RU2807532C1 - Microwave milk pasteurizer - Google Patents

Microwave milk pasteurizer Download PDF

Info

Publication number
RU2807532C1
RU2807532C1 RU2022128403A RU2022128403A RU2807532C1 RU 2807532 C1 RU2807532 C1 RU 2807532C1 RU 2022128403 A RU2022128403 A RU 2022128403A RU 2022128403 A RU2022128403 A RU 2022128403A RU 2807532 C1 RU2807532 C1 RU 2807532C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
milk
resonators
resonator
bases
ferromagnetic
Prior art date
Application number
RU2022128403A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Галина Владимировна Новикова
Елена Ивановна Меженина
Александр Анатольевич Тихонов
Ирина Георгиевна Ершова
Марьяна Валентиновна Просвирякова
Ольга Валентиновна Михайлова
Максим Евгеньевич Фёдоров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный агротехнологический университет" (ФГБОУ ВО Нижегородский ГАТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный агротехнологический университет" (ФГБОУ ВО Нижегородский ГАТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный агротехнологический университет" (ФГБОУ ВО Нижегородский ГАТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2807532C1 publication Critical patent/RU2807532C1/en

Links

Abstract

FIELD: dairy industry.
SUBSTANCE: invention relates to equipment for milk pasteurization. A microwave milk pasteurizer contains connected sections of dual quasi-stationary toroidal resonators, joined by bases, each resonator is presented in the form of a torus of rectangular cross-section and a capacitor part formed by a parallel resonator base and a small base, with holes provided in them, located evenly around the circumferences so that the distance between holes of more than a quarter wavelength, through which radio-transparent milk pipes with a cross-section of less than two wave penetration depths are laid in the capacitor parts of the resonators of all sections, while waveguides with magnetrons are installed on the side surfaces of each resonator along the perimeter of the bases with a shift of 120 degrees, the emitters of which are directed to the capacitor parts through corresponding ceramic cylindrical mirrors located coaxially on the internal surfaces of the resonators, and in the open spaces of the outer resonators there are slowing non-ferromagnetic spiral devices through which radio-transparent milk pipelines are laid.
EFFECT: invention makes it possible to reduce the bacterial contamination of milk and thereby preserve its biological value.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для тепловой обработки пищевых продуктов, в частности для пастеризации молока.The invention relates to equipment for thermal processing of food products, in particular for pasteurization of milk.

Пастеризуют молоко для уничтожения патогенной микрофлоры, снижение общей бактериальной обсемененности, получения заданных органолептических свойств, вязкости, плотности сгустка и т.д. Пастеризация предусматривает очистку молока от болезнетворных микроорганизмов (туберкулезных и бруцеллезных бактерий) при температуре, немного меньшей, чем температура кипения. Основные свойства молока (консистенция, вкус, запах) остаются практически без изменений.Milk is pasteurized to destroy pathogenic microflora, reduce overall bacterial contamination, obtain desired organoleptic properties, viscosity, curd density, etc. Pasteurization involves purifying milk from pathogenic microorganisms (tuberculosis and brucellosis bacteria) at a temperature slightly lower than the boiling point. The basic properties of milk (consistency, taste, smell) remain virtually unchanged.

Существует три способа пастеризации молока [1]:There are three ways to pasteurize milk [1]:

- первый способ - длительная пастеризация, молоко нагревают до температуры 63-65°С и пастеризуют в течение 30 мин;- the first method is long-term pasteurization, milk is heated to a temperature of 63-65°C and pasteurized for 30 minutes;

- второй способ - кратковременная пастеризация, молоко нагреваю до температуры 72-75°С и пастеризуют в течение 30-40 с;- the second method is short-term pasteurization, the milk is heated to a temperature of 72-75 ° C and pasteurized for 30-40 s;

- третий способ - мгновенная пастеризация, молоко нагревают до температуры 85-90°С и пастеризуют в течение 8-10 с. При этой температуре изменяются вкусовые качества и аромат молока, физико-химические свойства (испаряются газы, снижается кислотность на 0,5-1°Т), солевой состав казеин. Белок альбумина денатурируется уже при 60-65°С. Если доступ кислорода в пастеризатор ограничен, то витамины устойчивы к термической обработке [1].- the third method is flash pasteurization, the milk is heated to a temperature of 85-90 ° C and pasteurized for 8-10 s. At this temperature, the taste and aroma of milk, physicochemical properties (gases evaporate, acidity decreases by 0.5-1°T), and the salt composition of casein change. Albumin protein is denatured already at 60-65°C. If the access of oxygen to the pasteurizer is limited, then vitamins are resistant to heat treatment [1].

Приоритетными направлениями совершенствования и создания новых пастеризационно-охладительных установок является снижение энергоемкости теплообменных процессов, минимизация их геометрических размеров.The priority areas for improving and creating new pasteurization and cooling units are to reduce the energy intensity of heat exchange processes and minimize their geometric dimensions.

Существуют различные конструкционные исполнения пастеризационно-охладительных установок: емкостные (длительная пастеризация); пластинчатые (кратковременная пастеризация); трубчатые (мгновенная пастеризация) [2].There are various designs of pasteurization and cooling units: capacitive (long-term pasteurization); plate (short-term pasteurization); tubular (flash pasteurization) [2].

