EA003624B1

EA003624B1 - Устройство испарительного охлаждения жидкого продукта

Info

Publication number: EA003624B1
Application number: EA200200212A
Authority: EA
Inventors: Бенгт Пальм
Original assignee: Тетра Лаваль Холдингз Энд Файнэнс Са
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2003-08-28
Also published as: EP1218075B1; CN1195567C; DE60030871T2; MXPA02001010A; CN1365296A; EP1218075A1; US6513422B1; AU6331400A; DK1218075T3; ES2273713T3; SE514560C2; ATE340001T1; EA200200212A1; DE60030871D1; WO2001008779A1; AR024992A1; BR0012890A; SE9902818D0; SE9902818L; BR0012890B1

Abstract

Настоящее изобретение относится к устройству испарительного охлаждения или быстрого охлаждения жидкого продукта. Устройство состоит из сосуда (1), разделенного на первую (6) и вторую (7) полости. Обе полости (6, 7) концентрично расположены в сосуде (1). В первой полости (6) расположено входное отверстие (9) для паросодержащего продукта, а также выходное отверстие (10) для продукта. Во второй полости (7) имеется водослив (14) переполнения для конденсированного пара и неконденсируемых газов. Устройство также включает контур циркулирования для охлаждающей жидкости, содержащий выходное отверстие (18) для охлаждающей жидкости, центробежный насос (20), охлаждающее средство (22) и трубопроводы (19, 21, 24), а также средства (25, 29) для разбрызгивания охлаждающей жидкости во второй полости (7) в вакуумном сосуде (1).

Description

Настоящее изобретение относится к устройству испарительного охлаждения жидкого продукта, содержащему вакуумный сосуд с входным отверстием для паросодержащего продукта, выходное отверстие для продукта и выходное отверстие для конденсированного пара, устройство также включает контур циркулирования для охлаждающей жидкости.

Предшествующий уровень техники

Тепловая обработка жидких пищевых продуктов, таких как молоко, в настоящее время является обычным промышленным процессом. Посредством нагревания достигается увеличение срока хранения продукта, как результат уничтожения микроорганизмов, живущих в продукте. При стерилизации пищевого продукта его нагревают до температуры более 100°С. Для быстрого нагревания до такой температуры применяется пар. Нагрев может происходить как непосредственно, так и косвенно. При косвенном нагреве применяются теплообменники разных типов. При непосредственном нагреве пар направляется прямо на продукт.

Существуют два типа непосредственного нагрева жидкого продукта - вдувание и нагнетание. При вдувании пар вдувается в продукт в закрытой системе. Нагнетание подразумевает, что продукт измельчается и пропускается через пространство, заполненное паром. В обоих случаях поданный пар быстро и эффективно нагревает продукт до заданной температуры, и затем продукт остается при этой температуре на определенный заданный промежуток времени. Введенный пар затем должен быть удален из продукта, чтобы он не получился разбавленным. Это обычно достигается испарительным охлаждением, так называемым быстрым охлаждением, в вакуумном сосуде. При этом процессе пар выпускается и конденсируется в то же время, когда продукт охлаждается до температуры, при которой он был до тепловой обработки.

Испарительное охлаждение обычно применяется, когда паросодержащий продукт подается под давлением в вакуумный сосуд. Когда продукт попадает в вакуумный сосуд, жидкость вскипает, пар выпускается и поднимается вверх в сосуде, в то время как продукт накапливается в нижней области сосуда. Таким образом, охлажденный продукт может быть откачан из нижней области сосуда. Пар, который вместе с неконденсируемыми газами выходит из продукта, должен быть сконденсирован для того, чтобы его можно было отвести к выходному отверстию. Конденсирование также может происходить, когда пар и газы закачаны в дополнительный вакуумный сосуд, где пар охлаждают, обрызгивая холодной водой, или когда пар конденсируют в пластинчатом испарителе с водным охлаждением или трубчатом испарителе. Пластинчатый или трубчатый испаритель может быть встроен в первый вакуумный сосуд или, как вариант, может быть помещен снаружи сосуда.

Существующие в настоящее время различные устройства для конденсирования пара сравнительно дороги для производства, поскольку в первом случае требуется дополнительный вакуумный сосуд или же, как вариант, требуется испаритель. Более того, для обычного способа конденсирования пара расходуется значительное количество охлаждающей воды, которая должна быть хорошего качества, чтобы избежать накипи или окалины и коррозии на пластинках или трубках испарителя.

