EA001955B1 - Устройство для инфузионного нагревания жидкого пищевого продукта - Google Patents

Abstract

Изобретение касается устройства для инфузионного нагревания. Это устройство (1) содержит автоклав (2) с впускным отверстием (3) для продукта, расположенным в его верхней области, и выпускным отверстием (7) для уже обработанного продукта, расположенным в его нижней области. Впускное отверстие (3) снабжено распределительной камерой (4) для разделения продукта на мелкие капли (20), когда продукт поступает в автоклав (2). Устройство (1) также содержит впускное средство (8) для пара, которое расположено в нижней области автоклава (2). Впускное средство (8) для пара выполнено по существу в виде концентрического отверстия (14) в поверхности (10) корпуса автоклава (2).

Description

Настоящее изобретение касается устройства для инфузионного нагревания жидкого пищевого продукта, причем устройство этого типа содержит автоклав с впускным отверстием для продукта, расположенным в его верхней области, и выпускным отверстием для продукта, расположенным в его нижней области, при этом впускное отверстие приспособлено для разделения поступающего в автоклав продукта на маленькие капельки, причем это устройство также имеет впускное отверстие для водяного пара, расположенное в нижней области автоклава.

Тепловая обработка пищевых продуктов для увеличения срока хранения на полке является известным и часто используемым способом. Например, пищевым продуктом может быть различная молочная продукция типа молока, сливок или йогурта. Тепловую обработку можно осуществлять множеством различных способов, прямым или косвенным образом. Косвенные способы нагревания используют, например, нагрев посредством различных теплообменников. Среди способов прямого (или непосредственного) нагревания имеются две основные группы: инжекции или инфузии водяным паром. Посредством прямого способа достигается чрезвычайно быстрое нагревание, к которому сегодня стремятся, поскольку для улучшения вкусовых качеств, например, молока, желательно нагревать его до высокой температуры в течение короткого времени.

Настоящее изобретение касается устройства, в котором используется инфузионное нагревание. Инфузия (паром) приводит к нагреву высокодисперсной жидкости, находящейся в паровой камере. Принцип нагревания жидкости, например, жидкого пищевого продукта, путем нагнетания пищевого продукта в заполненную водяным паром камеру был известен еще с начала девятнадцатого века.

Первые установки инфузионного нагревания были основаны на том же принципе, что и конденсаторы, посредством которых конденсировался избыточный водяной пар из различных химических процессов. Таким образом, на более ранних установках использовали инфузионное устройство, состоящее из автоклава с впускным отверстием для продукта в верхней области автоклава. Впускное отверстие открывалось в распределительную камеру, в которой поступающий продукт разделялся на маленькие, высоко дисперсные капельки. В основании автоклава имелось выпускное отверстие для нагретого продукта. Автоклав, кроме того, был снабжен средством для впуска водяного пара, которое в этих ранних инфузионных устройствах располагали в нижней области автоклава. Однако недостаток, свойственный этим устройствам, например, в случае обработки молока, состоял в том, что водяной пар, который нагнетался на нижнем уровне в автоклав в направлении к высокодисперсным капелькам жидкости, заставлял капельки изменять направление, и многие из них попадали на горячие внутренние стенки устройства, на которых происходило немедленное подгорание продукта. Подгорание продукта на таких горячих стенках влечет за собой основные гигиенические проблемы, и такой подгоревший продукт чрезвычайно трудно отмыть.

Один из способов устранения проблемы, связанной с подгоранием продукта на внутренней стенке инфузионного устройства, состоит в том, чтобы разместить впускное средство для водяного пара в верхней области инфузора. Пар подается сверху по распределительной камере продукта так, что капли не разрушаются при их падении через паровую камеру. Но введение водяного пара одновременно с введением продукта также имеет свои недостатки. Этот тип введения пара может вызывать подгорание продукта вокруг или внутри распределительных отверстий или щелей распределительной камеры. Это нарушает нагревание продукта, температура продукта снижается, и приходится повышать давление пара, а между продуктом и водяным паром возникает более высокий перепад температур. Благодаря выполнению распределительных отверстий с очень тонкой кромкой, направленной внутрь к паровой камере, эту проблему можно решить, поскольку будут образовываться очень тонкие слои подгоревшего продукта, которые легко удалить до того, как они нарушат работу устройства.

Однако одновременное введение водяного пара также влечет за собой проблемы, связанные с неконденсируемыми газами, которые всегда находятся в продукте и которые выделяются в связи с его нагреванием. Пар также содержит некоторое количество этих газов. Эти газы могут состоять из кислорода, азота, диоксида углерода и других. Эти газы нужно непрерывно удалять для того, чтобы можно было поддерживать температуру водяного пара при одном и том же давлении. В результате одновременного введения пара, неконденсируемые газы легче смешиваются с водяным паром, и их труднее удалить без ненужных потерь также пара из процесса.

Таким образом, если бы было можно использовать классическое решение в части расположения впускного средства для водяного пара на достаточно низком уровне в инфузионном устройстве, не подвергаясь проблемам, вызывающим подгорание продукта, от которых прежде страдало это решение, то это привело бы к значительным преимуществам.