1. Нагревание молока в ваннах длительной пастеризации осуществляется горячей водой, подогреваемой паром непосредственно в рубашке, а охлаждение - ледяной водой, перегоняемой через рубашку. Расход пара на пастеризацию 1000 кг молока составляет 100-140 кг, что в 4,5-5 раз больше, чем в пластинчатых пастеризаторах.1. Heating of milk in long-term pasteurization baths is carried out by hot water heated by steam directly in the jacket, and cooling by ice water distilled through the jacket. The steam consumption for pasteurization of 1000 kg of milk is 100-140 kg, which is 4.5-5 times more than in plate pasteurizers.

2. В пластинчатом теплообменном аппарате три секции: пастеризации, рекуперации и охлаждения. Выходящий из секции рекуперации горячий продукт в потоке отдает тепло поступающему холодному продукту. Горячий продукт перед попаданием в секцию охлаждения частично охлажден. Процессы нагрева и охлаждения осуществляются в закрытом потоке. Сырое молоко из емкости для хранения подается насосом в промежуточный бак, оттуда насосом перекачивается через стабилизатор потока в секцию регенерации, где нагревается пастеризованным молоком. Затем молоко под напором подается в секцию пастеризации, где нагревается горячей водой до температуры 76-78°С и направляется в трубчатый выдерживатель, а далее в секцию регенерации. [1, 2]2. The plate heat exchanger has three sections: pasteurization, recovery and cooling. The hot product leaving the recovery section in the flow transfers heat to the incoming cold product. The hot product is partially cooled before entering the cooling section. The heating and cooling processes are carried out in a closed flow. Raw milk from the storage tank is pumped into the intermediate tank, from there it is pumped through the flow stabilizer to the regeneration section, where it is heated with pasteurized milk. Then the milk is fed under pressure into the pasteurization section, where it is heated with hot water to a temperature of 76-78°C and sent to a tubular soaker, and then to the regeneration section. [12]

Преимущества пластинчатого пастеризатора: малые габаритные размеры (в три раза меньше, чем у трубчатого пастеризатора при равной производительности); способность работать при минимальном тепловом напоре; удельный расход пара в 2-3 раза меньше, чем в трубчатых пастеризаторах, и в 4-5 раз меньше, чем в емкостных теплообменниках.Advantages of a plate pasteurizer: small overall dimensions (three times smaller than a tubular pasteurizer with equal productivity); ability to work with minimal thermal pressure; specific steam consumption is 2-3 times less than in tubular pasteurizers, and 4-5 times less than in capacitive heat exchangers.

3. Трубчатые пастеризаторы предназначены для обработки молока в потоке при высоких скоростях его движения. Бывают одно-, двух- и четырех секционные пастеризаторы. Односекционный аппарат с паровым обогревом состоит из цилиндрического корпуса с термоизоляцией и закрытым кожухом из стали. Внутри корпуса размещен трубчатый теплообменник, состоящий из попарно соединенных труб и крышек с резиновыми уплотнителями. Они изолируют каналы друг от друга, создавая змеевик. Первая и последняя трубы теплообменника выведены из цилиндра наружу в виде патрубков со штуцерами для ввода и вывода обрабатываемого молока. Для автоматического удаления конденсата из межтрубного пространства имеется конденсатоотводчик. Молоко через трубу поступает теплообменник, проходя по змеевиковым каналам, нагревается паром до заданной температуры. На выходе молока из теплообменника установлен датчик температуры, с регулятором температуры. Недостатки: высокая металлоемкость; большие габаритные размеры по сравнению с пластинчатым пастеризатором при равной производительности; отсутствие секции рекуперации теплоты; неудобства для санитарной обработки [1,2].3. Tubular pasteurizers are designed for processing milk in a stream at high speeds. There are one-, two- and four-section pasteurizers. A single-section steam-heated apparatus consists of a cylindrical body with thermal insulation and a closed steel casing. Inside the housing there is a tubular heat exchanger consisting of pipes connected in pairs and covers with rubber seals. They isolate the channels from each other, creating a coil. The first and last pipes of the heat exchanger are led out of the cylinder in the form of branch pipes with fittings for inlet and outlet of the processed milk. To automatically remove condensate from the annulus there is a condensate drain. The milk enters the heat exchanger through the pipe, passing through coil channels, and is heated by steam to a predetermined temperature. A temperature sensor with a temperature controller is installed at the milk outlet from the heat exchanger. Disadvantages: high metal consumption; large overall dimensions compared to a plate pasteurizer with equal productivity; lack of heat recovery section; inconvenience for sanitary processing [1,2].

