Устройство для кавитационной пастеризации молока

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАВИТАЦИОННОЙ ПАСТЕРИЗАЦИИ МОЛОКА(71) Заявитель Общество с ограниченной ответственностью ЛАРК КАМ(72) Авторы Богданович Павел Петрович Жерносек Юрий Иванович Макаревич Владимир Александрович Мартыненко Олег Григорьевич(73) Патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью ЛАРК КАМ(57) 1. Устройство для кавитационной пастеризации молока, содержащее корпус с входным и выходным каналами для подачи и отвода жидкого продукта соответственно, в котором соосно установлены неподвижный статор и вращающийся ротор, снабженные лопатками с радиальными ячейками и смонтированные друг относительно друга с возможностью образования рабочей камеры, отличающееся тем, что лопатки ротора выполнены цилиндрической формы, размещены на лицевой поверхности в два ряда на концентрически расположенных окружностях с радиальными ячейками в виде пазов в форме цилиндрических отверстий в торцах стенок лопаток, причем отверстия в каждом ряду лопаток расположены соосно друг другу, а в центральной части лицевой поверхности ротора смонтированы две дополнительные криволинейные лопатки с возможностью образования структуры из двух встречно направленных спиралевидных каналов рабочей камеры лопатки статора выполнены цилиндрической формы, размещены на лицевой поверхности 72652011.04.30 в три ряда на концентрически расположенных окружностях, причем на внешнем и внутреннем рядах радиальные ячейки выполнены в виде пазов в форме цилиндрических отверстий в торцах стенок лопаток, при этом внутренний ряд лопаток содержит пазы прямоугольной формы, а отверстия в каждом ряду лопаток размещены соосно друг другу,причем лопатки ротора и статора выполнены с возможностью создания режима мелкомасшабной пульсации с удельной энергией 2-10 Вт/л и частотой до 72 кГц при давлении в потоке жидкого продукта 85-100 атм и скорости вращения ротора 3000-6000 мин-1. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение диаметров отверстий ячеек в торцах стенок лопаток ротора наружной и внутренней концентрических окружностей составляет не менее 1,14, при этом число отверстий составляет не менее р 14 при отношении диаметров концентрических окружностей, равном не менее 1,28. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение диаметров отверстий внешней к диаметру отверстий на внутренней цилиндрических окружностей лопаток статора составляет не менее 1,25 при числе отверстий не менее с 12, при этом внутренний ряд лопаток содержит отверстия в виде пазов прямоугольной формы шириной не менее 2 мм при числе отверстий не менее 12. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что криволинейные лопатки в виде структур из двух встречно направленных спиралевидных каналов рабочей камеры ротора изогнуты в форме спирали с шагом 2-10 мм.(56) 1.2086115, 1997.08.10. 2.3417242 А 1, 1985.11.14. 3.2077237, 1997.04.20. 4. Маховко Ю.Е., Коваленко А.Н. Диссипативный нагрев среды при вращении диска в ограниченном пространстве // ИФЖ. - 1977. - Т. 32. -4. - . 697-702. 5.12381061 2, 2010.02.10 (прототип). 6. Онлайн Энциклопедия Кругосвет. ///, 2010. Полезная модель относится к пищевой промышленности и предназначена для обработки молочных продуктов и молока, например, на фермах, в полевых и заводских условиях. Известен центробежный гомогенизатор для механической обработки жидких пищевых продуктов, молока, соков, паст 1. Гомогенизатор содержит корпус с входным и выходным патрубками, ротор с наружной зубчатой поверхностью и кольцевой статор с зубчатой внутренней поверхностью. Статор установлен с радиальным зазором относительно ротора,при этом кольцо статора по ширине выполнено составным из отдельных секций и имеет средства для изменения направления движения продукта. Средство для изменения движения продукта выполнено в виде шайбы с внутренним диаметром, меньшим диаметра впадин зубьев. Внутренняя поверхность шайбы выполнена конической, а ее диаметр уменьшается по ходу движения продукта. Секции статора выполнены с одинаковым числом зубьев и размещены так, что зубья смежных секций смещены по ходу движения продукта на угол,не превышающий половину шага зубьев. Каждый зуб имеет срез, выполненный на передней по ходу движения продукта кромке под острым углом к направляющей. Зубья ротора имеют срезы напротив срезов зубьев статора до диаметра, меньшего диаметра впадин зубьев ротора. Четные и нечетные секции статора по ходу движения продукта объединены в группы. Нечетные секции статора неподвижно закреплены на корпусе. Четные секции закреплены совместно с возможностью поворота относительно корпуса механизмом поворота, который размещен на корпусе и образует средство для изменения направления движения продукта. 2 72652011.04.30 Недостатками гомогенизатора являются низкая производительность и степень гомогенизации получаемого продукта, обусловленная конструктивным исполнением элементов ротора и статора, которые недостаточно эффективно генерируют кавитационные эффекты в потоке жидкости. Известен аппарат для гомогенизации текучих или вязких материалов 2. Устройство содержит, по крайней мере, два составляющих элемента емкость для смешивания с ротором. Емкость размещена в нижней части аппарата, в ней установлено одно кольцо несущего винта, которое зафиксировано относительно ротора. Корпус статора связан с ротором не менее чем через одно всасывающее отверстие и, по крайней мере, через одно выходное отверстие, которые вместе со статором образуют осевое совмещение с лопатками ротора с возможностью образования зазоров с лопатками ротора для гомогенизации текучих материалов. Всасывающее (разгрузочное) отверстие выполнено таким образом, что оно соединено либо с емкостью для смешивания, либо с выходом (выходным отверстием). При этом,по крайней мере, одно кольцо из протяженных лопастей в виде лезвий расположено по внешнему периметру ротора. Недостатком аппарата является неэффективная гомогенизации текучих материалов изза низкой степени гидродинамической кавитации, создаваемой лопатками ротора. Известно устройство с вращающимся диском для пастеризации молока 3. В качестве пастеризатора применена установка для исследования кавитационной эрозии материалов. Установка включает камеру с входным и выходным патрубками и неподвижными радиальными лопастями на ее стенках и приводной вал с установленным на нем диском со сквозными отверстиями. Установка содержит также бак-накопитель, змеевиковый холодильник, систему трубопроводов, насос, запорную и контролирующую арматуру. В установке использован эффект нагрева жидкости за счет внутреннего трения 4. Недостатком установки является низкая интенсивность кавитации, возникновением которой обусловлено генерирование ультразвука и уничтожение микробов в молоке. Известен реактор для кавитационной обработки жидкости 5, выбранный в качестве прототипа. Реактор включает корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, и средства пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону. Корпус с тыльной стороны реактивного колеса имеет камеру, отделенную от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой. Перегородка со стороны камеры выполнена ребристой с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости через камеру. Реактор может быть выполнен с активным колесом, которое установлено в корпусе с образованием камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса. При этом камера соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе. Предусмотрен вариант исполнения реактора, в котором активное колесо установлено в корпусе с образованием второй камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, соединенной с рабочей зоной через отверстия в активном колесе, при этом перегородка, отделяющая первую камеру от ячеек реактивного колеса, а также тыльная сторона активного колеса выполнены ребристыми. Недостатком прототипа является низкая степень кавитации, создаваемой элементами статора и ротора при прохождении жидкости через рабочую камеру, т.к. вторичные кавитационные процессы возбуждаются в дополнительных камерах, которые отделены от основной рабочей зоны, что и снижает эффективность процесса обработки продукта. Задачей полезной модели является снижение потерь энергии на возбуждение кавитации, повышение качества обрабатываемого продукта. Техническим результатом является повышение степени гомогенизации молочных продуктов, обеспечение низкотемпературной пастеризации молока и получение безопасных в санитарно-гигиеническом отношении молочных продуктов. Технический результат достигается тем, что в устройстве для кавитационной пастеризации молока, содержащем корпус с входным и выходным каналами для подачи и отвода 3 72652011.04.30 жидкого продукта соответственно, в котором соосно установлены неподвижный статор и вращающийся ротор, снабженные лопатками с радиальными ячейками и смонтированные друг относительно друга с возможностью образования рабочей камеры, согласно полезной модели, лопатки ротора выполнены цилиндрической формы, размещены на лицевой поверхности в два ряда на концентрически расположенных окружностях с радиальными ячейками в виде пазов в форме цилиндрических отверстий в торцах стенок лопаток, причем отверстия в каждом ряду лопаток расположены соосно друг другу, а в центральной части лицевой поверхности ротора смонтированы две дополнительные криволинейные лопатки с возможностью образования структуры из двух встречно направленных спиралевидных каналов рабочей камеры лопатки статора выполнены цилиндрической формы,размещены на лицевой поверхности в три ряда на концентрически расположенных окружностях, причем на внешнем и внутреннем рядах радиальные ячейки выполнены в виде пазов в форме цилиндрических отверстий в торцах стенок лопаток, при этом внутренний ряд лопаток содержит пазы прямоугольной формы, а отверстия в каждом ряду лопаток размещены соосно друг другу, причем лопатки ротора и статора выполнены с возможностью создания режима мелкомасшабной пульсации с удельной энергией 2-10 Вт/л и частотой до 72 кГц при давлении в потоке жидкого продукта 85-100 атм и скорости вращения ротора 3000-6000 мин-1. Отношение диаметров отверстий ячеек в торцах стенок лопаток ротора наружной и внутренней концентрических окружностей составляет не менее 1,14, при этом число отверстий составляет не менее р 14 при отношении диаметров концентрических окружностей, равном не менее 1,28. Отношение диаметров отверстий внешней к диаметру отверстий на внутренней цилиндрических окружностей лопаток статора составляет не менее 1,25 при числе отверстий не менее с 12, при этом внутренний ряд лопаток содержит отверстия в виде пазов прямоугольной формы шириной не менее 2 мм при числе отверстий не менее 12. Криволинейные лопатки в виде структур из двух встречно направленных спиралевидных каналов рабочей камеры ротора изогнуты в форме спирали с шагом 2-10 мм. Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг. 1-4. На фиг. 1 представлен общий вид устройства. На фиг. 2 - вид устройства в продольном разрезе. На фиг. 3 - фронтальный вид ротора. На фиг. 4 - фронтальный вид статора. Устройство 1 включает корпус 2 с входным 3 и выходным 4 каналами, соосно установленные неподвижный статор 5 и вращающийся ротор 6 на валу 23, снабженные лопатками 7, 8 и смонтированные друг относительно друга с возможностью образования рабочей камеры 9. Лопатки 7 цилиндрической формы ротора 6 размещены на лицевой поверхности 10 в два ряда на концентрических окружностях 12 и содержат радиальные ячейки в виде пазов в форме цилиндрических отверстий 13 в торцах стенок 14 лопаток 7. Отверстия 13 в каждом ряду лопаток 7 расположены соосно друг другу. В центральной части лицевой 10 поверхности ротора 6 смонтированы две дополнительные криволинейные лопатки 15 с возможностью образования структуры из двух встречно направленных спиралевидных каналов 16 в рабочей камере 9. Лопатки 8 статора 5 выполнены цилиндрической формы и размещены на лицевой поверхности 17 в три ряда на концентрически расположенных окружностях 18. На внешнем и внутреннем рядах радиальные ячейки выполнены в виде пазов в форме цилиндрических отверстий 19 в торцах стенок 20 лопаток 8. Внутренний ряд 21 лопаток 8 содержит отверстия в виде пазов 22 прямоугольной формы. Отверстия 19 и 22 в каждом ряду лопаток 8 размещены соосно друг другу. Соотношение размеров отверстий 13 в торцах стенок 14 лопаток 7 ротора 6 и отверстий 19, 22 лопаток 8 статора 5 и их взаимное расположение выбраны с возможностью создания локального давленияв режиме мелкомасшабной пульсации в потоке жидкого 4 72652011.04.30 продукта до 100 атм при числе оборотов ротора от 6 до 6000 мин-1. Отношение диаметров отверстий ячеек в торцах стенок 14 лопаток 7 ротора 6 наружной и внутренней концентрических окружностей 12 составляет не менее 1,14 при числе отверстий не менее р 14 и отношении диаметров