Молоко и молочные продукты пастеризуют в специальных емкостях, трубчатых пастеризационных установках, а также в пластинчатых пастеризационно–охладительных установках.
К первым относят ванны длительной пастеризации и универсальные ванны.
Трубчатая пастеризационная установка (рис. 5.24) состоит из двух центробежных насосов, трубчатого аппарата, возвратного клапана, конденсатоотводчиков и пульта управления с приборами контроля и регулирования технологического процесса.
Рис. 5.24. Трубчатая пастеризационная установка: 1 – центробежные насосы
для молока; 2 – конденсатоотводчики; 3, 4 – патрубки для отвода конденсата;
5, 6, 7, 8 – молокопроводы; 9 – возвратный клапан; 10 – регулирующий клапан
подачи пара; 11 – предохранительные клапаны; 12 – паропровод; 13 –манометры
для пара; 14 – патрубок для выхода пастеризованного молока; 15 – манометр
для молока; 16 – пульт управления; 17 – верхний барабан; 18 – нижний барабан;
19 – рама
Основной элемент установки – двухцилиндровый теплообменный аппарат, состоящий из верхнего и нижнего цилиндров, соединенных между собой трубопроводами. В торцы цилиндров вварены трубные решетки, в которых развальцовано по 24 трубы диаметром 30 мм. Трубные решетки из нержавеющей стали имеют выфрезерованные короткие каналы, соединяющие последовательно концы труб, образуя, таким образом, непрерывный змеевик общей длиной около 30 м. Торцевые цилиндры закрывают крышками с резиновыми уплотнениями для обеспечения герметичности аппарата и изолирования коротких каналов друг от друга.
Пар подается в межтрубное пространство каждого цилиндра. Отработавший пар в виде конденсата выводится с помощью термодинамических конденсатоотводчиков.
Нагреваемое молоко движется во внутритрубном пространстве, проходя последовательно нижний и верхний цилиндр. На входе пара установлен регулирующий клапан подачи пара, а на выходе молока из аппарата – возвратный клапан, с помощью которого недопастеризованное молоко автоматически направляется на повторную пастеризацию. Возвратный клапан связан через регулятор температуры с термодатчиком, расположенным также на выходе молока из аппарата. Установка снабжена манометрами для контроля за давлением пара и молока.
Обрабатываемый продукт из накопительной емкости с помощью первого центробежного насоса подается в нижний цилиндр теплообменного аппарата, где нагревается паром до температуры 50...60 °С и переходит в верхний цилиндр. Здесь он пастеризуется при 80...90 °С.
Второй насос предназначен для подачи молока из первого цилиндра во второй. Следует отметить, что в трубчатых пастеризационных установках скорость движения различных продуктов неодинакова. В установке для пастеризации сливок скорость их перемещения в трубах теплообменного аппарата 1,2 м/с. В процессе теплообмена сливки поступают в цилиндры пастеризатора с помощью одного центробежного насоса. Скорость перемещения молока в результате применения двух насосов выше и составляет 2,4 м/с.
Преимуществами трубчатых пастеризационных установок по сравнению с пластинчатыми являются значительно меньшие количество и размеры уплотнительных прокладок, а недостатками – большие габариты и высокая металлоемкость; кроме того, при чистке и мойке этих установок требуется свободное пространство со стороны торцов цилиндров теплообменного аппарата.
Трубчатые установки эффективны в том случае, если последующий процесс обработки молока проводят при температуре, незначительно отличающейся от температуры пастеризации.
Пастеризационно-охладительные установки применяют для тепловой обработки молока, сливок и смеси мороженого. Конструкция каждой из таких установок имеет свои особенности, которые отражены при описании оборудования для производства различных молочных продуктов (рис. 5.25).
Пастеризационно-охладительные установки работают в режиме кратковременной пастеризации при 75…76 °С с выдержкой нагретого молока около 20 с в поточном трубчатом выдерживателе.
Сырое молоко поступает из танка в уравнительный бак, где поплавковым регулятором поддерживается его постоянный уровень. Насос подает молоко через стабилизатор потока в секцию пластинчатого аппарата, по которому молоко, подогретое до 60…62 °С, выходит в один из центробежных очистителей. Очистка молока перед пастеризацией повышает эффективность работы пастеризатора и является одним из условий надежной пастеризации. Она предохраняет пластины пастеризационной секции от преждевременного образования пригара, понижающего теплопередачу и производительность аппарата.
Рис. 5.25. Схема установки ОПФ-1: 1 – пластинчатый аппарат;
2 – сепаратор-молокоочиститель; 3 – центробежный насос; 4 – уравнительный бак; 5 – перепускной клапан; 6 – выдерживатель; 7 – насос горячей воды;
8 – бойлер; 9 – инжектор; 10 – пульт управления; I – секция первой регенерации;
II – секция второй регенерации; III – секция пастеризации; IV – секция водяного
охлаждения;V – рассольного охлаждения.
Полугерметические очистители обладают обеспенивающим действием. Они задерживают и разрушают пену молока, поэтому она не попадает в секцию пастеризации. Пена способствует образованию пригара и затрудняет прогревание всех частиц молока до температуры пастеризации. Очиститель имеет напорный диск, играющий роль центробежного насоса. Под его действием молоко проходит через секцию пастеризации, в которой нагревается до 74…76 °С горячей водой, поступающей из бойлера. Охлаждение пастеризованного молока происходит в регенеративной, водяной и рассольной секциях.
В пастеризационно-охладительной установке УОМ-ИК-1, кроме секций выдерживателя и пластинчатого теплообменного аппарата, имеется секция инфракрасного электронагрева. Она состоит из трубок кварцевого стекла U-образной формы с отражателями из анодированного алюминия. В секции 16 трубок (10 основных, 4 регулирующих режим нагрева и 2 дополнительных), на которые навита спираль из нихрома. Трубки включены в сеть параллельно.
Рис. 5.26. Схема пастеризационно-охладительной установки УОМ-ИК-1.
