Аппарат для тепловой обработки жидкого пищевого продукта

1 Область техники изобретения Настоящее изобретение относится к аппарату для тепловой обработки жидкого пищевого продукта, включающему автоклав с коническим днищем, имеющий подвод для подачи продукта,расположенный в его верхней зоне и выполненный с возможностью разделения подаваемого в автоклав продукта на мелкие капли, отвод для вывода продукта, расположенный в нижней зоне автоклава, а также подвод для подачи пара. Предпосылки создания изобретения Тепловая обработка пищевых продуктов для увеличения срока их годности при хранении является хорошо известным и часто используемым способом обработки. В числе таких пищевых продуктов могут быть, например, различные молочные продукты, например, молоко,сливки или йогурт. Тепловую обработку можно производить множеством различных способов напрямую или опосредованно. Опосредованные способы - это, например, нагревание с использованием различных типов теплообменников. Существует две основные группы способов прямой обработки: путем инжекции или путем ввода пара. Путем использования прямого способа достигают чрезвычайно быстрого нагрева,к чему и стремятся сегодня, так как для улучшения вкусовых качеств, например, молока,обработка его во многих случаях сводится к нагреву продукта до повышенных температур в течение короткого интервала времени. Настоящее изобретение относится к аппарату, в котором используют нагрев путем ввода пара. Процесс заключается в том, что разделенную на мелкие капли жидкость нагревают в паровой камере. Принцип нагревания жидкости,например, жидкого пищевого продукта, путем инжекции жидкости в камеру, заполненную паром, известен с конца девятнадцатого столетия. В принципе, аппарат для тепловой обработки жидкого пищевого продукта представляет собой автоклав с коническим днищем. В верхней зоне автоклава находится подвод для подачи продукта, предназначенного для тепловой обработки, и имеется также приспособление для разделения продукта на мелкие капли, которые затем падают в автоклаве. На днище автоклава капли собираются и образуют жидкость, которую окончательно выводят из автоклава через отвод в этой нижней зоне. В автоклаве также имеется подвод для подачи пара, который может быть расположен в его верхней зоне или, в альтернативном варианте исполнения, в нижней зоне. Несмотря на место расположения подвода для подачи пара, назначением горячего пара является нагревание капель продукта на пути их падения в автоклаве. Все современные способы тепловой обработки пищевых продуктов имеют своей целью, с одной стороны, нагрев продукта до определенной предварительно выбранной температуры, и,с другой стороны, выдержку продукта при этой 2 температуре в течение заданного предварительно выбранного промежутка времени. При нагреве продукта в аппарате обычно используют буферный отсек или патрубок, т.е. участок трубы, напрямую соединенный с выпуском для вывода продукта из автоклава. Когда продукт выводят из автоклава, он находится при температуре, близкой к точке кипения, и в результате происходит падение давления, которое, как следствие, вызывает закипание продукта. Это закипание может привести к повышению пенообразования, что вызывает уменьшение объема и приводит к снижению возможности контроля над тем, как выдерживать продукт при заданной температуре в течение заданного интервала времени. Чтобы предотвратить закипание продукта перед достижением буферного отсека или патрубка, авторитетные специалисты в некоторых странах высказывают требования, заключающиеся в том, чтобы между автоклавом и буферным отсеком был помещен так называемый лопастный роторный насос с целью создания повышенного давления продукта и, таким образом, с целью предотвращения закипания. Для этого необходим относительно дорогой насос, например, лопастный роторный насос, так как продукт находится при температуре приблизительно 140-150 С. Аккумулирование жидкости (нагретого продукта), собирающейся в зоне конического днища автоклава, приводит к большой неточности при расчете времени выдержки продукта,так как из-за относительно большого объема продукта становится невозможным определить,как долго продукт находится здесь, и что все части продукта были обработаны в течение одного и того же интервала времени. Цели изобретения Одной целью настоящего изобретения является создание буферного отсека в аппарате для тепловой обработки жидкого пищевого продукта, который обеспечивает возможность надежно и контролируемым образом устанавливать время выдержки для продукта. Благодаря тому, что буферный отсек представляет собой часть аппарата, необходимость в дополнительном буферном отсека исключается, а также исключается необходимость в каком-либо насосе,расположенном между аппаратом и буферным отсеком. Другой целью настоящего изобретения является создание буферного отсека, который можно простым способом настраивать для обеспечения различных