Стерилизатор пищевых продуктов

 

Использование: пищевая промышленность, в частности стерилизация жидких и вязких пищевых продуктов. Сущность изобретения: стерилизатор содержит корпус с входным и выходным отверстиями, диск, установленный внутри корпуса с образованием канала для нагрева продукта и закрепленный на приводном валу, при этом входное и выходное отверстия в корпусе выполнены соосными, а вал расположен перпендикулярно отверстиям. 28 з. п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к оборудованию пищевой промышленности и может быть использовано для стерилизации жидких и вязких пищевых продуктов.

Наиболее близким к предлагаемому является стерилизатор пищевых продуктов, включающий корпус со входным и выходным отверстиями, установленный в корпусе с возможностью вращения приводной вал с закрепленным на нем диском и средства нагнетания продукта во входное отверстие корпуса.

Недостатки этого стерилизатора состоят в неравномерности прогрева продукта по объему, возможности локального перегрева продукта при проскальзывании относительно диска и низком качестве обработки продукта.

В предлагаемом стерилизаторе пищевых продуктов, включающем корпус с входным и выходным отверстиями, установленный в корпусе с возможностью вращения приводной вал с закрепленным на нем диском и средства нагнетания продукта во входное отверстие корпуса, входное и выходное отверстия в корпусе выполнены соосными, а вал расположен перпендикулярно оси отверстий.

Это позволяет сохранить неизменным давление в продукте во время обработки при выравнивании гидравлического сопротивления каналов для прохода продукта по обе стороны от вала и выровнять условия прогрева продукта в них, повысив его качество и надежность стерилизации.

Диск может быть установлен симметрично оси отверстий, что позволяет полностью исключить неравномерность прогрева продукта.

В этом случае диск установлен с образованием с внутренней поверхностью корпуса каналов для провода продукта с увеличивающейся к периферии шириной, рассчитанной по формуле h = (r/R_o) ˙ h_o (1) где h - текущее значение ширины канала, м; r - текущее значение расстояния от оси вала, м; R_o - радиус вала, м; h_o - ширина канала на расстоянии R_o от оси вала, м.

Это делает обработку продукта равномерной по объему.

Стерилизатор снабжают неподвижным цилиндричеcким дорном, уcтановленным cооcно c валом симметрично оси отверстий корпуса, и двумя центрально-симметричными закрепленными на диске лепестками, смонтированными с образованием каналов для прохода продукта между ними и поверхностью дорна и внутренней поверхностью корпуса, при этом привод вала выполнен реверсивным.

Это позволяет увеличить количество каналов для прохода продукта, повысить производительность стерилизатора и снизить его гидравлическое сопротивление.

В этом случае возможно снабжение дорна и диска концентричными осесимметричными лепестками, размещенными с последовательным чередованием и образованием между ними каналов для прохода продукта, радиальная высота которых прямо пропорциональна средним радиусам расположения каналов относительно оси вала и рассчитана по формуле Н_i = (R_i/R₁) ˙ H₁ (2) где Н_i - радиальная высота i-го от оси вала канала, м; R₁ - средний радиус первого от оси вала канала, м; R_i - средний радиус i-го от оси вала канала, м; Н₁ - радиальная высота первого от оси вала канала, м.

Это позволяет дополнительно снизить гидравлическое сопротивление стерилизатора и увеличить его производительность.

Возможно при симметричном относительно оси отверстий корпуса расположении диска снабжение стерилизатора неподвижным дорном, выполненным в виде концентрично осесимметрично расположенных по разные стороны от диска лепестков и снабжение диска аналогичными лепестками, расположенными с чередованием с лепестками неподвижного дорна и закрепленными на противоположных поверхностях диска с образованием между ними каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле (2).

Такая конструкция при снижении гидравлического сопротивления и повышении производительности стерилизатора обладает большей надежностью в эксплуатации за счет неконсольного закрепления диска на валу.

В этом случае возможно выполнение диска из двух частей, закрепленных по торцам вала.

Это позволяет симметрично распределить нагрузку вала и тем самым повысить срок его работы и надежность стерилизатора.