Цели изобретения

Одной целью настоящего изобретения является создание устройства для испарительного охлаждения (быстрого охлаждения) жидкости, где конденсирование выпущенного пара происходит в одном и том же вакуумном сосуде, и где не требуется использование дорогого и сложного испарителя.

Дополнительной целью настоящего изобретения является то, что охлаждающая жидкость, которая конденсирует пар, циркулирует по замкнутому циклу, который снижает расход охлаждающей воды и устраняет проблему, связанную с накипью или окалиной и коррозией.

Решение

Эти и другие цели достигнуты в настоящем изобретении тем, что устройству, типа описанного в введении, придаются такие отличительные признаки, как то, что сосуд разделяется на первую и вторую полости, концентрически расположенные в сосуде и открытые к верхнему концу сосуда, в котором в первой полости расположены входное и выходное отверстия для продукта и во второй полости расположено выходное отверстие для конденсированного пара.

Предпочтительным вариантам воплощения настоящего изобретения дополнительно приданы отличительные признаки, раскрытые в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание прилагаемых чертежей

Далее будут раскрыты более подробно два предпочтительных варианта воплощения настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На прилагаемых чертежах фиг. 1 - первый предпочтительный вариант воплощения устройства согласно настоящему изобретению; и фиг. 2 - второй предпочтительный вариант воплощения устройства согласно настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Устройство для испарительного охлаждения жидкого продукта включает вакуумный сосуд 1 с наружной стенкой 2 и торцевыми стенками 3, 4. Внутри сосуда 1 имеется дополнительная стенка 5, концентрически расположенная относительно наружной стенки 2. Стенки 2 и 5 создают вместе две концентрических полости внутри сосуда 1, первую полость 6 и вторую полость 7. В первом предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения (фиг. 1) первая полость 6 расположена внутри второй полости 7, в то время как во втором варианте воплощения изобретения (фиг. 2) первая полость 6 размещена снаружи второй полости 7.

Внутренняя стенка 5 плотно закреплена на нижнем торце 4 сосуда 1, при том, что оканчивается она на расстоянии до верхнего торца 3 сосуда 1, так что две полости 6 и 7 являются открытыми сверху. Верхний торец 3 сосуда 1 скруглен, в то время как нижний торец 4 является конусом, направленным внутрь к центру сосуда 1. Нижний торец 4 может быть также скруглен или, иначе, нужным образом сформирован для вакуумного сосуда.

В вакуумном сосуде имеется трубопровод для паросодержащего нагретого продукта. Трубопровод 8 разгружается во входное отверстие 9, тангенциально расположенное в первой полости 6 сосуда 1. В первом предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения (фиг. 1) подразумевается, что входное отверстие для продукта расположено во внутренней стенке 5, и во втором варианте воплощения (фиг. 2) входное отверстие 9 для продукта расположено на внешней стенке 2. Входное отверстие 9 предпочтительно выполнено в форме щели, так что в стенке 2, 5 сосуда 1 выполнена вертикальная щель.

Выходное отверстие 10 расположено на нижнем торце 4 в первой полости 6 для охлажденного продукта. Трубопровод 11 с центробежным насосом 12 подсоединен к выходному отверстию 10 для продукта. От насоса трубопровод 13 выходит из устройства.

Во второй полости 7 имеется расположенное в сосуде 1 выходное отверстие 14 для конденсированного пара и неконденсируемых газов, которые выходят из продукта. Выходное отверстие 14 размещено как водослив переполнения. Водослив переполнения 14 соединен с вакуумным насосом 16 через трубопровод 15. От вакуумного насоса 16 далее выходит трубопровод 17, обычно направленный к выходному отверстию.

Во второй полости 7, в нижнем торце 4, также находится выходное отверстие 18 для охлаждающей жидкости. Выходное отверстие соединено посредством трубопровода 19 с центробежным насосом 20. От насоса 20 трубопровод 21 проходит к охлаждающему средству 22, которое, например, может быть пластинчатым теплообменником. Охлаждающее средство 22 также соединено с трубкой 23 для холодной воды.

