EA016858B1

EA016858B1 - Фильтр для очистки молока

Info

Publication number: EA016858B1
Application number: EA201000447A
Authority: EA
Inventors: Николай Егорович Савицкий; Александр Викторович Латышев; Александр Геннадьевич Кравцов; Сергей Валентинович Зотов; Михаил Васильевич Барановский
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Полимер" (Ооо "Полимер")
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2012-08-30
Also published as: EA201000447A1

Abstract

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкостей в пищевой промышленности, преимущественно молока. Фильтр для очистки молока содержит корпус, выполненный из полимерного материала, состоящий из крышки с патрубками "Вход" и "Выход", соединенной со стаканом, фильтрующего элемента и уплотнения, при этом патрубки "Вход" и "Выход" расположены на одной оси, а фильтрующий элемент выполнен в виде полого цилиндра из нетканого волокнисто-пористого материала, состоящего из волокон, полученных из расплава полипропилена методом пневмоэкструзии и когезионно соединенных между собой в местах контакта, с возможностью исключения наличия прямых сквозных пор. Фильтр для очистки молока имеет варианты выполнения фильтрующего элемента с разными сочетаниями среднего диаметра волокон и плотности упаковки.

Description

Изобретение относится к фильтрам и полимерным фильтрующим элементам, предназначенным для очистки молока.

Разработан ряд технических решений, направленных на повышение показателей пищевой и биологической ценности молока, расширение ассортимента и увеличение срока годности. В способе получения питьевого молока предварительно осуществляют нагрев молока путем кратковременного воздействия на него инфракрасным излучением, регулируя температуру до уровня не выше 58°С. Затем молоко бактофугируют для отделения инактивированных микроорганизмов, после чего проводят гомогенизацию в многоступенчатом роторно-пульсационном аппарате при возрастании градиента скорости сдвига в зазорах между статором и ротором при переходе молока с одной ступени обработки на другую в пределах 1,6-10⁵-4,1-10⁵ м/с-м одновременно с пастеризацией при температуре не выше 72°С при воздействии на молоко акустическими колебаниями (патент РФ № 2222952, МПК А23С 9/00, А23С 3/00, А0И 11/00, опубл. 2004 г.).

В способе производства пастеризованного молока длительного хранения предусматривают нормализацию молока, двухступенчатую очистку на сепараторе-молокоочистителе и затем на бактофуге с частотой вращения барабана 200-450 с^-1 (что позволяет удалить до 98% бактерий), гомогенизацию и пастеризацию при температуре 68-98 °С (патент РФ № 2268597, МПК А23С 3/00, А23С 9/00, опубл. 2006 г.).

Недостатки вышеуказанных способов - их ориентированность на получение пастеризованного молока.

Качество цельного молока во многом зависит от того, насколько удается компенсировать воздействие факторов, способствующих попаданию в продукт загрязнений, в том числе бактериальных. Среди этих факторов - несоблюдение санитарных условий содержания крупного рогатого скота, загрязненность элементов доильного оборудования, а также распространение маститов.

При борьбе с маститами обычно прибегают к приемам ветеринарного акушерства. Ряд технических решений в этой области (патент РФ № 2189133, МПК А0И 5/00, А0И 7/04, опубл. 2002 г.; патент РФ № 2264085, МПК А0И 5/00, А0И 7/04, опубл. 2005 г.) позволяет с помощью устройств в виде полиэтиленовых мешочков с поперечной, кольцевой пластинами и хомутиками, связанными стягивающим винтом и соединенными с рукояткой, разделять молоко при доении из больных и здоровых долей вымени. Недостатки вышеуказанных способов - ручное регулирование процесса сдаивания непосредственно оператором доения, а также невозможность снизить количество загрязнений, присутствующих в молоке из здоровых долей вымени.

