PL178099B1 - Sposób podgrzewania płynów, zwłaszcza mleka lub płynnych produktów mlecznych oraz urządzenie do podgrzewania płynów, zwłaszcza mleka lub płynnych produktów mlecznych - Google Patents

Abstract

1 Sposób podgrzewania płynów, zwłaszcza mleka lub płynnych produktów mlecznych przez wprowadzanie czynnika grzewczego takiegojak para wodna pod kątem do strugi podgrzewanego płynu, znamienny tym, że przepływającąstrugę podgrzewanego płynu dzieli się na mniejsze strumienie i łączy się z co najmniej jednym strumieniem czynnika grzewczego, przy czym strumień lub strumienie czynnika grzewczego skierowuje się prostopadle do strug podgrzewanegopłynu i mieszaninę podgrzewanego płynu z czynnikiem grzewczym ogrzewa się dodatkowym strumieniem czynnika grzewczego. 2. Urządzenie do podgrzewania płynów, zwłaszcza mleka lub płynnych produktów mlecznych, składające się z komory grzewczej, komory parowej, wlotów doprowadzających podgrzewany płyn i czynnik grzewczy, orazwylotuogrzanegopłynu będącego mieszaniną podgrzewanego płynu i czynnika grzewczego, przy czym komora grzewcza połączona jest z wlotem czynnika grzewczego poprzez komorę parowąi za pomocąwykonanychw ściance komory grzewczej otworów, znamienne tym, że komora grzewcza (1) ma kształt cylindryczny i wykonane otwory (9) wjej ściankach, łączące komorę grzewczą (1) z komorą parową (7) mająjedną tworzącą styczną do ściany komory grzewczej (1) oraz ułożone są na jej długości i obwodzie, komoraparowa(7)jestwspółosiowaz komorą grzewczą (1) i ma kształt cylindra o średnicy większej od średnicy komory grzewczej (1) a zaś wlot podgrzewanegopłynu (2) połączonyjest z komorągrzewezą(l)zapomocą, co najmniej dwóch, otworów dolotowych (3) ułożonych symetrycznie na przekroju i poosiowo z osiąkomory grzewczej (1), przy czym komora parowa (7) ma dodatkowy wylot (11) na obwodzie wylotu (10) z komory grzewczej (1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób podgrzewania płynów, zwłaszcza mleka lub płynnych produktów mlecznych, będących półproduktem w przetwórstwie mleka, a także wyrobem końcowym. W pierwszym przypadku może znaleźć zastosowanie do termicznej denaturacji białek serwatkowych w mleku lub serwatce, zaś w drugim jako etap przygotowania produktu do pakowania. Dalszym przedmiotem wynalazku jest urządzenie do podgrzewania tych płynów.

Znane i stosowane jest przepływowe bezprzeponowe podgrzewanie mleka i płynnych produktów mlecznych poprzez wtrysk pary wodnej do rurociągu nabiałowego. Para doprowadzana jest przewodem rurowym o niewielkiej średnicy zakończonym dyszą stożkową, wspawanym w rurociąg nabiałowy. Oś przewodu parowego jest równoległa do osi rurociągu nabiałowego, a kierunek wypływu pary z dyszy jest zgodny z kierunkiem przepływającego mleka. Wadą tego typu urządzeń jest to, że uzyskiwany mieszany strumień mleka i pary jest niejednorodny w przekroju rurociągu, tzn. burzliwość w otoczeniu wypływającej strugi pary jest bardzo duża, a burzliwość strumienia przy ściankach rurociągu jest niewielka. W związku z tym wymiana ciepła w pobliżu osi rurociągu jest intensywna, powodując miejscowe silne przegrzanie strumienia podgrzewanego mleka, natomiast przy ściankach niedostateczna, co powoduje, że przy ogrzaniu mleka do wysokiej temperatury (około 95°C) nie następuje szybka kondensacja strugi wtryskiwanej pary płynącej przy osi przewodu. Ponadto, przy większych natężeniach przepływu pary przez dyszę tego typu, ich praca staje się hałaśliwa na skutek implozji pęcherzyków pary w środowisku płynnym.

Z książki E. Pijanowskiego i J. Gawła „Zarys chemii i technologii mleczarstwa”znane jest wstępne podgrzewanie mleka na wymienniku płytowym z użyciem serwatki odbiałczonej jako czynnika grzejnego, a ostateczne dogrzanie uzyskuje się przez injekcję pary do przepływowego

178 099 pojemnika z dnem stożkowym lub płaskim. Średni czas przetrzymywania określony jest natężeniem przepływu mleka i objętością użytego pojemnika.

