RU2007910C1

RU2007910C1 - Milk souring plant

Info

Publication number: RU2007910C1
Authority: RU
Inventors: Е.И. Чирков; Э.И. Андреев; В.И. Боевой; М.В. Воронков; Е.В. Потапов
Original assignee: Производственное объединение "Машиностроительный завод"
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: dairy industry. SUBSTANCE: gap between the plant facing and tub is a heat-exchanging jacket sized at least 10% in a thickness/diameter ratio. A screw-shaped rib and steam deflecting shield are located in the gap. The stirrer vanes are scrapers located in the space from the vat inner surface to 5% of its diameter. They are mounted at an angle of 15 deg relative to their axes. A hydraulic gate is mounted at the heat/cold agent branch pipe outlet. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к молочной промышленности, более конкретно к проектированию и изготовлению оборудования для тепловой обработки молока и молочных продуктов. The invention relates to the dairy industry, and more particularly to the design and manufacture of equipment for the heat treatment of milk and dairy products.

Известна установка для пастеризации и закваски молока, содержащая двухстенную емкость с воздушной прослойкой для теплоизоляции [1] . A known installation for pasteurization and fermentation of milk containing a double-walled container with an air gap for thermal insulation [1].

Недостатками данной установки являются большая тепловая инерционность, непроизводительный расход тепла, частые случаи отказов по причине потери устойчивости днища ванны. The disadvantages of this installation are the large thermal inertia, unproductive heat consumption, frequent cases of failure due to loss of stability of the bottom of the bath.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является установка для закваски молока, содержащая внутреннюю ванну и размещенную на опорах с зазором к ней наружную ванну с теплоизоляционным слоем, образующие теплообменную рубашку, патрубки соответственно для подачи и отвода молока и тепло-хладоносителя и лопастную мешалку [2] . The closest in technical essence to the invention is a milk fermentation unit containing an inner bath and an outer bath with a heat-insulating layer placed on supports with a gap to it, forming a heat-exchange jacket, pipes, respectively, for supplying and discharging milk and a heat carrier and a paddle mixer [2 ].

Недостатком этой установки является сравнительно большая тепловая инерционность, низкая надежность, экономичность и технологичность изготовления и ремонта, неудобство обслуживание, парение. Так, при нагреве и охлаждении энергия расходуется также и на изменение температуры дополнительной массы воды в водяной рубашке. В случаях повышения давления в водяной рубашке, что происходит при случайной закупорке переливной трубы или чрезмерном увеличении поступления воды в водяную рубашку, дно бака теряет устойчивость, снимается при давлении более 0,5 ати. В результате совместности деформаций высокому уровню циклических температурных напряжений подвергнуты сварные швы сливного патрубка. Пропеллерообразные лопасти мешалки не обеспечивают достаточной турбулизации потока молока в пограничном слое, что проявляется в образовании большого количества накипи, отложений молочного камня. Установка перегружена дополнительными деталями, такими как несколько обечаек теплоизоляции, второе днище и др. , которые неоптимально увеличивают ее массу, расход конструкционных материалов. The disadvantage of this installation is the relatively large thermal inertia, low reliability, cost-effectiveness and manufacturability of manufacture and repair, inconvenience of maintenance, soaring. So, when heating and cooling, energy is also spent on changing the temperature of the extra mass of water in the water jacket. In cases of increased pressure in the water jacket, which occurs when the overflow pipe is accidentally clogged or the water supply to the water jacket increases excessively, the bottom of the tank loses stability and is removed at a pressure of more than 0.5 MPa. As a result of the compatibility of deformations, the welds of the drain pipe are subjected to a high level of cyclic temperature stresses. The propeller-shaped blades of the mixer do not provide sufficient turbulization of the milk flow in the boundary layer, which is manifested in the formation of a large amount of scale, deposits of milk stone. The installation is overloaded with additional details, such as several shells of thermal insulation, the second bottom, etc., which non-optimally increase its weight, the consumption of structural materials.

