RU2048115C1

RU2048115C1 - Method for treatment of liquid food product

Info

Publication number: RU2048115C1
Authority: RU
Inventors: Илья Иванович Петухов; Виктор Владимирович Бредихин; Вадим Григорьевич Селиванов; Константин Иванович Сопленков; Юрий Васильевич Шахов
Original assignee: Илья Иванович Петухов; Виктор Владимирович Бредихин; Вадим Григорьевич Селиванов; Константин Иванович Сопленков; Юрий Васильевич Шахов
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: pasteurization or sterilization of liquid food products such as milk, fruit juices, etc. SUBSTANCE: method involves heating the product, holding, cooling and homogenization. Heating is effected by injection mixing of the product with its vapor phase. Then the product is cooled by accelerating it in the nozzle of a jet cooler followed by separating stream into vapor and liquid phases. Homogenization is effected by restoring static pressure in the liquid phase moving through the diffuser of the jet cooler. The vapor phase of the product is condensed in a heat exchanger from a stream of its liquid phase. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой и химико-фармацевтической промышленности и может быть использовано, в частности, для пастеризации или стерилизации жидких молочных продуктов, фруктовых соков и т.п. The invention relates to the food and pharmaceutical industries and can be used, in particular, for pasteurization or sterilization of liquid dairy products, fruit juices, etc.

Известны способы обработки жидких пищевых продуктов, реализуемые в установках на базе поверхностных теплообменников [1] Установки для обработки жидких пищевых продуктов этого типа обеспечивает возможность регенерации тела, простоты в эксплуатации. Known methods of processing liquid food products, implemented in installations based on surface heat exchangers [1] Installations for processing liquid food products of this type provides the possibility of regeneration of the body, ease of operation.

К их недостаткам следует отнести большие габариты и металлоемкость поверхностных теплообменников, возможность пригара молочного продукта и отложения осадка на поверхностях нагрева из-за малых скоростей течения жидкостей. Это определяет высокую стоимость оборудования, необходимость выполнять теплообменники с возможностью легкой разборки для мойки и дезинфенкции, вызванные этим простои и снижение производительности. Their disadvantages include the large size and metal consumption of surface heat exchangers, the possibility of burning milk product and deposits of sediment on the heating surfaces due to the low flow rates of liquids. This determines the high cost of equipment, the need to perform heat exchangers with the ability to easily disassemble for washing and disinfection, caused by this downtime and reduced productivity.

Эти недостатки в значительной мере устраняются в пароконтактных установках. Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является пароконтактная установка для стерилизации жидких молочных продуктов [2] в которой нагрев жидких молочных продуктов до температуры стерилизации осуществляется путем инжекционного смешения с греющим паром. Затем горячий молочный продукт, разбавленный конденсатом, направляется в вакуум-камеру, где при пониженном давлении молочный продукт вскипает и охлаждается, а избыток влаги удаляется. Охлажденный молочный продукт для обеспечения однородности структуры гомогенизируется в асептическом гомогенизаторе клапанного типа при значительном снижении полного давления жидкого продукта. В данной установке предотвращаются пригар и образование осадка продукта на рабочих поверхностях установки за счет развитой поверхности контакта фаз при нагреве молочного продукта конденсирующимся паром во всем стерилизуемом объеме и вследствие высокой скорости движения жидкого продукта. Этим же определяются малые габариты пароконтактного нагревателя. К недостаткам установок данного типа следует отнести повышенные требования к чистоте пара, смешиваемого с нагреваемым молочным продуктом, необходимость иметь в составе установки высокопрочную крупногабаритную емкость вакуум-камеры и асептический клапанный гомогенизатор, оснащенные специальными приспособлениями для предотвращения проникновения в стерилизованный продукт микроорганизмов из окружающей среды. These shortcomings are largely eliminated in steam contact installations. Closest to the claimed technical solution is a steam contact installation for sterilization of liquid dairy products [2] in which the heating of liquid dairy products to the sterilization temperature is carried out by injection mixing with heating steam. Then the hot milk product, diluted with condensate, is sent to a vacuum chamber, where, under reduced pressure, the milk product boils and cools, and excess moisture is removed. To ensure uniformity of the structure, the cooled milk product is homogenized in an aseptic valve-type homogenizer with a significant decrease in the total pressure of the liquid product. In this installation, burning and the formation of product sediment on the working surfaces of the installation are prevented due to the developed phase contact surface when the milk product is heated by condensing steam in the entire sterilized volume and due to the high speed of the liquid product. The same determines the small dimensions of the steam contact heater. The disadvantages of plants of this type include increased requirements for the purity of steam mixed with a heated dairy product, the need to have a high-strength large-sized vacuum chamber and an aseptic valve homogenizer, equipped with special devices to prevent microorganisms from entering the sterilized product from the environment.

