применение сепарационного насоса в качестве калоризатора и пароотделителя вакуум-выпарной установки непрерывного действия

Формула изобретения

Применение сепарационного насоса в качестве калоризатора и пароотделителя вакуум-выпарной установки непрерывного действия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано для сгущения цельного и обезжиренного молока, выпаривания сыворотки, а также в других областях пищевой промышленности.

В известных вакуум-выпарных установках непрерывного действия сгущение молока производится при последовательном прохождении молочным продуктом подогревателя, калоризатора и пароотделителя. В зависимости от конструкции вакуум-выпарной установки число таких ступеней может варьироваться от одной до четырех. Неотъемлемой частью каждой вакуум-выпарной установки являются подкачивающий насос и устройство для отвода паров, обычно эжектор или конденсатор с насосом.

Молоко насосом подается в подогреватель, где происходит его нагрев до температуры, превышающей температуру насыщения при давлении в калоризаторе, затем тонкой пенкой направляется по поверхностям нагрева калоризатора. Разделение сгущенного молочного продукта и пара производится в пароотделителе. Сгущенный продукт подается в следующую ступень сгущения или на использование, пар утилизируется. Поддержание в калоризаторе давления ниже атмосферного, обеспечивающего пониженную температуру кипения сгущаемого молочного продукта, осуществляется с помощью эжектора или путем конденсации и откачки отводимых паров.

Недостатком известных вакуум-выпарных установок являются большие габаритные размеры калоризатора и пароотделителя относительно объема одновременно сгущаемого в них молочного продукта, определяемые сравнительно малой площадью межфазной поверхности, и связанные с этим повышенные материалоемкость и эксплуатационные расходы на мойку и дезинфекцию.

Целью изобретения является уменьшение геометрических размеров и материалоемкости вакуум-выпарной установки, снижение затрат на эксплуатацию.

Указанная цель достигается применением известного струйного сепарационного насоса [2] впервые в качестве калоризатора и пароотделителя вакуум-выпарной установки непрерывного действия, что соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия".

На чертеже изображен струйный сепарационный насос, состоящий из неоднофазного конфузорно-диффузорного сопла 1, поверхностного сепаратора 2, диффузора для восстановления давления потока отсепарированной жидкости (сгущенного молока) 3 и патрубка для отвода паров 4.

Работа струйного сепарационного насоса в качестве калоризатора и пароотделителя вакуум-выпарной установки непрерывного действия осуществляется следующим образом.

Предварительно нагретый в подогревателе молочный продукт подается на вход конфузорно-диффузорного сопла 1 и начинает двигаться под действием перепада давления между сечениями входа и среза сопла 1. В критическом сечении сопла статическое давление в жидкости достигает значения давления насыщения, молочный продукт вскипает. В диффузорной части сопла происходит адиабатное расширение образовавшегося парожидкостного потока, при этом часть жидкости испаряется. Поток имеет парокапельную структуру, в результате чего значительно увеличивается площадь межфазной поверхности, определяющая интенсивность тепломассообмена жидкости с паром. Благодаря этому удается интенсифицировать процесс удаления воды из молочного продукта.

Пар, расширяющийся в диффузорной части сопла 1, передает каплям часть своей располагаемой работы, разгоняя их. Высокоскоростной парокапельный поток направляется на разделение в поверхностный сепаратор 2, представляющий собой криволинейную поверхность. При контакте парокапельного потока с твердой поверхностью происходит осаждение жидкой фазы, сгущенный молочный продукт в виде пленки начинает двигаться по поверхности. Использование поверхностного сепаратора большой кривизны позволяет произвести полное осаждение капель и удалить из слоя пленки весь внесенный с каплями пар. Затем производится восстановление статического давления отсепарированного потока в диффузоре 3.

Полное давление молочного продукта за диффузором всегда выше, чем статическое давление на срезе сопла, а при снижении уровня диссипативных потерь в элементах струйного сепарационного насоса может значительно превышать полное давление на входе, что связано с передачей энергии жидкости от пара при их совместном расширении в сопле. После диффузора сгущенный молочный продукт может направляться либо потребителю (в линию разлива), либо в следующую ступень сгущения.

Расчеты показали, что при давлении подачи цельного молочного продукта 0,4 МПа, температуре 140^оС, обеспечивающей качественную стерилизацию молочного продукта, и давлении на срезе конфузорно-диффузорного сопла 0,01 МПа, в ступени, использующей в качестве калоризатора и пароотделителя струйный сепарационный насос, удается удалить до 15% воды. При этом давление молочного продукта на выходе из ступени составляет 0,5 МПа, что выше, чем на входе, и достаточно для его дальнейшей безнасосной подачи в последующую ступень или потребителю.

Использование известного струйного сепарационного насоса в составе вакуум-выпарной установки непрерывного действия позволит уменьшить габариты и материалоемкость установки, мощность насосов для откачивания сгущенного продукта, а также упростить и удешевить процесс мойки и дезинфекции.