Аппарат для тепловой обработки пищевых продуктов

 

Использование: консервирование нагревом молока, соков, сиропов, пюре. Сущность изобретения: аппарат для тепловой обработки пищевых продуктов содержит цилиндрический корпус с патрубками и отвода продукта. В корпусе установлен приводной вал с дисковыми элементами. На внутренней поверхности корпуса закреплен по меньшей мере один источник инфракрасного излучения.Между дисковыми элементами установлены С-образные перегородки, со стороны, противоположной источникам инфракрасного излучения. Корпус выполнен с патрубками подвода и отвода пара, на котором установлен регулируемый обратный клапан. Дисковые элементы выполнены с толщиной, увеличивающейся к оси приводного вала. Дисковые элементы установлены с образованием ломаной поверхности. 10 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к оборудованию для тепловой обработки жидких и вязких пищевых продуктов и может быть использовано при консервировании нагревом молока, соков, напитков, сиропов пюре, варке джемов, сиропов, подварок.

Известен аппарат для тепловой обработки пищевых продуктов, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подачи и отвода продукта и патрубком отвода пара, приводной вал, закрепленные на валу дисковые элементы и средства подачи и распределения пара.

Недостатками этого аппарата являются неравномерная обработка продукта вследствие неравномерного распределения пара по объему корпуса и возможность потери термолабильных компонентов продукта при локальном перегреве в местах ввода пара.

Предлагаемый аппарат для тепловой обработки пищевых продуктов, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подачи и отвода продукта и патрубком отвода пара, приводной вал и закрепленные на валу дисковые элементы, согласно изобретению, снабжен по меньшей мере одним закрепленным в корпусе на внутренней поверхности источником инфракрасного излучения, С-образными перегородками, установленными между дисковыми элементами на корпусе с противоположной стороны от источников инфракрасного излучения, и регулируемым обратным клапаном, установленным в патрубке отвода пара, а дисковые элементы выполнены с толщиной, увеличивающейся к оси приводного вала, и установлены с образованием ломаной поверхности.

Это позволяет исключить неравномерность обработки продукта за счет его обработки в тонкой пленке и исключить его локальный перегрев при отсутствии теплоносителя, а также регулировать температуру обработки продукта изменением температуры его кипения за счет регулировки давления в аппарате обратным клапаном.

В предпочтительном варианте источники инфракрасного излучения могут быть выполнены по дугам соосных дисковым элементам окружностей и установлены в плоскостях, перпендикулярных оси вала, при этом желательно, чтобы дисковые элементы образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах a 0, (1) где х ось, совпадающая с продольной осью вала; у ось, перпендикулярная оси вала; у^' производная dx/dy; a константа, определяющая условия освещенности поверхности дисковых элементов, м^-1.

Такое выполнение аппарата позволяет осуществлять дифференцированный энерговвод по длине корпуса в зависимости от необходимой скорости нагрева при пастеризации и стерилизации жидких и пюреобразных пищевых продуктов, а в желательном варианте создать равномерную освещенность поверхности дисковых элементов для исключения зон локального перегрева продукта на их поверхности.

Другим предпочтительным вариантом предусмотрена установка источников инфракрасного излучения параллельно оси вала и их выполнение линейными, при этом желательно, чтобы дисковые элементы образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах a 0, (2) где х, у, уʹ, a имеют те же значения.

Такая конструкция аппарата обеспечивает минимальный удельный энерговвод в продукт по длине корпуса и предназначен для пастеризации термолабильных или высоковязких продуктов с низкой теплопроводностью, или варки продуктов с высоким изменением содержания сухих веществ без карамелизации, в желательном варианте при равномерной освещенности поверхности дисковых элементов.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение источника инфракрасного излучения в виде части соосной валу цилиндрической поверхности, при этом желательно чтобы дисковые элементы образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах 2arctg arctg - yʹ·ln - B = 0, (3) где В безразмерная константа, определяющая условия освещенности поверхности дисковых элементов; х, у и уʹ имеют те же значения.

Такая конструкция аппарата обеспечивает максимальный удельный энерговвод по длине корпуса и обладает максимальной производительностью. Она применима для стерилизации нетермолабильных или варки карамелезуемых пищевых продуктов. В желательном варианте форма образуемой дисковыми элементами поверхности имеет равную освещенность и исключает локальный перегрев продукта.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение дисковых элементов с заостренными кромками, желательно с углом при вершине не меньше 10^о. Это исключает образование зоны локального перегрева на торце дисковых элементов без значительного увеличения материалоемкости.