интервалов времени выдержки, путем регулирования объема буферного отсека. Решение Эти и другие цели достигаются в соответствии с настоящим изобретением тем, что аппарату того типа, который описан во введении,приданы отличительные особенности, заключающиеся в том, что коническое днище авто 3 клава в большей части заполнено телом конической формы, а остальное пространство в нижней зоне автоклава представляет собой буферный отсек. Предпочтительным вариантам исполнения настоящего изобретения приданы отличительные особенности, которые описаны в зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения. Краткое описание чертежей Один предпочтительный вариант исполнения аппарата согласно настоящему изобретению описан более подробно ниже с конкретными ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено: на фиг. 1 - вид сбоку, частично в разрезе,известного аппарата для тепловой обработки жидкого пищевого продукта, используемого в настоящее время; на фиг. 2 - вид сбоку, частично в разрезе,аппарата согласно настоящему изобретению; на фиг. 3 - вид сбоку, частично в разрезе,первого варианта исполнения нижней зоны аппарата согласно изобретению; на фиг. 4 - вид сбоку, частично в разрезе,аппарата со вторым вариантом исполнения нижней зоны; на фиг. 5 - технологическая схема линии для тепловой обработки путем ввода тепла. На прилагаемых чертежах показаны только те части и детали, которые играют существенную роль для понимания настоящего изобретения. Описание предпочтительного варианта исполнения изобретения На фиг. 1 показан аппарат 1 для тепловой обработки жидкого пищевого продукта, используемый в настоящее время и раскрытый в патенте Швеции 513414. Аппарат 1 содержит автоклав 2 с коническим днищем 3. В верхней зоне автоклава 2 расположен подвод 4 для подачи продукта, подлежащего тепловой обработке. Продукт может представлять собой любой жидкий молочный продукт, например, молоко,сливки или йогурт. С подводом 4 для подачи продукта связано приспособление 5 для разделения подаваемого продукта на мелкие капли 6. Приспособление для разделения продукта на мелкие капли может, например, состоять из распределительной камеры 7, которая в своей нижней стенке 8 содержит большое количество отверстий или щелей. Мелкие капли 6 продукта свободно падают в автоклаве 2 и снова собираются в зоне конического днища 3 автоклава 2. Там, где продукт снова собирается, образуется относительно большой объем жидкости 9 перед тем, как продукт выводят из автоклава 2 через отвод 10. После этого продукт пропускают через буферный отсек или патрубок определенной формы (на чертеже не показаны). Была предпринята попытка поддерживать аккумуляцию жидкости в обычных аппаратах 1 на относительно постоян 002463 4 ном уровне. Аккумуляция жидкости не должна стать слишком малой, так как это может привести к тому, что нагретый продукт может разбрызгиваться на внутренних стенках автоклава 2, что может привести к подгоранию продукта на стенках. Аппарат 1, кроме того, содержит подвод 11 для подачи пара. На фиг. 1 подвод для подачи пара расположен в нижней зоне автоклава 2 и так, чтобы пар распространялся в автоклаве 2 через концентрическую распределительную камеру 12 и через концентрическую подводящую щель 13. В альтернативном варианте исполнения подвод 11 для подачи пара может быть размещен в верхней зоне автоклава 2 в сочетании с подводом 4 для подачи продукта. Горячий пар распространяется в автоклаве 2, где падающие капли 6 продукта встречаются с паром и быстро нагреваются до требуемой температуры. Тепловая обработка, кроме того,имеет особенность, заключающуюся в том, что продукт следует выдерживать при этой температуре в течение заданного интервала времени. Так как невозможно было подсчитать время выдержки в большом объеме 9 жидкости, время выдержки вместо этого реализовывали путем пропуска продукта через буферный патрубок или буферный отсек (на чертеже не показаны),расположенный после аппарата 1. Обычный аппарат 1 для тепловой обработки жидкого продукта также включает отвод 14 какой-либо формы для неконденсирующихся газов, которые высвобождаются в связи с нагреванием продукта. Аппарат 1 также снабжен рядом манометров и термометров для контролирования процесса тепловой обработки. С целью исключения неконтролируемой аккумуляции большого количества жидкости 9,что всегда происходит в обычных аппаратах 1,аппарат 1 согласно настоящему изобретению снабжен телом 15 (фиг. 2) конической формы. Тело 15 должно быть как можно более гладким и предпочтительно полым по объему для снижения до минимума его веса. Тело 15 выполнено так, что оно заполняет большую часть пространства, которое представляет собой коническое днище 3 автоклава 2. Остальное пространство 16 в нижней зоне 3 автоклава 2 представляет собой буферный отсек. Путем исключения большого "мертвого" объема, в котором собирается жидкость 9 в обычном аппарате, можно с помощью введенного в