Более перспективна очистка цельного молока путем его фильтрования непосредственно после операции доения. Известен фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки молока (патент РФ № 2229794, А0И 9/02, А0И 11/06, Β01Ό 27/06, Β01Ό 29/48, опубл. 2004 г.), который состоит из каркаса и фильтрующей поверхности. Каркас выполнен в форме цилиндра или многоугольника и собран из продольных стержней, которые жестко связаны между собой основаниями в виде колец. Фильтрующая поверхность выполнена в виде пружины из нержавеющей проволоки треугольного сечения с зазором между витками пружины и навита на каркас. Зазор между витками пружины фильтрующего элемента со стороны входа молока выполнен равным 0,070±0,002 мм и увеличивается в сторону выхода молока, а соотношение площадей зазора и стенки пружины не менее 1:20. Кромки стенки пружины, образующие зазор, выполнены острыми.

Близкий по конструкции и назначению фильтр (патент РФ № 2229795, МПК Л0И 9/02, А0И 11/06, Β01Ό 27/06, Β01Ό 29/48, опубл. 2004 г.) содержит двухступенчатый фильтроэлемент, при этом соотношение зазоров первой и второй ступени очистки составляет не более 2,5:1. Данные способы позволяют очищать молоко от крупных и мелких механических примесей, обеспечивают удобство сборки/разборки и проведение санитарно-гигиенической промывки деталей фильтра растворами, которые используются в молочной промышленности для обработки доильных аппаратов и молочного оборудования.

Недостатки указанных способов - неприменимость их для удаления из цельного молока продуктов маститов. Кроме того, остается опасность накопления в сложных элементах конструкции бактериологических примесей с возможным переходом их в фильтрат. В большинстве подобных технических решений фильтр обычно располагают после молокоприемника, счетчика и молочного насоса, что не всегда позволяет предотвратить преждевременное закисание. Из-за недостаточной обеспеченности молочнотоварных предприятий простыми и эффективными средствами очистки цельного молока значительная его доля не соответствует стандартам Высший сорт или Экстра.

Для очистки некоторых пищевых продуктов применяют адсорбционно-активные фильтрующие материалы (гранулы кварцевого песка, оксидов алюминия, титана, циркония или их сплавов с открытой пористостью), допущенные нормативными документами к контакту с пищевыми продуктами. Однако у таких фильтрующих материалов ограничен срок службы, обусловленный необходимостью периодической замены (обычно после 150-250 циклов фильтрования). Эти материалы, как и имеющие распространение в пищевой промышленности бумажные и картонные фильтры, не обеспечивают удаления малых по величине механических и биологических примесей, что снижает вероятность соответствия полученного молока требованиям стандартов, например ГОСТ Р 52054. Поэтому при доении крупного рогатого скота в стойлах и в доильных залах очистку молока от загрязнений начинают осуществлять в потоке, для

- 1 016858 чего перед каждым доением целесообразно устанавливать фильтры из тканых или нетканых материалов. Такие фильтры должны удачно сочетать конструкцию и структурные параметры фильтроэлемента. В них используют различные текстильные материалы, среди которых - полиэфирные и полипропиленовые ткани, хлопчатобумажная марля, фланель, вафельная ткань, вата. Недостатком большинства таких фильтров является быстрая забиваемость механическими примесями, что может нарушить их герметичность и вынуждает часто производить замену.

Прототипом изобретения является устройство фильтрации пищевых жидкостей, преимущественно молока (патент РФ № 2317841, МПК Β01Ό 27/08, Л011 11/06, опубл. 2008 г.). Устройство, помимо корпуса с входным, выходным патрубками и комплексом приспособлений, содержит фильтрующий элемент, снабженный фиксирующим адаптером для крепления и снимающим адаптером для смены. Последний выполнен в виде трубчатого патрона из пищевого полимерного материала, например пищевого полипропилена, с уменьшающимися в радиальном направлении от периферии к центру размерами пор, образующими радиальные диффузорные каналы. Утверждается, что изобретение обеспечивает высокую эффективность фильтрования от механических и бактериологических примесей, удобно в обслуживании, предоставляет возможность легкой и быстрой сборки/разборки и надежной монтируемости в систему очистки молока на молочных фермах, а конструкция фильтра характеризуется отсутствием щелей между деталями, в которых могли бы задерживаться и размножаться бактерии.