Для повышения КПД использования инфракрасного излучения дисковые элементы могут быть выполнены таким образом, что образует поверхность с гладким профилем впадин.

Для развития поверхности нагрева продукта дисковые элементы могут быть выполнены таким образом, что образует поверхность с изломом во впадинах, желательно с углом при вершине не меньше 160^о, что исключает резкое падение КПД использования инфракрасного излучения.

Последним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение дисковых элементов с максимальной толщиной, уменьшающейся для каждого элемента по направлению от патрубка подачи к патрубку отвода продукта.

Такая конструкция аппарата обеспечивает варку продуктов при значительном увеличении в процессе варки массовой доли сухих веществ.

На фиг.1 изображен предлагаемый аппарат с дуговыми излучателями, разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 аппарат с линейными излучателями, разрез; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 аппарат с излучателем в виде сектора цилиндрической поверхности, разрез; на фиг.6 разрез В-В на фиг.5; на фиг.7 узел I фиг.5.

Аппарат для тепловой обработки пищевых продуктов содержит горизонтально расположенный цилиндрический корпус 1 с патрубками 2 и 3 подачи и отвода продукта соответственно и патрубком 4 отвода пара, горизонтальный приводной вал 5 с закрепленными на нем дисковыми элементами 6, выполненными с увеличивающейся к оси вала 5 толщиной и установленными с образованием ломаной поверхности, С-образные перегородки 7, установленные в нижней части корпуса 1 между элементами 6, и один или несколько источников 8 инфракрасного излучения. В патрубке 4 установлен регулируемый обратный клапан 9.

При выполнении (фиг.1 и 2) источников 8 инфракрасного излучения по дугам соосных элементам 6 окружностей и их установке в плоскостях, перпендикулярных оси вала 5, дисковые элементы 6 образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению (1), гарантирующую равномерную освещенность при данной конфигурации источников 8 инфракрасного излучения.

При выполнении (фиг.3 и 4) источников 8 инфракрасного излучения линейными и параллельными оси вала 5 дисковые элементы 6 образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению (2), также гарантирующую равномерную освещенность.

При выполнении (фиг. 5 и 6) источника 8 инфракрасного излучения в виде части, соосной валу 5 цилиндрической поверхности дисковые элементы 6 образуют равномерно освещенную поверхность, удовлетворяющую уравнению (3).

Внешняя кромка дисковых элементов 6 выполнена (фиг.7) заостренной с углом при вершине не меньше 10^о, а при наличии излома во впадинах образуемой дисковыми элементами 6 поверхности угол при их вершине не меньше 160^о.

На фиг. 1 и 3 показаны дисковые элементы 6, образующие поверхность с гладким профилем впадин.

На фиг.5 показаны дисковые элементы 6 с убывающей по направлению от патрубка 2 к патрубку 3 максимально толщиной Р.

Аппарат для тепловой обработки пищевых продуктов работает следующим образом.

Обрабатываемый жидкий или пюреобразный пищевой продукт подают в корпус 1 по патрубку 2, где он перемещается по каналу, образованному дисковыми элементами 6 и С-образными перегородками 7. При вращении дисковых элементов 6 с приводным валом 5 за счет смачивания поверхностей элементов 6 обрабатываемый продукт в виде пленки на их поверхности поступает в верхнюю часть корпуса 1. На части траектории перемещения пленки продукт подвергается воздействию инфракрасного излучения источников 8, что приводит к нагреву продукта. Выполнение дисковых элементов 6 с образованием поверхности в соответствии с уравнениями (1-3) в зависимости от формы выполнения источников 8 инфракрасного излучения обеспечивает равномерную освещенность этой поверхности и соответственно равномерный нагрев продукта в пленке, который количественно определяется удельным энерговводом источников 8 на единицу длины корпуса 1 и скоростью вращения приводного вала 5. Обработанная излучением пленка продукта возвращается в его основную массу и за счет высоких тангенциальных напряжений в зазоре между элементами 6 и С-образными перегородками 7 эффективно с ней перемешивается, обеспечивая равномерный прогрев продукта по всему объему без непосредственного контакта с теплоносителем, что полностью исключает образование зон локального перегрева продукта. По мере перемещения по корпусу 1 продукт многократно обрабатывается в пленке инфракрасным излучением источников 8 и прогревается до необходимой температуры, максимальное значение которой ограничено температурой кипения при давлении срабатывания обратного клапана 9 в патрубке 4 отвода пара, поскольку при достижении этой температуры давление насыщенных паров влаги обрабатываемого продукта становится достаточным для открытия клапана 9, и весь дополнительный энерговвод от источников 8 инфракрасного излучения будет расходоваться на выпаривание влаги при кипении продукта без увеличения его температуры. Образующийся пар будет в этом случае отводиться через патрубок 4 из корпуса 1. При значительном уваривании обрабатываемого продукта целесообразно выполнять дисковые элементы 6 с уменьшающейся от патрубка 2 к патрубку 3 максимальной толщиной, что уменьшает проходное сечение канала для прохода продукта, исключая снижение линейной скорости перемещения продукта и образование застойных зон, и снижает удельный энерговвод в продукт, позволяя осуществлять его термостатирование в процессе пастеризации или стерилизации. Обработанный продукт удаляется из корпуса 1 по патрубку 3.

