устройство для пастеризации или стерилизации текучих сред

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАСТЕРИЗАЦИИ ИЛИ СТЕРИЛИЗАЦИИ ТЕКУЧИХ СРЕД, преимущественно пищевых, содержащее накопительную емкость, насос, генератор СВЧ-энергии, волновод, камеру СВЧ-обработки, линию трубопровода для обрабатываемой среды, отличающееся тем, что оно снабжено пуговичным преобразователем формы волны СВЧ-энергии, вкладышем из материала со слабой адгезионной способностью к обрабатываемой среде, в камере СВЧ-обработки установлены дополнительные согласующие приспособления, при этом в пуговичном преобразователе выполнено отверстие для входа обрабатываемой среды в камеру СВЧ-обработки, в котором установлен съемный формирователь струи обрабатываемой среды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено рекуператором, включенным холодной стороной в линию трубопровода для обрабатываемой среды между накопительной емкостью и входом в камеру СВЧ-обработки, а также промежуточным баком и дополнительным насосом, последовательно включенными в линию трубопровода для обработанной среды между выходом из камеры СВЧ-обработки и горячей стороной рекуператора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к устройствам для пастеризации и/или стерилизации жидкостей различной вязкости, например молока, белкового концентрата и других подобных продуктов.

Известна стерилизованная установка "Стерилпак" [1], содержащая уравнительный бак, насосы, секции регенерации и стерилизации, молокоочиститель, гомогенизатор, выдерживатели, бостлер и охладитель.

Недостатком установки "Стерилпак" 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, бостлер, 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 являются дополнительными источниками потерь тепла в окружающую среду.

Известна пастеризационно-охладительная установка ОП2-У5[2], предназначенная для пастеризации молока. Установка состоит из пластинчатого теплообменника, двух сепараторов-молокоочистителей, центробежного насоса для молока, центробежного насоса для воды, промежуточного уравнительного бака, бойлера, инжектора, выдерживателя, трубопроводов, арматуры и системы контроля и регулирования.

Недостатки установки "Стерилпак" присущи и установке ОП2-У5, что делает их малопригодными для применения на небольших фермах и молокозаводах из-за их сложности и громоздкости.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является установка для высокочастотного нагрева текучих веществ [3] , содержащая резервуар для вещества, насос, стеклянный трубопровод, камеру СВЧ-обработки, волновод с эквивалентной нагрузкой, генератор СВЧ-энергии и систему контроля и управления. Установка проста и удобна в эксплуатации по сравнению с аналогами. Основным преимуществом установки является, то, что в ней применен прогрессивный метод высокочастотного нагрева обрабатываемой среды, который позволяет унифицировать энергоносители, почти полностью исключить градиент температур при нагреве веществ, интенсифицировать процесс пастеризации или стерилизации.

Недостатками известной установки являются пригорание обрабатываемых сред к стенкам стеклянного трубопровода, неравномерный нагрев среды, обусловленный отдачей тепла прилегающих к стенке стеклянного трубопровода слоев обрабатываемой среды и неполное использование СВЧ-энергии, обусловленное прямоугольной формой волновода.

Целью изобретения является повышение равномерности нагрева по сечению струи жидкости за счет потока ее вдоль оси волновода, в котором распространяется электромагнитная волна, имеющая максимальную плотность энергии по оси и осевую симметрию, исключение контакта обрабатываемой жидкости со стенками трубопровода в зоне СВЧ-нагрева, это позволяет избежать явления пригорания продукта, и повышение эффективности и экономичности процесса пастеризации (стерилизации) за счет формирования оптимального для цилиндрической струи типа волн высокочастотной энергии, а также введения системы плавного согласования потребления СВЧ-энергии с источником. Исключение явления пригорания среды и повышение равномерности ее нагрева оказывает непосредственное влияние на повышение качества обработанной среды. Кроме того, новым техническим результатом является расширение технологических возможностей устройства и повышение экономичности, обусловленной возможностью обработки различных по вязкости сред.

Для этого устройство для пастеризации (стерилизации) текучих сред, преимущественно пищевых, содержащее накопительную емкость, насос для подачи среды, генератор СВЧ-энергии, волновод с согласованной камерой СВЧ-обработки, систему контроля и управления процессом, коммуникации обрабатываемой среды, согласно изобретению снабжено переходом пуговичного типа с улучшенной характеристикой в отношении максимально возможной передачи мощности, вкладышем со слабоадгезионной способностью к обрабатываемой среде, установленным в камере СВЧ-обработки, дополнительными согласующими устройствами, установленными в камере СВЧ-обработки, съемным формирователем струи, при этом вход для обрабатываемой среды в камеру СВЧ-обработки представляет собой отверстие, выполненное по оси перехода преобразователя типа колебаний, а формирователь струи выполнен с возможностью установки в это отверстие.