Предлагаемая установка для закваски молока полностью исключает эти недостатки за счет выполнения лопастей мешалки в виде пластинчатых скребков, расположенных от внутренней поверхности ванны на расстоянии до 5% от ее диаметра и развернутых относительно собственных осей под углом до 15^о, а также за счет выполнения теплообменной рубашки толщиной менее 10% от диаметра внутренней ванны.The proposed installation to ferment milk eliminates these disadvantages by performing the stirrer blades in the form of plate scrapers arranged from the inner bath surface at a distance of up to 5% of its diameter and deployed relatively own axes at an angle ^to 15 °, and by performing heat exchange jacket less than 10% of the diameter of the inner bath.

Кроме того, установка имеет внутри рубашки винтообразное ребро и пароотбойный щиток, а патрубок отвода тепло-хладоносителя размещен в одной из опор и имеет гидрозатвор. In addition, the installation has a screw-shaped rib and a steam guard inside the jacket, and the heat-coolant outlet pipe is placed in one of the supports and has a water seal.

Такая конструкция позволяет обогревать только боковую поверхность ванны (это позволяет повысить прочность конструкции, и следовательно, сократить расход материалов, теплоинерционность), цилиндрический зазор теплообменной рубашки достаточно выполнять толщиной порядка 10% от диаметра ванны при использовании острого пара, при снижении температуры пара зазор может быть меньше. This design allows you to heat only the side surface of the bath (this allows you to increase the strength of the structure, and therefore, reduce the consumption of materials, heat inertia), it is enough to make a cylindrical gap of the heat exchanger jacket with a thickness of about 10% of the diameter of the bath when using hot steam, with a decrease in the temperature of the steam, the gap can be less.

Такой зазор (а не больше) достаточен, если в нем размещено винтообразное ребро, обеспечивающее последовательное омывание боковой поверхности бака конденсирующимся паром на пути 2-3 оборотов. Such a gap (and not more) is sufficient if a helical rib is placed in it, which ensures consistent washing of the side surface of the tank with condensing steam in the path of 2-3 revolutions.

При использовании острого пара необходимо использовать пароотбойный щиток и гидрозатвор и осуществлять перелив молока выше уровня обогреваемой поверхности бака на 20-50 мм. When using hot steam, it is necessary to use a steam baffle plate and a water trap and carry out a milk overflow above the heated surface of the tank by 20-50 mm.

Перемешивание молока при нагревании нужно осуществлять мешалкой, обеспечивающей вращение и одновременно перемешивание всей массы молока путем отбрасывания нижних и периферийных пристеночных слоев вверх и к центру. Stirring of the milk during heating should be carried out with a mixer, which ensures rotation and at the same time mixing of the entire mass of milk by dropping the lower and peripheral parietal layers up and to the center.

Такое перемешивание молока обеспечивается предлагаемой мешалкой, выполненной из двух закрепленных на оси вращения горизонтальных и двух наклонных пластин, развернутых под одинаковыми углами α относительно собственных осей, под тем же углом к вертикали наклонены наклонные пластины. Развороты и наклоны пластин выполнены в те стороны, чтобы обеспечивалось отбрасывание нижних и периферийных слоев молока вверх и к центру бака. Упругие деформации (в основном изгиб наклонных пластин) обеспечивают режим работы установки в момент пуска и в период неустановившегося движения молока. Экспериментально установлено, что пригар молока не наблюдается, если α ≅ 15^о, и верхние концы наклонных пластин установлены в баке с малым зазором, не более 40 мм в статическом состоянии, причем так, чтобы при пусках исключалось касание их внутренней поверхности бака.Such mixing of milk is provided by the proposed mixer, made of two horizontal and two inclined plates fixed to the axis of rotation, turned at the same angles α relative to their own axes, inclined plates are inclined at the same angle to the vertical. Turns and tilts of the plates are made in those directions so that the lower and peripheral layers of milk are thrown up and to the center of the tank. Elastic deformations (mainly bending of inclined plates) provide the unit operation mode at the time of start-up and during the unsteady movement of milk. It was experimentally established that a milk stick is not observed if α ≅ 15 ^о , and the upper ends of the inclined plates are installed in the tank with a small gap, not more than 40 mm in a static state, so that during starts it is possible to avoid touching their inner surface of the tank.