В данном изобретении ставится задача повышения эффективности процесса обработки жидких пищевых продуктов за счет упрощения установки для обработки жидкого пищевого продукта и снижения расходов на ее эксплуатацию. The present invention aims to increase the efficiency of the processing of liquid food products by simplifying the installation for processing a liquid food product and reducing the cost of its operation.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обработки жидкого пищевого продукта, заключающемся в его нагреве, выдержке и последующем испарительном охлаждении перед гомогенизацией, охлаждение жидкого пищевого продукта осуществляют при разгоне в сопле с последующим разделением потока на паровую и жидкую фазы, а гомогенизацию последней проводят при восстановлении ее статического давления в диффузоре. The problem is solved due to the fact that in the method of processing a liquid food product, which consists in its heating, aging and subsequent evaporative cooling before homogenization, the cooling of the liquid food product is carried out during acceleration in the nozzle, followed by separation of the flow into vapor and liquid phases, and the homogenization of the latter carried out when restoring its static pressure in the diffuser.

Указанная задача может быть решена за счет нагрева жидкого пищевого продукта путем инжекционного смешения с паровой фазой. This problem can be solved by heating the liquid food product by injection mixing with the vapor phase.

Указанная задача может быть решена также за счет конденсации паровой фазы в теплообменнике потоком подаваемого на обработку жидкого пищевого продукта. This problem can also be solved by condensation of the vapor phase in the heat exchanger by the flow of liquid food product supplied to the processing.

Указанная задача может быть решена также за счет предварительного эжектирования паровой фазы паром высокого давления. This problem can also be solved by preliminary ejection of the vapor phase by high pressure steam.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность процесса обработки жидких пищевых продуктов. Это становится возможным за счет отказа от использования в составе установки высокопрочной крупногабаритной емкости вакуум-камеры и клапанного гомогенизатора, являющегося одним из основных потребителей электроэнергии, а также за счет преобразования в работу повышения полного давления жидкости части отводимой от нее теплоты. Возможен также отказ от использования специальных очистителей пара. Это позволит снизить стоимость оборудования, реализующего данные способы обработки жидких пищевых продуктов. Затраты на его эксплуатацию и уменьшить энергопотребление. Using the proposed technical solution can improve the efficiency of the processing of liquid food products. This becomes possible due to the refusal to use a vacuum chamber and a valve homogenizer, which is one of the main consumers of electricity, as part of the installation of a high-strength large-sized tank, and also due to the conversion of part of the heat removed from it to work to increase the total liquid pressure. It is also possible to refuse to use special steam cleaners. This will reduce the cost of equipment that implements these methods of processing liquid food products. The cost of its operation and reduce energy consumption.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "Новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию "Существенные отличия". Comparison of the claimed technical solutions with the prototype made it possible to establish compliance with their criterion of "Novelty." In the study of other well-known technical solutions in this technical field, signs that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified and therefore they provide the claimed technical solutions with the criterion of "Significant differences".

