Предлагаемая СВЧ-установка для пастеризации обеззараживания жидкостей относится к области СВЧ-обработки продуктов, в частности, в молочной промышленности.
Известен СВЧ-пастеризатор марки AI-ОПМ-150 (разработчик и изготовитель НПО "Мир"), который предназначен для пастеризации белкового концентрата или других жидких продуктов. Пастеризатор включает в себя приемный бак, промежуточный бак-накопитель, двухходовый клапан с электроприводом, трехходовый клапан с электроприводом, трехходовый механический кран, СВЧ-генератор, микроволновую электродинамическую систему (СВЧ-нагреватель), винтовые насосы, стойку контроля и управления, раму, гидроарматуру. Режим работы пастеризатора - ручной и полуавтоматический.
К недостаткам данного СВЧ-пастеризатора можно отнести невозможность получения высококачественных пастеризованных и обеззараженных жидких пищевых продуктов при высоком КПД СВЧ-установки и отсутствие автоматического режима работы.
Цель настоящего изобретения - значительное увеличение КПД СВЧ-установки при получении высококачественных пастеризированных и обеззараженных пищевых продуктов в автоматическом режиме работы.
Указанная цель достигается тем, что в СВЧ-установке для пастеризации и обеззараживания, содержащей СВЧ-генератор, СВЧ-нагреватель жидкости, приемный и накопительный баки, насосы, краны, клапаны, гидроарматуру, стойку контроля и управления, установлены многотрубный СВЧ-нагреватель жидкости, который обеспечивает высокий темп нагрева жидкости до 350oC в секунду, высокую плотность поля в жидкости - не менее 800 Вт/см и выдержку жидкости при температуре пастеризации, теплообменник-рекуператор, осуществляющий рекуперацию тепла пастеризованной жидкости и тепла воды, охлаждающей СВЧ-генератор, и подогрев жидкости, поступающей на пастеризацию и обеззараживание, устройство предварительного нагрева, осуществляющее предварительный нагрев жидкости до температуры на 10oC, меньшей температуры пастеризации, встроенный процессор и заслонка-регулятор, которые после включения обеспечивают автоматическую работу установки в заданных режимах, контроль работоспособности и автоматическую загрузку и разгрузку, фильтрирующее устройство, осуществляющее очистку жидкости от механических примесей.
В целом существенные признаки, отличающие заявляемую установку от прототипа, не поддаются самостоятельной квалификации, т.к. все элементы и приборы установки получают новые по сравнению с прототипом связи между собой.
На чертеже приведены состав и схема связей между основными приборами и элементами СВЧ-установки для пастеризации и обеззараживания жидкостей.
В СВЧ-установке на одной раме установлены датчики определения жидкости 1, перепускные краны 2, 4, 6, насосы 3, 8, 25, фильтрующее устройство 5, датчики температуры 7, 13, 15, 19 запорные краны 9, 26, приемный бак 10, теплообменник 11, теплообменник 12, заслонка-регулятор 14, генератор СВЧ 16, СВЧ-нагреватель 17, устройство предварительного нагрева 18, телообменники-охладители 20, 21, накопительный бак 22, стойка контроля и управления со встроенным процессором 23, 24.
СВЧ-установка работает следующим образом.
Пастеризуемая и обеззараживаемая жидкость через датчик определения типа жидкости 1 и перепускной кран 2 насосом 3 через перепускной кран 4 подается или через фильтр 5, или минуя его в приемный бак 10. Из бака 10 через запорный кран 9 насосом 8 жидкость через датчик температуры 7 поступает на теплообменник 12, где подогревается водой, охлаждающей СВЧ-генератор 16 (дополнительное охлаждение воды, охлаждающей СВЧ-генератор 16, производится в теплообменнике 12 встроенным компрессором). После этого жидкость поступает на теплообменник 11, где подогревается жидкостью, прошедшей пастеризацию в СВЧ-нагревателе. С теплообменника 12 жидкость через датчик температуры 15 поступает на устройство предварительного подогрева 18, где подогревается до температуры, меньшей на 10oC, чем температура пастеризации. С устройства предварительного нагрева 18 через датчик температуры 19 жидкость подается на СВЧ-нагреватель 17, который подключен к СВЧ-генератору 16, и нагревается до температуры пастеризации. С выхода СВЧ-нагревателя через датчик температуры 13, заслонку-регулятор 14, теплообменник 11 и перепускной кран пастеризованная жидкость поступает или обратно в приемный бак 10, или через теплообменники 20, 21 в накопительный бак 22. Из бака 22 пастеризованная жидкость насосом 25 через запорный кран сливается в транспортную тару, в теплообменнике 20 происходит предварительное охлаждение пастеризованной жидкости до температуры +12oC артезианской водой и в теплообменнике 21 происходит охлаждение пастеризованной жидкости ледяной водой до +4oC. В СВЧ-установке краны, моторы, заслонка-регулятор, генератор СВЧ, датчики температуры, датчики уровня на баках и устройства предварительного нагрева через процессор связаны с пультом управления и контроля. После включения установки и задания характеристик пастеризации установка автоматически через процессор поддерживает заданный режим пастеризации и осуществляет автоматический контроль работоспособности установки. При запуске установки в начале пастеризации до достижения заданной температуры пастеризации жидкость, прошедшая через СВЧ-нагреватель 17 и теплообменник 11, перепускным краном 6 возвращается в приемный бак 10. При достижении в жидкости температуры пастеризации перепускной кран 6 переключает жидкость на накопительный бак 22. Для рекупирации тепла воды, охлаждающей СВЧ-генератор, установлен теплообменник 12, а рекупирацию тепла пастеризованной жидкости осуществляет теплообменник 11. Регулировка потока пастеризуемой жидкости осуществляется заслонкой-регулятором 14. В СВЧ-установке благодаря автоматике обеспечивается постоянная температура с отклонениями не более ±1oC.
