв би просторово поділяти порцій водяного середовища і призначені для диспергування харчові продукти перед початком кожного чергового технологічного циклу Доцільно, ЯКЩО цей засіб має вигляд трубчастої ємності 11 для порції харчового продукту, у якої верхній торець відкритий у робочу порожнину і розташований під кришкою 2, а нижній торець оснащений осесиметрично розташованою заслінкою 12 для гальмування харчового продукту і розташований у придонній частині корпуса 1 над входом у наскрізний отвір 3 на нижньому торці резервуару 1, як це показано на фіг 1, або переливної труби 13, у якої верхній кінець відкритий у робочу порожнину І розташований під кришкою 2 корпуса 1, а нижній кінець введений з кільцевим зазором у початкову ділянку усмоктувального патрубка 5 насоса 4 (див фіг 2), або переливної труби 13 розташованої за межами корпусу 1, у якої верхній кінець відкритий у робочу порожнину і розташований під кришкою 2, а нижній кінець встановлено в зоні підключення усмоктувального патрубка 5 насоса 4 до резервуару, та переливна трубка 13 забезпечена запірнорегулюючим елементом 14 (див фіг 3) Згадана заслінка 12 може бути виконана порізному залежно від конкретних властивостей харчового продукту, що диспергуюється Зокрема, фахівцям зрозуміло, що вона може бути виконана як статична перешкода типу диска, що на радіальних стрижнях установлений з концентричним зазором у нижній частині трубчастої ємності 11, або як рухомий конічний затвор, що дозволяє регулювати зазор між стінкою трубчастої ємності 11 і поверхнею конуса 1 Для полегшення запуску бажано, щоб на початку кожного технологічного циклу до подачі харчового продукту щонайменше частина рециркуляційного контуру, що включає усмоктувальний патрубок 5 і порожнину насоса 4, була залита щонайменше частиною водяного середовища або чистого соку, яки необхідні для одержання пастоподібних продуктів необхідної консистенції Зазначене роздільне завантаження сировини можна провести по-різному, наприклад (1) в робочу порожнину резервуара 1 згідно з фігурою 1 завантажують харчовий продукт у трубчасту ємність 11 з заслінкою 12 на нижньому торці, а водяне середовище або чистий сік заливають в кільцевий зазор між цією ємністю і стінкою робочої 59842 порожнини в резервуарі 1, так щоб частини дози водяного середовища або соку, було достатньо для заповнення усмоктувального патрубка 5 і порожнини насоса 4, а іншої частини дози подати разом з порцією харчового продукту, обраного за сировину, (2) можна скористатися апаратом згідно фіг 2, 1 завантажити харчовий продукт у кільцевий зазор між переливною трубою 13 і стінкою робочої порожнини в резервуарі 1, а водяним середовищем або соком заповнити об'єм рециркуляціиного контуру, що залишився, (3) (2) можна скористатися апаратом згідно фіг 3 і завантажити харчовий продукт у робочу порожнину корпуса 1 резервуару, а водяним середовищем або соком заповнити об'єм рециркуляціиного контуру, що залишився завдяки переливної труби 13 та запірно-регулюючого елементу 14 Тільки при використанні рухомої заслінки 12 можна цілком виключити потрапляння частин харчового продукту в усмоктувальний патрубок 5 насоса 4 у момент його запуску та зникнення гвинтової течи в усмоктувальному патрубку 5 Однак на практиці для нормального запуску й усталеної роботи рециркуляціиного контуру досить поступової 10 подачі харчового продукту на диспергування Дійсно,навіть у випадку (1) запуск насоса 4 відбудеться на практично чистому водяному середовищі або чистого соку і лише потім на його основі почне формуватися плинна харчова суспензія Дійсно, у випадку (1) водяне середовище або чистий сік, які обтікають трубчасту ємність 11 (див фіг1) або витікають прямо в усмоктувальний патрубок 5 з переливної труби 13 (див фіг 2), будуть досить повільно ежектувати харчовий продукт в потік, що рециркулює Це практично цілком виключає блокування рециркуляціиного контуру твердою сировиною та знижує ризик виникнення повітряного пузиря у насоси Далі, щоб у міру дегазації суспензії, що рециркулює, в робочій порожнині корпуса 1 не виникав вакуум, газ, що видаляють з неї по ходу диспергування харчового продукту, звичайно заміщають додатковою сировиною, а переважно - добавкою водяного середовища через від'ємну кришку 2 Винахід, що заявляється, у кожній з форм здійснення винахідницького задуму може бути реалізований промисловим шляхом з використанням простого обладнання 11 Фіг. 2 Фіг. І 11 59842 12 б Фіг. З Комп'ютерна верстка С Волобуев Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна