EA005197B1 - Удерживающая труба для установки тепловой обработки с использованием нагревания вдуванием - Google Patents

Abstract

Удерживающая труба для установки тепловой обработки с использованием нагревания вдуванием, которая содержит первую закрепленную секцию, образованную трубопроводом (5) заданной длины, а также клапан постоянного противодавления (6); причем удерживающая труба также включает вторую регулируемую секцию, которая содержит циклон (7) и наклонный трубопровод (10) заданной длины, при этом в наклонном трубопроводе (10) установлено устройство (28) для поддержания заданного уровня жидкости в трубопроводе (10).

Description

Настоящее изобретение относится к удерживающей трубе для установки тепловой обработки с использованием нагревания вдуванием, которая содержит первую, закрепленную секцию, включающую трубопровод заданной длины, а также клапан постоянного противодавления.

Предпосылки к созданию изобретения

Хорошо известна тепловая обработка пищевых продуктов, которую часто применяют для увеличения их срока годности при хранении. Пищевыми продуктами могут быть, например, различные молочные продукты, такие как молоко, сливки или йогурт.

Тепловая обработка может осуществляться различными способами, прямо или косвенно. К косвенным способам относится, например, нагревание при помощи теплообменников различных типов. Существуют два основных типа прямых способов тепловой обработки, а именно, вдувание и нагнетание, когда нагревание обеспечивается при помощи пара. За счет использования прямого способа может быть достигнуто чрезвычайно быстрое нагревание. В настоящее время быстрое нагревание позволяет увеличить срок годности при хранении и одновременно сохранить высокие вкусовые качества продукта. Быстрое нагревание позволяет производить нагревание при повышенных температурах в течение коротких промежутков времени, что снижает термические напряжения в продукте и, следовательно, снижает риск избыточной обработки.

Настоящее изобретение относится к способу нагревания при помощи вдувания. В настоящее время вдувание представляет собой обычный способ нагревания в промышленных установках для тепловой обработки, в которых используют прямое нагревание.

Нагревание путем вдувания предусматривает предварительный нагрев продукта, например молока, приблизительно до 80°С и создание в нем повышенного давления. Продукт поступает вместе с перегретым паром в инжектор, в котором перемешивается с паром, обычно при помощи кольцевых концентрических сопел. Пар конденсируется, и теплота передается продукту, который за счет этого очень быстро нагревается до необходимой температуры.

Все современные способы тепловой обработки пищевых продуктов имеют целью, с одной стороны, нагревание продукта до определенной заданной температуры и, с другой стороны, выдержку продукта при этой температуре в течение определенного заданного промежутка времени. В течение этого временного интервала продукт остается в так называемой удерживающей трубе. За счет выбора различных температур и различного времени выдержки получают продукты, которые являются асептическими или которые имеют повышенный срок годности при хранении.

На установках для тепловой обработки, использующих нагревание вдуванием, используют отдельные удерживающие трубы, которые представляют собой винтовой трубопровод заданной длины или секцию прямого трубопровода заданной длины. Альтернативно, удерживающая труба может быть выполнена в виде комбинации винтового и прямого трубопроводов.

Вне зависимости от конструкции таких удерживающих труб не предусмотрена их регулировка. Производительность, на которую рассчитана установка для тепловой обработки и, следовательно, удерживающая труба обычно соответствует числу разливочных машин для упаковывания продукта в потребительскую упаковку. Когда одна или несколько из разливочных машин не работают по каким-либо причинам, расход снижается, в результате чего быстро образуется чрезмерное время пребывания продукта в удерживающей трубе, что приводит к избыточной обработке продукта. Поэтому необходимо иметь возможность быстрой регулировки удерживающей трубы так, чтобы сохранять постоянным время пребывания. Кроме того, в том случае, когда необходимо быстро изменять производительность для соответствия различным пищевым продуктам, которые требуют различных промежутков времени пребывания, также может быть использована регулируемая удерживающая труба. Без возможности регулировки времени пребывания приходится перестраивать всю установку или же допускать чрезмерную обработку продукта.