Z opisu patentowego EP Nr 327453 znane jest rozwiązanie dotyczące sposobu i instalacji do obróbki mleka do wyrobu serów dojrzewających. Jednym z zasadniczych elementów instalacji jest inżektor, pozwalający na szybką obróbkę termicznąmleka w wysokiej temperaturze. Opisany sposób obróbki mleka podaje temperatury, ciśnienia i czasy trwania całego procesu, w tym grzania mleka przez wstrzykniętą do jego strumienia parę wodną, warunki rozprężania mieszaniny pary wodnej i mleka w celu wyeliminowania pary wodnej oraz warunki chłodzenia mleka i kolejność występujących procesów aż do skierowania mleka do dalszej obróbki. Opisana instalacja, wśród wielu zespołów realizujących wszystkie etapy sposobu obróbki mleka przytacza konstrukcję inżektora pary wodnej do mleka, będącego fragmentem rurociągu nabiałowego. Inżektor ten ma wykonane w obudowie wyżłobienie centralne, szczelnie zamknięte z boku kołnierzami. W wyżłobieniu jest umieszczony rdzeń zamknięty w obudowie inżektora, mający kształt półkola. W obrębie wyżłobienia jest też cylindryczny pierścień, umieszczony mimośrodowo w stosunku do rdzenia. Odpowiednie powierzchnie tych dwóch elementów oraz ścianka wyżłobienia centralnego tworzą dwie komory: komorę grzania mleka i komorę parową. Komora parowa ma w przekroju kształt półksiężyca. Ścianki komory grzania mleka są fragmentem powierzchni walcowej lub okrągłej. Oś komory grzania mleka jest zakrzywiona po łuku i wylot mleka z komory grzania jest odwrócony o 180° w stosunku do kierunku wlotu mleka wstępnie podgrzanego. Para wodna, podgrzewająca mleko, doprowadzanajest ze zbiornika pary do komory grzania poprzez komorę parową oraz przez pochyłe otwory wykonane w cylindrycznym pierścieniu. Otwory usytuowane są na szczycie łuku będącego obrysem ścianki rozgraniczającej komorę grzewczą i parową, i sąone tylko w miejscu na wprost wlotu pary wodnej do komory parowej. Osie tych pochyłych otworów są skierowane pod kątem do kierunku przepływu podgrzewanego mleka, a ich wyloty są tak ułożone, że pozwalają na skierowanie wprowadzanej pary wodnej do strugi mleka zgodnie z kierunkiem przepływu strugi mleka. W cylindrycznym pierścieniu są wykonane inne otwory: doprowadzający mleko i odprowadzający mieszaninę pary i mleka. Są one po stronie przeciwnej niż otwory wlotowe pary wodnej. W opisanym inżektorze, w pewnym fragmencie przepływającej ciągłej strugi mleka wstępnie podgrzanego, na szczycie łuku po którym przepływa, wtryskiwana jest para wodna w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu mleka, cząsteczki pary sąporywane przez strugę mleka i następuje podgrzanie mleka. Proces ten odbywa się pod bardzo wysokim ciśnieniem rzędu do 15 atm. Odprowadzana mieszanina pary wodnej i mleka dalej jest chłodzona i poddawana dalszemu procesowi obróbki w celu uzyskania sera dojrzewającego.

Celem wynalazkujest opracowanie sposobu podgrzewania płynów, szczególnie mleka lub płynnych produktów mlecznych oraz urządzenia do podgrzewania, które zapewniająintensywne i równomierne ogrzewanie płynącego strumienia płynu w całej masie, jak również zapewni całkowitą kondensację pary wodnej przy podgrzewaniu mleka lub płynnych produktów mlecznych do wysokiej temperatury.

Istota wynalazku w zakresie sposobu polega na tym, że przepływającą strugę podgrzewanego płynu dzieli się na mniejsze strumienie i łączy się z co najmniej jednym strumieniem czynnika grzewczego, przy czym strumień lub strumienie czynnika grzewczego skierowuje się prostopadle do strug podgrzewanego płynu i mieszaninę podgrzewanego płynu z czynnikiem grzewczym ogrzewa się dodatkowym strumieniem czynnika grzewczego.

