способ обработки жидкого пищевого продукта

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА, включающий его нагрев, выдержку, охлаждение за счет испарения и гомогенизацию, отличающийся тем, что охлаждение жидкого пищевого продукта осуществляют путем его разгона в сопле струйного охладителя с последующим разделением потока на паровую и жидкую фазы, а гомогенизацию жидкой фазы проводят путем восстановления статического давления в ней при движении в диффузоре струйного охладителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев жидкого пищевого продукта осуществляют путем его инжекционного смешения с паровой фазой продукта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что паровую фазу продукта конденсируют в теплообменнике потоком жидкого пищевого продукта, подаваемого на обработку.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что паровую фазу продукта предварительно эжектируют паром высокого давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой и химико-фармацевтической промышленности и может быть использовано, в частности, для пастеризации или стерилизации жидких молочных продуктов, фруктовых соков и т.п.

Известны способы обработки жидких пищевых продуктов, реализуемые в установках на базе поверхностных теплообменников [1] Установки для обработки жидких пищевых продуктов этого типа обеспечивает возможность регенерации тела, простоты в эксплуатации.

К их недостаткам следует отнести большие габариты и металлоемкость поверхностных теплообменников, возможность пригара молочного продукта и отложения осадка на поверхностях нагрева из-за малых скоростей течения жидкостей. Это определяет высокую стоимость оборудования, необходимость выполнять теплообменники с возможностью легкой разборки для мойки и дезинфенкции, вызванные этим простои и снижение производительности.

Эти недостатки в значительной мере устраняются в пароконтактных установках. Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является пароконтактная установка для стерилизации жидких молочных продуктов [2] в которой нагрев жидких молочных продуктов до температуры стерилизации осуществляется путем инжекционного смешения с греющим паром. Затем горячий молочный продукт, разбавленный конденсатом, направляется в вакуум-камеру, где при пониженном давлении молочный продукт вскипает и охлаждается, а избыток влаги удаляется. Охлажденный молочный продукт для обеспечения однородности структуры гомогенизируется в асептическом гомогенизаторе клапанного типа при значительном снижении полного давления жидкого продукта. В данной установке предотвращаются пригар и образование осадка продукта на рабочих поверхностях установки за счет развитой поверхности контакта фаз при нагреве молочного продукта конденсирующимся паром во всем стерилизуемом объеме и вследствие высокой скорости движения жидкого продукта. Этим же определяются малые габариты пароконтактного нагревателя. К недостаткам установок данного типа следует отнести повышенные требования к чистоте пара, смешиваемого с нагреваемым молочным продуктом, необходимость иметь в составе установки высокопрочную крупногабаритную емкость вакуум-камеры и асептический клапанный гомогенизатор, оснащенные специальными приспособлениями для предотвращения проникновения в стерилизованный продукт микроорганизмов из окружающей среды.

В данном изобретении ставится задача повышения эффективности процесса обработки жидких пищевых продуктов за счет упрощения установки для обработки жидкого пищевого продукта и снижения расходов на ее эксплуатацию.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обработки жидкого пищевого продукта, заключающемся в его нагреве, выдержке и последующем испарительном охлаждении перед гомогенизацией, охлаждение жидкого пищевого продукта осуществляют при разгоне в сопле с последующим разделением потока на паровую и жидкую фазы, а гомогенизацию последней проводят при восстановлении ее статического давления в диффузоре.

Указанная задача может быть решена за счет нагрева жидкого пищевого продукта путем инжекционного смешения с паровой фазой.

Указанная задача может быть решена также за счет конденсации паровой фазы в теплообменнике потоком подаваемого на обработку жидкого пищевого продукта.

Указанная задача может быть решена также за счет предварительного эжектирования паровой фазы паром высокого давления.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность процесса обработки жидких пищевых продуктов. Это становится возможным за счет отказа от использования в составе установки высокопрочной крупногабаритной емкости вакуум-камеры и клапанного гомогенизатора, являющегося одним из основных потребителей электроэнергии, а также за счет преобразования в работу повышения полного давления жидкости части отводимой от нее теплоты. Возможен также отказ от использования специальных очистителей пара. Это позволит снизить стоимость оборудования, реализующего данные способы обработки жидких пищевых продуктов. Затраты на его эксплуатацию и уменьшить энергопотребление.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "Новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию "Существенные отличия".

Фиг.1 4 поясняют предлагаемое изобретение.

Устройство для обработки жидкого пищевого продукта, реализующее п.1 формулы предлагаемого технического решения (фиг.1), содержит поверхностный теплообменник-регенератор 1, паровой котел 2, пароочиститель 3, инжектор-конденсатор 4, струйный охладитель 5.