Регулируемая удерживающая труба раскрыта в описании патента Швеции 8Е 510797. Эта удерживающая труба имеет одну или несколько секций охлаждения, которые могут быть при необходимости поэтапно подключены. Недостатком такой удерживающей трубы является то, что изменение длины удерживающей трубы происходит ступенчато, причем в некоторых случаях ступени могут быть слишком большими.

Задачи настоящего изобретения

Одной из задач настоящего изобретения является создание удерживающей трубы, которая имеет бесступенчатую регулировку, а также является надежной и обеспечивает заданный объем хранения продукта.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание удерживающей трубы, которая является простой и дешевой в изготовлении и которая может быть промыта удовлетворительным образом вместе с другим оборудованием установки.

Решение

Эти и другие задачи могут быть решены в соответствии с настоящим изобретением за счет того, что удерживающая труба, которая относится к типу, описанному здесь во введении, отличается тем, что она также содержит вторую, регулируемую секцию, образованную циклоном, трубопровод заданной длины и устройство поддержания заданного уровня жидкости в трубопроводе.

Описанные далее предпочтительные варианты настоящего изобретения содержат отличительные признаки, соответствующие зависимым пунктам формулы изобретения.

Краткое описание сопроводительного чертежа

Далее будет подробно описан со ссылкой на сопроводительный чертеж предпочтительный вариант настоящего изобретения.

На чертеже показан вид сбоку устройства в соответствии с настоящим изобретением, которое является частью установки для тепловой обработки.

Следует иметь в виду, что на чертеже показаны только те узлы и детали, которые являются существенными для понимания настоящего изобретения, а все другие узлы, которые хорошо известны специалистам в данной области, опущены.

Описание предпочтительного варианта

На чертеже показана часть установки для тепловой обработки при помощи нагревания вдуванием. Инжектор 1 имеет впуск 2 для продуктов, подвергающихся тепловой обработке, а также впуск 3 для перегретого пара. Инжектор 1 также имеет выпуск 4 для продукта, перемешанного с паром.

Удерживающая труба установлена непосредственно после инжектора 1. Удерживающая труба содержит первую, закрепленную секцию. Закрепленная секция образована частично из прямого трубопровода 5 заданной длины. На чертеже трубопровод 5 показан установленным вертикально. Однако трубопровод 5 также может быть установлен и горизонтально. Закрепленная секция удерживающей трубы также содержит клапан постоянного противодавления 6, который поддерживает заданное давление в трубопроводе 5.

Удерживающая труба также содержит вторую, регулируемую секцию. Регулируемая секция начинается с циклона 7, который имеет относительно малый объем. Циклон 7 имеет тангенциальный впуск 8 для нагретого продукта. Выпуск 9 циклона 7 непосредственно связан с остальной частью 10 регулируемой секции удерживающей трубы.

Часть 10 регулируемой секции удерживающей трубы содержит наклонный трубопровод заданной длины. Наклон прямого вертикального трубопровода может быть под углом 90° с горизонтальной плоскостью до наклона под углом около 12°, а предпочтительно составляет 20-30°. Наклон должен быть в основном одинаковым для всего трубопровода, чтобы продукт имел одну и ту же скорость потока, а также для экономии пространства, причем эта секция удерживающей трубы предпочтительно содержит чередующиеся участки прямого трубопровода и наклонной трубы, как это показано на фиг. 1. Часть 10 регулируемой секции удерживающей трубы содержит элементы 10а, 10Ь, 10с, 106 и 10е.

Удерживающая труба дополнительно содержит указатель 11 уровня обычного типа. Указатель 11 уровня может быть ультразвуковым, поплавковым, лазерным или любым другим и предпочтительно содержит измерители 12, 13 высоты на двух различных уровнях. Точки 12, 13 измерения находятся соответственно выше и ниже рабочих уровней указателя 11 уровня. Показания указателя 11 уровня поступают в регулятор 14 обычного типа, который управляет обычным, асептическим регулирующим клапаном 15.