автоклав буферного отсека согласно настоящему изобретению достигать чрезвычайно коротких промежутков времени выдержки продукта. В настоящее время часто стремятся для улучшения вкусовых качеств продукта обрабатывать продукт при высокой температуре, приблизительно 150 С, в течение очень короткого интервала времени, порядка 1-1,5 с. У верхнего края конуса тела 15 расположены, по крайней мере, три направляющие ко 5 роткие оси 17, равномерно распределенные по периферии. С помощью направляющих коротких осей 17, которые доходят до стенки автоклава 2, предотвращают перекос конуса 15. Уголконуса тела 15 может быть таким же, как и уголконуса днища 3, как показано на фиг. 2. В альтернативном варианте исполнения уголконуса тела 15 может быть больше углаконуса днища 3 автоклава 2, как показано на фиг. 3 и 4. Объем, который образуется в пространстве 16, может быть математически вычислен, и путем изменения углаконуса тела 15 можно подобрать требуемую величину потока через пространство 16, благодаря чему можно вычислить точное время выдержки продукта, который проходит через пространство 16. Путем выбора размеров углаконуса тела 15 так, чтобы он был больше, чем уголконуса днища 3, можно получить постоянный расход жидкости через пространство 16. Объем буферного отсека также должен быть вычислен, и некоторый небольшой объем должен также существовать над конусом тела 15. Это необходимо для того, чтобы горячий продукт не подгорал быстро, когда капли 6 продукта попадают на верхнюю сторону 18 конуса тела 15. Таким образом, продукт будет иметь минимальный уровень 19 жидкости, приблизительно составляющий 5-10 мм, над верхней стороной 18 конуса тела 15. Предусмотрен также максимальный уровень 20 жидкости. Путем оснащения верхней стороны 18 конуса тела 15 небольшим бортиком 21 высотой приблизительно 5-10 мм над верхней стороной 18 конуса тела 15 всегда можно поддерживать уровень поверхности жидкости на высоте 5-10 мм над верхней стороной 18 конуса тела 15. Кроме того, как показано на фиг. 3 и 4, верхней стороне 18 конуса тела 15 придана форма конуса с небольшим углом уклона от центра к краям 21 для лучшего стекания продукта. Время выдержки, т.е. интервал времени, в течение которого продукт выдерживают при определенной температуре, зависит от объема, в котором выдерживают продукт в аппарате. Объем выдерживаемого продукта можно регулировать двумя способами или путем комбинирования двух альтернативных способов. Это, с одной стороны, можно делать путем регулирования уровня жидкости, который контролируют путем измерения перепада давления. Измерение перепада давления производят с помощью измерительного блока 22, в который поступают сигналы значений измерений от двух манометров 23, 24. Один манометр 23 расположен непосредственно над максимальным уровнем 20 жидкости, а другой манометр 24 расположен в отводе 10 продукта. Путем вычисления нормированного значения для перепада давления для каждого значения времени выдержки можно, 002463 6 таким образом, бесступенчато регулировать время выдержки. Чем больше перепад давления,тем больше объем. Объем регулируют в пределах, определяемых минимальным интервалом времени, когда поверхность жидкости продукта расположена на минимальном уровне 19, и максимальным интервалом времени, когда поверхность жидкости продукта расположена на максимальном уровне 20. Уровень жидкости регулируют с помощью выпускного клапана 30,расположенного в отводе 10 продукта. В альтернативном варианте исполнения объем выдерживаемого продукта можно регулировать так, чтобы уровень 19, 20 жидкости сохранялся постоянным, но чтобы тело 15 поднимали или опускали в нижней зоне днища 3. Это регулирование может быть выполнено, например, как показано на фиг. 3, с помощью переключателя 25, которым, посредством шпинделя 26, поднимают или опускают тело 15 целиком. С помощью направляющих коротких осей 17 постоянно обеспечивают, чтобы тело 15 сохраняло правильное положение и не наклонялось. Используя конусы с различным угломконического днища 3, как показано на фиг. 3 и 4, можно в некоторой степени изменять объем,который занимает буферный отсек. Комбинируя два альтернативных способа и позволяя уровням 19, 20 жидкости колебаться при контролировании перепада давления и в то же время поднимая или опуская тело 15 с помощью переключателя 25, можно достигать большего масштаба регулирования, чем можно это обеспечить с помощью каждого из альтернативных способов отдельно. Как показано на фиг. 2, коническая зона днища 3 автоклава 2 может быть выполнена с двойной стенкой 27. Путем подачи охладителя через подвод 28, который может быть выпущен через отвод 29, можно минимизировать отложение скоагулировавшего продукта без скольконибудь заметного понижения температуры потока продукта, выпускаемого из буферного отсека. Как только продукт был подвергнут достаточной тепловой обработке, т.