Фиг.1 4 поясняют предлагаемое изобретение. Figure 1 4 explain the invention.

Устройство для обработки жидкого пищевого продукта, реализующее п.1 формулы предлагаемого технического решения (фиг.1), содержит поверхностный теплообменник-регенератор 1, паровой котел 2, пароочиститель 3, инжектор-конденсатор 4, струйный охладитель 5. A device for processing a liquid food product that implements claim 1 of the formula of the proposed technical solution (Fig. 1) comprises a surface heat exchanger-regenerator 1, a steam boiler 2, a steam cleaner 3, an injector-condenser 4, an jet cooler 5.

Данное устройство работает следующий образом (фиг.1). При обработке жидкий пищевой продукт направляется в поверхностный теплообменник-регенератор 1, где он подогревается обратным потоком нагретого обработанного жидкого пищевого продукта. Затем он подается на вход и инжектор-конденсатор 4, в котором происходит смешение продукта с греющим паром из парового котла 2. Греющий пар предварительно пропускается через пароочиститель 3, обеспечивающий удаление из него различного рода загрязнений. В инжекторе-конденсаторе происходит энергообмен между паром и жидким пищевым продуктом с конденсацией греющего пара. За счет выделяющейся при этом теплоты конденсации жидкий пищевой продукт быстро прогревается до температуры, обеспечивающей его стерилизацию. После этого смесь стерилизованного жидкого продукта с конденсатом направляется в струйный охладитель 5. В сопле струйного охладителя происходит разгон этой смеси с одновременным испарением части ее и охлаждением оставшейся части за счет скрытой теплоты парообразования. При этом пар, расширяясь, передает часть располагаемой работы процесса расширения жидкой фазе, ускоряя ее. В поверхностном сепараторе струйного охладителя 5 происходит разделение полученного в сопле парожидкостного потока, причем высокоскоростная струя жидкости с сохранением большей части своего импульса направляется в диффузор. В диффузоре стерилизованный жидкий пищевой продукт тормозится с восстановлением динамического давления потока, в результате чего возрастает его статическое давление. Это дает возможность обеспечить безнасоснную подачу стерилизованного жидкого пищевого продукта потребителю. Дополнительный положительный эффект связан с гомогенизацей жидкого пищевого продукта в диффузоре, происходящей при торможении потока в скачке уплотнения, реализующемся из-за неполного разделения фаз при сепарации и попадания в диффузор двухфазового потока с пузырьковой структурой. This device operates as follows (figure 1). During processing, the liquid food product is sent to the surface heat exchanger-regenerator 1, where it is heated by the reverse flow of the heated processed liquid food product. Then it is fed to the inlet and injector-condenser 4, in which the product is mixed with heating steam from the steam boiler 2. The heating steam is previously passed through a steam cleaner 3, which removes various kinds of contaminants from it. In the injector-condenser, energy is exchanged between steam and a liquid food product with condensation of heating steam. Due to the heat of condensation released in this case, the liquid food product quickly warms up to a temperature that ensures its sterilization. After this, the mixture of the sterilized liquid product with condensate is sent to the jet cooler 5. In the nozzle of the jet cooler, this mixture is accelerated while part of it is evaporated and the remaining part is cooled due to the latent heat of vaporization. In this case, the steam, expanding, transfers part of the available work of the expansion process to the liquid phase, accelerating it. In the surface separator of the jet cooler 5, the vapor-liquid stream obtained in the nozzle is separated, and a high-speed jet of liquid, while retaining most of its momentum, is sent to the diffuser. In the diffuser, the sterilized liquid food product is inhibited with the restoration of the dynamic pressure of the flow, as a result of which its static pressure increases. This makes it possible to provide a pump-free supply of a sterilized liquid food product to the consumer. An additional positive effect is associated with the homogenization of the liquid food product in the diffuser, which occurs when the flow decelerates in the shock wave, which is realized due to incomplete phase separation during separation and the two-phase flow with a bubble structure entering the diffuser.