Одной из задач изобретения является обеспечение возможности располагать впускное средство для водяного пара в инфузоре в нижней области автоклава так, чтобы пар при его введении не разрушал падающие капли и не вызывал их разбрызгивание на горячие внутренние стенки устройства, и не создавал пригорание продукта, которое трудно смывать.

Еще одной задачей изобретения является обеспечение, благодаря низкому расположению впускного средства для водяного пара, более простое собирание и удаление неконденсируемых газов.

Эти и другие задачи решаются изобретением посредством устройства, описанного во введении типа, которое имеет отличительные признаки, заключающиеся в том, что впускное средство для водяного пара выполнено, по существу, в виде концентрического отверстия в поверхности корпуса автоклава.

Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения содержат дополнительные отличительные признаки, изложенные в зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения.

Ниже будет более подробно описан предпочтительный вариант выполнения изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 - вид сбоку, частично в разрезе, инфузионного устройства по изобретению;

фиг. 2 - вид сбоку, частично в разрезе, средства для впуска водяного пара; и фиг. 3 - схема установки для тепловой обработки посредством инфузионного нагревания.

Прилагаемые чертежи показывают только те детали и части, которые необходимы для понимания настоящего изобретения.

На фиг. 1 показано в виде сбоку инфузионное устройство 1 по изобретению. Устройство 1 состоит по существу из обычного автоклава 2. Автоклав 2 имеет в своей верхней области впускное отверстие 3 для продукта, подлежащего обработке нагреванием в устройстве 1. Впускное отверстие 3 продукта оканчивается распределительной камерой 4. Распределительная камера 4 размещена по центру в автоклаве и имеет на ее нижней стенке 5 множество отверстий или щелей. Отверстия или щели предназначены для тонкого разделения поступающего продукта так, чтобы продукт при его поступлении в автоклав 2 образовывал множество мелких высокодисперсных капель 20, падающих вниз через автоклав 2.

В нижней, предпочтительно самой нижней области автоклава 2, где автоклав 2 образует конический конец 6, расположено выпускное отверстие 7 для продукта, уже термообработанного в устройстве 1. Нижняя область конического конца 6 автоклава 2 служит в качестве удерживающей камеры, в которой продукт остается в течение некоторого времени перед его последующей откачкой на дополнительную обработку.

Кроме того, устройство 1 в нижней области автоклава 2 снабжено средством 8 для впуска пара 21. Впускное средство 8 для пара расположено достаточно низко в автоклаве 2, предпочтительно над коническим концом 6 автоклава 2, и на небольшом расстоянии от поверхности 9 жидкости, образуемой термообработанным продуктом, удерживаемым в автоклаве 2 при определенной температуре до его выхода из автоклава 2.

Впускное средство 8 для пара подробно показано на фиг. 2. Впускное средство 8 для пара концентрически расположено вокруг поверхности 10 корпуса автоклава 2. Во впускное средство 8 через патрубок 11 подается водяной пар 21. Подающий патрубок 11 ведет в распределительную камеру 12, проходящую концентрически. В распределительной камере 12 поступающий водяной пар 21 концентрически распределяется по всей поверхности 10 корпуса автоклава 2 и оттуда проходит дальше через дроссель 13 в автоклав 2 через отверстие 14. Поскольку отверстие 14 концентрическое, в автоклаве 2 получают равномерное распределение водяного пара 21. В качестве альтернативы, вместо дросселя 13 можно соединять распределительную камеру 12 с отверстием 14 посредством ряда концентрически распределенных отверстий.

Распределительная камера 12 термоизолирована от стенки 10 корпуса автоклава 2 промежутком 15. Промежуток 15 обеспечивает воздушную термоизоляцию посредством того, что в промежутке 15 имеется узкая щель 16 в окружающее воздушное пространство. Распределительная камера 12 термоизолирована от автоклава 2 для того, чтобы поступающий горячий водяной пар 21 не нагревал излишне и непосредственно поверхность 10 корпуса автоклава

2. Благодаря снижению температуры поверхности 10 корпуса предотвращается возможное подгорание продукта на внутренней стенке поверхности 10 корпуса.

Вводимый в устройство 1 продукт подают насосом по трубопроводу во впускное отверстие 3 в верхней области автоклава 2. Поступающий продукт (который может состоять, например, из молока) обычно имеет температуру 75-82°С, в некоторых случаях до 120°С. Из впускного отверстия 3 и распределительной камеры 4 продукт проходит через множество отверстий или щелей, предусмотренных в нижней стенке 5 распределительной камеры 4. Вследствие этого продукт образует большое количество мелких капель 20, которые свободно падают вниз через автоклав 2, пока не достигнут поверхности 9 жидкости. На их пути вниз через автоклав 2 капли 20 продукта встречают находящийся под давлением водяной пар 21, который имеет температуру приблизительно 120-170°С, предпочтительно 140-150°С.