1 – секция инфракрасного электронагрева; 2 – выдерживатель;
3, 15 – термометры; 4 – смотровой участок; 5, 6 – трёхходовые краны; 7 – секция охлаждения ледяной водой (рассолом); 8 – секция охлаждения водой; 9 – секция
регенерации; 10 –манометр; 11 – пластинчатый теплообменник; 12, 13 – вентили; 14 – припускной клапан; 16 – термометр сопротивления; 17 – кран;
18 – уравнительный бак; 19 – насос; 20 – моечный бак; 21 – ёмкость для хранения молока.
Выдерживатель состоит из двух последовательно соединенных труб из нержавеющей стали.
В пластинчатом теплообменном аппарате имеются секция регенерации и две секции охлаждения.
Молоко поступает в уравнительный бак и из него насосом последовательно подается в секции регенерации, инфракрасного нагрева и выдерживатель. После выдерживателя пастеризованное молоко проходит секцию регенерации, передавая теплоту холодному молоку, и последовательно проходит секции охлаждения водой и рассолом.
Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки по сравнению с другими типами тепловых аппаратов имеют ряд преимуществ:
· малая рабочая вместимость, что позволяет приборам автоматики более точно отслеживать ход технологического процесса (в пластинчатой установке рабочая вместимость в 3 раза меньше, чем у трубчатой такой же производительности);
· способность работать достаточно эффективно при минимальном тепловом напоре;
· минимальные теплопритоки и потери теплоты и холода (тепловая изоляция обычно не требуется);
· существенная экономия (80-90 %) теплоты в секциях регенерации (удельный расход пара в пластинчатых установках в 2-3 раза меньше, чем в трубчатых, и в 4-5 раз, чем в емкостных теплообменниках);
· малая установочная площадь (пластинчатая установка занимает примерно в 4 раза меньшую поверхность, чем трубчатая аналогичной производительности);
· возможность менять число пластин в каждой секции, что позволяет адаптировать теплообменный аппарат к конкретному технологическому процессу;
· возможность безразборной циркуляционной мойки аппаратуры.
Наиболее высокими технологическими показателями среди отечественных установок обладают модульные автоматизированные пастеризационно-охладительные установки с электронагревом типа «Поток Терм 500/1000/3000».
Особенностью этих установок является высокий коэффициент регенерации теплоты (0,9), система подготовки горячей воды с электронагревом и четырехсекционный пластинчатый теплообменник (две секции регенерации, секция пастеризации и секция охлаждения). В последнем резиновые прокладки выполнены из патентованного материала и соединены с пластинами специальными зажимами, т. е. без помощи клея.
Пастеризация молока и молочных продуктов получила широкое распространение во всех странах мира. Она позволяет значительно повысить сроки хранения и реализации продукции.
Молоко и молочные продукты пастеризуют в специальных емкостях, трубчатых пастеризационных установках, а также в пластинчатых пастеризационно-охладительных установках.
Трубчатая пастеризационная установка
Трубчатая пастеризационная установка состоит из двух центробежных насосов, трубчатого аппарата, возвратного клапана, конденсатоотводчиков и пульта управления с приборами контроля и регулирования технологического процесса.
Основной элемент установки - двухцилиндровый теплообменный аппарат, состоящий из верхнего и нижнего цилиндров, соединенных между собой трубопроводами. В торцы цилиндров вварены трубные решетки, в которых развальцовано по 24 трубы диаметром 30 мм. Трубные решетки из нержавеющей стали имеют выфрезерованные короткие каналы, соединяющие последовательно концы труб, образуя таким образом непрерывный змеевик общей длиной около 30 м. Торцевые цилиндры закрывают крышками с резиновыми уплотнениями для обеспечения герметичности аппарата и изолирования коротких каналов друг от друга.
Пар подается в межтрубное пространство каждого цилиндра. Отработавший пар в виде конденсата выводится с помощью термодинамических конденсатоотводчиков.
Нагреваемое молоко движется во внутритрубном пространстве, проходя последовательно нижний и верхний цилиндры. На входе пара установлен регулирующий клапан подачи пара, а на выходе молока из аппарата - возвратный клапан, с помощью которого недопастеризованное молоко автоматически направляется на повторную пастеризацию. Возвратный клапан связан через регулятор температуры с термодатчиком, расположенным также на выходе молока из аппарата. Установка снабжена манометрами для контроля за давлением пара и молока.
Обрабатываемый продукт из накопительной емкости с помощью первого центробежного насоса подается в нижний цилиндр теплообменного аппарата, где нагревается паром до температуры 50-60°С и переходит в верхний цилиндр. Здесь он пастеризуется при температуре 80-90°С.
Второй насос предназначен для подачи молока из первого цилиндра во второй. Следует отметить, что в трубчатых пастеризационных установках скорость движения различных продуктов неодинакова. В установке для пастеризации сливок скорость их перемещения в трубах теплообменного аппарата 1,2 м/с. В процессе теплообмена сливки поступают в цилиндры пастеризатора с помощью одного центробежного насоса. Скорость перемещения молока за счет применения двух насосов выше и составляет 2,4 м/с.
Преимуществами трубчатых пастеризационных установок по сравнению с пластинчатыми являются значительно меньшие количество и размеры уплотнительных прокладок, а недостатками - большие габариты и высокая металлоемкость; кроме того, при чистке и мойке этих установок требуется свободное пространство со стороны торцов цилиндров теплообменного аппарата.
Трубчатые установки эффективны в том случае, если последующий процесс обработки молока проводят при температуре, незначительно отличающейся от температуры пастеризации.
Пластинчатая пастеризационно-охладительная установка
Пластинчатые п астеризационно-охладительные установки применяют для тепловой обработки молока, сливок и смеси мороженого. Конструкция каждой из таких установок имеет свои особенности, которые отражены при описании оборудования для производства различных молочных продуктов.
В состав пластинчатой пастеризационно-охладительной установки, используемой для тепловой обработки молока , входят уравнительный бак, центробежные насосы для горячей воды и молока, пластинчатый аппарат, сепаратор-молокоочиститель, выдерживатель, возвратный клапан, система нагрева и шкаф управления.
Центробежный насос предназначен для забора молока из уравнительного бака и подачи его в пластинчатый аппарат. Для исключения подсоса воздуха в насос в уравнительном баке с помощью поплавкового механизма поддерживается определенный уровень молока (не менее 300 мм). Невыполнение этого условия приводит к пенообразованию, которое снижает эффективность пастеризации.