4. Известно пастеризационно-охладительная установка УОМ-ИК, где кроме пластинчатого теплообменника и выдерживателя имеется секция инфракрасного нагрева. Она состоит из отражателя из анодированного алюминия и 16 кварцевых U-трубок, на которых навита спираль из нихрома. Трубки включены в сеть параллельно. В пластинчатом теплообменнике имеется секции регенерации и две секции охлаждения. Молоко из уравнительного бака наосом последовательно подается в секции регенерации, инфракрасного нагрева и выдерживатель. После выдерживателя пастеризованное молоко проходит секцию регенерации, передавая теплоту холодному молоку, и последовательно проходит секции охлаждения водой и рассолом. Преимущества: малая рабочая вместимость (три раза меньше, чем у трубчатого пастеризатора при равной производительности) [2].4. The pasteurization-cooling unit UOM-IK is known, where in addition to the plate heat exchanger and dryer there is an infrared heating section. It consists of an anodized aluminum reflector and 16 quartz U-tubes, on which a nichrome spiral is wound. The tubes are connected to the network in parallel. The plate heat exchanger has a regeneration section and two cooling sections. Milk from the surge tank is sequentially supplied by pump to the regeneration, infrared heating and holding sections. After aging, pasteurized milk passes through a regeneration section, transferring heat to cold milk, and successively passes through cooling sections with water and brine. Advantages: small working capacity (three times less than a tubular pasteurizer with equal productivity) [2].

5. Известны пастеризаторы молока, производительностью 1000 л/ч, работа которых основана на использовании ультрафиолетового излучения. В его корпусе размещены распределитель молока, газоразрядные лампы с пастеризационными пластинами и блок питания. Молоко через клапаны оросителя подается тонким слоем на верхнюю пастеризационную пластину, где проходит через интенсивный поток УФ лучей. Далее стекает на нижнюю пластину, где повторно облучается нижним облучателем. В блоке питания установлена пускорегулирующая аппаратура, обеспечивающая работу облучателей [2].5. Milk pasteurizers with a capacity of 1000 l/h are known, the operation of which is based on the use of ultraviolet radiation. Its body contains a milk dispenser, gas-discharge lamps with pasteurization plates and a power supply. The milk is fed through the sprinkler valves in a thin layer onto the upper pasteurization plate, where it passes through an intense stream of UV rays. Then it flows to the lower plate, where it is re-irradiated by the lower irradiator. The power supply unit contains ballasts that ensure the operation of the irradiators [2].

Известно, также, что молоко обеззараживают ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами в непрерывном потоке при толщине слоя 3-5 см со скоростью 4-5 см/с, при последовательном облучении в течение 20-50 мин. [2].It is also known that milk is disinfected with ultraviolet and infrared rays in a continuous flow at a layer thickness of 3-5 cm at a speed of 4-5 cm/s, with sequential irradiation for 20-50 minutes. [2].

Известна установка, содержащая объемный резонатор СВЧ генератора, внутри которого расположен радиопрозрачный секционированный барабан в цилиндрическом радиопрозрачном корпусе с крышкой [3].A known installation contains a cavity resonator of a microwave generator, inside of which there is a radio-transparent sectioned drum in a cylindrical radio-transparent housing with a lid [3].

Известна микроволновая установка для пастеризации маститного молока [4], которая содержит расположенные горизонтально и последовательно соединенные секции, каждая из которых представляет собой последовательно состыкованный с помощью фланца цилиндрический резонатор и цилиндрический кожухотрубчатый теплообменник с патрубками входа и выхода воды. Внутри цилиндрического резонатора соосно установлен цилиндрический фторопластовый распределитель так, что его цилиндрические каналы состыкованы с трубками теплообменника, основания которых служат основаниями цилиндрического резонатора. Диаметр цилиндрических каналов не превышает две глубины проникновения электромагнитного поля сверхвысокой частоты в маститное молоко. Магнетроны установлены с боковой стороны каждого цилиндрического резонатора. Изобретение обеспечивает увеличение биологической ценности маститного молока.A microwave installation for pasteurization of mastitis milk is known [4], which contains horizontally arranged and connected sections, each of which is a cylindrical resonator connected in series with a flange and a cylindrical shell-and-tube heat exchanger with water inlet and outlet pipes. A cylindrical fluoroplastic distributor is coaxially installed inside the cylindrical resonator so that its cylindrical channels are connected to the heat exchanger tubes, the bases of which serve as the bases of the cylindrical resonator. The diameter of the cylindrical channels does not exceed two depths of penetration of the ultrahigh frequency electromagnetic field into mastitis milk. Magnetrons are installed on the side of each cylindrical resonator. The invention provides an increase in the biological value of mastitis milk.

Известны квазистационарные тороидальные резонаторы, принцип действия которых основан на взаимодействии электромагнитного колебания с электронным потоком. Их особенностью является резко выраженное пространственное разъединение электрического и магнитного полей, что позволяет рассматривать такие резонаторы как соединенные сосредоточенных емкости и индуктивности [5, стр. 369].Quasi-stationary toroidal resonators are known, the operating principle of which is based on the interaction of an electromagnetic oscillation with an electron flow. Their feature is a pronounced spatial separation of the electric and magnetic fields, which allows us to consider such resonators as connected lumped capacitances and inductances [5, p. 369].