На чертеже также показан вакуумный сосуд 16, установленный непосредственно после регулирующего клапана 15. Вакуумный сосуд 16 имеет тангенциальный впуск 17 для прошедшего тепловую обработку продукта и выпуск 18 продукта, расположенный в нижней части вакуумного сосуда 16. Выпуск 18 вакуумного сосуда 16 обычно соединен с насосом 19 повышения давления.

Продукт, который подвергают тепловой обработке в установке, для которой предназначена удерживающая труба в соответствии с настоящим изобретением, поступает в инжектор 1 через впуск 2 продукта. Продукт является жидким и может представлять собой, например, молочный продукт, такой как молоко. Обычно на ранней стадии технологического процесса продукт предварительно нагревают приблизительно до 80°С и создают в нем повышенное давление.

Одновременно перегретый пар подают в инжектор 1 через впуск 3 пара. Внутри инжектора 1 продукт и пар принудительно пропускаются через узкие кольцевые сопла, которые расположены концентрически и перемешивают продукт с паром. Пар конденсируется в продукте и передает ему теплоту. Перемешанный с паром продукт выходит из инжектора 1 через выпуск 4.

Первый прямой трубопровод 5 образует часть первой закрепленной секции удерживающей трубы. Одновременно этот прямой отрезок трубопровода 5 необходим для того, чтобы обеспечить полную конденсацию пара так, чтобы обработка продукта проходила при необходимой температуре. Трубопровод 5 должен иметь длину, достаточную для обеспечения удовлетворительной конденсации. Клапан 6 постоянного противодавления, который также является частью закрепленной секции удерживающей трубы, обеспечивает поддержание заданного давления в трубопроводе 5. Для того, чтобы получить правильное время пребывания в удерживающей трубе, трубопровод 5 должен быть полностью заполнен продуктом.

После клапана 6 постоянного противодавления продукт проходит через тангенциальный впуск 8 в циклон 7. В циклоне 7 имеет место незначительное кипение одновременно с деаэрацией продукта, в результате чего создается паровоздушная смесь. Для управления количеством паровоздушной смеси циклон 7 в своей верхней части соединен с обычным конденсационным горшком 20, который, в свою очередь, соединен с впуском 17 вакуумного сосуда 16. Если количество паровоздушной смеси превышает заданный необходимый уровень, то конденсационный горшок 20 открывается, и избыток пара возвращается назад в продукт, содержащий пар.

Продукт выходит из циклона 7 через выпуск 9 и после этого поступает в регулируемую секцию удерживающей трубы, которая содержит наклонный трубопровод 10. Трубопровод 10 заполнен продуктом до заданного уровня 21 жидкости. Выше уровня 21 жидкости паровоздушная смесь, вырабатываемая в циклоне 7, заполняет остальное пространство в трубопроводе 10 и создает статическое давление на поверхность жидкости. Паровоздушная смесь удерживает поверхность жидкости на заданном уровне, причем ее статическое давление, которое превышает давление кипения жидкости, предотвращает кипение в удерживающей трубе. Диаметр трубопровода 10 в регулируемой секции удерживающей трубы выбирают таким образом, чтобы скорость потока продукта ниже уровня 21 жидкости при максимальном расходе не превышала 0,45 м/с.

Заданный уровень 21 жидкости находится между минимальным уровнем 22 и максимальным уровнем 23 и может регулироваться между этими уровнями 22, 23. Минимальный уровень 22 расположен в трубопроводе 10е непосредственно над регулирующим клапаном 15. Максимальный уровень расположен непосредственно под выпуском 9 из циклона 7.

Заданный уровень 21 жидкости измеряют при помощи обычного указателя 11 уровня. Указатель 11 уровня может, например, измерять давление в двух точках 12, 13. Верхняя точка 12 должна находиться над максимальным уровнем 23, а предпочтительно в верхней области циклона 7. Нижняя точка 13 должна находиться под минимальным уровнем 22, а предпочтительно непосредственно над регулирующим клапаном 15.

Показания указателя 11 уровня поступают на обычный регулятор 14, который управляет регулирующим клапаном 15. Регулирующим клапаном 15 может быть обычный, асептический дроссельный клапан, который открывается и закрывается таким образом, чтобы постоянно поддерживать заданный уровень 21 жидкости. Указатель 11 уровня, регулятор 14 и регулирующий клапан 15 вместе образуют устройство для поддержания заданного уровня 21 жидкости.

