установка для пастеризации молока

Формула изобретения

Установка для пастеризации молока, содержащая платформу, уравнительный бак, выдерживатель, насосы подачи молока и воды, фильтры, секционный теплообменник со станиной и нажимными плитами, бойлер, охладитель со станиной и нажимной плитой, трубопроводы, запорно-регулирующую арматуру и пульт управления, отличающаяся тем, что она снабжена сепараторами и водогрейным баком, а нажимные плиты теплообменника и охладителя снабжены регулируемыми опорами и скреплены стяжками попарно, причем соответствующая станина скреплена с ближайшей нажимной плитой аналогично, при этом сверху и снизу на теплообменных пластинах теплообменника и охладителя, а также сверху на станине и нажимных плитах выполнены пазы, в которых размещены съемные направляющие, а выдерживатель размещен в емкости бойлера и выполнен из трубы в форме змеевика, бойлер снабжен крышкой с закрепленными в ней нагревательными элементами, а водогрейный бак теплоизолирован от окружающей среды и оснащен нагревательными элементами, двумя патрубками для подачи холодной воды и выдачи горячей, при этом выходной патрубок сообщен посредством уравнительного бака с насосом, а входной патрубок - с источником воды, причем охладитель выполнен в виде отдельного блока и сообщен посредством трубопроводов с теплообменником, источником охлажденной среды и выходным вентилем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для молочной промышленности и может быть применено в технологическом процессе пастеризации молока, связанном с использованием тепла и холода.

Для уничтожения болезнетворных микроорганизмов при пастеризации молоко нагревают до 63-85^oС и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени.

Перед очисткой и сепарированием молоко нагревают до 35-45^oС, а для длительного хранения охлаждают до 4-8^oС.

Предлагаемое изобретение представляет собой установку, в которой реализуется процесс очистки, нормализации (обеспечения требуемой жирности), пастеризации и охлаждения молока.

В этой установке, как и в большинстве теплообменных аппаратов для пастеризации молока, нагрев и охлаждение производится одновременно в непрерывном потоке. После пастеризации тепло нагретого молока используется для нагрева холодного молока, т.е. происходит рекуперация тепла, нагрев молока до температуры пастеризации осуществляется водой с температурой на несколько градусов большей, чем температура пастеризации. При этом теплообмен между двумя средами (холодное молоко и горячее молоко или молоко и вода) происходит через разделяющую их металлическую пластину, причем попадание одной среды в другую исключено.

К теплообменным аппаратам, применяемым для тепловой обработки молока и молочных продуктов, предъявляются следующие требования:

1) конструкция аппаратов должна обеспечивать сравнительно быструю и удобную разборку тех ее частей, через которые проходит продукт, а также чистку и мойку поверхностей, соприкасающихся с продуктом;

2) во внутренней полости аппарата не должно быть острых углов, изгибов и карманов, труднодоступных для чистки и мойки;

3) детали и узлы, соприкасающиеся с продуктом, должны быть изготовлены из антикоррозионных пищевых материалов, стойких к молочной кислоте и моющим растворам;

4) теплообменные аппараты должны быть снабжены приборами контроля и автоматического регулирования температуры нагрева или охлаждения продукта.

В молочной промышленности эксплуатируются теплообменные аппараты, разные по конструкции, производительности, принципу действия, тепловым показателям, требующим разных приемов эксплуатации. Большинство современных теплообменников являются пластинчатыми, они наиболее эффективны, современны, отличаются универсальностью и более компактны по сравнению с трубчатыми.

Одним из недостатков существующих пластинчатых теплообменников является необходимость выделения дополнительной площади в помещении, где размещается установка пастеризации молока, для профилактической или ремонтной работы, кроме того, у них достаточно высока трудоемкость обслуживания.

Авторами разработана установка для пастеризации молока, которая позволяет существенно снизить трудоемкость обслуживания, повысить ее суточную производительность, качество выходящего продукта и уменьшить габаритные размеры.

В настоящее время известен целый ряд пластинчатых пастеризационно-охладительных установок с производительностью 1000-15000 л/час как отечественного, так и зарубежного производства.

Известна пластинчатая пастеризационная установка ОПФ1, Барабанщикова В. А., Молочное дело, М.: Агропромиздат, 1990 г., принятая за аналог.

