RU2108711C1

RU2108711C1 - Vacuum milk cooler

Info

Publication number: RU2108711C1
Application number: RU97103918A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Ивановский; В.Н. Криворотько; Б.Ф. Тарасенко; С.Г. Шабля
Original assignee: Ивановский Николай Николаевич; Криворотько Виктор Николаевич
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: milk cooling equipment. SUBSTANCE: vacuum milk cooler has heat-insulated and sealed vessel with gas and liquid cavities, throttle line for passage of milk into vessel. Gas cavity is connected with vacuum unit for pumping water steam from milk surface. Upon cooling, milk weight is kept. Power consumption for milk cooling is reduced by 2-4 times as compared to Freon refrigerants. EFFECT: increased efficiency and improved ecology control by giving up Freon refrigerants. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к молочной промышленности и к установкам, в которых не используется холодильная машина. The invention relates to the dairy industry and to installations that do not use a refrigeration machine.

Известны охладители молока, содержащие открытую или герметизированную молочную ванну, в которых охлаждение молока осуществляется фреоновой холодильной установкой через промежуточный хладоноситель - ледяную воду (Зеликовский И.А., Каплан Л.Г. Малые холодильные машины и установки. М.: ПП, 1979; Применение холода в пищевой промышленности. - Справочник под ред. Кузьмина М.П. - М.: ПП, 1979). Known milk coolers containing an open or sealed milk bath in which milk is cooled by a freon refrigeration unit through an intermediate refrigerant carrier - ice water (Zelikovsky I.A., Kaplan L.G. Small refrigeration machines and units. M .: PP, 1979; The use of cold in the food industry. — Handbook edited by Kuzmina MP - M .: PP, 1979).

Недостатком этих охладителей являются повышенные затраты энергии на охлаждение молока, так как отвод тепла от молока происходит через 2 металлические стенки: в молочной ванне и во фреоновом испарителе. Кроме того, фреоны разрушают атмосферный озон и подлежат запрету. The disadvantage of these coolers is the increased energy consumption for milk cooling, since heat is removed from the milk through 2 metal walls: in the milk bath and in the freon evaporator. In addition, freons destroy atmospheric ozone and are subject to a ban.

Наиболее близким к изобретению является охладитель молока по патенту РФ N 2033035 "Охладитель молока" авторов Ивановского Н.Н. и Криворотко В.Н. (Бюл. N 11), в котором охлаждение молока выполняется за счет вакуумного холодильного эффекта. Closest to the invention is a milk cooler according to the patent of the Russian Federation N 2033035 "Milk cooler" by Ivanovskiy N.N. and Krivorotko V.N. (Bull. N 11), in which the cooling of milk is performed due to the vacuum refrigeration effect.

Этот охладитель содержит теплоизолированную и герметизированную молочную ванну с жидкостной и газовой полостями и вакуумную систему охлаждения, содержащую вакуумный насос с давлением ниже 1 КПа. Охлаждение молока происходит за счет частичного испарения воды из молока при вакуумировании молочной ванны. После снижения температуры молока до 6^oС (при давлении насыщения 1 КПа) вакуумный насос отключается с помощью термореле.This cooler contains a heat-insulated and sealed milk bath with liquid and gas cavities and a vacuum cooling system containing a vacuum pump with a pressure below 1 kPa. Cooling of milk occurs due to the partial evaporation of water from milk during the evacuation of the milk bath. After lowering the temperature of the milk to 6 ^o C (at a saturation pressure of 1 KPa), the vacuum pump is turned off using a thermal relay.

Прототип имеет ряд недостатков: повышенный расход энергии на охлаждение молока по сравнению с ГОСТ 11116-82, потеря массы молока при охлаждении, снижение качества теплоизоляции в период эксплуатации и др. The prototype has several disadvantages: increased energy consumption for milk cooling compared to GOST 11116-82, loss of milk mass during cooling, reduced quality of thermal insulation during operation, etc.

Целью изобретения является снижение расхода энергии и сохранении массы молока при его охлаждении, повышение надежности и эффективности охладителя молока. The aim of the invention is to reduce energy consumption and preserve the mass of milk during its cooling, increasing the reliability and efficiency of the milk cooler.

