Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7265
(13) U
(46) 2011.04.30
(51) МПК
B 01J 19/10 (2006.1)
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАВИТАЦИОННОЙ ПАСТЕРИЗАЦИИ МОЛОКА
(21) Номер заявки: u 20100832
(22) 2010.10.06
(71) Заявитель: Общество с ограниченной
ответственностью "ЛАРК КАМ"
(BY)
(72) Авторы: Богданович Павел Петрович;
Жерносек Юрий Иванович; Макаре-
вич Владимир Александрович; Мар-
тыненко Олег Григорьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Общество с огра-
ниченной ответственностью "ЛАРК
КАМ" (BY)
(57)
1. Устройство для кавитационной пастеризации молока, содержащее корпус с вход-
ным и выходным каналами для подачи и отвода жидкого продукта соответственно, в ко-
тором соосно установлены неподвижный статор и вращающийся ротор, снабженные
лопатками с радиальными ячейками и смонтированные друг относительно друга с воз-
можностью образования рабочей камеры, отличающееся тем, что лопатки ротора выполне-
ны цилиндрической формы, размещены на лицевой поверхности в два ряда на концентри-
чески расположенных окружностях с радиальными ячейками в виде пазов в форме
цилиндрических отверстий в торцах стенок лопаток, причем отверстия в каждом ряду ло-
паток 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; ло-
патки статора выполнены цилиндрической формы, размещены на лицевой поверхности
Фиг. 2
BY7265U2011.04.30

2. BY 7265 U 2011.04.30
2
в три ряда на концентрически расположенных окружностях, причем на внешнем и внут-
реннем рядах радиальные ячейки выполнены в виде пазов в форме цилиндрических от-
верстий 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 мелко-
масшабной пульсации с удельной энергией 2-10 Вт/л и частотой до 72 кГц при давлении
в потоке жидкого продукта p = 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 nр = 14 при отно-
шении диаметров концентрических окружностей, равном не менее 1,28.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение диаметров отверстий внеш-
ней к диаметру отверстий на внутренней цилиндрических окружностей лопаток статора
составляет не менее 1,25 при числе отверстий не менее nс = 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 струк-
тур из двух встречно направленных спиралевидных каналов рабочей камеры ротора изо-
гнуты в форме спирали с шагом 2-10 мм.
(56)
1. RU 2086115, 1997.08.10.
2. DE 3417242 А1, 1985.11.14.
3. RU 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. - C. 697-702.
5. RU 12381061 C2, 2010.02.10 (прототип).
6. Онлайн Энциклопедия Кругосвет. http://www.krugosvet.ru/, 2010.
Полезная модель относится к пищевой промышленности и предназначена для обра-
ботки молочных продуктов и молока, например, на фермах, в полевых и заводских усло-
виях.
Известен центробежный гомогенизатор для механической обработки жидких пищевых
продуктов, молока, соков, паст [1]. Гомогенизатор содержит корпус с входным и выход-
ным 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 движе-
ния 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 перед-
ней 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 по-
ворота, который размещен на корпусе и образует средство для изменения направления
движения продукта.

3. BY 7265 U 2011.04.30
3
Недостатками гомогенизатора являются низкая производительность и степень гомоге-
низации 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 рото-
ром. Емкость размещена в нижней части аппарата, в ней установлено одно кольцо несу-
щего 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 мате-
риалов. Всасывающее (разгрузочное) отверстие выполнено таким образом, что оно соеди-
нено 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 из-
за 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 ради-
альными лопастями на ее стенках и приводной вал с установленным на нем диском со
сквозными отверстиями. Установка содержит также бак-накопитель, змеевиковый холо-
дильник, систему трубопроводов, насос, запорную и контролирующую арматуру. В уста-
новке 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 ак-
тивным 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 ак-
тивное колесо установлено в корпусе с образованием второй камеры между корпусом и
тыльной стороной активного колеса, соединенной с рабочей зоной через отверстия в ак-
тивном 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 кави-
тационные процессы возбуждаются в дополнительных камерах, которые отделены от ос-
новной рабочей зоны, что и снижает эффективность процесса обработки продукта.
Задачей полезной модели является снижение потерь энергии на возбуждение кавита-
ции, повышение качества обрабатываемого продукта.
Техническим результатом является повышение степени гомогенизации молочных
продуктов, обеспечение низкотемпературной пастеризации молока и получение безопас-
ных в санитарно-гигиеническом отношении молочных продуктов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для кавитационной пастери-
зации молока, содержащем корпус с входным и выходным каналами для подачи и отвода