Известная установка содержат пластинчатый теплообменник, центробежный очиститель, выдерживатель, центробежные насосы для молока и воды, уравнительный бак, запорно-коммутирующую аппаратуру, в т.ч. перепускной электрогидравлический клапан, регулирующий клапан пара, трубопроводы и пульт управления.

Для повышения экономии тепла и пара применяется теплообменник, состоящий из теплообменных пластин с рифленой поверхностью прямоугольной формы. Пластины, прижатые одна к другой через резиновые прокладки, группируются в несколько секций, разделенных нажимными плитами. Пластины и плиты подвешены на горизонтальных штангах - верхней и нижней. Молоко слоем 2-4 мм проходит между двумя пластинами, а теплоноситель (вода, пар) циркулируют противотоком с другой стороны пластин. В секции пастеризации молоко нагревается до требуемой температуры.

Достоинством данной установки является то, что она имеет небольшие размеры, экономию тепла за счет рекуперации и пониженный в связи с этим расход пара на пастеризацию.

Недостатки известной конструкции:

- отсутствие в ее составе емкости для подогрева моющих растворов и воды для безразборной промывки всей установки;

- наличие одного очистителя молока (время его непрерывной работы не более 1-1,5 ч), что снижает производительность установки на 45-55% из-за остановки процесса пастеризации для мойки очистителя и дополнительного времени на нагрев для выхода на режим пастеризации;

- использование пара в качестве источника тепла требует наличия котельной или другого парообразующего агрегата (парогенератора), что усложняет конструкцию установки и ее обслуживание;

- в установке применен теплообменник, в котором пластины и нажимные плиты центрируются по отверстиям в них верхней и нижней штангами и стянуты сквозными стяжками. При такой конструкции в случае ремонта хотя бы одной пластины необходимо распустить стяжки и снять все пластины и плиты, расположенные до нее, что требует наличия большого свободного пространства около теплообменника и больших трудозатрат.

Таким образом, задачей данного технического решения являлась разработка экономичной пластинчато-пастеризационной установки производительностью 1000 л/ч, которая нашла применение в небольших и средних молочных фермах.

Общими признаками с предлагаемой авторами установкой является наличие трубопровода, бака уравнительного, центробежных насосов, фильтров, теплообменника, выдерживателя, пульта управления.

Известна установка пастеризационно-охладительная, пластинчатая для молока "Поток-Терм" (см. проспект АО "Альфа Лаваль Поток"), принятая за прототип.

Известная установка содержит теплообменник секционный со станиной и нажимными плитами, охладитель с нажимной плитой, бак приемный, насосы для подачи молока и воды, электроводонагреватель, бойлер, выдерживатель, запорную арматуру, пульт автоматического управления, платформу.

Из уравнительного бака молоко насосом подается в секцию регенерации теплообменника, где холодное молоко подогревается, а затем подается в секцию пастеризации. В секции пастеризации молоко нагревается до температуры пастеризации. Далее горячее молоко поступает в выдерживатель, а затем через автоматический клапан в секцию регенерации теплообменника. Пастеризованное молоко охлаждается вновь поступающим холодным молоком, а далее поступает в охладитель, смонтированный в одном блоке с теплообменником.

Достоинством данной установки является то, что она имеет небольшие размеры и вес. Элементы установки собраны в виде модуля на платформе.

Известная установка имеет следующие недостатки:

- отсутствие в ее составе емкости для подогрева моющих растворов и воды для безразборной промывки всей установки;

- отсутствие сепаратора не позволяет получить кроме пастеризованного молока другие продукты (сливки, обрат, нормализованное молоко);

- в установке применен теплообменник, в котором пластины и нажимные плиты центрируются по отверстиям в них верхней и нижней штангами и стянуты сквозными стяжками. При такой конструкции в случае ремонта хотя бы одной пластины необходимо распустить стяжки и снять все пластины и плиты, расположенные до нее, что требует наличия большого свободного пространства около теплообменника и больших трудозатрат;

- охладитель выполнен в едином блоке с пластинчатым теплообменником (где происходит нагрев молока), что усугубляет недостатки установки, связанные с принятой конструкцией теплообменника, описанные выше, кроме того, наличие охладителя в одном блоке с нагревающими секциями теплообменника приводит к увеличению затрат тепловой энергии.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлась разработка мобильной пастеризационной установки в виде модуля на платформе с регенерацией более 85% тепловой энергии.