концентрических окружностей 12, равном не менее 1,28. Криволинейные лопатки 15 в виде структур из двух встречно направленных спиралевидных каналов 16 рабочей камеры 9 ротора 6 изогнуты в форме спирали с шагом 2-10 мм. Лопатки 8 статора 5 имеют параметры отношение диаметров отверстий 19 внешней к диаметру отверстий на внутренней цилиндрических окружностей 18 составляет не менее 1,25 при числе отверстий не менее с 12, при этом внутренний ряд 21 лопаток 8 содержит отверстия в виде пазов 22 прямоугольной формы шириной не менее 2 мм при числе отверстий не менее 12. Устройство работает следующим образом. Устройство 1 подключают к емкости с молоком или молочным продуктом, снабженной гидравлической системой (на фигурах не показаны) для обеспечения циркуляции молока по замкнутому контуру с периодической подачей его в рабочую камеру 9 через входной канал 3 и отбором через выходной канал 4 в корпусе 2 с последующей подачей обратно в емкость с молоком. Затем включают насос (на фигурах не показано) гидравлической системы и одновременно приводят во вращение вал 23 с ротором 6 внешним приводом, например, электродвигателем (на фигурах не показано), и производят циклическую обработку молочного продукта до получения заданных параметров по пастеризации и бактериологической обсемененности. В процессе обработки молочный продукт поступает в камеру 9, проходит через отверстия 13 в торцах стенок 14 лопаток 7 ротора 6 и отверстия 19, 22 лопаток 8 статора 5. При вращении ротора 6 происходит периодическое открытие и закрытие радиальных ячеек в виде пазов в торцах стенок 14 лопаток 7 ротора 6 и отверстий 19, 22 лопаток 8 статора 5 с частотой до 72 кГц, в зависимости от числа оборотов ротора в интервале 3000-6000 мин-1, в результате чего в потоке жидкого продукта генерируются гидравлические удары в режиме мелкомасшабной пульсации. При выбранных режимах вращения ротора удельная энергия мелкомасшабной пульсации составляет 2-10 Вт/л. Конструктивное исполнения элементов ротора 6 и статора 5, в частности выбранные соотношения размеров отверстий 13 в торцах стенок 14 лопаток 7 ротора 6 и отверстий 19,22 лопаток 8 статора 5, их взаимного расположения, обеспечивает скорость прокачки жидкого продукта через отверстия 13, 19, 22, в зависимости от скорости вращения ротора 6, в интервале 12,5-25 м/с. Криволинейные лопатки 15, размещенные на лицевой 10 центральной части поверхности ротора 6, образующие структуры из двух встречно направленных спиралевидных каналов 16 с шагом 2-10 мм, гарантировано обеспечивают давление 85-100 атм при скорости вращения ротора 3000-6000 мин-1 и, соответственно, эффективный режим кавитации в потоке жидкого продукта. В зависимости от значений давления насыщенного пара, плотности исходного жидкого продукта и числа оборотов ротора 6 достигается заданный режим мелкомасшабной пульсации с удельной энергией 2-10 Вт/л и частотой до 72 кГц, характеризуемый числом кавитации , которое вычисляется по формуле 6/(0,52),где- давление в потоке жидкого продукта, - давление насыщенного пара жидкого продукта, - плотность исходного жидкого продукта, - скорость жидкого продукта. В таблице приведены данные по бактериальной обсемененности образцов молочных продуктов, обработанных предлагаемым устройством, которое прошло испытания на ряде предприятий Беларуси. 72652011.04.30 Предприятие-производитель молочных продуктов ОАО Осиповичский молочный завод ОАО Полоцкий молочный завод ОАО Борисовский молочный завод Вид молочных продуктов Молоко питьевое,Молоко 3,2 жирности сгущенное До обра- После об- До обра- После обботки,работки,ботки,работки,КОЕ/см 3 КОЕ/см 3 КОЕ/см 3 КОЕ/см 3 Режим кавитации деления число обортов шкалы ротора, мин-1 4,0 6000 Режим кавитации деления число обортов шкалы ротора, мин-1 3,5 5000 Режим кавитации деления число обортов шкалы ротора, мин-1 2,4 3000 2,8 4000 3,5 5000 4,0 6000 Температура пастеризации, Т, С Примечание режим кавитации по делениям шкалы связан с числом кавитации . Новое кавитационное устройство позволяет эффективно снизить бактериологическую обсемененность молочных продуктов, повысить их степень гомогенизации и санитарногигиеническую безопасность и обеспечить низкотемпературные (не выше 92 С) условия пастеризации молока. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7