Устройство для термообработки жидких пищевых продуктов

 

Использование: изобретение относится к устройствам для пастеризации молока и молочных продуктов и может быть использовано для стерилизации и пастеризации жидких пищевых продуктов. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, с помощью которого оно крепится к электродвигателю. На вал электродвигателя насажен вал пастеризатора, на котором консольно расположен ротор с осевым насосом. В корпусе неподвижно расположены крышки внутренняя и наружная, соосно закрывающие ротор с двух сторон. Внутренние стороны крышек со стороны ротора и торцевые стороны ротора имеют ковшеобразные ячейки, образующие подвижные и неподвижные полости. Ячейки имеют подводящие жидкость каналы, а между ячейками расположены каналы, отводящие газовую фазу, отвод жидкости осуществлен через отверстие в корпусе. Принцип действия пастеризатора основан на преобразовании механической энергии, подведенной к ротору, в тепловую энергию за счет вихревого движения жидкости. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для стерилизации и пастеризации молока и молочных продуктов и может быть использовано для тепловой обработки любых жидких пищевых и непищевых продуктов.

Известны пастеризаторы, работающие по принципу преобразования механической энергии в тепловую. Например, известен пастеризатор, содержащий патрубки подвода и отвода, размещенные концентрично патрубку подвода диски, выполненные с сопряженными кольцевыми канавками [1] Недостатком конструкции этого пастеризатора является недостаточное воздействие на продукт, что влечет за собой повышенное энергопотребление и малую производительность.

Известно устройство для термообработки пищевых продуктов, содержащее размещенные в корпусе диски, смежные поверхности которых помимо кольцевых канавок имеют решетки, укрепленные между ними, а на периферии дисков и смежной с ним поверхности корпуса выполнены выступы и впадины [2] Недостатками этого пастеризатора являются сложность конструкции, необходимость и сложность поддержания рабочего зазора, в котором идет процесс пастеризации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для тепловой обработки жидких продуктов, которое включает консольно закрепленный на валу электродвигателя корпус. В корпусе размещен ротор с передней крышкой, ротор выполнен в виде чаши с расположенными на ее периферической части лопатками, имеющими форму сектора, и крышка корпуса снабжена аналогичными лопатками, образующими кольцевую полость. Патрубки подвода и отвода продукта связаны с полостями [3] Недостатками известного устройства являются низкая производительность и необходимость предварительного нагрева обрабатываемого продукта.

Предлагаемый пастеризатор свободен от всех указанных выше недостатков за счет компактности конструкции, низкого энергопотребления и направленности движения за счет более полного использования эффекта Феттингера.

Пастеризатор состоит из корпуса, консольно закрепленного на фланце электродвигателя ротора, имеющего с обеих торцевых сторон ячейки, и крышек, имеющих аналогичные ячейки. За счет такого выполнения повышается производительность, т.к. подвод продукта осуществляется сразу во все ячейки при помощи каналов, соединяющих их с патрубком подвода.

Для обеспечения самовсасывания и предотвращения кавитации при высоких температурах используется осевой насос, размещенный в роторе. Для стабилизации процесса во времени в роторе имеются каналы для предотвращения накопления газовой фазы.

При наличии возможности подвода жидкости при необходимом избыточном давлении осевой насос и система использования отвода газовой фазы могут отсутствовать.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из следующих основных деталей корпуса 1, вала 2 с осевым насосом 3, ротора 4, передней 5 и задней 6 крышек, кольца 7, уплотнительной манжеты 8, входного 9 и выходного 10 патрубков.

Корпус 1 закреплен на фланце электродвигателя и является основным несущим элементом конструкции. На конце вала электродвигателя 11 насажен вал 2 пастеризатора и закреплен при помощи резьбового хвостовика осевого насоса 3. Вал 2 имеет посадочное место в виде квадрата для ротора 4, закрепленного на валу гайкой 12. Носок вала выполнен полым с целью подвода жидкости к ротору через отверстия в канаве посадочного места.

Внутри корпуса расположены задняя крышка 6, кольцо 7 и передняя крышка 5, образующие рабочую проточную камеру пастеризатора. Уплотнение камеры обеспечивается резиновыми кольцами 13 крышек, манжетой 8, установленной в задней крышке, и резиновыми кольцами 14 и 15 патрубков. Передняя крышка крепится к корпусу винтами и создает необходимый натяг на уплотнительных кольцах 13 между кольцом 7 и крышками. Ширина кольца 7 больше ширины ротора для обеспечения оптимальных торцевых зазоров между ротором и крышками. Кольцо 7 является не только дистанционным распорным элементом, но и эффективной тепловой защитой корпуса 1.