После регулирующего клапана 15, продукт (который теперь уже прошел тепловую обработку при заданной температуре в течение необходимого промежутка времени) поступает в вакуумный сосуд 16. Продукт, который содержит воду и водяной пар, поступает в вакуумный сосуд 16 через тангенциальный впуск 17. Имеющаяся в продукте вода выкипает, и готовый обработанный продукт выходит из вакуумного сосуда 16 через выпуск 18. При помощи повышающего давление центробежного насоса 19 продукт направляется на дальнейшую обработку или на упаковывание в потребительскую упаковку. Упаковывание продукта может производиться в асептическую разовую упаковку при помощи разливочных машин.

Заданный уровень 21 жидкости зависит от дополнительного оборудования установки для тепловой обработки, такого как число разливочных машин, на которые поступает продукт с установки. Заданный уровень 21 жидкости определяется также необходимой степенью тепловой обработки, в результате которой получают асептический продукт или продукт, имеющий увеличенный срок годности при хранении.

В удерживающей трубе, показанной на фиг. 1, закрепленная секция составляет около 25% длины удерживающей трубы, а регулируемая секция составляет около 75%. Если, например, одна разливочная машина не работает, то удерживающая труба быстро может быть отрегулирована на подачу продукта только в остальные разливочные машины без простоев и с минимальным возвратом продукта на повторную обработку. Причем удерживающая труба в соответствии с настоящим изобретением может иметь различные соотношения между закрепленной секцией и регулируемой секцией.

Для промывки циклон 7 может быть просто подключен к промывочному трубопроводу 24, который предназначен для промывки вакуумного сосуда 16, причем верхняя часть циклона 7 может быть подключена к промывочному трубопроводу 24 через клапан 25 и промывочное сопло 26. В этом случае промывочное сопло 26 может быть использовано в качестве выпуска для избытка пара из циклона 7, причем тройник 27, расположенный между промывочным соплом 26 и клапаном 25, позволяет направлять избыток пара в конденсационный горшок 20.

Как это можно понять из приведенного описания, в соответствии с настоящим изобретением предлагается удерживающая труба, предназначенная для нагревания вдуванием, которая является простой и относительно дешевой в изготовлении. Удерживающая труба может регулироваться с учетом изменения объема производства или различного времени пребывания продукта. Удерживающая труба является надежной и имеет встроенные средства для предотвращения кипения продукта в ней.

Claims (6)

1. Удерживающая труба для установки тепловой обработки с использованием нагревания вдуванием, которая содержит первую закрепленную секцию, образованную трубопроводом (5) заданной длины, заполненную жидкостью, и клапан (6) постоянного давления, отличающаяся тем, что удерживающая труба также содержит вторую регулируемую секцию, которая включает циклон (7) и наклонный трубопровод (10) заданной длины, в которой уровень жидкости регулируется между минимальным уровнем (22) и максимальным уровнем (23), и устройство (28) для поддержания определенного уровня (21) жидкости в трубопроводе (10).

2. Удерживающая труба по п.1, отличающаяся тем, что определенный уровень (21) жидкости в нормальном рабочем состоянии находится между минимальным уровнем (22) и максимальным уровнем (23).

3. Удерживающая труба по п.1, отличающаяся тем, что наклонный трубопровод (10) имеет наклон 20-30° от горизонтальной плоскости.

4. Удерживающая труба по п.1, отличающаяся тем, что наклонный трубопровод (10) имеет диаметр, который обеспечивает скорость потока продукта ниже уровня (21) жидкости, составляющую менее 0,45 м/с.

5. Удерживающая труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что устройство для поддержания уровня (21) жидкости содержит указатель (11) уровня, предназначенный для управления регулирующим клапаном (15) при помощи регулятора (14).

6. Удерживающая труба по п.5, отличающаяся тем, что регулирующий клапан (15) представляет собой асептический дроссельный клапан, который установлен непосредственно после регулируемой секции удерживающей трубы в направлении потока.