Общими признаками с предлагаемой авторами установкой являются платформа, уравнительный бак, выдерживатель, насосы подачи молока и воды, фильтры, секционный теплообменник со станиной и нажимными плитами, бойлер, охладитель с нажимной плитой, трубопроводы, запорно-регулирующая аппаратура и пульт управления.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами техническом решении установка снабжена сепараторами и водогрейным баком, а нажимные плиты теплообменника и охладителя снабжены регулируемыми опорами и скреплены стяжками попарно, причем станины скреплены с нажимными плитами аналогично, сверху и снизу на нажимных плитах и теплообменных пластинах теплообменника и охладителя выполнены открытые пазы, в которых размещены съемные направляющие, выдерживатель размещен в емкости бойлера и выполнен из трубы в форме змеевика, бойлер снабжен крышкой с закрепленными в ней нагревательными элементами, а водогрейный бак теплоизолирован от окружающей среды, оснащен нагревательными элементами, двумя патрубками - для подачи холодной воды и выдачи горячей, при этом выходной патрубок сообщен посредством уравнительного бака с насосом, а входной патрубок - с источником воды, причем охладитель выполнен в виде отдельного блока и сообщен посредством трубопроводов с теплообменником, источником охлажденной среды и выходным вентилем.

Проведенный сопоставительный анализ показал, что заявляемое техническое решение содержит существенные отличительные от прототипа признаки и отвечает критерию "новизна".

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны во всех случаях достаточны.

Задачей изобретения является снижение трудозатрат при обслуживании установки, расширение номенклатуры получаемой продукции, снижение трудоемкости ремонтных работ, уменьшение количества затрачиваемой тепловой энергии.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет оснащения установки сепараторами и водогрейным баком, снабжения нажимных плит теплообменника и охладителя регулируемыми опорами и скрепление стяжками попарно, аналогично скреплению станины с нажимными плитами, выполнение открытых пазов, сверху и снизу на нажимных плитах и теплообменных пластинах теплообменника и охладителя, в которых размещены съемные направляющие, размещение выдерживателя в емкости бойлера и выполнение его из трубы в форме змеевика, снабжение бойлера крышкой с закрепленными в ней нагревательными элементами, водогрейного бака, теплоизолирование от окружающей среды и оснащение нагревательными элементами и двумя патрубками - для подачи холодной воды и выдачи горячей, сообщение выходного патрубка посредством уравнительного бака с насосом, а входного патрубка - с источником воды, выполнение охладителя в виде отдельного блока и сообщение его посредством трубопроводов с теплообменником, источником охлажденной среды и выходным вентилем, - обеспечить пастеризацию молока на мобильной установке в виде модуля на платформе с регенерацией не более 85% тепловой энергии.

Использование водогрейного бака в составе установки для приготовления моющих растворов и подогрева воды позволяют осуществить безразборную и автоматизированную промывку молоководов и всего контура обработки молока, а применение в установке двух сепараторов дает возможность получать нормализованное молоко, сливки и обрат, кроме этого происходит очистка продукта от загрязнений, при этом в работе находится один сепаратор, а другой - на профилактической очистке или ремонте, так как в непрерывной работе сепаратор используется не более 1,5 ч. Таким образом, не происходит остановки процесса пастеризации для мойки сепаратора и не надо дополнительного времени на нагрев для выхода на режим пастеризации. При более совершенной конструкции теплообменника удалось уменьшить количество затрачиваемой тепловой энергии и повысить коэффициент полезного действия теплообменника, исключив переток тепла от секции пастеризации к секции охладителя при высокой теплопроводности составляющих его частей, существенно упростить демонтаж и монтаж теплообменника и теплообменных пластин при ремонте путем применения радиальной сборки, значительно сократить используемые производственные площади, увеличить суточную производительность установки. В случае отсутствия в технологии пастеризации молока операции охлаждения отпадает необходимость комплектации установки узлом охладителя. Таким образом, этот узел исключается из спецификации поставки установки, позволяет снизить стоимость в целом всей установки.