Указанная цель достигается тем, что в вакуумном охладителе молока, кроме признаков, сходных с прототипом, имеются новые, отличительные признаки: вакуумный агрегат содержит насосы высокого и низкого вакуума и расположенный между ними конденсатор водяных паров; между накопителем молока и емкостью охлажденного молока установлена линия дросселирования молока, снабженная терморегулирующим вентилем; между конденсатором водяных паров и емкостью охлажденного молока установлена линия возврата конденсата, снабженная терморегулирующим вентилем; оболочка емкости охлажденного молока выполнена двухстенной и соединена с насосом высокого вакуума; между конденсатором водяных паров и насосом низкого вакуума установлен соленоидный вентиль. This goal is achieved by the fact that in the vacuum milk cooler, in addition to the features similar to the prototype, there are new, distinctive features: the vacuum unit contains high and low vacuum pumps and a water vapor condenser located between them; a milk throttling line equipped with a thermostatic valve is installed between the milk storage unit and the chilled milk tank; a condensate return line equipped with a thermostatic valve is installed between the water vapor condenser and the chilled milk tank; the shell of the chilled milk container is double-walled and connected to a high vacuum pump; A solenoid valve is installed between the water vapor condenser and the low vacuum pump.

Дополнительные конструктивные признаки создают следующий положительный эффект:
- снижают затраты энергии на охлаждение молока. В прототипе повышенные затраты энергии происходили вследствие высокой степени сжатия в вакуумном насосе (степень сжатия более 100). В предлагаемой конструкции используется два вакуумных насоса: высокого вакуума и низкого вакуума, с промежуточной конденсацией водяных паров в конденсаторе. Поскольку давление конденсации водяных паров определяется температурой охлаждающей воды и равно 5-6 КПа при температуре конденсации 30-35^oС, степень сжатия насоса высокого вакуума равна 5-6 (при давлении на всасывании 1 КПа), и затраты энергии в нем существенно уменьшатся. Расходом энергии в насосе низкого вакуума пренебрегаем, так как в режиме охлаждения молока он включается периодически на короткое время.Additional design features create the following positive effect:
- reduce energy costs for cooling milk. In the prototype, increased energy costs occurred due to the high compression ratio in the vacuum pump (compression ratio greater than 100). The proposed design uses two vacuum pumps: high vacuum and low vacuum, with intermediate condensation of water vapor in the condenser. Since the condensation pressure of water vapor is determined by the temperature of cooling water and is equal to 5-6 KPa at a condensation temperature of 30-35 ^o C, the compression ratio of the high vacuum pump is 5-6 (at a suction pressure of 1 KPa), and the energy consumption in it will significantly decrease. The energy consumption in the low vacuum pump is neglected, since in milk cooling mode it turns on periodically for a short time.

- интенсифицируют процесс вакуумного охлаждения за счет замены малоинтенсивного процесса испарения водяных паров с поверхности молока с постепенным снижением давления и температуры в течение 2-3 ч на процесс дросселирования. При дросселировании жидкости в дроссельном отверстии за счет эффекта дросселирования происходит мгновенное понижение температуры и давления жидкости и мгновенное образование паровой фазы с расчетным паросодержанием. - intensify the process of vacuum cooling by replacing the low-intensity process of evaporation of water vapor from the surface of the milk with a gradual decrease in pressure and temperature for 2-3 hours by the throttling process. When throttling a liquid in a throttle aperture, due to the throttling effect, an instant decrease in the temperature and pressure of the liquid and instant formation of a vapor phase with a calculated vapor content occur.

- снижают потери молока при вакуумировании. В прототипе вода, испарившаяся из молока в процессе вакуумного охлаждения, выбрасывалась в атмосферу. В предлагаемой установке после окончания работы конденсат, накопившийся в конденсаторе, передавливается в емкость охлажденного молока, и масса молока восстанавливается. - reduce milk loss during evacuation. In the prototype, water evaporated from milk during vacuum cooling was released into the atmosphere. In the proposed installation, after the end of operation, the condensate accumulated in the condenser is transferred to the chilled milk tank, and the mass of milk is restored.