Пластинчатая пастеризационно-охладительная установка имеет главную переднюю стойку и вспомогательную заднюю стойку, в которые закреплены концы верхней и нижней горизонтальных штанг. Верхняя предназначена для подвески теплообменных пластин. По периферии каждой пластины в специальной канавке уложена большая резиновая прокладка, герметично уплотняющая канал.
Пластины имеют отверстия с небольшими кольцевыми резиновыми прокладками. После сборки пластин в аппарате образуются две изолированные системы каналов, по которым перемещаются молоко и охлаждающая жидкость.
Пластинчатый аппарат снабжен теплообменными пластинами из нержавеющей стали, разбитыми на пять секций: первая и вторая ступени регенерации, пастеризации, охлаждения артезианкой водой и охлаждения ледяной водой. Некоторые пластинчатые аппараты имеют одну секцию регенерации. Секции отделены друг от друга специальными промежуточными плитами, имеющими по углам штуцера для подвода и отвода жидкостей. На пластине выбиты порядковые номера, те же номера указаны на схеме компоновки пластин.
Пластины прижаты к стойке с помощью плиты и прижимных устройств. Степень сжатия тепловых секций определяют по таблице со шкалой, установленной на верхней и нижней распорках. Нулевое деление устанавливают по оси болта вертикальной распорки, оно соответствует минимальному сжатию, обеспечивающему герметичность.
В установках большой производительности пластинчатые аппараты имеют двустороннее расположение секций по отношению к главной стойке.
В состав пастеризационно-охладительной установки также входит с епаратор-молокоочиститель и выдерживатель. Молокоочиститель служит для очистки молока. При использовании очистителя с центробежной выгрузкой осадка устанавливают один сепаратор, с ручной - два.
Выдерживатель - один из основных элементов пастеризационно-охладительных установок. В нем молоко выдерживается при температуре пастеризации в течение определенного времени (20 или 300 с), необходимого для завершения бактерицидного действия температуры.
Выдерживатель состоит из одного или четырех цилиндров, которые закреплены на трубчатых опорах. В некоторых установках выдерживатель выполнен в виде четырех спиралеобразных секций, изготовленных из труб диаметром 60 мм.
Возвратный, или перепускной, электрогидравлический клапан служит для автоматического переключения потока молока на повторную пастеризацию при снижении его температуры в секции пастеризации.
Работа пастеризационно-охладительной установки при производстве питьевого молока заключается в следующем. Молоко из емкости для хранения направляется самотеком или под напором в уравнительный бак, откуда насосом подается в первую секцию регенерации пластинчатого аппарата. Подогретое до 37-40°С, оно поступает в молокоочиститель для очистки от механических примесей и идет на дальнейший подогрев во вторую секцию регенерации и секцию пастеризации, где нагревается до 90°С. Из секции пастеризации молоко через электрогидравлический перепускной клапан направляется в выдерживатель, находится там до 300 с, далее поступает в секции регенерации для передачи теплоты встречному потоку молока, поступающему в аппарат. После этого оно попадает последовательно в секции охлаждения водой и рассолом, где охлаждается до 8°С, и выходит из установки.
Охлаждается молоко с помощью артезианской и ледяной воды или рассола, поступающих от холодильной установки. Охлаждение молока до температуры не выше 8°С возможно только при нормальной кратности подачи воды и рассола в секции охлаждения. Весь процесс пастеризации регулируется автоматически.
Необходимая температура пастеризации поддерживается электронным мостом. Регулировка плавная. Температура пастеризации записывается на диаграммной ленте контрольного прибора. Звуковая и световая сигнализация срабатывает при падении температуры пастеризации ниже заданных параметров .
Для нагревания продукта кроме горячей воды, пара или электроэнергии в некоторых пастеризационно-охладительных установках в качестве источника прямого нагрева молока применяют инфракрасные нагреватели. В установках с небольшой производительностью молоко подается на обработку инфракрасным излучателем тонким слоем.
Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки по сравнению с другими типами тепловых аппаратов имеют ряд преимуществ:
- малая рабочая вместимость, что позволяет приборам автоматики более точно отслеживать ход технологического процесса (в пластинчатой установке рабочая вместимость в три раза меньше, чем у трубчатой такой же производительности);
- способность работать достаточно эффективно при минимальном тепловом напоре; минимальные теплопритоки и потери теплоты и холода (тепловая изоляция обычно не требуется);
- существенная экономия (80…90 %) теплоты в секциях регенерации (удельный расход пара в пластинчатых установках в 2-3 раза меньше, чем в трубчатых, и в 4-5 раз, чем в емкостных теплообменниках);
- малая установочная площадь (пластинчатая установка занимает примерно в 4 раза меньшую поверхность, чем трубчатая аналогичной производительности);
- возможность менять число пластин в каждой секции, что позволяет адаптировать теплообменный аппарат к конкретному технологическому процессу;
- возможность безразборной циркуляционной мойки аппаратуры.
Одним из перспективных направлений совершенствования пастеризационных установок является применение в них роторных нагревателей, специальная конструкция которых позволяет за счет молекулярного трения частиц обрабатываемого продукта нагревать последний до заданной температуры. Температура тепловой обработки продукта зависит от времени его нахождения в роторном нагревателе и может регулироваться в широких пределах. Одновременно с этим продукт подвергается гомогенизации.
Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки предназначены для очистки от механических загрязнений, пастеризации с заданной выдержкой и охлаждения молока. Они применяются на животноводческих фермах, на мини-заводах сельскохозяйственных предприятий и на крупных перерабатывающих комбинатах. Для пастеризации молока в условиях ферм широкое распространение получила установка Б6-ОП2-Ф-1, не требующая при работе пара от котельной. Ее технические данные, а также краткие характеристики других пластинчатых установок приведены в табл. 3.11.
Установка Б6-ОП2-Ф-1 (рис. 3.34) состоит из пластинчатого теплообменного аппарата 4, центробежного молокоочистителя 6, трубчатого выдерживателя 11, молокоприемного бака 8, молочного насоса 7, насоса горячей воды 1, электроводонагревателя 2, водо- и молокопроводов, перепускного клапана 10, пульта управления 9.