Устройство для обработки жидкого пищевого продукта, соответствующее п.2 формулы предлагаемого технического решения (фиг.2), содержит поверхностный теплообменник-регенератор 6, насос 7, инжектор-конденсатор 8, струйный охладитель 9. Его работа в целом аналогична работе описанного выше устройства, реализующего п.1 формулы. Однако в этом случае появляется возможность отказаться от греющего пара от внешнего источника, а использовать для нагрева жидкости пар, отбираемый из струйного охладителя 9. Компенсация потерь теплоты в окружающую среду происходит за счет введения в состав установки насоса 7, обеспечивающего устойчивую работу инжектора-конденсатора 8. A device for processing a liquid food product corresponding to claim 2 of the formula of the proposed technical solution (FIG. 2) contains a surface heat exchanger-regenerator 6, pump 7, injector-condenser 8, jet cooler 9. Its operation is generally similar to the operation of the device described above, implementing claim 1 of the formula. However, in this case, it becomes possible to abandon the heating steam from an external source, and to use steam taken from the jet cooler 9 to heat the liquid. Compensation of heat loss to the environment occurs due to the introduction of a pump 7 into the unit, which ensures stable operation of the injector-condenser 8 .

Устройство для обработки жидкого пищевого продукта, реализующее п.3 формулы предлагаемого технического решения (фиг.3), содержит теплообменник-конденсатор 10, насос 11 для откачивания конденсата, поверхностный теплообменник-регенератор 12, источник 13 греющего пара, пароочиститель 14, инжектор-конденсатор 15, струйный охладитель 16. A device for processing a liquid food product that implements claim 3 of the formula of the proposed technical solution (figure 3) contains a heat exchanger-condenser 10, a pump 11 for pumping out condensate, a surface heat exchanger-regenerator 12, a source of heating steam 13, a steam cleaner 14, an injector-condenser 15, jet cooler 16.

Работа устройства, реализующего п.3 формулы предлагаемого технического решения, также аналогична работе описанного выше устройства, реализующего п. 1 формулы. Однако оно может иметь преимущества при необходимости быстрого охлаждения обрабатываемого пищевого продукта (например, молочных продуктов) до температур ниже 100^оС. При этом на срезе сопла струйного охладителя 16 должно быть обеспечено давление ниже атмосферного. Такое условие может быть реализовано при конденсации отводимого из струйного охладителя 16 пара в теплообменнике-конденсаторе 10. Пар конденсируется за счет хладоресурса подаваемого на обработку жидкого пищевого продукта. Сконденсировавшаяся влага отводится из теплообменника-конденсатора 10 насосом 11.The operation of the device that implements paragraph 3 of the formula of the proposed technical solution is also similar to the operation of the device described above that implements paragraph 1 of the formula. However, it may be advantageous if necessary fast cooling the treated food product (e.g., dairy products) to temperatures below 100 ^C. In this case at the nozzle exit coolant jet 16 must be provided below atmospheric pressure. This condition can be realized by condensing the steam discharged from the jet cooler 16 in the heat exchanger-condenser 10. The steam condenses due to the cold resource of the liquid food product supplied for processing. Condensed moisture is removed from the heat exchanger-condenser 10 by the pump 11.

Устройство для обработки жидкого пищевого продукта, реализующее п.4 формулы предлагаемого технического решения (фиг.4), содержит поверхностный теплообменник-регенератор 17, насос 18, инжектор-конденсатор 19, струйный охладитель 20, паровой котел 21, пароочиститель 22, газоструйный эжектор 23. A device for processing a liquid food product that implements claim 4 of the formula of the proposed technical solution (figure 4) contains a surface heat exchanger-regenerator 17, pump 18, injector-condenser 19, jet cooler 20, steam boiler 21, steam cleaner 22, gas-jet ejector 23 .