Сущность изобретения заключается в том, что установка для пастеризации молока, содержащая платформу, уравнительный бак, выдерживатель, насосы подачи молока и воды, фильтры, секционный теплообменник со станиной и нажимными плитами, бойлер, охладитель с нажимной плитой, трубопроводы, запорно-регулирующую арматуру и пульт управления, снабжена сепараторами и водогрейным баком, а нажимные плиты теплообменника и охладителя снабжены регулируемыми опорами и скреплены стяжками попарно, причем станины скреплены с нажимными плитами аналогично, сверху и снизу на нажимных плитах и теплообменных пластинах теплообменника и охладителя выполнены открытые пазы, в которых размещены съемные направляющие, выдерживатель размещен в емкости бойлера и выполнен из трубы в форме змеевика, бойлер снабжен крышкой с закрепленными в ней нагревательными элементами, а водогрейный бак теплоизолирован от окружающей среды, оснащен нагревательными элементами, двумя патрубками - для подачи холодной воды и выдачи горячей, при этом выходной патрубок сообщен посредством уравнительного бака с насосом, а входной патрубок - с источником воды, причем охладитель выполнен в виде отдельного блока и сообщен посредством трубопроводов с теплообменником, источником охлажденной среды и выходным вентилем.

Сущность изобретения поясняется чертежами: где на фиг. 1 показан общий вид установки для пастеризации молока (вид сверху), на фиг. 2 - теплообменник пластинчатый, на фиг. 3 - выдерживатель, на фиг. 4 - водогрейный бак, на фиг. 5 - охладитель пластинчатый.

Установка представляет собой комплекс оборудования, соединенного между собой в соответствии с технологическим процессом трубопроводной арматурой, и состоит из следующих узлов: бака уравнительного 1, насоса центробежного для подачи молока 2, насоса центробежного для подачи горячей воды 3, фильтра 4, сепаратора 5, теплообменника пластинчатого 6, бойлера 7, запорно-регулирующей арматуры 8, охладителя пластинчатого 9, бака водогрейного 10, платформы 11, пульта управления 12.

Теплообменник 6 состоит из трех функционально связанных между собой секций: секция А регенерации, которая предназначена для подогрева молока перед сепарацией до 35-40^oС и соответственно для охлаждения молока (обратно) при выходе до 12-15^oС; секция В регенерации, которая предназначена для нагрева молока перед пастеризацией и соответственно охлаждения пастеризованного молока; секция С пастеризации, которая предназначена для нагрева молока до температуры пастеризации горячей водой из бойлера 7. Секции теплообменника скомплектованы из штампованных пластин 13, расположенных между:

- нажимными плитами 14 и 15 - секция А;

- нажимными плитами 15 и 16 - секция В;

- нажимной плитой 16 и станиной 17 - секция С.

Каждая пластина 13 снабжена резиновым уплотнением, которое размещено по контуру пластины и зафиксировано на ней с помощью клея. Пластины 13 каждой секции поджимаются друг к другу стяжками 18. Пластины 13 с пазами 19 размещены между направляющими верхней 20 и нижней 21. Верхняя направляющая 20 вставляется в паз станины 17, а нижняя - в отверстие станины 17. Обе направляющие объединяются стойкой 22. Стойка 22 и плиты 14, 15, 16 снабжены регулируемыми по высоте опорами 23.

Бойлер 7 служит для выдержки предварительно нагретого до температуры пастеризации молока и состоит из емкости 24, выдерживателя 25 и крышки 26 с термоэлектрическими нагревателями 27.

Охладитель 9 служит для охлаждения пастеризованного молока. Он состоит из одной секции. Между станиной 27 и нажимной плитой 29 размещены пластины 13, которые стягиваются стяжками 18. Блок пластин размещен между двумя направляющими верхней 30 и нижней 31 и снабжен выходным вентилем 32.

Бак водогрейный служит для приготовления горячей воды, необходимой для безразборной промывки узлов и молокопровода установки. Он состоит из теплоизолированной от окружающей среды рабочей емкости 33 и крышки 34. Внутри емкости 33 смонтированы термоэлектрические нагреватели 35. На верхней части бака смонтирован заливной патрубок 36 для подачи холодной воды, а на дне бака - патрубок 37 для выдачи горячей воды.

Установка работает следующим образом.

Сырое молоко самотеком поступает в уравнительный бак 1, а оттуда насосом 2 прокачивается через фильтр 4 и в секцию теплообменника пластинчатого 6.