Возможно выполнение неподвижного дорна с двумя сопряженными с его цилиндрическим элементом рассекателями, расположенными симметрично относительно оси вала и направленными в сторону отверстий корпуса.

Благодаря этому ликвидируются застойные зоны на поверхности дорна, перпендикулярные направлению потока продукта, и исключается его локальный перегрев, особенно при обработке высоковязких веществ.

В этом случае возможно выполнение рассекателей с линейно изменяющейся шириной профиля, что упрощает технологию их изготовления.

Также возможно выполнение профиля рассекателей симметричным относительно оси отверстий корпуса, что упрощает конструкцию стерилизатора и обеспечивает одинаковое гидравлическое сопротивление по сечению стерилизатора в направлении движения продукта и его равномерный диссипативный разогрев.

В этом случае возможна установка лепестков диска с образованием в каждом крайнем положении проходного канала с поверхностью рассекателей площадью сечения, равной половине эффективной площади сечения входного отверстия корпуса, что исключает возможность периодического изменения гидравлического сопротивления стерилизатора и повышает равномерность обработки продукта в каналах по разные стороны от плоскости симметрии стерилизатора.

Также возможно выполнение рассекателей с длиной больше радиуса круговых колебаний лепестков диска.

Это повышает равномерность распределения продукта в каналах стерилизатора и соответственно равномерность обработки продукта.

Предусмотрено снабжение стерилизатора дополнительным приводным валом с дополнительным диском, при этом диски снабжены концентрично закрепленными на их поверхностях, обращенных друг к другу, лепестками, размещенными с последовательным чередованием и образованием между ними каналов для прохода продукта, радиальная высота которых определяется по формуле (2), при этом диски размещены симметрично с осью отверстий корпуса, а приводы валов выполнены противоположными.

Это позволяет при снижении гидравлического сопротивления стерилизатора и повышении его производительности использовать знакопостоянное перемещение его подвижных элементов, что облегчает условия работы привода, снижает энергоемкость и повышает надежность работы стерилизатора.

Кроме того, предусмотрено снабжение стерилизатора соосным с основным дополнительным валом с закрепленной на нем обоймой, кольцами, закрепленными в обойме, и дополнительными дисками, закрепленными на основном валу между кольцами с образованием между ними каналов для прохода продукта с шириной, определяемой по формуле (1), при этом зазор между дисками и обоймой и между кольцами и основным валом равен ширине каналов на расстоянии от оси вала, равном внешнему радиусу дисков и внутреннему радиусу колец соответственно, обойма расположена симметрично с осью отверстий корпуса, а приводы основного и дополнительного валов выполнены противоположными.

Это позволяет снизить гидравлическое сопротивление стерилизатора, повысить его производительность, облегчить условия работы привода, за счет исключения знакопеременных нагрузок сократить энергоемкость, повысить надежность.

В этом случае возможно выполнение дисков с уменьшением толщины к периферии, с уменьшением толщины с одной стороны для простоты изготовления, или симметрично до образования острой кромки, что облегчает вход и выход продукта в каналы.

Аналогично возможно выполнение колец с уменьшающейся к центру толщиной с одной стороны, или симметрично до образования острой внутренней кромки, что приводит к получению аналогичного эффекта.

Желательно выполнение обоймы в виде по меньшей мере трех лепестков, закрепленных по торцам в двух дисках, один из которых закреплен на дополнительном валу, причем шаг между смежными лепестками по дуге соосной с валом окружности не превышает 180^о.

Это позволяет при достаточно простой конструкции обоймы жестко закрепить в ней кольца.

Возможно выполнение лепестков обоймы с обтекаемым в направлении вращения профилем, что снижает гидравлическое сопротивление и исключает образование застойных зон на обойме.

Желательно также устанавливать лепестки обоймы с постоянным по соосной с валом окружности шагом, что упрощает технологию изготовления обоймы и повышает равномерность обработки продукта и распределения нагрузки на дополнительном валу.