Пластинчатый теплообменный аппарат имеет пять секций: I - пастеризации; II и III - регенерации; IV - охлаждения артезианской водой; V - охлаждения ледяной водой. Секции разделены между собой разделительными плитами, имеющими штуцеры для подвода и отвода соответствующей жидкости.
Рабочий процесс установки полностью автоматизирован. Молоко из уравнительного бака 8 подается насосом 7 в секцию регенерации первой ступени III, в которой подогревается теплотой встречного потока молока до температуры 37...40 °С. Из секции III подогретое молоко поступает в сепаратор-очиститель 6. Очищенное молоко направляется на дальнейший подогрев до температуры 55...65°С в секцию регенерации второй ступени II, а затем в секцию пастеризации I, где нагревается циркулирующей водой до температуры 76...95°С (в зависимости от заданного режима) и через перепускной клапан 10 подается в выдерживатель 11, где находится в течение 20 или 300 с. Из вьдерживателя молоко последовательно поступает в секции II и III регенерации, отдает теплоту встречному потоку молока, далее в секции IV и V, где охлаждается холодной, затем ледяной водой до температуры 2...8 °С и направляется в резервуар-термос. До заданной температуры пастеризации молоко нагревается в секции I горячей водой, перекачиваемой насосом 1 по замкнутому контуру: электроводонагреватель 2 - насос 1 - секция I теплообменника - электроводонагреватель.
Выдерживатель с электроводонагревателем обеспечивает нагрев воды для пастеризации молока и выдержку при температуре пастеризации в течение заданного времени.
Змеевик выдерживателя выполнен из нержавеющей стали. Верхняя его секция служит для выдержки при температуре пастеризации молока от здорового стада в течение 20 с. При необходимости обработки молока от больных животных (бруцеллез, ящур и др.) верхнюю и нижнюю секции соединяют перемычкой последовательно, и молоко проходит выдержку 300 с.
На выдерживателе установлен корпус электроводонагревателя, в котором размещены нагревательные элементы (ТЭНы). Вода в подогреватель поступает из уравнительного бачка с поплавковым регулятором уровня. В центре корпуса от верха его расположена сливная труба, а в нижней части концентрично ей приварены отводящая труба с фланцем, от которого идет подвод к водяному насосу.
I ...V - секции пластинчатого теплообменника; 1 - насос горячей воды; 2 - электроводонагреватель; 3 - трубопровод возврата горячей воды; 4 - пластинчатый теплообменник;
5 - молокопровод; 6 - молоко-очиститель; 7 - молочный насос; 8 - молокоприемный бак; 9 - пульт управления; 10 - перепускной клапан; 11 - выдерживатель
Рисунок 3.34 – Схема пастеризационно-охладительной установки
Подогрев воды осуществляется тремя группами ТЭНов: пусковыми, основными и регулировочными. Пусковые ТЭНы включаются электронным мостом. Первичный сигнал об изменении температуры молока подается от термопреобразователя, установленного на пути горячего молока из секции пастеризации.
Для контроля за температурой охлажденного молока на выходе из секции охлаждения ледяной водой установлен манометрический термометр. Заданная температура пастеризации молока поддерживается автоматически с помощью перепускного электрогидравлического клапана 10, который служит для переключения потока молока на повторный подогрев в случае снижения температуры пастеризации.
Рисунок 3.35 – Схема движения потоков молока, горячей, холодной и ледяной воды
При расчете пастеризационных установок (рис. 3.35) следует принимать следующие параметры:
заданный температурный режим пастеризации и охлаждения молока;
температура сырого молока на входе в секцию регенерации 1-й ступени может быть в пределах от 10 до 35 °С;
Сепаратор-молокоочиститель установки обеспечивает качественную очистку молока, выходящего из секции регенерации 1-й ступени при температурах 37...45°С;
температуру горячей воды на входе в секцию пастеризации устанавливают на 2...18°С выше температуры пастеризации молока с учетом точки кипения;
молоко охлаждают до температуры 4...10°С с учетом времени года и местных условий;
при расчете установки в зависимости от режима пастеризации, охлаждения молока и климатических условий температура охлаждающих жидкостей может быть: артезианской воды - 4...10°С; водопроводной воды - 5...16°С; ледяной воды -1...4°С; рассола - 0...-5°С.
Курсовой проект
Пластинчатая пастеризационно-охлаждительная установка для молока производительностью 10000 л/ч
Введение
В целях значительного увеличения производства продуктов питания намечены меры по увеличению объемов переработки молока, улучшению ассортимента и повышению качества молочных продуктов. Осуществление этих мер связано с реализацией задач агропромышленного комплекса и техническим перевооружением отраслей пищевой промышленности, в том числе молочной.
При техническом перевооружении молочной промышленности предусматривается использование высокопроизводительного технологического оборудования, изготовление комплектов машин, аппаратов и поточных технологических линий, обеспечивающих повышение производительности труда, освоение нового технологического оборудования и автоматизированных линий для розлива молока и оборудования для упаковки молочных продуктов.
Одной из основных задач, поставленных Продовольственной программой, является завершение в период до 1990 года перевооружения молочной промышленности на новой технической основе, обеспечивающей повышение технического уровня, качество и надежность используемых машин и аппаратов.
В настоящее время машины и аппараты периодического действия все больше вытесняются оборудованием непрерывного действия, что позволяет увеличить объем производства и значительно повысить эффективность использования техники.
Научно-технический прогресс в молочной промышленности способствует внедрению новых способов обработки и переработки молока на основе применения прогрессивного, наиболее высокопроизводительного оборудования. При использовании такого оборудования очень важно максимально сохранить первоначальные свойства молока и его составных частей. Поэтому обязательным условием рационального технического оснащения предприятия является соблюдение технологических требований к вырабатываемому продукту.
Современная технология базируется на большом опыте развития техники переработки молока. Возрастают роль и значение мировой науки, в которую советские ученые внесли существенный вклад.
Машины и аппараты для выработки молочных продуктов, а также для проведения операций, предшествующих обработке или переработке и подготовке продуктов к реализации, должны отвечать следующим условиям:
· высокая производительность и технологически оптимальное воздействие на обрабатываемый продукт;
· минимальные затраты на единицу продукта, вырабатываемого на технологических линиях с включением соответствующих машин и аппаратов;
· герметизация процесса;
· автоматизированный контроль и регулирование рабочих процессов;
· безразборная мойка и использование стандартных моющих средств.