Недостатки прототипа - неоптимальная структурная организация используемого в нем трубчатого патрона из пищевого полипропилена, а также малая вероятность получения после фильтрования молока наивысшей категории сортности Экстра.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании фильтра для очистки молока, который, обладая достоинствами прототипа за счет компактной легко монтируемой конструкции, преодолевает недостатки прототипа за счет выбора оптимальной структурной организации фильтрующего элемента на основе полимерного материала, непосредственно осуществляющего фильтрование. Это призвано обеспечить повышение номинальной тонкости фильтрования молока, снижение количества мезофильных анаэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов в молоке после фильтрования и, соответственно, повышение вероятности получения после фильтрования молока категорий сортности Высший сорт или Экстра.

Поставленная задача решается тем, что фильтр для очистки молока содержит корпус, выполненный из полимерного материала, состоящий из крышки с патрубками Вход и Выход, соединенной со стаканом, фильтрующего элемента и уплотнения, при этом патрубки Вход и Выход расположены на одной оси, а фильтрующий элемент выполнен в виде полого цилиндра из нетканого волокнистопористого материала, состоящего из волокон, полученных из расплава полипропилена методом пневмоэкструзии и когезионно соединенных между собой в местах контакта, с возможность исключения наличия прямых сквозных пор.

В частном случае выполнения изобретения фильтрующий элемент состоит из волокон со средним диаметром волокон 100 мкм и плотностью упаковки 0,1-0,2.

В частном случае выполнения изобретения фильтрующий элемент состоит из волокон со средним диаметром волокон 80 мкм и плотностью упаковки 0,1-0,2.

В частном случае выполнения изобретения фильтрующий элемент состоит из волокон со средним диаметром волокон 60 мкм и плотностью упаковки 0,2-0,3.

В частном случае выполнения изобретения фильтрующий элемент состоит из волокон со средним диаметром волокон 40 мкм и плотностью упаковки 0,3-0,4.

Выполнение корпуса фильтра с крышкой с расположением патрубков Вход и Выход на одной оси позволяет без осложнений установить фильтр на любом участке молокопровода, а также обеспечивает возможность быстрой смены фильтрующего элемента.

Выполнение фильтрующего элемента из нетканого волокнисто-пористого материала, полученного методом пневмоэкструзионного формования из расплава полипропилена, не имеет прямых сквозных пор. Это снижает вероятность проскока частиц загрязнений под воздействием гидродинамического давления фильтруемой среды, а также устраняет необходимость определения среднего размера пор характеристики, важной для фильтрующих элементов других типов.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации его назначения могут быть подтверждены описанием конструкции фильтра для очистки молока, выполненного в соответствии с настоящим техническим решением.

Описание конструкции поясняется графическим изображением, на котором показан общий вид фильтра в разрезе.

Фильтр для очистки молока состоит из корпуса, выполненного из полимерного материала, состоящего из крышки 1 с патрубками Вход и Выход, стакана 2, фильтрующего элемента 3 и уплотнения 4.

Фильтрующий элемент 3 устанавливается в стакане 2 и закрепляется на посадочном выступе, выполненном в нижней части стакана 2, а также посадочном выступе, выполненном в верхней части крышке 1. Фильтрующий элемент 3 расположен в стакане с образованием кольцевого зазора. Крышка 1 с патрубками Вход и Выход плотно фиксируется на стакане 2 с помощью уплотнения 4.

- 2 016858

Фильтр для очистки молока устанавливают на любом участке молокопровода, при этом загрязненное твердыми частицами и бактериологическими примесями молоко под давлением поступает радиально через патрубок Вход крышки 1, распределяется по кольцевому зазору вдоль периметра фильтрующего элемента 3, направляется во внутреннюю полость фильтрующего элемента 3 и далее к выходному патрубку Выход, из которого очищенное молоко поступает далее в систему молокопровода.