При конденсации водяного пара 21 происходит быстрое нагревание капель 20 продукта до требуемой температуры, и когда капли 20 достигают поверхности 9 жидкости, продукт приобретает требуемую температуру. Расстояние между распределительной камерой 4 для продукта и поверхностью 9 жидкости должно быть достаточно большим, чтобы капли 20 продукта имели время для нагревания до требуемой температуры. Уже нагретый продукт в течение некоторого времени остается в коническом конце 6 автоклава 2 перед его выходом из устройства 1 через выпускное отверстие 7.

В результате концентрического введения водяного пара 21 в автоклав 2 получают очень равномерное распределение водяного пара 21 внутри автоклава 2, и имеется лишь самый незначительный риск того, что втекающий пар 21 разрушит капли 20 продукта. Вследствие того, что капли 20 продукта могут падать вниз относительно прямо без их разрушения, разбрызгивание продукта на горячие внутренние стенки автоклава 2, а следовательно и подгорание продукта на стенках автоклава 2, сведены к минимуму.

Во время процесса нагревания из продукта выделяются неконденсируемые газы 22, типа кислорода, азота и диоксида углерода. Некоторое количество неконденсируемых газов 22 будет также поступать из используемого в технологическом процессе водяного пара 21. Поскольку холодная область устройства 1 расположена в верхней области автоклава 2, неконденсируемые газы 22 будут собираться здесь и могут выводиться из устройства через выпускное отверстие 17. Таким образом, впускное средство 8 для пара, расположенное в автоклаве 2 значительно ниже, способствует созданию холодной области в самой верхней части автоклава, которая требуется для обеспечения наилучшего сбора неконденсируемых газов 22 с небольшой примесью водяного пара 21.

Инфузионное устройство 1 также следует соответствующим образом снабдить температурным датчиком 18 и другими контрольноизмерительными приборами для управления процессом.

На фиг. 3 показано каким образом устройство 1 включено в качестве составной части в установку для тепловой обработки жидких пищевых продуктов посредством инфузионного нагревания. Поступающий продукт 30 проходит через уравнительный резервуар 31 и насос 32. В теплообменнике 33, например пластинчатом теплообменнике, продукт подвергается предварительному нагреву до требуемой температуры, обычно порядка 75-82°С, но могут встречаться температуры до 120°С. Нагретый таким образом продукт подается по трубопроводу в устройство 1 и подвергается там тепловой обработке, используя описанный выше способ.

Уже обработанный продукт выводится из инфузионного устройства 1 в расширительный бак 34, где удаляется избыток воды, которую продукт получил при инфузионном нагревании. Через насос 35 и, возможно, гомогенизатор 36 продукт направляется далее в охладитель 37, например, в пластинчатый теплообменник, где он охлаждается до требуемой температуры. За тем продукт выходит из установки по трубопроводу 38 для дальнейшей обработки или для заключительного розлива и упаковывания в потребительские упаковки.

Как должно быть понятно из предшествующего описания, настоящее изобретение реализует устройство для инфузионного нагревания, позволяющее вводить водяной пар 21 на низком уровне в автоклав 2, без разрушения потоком водяного пара 21 капель 20 продукта, падающих вниз через автоклав 2. Благодаря тому, что впускное средство 8 для пара расположено в нижней области автоклава 2, в верхней области автоклава 2 будет образовываться холодная область, которая позволяет удалять образуемые в технологическом процессе неконденсируемые газы 22 легко и без ненужных потерь водяного пара 21.

Настоящее изобретение не должно рассматриваться как ограниченное приведенными выше описанием и чертежами, поскольку возможно множество модификаций в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство (1) для инфузионного нагревания жидкого пищевого продукта, содержащее автоклав (2) с впускным отверстием (3) для продукта, расположенным в его верхней области, и выпускным отверстием (7) для продукта, расположенным в его нижней области, причем упомянутое впускное отверстие (3) приспособлено для разделения поступающего в автоклав (2) продукта на мелкие капли (20), и устройство (1), кроме того, имеет впускное средство (8) для водяного пара (21), расположенное в нижней области автоклава (2), отличающееся тем, что впускное средство (8) для пара выполнено, по существу, в виде концентрического отверстия (14) в поверхности (10) корпуса автоклава (2).
2. 2. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что впускное средство (8) для пара расположено как можно ниже на цилиндрическом участке поверхности (10) корпуса, но выше поверхности (9) жидкости, образуемой нагретым продуктом.
3. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что расстояние между распределительной камерой (4) и поверхностью (9) жидкости является достаточно большим, чтобы капли (20) продукта имели время для нагревания до требуемой температуры.
4. 4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что впускное средство (8) для пара снабжено изолированной концентрической распределительной камерой (12), соединенной через дроссель (13) с концентрическим отверстием (14).
5. 5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что впускное средство (8) для пара выполнено в виде изолированной концентрической распределитель ной камеры (12), которая посредством ряда концентрически располагаемых отверстий соединена с концентрическим отверстием (14).
6. 6. Устройство по любому из пп.4 или 5, отличающееся тем, что распределительная камера (12) изолирована так, что пространство

   Фиг. 1 (15) , имеющееся между распределительной камерой (12) и поверхностью (10) корпуса, сообщается с окружающим воздухом через щель