Технологическое оборудование разнообразно. В основу его классификации можно положить различные признаки: структуру рабочего цикла, степень механизации и автоматизации, принцип сочетания элементов машины в производственном потоке, функциональный признак.
Функциональный признак положен в основу классификации технологического оборудования в программе курса «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» и структуры настоящего учебника. Оборудование подразделяют на оборудование хранения и транспортировки, для механической и тепловой обработки молока, выработки молочных продуктов, подготовки продуктов к реализации и общезаводского назначения.
Оборудование хранения и транспортировки включает транспортные цистерны и емкости хранения молока, емкости технологического и межоперационного назначения и трубопроводы, насосы и пневматические транспортные системы. Как правило, в этом оборудовании не должно происходить каких-либо изменений в структуре продукта. Исключение составляют лишь емкости технологического назначения, в которых такие изменения задаются.
К оборудованию для механической, тепловой обработки молока относят фильтры, фильтр-прессы и мембранные фильтрационные аппараты, гомогенизаторы и гомогенизаторы-пластификаторы, сепараторы и центрифуги, а также установки для термовакуумной обработки, нагреватели и охладители. В этом оборудовании достигается определенный технологический эффект. Однако составные части остаются неизменными, т. е. при концентрации отдельных составных частей после смешивания можно получить первоначальный продукт.
К оборудованию для выработки молочных продуктов относят пастеризационные и стерилизационно-охладительные установки, фризеры и морозильные аппараты, маслоизготовители и систему машин для изготовления сыра, для сгущения и сушки молочных продуктов; к оборудованию для подготовки продуктов к реализации - машины для фасовки и упаковки молочных продуктов, оборудование для подготовки тары к наполнению (бутылкомоечные машины и др.), приборы для учета количества и оценки качества продуктов в технологических линиях.
1. Описание технологического процесса
 |
Приёмка молока и другого сырья осуществляется по массе и качеству, установленному лабораторией предприятия. Качество молока оценивается в соответствии с ГОСТ 52054 на молоко коровье-сырье.
Сразу же после приёмки молоко подогревают до температуры (35 40)С и очищают на центробежных молокоочистителях или другом оборудовании без подогрева. Для очистки сырого молока рекомендуется также использовать бактериофугу со специально встроенным герметичным сепаратором для удаления бактерий из молока. После этого молоко напрявляют на переработку или охлаждают до температуры С и хранят в резервуарах промежуточного хранения. Хранение молока, охлажденного до температуры 4 С, до переработки не должно превышать 12 ч, охлажденного до температуры 6 С – 6 ч.
Нормализация молочного сырья осуществляется с целью стандартизации состава готового продукта по массовой доле жира и/или сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО). Нормализация молока по массовой доле жира может осуществляться двумя способами: периодический способ и непрерывный способ.
После нормализации молоко подогревают до температуры (40 5) С и очищают на сеператорах-молокоочистителях. Подогрев идёт в секции рекуперации пластинчатого пастеризатора. Затем молоко вновь подогревается до температуры (60 65) С и подается на гомогенизатор, где и гомогенизируется при давлении (10 15) Мпа. Гомогенизации рекомендуется подвергать, в том числе маложирные и классические виды молока для улучшения вкуса.
После гомогенизации молоко поступает на пастеризацию в пластинчатую установку и пастеризуется при температуре (76 С с выдержкой 20 сек. При производстве топленого молака пастеризация проводится при температурах (9599) С. Затем проводится топление молока.
После пастеризации или топления молоко охлаждают до температуры С. Охлаждение идёт на пластично пастеризационно-охлаждительной установке. После этого молоко направляют в резервуар для промежуточного хранения или непосредственнона розлив. Допускается хранить пастеризованное охлажденное молоко до розлива в течение не более 6 ч. И при этой температуре молоко может храниться от 36 ч до 10 суток.
2. Описание работы установки
Вмолочной промышленности для пастеризации и стерилизации молока и молочных продуктов применяют пастеризационные и стерилизационные установки, а также стерилизаторы.
Пастеризационные установки бывают пластинчатого и трубчатого типов. Пастеризационные установки пластинчатого типа, или пастеризационно-охладительные, предназначены для пастеризации и охлаждения в потоке питьевого молока, молока при выработке кисломолочных продуктов, сливок и смеси мороженого, пастеризационные установки трубчатого типа - для пастеризации в потоке молока и сливок.
Пастеризационно-охладительные установки для питьевого молока различают по производительности. Выпускают пастеризационно-охладительные установки производительностью 3000, 5000, 10000, 15 000 и 25 000 л/ч.
Пастеризационно-охладительные установки производительностью 3000 и 5000 л/ч имеют ряд узлов и деталей одинаковой конструкции. В этих аппаратах размещение секций по отношению к главной стойке одностороннее. В первом аппарате использованы теплопередающие пластины ленточно-поточные П-2, а во втором – сетчато-поточные АГ-2. В пастеризационно-охладительных установках производительностью 10 000, 15 000 и 25 000 л/ч применены пластинчатые аппараты с двусторонним расположением секций по отношению к главной стойке. В первых двух аппаратах использованы ленточно-поточные пластины П-2, в третьем – сетчато-поточные ПР - 0,5М.
Наиболее распространенной является пастеризационно-охладительная установка производительностью 10 000 л/ч.
Из молокохранильного отделения молоко подается в уравнительный бак 1 , который имеет поплавковый регулятор уровня 2. При работе установки постоянный уровень в уравнительном баке поддерживается регулятором, что способствует стабильной работе центробежного насоса и предотвращает перелив молока из бака. Далее молоко центробежным насосом 3 нагнетается в первую секцию рекуперации I пластинчатого аппарата 5. Между центробежным насосом и пластинчатым аппаратом установлен ротаметрический регулятор 4, который обеспечивает постоянство производительности установки. В первой секции рекуперации молоко нагревается до температуры (40 – 45)°С и поступает в сепаратор-молокоочиститель 6, где происходит его очистка. Установка может иметь один сепаратор-молокоочиститель с центробежной выгрузкой осадка или два сепаратора-молокоочистителя без центробежной выгрузки, работающих поочередно. После очистки молоко, нагреваясь до температуры (65 – 70)°С во второй секции рекуперации II , по внутреннему каналу переходит в секцию пастеризации III , где нагревается до температуры пастеризации (76 – 80)°С. После секции пастеризации молоко выдерживается в выдерживателе 7 и возвращается в аппарат, где предварительно охлаждается в секциях рекуперации I и II и окончательно до конечной температуры – в секциях водяного охлаждения IV и рассольного охлаждения V .
