пастеризатор жидких сред

Формула изобретения

1. ПАСТЕРИЗАТОР ЖИДКИХ СРЕД, преимущественно пищевых, содержащий бак-накопитель, насос для перекачивания среды, секции регенерации и охлаждения, секцию ИК-нагрева, включающую ИК-излучатель и продуктопроводы, систему контроля и управления, отличающийся тем, что секция ИК-нагрева выполнена в виде последовательно соединенных съемных блоков, каждый из которых представляет собой цилиндрический отражатель с теплоизоляцией на наружной поверхности, коаксиально установленную в нем с зазором трубку из материала с малой поглощающей способностью, причем ИК-излучатель установлен на наружной поверхности трубки, продуктопровод установлен в ней коаксиально и выполнен из нехрупкого материала, испускающего ИК-лучи при его нагреве, при этом зазор между отражателем и трубкой выбран таким, что отражающая поверхность является когерентным источником излучения по отношению к ИК-излучателю.

2. Пастеризатор по п.1, отличающийся тем, что внутреннее сечение продуктопровода каждого из последовательно соединенных блоков уменьшается по направлению движения среды.

3. Пастеризатор по п.1, отличающийся тем, что продуктопровод выполнен из материала, преобразующего тепло в монохроматический спектр ИК-излучения, с длиной волны, максимально поглощаемой обрабатываемой средой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к устройствам для пастеризации и/или стерилизации жидкостей, преимущественно молока, и может быть применено в других отраслях промышленности.

Известна стерилизационная установка "Стериплак" [1], содержащая уравнительный бак, насосы, секции регенерации и стерилизации, молокоочиститель, гомогенизатор, выдерживатели, бойлер, охладитель. Недостатком установки "Стериплак" является то, что в качестве промежуточного теплоносителя для нагревания молока применяют горячую воду. Это, во-первых, усложняет конструкцию установки, так как появляются дополнительные конструктивные элементы: насос для горячей воды, бойлер, компенсационный бак. Во-вторых, нагнетание горячей воды в секцию стерилизации при повышенном давлении требует дополнительного расхода мощности на работу насоса. В-третьих, поверхности конструктивных элементов системы приготовления горячей воды являются дополнительными источниками потерь тепла в окружающую среду.

Известна пастеризационно-охладительная установка ОП2-У5 [2] . Она предназначена для пастеризации молока при температуре 74-78^оС, кратковременной выдержки и охлаждения до температуры 4^оС. Установка состоит из пластинчатого теплообменника двух сепараторов-молокоочистителей, центробежного насоса для молока, центробежного насоса для воды, промежуточного уравнительного бачка, бойлера, инжектора, выдерживателя, трубопроводов, арматуры и системы контроля и регулирования. Недостатки установки "Стериплак" присущи и установке ОП2-У5, что делает их малопригодным для применения на небольших фермах и молокозаводах из-за их сложности и громоздкости.

Названные недостатки решены в установке французской фирмы "Актини-Франс", которая является наиболее близким техническим решением к предложенному. Она может работать в потоке с доильной установкой и успешно применяться на ферме. Известная установка содержит приемный бак сырого молока, насос, непосредственно секцию пастеризации или стерилизации обрабатываемой среды, включающую ИК-излучатель, расположенный на поверхности продуктопроводной трубки из горного хрусталя или кварцевого стекла, заключенные в цилиндрический экран-отражатель, и секции регенерации и охлаждения, а также систему контроля и управления процессом.

Известно, что вязкое тело испускает спектр электромагнитных волн той же природы, что и видимый свет. Температура нагрева ИК-излучателя, например для молока, выбирается порядка 800^оС, а длина волны 2,74 мкм, что обусловлено получением возможно большего количества излучаемой энергии при наименьшей температуре излучателя. Максимальное количество энергии, излучаемой ИК-излучателем, может быть получено при более высокой температуре, однако предел ее ограничен по техническим соображениям: сдвиг излучения в коротковолновый диапазон, температура плавления молокопроводной трубки. Пастеризация молока ИК-лучами имеет преимущества по сравнению с нагревом перегретым паром, кипящим маслом, горячей водой и др. Действие ИК-лучей обеспечивает однородность температуры по всей толще обрабатываемой жидкости, наиболее полное разрушение микроорганизмов и сохранение вкусовых качеств молока.