Подогретая рекупирированным теплом жидкость в теплообменниках 11 и 12 нагревается устройством предварительного нагрева 18 до температуры на 10oC ниже температуры пастеризации и поступает в СВЧ-нагреватель, обеспечивающий темп нагрева до 350oC в секунду и плотность СВЧ-поля в жидкости не менее 800 Вт/см. При таком темпе нагрева и плотности СВЧ-поля в жидкости в СВЧ-нагревателе 17 СВЧ-установка устойчиво работает только при полной автоматизации режима пастеризации.
В СВЧ-генераторе 16 установки СВЧ под воздействием высокого уровня напряженности СВЧ-поля (больших уровней токов смещения) и высокого темпа нагрева жидкости происходит разложение на простые вещества вредных неорганических примесей (микробных токсинов, пестицидов и т.д.). В установке СВЧ на микроорганизмы действуют три фактора: мгновенный нагрев с созданием мнимого источника тепло внутри бактерии, высокий градиент температуры и высокая плотность СВЧ-энергии. За счет объемного нагрева градиент температуры (скорость нагрева) достигает 350oC в секунду (в традиционных пастеризаторах 1-5oC в секунду). Такой градиент губительно действует на болезнетворные микроорганизмы без снижения пищевой ценности продукта.
Эффективность пастеризации повышается за счет специальной конструкции СВЧ-нагревателя, в активной зоне которого обеспечивается плотность СВЧ-энергии не мене 800 Вт/см, благодаря этому происходит электрический пробой клеточных мембран у микроорганизмов. При удельной поглощаемости мощности более 680 Вт/см обычно погибает 100% микроорганизмов. Полная пастеризация продукта в СВЧ-установке происходит за 1,5 - 2,5 с. Как показали производственные испытания СВЧ-установки при темпе нагрева 100-350oC в секунду и удельной плотности СВЧ-поля 700-900 Вт/см, гарантированная пастеризация наступает при температуре пастеризации +65oC. При этом происходит полная (100%) инактивация микроорганизмов и разрушение микробных токсинов, пестицидов и других вредных неорганических примесей, в установке СВЧ-ионы тяжелых металлов нейтрализуются и превращаются в биологически неактивные и нетоксичные формы, характерные для естественного существования в природе. СВЧ-установка исправляет и запаховые пороки молока и других жидких продуктов, в пастеризованном молоке исчезает запах силоса, навоза и т.д. Благодаря кратковременному нагреву в СВЧ-нагревателе (около 0,08с) в пастеризованном СВЧ-установкой молоке максимально сохраняются нативные свойства молока. Молоко, прошедшее обработку в СВЧ-установке, является идеальным сырьем для выработки детского питания и высококачественных сыров.
По сравнению с прототипом предлагаемая СВЧ-установка обладает улучшенными техническими и экономическими показателями:
значительно большим темпом нагрева обрабатываемой жидкости и плотностью поля СВЧ в обрабатываемой жидкости, что определяет новый уровень технологической обработки жидких продуктов;
полной автоматизацией процесса пастеризации;
значительно более высоким КПД, то есть значительным снижением энергопотребления;
снижением эксплуатационных расходов. | |
Формула изобретения: | СВЧ-установка для пастеризации и обеззараживания жидкости, содержащая СВЧ-генератор, СВЧ-нагреватель жидкости, приемный и наполнительный баки, насосы, краны, клапаны, гидроарматуру, стойку контроля и управления, отличающаяся тем, что она снабжена теплообменником-рекуператором, устройством предварительного нагрева жидкости, встроенным процессором, заслонкой-регулятором и фильтрующим устройством, при этом СВЧ-нагреватель выполнен многотрубчатым, теплообменник-рекуператор предназначен для рекуперации тепла пастеризованной жидкости и тепла воды, охлаждающей СВЧ-генератор, и подогрева жидкости, поступающей на пастеризацию, фильтрующее устройство предназначено для очистки жидкости от механических примесей, а встроенный процессор совместно с заслонкой-регулятором обеспечивает автоматическую работу установки в заданных режимах, поддерживая в СВЧ-нагревателе градиент температуры жидкости до 350oС в секунду, плотность СВЧ-поля в жидкости не менее 800 Вт/см и обеспечивая выдержку жидкости при температуре пастеризации, а в устройстве предварительного нагрева нагрев жидкости до температуры на 10oС меньше температуры пастеризации, а также осуществляет контроль работоспособности и автоматической загрузки и разгрузки. |