Istota wynalazku w zakresie urządzenia polega na tym, że komora grzewcza ma kształt cylindryczny i wykonane otwory w jej ściankach, łączące komorę grzewczą z komorą parową mają jedną tworzącą styczną do ściany komory grzewczej oraz ułożone sąnajej długości i obwodzie, komora parowajest współosiowa z komorą grzewczą i ma kształt cylindra o średnicy większej od średnicy komory grzewczej. Wlot podgrzewanego płynu połączony jest z komorą grzewczą za pomocą, co najmniej dwóch, otworów dolotowych ułożonych symetrycznie na przekroju i poosiowo z osią komory grzewczej, przy czym komora parowa ma dodatkowy wylot na obwodzie wylotu z komory grzewczej.

178 099

Wynalazek pozwala otrzymać rozpylony, jednorodny strumień będący mieszaniną podgrzewanego płynu i czynnika grzewczego. Dzięki zwiększonej powierzchni czynnej rozpylonego płynu następuje zwiększenie wymiany ciepła i równomierne podgrzanie płynu w całej masie strugi.

Przedmiot wynalazku jest szczegółowo poniżej opisany wraz z omówieniem przykładowo wykonanego urządzenia służącego do podgrzewania mleka za pomocą pary wodnej.

Przykładowo wykonane urządzenie według wynalazku przedstawione jest na rysunku, którego fig. 1 przedstawia przekrój poosiowy przez to urządzenie, fig. 2 - przekrój A-A z fig. 1, zaś fig. 3 - przekrój B-B z fig. 1.

Sposób będący przedmiotem wynalazku zostanie opisany przy wyjaśnianiu działania urządzenia.

Przedstawione na fig. 1 urządzenie ma cylindryczną komorę grzewczą 1, do której doprowadzane jest mleko i para wodna. Mleko jest podgrzewanym płynem, zaś para wodna jest czynnikiem grzewczym. Wlot mleka 2 wykonany jest w postaci kierownicy, która ma wykonanych szereg otworów dolotowych 3 o osiach równoległych do osi komory grzewczej 1. W przykładowo wykonanym urządzeniu wlot mleka 2 wraz z otworami dolotowymi 3 wykonane zostały jako jeden podzespół mocowany śrubami 4 do korpusu 5 urządzenia. Wewnątrz korpusu 5 umieszczona jest poosiowa komora grzewcza 1 tak, że pomiędzy jej ścianką 6 a korpusem 5 znajduje się cylindryczna komora parowa 7. Do komory parowej 7 ma ujście wlot strumienia pary wodnej 8. Wlot strumienia pary wodnej 8 ma oś prostopadłą do osi komory grzewczej 1. W ściance 6 komory grzewczej 1 wykonanych jest szereg otworów 9, których jedna tworząca jest styczna do ścianki 6. Łączą one wlot 8 strumienia pary wodnej z wnętrzem komory grzewczej 1. Jak pokazano na fig. 1 i fig. 3 rysunku, otwory te rozmieszczone sąna całej długości komory grzewczej i najej obwodzie. W części końcowej korpusu 5 wykonanyjest wylot 10 mieszaniny mleka i pary wodnej i ma on kształt dyfuzora. Wylot 10 ma połączenie z komorąparową7 poprzez dodatkowy wylot 11 pary.

Przykładowo wykonane urządzenie według wynalazku zostało użyte do wysokiego ogrzewania mleka z dodatkiem CaCl₂ przy wapniowo-kwasowej i wapniowo-podpuszczkowej metodzie wydzielania wszystkich białek z mleka.

Podgrzewanie wstępne mleka wykonano w przepływie w typowym wielosekcyjnym wymienniku ciepła. Podawane mleko było wzbogacone jonami wapnia, zgodnie z typową praktyką w tym zakresie. Podgrzewanie to prowadzono aż do uzyskania temperatury mleka w granicach 65°C-85°C. Następnie mleko skierowano do urządzenia według wynalazku. Mleko skierowane zostało do otworów dolotowych 3, gdzie cała struga mleka dochodząca do wlotu 2 została podzielona na niniejsze strumienie. Strumienie te wpadały poosiowo do komory grzewczej 1. Prędkość mleka w strumieniach była rzędu 3,8 m/s. Do komory grzewczej 1, poprzez otwory 9, podawano parę wodną, wstępnie oczyszczoną, mającą takie parametry iż dopuszczana może być do bezpośredniego stosowania w środkach spożywczych. Prędkość strumieni pary wodnej wpadającej przez otwory 9 do komory grzewczej 1 była rzędu 350 m/s. Strumienie pary wodnej, wchodzące do komory grzewczej 1 stycznie do jej ścianek, miały w stosunku do strumieni mleka kierunek prostopadły. Na skutek rozprężania się strumieni mleka w komorze grzewczej 1 następowało wymieszanie cząsteczek mleka z cząsteczkami pary wodnej i ogrzanie mleka. Parametry przepływu przez komorę grzewczą 1 strumieni mleka i strumieni pary wodnej tak dobrano, aby wychodząca z komory grzewczej 1 mieszanina mleka i pary wodnej miała temperaturę rzędu 90°C-95°C. Wpadająca do wylotu 10 mieszanina mleka i pary wodnej była dodatkowo dogrzewanairozpylana parąwodnąwydostającąsięz komory parowej 7poprzez dodatkowy wylot 11 pary.