Ротор 4 с торцов, обращенных к крышкам, имеет ковшеобразные ячейки, в которые подводится жидкость через каналы 16, соединенные с центральной расточкой ротора, симметрично расположенной над канавкой-коллектором посадочного места вала. На торцевых поверхностях ротора между ячейками имеется система каналов, параллельных оси вала, соединенных с радиальными каналами в средней части ротора, выходящими на его наружную цилиндрическую поверхность. Через эту систему каналов отводится паровая фаза жидкости, образующаяся при рабочей температуре, близкой к точке кипения.

Внутренние поверхности крышек со стороны ротора также имеют ковшеобразные ячейки, образующие неподвижные полости, в отличие от подвижных полостей ротора.

Для защиты электродвигателя от попадания влаги при потере работоспособности манжеты в корпусе сделано дренажное отверстие, и на вал электродвигателя установлен отражатель 18.

Работа пастеризатора заключается в следующем.

Роторный пастеризатор является нагревателем и одновременно насосом в технологической цепи пастеризаторной установки. Его действие основано на принципе Феттингера преобразования механической энергии, подведенной к ротору, в энергию вихревого двигателя жидкости.

Жидкость, поступающая через входной патрубок 9 во внутреннюю полость вала, центральную расточку ротора, через каналы 16 подается в ячейки ротора 4. При вращении ротора жидкость, заполнившая его ячейки, в переносном движении совершает вращение вместе с ним, а в относительном движении от центра к периферии, повторяя контур ячейки.

Поток жидкости, возникший в подвижных ячейках ротора, с большой скоростью покидает их и попадает в неподвижные ячейки крышек 5 и 6. На перерезывание вихревых токов жидкости затрачивается основная энергия, подведенная к валу агрегата Стекающая жидкость из ячеек крышек 5 и 6 поступает в ячейки ротора 4, смешиваясь с вновь поступающей через каналы ротора жидкостью (приход новой жидкости равен расходу пастеризатора). Возникает мощное циркуляционное течение, расход которого существенно превышает расход (производительность) расперизатора. Поглощенная жидкостью энергия вращения ротора превращается в тепло. Жидкость нагревается. Температура ее при постоянстве подведенной энергии определяется соотношением циркуляционного расхода и производительности агрегата (т.е. соотношением "внутреннего" и "внешнего" расходов).

При нагреве до высоких температур в зонах пониженного давления начинается парообразование. Пары жидкости скапливаются в центральной части ротора и могут оголить часть объема ячеек и блокировать входные каналы. Произойдет срыв работы агрегата. Для предотвращения этого явления применена система отводящих каналов, обеспечивающих эвакуацию газовой фазы на периферию ротора, а также предвключенный осевой насос, создающий повышение давления в проточной полости. Установка осевого насоса, кроме того, позволяет работать в режиме самовсасывания.

Пастеризатор аналогичен гидродинамической муфте, работающей в гидротормозном режиме, и является гидродинамической вихревой машиной. Он аналогичен в какой-то мере также и вихревому насосу и поэтому может развивать напоры (по сравнению с другими лопастями гадромашинами). Поэтому в технологической цепи пастеризацинной установки предусматривать насос не требуется. Необходимо отметить, что выносной насос аналогичной производительности работал бы с более высоким КПД, чем "встроенный", присущий самой схеме роторного пастеризатора. Но все несовершенства "встроенного" насоса все равно идут на пользу нагревают жидкость.

Все потери в обычном понимании трение в манжете, низкий КПД осевого насоса и другие в данном случае таковыми не являются, т.к. в конечном счете переходят в тепло, которое и должен вырабатывать агрегат. Безусловными потерями являются потери тепла в окружающую среду, но с ними легко бороться материалы, контактирующие с молочными продуктами, выполнены из пластмассы с низкой теплопроводностью, кольцо 7 отделено от корпуса 1 воздушной прослойкой, корпус 1 подогревается теплом электродвигателя (т.е. даже потери в электродвигателе можно заставить работать на КПД).

Значительное превышение циркуляционного потока над расходом пастеризатора позволяет получить теплообменный аппарат с высокими удельно-габаритными характеристиками.

В пастеризаторе отсутствует перепад температуры стенка жидкость (он даже отрицателен). Нагрев идет за счет внутреннего преимущественно вихревого трения жидкости.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, включающее консольно закрепленный на валу электродвигателя корпус, содержащий ротор и переднюю крышку с подвижными и неподвижными полостями на смежных поверхностях, патрубки подачи и отвода продукта, связанные с полостями, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной задней крышкой, а полости образованы ячейками, выполненными на торцевых стороная ротора и смежных поверхностях крышек и связаны с патрубком подачи продукта при помощи каналов, выполненных в теле ротора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит систему каналов для отвода газовой фазы, образующейся в процессе работы, а ротор содержит осевой насос.

РИСУНКИ

Рисунок 1