Известны спиральные замедляющие системы [6, стр. 18], важной особенностью которых является то, что интенсивность электрического поля резко падает с удалением от поверхности спирали, поэтому напряженность электрического поля невелика. Неферромагнитная спираль внутри неферромагнитного цилиндра для сантиметрового диапазона волн выполняет функцию запредельного волновода. Если диаметр неферромагнитного провода мал по сравнению с диаметром спирали, то ее можно рассматривать как анизотропный цилиндр, проводимость которого бесконечна в направлении витков спирали и равна нулю в перпендикулярном направлении [7, стр. 98-99]. Этот принцип заложен в проектируемом многосекционном микроволновом пастеризаторе для обеспечения электромагнитной безопасности при непрерывном режиме перекачивания молока через квазистационарные тороидальные резонаторы.Spiral decelerating systems are known [6, p. 18], an important feature of which is that the intensity of the electric field drops sharply with distance from the surface of the spiral, so the electric field strength is low. A non-ferromagnetic spiral inside a non-ferromagnetic cylinder for the centimeter wave range performs the function of a transient waveguide. If the diameter of a non-ferromagnetic wire is small compared to the diameter of the spiral, then it can be considered as an anisotropic cylinder, the conductivity of which is infinite in the direction of the spiral turns and equal to zero in the perpendicular direction [7, pp. 98-99]. This principle is incorporated in the designed multi-section microwave pasteurizer to ensure electromagnetic safety during continuous pumping of milk through quasi-stationary toroidal resonators.

Научно-технической задачей является разработка системы, обеспечивающей эффективные теплообменные процессы для подавления жизнедеятельности вегетативных форм микроорганизмов молоке воздействием электрического поля высокой напряженности сантиметрового диапазона (частота 2450 МГц, длина волны 12,24 см, глубина проникновения волны в молоко 1,0-1,5 см).The scientific and technical task is to develop a system that provides effective heat exchange processes to suppress the vital activity of vegetative forms of microorganisms in milk by exposure to a high-intensity electric field in the centimeter range (frequency 2450 MHz, wavelength 12.24 cm, wave penetration depth into milk 1.0-1.5 cm).

Целью настоящей работы является разработка микроволнового пастеризатора молока непрерывно-поточного действия, обеспечивающего обеззараживание путем возбуждения в квазистационарном резонаторе электрического поля высокой напряженности.The purpose of this work is to develop a continuous-flow microwave milk pasteurizer that provides disinfection by exciting a high-intensity electric field in a quasi-stationary resonator.

Технической задачей изобретения является сохранение биологической ценности молока за счет снижения его бактериальной обсемененности.The technical objective of the invention is to preserve the biological value of milk by reducing its bacterial contamination.

Технический результат достигается тем, что микроволновый пастеризатор молока содержит соединенные секции сдвоенных квазистационарных тороидальных резонаторов, состыкованных основаниями,The technical result is achieved by the fact that the microwave milk pasteurizer contains connected sections of dual quasi-stationary toroidal resonators, joined by bases,

при этом каждый резонатор представлен в виде тора прямоугольного сечения и конденсаторной частью, образованной параллельно расположенными основанием резонатора и малым основанием, с предусмотренными в них отверстиями, диаметром менее четверти длины волны, расположенными равномерно по окружностям так, что расстояние между отверстиями более четверти длины волны,Moreover, each resonator is presented in the form of a torus of rectangular cross-section and a capacitor part formed by a parallel base of the resonator and a small base, with holes provided in them, with a diameter of less than a quarter of the wavelength, located evenly around the circles so that the distance between the holes is more than a quarter of the wavelength,

причем через эти отверстия в конденсаторных частях резонаторов всех секций, проложены радиопрозрачные молокопроводы, сечением менее двух глубин проникновения волны,moreover, through these holes in the condenser parts of the resonators of all sections, radio-transparent milk pipelines are laid, with a cross-section of less than two wave penetration depths,

при этом на боковые поверхности каждого резонатора по периметру оснований со сдвигом на 120 градусов установлены волноводы с магнетронами воздушного охлаждения, излучатели которых направлены в конденсаторные части через соответствующие керамические цилиндрические зеркала, расположенные соосно на внутренних поверхностях резонаторов,in this case, on the side surfaces of each resonator along the perimeter of the bases with a shift of 120 degrees, waveguides with air-cooled magnetrons are installed, the emitters of which are directed to the capacitor parts through corresponding ceramic cylindrical mirrors located coaxially on the internal surfaces of the resonators,

причем в открытых пространствах крайних резонаторов размещены замедляющие неферромагнитные спиральные устройства, выполненные в виде неферромагнитных цилиндров без оснований, с соосно расположенными неферромагнитными спиралями с постоянным шагом, менее четверти длины волны, через которых проложены радиопрозрачные молокопроводы.Moreover, in the open spaces of the outer resonators there are slowing non-ferromagnetic spiral devices made in the form of non-ferromagnetic cylinders without bases, with coaxially located non-ferromagnetic spirals with a constant pitch, less than a quarter of the wavelength, through which radio-transparent milk pipelines are laid.