Заявляемый фильтр для очистки молока обеспечивает последовательную реализацию поверхностного и объемного фильтрования. Это означает, что частицы загрязнений, даже прошедшие с потоком молока через поверхностный слой фильтроэлемента, далее движутся по извилистым порам, вследствие чего повышается вероятность их удержания в объеме фильтроэлемента за счет реализации нескольких механизмов (Полимерные волокнистые тс11-Ыо\уп материалы/ Гольдаде В.А. и др.; под науч. ред. Л.С. Пинчука. - Гомель: ИММС НАНБ, 2000. - 260 с). Ситовой эффект состоит в задерживании пористым фильтроэлементом частиц, размеры которых превышают размер пор. Гравитационное осаждение частиц загрязнения происходит под действием сил тяжести и подчиняется известным физическим закономерностям. Инерционный захват реализуется вследствие отклонения движения частицы от направления движения среды и столкновения с волокном, при этом частица удерживается волокном посредством ван-дер-ваальсовых сил. При диффузионном осаждении мелкие частицы (как правило, с размерами менее 1 мкм) могут осесть на волокне из-за случайного отклонения от направления течения среды в результате броуновского движения.

В дополнение к этому, фильтрующий элемент имеет определенную структурную организацию (сочетание среднего диаметра волокон и плотности упаковки волокон), достигаемую путем регулирования технологических режимов пневмоэкструзионного формования цилиндра из волокнисто-пористого нетканого материала. Вследствие этого предлагаемые варианты фильтрующего элемента могут быть использованы в различных условиях организации труда на молочных фермах, на разных стадиях процесса доения (непосредственно в доильном аппарате или для финишной очистки после него) и обеспечивают получение молока определенной категории сортности, например:

1) фильтрующий элемент со средним диаметром волокон 100 мкм и плотностью упаковки волокон 0,1-0,2 предназначен для очистки молока от сравнительно крупных частиц загрязнений (более 50 мкм) с получением продукта группы чистоты не менее II;

2) фильтрующий элемент со средним диаметром волокон 80 мкм и плотностью упаковки волокон 0,1-0,2 предназначен для очистки молока от частиц загрязнений крупного и среднего размера (более 40 мкм) с получением продукта группы чистоты не менее II;

3) фильтрующий элемент со средним диаметром волокон 60 мкм и плотностью упаковки волокон 0,2-0,3 предназначен для очистки молока от частиц загрязнений малого размера (более 30 мкм) с получением продукта группы чистоты I;

4) фильтрующий элемент со средним диаметром волокон 40 мкм и плотностью упаковки волокон 0,3-0,4 предназначен для очистки молока от частиц загрязнений малого размера (более 20 мкм) и ряда бактериальных загрязнений с получением продукта группы чистоты I с повышенной вероятностью получения продукта группы чистоты I и категорий сортности Высший сорт и Экстра;

5) фильтрующий элемент со средним диаметром волокон 20 мкм и плотностью упаковки волокон 0,4-0,5 предназначен для очистки молока от частиц загрязнений малого размера (более 15 мкм) и бактериальных загрязнений в виде мезофильных анаэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов с повышенной вероятностью получения продукта группы чистоты I и категории сортности Экстра.

Заявляемое техническое решение основано на том, что известен ряд разработок, развивающих технологию получения нетканых волокнистых фильтрующих материалов пневмоэкструзионным формованием из расплавов термопластичных полимеров (Полимерные волокнистые шс11-Ыо\\т1 материалы/ Гольдаде В.А. и др.; под науч. ред. Л.С. Пинчука. - Гомель: ИММС НАНБ, 2000. - 260 с.) Установлено, что в процессах фильтрования многофазных сред от загрязнений волокнисто-пористые системы, сформированные этим методом, существенно превосходят иглопробивные материалы, фильтроматериалы типа спанбонд и ряд других (патент США № 618056, МПК Ό04Η 3/03, опубл. 1978 г.; патент РБ № 5807, МПК Β01Ό 27/06, Β01Ό 39/16, опубл. 2003 г.). Возможность применения волокнисто-пористых материалов для фильтрования жидкостей, применяемых в пищевой промышленности, показана на примере полезной модели (патент на полезную модель ВИ № 88575, МПК Β01Ό 27/0, опубл. 2009 г.), где достигаемый технический результат основан на возможности подбора необходимой пористости и плотности упаковки волокон фильтроэлемента, удерживающего форму и сохраняющего прочностные и фильтрационные характеристики.