Следует отметить, что форма выполнения источников 8 инфракрасного излучения по дуге, соосной валу 5 окружности, обеспечивает дифференцированный энерговвод по длине корпуса 1, что необходимо при задании режимов нагрева и термостатирования в процессах пастеризации и стерилизации, особенно термолабильных продуктов, таких как молоко и плодово-ягодные соки. Выполнение линейных источников 8, параллельных оси вала 5, обеспечивает минимальный удельный энерговвод по длине корпуса 1, что необходимо для пастеризации высокотермолабильных или высоковязких продуктов с низкой теплопроводностью или при варке термолабильных продуктов с небольшим увеличением массовой доли сухих веществ при отсутствии карамелизации продукта. Выполнение источника 8 в виде части, соосной валу 5 цилиндрической поверхности, обеспечивает максимальный удельный энерговвод и необходимо для уваривания продукта со значительным увеличением содержания сухих веществ в процессе обработки или для обеспечения карамелизации продукта.

Таким образом предлагаемый аппарат обеспечивает равномерный прогрев продукта с задаваемой скоростью и исключает образование зон его локального перегрева за счет отсутствия контакта продукта с теплоносителем или поверхность нагрева.

Формула изобретения

1. АППАРАТ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подачи и отвода продукта и патрубком отвода пара, приводный вал и закрепленные на валу дисковые элементы, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним источником инфракрасного излучения, закрепленными на внутренней поверхности корпуса, С-образными перегородками, установленными между дисковыми элементами на корпусе со стороны, противоположной источникам инфракрасного излучения, а также регулируемым обратным клапаном, установленным в патрубке отвода пара, при этом дисковые элементы выполнены с толщины, увеличивающей к оси приводного вала, и установлены с образованием ломаной поверхности.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что источники инфракрасного излучения установлены в плоскостях, перпендикулярных оси вала, и выполнены по дугам, соосным с элементами окружностей.

3. Аппарат по п. 2, отличающийся тем, что диски образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах
где x - значения по оси абсцисс, совпадающей с продольной осью вала;
y - значения по оси ординат, перпендикулярной продольной оси вала;
yʹ - производная d_y/d_x;
a - константа, определяющая условия освещенности поверхности дисковых элементов, м^-1.

4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что источники инфракрасного излучения установлены параллельно оси вала и выполнены линейными.

5. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что дисковые элементы образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах

где x, y, yʹ имеют те же значения, что и в п. 3.

6. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что источник инфракрасного излучения выполнен в виде части цилиндрической поверхности, соосной с валом.

7. Аппарат по п. 6, отличающийся тем, что дисковые элементы образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах

где b - безразмерная константа, определяющая условия освещенности поверхности дисковых элементов;
x, y, yʹ имеют те же значения, что и в пп. 2 и 5.

8. Аппарат по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, отличающийся тем, что кромки дисков выполнены заостренными.

9. Аппарат по п. 8, отличающийся тем, что дисковые элементы выполнены таким образом, что образуют поверхность с углом при вершине изломов профиля на гребнях не менее 10^o.

10. Аппарат по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, отличающийся тем, что дисковые элементы выполнены таким образом, что образуют поверхность с гладким профилем впадин.

11. Аппарат по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, отличающийся тем, что дисковые элементы выполнены таким образом, что образуют поверхность с изломом профиля во впадинах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7