Молоко, проходя между пластинами секции А, нагревается до температуры не менее 40^oС. Нагрев молока происходит встречным потоком горячего пастеризованного молока, который омывает пластины этой секции с другой стороны. Из секции А теплообменника 6 подогретое молоко поступает в сепаратор 5. Проходя через сепаратор 5, молоко дополнительно очищается, нормализуется и по молокопроводу вновь возвращается к теплообменнику 6, но уже в секцию В регенерации. В процессе сепарирования молоко очищается и далее поступает в секцию В теплообменника 6, проходя между пластинами секции, нагревается еще до более высокой температуры. Этот нагрев осуществляется тем же, что и в секции А, встречным потоком горячего пастеризованного молока. Затем непастеризованное молоко по обводному каналу поступает в секцию С нагрева теплообменника 6. В этой секции происходит дальнейший нагрев молока до температуры пастеризации. Нагрев происходит встречным потоком горячей воды. Горячая вода готовится в бойлере 7, где она нагревается термоэлектрическими нагревателями 27 (ТЭН-ами), размещенными в его крышке 26. Здесь нагретая до необходимой температуры вода самотеком поступает в насос для горячей воды 3, который прокачивает ее через секцию С теплообменника 6 и возвращает в бак 24 бойлера 7.

Нагретое до температуры пастеризации молоко из секции С поступает в выдерживатель 25, который омывается горячей водой, находящейся в баке 24 бойлера 7. Проходя по выдерживателю 25, молоко выдерживается при температуре пастеризации.

Из выдерживателя 25 молоко поступает в клапан гидравлический 8 и затем в секцию В регенерации теплообменника 6, а оттуда в секцию А. В этих двух секциях горячее пастеризованное молоко отдает свое тепло встречному потоку холодного молока.

Из теплообменника 6 пастеризованное молоко поступает в охладитель пластинчатый 9. В охладителе 9 с обеих сторон каждой пластины 13, исключая крайние прилегающие к станине 28 и нажимной плите 29, по имеющимся каналам с одной стороны движется охлаждающая среда (хладоноситель), а с другой - пастеризованное молоко. Пластины 13 поджимаются друг к другу стяжками 18, а сверху и снизу они размещены между двумя направляющими: верхней 30 и нижней 31, которые размещаются в пазах 19.

В охладителе 9 молоко охлаждается и через выходной вентиль 32 поступает на хранение. В качестве охлаждающей среды может быть использована, например, водопроводная вода или охлажденный рассол.

Для завершения работы установки необходимо перекрыть подачу молока на установку. Когда уровень молока в уравнительном баке 1 снизится на 1/3 его объема, необходимо подать в уравнительный бак 1 холодную питьевую воду, которая насосом подается в молоководы и далее по всему контуру обработки молока.

После холодной промывки необходимо провести горячую промывку установки. Такая промывка ведется горячей водой из водогрейного бака 10. Для этого необходимо заполнить рабочую емкость 33, которая закрыта крышкой 34, через заливной патрубок 36 холодной питьевой водой и включить термоэлектрические нагреватели 35, предварительно задав системе управления температуру, до которой необходимо нагреть воду и поддерживать заданную температуру. Через патрубок 37 по трубопроводу горячая вода поступает в насос для молока 2 и после его включения промывку вести 5-7 минут. После этого отсоединить шланг из заливного патрубка 36 водогрейного бака 10 и горячую воду слить из системы, опорожнив водогрейный бак 10, и отключить насос 2.

При работе установки может возникнуть аварийная ситуация в виде большой утечки молока из теплообменника 6 или охладителя 19 в результате возникновения гидравлического удара. Для замены вышедшей из строя пластины 13 в любой из секций необходимо открепить и снять верхнюю направляющую 20 из станины 17 и стойки 22, отвернуть гайки на стяжках 18, вывернуть опоры 23, подняв плиты 14, 15, 16, освободить заменяемую пластину 13 из зоны контакта ее паза 19 с нижней направляющей 21 и вытащить ее вверх.

Порядок сборки секции - обратный разборке. По предлагаемому изобретению разработана конструкторская документация, по которой были изготовлены опытные образцы установок пастеризации молока и испытаны.

Испытания подтвердили ее высокие эксплуатационные характеристики, а именно установка обеспечивает очистку, сепарирование, нормализацию, пастеризацию и охлаждение молока.

Установка для пастеризации молока обеспечивает производительность 1000 л/ч. Установка имеет небольшие размеры и вес, экологически чиста и обладает повышенными потребительскими свойствами и функциональными возможностями.

По результатам испытаний предлагаемая конструкция установки для пастеризации молока признана перспективной и в настоящее время организовано их производство.