Дополнительно повышение экономичности устройство может быть достигнуто за счет его снабжения рекуператором-теплообменником, промежуточным баком для обрабатываемой среды и дополнительным насосом для подачи среды. Рекуператор - теплообменник установлен между накопительной емкостью и камерой СВЧ-обработки на коммуникации сырой среды, а горячей стороной через насос и промежуточный бак - между камерой СВЧ-обработки и выходом обработанного продукта.

На фиг.1 представлена технологическая схема устройства для пастеризации (стерилизации) текучих сред; на фиг.2 - вариант выполнения камеры СВЧ-обработки.

Устройство содержит накопительную мкость 1, насос 2 для подачи обрабатываемой текучей среды из накопительной емкости в камеру 3 СВЧ-обработки, соединенный с выходом продукта из камеры 3 промежуточный бак 4, дополнительный насос 5 для подачи обработанной среды из промежуточного бака 4 в накопительную емкость 1 или в теплообменник-рекуператор 6. Теплообменник-рекуператор холодной стороной включен в коммуникацию сырого продукта между насосом 2 и камерой 3 СВЧ-обработки. Источником энергии является СВЧ-генератор 7, соединенный посредством прямоугольного волновода 8 с согласованной камерой 3 СВЧ-обработки. Камера 3 СВЧ-обработки содержит преобразователь типа колебаний 9 пуговичного типа с улучшенной характеристикой, вкладыш 10 из слабоадгезионного к обрабатываемому продукту материала и съемный формирователь струи 11, установленный в отверстии выполненного по оси преобразователя типа колебаний 9 и являющийся входом для обрабатываемого продукта в камеру 3 СВЧ-обработки. В СВЧ-камере установлены дополнительные согласующие устройства 12.

Устройство содержит систему контроля и управления процессом и трубопроводную арматуру (не показаны).

Работа устройства включает следующие фазы технологического процесса: предварительное заполнение системы водой, стерилизацию системы водой в режиме замкнутой циркуляции при 90-93^оС в течение 10-15 мин, подачу в систему обрабатываемой среды и ее пастеризацию, автоматический возврат продукта на повторную обработку при аварийном снижении температуры пастеризации ниже допустимой, ополаскивание системы водой, промывка системы щелочным моющим раствором и повторная промывка.

Процесс пастеризации или стерилизации проходит следующим образом.

Обрабатываемая среда поступает в накопительную емкость 1, при достижении заданного уровня датчиком через систему контроля и управления включается насос 2. Обрабатываемый продукт через холодную сторону теплообменника - рекуператора поступает в камеру СВЧ-обработки, где формируется струя продукта, оптимальная для заданной мощности и частоты СВЧ-излучения. Съемный формирователь струи может выполняться с различным профилем канала, который определяется свойствами обрабатываемой среды, в первую очередь ее вязкостью. На выходе из камеры установлен датчик температуры, а на входе в камеру СВЧ-обработки - сигнализатор протока, который дает команду на включение и отключение анодного напряжения СВЧ-генератора. Регулятор температуры указывает на табло действительное значение температуры пастеризации и в случае отклонения последний изменяет мощность генератора СВЧ-энергии. Из генератора СВЧ-энергия через прямоугольный волновод поступает в камеру СВЧ-обработки, где преобразуется низший тип колебаний в более высокий тип колебаний в волну типа Е, которая поглощается в обрабатываемом продукте. На выходе из камеры СВЧ-обработки установлен промежуточный бак с теплоизоляцией, из которого продукт посредством дополнительного насоса поступает на горячую сторону теплообменника-рекуператора, где происходит предварительный подогрев обрабатываемой среды, или если в случае возникновения технических неполадок продукт не достигает заданной температуры стерилизации, он посредством дополнительного насоса подается в накопительную емкость.

Известны камеры СВЧ-обработки, имеющие переход пуговичного типа. Однако в предлагаемом устройстве применяется съемный формирователь струи, основным назначением которого является увеличение скорости выхода потока для создания большой кинетической энергии, при этом выходящая из насадки струя отличается компактностью и способностью на длительном расстоянии сохранять форму, не расходясь на отдельные капли, что позволяет на стадии СВЧ-обработки исключить участок трубопровода и тем самым избежать создания неравномерного температурного поля, улучшить условия поглощения СВЧ-энергии продуктом и избежать его пригорания.