Толщина цилиндрического зазора пароводяной рубашки практически не влияет на стабильность температуры при изометрических выдержках молока, т. к. размеры ее по расчетным оценкам во много раз превосходят критический диаметр изоляции. Однако при охлаждении и особенно при нагреве, когда полость рубашки можно рассматривать как тепловыделяющий слой (за счет охлаждения перегретого пара, конденсации и охлаждения конденсата), время нагревания молока сокращается при уменьшении толщины цилиндрического зазора при одном и том же расходе пара. Таким образом, установленные экспериментально размеры рубашки определяют оптимальное отношение тепловыделяющего и теплопоглощающего объемов, при котором (при использовании острого пара, пароотбойного щитка, винтообразного ребра, гидрозатвора, перемешивания и перелива молока выше обогреваемой поверхности) обеспечивается качество закваски без образования пригара молока. The thickness of the cylindrical gap of the steam-water jacket practically does not affect the temperature stability during isometric extracts of milk, since its dimensions, according to estimates, are many times greater than the critical diameter of the insulation. However, during cooling, and especially during heating, when the cavity of the shirt can be considered as a heat-generating layer (due to cooling of superheated steam, condensation and cooling of the condensate), the heating time of milk is reduced by decreasing the thickness of the cylindrical gap at the same steam flow rate. Thus, the experimentally established sizes of the shirt determine the optimal ratio of heat-generating and heat-absorbing volumes, in which (using hot steam, a steam shield, a helical rib, a water trap, mixing and overflowing of milk above the heated surface), the quality of the starter culture without a stick of milk is ensured.

При вращении молока, раскрученного мешалкой, уровень свободной поверхности у периферии повышается пропорционально диаметру рубашки (при постоянной скорости вращения мешалки). Однако для теплосъема растечек тепла за счет теплопроводности по образующим бака выше обогреваемой поверхности необходим дополнительный объем молока, пропорциональный тепловым растечкам, т. е. высоте обогреваемой поверхности. During the rotation of milk spun by the mixer, the level of the free surface at the periphery increases in proportion to the diameter of the shirt (at a constant speed of rotation of the mixer). However, for the heat removal of heat leaks due to thermal conductivity along the generatrices of the tank above the heated surface, an additional volume of milk is necessary, proportional to the thermal leaks, i.e. the height of the heated surface.

Небольшие углы разворота пластин мешалки, α ≅ 15^о, обеспечивают перемешивание молока даже при малой разности угловых скоростей мешалки и молока в установившемся движении.Small angles of rotation of the stirrer plates, α ≅ 15 ^о , provide mixing of milk even with a small difference in the angular speeds of the stirrer and milk in steady motion.

Дистанция лопастей мешалки от внутренней поверхности бака определяет границы скоростей и турбулизацию молока в пограничном слое, от которых зависят условия теплоотдачи, т. е. перепад температуры в пограничном слое. В случае ламинарного движения вращающейся жидкости градиенты окружных скоростей моделируются величиной отношения диаметров рассматриваемого кольцевого слоя. The distance of the agitator blades from the inner surface of the tank determines the velocity boundaries and the turbulization of milk in the boundary layer, on which the heat transfer conditions depend, i.e., the temperature difference in the boundary layer. In the case of laminar motion of a rotating fluid, the gradients of peripheral velocities are modeled by the ratio of the diameters of the considered annular layer.

На фиг. 1 показана установка для закваски молока; на фиг. 2 - конструкция мешалки. In FIG. 1 shows an installation for souring milk; in FIG. 2 - design of the mixer.