Также возможно выполнение стерилизатора с рассекателями, установленными во входном отверстии на корпусе перед кольцами параллельно оси отверстий корпуса, причем заостренные кромки рассекателей выполнены прямолинейными, а поверхности, обращенные к кольцам, повторяющими примыкающий участок поверхности вращения обоймы.

Это исключает образование застойных зон у внешней поверхности колец и повышает равномерность обработки продукта.

Еще одним вариантом предусмотрено выполнение стерилизатора с суммарной эффективной площадью поперечного сечения каналов для прохода продукта равной эффективной площади сечения входного отверстия корпуса.

Это позволяет полностью ликвидировать неравномерность обработки продукта и возможность образования застойных зон в стерилизаторе.

Также возможно выполнение стерилизатора с относительно подвижными поверхностями каналов для прохода продукта из разнополюсных электретов, что позволяет перемешивать продукт в пленке за счет сил электростатического притяжения разноименно заряженных противоположных пристенных слоев продукта и тем самым повысить равномерность обработки продукта в каждом слое.

Кроме того, предусмотрено выполнение стерилизатора со средствами нагнетания продукта в виде экструдера, что позволяет с высокой надежностью обрабатывать вязкие пищевые продукты.

На фиг. 1 показан стерилизатор с одним диском; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - стерилизатор с неподвижным цилиндрическим дорном; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 изображен стерилизатор с лепестками на неподвижном дорне и диске; на фиг. 6-8 показаны варианты разреза В-В на фиг. 5 с лепестками с одной стороны диска, с лепестками с двух сторон диска и с диском, состоящим из двух частей соответственно; на фиг. 9 - стерилизатор с двумя дисками; на фиг. 10 - разрез Г-Г на фиг. 9; на фиг. 11 - разрез стерилизатора с дополнительным валом и обоймой; на фиг. 12 и 13 разрез Д-Д на фиг. 11 с симметричными кольцами и дисками и с уменьшением толщины с одной стороны соответственно.

Стерилизатор пищевых продуктов содержит корпус 1 с соосными входным 2 и выходным 3 отверстиями, установленный в корпусе перпендикулярно оси отверстий 2 и 3 с возможностью вращения приводной вал 4 с закрепленным на нем диском 5 и средства нагнетания продукта во входное отверстие 2 корпуса, выполненные, например в виде экструдера 6. На фиг. 1-8 диск 5 установлен симметрично относительно оси отверстий 2 и 3 корпуса 1; на фиг. 1 и 2 диск 5 установлен с образованием с внутренней поверхностью корпуса 1 каналов 7 для прохода продукта с увеличивающейся к периферии шириной, рассчитанной по формуле (1).

На фиг. 3-8 показан стерилизатор с неподвижным дорном 8. На фиг. 3 и 4 дорн 8 выполнен цилиндрическим и установлен соосно с валом 4, симметрично относительно оси отверстий 2 и 3 корпуса 1. На диске 5 закреплены два центрально-симметричных лепестка 9, смонтированных с образованием каналов 7 для прохода продукта между ними и поверхностью дорна 8 и внутренней поверхностью корпуса 1, при этом привод вала 4 выполнен реверсивным, а радиальная высота каналов рассчитана по формуле (2).

На фиг. 5-8 неподвижный дорн 8 и диск 5 снабжены концентрично и осесимметрично расположенными лепестками 10 и 9 соответственно, размещенными с последовательным чередованием и образованием между ними каналов 7 для прохода продукта, радиальная высота которых прямо пропорциональна средним радиусам расположения каналов 7 относительно оси вала 4 и рассчитана по формуле (2).

На фиг. 7 показано выполнение диска 5 с лепестками 9 по обе стороны и с расположением лепестков 10 неподвижного дорна по обе стороны диска 5; на фиг. 8 - стерилизатор с диском 5, состоящим из двух частей, закрепленных по торцам вала 4. Расположение лепестков 9 и 10 аналогично их расположению на фиг. 7.