На выходе из аппарата установлен возвратный клапан 15. Он регулирует направление потока пастеризованного охлажденного молока к фасовочным автоматам или в уравнительный бак для повгорной пастеризации при нарушении режима пастеризации.
Горячая вода для нагревания молока подается в секцию пастеризации насосом 16. Из этой секции охлажденная вода, после того как она отдаст тепло молоку, возвращается в бачок-аккумулятор 17. Вода нагревается до температуры (78 – 82)°С паром в пароконтактном нагревателе 21.
В пароконтактный нагреватель подается пар регулирующими клапанами подачи 18 и 19.
На выходе пастеризованного молока из секции пастеризации установлен датчик температуры 8, который связан с автоматической системой регулирования температуры пастеризации посредством клапана 19 и возврата молока на повторную пастеризацию посредством клапана 15. Датчик температуры 12 предназначен для контроля температуры охлажденного пастеризованного молока.
Установка снабжена показывающими манометрами для контроля давления молока после сепаратора-молокоочистителя 9, для контроля давления холодной воды 10, для контроля давления рассола 13, для контроля давления греющего пара 20, 22 и 23.
3. Расчёт
Исходные данные для расчета :
Производительность……………………………G 1 = 2,77кг/с (10000 кг/ч)
Начальная температура молока………………………………...t 1 = 4 °С
Температура пастеризации………………….…………………..t 3 = 75 °С
Конечная температура молока…………………………….……..t 6 .= 4° С
Коэффициент рекуперации тепла………………………………..ɛ = 0,76
Начальная температура горячей воды………………….……..t ’ г = 79 °С
Кратность горячей воды……………………………………..…..n г = 4
Начальная температура холодной воды……………….………..t ’ в = 8 °С
Кратность холодной воды…………………………………….....n в = 3
Начальная температура ледяной воды…………………………..t ’ л = +1 °С
Кратность ледяной воды………………………………………...n л = 4
Температура молока после секции водяного охлаждения……..t 5 = 10°С
Общее допустимое гидравлическое сопротивление……….. Δ P = 500 кПа (5 кгс/см 2)
Средняя удельная теплоемкость молока………………….c M = 3880 Дж /(кг.°С)
Плотность молока…………………………………………..ρ M . = 1033 кг/м 3
Удельная теплоемкость холодной и горячей воды……… с в = с г = с л = 4186 Дж/(кг.°С)
Аппарат намечено изготовлять на базе пластин типа П-2 с горизонтальными гофрами ленточно-поточного вида
Основные данные пластины:
рабочая поверхность F 1 = 0,21 м 2
рабочая ширина b = 0,315 м
приведенная высота L n = 0,800 м
площадь поперечного сечения одного канала f 1 = 0,00075 м 2
эквивалентный диаметр потока d ϶ = 0,006 м
толщина пластины δ = 0,00125 м
коэффициент теплопроводности материала пластины λ CT = 16 Вт/(м.°С)
Для пластины данного типа действительны уравнения теплоотдачи и потерь энергии:
Еu= 760 Rе -0,25 ; ξ= 11,2 Re -0,25
Решение
1. Определение начальных и конечных температур, вычисление температурных напоров и параметров S:
а. Секция рекуперации тепла:
Температура сырого молока в конце секции рекуперации тепла (при входе в секцию пастеризации) :
t 2 = t 1 + (t 3 - t 1) ɛ = 4 + (75 – 4) 0,76 = 57,96°С ≈ 58°С
Температура пастеризованного молока после секции рекуперации (при входе в секцию охлаждения водой) :
t 4 = t 1 + (t 3 – t 2) = 4 + (75 – 58) = 21°С
Средний температурный напор в секции рекуперации при характерной для нее постоянной разности температур:
= t 3 – t 2 = 75 – 58 = 17°С
Тогда симплекс:
S рек
= 
°С
б. Секция пастеризации:
Температура горячей воды при выходе из секции пастеризации молока из условий баланса тепла:
t ’’ г = t ’ г – (t 3 – t 2) = 79 – (75 – 58) = 75,06°С
Δ t б = t ’’ г – t 2 = 75,06 – 58 = 17,06°С
Δ t м = t ’ г – t 3 = 79 – 75 = 4°С
определим по формуле:
S n
= 
в. Секция охлажденияводой:
Температура холодной воды, выходящей из водяной секции:
t ’’ в = t ’ в + (t 4 – t 5) = 8 + (21 – 10) = 11,4°С
Средний температурный напор при:
Δ t б = t 4 – t ’’ в = 21 – 11,4 = 9,6°С
Δ t м = t 5 – t ’ в = 10 – 8 = 2°С
найдем из уравнения:
Тогда симплекс:
S n
= 
г. Секция охлаждения ледяной водой:
Температура ледяной воды на выходе из аппарата:
t ’’ л = t ’ л + (t 5 – t 6) = 1 + (10 – 4) = 2,4°С
Средний температурный напор для секции охлаждения ледяной водой при:
Δ t б = t 5 – t ’’ л = 10 – 2,4 = 7,6°С
Δ t М = t 6 – t ’ л = 4 – 1 = 3°С
определим по формуле:
Тогда симплекс:
S л
= 
2. Отношение рабочих поверхностей и допустимые гидравлические сопротивления по секциям:
Выбираем ориентировочно следующие значения коэффициентов теплопередачи по секциям (в Вт/(м 2 .°С) :
· секция рекуперации k рек = 2900
· секция пастеризации k п = 2900
· секция водяного охлаждения k в = 2320
· секция охлаждения ледяной водой k л = 2100
Отношение рабочих поверхностей секции составляет
Принимая меньшее из этих отношений за единицу, можем написать
F рек:F п: F в: F л = 1,92:1,15: 1,71: 1
Принимая распределение допустимых гидравлических сопротивлений соответствующим распределению рабочих поверхностей и допуская небольшое округление, получим Δ P рек: Δ P п: Δ P в: Δ P л = 1,92:1,15: 1,71: 1
Так как общее допустимое гидравлическое сопротивление согласно заданию Δ P =5.10 5 Па, то, можем написать:
Δ P рек + Δ P п + Δ P в + Δ P л = 5.10 5 Па
Так как отношение сопротивлений уже известно, то в соответствии с ним распределим сопротивления по секциям следующим образом:
Δ P рек = 166 000 Па
Δ P п = 99 500 Па
Δ P в = 148 000 Па
Δ P л = 86 500 Па
3. Определение максимально допустимых скоростей продукта в межпластинных каналах по секциям:
Для условий работы данного аппарата целесообразно определить лишь максимально допустимые скорости в секциях для движения продукта. Гидравлические сопротивления по стороне движения рабочих сред малы, так как мала длина соответствующих трактов.