Преимущества разработанной установки:Advantages of the developed installation:

- сохранение вкусовых и потребительских качеств пастеризованного молока;- preservation of taste and consumer qualities of pasteurized milk;

- подавление размножения бактериальной микрофлоры;- suppression of the proliferation of bacterial microflora;

- снижение удельных энергетических затрат на пастеризацию молока;- reduction of specific energy costs for pasteurization of milk;

- частичная гомогенизация за счет молекулярного трения при транспортировке через радиопрозрачные молокопроводы.- partial homogenization due to molecular friction during transportation through radiotransparent milk pipelines.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено:The essence of the invention is illustrated by drawings, which show:

- пространственное изображение микроволнового пастеризатора молока, общий вид (фиг. 1);- spatial image of a microwave milk pasteurizer, general view (Fig. 1);

- пространственное изображение микроволнового пастеризатора молока, общий вид в разрезе, с позициями (фиг. 2);- spatial image of a microwave milk pasteurizer, general cross-sectional view, with positions (Fig. 2);

- пространственное изображение микроволнового пастеризатора молока, в разрезе пополам (фиг. 3);- spatial image of a microwave milk pasteurizer, cut in half (Fig. 3);

- пространственное изображение микроволнового пастеризатора молока, в разрезе под углом 45 градусов (фиг. 4);- spatial image of a microwave milk pasteurizer, sectioned at an angle of 45 degrees (Fig. 4);

- пространственное изображение квазистационарного тороидального резонатора (фиг. 5);- spatial image of a quasi-stationary toroidal resonator (Fig. 5);

- пространственное изображение керамического цилиндрического зеркала (фиг. 6);- spatial image of a ceramic cylindrical mirror (Fig. 6);

- пространственное изображение замедляющего неферромагнитного спирального элемента (фиг. 7);- spatial image of a slowing non-ferromagnetic spiral element (Fig. 7);

Микроволновый пастеризатор молока содержит (фиг. 1-5):Microwave milk pasteurizer contains (Fig. 1-5):

- неферромагнитные квазистационарные тороидальные резонаторы 1, 2, 3, 4, 5, 6 соответствующих секций;- non-ferromagnetic quasi-stationary toroidal resonators 1, 2, 3, 4, 5, 6 corresponding sections;

- неферромагнитный цилиндр 7 без оснований в последнем резонаторе 6;- non-ferromagnetic cylinder 7 without bases in the last resonator 6;

- неферромагнитную спираль 8 в последнем резонаторе;- non-ferromagnetic spiral 8 in the last resonator;

- тороидальную часть 9 квазистационарного тороидального резонатора;- toroidal part 9 of a quasi-stationary toroidal resonator;

- конденсаторную часть 10 резонатора;- capacitor part 10 of the resonator;

- основание 11 резонатора;- base 11 of the resonator;

- малое основание 12 конденсаторной части 10 резонатора;- small base 12 of the capacitor part 10 of the resonator;

- отверстия 13 радиопрозрачного молокопровода;- holes 13 of the radiotransparent milk pipeline;

- керамическое зеркало 14 в виде образующей цилиндра;- ceramic mirror 14 in the form of a cylinder;

- неферромагнитный цилиндр 15 без оснований в первом резонаторе 1;- non-ferromagnetic cylinder 15 without bases in the first resonator 1;

- неферромагнитную спираль 16 в первом резонаторе;- non-ferromagnetic spiral 16 in the first resonator;

- радиопрозрачные молокопроводы 17;- radiotransparent milk pipelines 17;

- волноводы с магнетронами воздушного охлаждения 18.- waveguides with air-cooled magnetrons 18.

Микроволновый пастеризатор молока содержит состыкованные между собой соединенные секции сдвоенных квазистационарных тороидальных резонаторов (1-6), состыкованных основаниями.The microwave milk pasteurizer contains interconnected sections of dual quasi-stationary toroidal resonators (1-6) connected by bases.

Каждый резонатор представлен в виде тора 9 прямоугольного сечения и конденсаторной частью 10, образованной параллельно расположенными основанием 11 резонатора и малым основанием 12, где в них предусмотрены отверстия 13, диаметром менее четверти длины волны, расположенные равномерно по окружностям так, что расстояние между отверстиями более четверти дины волны. Через эти отверстия в конденсаторных частях 10 резонаторов всех секций, проложены радиопрозрачные молокопроводы, 17 сечением менее двух глубин проникновения волны.Each resonator is presented in the form of a torus 9 of rectangular cross-section and a capacitor part 10 formed by a parallel base 11 of the resonator and a small base 12, where holes 13 are provided in them, with a diameter of less than a quarter of the wavelength, located evenly around the circles so that the distance between the holes is more than a quarter dynes of the wave. Through these holes in the capacitor parts of 10 resonators of all sections, radio-transparent milk pipelines are laid, 17 with a cross-section of less than two wave penetration depths.

На боковые поверхности каждого резонатора по периметру оснований со сдвигом на 120 градусов установлены волноводы с магнетронами 18 воздушного охлаждения, излучатели которых направлены в конденсаторные части через соответствующие керамические цилиндрические зеркала 14, расположенные соосно на внутренних поверхностях резонаторов.Waveguides with air-cooled magnetrons 18 are installed on the side surfaces of each resonator along the perimeter of the bases with a shift of 120 degrees, the emitters of which are directed to the capacitor parts through corresponding ceramic cylindrical mirrors 14 located coaxially on the internal surfaces of the resonators.