- повышают качество теплоизоляции. В прототипе использовалась поверхностная теплоизоляция, свойства которой при длительной эксплуатации ухудшались за счет увлажнения и механического разрушения. В предлагаемой установке теплоизоляция выполнена в виде двухстенной оболочки, которая подключена к вакуумной системе. Это обеспечивает высокое качество теплоизоляции, снижает потери холода и повышает эффективность установки. - increase the quality of thermal insulation. The prototype used surface thermal insulation, the properties of which during prolonged use deteriorated due to moisture and mechanical failure. In the proposed installation, the thermal insulation is made in the form of a double-walled shell, which is connected to a vacuum system. This ensures high quality thermal insulation, reduces cold losses and increases installation efficiency.

Предлагаемый вакуумный охладитель молока схематично представлен на чертеже. Он состоит из накопителя молока 1, емкости 5 охлажденного молока, насоса 8 высокого вакуума. конденсатора 9 водяных паров и насоса 14 низкого вакуума. Накопитель молока 1 соединен с емкостью 5 линией 2 дросселирования, снабженной терморегулирующим вентилем (ТРВ) 3. Между емкостью 5 и конденсатором 9 установлена линия 7 возврата конденсата, снабженная ТРВ 6. Насос 14 соединен с конденсатором 9 откачной линией 11, снабженной соленоидным вентилем 13. Кроме того, установка снабжена молокопроводом 17, электровакууметром 12, регулятором давления 15 и запорным клапаном 16. Регулятор давления используется для подсоединения стандартной доильной системы. The proposed vacuum milk cooler is schematically represented in the drawing. It consists of a milk store 1, a container 5 of chilled milk, a pump 8 high vacuum. condenser 9 water vapor and pump 14 low vacuum. The milk accumulator 1 is connected to the tank 5 by a throttling line 2 equipped with a thermostatic expansion valve (expansion valve) 3. A condensate return line 7 equipped with expansion valve 6 is installed between the reservoir 5 and the condenser 9. The pump 14 is connected to the condenser 9 by a discharge line 11 equipped with a solenoid valve 13. In addition, the installation is equipped with a milk line 17, an electric vacuum gauge 12, a pressure regulator 15 and a shut-off valve 16. A pressure regulator is used to connect a standard milking system.

Вакуумный агрегат подобран таким образом, чтобы поддерживать в емкости 5 температуру 6^oС, что соответствует давлению кипения 1 КПа.The vacuum unit is selected in such a way as to maintain a temperature of 6 ^o C in the tank 5, which corresponds to a boiling pressure of 1 KPa.

Работа вакуумного охладителя молока происходит следующим образом. При включении вакуумного агрегата в работу в емкости 5 создается вакуум 1 КПа. После того, как в накопитель 1 поступает первая порция молока, на линии дросселирования открывается запорный клапан 16, и молоко начинает дросселировать через ТРВ 3. Образовавшиеся в процессе дросселирования пары откачиваются насосом высокого вакуума 8 и подаются в конденсатор. ТРВ 3 отрегулирован таким образом, чтобы уравнивать объем образовавшихся паров с производительностью вакуумного агрегата и постоянно поддерживать в емкости 5 вакуум 1 КПа. The operation of the vacuum milk cooler is as follows. When you turn on the vacuum unit in operation in the tank 5 creates a vacuum of 1 KPa. After the first portion of milk enters the accumulator 1, the shut-off valve 16 opens on the throttling line, and the milk begins to throttle through the expansion valve 3. The vapors formed during the throttling process are pumped out by a high vacuum pump 8 and fed to the condenser. The expansion valve 3 is adjusted in such a way as to equalize the volume of generated vapors with the capacity of the vacuum unit and constantly maintain a vacuum of 1 kPa in the tank 5.

Попавшие в конденсатор водяные пары конденсируются на поверхности змеевика 10 при температуре 30-35^oС и давлении 5-6 КПа и накапливаются в нижней части конденсатора.Water vapor entering the condenser condenses on the surface of the coil 10 at a temperature of 30-35 ^o C and a pressure of 5-6 KPa and accumulate in the lower part of the condenser.