Это позволяет выбрать скорости рабочих сред из условий соблюдения приемлемой кратности по отношению к молоку, причем при наличии условий, циркуляции и повторного использования можно выбирать большие значения.
Предварительно задаемся вспомогательными величинами: ожидаемый коэффициент теплоотдачи молока ориентировочно - α м = 5000 Вт/(м 2 .°С).
Средняя температура стенки:
в секции рекуперации
в секции пастеризации
в секции водяного охлаждения
Коэффициент общего гидравлического сопротивления:
в секции рекуперации ξ р = 1,6
в секции пастеризации ξ п = 1,4
в секции водяного охлаждения ξ в = 1,95
в секции охлаждения ледяной водой ξ л = 2,2
Используя эти данные, определим максимально допустимые скорости движения молока:
а) в секции рекуперации
б) в секции пастеризации
в) в секции водяного охлаждения
г) в секции охлаждения ледяной водой
Полученные значения скорости для секций почти совпадают между собой. Наличие значительной разницы свидетельствовало бы об ошибке в вычислении или неправильном распределении допустимых гидравлических сопротивлений.
Объемная производительность аппарата:
Определяем число каналов в пакете, приняв ω м = 0,57 м/с:
Так как число каналов в пакете не может быть дробным, округляем до т = 6
Уточняем в связи с этим величину скорости потока молока:
Скорость холодной воды принимаем равной скорости молока:
ω в = ω м = 0,59 м/с
Скорость циркулирующей горячей воды и ледяной воды принимаем:
ω г = ω л = 2ω м = 1,18 м/с
4. Средняя температура, число Рг, вязкость и теплопроводность продукта и рабочих жидкостей:
Число Рг, кинематическую вязкость v и теплопроводность продукта и рабочих жидкостей определяем при средних температурах жидкостей, пользуясь справочными данными.
а. Секция рекуперации тепла:
Средняя температура сырого молока (сторона нагревания) :
Для молока при этой температуре
Pr = 9,6 ; λ м = 0,524 Вт/(м.°С)
ν = 1,27.10 -6 м 2 /с
Средняя температура пастеризованного молока (сторона охлаждения) :
Pr = 5,7 ; λ м = 0,575 Вт/(м.°С)
ν = 0,87.10 -6 м 2 /с
б. Секция пастеризации:
Средняя температура горячей воды (сторона охлаждения) :
Pr = 2,30 ; λ м = 0,671 Вт/(м.°С)
ν = 0,38.10 -6 м 2 /с
Средняя температура молока (сторона нагревания)
Этой температуре молока соответствуют
Pr = 4,0 ; λ м = 0,611 Вт/(м.°С)
ν = 0,63.10 -6 м 2 /с
Средняя температура холодной воды (сторона нагревания)
Pr = 9,7 ; λ м = 0,572 Вт/(м.°С)
ν = 1,32.10 -6 м 2 /с
Этой температуре молока соответствуют
Pr = 17,4 ; λ м = 0,476 Вт/(м.°С)
ν = 2,07.10 -6 м 2 /с
Средняя температура ледяной воды (сторона нагревания)
Этой температуре воды соответствуют
Pr = 12,9 ; λ м = 0,557 Вт/(м.°С)
ν = 1,8.10 -6 м 2 /с
Средняя температура молока (сторона охлаждения)
Этой температуре молока соответствуют
Pr = 24,0 ; λ м = 0,455 Вт/(м.°С)
ν = 2,6.10 -6 м 2 /с
5. Вычисление числа Рейнольдса:
Число Рейнольдса вычисляем по вязкости при средних температурах жидкостей в каждой секции
а. Секция рекуперации тепла:
Для холодного молока:
Для горячего молока;
б. Секция пастеризации:
Для молока:
Для горячей воды:
в. Секция охлаждения молока водой:
Для молока:
Для воды:
г. Секция охлаждения молока ледяной водой:
Для молока:
Для ледяной воды:
6. Определение коэффициента теплопередачи:
Для определения коэффициентов теплоотдачи α 1 и α 2 пользуемся формла для пластин типа П-2:
Nu= 0,1 Rе 0,7 Рг 0,43 (Рг / Рг ст) 0,25
или 
Отношение (Рг/Рг С т) 0,25 может быть принято в среднем для всех секций:
по стороне нагревания 1,05
по стороне охлаждения 0,95
а. Секция рекуперации тепла:
Для стороны нагревания сырого молока:
Для стороны охлаждения пастеризованного молока:
Коэффициент теплопередачи с учетом термического сопротивления стенки толщиной 1,25 мм:
б. Секция пастеризации:
Для стороны нагревания молока:
Для стороны охлаждения горячей воды:
Коэффициент теплопередачи:
С учетом постепенного отложения пригара уменьшаем эту величину при расчете до k п = 2800 Вт/(м 2 .°С), чтобы обеспечить устойчивую работу пастеризатора.