В первом 1 и последнем 6 резонаторах в их открытые пространства, впереди малых оснований конденсаторных частей, размещены замедляющие неферромагнитные спиральные устройства. Каждое устройство выполнено в виде неферромагнитного цилиндра 15 с соосно расположенной неферромагнитной спиралью 16 с постоянным шагом, менее четверти длины волны, и диаметром спирали, менее, чем диаметр цилиндра через которой проложены радиопрозрачные молокопроводы 17.In the first 1 and last 6 resonators, slowing non-ferromagnetic spiral devices are placed in their open spaces, in front of the small bases of the capacitor parts. Each device is made in the form of a non-ferromagnetic cylinder 15 with a coaxially located non-ferromagnetic spiral 16 with a constant pitch, less than a quarter of the wavelength, and a spiral diameter less than the diameter of the cylinder through which radio-transparent milk pipelines 17 are laid.

Прогресс пастеризации молока в микроволновом пастеризаторе происходит следующим образом.The progress of pasteurization of milk in a microwave pasteurizer occurs as follows.

Единая технологическая линия мгновенной пастеризации молока содержит спереди первой секции резонаторов уравнительный бак с молочным насосом и коллекторной группой регулировочных вентилей для распределения молока по трубам, а за последней секцией резонаторов расположен другой уравнительный бак с насосом для перекачивания в пластинчатый охладитель молока.A single technological line for flash pasteurization of milk contains, in front of the first section of resonators, an equalization tank with a milk pump and a manifold group of control valves for distributing milk through pipes, and behind the last section of resonators there is another equalization tank with a pump for pumping it into a plate milk cooler.

В микроволновый пастеризатор молоко подают с помощью насоса с уравнительного бака. Для этого включить насосы впереди и сзади микроволнового пастеризатора, тогда молоко по радиопрозрачным молокопроводам 17 протекает через замедляющее неферромагнитное спиральное устройство (15, 16). Благодаря этому устройству интенсивность электрического поля, образованного за счет электромагнитного излучения из резонатора через отверстия, предназначенные для прокладки радиопрозрачных молокопроводов, резко падает с удалением от поверхности спирали, поэтому напряженность электрического поля несущественная. Это устройство работает как запредельный волновод, несмотря то, что его размеры соизмеримые (диаметр и высота неферромагнитного цилиндра 15).Milk is supplied to the microwave pasteurizer using a pump from the surge tank. To do this, turn on the pumps in front and behind the microwave pasteurizer, then the milk flows through radio-transparent milk lines 17 through a slowing non-ferromagnetic spiral device (15, 16). Thanks to this device, the intensity of the electric field formed by electromagnetic radiation from the resonator through the holes intended for laying radio-transparent milk pipelines drops sharply with distance from the surface of the spiral, so the electric field strength is insignificant. This device works as a transcendental waveguide, despite the fact that its dimensions are comparable (diameter and height of the non-ferromagnetic cylinder 15).

В проектируемом многосекционном микроволновом пастеризаторе обеспечивается электромагнитная безопасность при непрерывном режиме перекачивания молока в радиопрозрачном молокопроводе 17 через квазистационарные тороидальные резонаторы (1-6), где в основаниях предусмотрены отверстия 13 менее, чем четверть длины волны. Этому способствует неферромагнитная спираль 16 с постоянным шагом, менее четверти длины волны. Малый поток мощности электромагнитных излучений из отверстий 13 гасятся за счет особой конструкции замедляющего неферромагнитного спирального устройства (15, 16).The designed multi-section microwave pasteurizer ensures electromagnetic safety during continuous pumping of milk in a radio-transparent milk pipeline 17 through quasi-stationary toroidal resonators (1-6), where holes 13 are provided in the bases less than a quarter of the wavelength. This is facilitated by a non-ferromagnetic spiral 16 with a constant pitch, less than a quarter of the wavelength. The small power flow of electromagnetic radiation from the holes 13 is damped due to the special design of the slow-down non-ferromagnetic spiral device (15, 16).

Если молоко есть в радиоволновых трубопроводах 17, следует включить все сверхвысокочастотные генераторы 18 на определенную мощность.If there is milk in the radio wave pipelines 17, all microwave generators 18 should be turned on at a certain power.

При перекачивании через квазистационарные тороидальные резонаторы молоко подвергается воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ), нагревается, а между секциями нагрев отсутствует, т.е. пауза, происходит выравнивание температуры по диаметру молокопровода, так как в зависимости от жирности молока глубина проникновения волны разная. Многократное воздействие электрического поля высокой напряженности через паузу обеспечивает щадящий режим нагрева молока до температуры не более 76-78°С. При этом рекомендуется соблюдать скважность технологического процесса менее 0,5, т.е. продолжительность воздействия ЭМПСВЧ меньше, чем продолжительность паузы. Это позволит сохранить основные свойства молока (консистенция, вкус, запах). В конденсаторной части квазистационарного тороидального резонатора обеспечивается высокая напряженность электрического поля (1,5-2 кВ/см), достаточная для обеззараживания молока.When pumped through quasi-stationary toroidal resonators, milk is exposed to an electromagnetic field of ultrahigh frequency (EMF), heats up, and there is no heating between sections, i.e. pause, the temperature equalizes along the diameter of the milk pipeline, since depending on the fat content of the milk, the penetration depth of the wave is different. Repeated exposure to a high-intensity electric field after a pause ensures gentle heating of milk to a temperature of no more than 76-78°C. In this case, it is recommended to maintain a duty ratio of the technological process of less than 0.5, i.e. The duration of exposure to microwave emfs is less than the duration of the pause. This will preserve the basic properties of milk (consistency, taste, smell). The capacitor part of the quasi-stationary toroidal resonator provides a high electric field strength (1.5-2 kV/cm), sufficient for milk disinfection.