Данное устройство работает следующий образом (фиг.1). При обработке жидкий пищевой продукт направляется в поверхностный теплообменник-регенератор 1, где он подогревается обратным потоком нагретого обработанного жидкого пищевого продукта. Затем он подается на вход и инжектор-конденсатор 4, в котором происходит смешение продукта с греющим паром из парового котла 2. Греющий пар предварительно пропускается через пароочиститель 3, обеспечивающий удаление из него различного рода загрязнений. В инжекторе-конденсаторе происходит энергообмен между паром и жидким пищевым продуктом с конденсацией греющего пара. За счет выделяющейся при этом теплоты конденсации жидкий пищевой продукт быстро прогревается до температуры, обеспечивающей его стерилизацию. После этого смесь стерилизованного жидкого продукта с конденсатом направляется в струйный охладитель 5. В сопле струйного охладителя происходит разгон этой смеси с одновременным испарением части ее и охлаждением оставшейся части за счет скрытой теплоты парообразования. При этом пар, расширяясь, передает часть располагаемой работы процесса расширения жидкой фазе, ускоряя ее. В поверхностном сепараторе струйного охладителя 5 происходит разделение полученного в сопле парожидкостного потока, причем высокоскоростная струя жидкости с сохранением большей части своего импульса направляется в диффузор. В диффузоре стерилизованный жидкий пищевой продукт тормозится с восстановлением динамического давления потока, в результате чего возрастает его статическое давление. Это дает возможность обеспечить безнасоснную подачу стерилизованного жидкого пищевого продукта потребителю. Дополнительный положительный эффект связан с гомогенизацей жидкого пищевого продукта в диффузоре, происходящей при торможении потока в скачке уплотнения, реализующемся из-за неполного разделения фаз при сепарации и попадания в диффузор двухфазового потока с пузырьковой структурой.

Устройство для обработки жидкого пищевого продукта, соответствующее п.2 формулы предлагаемого технического решения (фиг.2), содержит поверхностный теплообменник-регенератор 6, насос 7, инжектор-конденсатор 8, струйный охладитель 9. Его работа в целом аналогична работе описанного выше устройства, реализующего п.1 формулы. Однако в этом случае появляется возможность отказаться от греющего пара от внешнего источника, а использовать для нагрева жидкости пар, отбираемый из струйного охладителя 9. Компенсация потерь теплоты в окружающую среду происходит за счет введения в состав установки насоса 7, обеспечивающего устойчивую работу инжектора-конденсатора 8.

Устройство для обработки жидкого пищевого продукта, реализующее п.3 формулы предлагаемого технического решения (фиг.3), содержит теплообменник-конденсатор 10, насос 11 для откачивания конденсата, поверхностный теплообменник-регенератор 12, источник 13 греющего пара, пароочиститель 14, инжектор-конденсатор 15, струйный охладитель 16.

Работа устройства, реализующего п.3 формулы предлагаемого технического решения, также аналогична работе описанного выше устройства, реализующего п. 1 формулы. Однако оно может иметь преимущества при необходимости быстрого охлаждения обрабатываемого пищевого продукта (например, молочных продуктов) до температур ниже 100^оС. При этом на срезе сопла струйного охладителя 16 должно быть обеспечено давление ниже атмосферного. Такое условие может быть реализовано при конденсации отводимого из струйного охладителя 16 пара в теплообменнике-конденсаторе 10. Пар конденсируется за счет хладоресурса подаваемого на обработку жидкого пищевого продукта. Сконденсировавшаяся влага отводится из теплообменника-конденсатора 10 насосом 11.

Устройство для обработки жидкого пищевого продукта, реализующее п.4 формулы предлагаемого технического решения (фиг.4), содержит поверхностный теплообменник-регенератор 17, насос 18, инжектор-конденсатор 19, струйный охладитель 20, паровой котел 21, пароочиститель 22, газоструйный эжектор 23.

Применение устройства, реализующего п. 4 формулы предлагаемого технического решения, также связано с низким давлением на срезе сопла струйного охладителя 20. В этом случае суживается диапазон устойчивой работы инжектора-конденсатора 19. Поэтому в состав устройства введен газоструйный эжектор 23, в котором в качестве активного потока используется водяной пар от внешнего источника парового котла 21, пропускаемый через пароочиститель 22.

Жидкий пищевой продукт (молоко) подается на вход в поверхностный теплообменник-регенератор при температуре 10^оС и нагревается за счет обратного потока пастеризованного молока до температуры 65^оС. При этом пастеризованное молоко охлаждается от 80 до 25^оС. С помощью насоса давление пастеризуемого молока повышается до 0,6 МПа. Затем в инжекторе-конденсаторе оно смешивается с паром. За счет конденсации пара молочный продукт прогревается до температуры пастеризации 95^оС и направляется в струйный охладитель, где происходит быстрое (за 0,2 с) охлаждение молочного продукта до температуры 80^оС. При выходе из струйного охладителя давление потока пастеризованного молока составляет 0,2 МПа. Затем оно через теплообменник-рекуператор выдается потребителю. Пар из струйного охладителя отводится при температуре 80^оС и давлении около 0,04 МПа, что затрудняет устойчивую работу инжектора-конденсатора. Поэтому используется газоструйный эжектор с температурой активного потока 145^оС и давлением 0,4 МПа. Полученный после газоструйного эжектора пар с температурой 112 ^оС и давлением 0,07 МПа направляется на вход в пассивное сопло инжектора-конденсатора.