4. BY 7265 U 2011.04.30
4
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 полез-
ной 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, при-
чем 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 спирале-
видных 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 внут-
ренний ряд лопаток содержит пазы прямоугольной формы, а отверстия в каждом ряду ло-
паток 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 p = 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 от-
верстий составляет не менее nр = 14 при отношении диаметров концентрических окруж-
ностей, равном не менее 1,28.
Отношение диаметров отверстий внешней к диаметру отверстий на внутренней ци-
линдрических окружностей лопаток статора составляет не менее 1,25 при числе отверстий
не менее nс = 12, при этом внутренний ряд лопаток содержит отверстия в виде пазов пря-
моугольной формы шириной не менее 2 мм при числе отверстий не менее 12.
Криволинейные лопатки в виде структур из двух встречно направленных спиралевид-
ных 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 уста-
новленные неподвижный статор 5 и вращающийся ротор 6 на валу 23, снабженные лопат-
ками 7, 8 и смонтированные друг относительно друга с возможностью образования
рабочей камеры 9. Лопатки 7 цилиндрической формы ротора 6 размещены на лицевой по-
верхности 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 криволиней-
ные лопатки 15 с возможностью образования структуры из двух встречно направленных
спиралевидных каналов 16 в рабочей камере 9. Лопатки 8 статора 5 выполнены цилин-
дрической формы и размещены на лицевой поверхности 17 в три ряда на концентрически
расположенных окружностях 18. На внешнем и внутреннем рядах радиальные ячейки вы-
полнены 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 фор-
мы. 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 отвер-
стий 19, 22 лопаток 8 статора 5 и их взаимное расположение выбраны с возможностью со-
здания локального давления p в режиме мелкомасшабной пульсации в потоке жидкого

5. BY 7265 U 2011.04.30
5
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 концен-
трических окружностей 12 составляет не менее 1,14 при числе отверстий не менее nр = 14
и отношении диаметров концентрических окружностей 12, равном не менее 1,28. Криво-
линейные лопатки 15 в виде структур из двух встречно направленных спиралевидных ка-
налов 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 nс = 12, при этом внутренний ряд 21 лопаток 8 содержит отвер-
стия 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, снабжен-
ной гидравлической системой (на фигурах не показаны) для обеспечения циркуляции мо-
лока 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) гидравли-
ческой системы и одновременно приводят во вращение вал 23 с ротором 6 внешним при-
водом, 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 отвер-
стия 19, 22 лопаток 8 статора 5. При вращении ротора 6 происходит периодическое от-
крытие 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 обо-
ротов ротора в интервале 3000-6000 мин-1
, в результате чего в потоке жидкого продукта
генерируются гидравлические удары в режиме мелкомасшабной пульсации. При выбран-
ных 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 v = 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 p = 85-100 атм при скорости вращения ротора 3000-6000 мин-1
и, соответствен-
но, эффективный режим кавитации в потоке жидкого продукта. В зависимости от значе-
ний 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 σ, которое
вычисляется по формуле [6]:
σ=(p–pv)/(0,5pv2
),
где p - давление в потоке жидкого продукта,
pv - давление насыщенного пара жидкого продукта,
p - плотность исходного жидкого продукта,
v - скорость жидкого продукта.
В таблице приведены данные по бактериальной обсемененности образцов молочных
продуктов, обработанных предлагаемым устройством, которое прошло испытания на ряде
предприятий Беларуси.

6. BY 7265 U 2011.04.30
6
Предприятие-производитель
молочных продуктов
Вид молочных продуктов
Молоко питьевое,
3,2 % жирности
Молоко
сгущенное
До обра-
ботки,
КОЕ/см3
После об-
работки,
КОЕ/см3
До обра-
ботки,
КОЕ/см3
После об-
работки,
КОЕ/см3
ОАО
"Осипович-
ский молоч-
ный завод"
*Режим кавитации
- - 200 19
деления
шкалы
число обортов
ротора, мин-1
4,0 6000
ОАО
"Полоцкий
молочный
завод"
Режим кавитации
- - 15 6
деления
шкалы
число обортов
ротора, мин-1
3,5 5000
ОАО
"Борисов-
ский молоч-
ный завод"
Режим кавитации
- -
деления
шкалы
число обортов
ротора, мин-1
2,4 3000 14,5 10,5
2,8 4000 32 14
3,5 5000 20 10
4,0 6000 48 38
Температура
пастеризации, Т, °С
92±2
* Примечание: режим кавитации по делениям шкалы связан с числом кавитации σ.
Новое кавитационное устройство позволяет эффективно снизить бактериологическую
обсемененность молочных продуктов, повысить их степень гомогенизации и санитарно-
гигиеническую безопасность и обеспечить низкотемпературные (не выше 92 °С) условия
пастеризации молока.
Фиг. 1

7. BY 7265 U 2011.04.30
7
Фиг. 3 Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.