Tak spasteryzowane mleko użyto następnie do koagulacji kwasowej metodą fermentacyjną, z zastosowaniem kwasu solnego i ukwaszonej serwatki, oraz do koagulacji enzymatycznej przy udziale podpuszczki. Analiza fizykochemiczna mleka oraz otrzymanej serwatki wykazała, że uzyskano denaturację białek serwatkowych około 50%. Stwierdzono, że stopień rozwodnienia mleka parą wodną nie wpływa w znaczący sposób na zmniejszenie ilości zdenaturowanych białek serwatkowych oraz nie ma istotnego wpływu na stopień odzysku azotu ogólnego i białkowego przy koagulacyjnych metodach wydzielania wszystkich białek z mleka. W stosunku do do178 099 tychczas stosowanych technik koagulacji białek mleka uzyskano serwatkę o mniejszej zawartości azotu ogólnego w serwatce.

W rozwiązaniu według wynalazku para wodna podawana do komory parowej ma ciśnienie rzędu 4 atm. Możliwe to jest na skutek zmniejszenia ciśnienia mleka w komorze grzewczej wywołanego podwyższeniem jego prędkości. W tej sytuacji można podawać do komory grzewczej parę wodną o niższym ciśnieniu. Doświadczalnie stwierdzono, że wystarczające jest ciśnienie pary wodnej rzędu 4 atm, a efekt grzania mleka jest wystarczający. W urządzeniu według wynalazku strumienie pary wodnej wpadające do strugi mleka dogłębnie penetrują przepływające mleko. Tym samym, instalacja zawierająca urządzenie według wynalazku pracuje w zakresie niskich ciśnień i zalicza się w przetwórstwie spożywczym do bezpiecznych urządzeń.

178 099

CO

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób podgrzewania płynów, zwłaszcza mleka lub płynnych produktów mlecznych przez wprowadzanie czynnika grzewczego takiego jak para wodna pod kątem do strugi podgrzewanego płynu, znamienny tym, że przepływającą strugę podgrzewanego płynu dzieli się na mniejsze strumienie i łączy się z co najmniej jednym strumieniem czynnika grzewczego, przy czym strumień lub strumienie czynnika grzewczego skierowuje się prostopadle do strug podgrzewanego płynu i mieszaninę podgrzewanego płynu z czynnikiem grzewczym ogrzewa się dodatkowym strumieniem czynnika grzewczego.

2. Urządzenie do podgrzewania płynów, zwłaszcza mleka lub płynnych produktów mlecznych, składające się z komory grzewczej, komory parowej, wlotów doprowadzających podgrzewany płyn i czynnik grzewczy, oraz wylotu ogrzanego płynu będącego mieszaniną podgrzewanego płynu i czynnika grzewczego, przy czym komora grzewcza połączona jest z wlotem czynnika grzewczego poprzez komorę parową i za pomocą wykonanych w ściance komory grzewczej otworów, znamienne tym, że komora grzewcza (1) ma kształt cylindryczny i wykonane otwory (9) w jej ściankach, łączące komorę grzewczą (1) z komorą parową (7) mająjedną tworzącą styczną do ściany komory grzewczej (l) oraz ułożone są na jej długości i obwodzie, komora parowa (7) jest współosiowa z komorągrzewczą(l) i ma kształt cylindra o średnicy większej od średnicy komory grzewczej (1) a zaś wlot podgrzewanego płynu (2) połączony jest z komorą grzewczą (1) za pomocą, co najmniej dwóch, otworów dolotowych (3) ułożonych symetrycznie na przekroju i poosiowo z osią komory grzewczej (1), przy czym komora parowa (7) ma dodatkowy wylot (11) na obwodzie wylotu (10) z komory grzewczej (1).

* * *