Неподвижный дорн 8 может быть выполнен (фиг. 5) с двумя сопряженными с его поверхностью рассекателями 11, расположенными симметрично относительно оси вала 4 и направляющими в стороны отверстий 2 и 3 корпуса 1, при этом на чертеже показаны рассекатели с линейно изменяющейся шириной профиля, симметричным относительно оси отверстий 2 и 3. Длина рассекателей 11 может быть больше радиуса круговых колебаний лепестков 9 диска 5 (не показано). Лепестки 9 диска 5 установлены с образованием в каждом крайнем положении проходного канала с поверхностью рассекателей 11 проходного канала с площадью поперечного сечения, равной площади поперечного сечения половины входного отверстия 2 корпуса 1.

Стерилизатор снабжен дополнительным приводным валом 12 (фиг. 9-13).

Стерилизатор выполнен с дополнительным диском 13, закрепленным на приводном валу 12 и снабженным закрепленными на его поверхности, обращенной к диску 5, лепестками 14, расположенными между лепестками 9 диска 5 с образованием каналов 7 для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле (2), при этом оба диска 5 и 13 размещены симметрично оси отверстий 2 и 3 корпуса 1, а приводы валов 4 и 12 выполнены противоположными (фиг. 9 и 10).

На дополнительном валу 12 (фиг. 11-13) закреплена обойма, выполненная в виде трех лепестков 15, укрепленных по торцам в двух дисках 16, в которой закреплены кольца 17, установленные попеременно с дисками 5, смонтированными на основном валу 4 с образованием каналов 7 для прохода продукта с шириной, рассчитанной по формуле (1). При этом зазор между кольцами 17 и основным валом 4 и между дисками 5 и обоймой равен ширине каналов 7 на расстоянии от оси вала 4, равном внутреннему радиусу колец 17 и внешнему радиусу дисков 5 соответственно, а обойма расположена симметрично относительно оси отверстий 2 и 3 корпуса 1. Диски 5 выполнены с уменьшением толщины к периферии с образованием острой внешней кромки и могут быть выполнены центрально-симметричными (фиг. 12) или с уменьшением толщины с одной стороны (фиг. 13). Кольца выполнены с уменьшением толщины к центру с образованием внутренней острой кромки и аналогично могут быть выполнены центрально-симметричными (фиг. 12) или с уменьшением толщины с одной стороны (фиг. 13). Лепестки 15 в обойме установлены с постоянным по соосной с валом 5 окружности шагом и выполнены с обтекаемым по направлению вращения профилем. Во входном отверстии 2 корпуса 1 перед кольцами 17 параллельно оси отверстий 2 и 3 установлены рассекатели 18, обращенные прямолинейной заостренной кромкой в отверстие 2 и выполненные с поверхностями, обращенными к кольцам 17, повторяющими примыкающий участок поверхности вращения обоймы.

Во всех вариантах выполнения стерилизатора суммарная эффективная площадь поперечного сечения каналов 7 равна эффективной площади поперечного сечения входного отверстия 2 корпуса 1, а относительно подвижные поверхности каналов 7 выполнены из разнополюсных электретов.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый продукт нагнетают насосом при незначительной вязкости или экструдером 6, если вязкость продукта достаточно велика, как например у фруктового или овощного пюре или мясного фарша, во входное отверстие 2 корпуса 1. Проходя по рассекателям 18 или 11, если они есть и необходимы, продукт равномерно распределяется по каналам 7 между относительно подвижными элементами стерилизатора. Образование застойных зон и локальный перегрев продукта исключены установкой рассекателей 11 или 18, выполнением заостренных кромок на дисках 5 и кольцах 17, выполнением суммарной эффективной площади поперечного сечения каналов 7 равной эффективной площади входного отверстия 2 корпуса 1 и установкой лепестков 9 диска 5 с образованием проходного канала относительно поверхности рассекателя 11 в каждом крайнем положении с эффективной площадью поперечного сечения, равной половине эффективной площади поперечного сечения входного отверстия 2 корпуса 1, в зависимости от варианта выполнения устpойства. В каналах 7 обрабатываемый продукт подвергается сдвиговому деформированию относительно подвижными элементами стерилизатора и диссипативному разогреву при деформировании и проскальзывании относительно подвижных элементов стерилизатора. Диссипативный разогрев продукта происходит равномерно по всему его объему благодаря отсутствию застойных зон, соосному расположению отверстий 2 и 3, выравнивающему путь течения продукта относительно перпендикулярной оси отверстий оси вала 5, симметричному расположению каналов 7 относительно оси отверстий 2 и 3, геометрии каналов 7, рассчитанной по формулам (1) и (2), которая обеспечивает равномерное деформирование продукта на любом расстоянии от оси вращения подвижных элементов устройства, в зависимости от конструктивного исполнения стерилизатора. Перегрев пристенных слоев каждого потока продукта в каналах 7 при проскальзывании относительно подвижных элементов устройства исключен за счет перемешивания слоев каждого потока продукта в поле электростатических сил при нанесении на противоположные пристенные слои продукта при проскальзывании противоположных электростатических зарядов электретами, из которых выполнены относительно подвижные поверхности каналов 7. Получение обсемененности обрабатываемого продукта на выходе из устройства не более заданной или стерильность продукта определяются заданной скоростью перемещения подвижных элементов устройства, обеспечивающей необходимое деформирование продукта для получения заданной величины диссипативного разогрева продукта, которая обеспечивает необходимое снижение обсемененности за время прохода продукта от входного отверстия 2 корпуса 1 до выходного 3. Обработанный стерильный или пастеризованный продукт удаляют из корпуса устройства через выходное отверстие 3 корпуса 1.