Исследование фильтрационной способности заявляемого фильтра по отношению к загрязнениям свежего цельного молока проводили путем сопоставления с показателями аналогов, близких по технической сущности и назначению. Фильтры были установлены на напорной линии насоса молочного контура и работали в процессе доения в периодическом режиме с прокачкой через фильтр 1 м³ молока. Проводили периодический отбор проб молока до и после фильтрования с анализом содержания механических, бактериологических загрязнений и тонкости фильтрования (средний размер захваченных фильтром частиц). Определение категорий сортности, параметров жирности и белкового состава молока, его кислот

- 3 016858 ности и плотности производили по стандартным методикам. Результаты исследований представлены в таблице. Нетканые фильтрующие элементы рукавного типа, отмеченные значком по данным работы (Г.К. Мухамеджанов, С.В. Кузьмин, Н.В. Сивкин. Использование нетканых фильтрующих элементов для очистки молока на фермах// Технический текстиль, № 14, опубл. 2006 г.), изготовлены иглопробивным способом с односторонним подплавлением поверхности и термостабилизацией. Поверхность фильтров, обращенная к потоку фильтруемого молока, ворсистая, а на выходе - гладкая поверхность. Фильтроэлемент производства Дании изготовлен термоскреплением из двух видов волокон: полиэфирного диаметром 16 мкм и целлюлозного диаметром 26 мкм.

Результаты испытаний показывают, что заявляемый фильтр для очистки молока по основным показателям не уступает аналогам (для поз. 1-4) или превосходит их (для поз. 5). Изменений показателей жирности, белкового состава, кислотности и плотности молока не зафиксировано.

для очистки молока

Исследованные фильтры	Показатели
Группа чистоты отфильтрован ного молока	Номинальная тонкость фильтрования, мкм	Среднее количество мезофильных анаэробных и факультативно анаэробных мезофильных микроорганизмов, тыс./см³	Вероятность получения молока категорий сортности, %
«Высший сорт»	«Экстра »
Фильтр для молока производства ОАО «Комитекс», Россия *	ΙΙ-Ι	90	138	80	40
Фильтр для молока производства Дании *	I	90	136	88	45
Фильтр-прототип	I	40	125	90	50
Заявляемый фильтроэлемент поз. 1	II—I	55	133	80	40
Заявляемый фильтроэлемент поз. 2	I	40	112	85	50
Заявляемый фильтроэлемент поз. 3	I	30	95	90	65
Заявляемый фильтроэлемент поз. 4	I	20	75	92	80
Заявляемый фильтроэлемент поз. 5	I	15	60	98	95

Изобретение может найти применение в молочной промышленности, животноводстве, а также на предприятиях, специализирующихся на выпуске полимерной продукции для этих отраслей.

- 4 016858

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Фильтр для очистки молока, содержащий корпус, выполненный из полимерного материала, состоящий из крышки с патрубками Вход и Выход, соединенной со стаканом, фильтрующего элемента и уплотнения, отличающийся тем, что патрубки Вход и Выход расположены на одной оси, а фильтрующий элемент выполнен в виде полого цилиндра из нетканого волокнисто-пористого материала, состоящего из волокон, полученных из расплава полипропилена методом пневмоэкструзии и когезионно соединенных между собой в местах контакта, с возможностью исключения наличия прямых сквозных пор.
2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий диаметром волокон 100 мкм и плотностью упаковки 0,1-0,2.
3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий диаметром волокон 80 мкм и плотностью упаковки 0,1-0,2.
4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий диаметром волокон 60 мкм и плотностью упаковки 0,2-0,3.
5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий диаметром волокон 40 мкм и плотностью упаковки 0,3-0,4.
6. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий диаметром волокон 20 мкм и плотностью упаковки 0,4-0,5.