в. Секция охлаждения молока водой:
Для стороны нагревания воды:
Коэффициент теплопередачи:
г. Секция охлаждения молока ледяной водой:
Для стороны нагревания воды:
Для стороны охлаждения молока:
Коэффициент теплопередачи:
7. Расчет рабочих поверхностей секции числа пластин и числа пакетов:
а. Секция рекуперации тепла:
Рабочая поверхность секции:
Число пластин в секции:
Число пакетов X определяем, зная число каналов в пакетах m = 8получено выше):
Принимаем Х рек = 6 пакетов
Рабочая поверхность секции равна:
Число пластин в секции:
Число пакетов в секции на стороне молока:
Принимаем X п = 3 пакета.
в. Секция охлаждения молока водой:
Рабочая поверхность секции:
Число пластин в секции:
Число пакетов в секции:
Если число пакетов в результате расчета оказывается дробным, то следует решить вопрос или об увеличении числа пакетов до ближайшего большего числа, или об уменьшении числа каналов в пакетах данной секции.
При уменьшении числа каналов скорость потока увеличится, что следует учесть при определении потребного напора. На теплопередаче уменьшение числа каналов скажется незначительно в сторону увеличения и его можно не учитывать.
В нашем случае сохраним компоновку пакетов и округлим полученное значение до Х в = 5 пакета.
Небольшой запас рабочей поверхности, полученный вследствие округления числа пакетов до ближайшего большего числа, компенсирует снижение среднего температурного напора при смешанном потоке.
г. Секция охлаждения молока ледяной водой:
Рабочая поверхность секции:
Число пластин в секции:
Число пакетов будет равно:
Принимаем Х л = 2 пакета.
Зная для всех секций значения X и т, принимаем следующую компоновку секций аппарата:
cекция рекуперации 
секция пастеризации
секция охлаждения водой 
секция охлаждения ледяной водой
8. Контрольный расчет общего гидравлического сопротивления аппарата:
Так как приведенный расчет пластинчатого аппарата включает определение на начальной стадии наибольшей скорости продукта по допустимому гидравлическому сопротивлению, то общее гидравлическое сопротивление аппарата должно быть близким по, величине к принятому допустимому значению.
Отклонения могут быть лишь в результате того, что в расчете были допущены усреднения некоторых параметров и округлены число каналов и число пакетов в ту или другую сторону.
Для проверки этого отклонения и соответствия фактического гидравлического сопротивления допустимому в заключение следует сделать контрольный расчет общих гидравлических сопротивлений по тракту движения продукта. Кроме того, необходимо вычислить гидравлические сопротивления для рабочих жидкостей.
Гидравлическое сопротивление для каждой секции определяют по формуле
Сделаем такой расчет для всех секций, учитывая, что для принятого типа пластин коэффициент сопротивления единицы относительной длины канала определяется:
ξ= 11,2 Re -0,25
а. Секция рекуперации тепла: (X = 6)
Для потока холодного нагреваемого молока при = 2551:
Гидравлическое сопротивление секции рекуперации на стороне холодного молока:
Для потока горячего охлаждаемого молока при = 3724
Гидравлическое сопротивление секции рекуперации на стороне горячего молока:
б. Секция пастеризации молока: (X = 3)
Для потока пастеризуемого молока при Rе п = 5143 находим:
Сопротивление секции
в. Секция охлаждения молока водой: (X = 5)
Для потока охлаждаемого молока при Rе в = 1565 получим:
Сопротивление секции составит:
г. Секция охлаждения молока ледяной водой: (X = 2)
Для потока молока при Rе л = 1246 получим:
Сопротивление секции будет разно:
Общее гидравлическое сопротивление аппарата по линии движения моло-. ка составит:
Расчет показывает, что распределение сопротивлений по секциям несколько отличается от полученного предварительно в первом приближении, однако общее сопротивление близко к исходному допустимому гидравлическому сопротивлению 0,5 МПа.
4. Техника безопасности
Пастеризатор-охладитель устанавливают на полу цеха молочного завода без фундамента строго по уровню, используя регулирующие устройства ножек аппарата. После осмотра всех элементов аппарата, убедившись в их исправности и чистоте, а также в правильном расположении теплообменных пластин в соответствии с их нумерацией, его собирают.
Пластины и промежуточные плиты вручную передвигают по тягам на рабочие места. Для уменьшения усилий во время сдвига пластин и плит необходимо рабочие поверхности тяг и резьб зажимных устройств слегка смазывать. Окончательно прижимают теплообменные пластины и плиты винтовым зажимом с помощью специального ключа.
Необходимую для герметичности степень сжатия тепловых секций определяют стрелкой, нанесенной на верхней и нижней распорках, которая должна совпадать с центром вертикальной распорки обеих тяг. При этом, учитывая наличие двухвинтового зажима, необходимо производить равномерную затяжку каждым винтовым устройством во избежание перекоса.
Перед пуском установки в работу ее обязательно чистят, моют и стерилизуют горячей водой, а при безразборной мойке - моющими средствами с помощью специальных для этих целей установок. Безразборная мойка, при которой моющие растворы циркулируют в замкнутой системе с отключенным молокоочистителем, допустима лишь в том случае, если отсутствуют детали, изготовленные из бронзы и алюминия.
Для прекращения работы установки выключают подачу молока и вместо него подают воду. После вытеснения молока из аппарата выключают пар, горячую воду и рассол, выключают молокоочистители, обесточивают щит управления и выпускают весь рассол. После этого всю установку подвергают санитарной обработке. Во время чистки и мойки нельзя пользоваться металлическими щетками и другими абразивными материалами.
При высокотемпературной пастеризации необходимо аппарат снабжать защитным кожухом.
В нерабочее время нельзя оставлять рассол в аппарате; он должен быть полностью слит, а секции промыты, иначе срок службы пластин сократится из-за их коррозии.
Стойки и другие чугунные части следует чаще протирать тканью, покрытой небольшим слоем консистентной смазки, что придает аппарату хороший внешний вид и защищает окрашенные части.
В процессе эксплуатации изнашиваются резиновые прокладки на пластинах пастеризатора. Износ прокладок компенсируется последовательным увеличением степени поджатая пластин. Максимальное поджатие за риску на тягах допускается на величину 0,2 мм , умноженную на число пластин. Если даже при этом наблюдается утечка, то следует сменить прокладки в местах течи.
Все электродвигатели, пусковая аппаратура и щит управления должны быть заземлены. Необходимо тщательно следить за исправным состоянием заземляющих устройств.