Установка для закваски молока состоит из внутренней ванны 1 с теплообменной рубашкой 2 и крышкой 3. На крышке 3 размещен привод 4 вала 5 лопастной мешалки при помощи кронштейна 6, который имеет возможность поворачиваться относительно оси 7. На валу 5 закреплены лопасти 8, представляющие собой пластинчатые скребки, расположенные от внутренней поверхности ванны на расстоянии до 5% от ее диаметра и развернутые относительно собственных осей под углом до 15^о. При этом толщина теплообменной рубашки 2 составляет менее 10% от диаметра внутренней ванны. В днище ванны 1 имеется патрубок 9 для подачи и отвода молока. В полость рубашки 2 пар подают по трубе 10, на выходе которой установлен пароотбойный щиток 11. В рубашке размещено винтообразное ребро 12, конденсат вытекает через патрубок 13 с гидрозатвором. Концентрично ванне 1 размещена наружная ванна 14, установленная на опорах 15. Причем гидрозатвор выполнен в одной из опор 15. Холодная вода поступает в теплообменную рубашку 2 через патрубок 16 и выходит через патрубок 13.Installation for souring milk consists of an inner bath 1 with a heat-exchange jacket 2 and a cover 3. On the cover 3 there is a drive 4 of the shaft 5 of the paddle mixer using an arm 6, which has the ability to rotate about axis 7. On the shaft 5 are fixed blades 8, which are lamellar scrapers located from the inner surface of the bath at a distance of up to 5% of its diameter and deployed relative to their own axes at an angle of up to 15 ^about . Moreover, the thickness of the heat exchange jacket 2 is less than 10% of the diameter of the inner bath. In the bottom of the bath 1 there is a pipe 9 for supplying and draining milk. In the cavity of the shirt 2 pairs are fed through a pipe 10, the outlet of which is installed a steam baffle 11. In the jacket there is a screw-shaped rib 12, condensate flows through the pipe 13 with a water seal. Concentric to the bath 1, an external bath 14 is mounted on the supports 15. Moreover, the water seal is made in one of the supports 15. Cold water enters the heat exchange jacket 2 through the pipe 16 and exits through the pipe 13.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Процесс закваски молока заключается в нагреве до температуры 95-97^оС, выдержке - пастеризации при этой температуре, охлаждении до температуры 18-43^оС и выдержке при этой температуре для осуществления закваски. В среднем нагрев должен продолжаться не более 1 ч, пастеризация - 1 ч, охлаждение - 2 ч, закваска - 7-24 ч.Process ferment milk is heated to a temperature of 95-97 ^{° C,} aging - pasteurized at this temperature, cooling to a temperature of 18-43 ^{° C} and holding at this temperature for leaven. On average, heating should last no more than 1 hour, pasteurization - 1 hour, cooling - 2 hours, fermentation - 7-24 hours.