Насос низкого вакуума 14 выполняет вспомогательную функцию по периодическому откачиванию из конденсатора неконденсирующихся газов (воздуха). Воздух в небольших количествах растворен в молоке, а также может натекать в вакуумную систему через неплотности. По мере накопления воздуха давление в конденсаторе повышается, и по сигналу электровакууметра 12 срабатывает соленоидный вентиль 13 и включается вакуумнасос 14. Воздух откачивается из конденсатора, и вакуумнасос отключается. The low vacuum pump 14 performs an auxiliary function of periodically pumping non-condensable gases (air) from the condenser. Small amounts of air are dissolved in milk and can also leak into the vacuum system through leaks. As air accumulates, the pressure in the condenser rises, and at the signal of the electric vacuum gauge 12, the solenoid valve 13 is activated and the vacuum pump 14 is turned on. The air is pumped out of the condenser and the vacuum pump is turned off.

После охлаждения всей порции молока линия дросселирования 2 перекрывается запорным клапаном 16, и конденсат из конденсатора через линию 7 возврата конденсата передавливается в емкость охлажденного молока. Поскольку температура конденсата равна 30-35^oС, прямое передавливание конденсата приведет к повышению температуры охлажденного молока. Поэтому возврат конденсата выполняют через ТРВ 6, за счет чего его температура понижается до 6^oС. Дросселирование конденсата через ТРВ происходит при работающем вакуумнасосе 8 за счет разности давления в конденсаторе (Р = 5-6 КПа) и в емкости 5 (Р - 1 КПа).After cooling the entire portion of milk, the throttling line 2 is closed by a shut-off valve 16, and condensate from the condenser is transferred through the condensate return line 7 to the container of chilled milk. Since the temperature of the condensate is 30-35 ^o C, direct squeezing of the condensate will increase the temperature of the chilled milk. Therefore, the condensate return is carried out through the expansion valve 6, due to which its temperature drops to 6 ^o C. The condenser throttling through the expansion valve occurs when the vacuum pump 8 is operating due to the pressure difference in the condenser (P = 5-6 KPa) and in the tank 5 (P - 1 KPa).

Для подтверждения эффективности предлагаемой установки проведен расчет затрат энергии на охлаждение 250 кг молока. To confirm the effectiveness of the proposed installation, the calculation of energy costs for cooling 250 kg of milk was carried out.

Для такого количества молока был подобран вакуумный агрегат АВР-150 (Фролов Е. С. , Автономова И.В. и др. Механические вакуумные насосы. - М.: Машиностроение, 1989), в котором для высокого вакуума установлен вакуумный насос ДВН-150 и для низкого вакуума - вакуумный насос АВЗ-20Д. Технические данные агрегата АВР-150 следующие. Производительность при давлении всасывания 1 КПа 140 л/с; установленная мощность насоса ДВН-150 1,1 кВт; установленная мощность насоса АВЗ-20Д 2,2 кВт. For such a quantity of milk, an AVR-150 vacuum unit was selected (E. Frolov, I. Avtonomova and others. Mechanical vacuum pumps. - M .: Mashinostroenie, 1989), in which a DVN-150 vacuum pump was installed and for low vacuum, the AVZ-20D vacuum pump. The technical data of the ABP-150 unit is as follows. Productivity at a suction pressure of 1 KPa 140 l / s; installed power of the DVN-150 pump 1.1 kW; installed power of the pump AVZ-20D 2.2 kW.

1. Масса образовавшихся водяных паров при дросселировании молока Mп:
Мп = Мм•х = 250•0,045 = 11,25 кг,
где х - паросодержание водяных паров в конце дросселирования при давлении 1 КПа и температуре 6^oС;
Мм - масса охлаждаемого молока.1. The mass of water vapor formed during throttling of milk MP:
Mn = Mm • x = 250 • 0.045 = 11.25 kg,
where x is the vapor content of water vapor at the end of the throttling at a pressure of 1 KPa and a temperature of 6 ^o C;
Mm is the mass of chilled milk.

2. Объем водяных паров, образовавшихся при дросселировании V:
V = Мп•V = 11,25•137 = 1541 м³,
где V = 137 м³/кг - удельный объем водяных паров на линии насыщения при температуре 6^oС.2. The volume of water vapor generated during throttling V:
V = MP • V = 11.25 • 137 = 1541 m ³ ,
where V = 137 m ³ / kg is the specific volume of water vapor on the saturation line at a temperature of 6 ^o C.