Пастеризованное молоко накапливается в уравнительном баке, оттуда насосом перекачивают в пластинчатый охладитель молока, например ОМ-1.Pasteurized milk accumulates in a surge tank, from there it is pumped into a plate milk cooler, for example OM-1.

Количество генераторов и их мощность влияют на производительность пастеризатора, при этом мощность и производительность насосов должны быть согласованы с удельной мощностью генераторов. С помощью коллекторной группы регулировочных вентилей можно изменить расход молока через трубы и количество труб, через которые перекачивается молоко, следовательно, можно регулировать удельную мощность генератора, как отношение мощности генератора к объему молока в резонаторе.The number of generators and their power affect the productivity of the pasteurizer, while the power and productivity of the pumps must be matched with the specific power of the generators. Using a manifold group of control valves, you can change the flow of milk through the pipes and the number of pipes through which milk is pumped, therefore, you can regulate the specific power of the generator as the ratio of the power of the generator to the volume of milk in the resonator.

Источники информации:Information sources:

1. Пастеризация молока. Способы пастеризации. Электронный ресурс. Режим доступа: promplace.ru> Статьи> Пастеризация молока. Дата обращения 06.09.2022.1. Pasteurization of milk. Pasteurization methods. Electronic resource. Access mode: promplace.ru> Articles> Pasteurization of milk. Date of access: 09/06/2022.

2. Технология и техника переработки молока. С.А. Бредихин. Книги и учебники. Электронный ресурс. Режим доступа: obuchalka.org>>. Дата обращения 07.09.2022.2. Technology and technology of milk processing. S.A. Bredikhin. Books and textbooks. Electronic resource. Access mode: obuchalka.org>>. Date of access: 09/07/2022.

3. Патент №2432764 РФ, МПК А23С 3/07. Установка для тепловой обработки жидкости / Кириллов Н.К., Новикова Г.В., Кириллов Н.К. Пономарев А.Н.; заявитель и патентообладатель ЧГСХА (RU). - №2010101205/13 (001600); заявл. 15.01.2010. Бюл. №28 от 10.11.2011. - 12 с.3. Patent No. 2432764 of the Russian Federation, IPC A23S 3/07. Installation for heat treatment of liquids / Kirillov N.K., Novikova G.V., Kirillov N.K. Ponomarev A.N.; applicant and patent holder ChGSHA (RU). - No. 2010101205/13 (001600); application 01/15/2010. Bull. No. 28 dated November 10, 2011. - 12 s.

4. Патент №2708989 РФ, МПК А23 L3/01. Микроволновая установка для пастеризации маститного молока / Новикова Г.В., Тараканов Д..А., Шамин Е.А., Михайлова О.В., Белова М.В., Крайнов Ю.Е.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - №2018139246; заявл. 08.10.2018. Бюл. №35 от 12.12.19. - 13 с.4. Patent No. 2708989 of the Russian Federation, IPC A23 L3/01. Microwave installation for pasteurization of mastitis milk / Novikova G.V., Tarakanov D.A., Shamin E.A., Mikhailova O.V., Belova M.V., Krainov Yu.E.; applicant and patent holder NSIEU (RU). - No. 2018139246; application 10/08/2018. Bull. No. 35 dated 12/12/19. - 13 s.

5. Стрекалов А.В., Стрекалов Ю.А. Электромагнитные поля и волны - М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. - 373 с.5. Strekalov A.V., Strekalov Yu.A. Electromagnetic fields and waves - M.: RIOR: INFRA-M, 2014. - 373 p.

6. Пчельников Ю.Н., Свиридов В.Т. Электроника сверхвысоких частот.- М.: Радио и связь, 1981. - 96 с.6. Pchelnikov Yu.N., Sviridov V.T. Ultrahigh frequency electronics. - M.: Radio and communication, 1981. - 96 p.

7. Баскаков С.И. Электродинамика и распространения волн. - М.: Энергоиздат, 1992. - 208 с.7. Baskakov S.I. Electrodynamics and wave propagation. - M.: Energoizdat, 1992. - 208 p.