Для осуществления этого бак холодной установки заполняют холодным молоком через патрубок 9 до уровня на 20-30 мм выше обогреваемой поверхности. Включают вращение мешалки и одновременно подают пар через трубу 10 в полость рубашки 2. Пар, охлаждаясь и конденсируясь, отдает тепло корпусу рубашки 2 и через цилиндрическую поверхность ванны 1 - молоку, вращающемуся в ванне 1. Пароотбойный щиток 11 предотвращает местный перегрев стенки ванны 1 на выходе острого пара из трубы 10, винтообразное ребро 12 интенсифицирует процесс теплоотдачи, а гидравлический затвор патрубка 13 обеспечивает практически полную конденсацию пара вплоть до конца нагревания. При достижении предельной температуры пар перекрывается, полость теплообменной рубашки 2 обезвоживается и служит теплоизолятором при выдержках с постоянной температурой при осуществлении процессов пастеризации и закваски молока. Воздушный зазор между корпусом теплообменной рубашки 2 и наружной ванной 14 создает дополнительное термическое сопротивление. Охлаждение производится холодной водой. Вода подается в полость рубашки 2 через патрубок 16 и вытекает через патрубок 13, служащий гидравлическим затвором при нагревании паром. При охлаждении до предельной температуры течение воды отключается, и полость рубашки 2 обезвоживается. To do this, the cold installation tank is filled with cold milk through the pipe 9 to a level of 20-30 mm above the heated surface. The rotation of the mixer is turned on and steam is simultaneously supplied through the pipe 10 to the cavity of the jacket 2. The steam, cooling and condensing, gives off heat to the jacket body 2 and through the cylindrical surface of the bath 1 to milk rotating in the bath 1. The steam baffle plate 11 prevents local overheating of the wall of the bath 1 the output of sharp steam from the pipe 10, the helical rib 12 intensifies the heat transfer process, and the hydraulic shutter of the pipe 13 provides almost complete condensation of the steam until the end of heating. Upon reaching the maximum temperature, the steam is blocked, the cavity of the heat exchange jacket 2 is dehydrated and serves as a heat insulator for holding at a constant temperature during the pasteurization and fermentation of milk. The air gap between the casing of the heat exchange jacket 2 and the outer bath 14 creates additional thermal resistance. Cooling is done with cold water. Water is supplied into the cavity of the jacket 2 through the pipe 16 and flows through the pipe 13, which serves as a hydraulic shutter when heated by steam. When cooled to the limit temperature, the water flow is turned off, and the cavity of the shirt 2 is dehydrated.

Проведенные расчеты, испытания и экспериментальные исследования показывают, что исключение подогрева подверженного потере устойчивости днища ванны при введении интенсификаторов теплообмена не ухудшает режимов нагрева и охлаждения установки при использовании пара высоких параметров. В свою очередь, интенсификация теплообмена, конструкция лопастей мешалки, залив молока в бак выше уровня обогреваемой поверхности существенно уменьшают пригар молока, образование накипи, отложений молочного камня на внутренней полости ванны. Замена двойного днища ванны, конструктивное обеспечение свободного температурного расширения узлов и деталей снижают уровень циклических температурных напряжений, что делает конструкцию установки менее чувствительной к технологическим дефектам, повышает ее надежность, ресурс работы. (56) 1. Каталог "Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности. М. : ЦНИИТМАШ, 1962, с. 62-63. The calculations, tests and experimental studies show that the exclusion of heating of the bottom of the bath, which is susceptible to loss of stability, when heat transfer intensifiers are introduced does not worsen the heating and cooling conditions of the installation when using high-temperature steam. In turn, the intensification of heat transfer, the design of the stirrer blades, the pouring of milk into the tank above the level of the heated surface significantly reduce the milk burn, the formation of scale, deposits of milk stone on the inner cavity of the bath. Replacing the double bottom of the bathtub, constructive ensuring free thermal expansion of the nodes and parts reduce the level of cyclic temperature stresses, which makes the design of the installation less sensitive to technological defects, increases its reliability and service life. (56) 1. Catalog "Technological equipment of dairy enterprises. M.: TSNIITMASH, 1962, p. 62-63.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ОЗУ ТО "Установки заквасочные ОЗУ-300", Черкассы, 1980. 2. Technical description and operating instructions for RAM TO "Fermenting plants OZU-300", Cherkasy, 1980.

Claims

1. PLANT FOR FILLING MILK, comprising an inner bath and an outer bath with a heat-insulating layer placed on supports with a gap to it, forming a heat-exchange jacket, nozzles for supplying and discharging heat transfer milk and a paddle mixer, characterized in that the mixer blades are made in the form of plate scrapers arranged from the inner bath surface at a distance of up to 5% of its diameter and deployed own axes with respect to an angle of 15 ^o, and the thickness of the heat exchange jacket is less than 10% dia Etra internal bath.

2. Installation according to claim 1, characterized in that it is provided with a helical rib and a steam guard placed in the heat exchange jacket, and the branch pipe of the heat-transfer agent is placed in one of the supports and has a water seal.