3. Время, за которое вакуумный насос ДВН-150, сможет откачать образовавшийся объем водяных паров:

где Sн = 0,14•3600 = 504 м³/ч - производительность вакуумного насоса при вакууме 1 КПа.3. The time during which the DVN-150 vacuum pump will be able to pump out the resulting volume of water vapor:

where Sn = 0.14 • 3600 = 504 m ³ / h is the capacity of the vacuum pump at a vacuum of 1 KPa.

Это время соответствует норме. This time is normal.

4. Мощность вакуумного насоса ДВН-150 на рабочем режиме

где Р_вс = 1 КПа -давление всасывания;
Р_нагн = 6 КПа - давление нагнетания;
η = 0,4 - эффективный КПД вакуумнасоса ДВН-150.4. Power of the DVN-150 vacuum pump in operating mode

where P _sun = 1 KPa - suction pressure;
P _load = 6 KPa - discharge pressure;
η = 0.4 is the effective efficiency of the DVN-150 vacuum pump.

Очевидно, что установленная мощность вакуумного насоса ДВН-150 выше, чем рабочая, что объясняется запасом мощности на пусковом режиме. It is obvious that the installed capacity of the DVN-150 vacuum pump is higher than the working one, which is explained by the power reserve at the starting mode.

5. Расход электроэнергии на охлаждение 250 кг молока:
- рассчитанный по рабочей мощности
Е₁ = Nр•τ = 0,627•3 = 1,88 КВт•ч;
- рассчитанный по установленной мощности
Е₂ = Nн•τ = 1,1•3 = 3,3 КВт•ч.5. The energy consumption for cooling 250 kg of milk:
- calculated by working power
E ₁ = Nр • τ = 0.627 • 3 = 1.88 kW • h;
- calculated by installed capacity
E ₂ = Nn • τ = 1.1 • 3 = 3.3 kW • h.

Расход электроэнергии на охлаждение молока регламентируется ГОСТ 11116-82 "Резервуары молочные" и равен 30 Вт/ч на охлаждение 1 кг молока. Для охлаждения 250 кг молока по ГОСТ требуется
Е₃ = 250•0,03 = 7,5 КВт•ч.The energy consumption for milk cooling is regulated by GOST 11116-82 "Milk tanks" and is equal to 30 W / h for cooling 1 kg of milk. To cool 250 kg of milk in accordance with GOST
E ₃ = 250 • 0.03 = 7.5 kW • h.

6. Сравнение расхода электроэнергии с ГОСТ 11116-82
по рабочей мощности
Е₁/Е₃ = 1,88 / 7,5•100 = 25%;
по установленной мощности
Е₂/Е₃ = 3,3 / 7,5•100 = 44%.6. Comparison of power consumption with GOST 11116-82
in working capacity
E ₁ / E ₃ = 1.88 / 7.5 • 100 = 25%;
installed capacity
E ₂ / E ₃ = 3.3 / 7.5 • 100 = 44%.

Экономия энергии очевидна: даже при расчете с запасом по установленной мощности она снижается более чем в 2 раза. Energy saving is obvious: even when calculating with a margin of installed capacity, it is reduced by more than 2 times.

По сравнению с прототипом предлагаемый вакуумный охладитель молока обеспечивает высокую эффективность и надежность в работе. Compared with the prototype, the proposed vacuum milk cooler provides high efficiency and reliability.

Claims

1. A vacuum milk cooler containing a milk store, a thermally insulated and sealed container of chilled milk with gas and liquid cavities and a vacuum unit with a pressure below 1 KPa connected to the gas cavity of the tank of chilled milk, characterized in that the vacuum unit contains high and low vacuum pumps and a water vapor condenser located between them, the shell of the chilled milk tank is double-walled and connected to a high vacuum pump, and the low vacuum pump is connected to condenser water vapor through the exhaust line comprising a solenoid valve.

2. The cooler according to claim 1, characterized in that between the condenser of water vapor and the capacity of the chilled milk is installed condensate return line containing a thermostatic valve.