Claims (1)

Микроволновый пастеризатор молока, содержащий соединенные секции сдвоенных квазистационарных тороидальных резонаторов, состыкованных основаниями, при этом каждый резонатор представлен в виде тора прямоугольного сечения и конденсаторной частью, образованной параллельно расположенными основанием резонатора и малым основанием, с предусмотренными в них отверстиями диаметром менее четверти длины волны, расположенными равномерно по окружностям так, что расстояние между отверстиями более четверти длины волны, причем через эти отверстия в конденсаторных частях резонаторов всех секций проложены радиопрозрачные молокопроводы сечением менее двух глубин проникновения волны, при этом на боковые поверхности каждого резонатора по периметру оснований со сдвигом на 120 градусов установлены волноводы с магнетронами воздушного охлаждения, излучатели которых направлены в конденсаторные части через соответствующие керамические цилиндрические зеркала, расположенные соосно на внутренних поверхностях резонаторов, причем в открытых пространствах крайних резонаторов размещены замедляющие неферромагнитные спиральные устройства, выполненные в виде неферромагнитных цилиндров без оснований, с соосно расположенными неферромагнитными спиралями с постоянным шагом менее четверти длины волны, через которые проложены радиопрозрачные молокопроводы.A microwave pasteurizer of milk containing connected sections of dual quasi-stationary toroidal resonators, docked at the bases, with each resonator represented in the form of a torus of rectangular cross-section and a capacitor part formed by a parallel resonator base and a small base, with holes provided in them with a diameter of less than a quarter of the wavelength, located evenly around the circles so that the distance between the holes is more than a quarter of the wavelength, and through these holes in the condenser parts of the resonators of all sections, radio-transparent milk pipes are laid with a cross-section of less than two wave penetration depths, while they are installed on the side surfaces of each resonator along the perimeter of the bases with a shift of 120 degrees waveguides with air-cooled magnetrons, the emitters of which are directed to the capacitor parts through corresponding ceramic cylindrical mirrors located coaxially on the internal surfaces of the resonators, and in the open spaces of the outer resonators there are slowing non-ferromagnetic spiral devices made in the form of non-ferromagnetic cylinders without bases, with coaxially located non-ferromagnetic spirals with a constant step of less than a quarter of the wavelength, through which radio-transparent milk pipelines are laid.
RU2022128403A 2022-11-01 Microwave milk pasteurizer RU2807532C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807532C1 true RU2807532C1 (en) 2023-11-16

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU49777A1 (en) * 1935-11-15 1936-08-31 И.В. Федоров-Рион Milk pasteurizer
RU2096963C1 (en) * 1995-08-02 1997-11-27 Башкирский государственный аграрный университет Double-sided milk pasteurizer
WO2010110853A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Gea Farm Technologies, Inc. Apparatus and method for pasteurizing milk for feeding to calves
RU2701809C1 (en) * 2018-07-20 2019-10-01 Аслан Юсуфович Хуако Microwave pasteuriser for food liquids, waste water and liquid organic fertilizers
RU2708989C1 (en) * 2018-11-06 2019-12-12 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет (НГИЭУ) Microwave plant for mastitis milk pasteurisation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU49777A1 (en) * 1935-11-15 1936-08-31 И.В. Федоров-Рион Milk pasteurizer
RU2096963C1 (en) * 1995-08-02 1997-11-27 Башкирский государственный аграрный университет Double-sided milk pasteurizer
WO2010110853A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Gea Farm Technologies, Inc. Apparatus and method for pasteurizing milk for feeding to calves
RU2701809C1 (en) * 2018-07-20 2019-10-01 Аслан Юсуфович Хуако Microwave pasteuriser for food liquids, waste water and liquid organic fertilizers
RU2708989C1 (en) * 2018-11-06 2019-12-12 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет (НГИЭУ) Microwave plant for mastitis milk pasteurisation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kozempel et al. Inactivation of microorganisms with microwaves at reduced temperaturas
Geveke UV inactivation of E. coli in liquid egg white
CA2778570C (en) Apparatus for treating a fluid with microwave radiation
US8839713B2 (en) System for pasteurizing animal food
RU2807532C1 (en) Microwave milk pasteurizer
Jaynes Microwave pasteurization of milk
US2636430A (en) Apparatus for heating fluids, particularly foodstuffs
JP2002181490A (en) Heat exchanger and method of heat exchange
Tikhomirov et al. Energy-efficient pasteurizer of liquid products using IR and UV radiation
US20240188599A1 (en) Heating medium injectors and injection methods for heating foodstuffs
RU2541779C2 (en) Installation for liquids disinfection by physical factors complex impact
US2799216A (en) Apparatus for treatment of fluids requiring sterilization or pasteurization
RU2462099C2 (en) Method and installation for low-temperature pasteurisation of liquid products
RU2708989C1 (en) Microwave plant for mastitis milk pasteurisation
GB1118095A (en) Process and apparatus for the sterilisation of liquids
RU101331U1 (en) DEVICE FOR DISINFECTING FLUIDS
RU2396059C1 (en) Modular unit for processing liquid with thin layer of infrared and ultraviolet radiation
JP6918289B2 (en) Liquid food sterilizer and sterilization method
RU2415595C1 (en) Milk pasteurisation plant
JPH0573383B2 (en)
US2382033A (en) Liquid treating method
Deeth Electrical heating using'current passage tube'technology
Kaziev et al. The use SHF-pasteurization for milk
CN210275731U (en) Ultraviolet sterilization equipment for liquid beverage
RU2665489C1 (en) Modular installation with source of infrared and ultraviolet surface irradiation and ultrasonic treatment of liquid in decentralized heat supply systems