Применение устройства, реализующего п. 4 формулы предлагаемого технического решения, также связано с низким давлением на срезе сопла струйного охладителя 20. В этом случае суживается диапазон устойчивой работы инжектора-конденсатора 19. Поэтому в состав устройства введен газоструйный эжектор 23, в котором в качестве активного потока используется водяной пар от внешнего источника парового котла 21, пропускаемый через пароочиститель 22. The use of a device that implements paragraph 4 of the formula of the proposed technical solution is also associated with low pressure at the nozzle exit of the jet cooler 20. In this case, the range of stable operation of the injector-condenser 19 is narrowed. Therefore, the device includes a gas-jet ejector 23, in which the stream uses water vapor from an external source of the steam boiler 21, passed through a steam cleaner 22.

Жидкий пищевой продукт (молоко) подается на вход в поверхностный теплообменник-регенератор при температуре 10^оС и нагревается за счет обратного потока пастеризованного молока до температуры 65^оС. При этом пастеризованное молоко охлаждается от 80 до 25^оС. С помощью насоса давление пастеризуемого молока повышается до 0,6 МПа. Затем в инжекторе-конденсаторе оно смешивается с паром. За счет конденсации пара молочный продукт прогревается до температуры пастеризации 95^оС и направляется в струйный охладитель, где происходит быстрое (за 0,2 с) охлаждение молочного продукта до температуры 80^оС. При выходе из струйного охладителя давление потока пастеризованного молока составляет 0,2 МПа. Затем оно через теплообменник-рекуператор выдается потребителю. Пар из струйного охладителя отводится при температуре 80^оС и давлении около 0,04 МПа, что затрудняет устойчивую работу инжектора-конденсатора. Поэтому используется газоструйный эжектор с температурой активного потока 145^оС и давлением 0,4 МПа. Полученный после газоструйного эжектора пар с температурой 112 ^оС и давлением 0,07 МПа направляется на вход в пассивное сопло инжектора-конденсатора.Liquid food product (milk) is fed to the input of a surface heat exchanger-regenerator at a temperature of 10 ^{° C} and is heated by the return flow of pasteurized milk to a temperature ^of 65 C. The pasteurized milk is cooled from 80 to 25 ° ^C. With the pump pressure pasteurized milk rises to 0.6 MPa. Then, in the injector-condenser, it is mixed with steam. Due to the condensation of steam dairy product warms up to pasteurization temperature of 95 ^{° C} and is directed into the jet cooler, where there is a rapid (for 0.2 s) cooling the dairy product to a temperature of 80 ° ^C. Upon exiting the jet flow of the coolant pressure of pasteurized milk is 0, 2 MPa. Then it is issued to the consumer through a heat exchanger-recuperator. Vapor removed from the jet cooler at ⁸⁰ ° C and a pressure of about 0.04 MPa, which makes stable operation of the injector-condenser. Therefore, gas-jet ejector is used with a temperature of the active thread 145 ^C and a pressure of 0.4 MPa. Obtained after gas-jet ejector steam with a temperature of 112 ^C and a pressure of 0.07 MPa is directed to enter the passive nozzle of the injector-condenser.

Claims

1. METHOD FOR PROCESSING A LIQUID FOOD PRODUCT, including its heating, aging, cooling by evaporation and homogenization, characterized in that the cooling of the liquid food product is carried out by dispersing it in the nozzle of a jet cooler with subsequent separation of the flow into vapor and liquid phases, and homogenizing the liquid the phases are carried out by restoring the static pressure in it while moving in the diffuser of the jet cooler.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the liquid food product is carried out by injection mixing with the vapor phase of the product.

3. The method according to claim 1, characterized in that the vapor phase of the product is condensed in the heat exchanger by the flow of a liquid food product fed to the processing.

4. The method according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the vapor phase of the product is pre-ejected with high pressure steam.