е. нагрет до определенной предварительно заданной температуры и выдержан при этой температуре в течение заданного интервала времени, продукт должен быть охлажден как можно быстрее. Простой способ быстрого охлаждения продукта показан на фиг. 2. Пропустив продукт через отвод 10 и выпускной клапан 30, его вводят в охладительрасширитель 31. Зная, что объем, занимаемый продуктом, быстро увеличивается, понятно, что его давление падает и температура снижается. После этого продукт направляют прямо в вакуум-выпариватель 32. На фиг. 5 показано, как аппарат 1 встроен в качестве компонента в поточную линию для тепловой обработки жидкого пищевого продукта путем ввода тепла. Поступающий продукт 33 7 подают на линию через компенсаторный резервуар 34 и насос 35. В средстве 36 для тепловой обработки, обычно пластинчатом теплообменнике, продукт предварительно нагревают до требуемой температуры, обычно до 75-82 С, но можно также нагревать до температуры 120 С. Нагретый таким образом продукт направляют по трубопроводу в аппарат 1 и здесь подвергают тепловой обработке в соответствии с описанным способом. Обработанный продукт из аппарата 1 направляют в вакуум-выпариватель 32, где добавленную воду, которую получает продукт в результате нагревания путем введения пара, вновь удаляют. Насосом 37 и, возможно, гомогенизатором 38 продукт направляют далее в охладитель 39, например, пластинчатый теплообменник, где он охлаждается до требуемой температуры. Продукт затем выводят из линии по трубопроводу 40 для дальнейшей обработки или упаковки готовой продукции в тару для потребителя. Из приведенного выше описания очевидно, что настоящим изобретением создано устройство в аппарате, которое представляет собой регулируемый буферный отсек, встроенный в аппарат. Объем выдерживаемого продукта можно регулировать и ликвидировать неконтролируемый объем жидкости, который формируется в нижней зоне обычного аппарата. В результате использования настоящего изобретения можно проще вычислять точное время выдержки продукта и, таким образом, сократить тепловой шок, которому подвергают продукт,что повышает вкусовые качества продукта. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аппарат (1) для тепловой обработки жидкого пищевого продукта, включающий автоклав (2) с коническим днищем (3), содержащий подвод (4) для продукта, расположенный в его верхней зоне и выполненный с возможностью разделения подаваемого в автоклав (2) продукта на мелкие капли (6), отвод (10) для отвода продукта, расположенный в нижней зоне автоклава, и подвод (11) для подачи пара, отличающийся тем, что коническое днище (3) автоклава (2) заполнено в большей части телом (15) конической формы, а остальное пространство(16) в днище (3) автоклава (2) представляет собой буферный отсек. 8 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что объем выдерживаемого продукта состоит из продукта, который выдерживают в пространстве(16) вплоть до уровня (19, 20) жидкости над верхней стороной (18) тела (15). 3. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что объем выдерживаемого продукта приспособлен для регулирования так, чтобы указанный уровень (19, 20) жидкости изменялся в пределах между минимальным уровнем (19) и максимальным уровнем (20). 4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что указанный уровень (19, 20) жидкости регулируют с помощью выпускного клапана (30), расположенного в отводе (10) продукта и управляемого по перепаду давления между давлением,измеряемым манометром (24), расположенным в отводе (10) продукта, и давлением, измеряемым манометром (23), расположенным выше максимального уровня (20). 5. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что объем для выдерживаемого продукта приспособлен для регулирования путем перемещения вверх и вниз конического тела (15) относительно конического днища (3) автоклава (2) с помощью переключателя (25). 6. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что объем для выдерживаемого продукта приспособлен для регулирования так, чтобы указанный уровень (19, 20) жидкости изменялся в пределах между минимальным уровнем (19) и максимальным уровнем (20) и в то же самое время коническое тело (15) перемещалось вверх или вниз относительно конического днища (3) автоклава (2) с помощью переключателя (25). 7. Аппарат по одному из пп.2-6, отличающийся тем, что верхняя сторона (18) конического тела (15) наклонена под углом от центра к ее периферии. 8. Аппарат по любому из пп.2-6, отличающийся тем, что верхняя сторона (18) конического тела (15) оснащена бортиком (21) по его периферии. 9. Аппарат по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что коническое тело (15) выполнено с возможностью сохранения его положения относительно конического днища (3) с помощью направляющих коротких осей (17). 10. Аппарат по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что коническое тело (15) имеет конический угол , больше конического углаконического днища (3).