Таким образом, предлагаемый стерилизатор позволяет повысить равномерность обработки продукта по всему объему, исключить его локальный перегрев, сохранив термолабильные компоненты, чем повысить качество готового продукта, и расширить область применения за счет возможности обработки вязких пищевых продуктов, таких как фарш и пюре.

Формула изобретения

1. СТЕРИЛИЗАТОР ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, диск, установленный внутри корпуса с образованием канала относительно корпуса для нагрева продуктов, закрепленный на приводном валу, и средства нагнетания продукта во входное отверстие корпуса, отличающийся тем, что входное и выходное отверстия в корпусе выполнены соосными, а вал расположен перпендикулярно отверстиям.

2. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что диск установлен симметрично оси отверстий корпуса.

3. Стерилизатор по п.2, отличающийся тем, что канал для нагрева продукта выполнен с увеличивающейся к периферии шириной, рассчитанной по формуле
h = ·h_o,
где h - текущее значение ширины канала, м;
r - текущее значение расстояния от оси вала, м;
R₀ - радиус вала, м;
h₀ - ширина канала на расстоянии от оси вала, равном R₀, м.

4. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен неподвижным цилиндрическим дорном, установленным соосно валу симметрично отверстий корпуса, и двумя центральносимметрично закрепленными на диске лепестками, смонтированными с образованием каналов для прохода продукта между ними и поверхностью дорна и внутренней поверхностью корпуса, при этом привод вала выполнен реверсивным.

5. Стерилизатор по п.4, отличающийся тем, что неподвижный дорн и диск снабжены концентрично осесимметрично расположенными лепестками, размещенными с последовательным чередованием и образованием между ними каналов для прохода продукта, радиальная высота которых прямо пропорциональна средним радиусам расположения каналов относительно оси вала и рассчитана по формуле
H_i= · H₁,
где H_i - радиальная высота i-го канала, м;
R₁ - средний радиус первого от оси вала канала, м;
R_i - средний радиус i-го от оси вала канала, м;
H₁ - радиальная высота первого от оси вала канала, м.

6. Стерилизатор по п.2, отличающийся тем, что он снабжен неподвижным дорном, выполненным в виде концентрично и осесимметрично расположенных по разные стороны диска лепестков, а диск снабжен аналогичными лепестками, размещенными чередующимися с лепестками неподвижного дорна и закрепленными на противоположных поверхностях диска с образованием между лепестками каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле
H_i= · H₁,
где H_i, H₁, R_i, R₁ имеют указанные значения.

7. Стерилизатор по п.6, отличающийся тем, что диск выполнен из двух частей, закрепленных по торцам вала.