После охлаждающего средства 22 имеется трубопровод 24, который идет в вакуумный сосуд 1. В первом предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения (фиг. 1) трубопровод 24 идет к кольцевой трубке 25, на которой имеется ряд отверстий, распределенных по кольцевой трубке 25. Кольцевая трубка 25 размещена в верхней области второй полости 7 сосуда 1. Выходное отверстие 18, центробежный насос 20, охлаждающее средство 22, трубопроводы 19, 21 и 24, а также кольцевая трубка 25 вместе составляют контур циркулирования для охлаждающей воды.

Во втором предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения (фиг. 2) трубопровод 24 идет к разбрызгивающей насадке 29, на которой имеются отверстия. Разбрызгивающая насадка 29 размещена в верхней области второй полости 7 сосуда 1. Выходное отверстие 18, центробежный насос 20, охлаждающее средство, 22, трубопроводы 19, 21 и 24, а также разбрызгивающая насадка 29 вместе составляют контур циркулирования для охлаждающей воды.

Для управления устройством регулятор 26 давления подключен и расположен на трубопроводе 15 вакуумного насоса 16. Регулятор 26 давления показывает, что внутри сосуда 1 поддерживается правильное давление. Устройство также включает трубопровод 27 для мытья. Трубопровод 27 заканчивается разбрызгивающей насадкой 28.

Продукт, который прошел тепловую обработку перед тем, как поступить в устройство, обычно имеет температуру 70-100°С. Продукт нагрет за счет того, что он поступает прямо вместе с паром в инжектор или инфузор (не показан). Продукт обычно нагрет до температуры 100-150°С и затем выдерживается при этой температуре в накопительной трубе (не показана) в течение определенного заданного интервала времени, который зависит от температуры обработки.

Из накопительной трубы продукт, который смешан с паром, поступает под давлением в устройство по трубопроводу 8. Паросодержащий продукт проходит в вакуумный сосуд 1 через тангенциальное входное отверстие 9 в первую полость 6, что подразумевает то, что продукт в первом предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения (фиг. 1) поступит во внутреннюю из двух полостей 6, 7, образованную стенками 2 и 5. Во втором варианте воплощения изобретения (фиг. 2) продукт поступает в наружную из двух полостей 6, 7. В результате тангенциальной конструкции выходного отверстия продукт будет следовать по каждой соответствующей стенке 5, 2 в результате так называемого эффекта «циклона». Когда продукт под давлением поступит в вакуумный сосуд 1, жидкость закипит при неожиданном падении давления, и пар и неконденсируемые газы выйдут из продукта. Более тяжелый продукт падает вниз в вакуумном сосуде 1, в то время как более легкие пар и неконденсируемые газы поднимаются.

Продукт, который освобожден от пара, имеет теперь температуру, соответствующую температуре, которую он имел до тепловой обработки, т.е. 70-100°С. Продукт накапливается в нижней области вакуумного сосуда 1 и выходит из неё через выходное отверстие 10. По трубопроводам 11 и 13, а также через центробежный насос 12 продукт подвергается далее дополнительному охлаждению, или, как вариант, другим видам обработки.

Пар и неконденсируемые газы, которые поднялись наверх в вакуумном сосуде 1, втягиваются во вторую полость 7 в сосуде 1. Здесь пар и газы будут обрызганы охлаждающей водой из кольцевой трубы 25 или разбрызгивающей насадки 29 соответственно. Охлаждающая вода может иметь температуру в диапазоне от 10 до 40°С. Чем выше температура охлаждающей воды, тем большее количество охлаждающей воды будет использовано для конденсирования пара.

Конденсированный пар, охлаждающая вода и неконденсируемые газы собираются в нижней области вакуумного сосуда во второй полости 7. Водослив переполнения 14 расположен так, что дополнительный конденсированный пар и газы выходят из вакуумного сосуда 1 через водослив переполнения 14. Через трубопровод 15 и вакуумный насос 16 излишек проходит к выходному отверстию по трубопроводу 17. Давление в сосуде 1 удерживается постоянным с помощью регулятора 26 давления, размещенного на входном отверстии вакуумного насоса 16.