Однако названная установка имеет недостатки. Не исключена возможность разрушения трубки для обрабатываемой жидкости, в результате чего партия молока может быть забракована и, кроме того, выходит из строя ИК-излучатель. Невысокий КПД использования ИК-излучения, обусловленный рассеянием и поглощением энергии, а также возможностью ослабления монохроматического излучения с заданной длиной волны за счет явления интерференции. Кроме того, известны среды, повышающие вязкость при нагреве, в названной установке не предусмотрена возможность излучения турбулентности потока среды от начала процесса нагрева и его конечной стадии. Кроме того, известно, что различные среды имеют различную поглощающую способность к ИК-излучению, в названной установке используется заданный узкий диапазон волн (для молока 2,74 мкм).

Новым техническим результатом от реализации заявленного технического решения является повышение КПД использования ИК-излучения, обусловленное снижением явления интерференции ИК-излучения в заданном узком диапазоне используемых длин волн. Расширение технологических возможностей установки за счет расширения диапазона обрабатываемых сред. Повышение надежности работы устройства и удобства обслуживания.

Названный технический результат достигается тем, что в пастеризаторе, содержащем бак-накопитель, насос, секции регенерации и охлаждения, секцию ИК-нагрева, систему контроля и управления, согласно изобретению, секция ИК-нагрева выполнена в виде последовательно соединенных съемных блоков, каждый из которых представляет собой цилиндрический отражатель с теплоизоляцией на наружной поверхности, коаксиально установленную в отражателе с зазором, трубку с малой поглощательной способностью к выбранной длине волны, с ИК-излучателем на наружной поверхности и коаксиально установленный в трубке продуктопровод, выполненный из материала испускающего ИК-лучи при нагреве, при этом зазор между отражателем и кварцевой трубкой выбран таким образом, что отражающая поверхность является когерентным источником излучения по отношению к ИК-излучателю.

Кроме того, внутреннее сечение продуктопровода каждого из последовательно установленных блоков секции ИК-нагрева может уменьшаться по направлению движения среды.

Кроме того, продуктопровод каждого блока может быть выполнен из нехрупкого материала, преобразующего тепло в монохроматическое ИК-излучение с длиной волны, максимально поглощаемой обрабатываемой средой.

На фиг. 1 показана технологическая схема пастеризатора; на фиг. 2 - фрагмент секции ИК-излучения.

Пастеризатор жидких сред содержит, соединенные трубопроводами бак-накопитель 1, насос 2 для обрабатываемой среды, секции регенерации 3 и охлаждения 4, секцию ИК-нагрева 5, систему контроля и управления процессом (на чертежах не показаны). В пастеризаторе может быть установлен бак 6 для обработанной среды и трубопровод 7 для охлаждающей воды. В пастеризаторе предусмотрен трубопровод 8 для возврата обработанной среды в бак-накопитель.

Секция ИК-нагрева выполнена в виде последовательно соединенных съемных соединенных известным способом блоков, каждый из которых представляет цилиндрический отражатель 9 с теплоизоляцией 10 на наружной поверхности и отражающей внутренней поверхностью. Внутри отражателя, коаксиально с зазором 11 относительно него, установлена трубка 12, выполненная из материала с малой поглощающей способностью к выбранной длине волны ИК-излучателя и с ИК-излучателем 13, например высокоомной спирали, на ее поверхности. Внутри трубки 12, коаксиально относительно нее установлен продуктопровод 14, выполненный из нехрупкого материала, испускающего ИК-лучи при его нагревании. Зазор 11 выбран по известным зависимостям таким образом, что отражающая поверхность отражателя является когерентным источником излучения по отношению к ИК-излучателю.

Пастеризатор работает следующим образом. Жидкая среда, например молоко, из бака-накопителя посредством насоса подается через секцию регенерации, где частично подогревается, в секцию ИК-нагрева, в которой проводится непосредственно пастеризация за счет обработки ИК-излучением и частично за счет съема тепла со стенок продуктопровода. При выполнении сечения продуктопровода каждого блока уменьшающимся происходит усиление турбулизации потока в каждом блоке, что позволяет избежать пригорания частично нагретого молока к стенкам продуктопровода. Выполнение каждого блока съемным позволяет без перестройки всей схемы пастеризатора быстро переналадить пастеризатор на различные виды обрабатываемой среды. Выполнение продуктопровода из материала, обладающего переизлучающими свойствами (при нагреве испускает лучи заданной длины волны), позволяет наиболее полно использовать энергию ИК-излучателя, испускающего более широкий спектр излучения. О завершении процесса пастеризации можно судить по температуре обрабатываемой среды на выходе из секции ИК-нагрева в случае, если среда не достигает заданной температуры, ее возвращают в бак-накопитель. При завершении процесса пастеризации обработанное сырье через горячую сторону секции регенерации подают потребителю или в бак для обработанной среды.