8. Стерилизатор по п.4, отличающийся тем, что неподвижный дорн выполнен с двумя сопряженными с его цилиндрическим элементом рассекателями, расположенными симметрично относительно оси вала и направленными в сторону отверстий корпуса.

9. Стерилизатор по п.8, отличающийся тем, что рассекатели выполнены с линейно изменяющейся шириной профиля.

10. Стерилизатор по п.8, отличающийся тем, что профиль каждого рассекателя выполнен симметричным относительно оси отверстий корпуса.

11. Стерилизатор по п.8, отличающийся тем, что длина каждого рассекателя выполнена больше радиуса круговых колебаний лепестков диска.

12. Стерилизатор по п.8, отличающийся тем, что лепестки диска установлены с образованием в каждом крайнем положении проходного канала с поверхностью рассекателей с площадью сечения, равной половине эффективной площади сечения входного отверстия корпуса.

13. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным приводным валом с дополнительным диском, диски снабжены концентрично закрепленными на их поверхностях, обращенных друг к другу, концентрично расположенными лепестками, размещенными в последовательно чередующемся порядке с образованием между ними каналов для прохода продукта, радиальная высота которых рассчитана по формуле
H_i= · H₁,
где H_i, H₁, R_i, R₁ имеют указанные значения,
при этом диски размещены симметрично оси отверстий корпуса, а приводы валов выполнены противоположными.

14. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен соосным основному дополнительным приводным валом с закрепленной на нем симметрично относительно оси отверстий корпуса обоймой, кольцами, закрепленными в обойме, и дополнительными дисками, закрепленными на основном валу между кольцами с образованием между ними каналов для прохода продукта, с шириной, рассчитанной по формуле
h = ·h_o,
где h, h_o, r, R_o имеют указанные значения,
при этом зазор между дисками и обоймой и между кольцами и основным валом равен ширине каналов на расстоянии от оси вала, равном внешнему радиусу дисков и внутреннему радиусу колец соответственно, а привод дополнительного вала выполнен противоположным приводу основного.

15. Стерилизатор по п. 14, отличающийся тем, что диски выполнены с уменьшением толщины к периферии.

16. Стерилизатор по п.15, отличающийся тем, что толщина дисков выполнена уменьшающейся с одной стороны.

17. Стерилизатор по п.15, отличающийся тем, что диски выполнены центральносимметричными.

18. Стерилизатор по п. 14, отличающийся тем, что кольца выполнены с уменьшающейся к центру толщиной.

19. Стерилизатор по п.18, отличающийся тем, что толщина колец выполнена уменьшающейся с одной стороны.

20. Стерилизатор по п.18, отличающийся тем, что кольца выполнены центральносимметричными.

21. Стерилизатор по п.14, отличающийся тем, что обойма выполнена в виде по меньшей мере трех лепестков, закрепленных по торцам в двух дисках, один из которых закреплен на дополнительном валу, причем шаг между смежными лепестками по дуге окружности не превышает 180^o.

22. Стерилизатор по п.21, отличающийся тем, что лепестки выполнены с обтекаемым по направлению вращения профилем.

23. Стерилизатор по п.21, отличающийся тем, что лепестки обоймы установлены с постоянным по окружности шагом.

24. Стерилизатор по п.15, отличающийся тем, что диски выполнены с заостренной внешней кромкой.

25. Стерилизатор по п.18, отличающийся тем, что кольца выполнены с заостренной внутренней кромкой.

26. Стерилизатор по п.14, отличающийся тем, что он снабжен угловыми рассекателями, установленными во входном отверстии на корпусе перед кольцами параллельно оси отверстий, причем заостренные кромки рассекателей выполнены прямолинейными, а поверхности, обращенные к кольцам, повторяющими примыкающий участок поверхности вращения обоймы.

27. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что суммарная эффективная площадь сечения каналов для прохода продукта равна эффективной площади сечения входного отверстия корпуса.

28. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что относительно подвижные поверхности каналов для прохода продукта выполнены из разнополюсных электретов.

29. Стерилизатор по п. 1, отличающийся тем, что средства нагнетания продукта выполнены в виде экструдера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13