Охлаждающая вода, которая накапливается под водосливом переполнения 14 в нижней области вакуумного сосуда 1, входит в контур циркулирования холодной воды, поскольку он замкнут, входящий в устройство. Через выходное отверстие 18 и трубопровод 19 охлаждающая вода откачивается из вакуумного сосуда 1 с помощью центробежного насоса 20 в охлаждающее средство 22. Охлаждающее средство может, например, состоять из пластинчатого теплообменника и в качестве хладагента предпочтительно используется холодная вода при температуре 10-40°С. Холодная вода попадает в охлаждающее средство 22 через трубку 23 для холодной воды.

После охлаждающего средства 22 охлаждающая вода проходит по трубопроводу 24 назад в верхнюю область вакуумного сосуда 1. В зависимости от варианта воплощения, трубопровод 24 соединен с кольцевой трубой 25 или с разбрызгивающей насадкой 29 соответственно. В обоих случаях охлаждающая вода разбрызгивается через маленькие отверстия в трубе 25 и в разбрызгивающей насадке 29 соответственно, и снова разбрызгивается на пар и неконденсируемые газы, попадающие в сосуд 1.

Чтобы заданная температура могла поддерживаться внутри вакуумного сосуда 1, в его верхней области установлен температурный индикатор 30. Температурный индикатор 30 посылает сигнал на температурный регулятор 31, который управляет клапаном 32, расположенным на трубопроводе 24, где охлажденная охлаждающая вода выходит из охлаждающего средства 22. Клапан 32 регулирует количество охлаждающей воды, которое должно пройти через трубопровод 24 в круговую трубу 25 или к разбрызгивающей насадке 29 соответственно. Описанный выше способ регулирования температуры в сосуде 1 дает плавно меняющийся объём продукта в установке тепловой обработки, предшествующей устройству согласно настоящему изобретению. Более экономичной альтернативой, которая дает постоянный объём продукта, является постоянная регулировка потока.

Охлаждающая вода удерживается при заданной температуре с помощью температурного индикатора 33, размещенного непосредственно на соединении выходного отверстия для охлаждающей воды и охлаждающего средства 22. Температурный индикатор 33 посылает сигнал на температурный регулятор 34, который управляет клапаном 35, размещенным на трубке 23 для холодной воды в охлаждающем средстве 22. Регулируя температуру охлаждающей воды так, что охлаждающая вода, выходящая из вакуумного сосуда 1 через выходное отверстие 18, имеет температуру, не превышающую приблизительно 65°С, исключают образование накипи или окалины в трубопроводе для охлаждающей воды.

Как явно следует из предыдущего описания, настоящее изобретение представляет собой устройство испарительного охлаждения, или быстрого охлаждения, жидкого продукта, которое является более экономичным по конструкции, чем известные устройства. Устройство использует лишь один вакуумный сосуд и его не нужно оборудовать сложными и дорогими испарителями. Устройство дополнительно демонстрирует замкнутый контур циркулирования для охлаждающей воды, что влечет за собой уменьшенный расход воды при испарительном охлаждении.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство испарительного охлаждения жидкого продукта, содержащее вакуумный сосуд (1), с входным отверстием (9) для паросодержащего продукта, выходным отверстием (10) для продукта, а также выходным отверстием (14) для конденсированного пара, причем устройство также содержит контур циркулирования для охлаждающей жидкости, отличающееся тем, что сосуд (1) разделен на первую (6) и вторую (7) полости, концентрично расположенные в сосуде (1) и открытые в направлении к верхнему торцу (3) сосуда, причем в первой полости (6) расположены входное отверстие (9) и выходное отверстие (10) для продукта, а во второй полости (7) размещено выходное отверстие (14) для конденсированного пара.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая полость (6) расположена внутри второй полости (7).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая полость (6) расположена снаружи второй полости (7).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходное отверстие (14) для конденсированного пара является водосливом переполнения.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контур циркулирования для охлаждающей жидкости состоит из выходного отверстия (18) для охлаждающей жидкости, центробежного насоса (20), охлаждающего средства (22) и трубопроводов (19, 21, 24), а также кольцевой трубы (25).
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контур циркулирования для охлаждающей жидкости состоит из выходного отверстия (18) для охлаждающей жидкости, центробежного насоса (20), охлаждающего средства (22) и трубопроводов (19, 21, 24), а также разбрызгивающей насадки (29).
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входное отверстие (9) для продукта тангенциально расположено в стенке (2, 5) и выполнено в виде вертикальной щели.