Обзор и анализ систем охлаждения молока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обзор и анализ систем охлаждения молока

А.С. Добышев, К.Л. Пузевич, Д.А. Лукьянов, Ю.О. Горностаев

(Поступила в редакцию 30.06.11)

Аннотация

В настоящей статье авторами представлена проблема влияния своевременного охлаждения молока на сохранение его качества, произведен анализ систем охлаждения молока, выявлены особенности работы, преимущества и недостатки различных систем охлаждения. Также приведена схема опытной установки, представляющей упрощенный вариант охладителя молока при доении на пастбище; графики, полученные на опытной установке и отражающие зависимость изменения температуры молока от времени его охлаждения.

The article examines the problem of late cooling of milk which influences its quality. we have analyzed milk cooling systems, established peculiarities of their work, advantages and drawbacks of different cooling systems. We have shown the scheme of test device, which is a simplified variant of milk cooler designed for milking on pasture; graphs obtained on the test device and representing the dependence of milk temperature change on the time of its cooling.

Введение

Процесс срочного охлаждения свежевыдоенного молока позволяет сохранить все качества продукта, подавляя развитие в нем микрофлоры. Чтобы за короткое время снизить температуру молока с +36 до +4-6^оС и грамотно организовать его хранение до переработки, используют танки-охладители.

Несмотря на то что свежевыдоенное молоко имеет естественную устойчивость к бактериям, только немедленное охлаждение молока до температуры 4-6⁰С может остановить рост бактерий [3]. Технологически правильное охлаждение молока - единственный путь к сохранению наилучшего качества молока и получению наибольшей прибыли.

Анализ источников

Молоко является отличной средой для развития молочнокислых и маслянокислых бактерий. Бактерии в молоко попадают с вымени животного, из воздуха, с рук человека, из посуды и т.д. Оптимальная температура для роста и развития бактерий 25-40°С и рН среда 6,8-7,4.

Молочнокислые бактерии, которые вызывают сквашивание молока, приостанавливают свой рост при температуре примерно 10°С, а при температуре 2-4°С их развитие полностью прекращается [7]. Заморозка также помогает приостановить развитие бактерий в молоке, но в дальнейшем, при размораживании, многие бактерии возобновляют свою активность.

Охладитель молока - аппарат для понижения температуры молока в целях подавления развития в нем микрофлоры. При этом между молоком и охлаждающей жидкостью происходит теплообмен через стенки труб или листы. Чем меньше загрязнено молоко, быстрее охлаждено и ниже температура его охлаждения, тем дольше сохраняются его свойства. В зависимости от продолжительности хранения молоко охлаждают до определенной температуры.

Теоретическому и экспериментальному исследованию процесса охлаждения молока посвящены работы М.В. Колончука, В.П. Миклуша, В.Г. Самосюка, В.М. Русских, В.С. Бабакина, В.Н. Кулагина, В.А. Выгодина и других ученых.

Методы исследования

Авторами статьи была произведена классификация и анализ существующих систем охлаждения молока с выявлением достоинств и недостатков в эксплуатации. На изготовленной установке были произведены опыты с охлаждением. На основе полученных данных построены и проанализированы графические зависимости.

Основная часть

Для охлаждения молока в хозяйствах используют различные системы и способы, которые отличаются применяемыми хладагентами и хладоносителями (аммиак, фреоны, ледяная вода, рассол), способами охлаждения (в емкостях, потоке, с аккумуляцией холода), конструкцией компрессоров, их производительностью.

Почти все способы основаны на том, что молоко отдает тепло охлаждающей жидкости через разделяющую их стенку [6].

Выделяют объемное охлаждение, охлаждение в потоке и комбинированные системы.

1. Охлаждение жидкости на проток.

Предполагает использование пластинчатых или кожухотрубных теплообенников в качестве испарителей холодильной машины. Минимальная температура воды на выходе 3-4°С. Используется для охлаждения жидкостей не более чем на 7 К.

Характеризуется простотой, низкой стоимостью, но ограничена в применении - только для систем с постоянным расходом и постоянной или изменяющейся плавно тепловой нагрузкой.

Преимущества:

- простота, надежность, легкость в обслуживании;

- охлаждение любой жидкости с любыми конечными температурами;

- дешевизна.

Недостатки:

- неустойчивость работы при резкопеременных нагрузках.

2. Охлаждение жидкости с накопительной емкостью.

Используется для постепенного охлаждения жидкости (охлаждения молока) за счет многократной циркуляции или накопления охлажденного хладоносителя в накопительной емкости. Предполагает возможность нескольких потребителей холода с непостоянным расходом жидкости и переменными тепловыми нагрузками. Может быть использована при наличии кратковременных пиковых нагрузках. Позволяет снабжать холодной жидкостью потребителей с большим перепадом температуры. Используются, как правило, пластинчатые или кожухотрубные теплообменные аппараты. Температура воды в емкости не ниже +4°С. Для стабилизации режима работы водоохлаждающей машины и температуры хладоносителя в накопительной емкости могут быть установлены дополнительные перегородки.

Преимущества:

- простота, надежность, легкость в обслуживании;

- дешевизна;

- охлаждение любых жидкостей с любыми конечными температурами;

- возможность снабжения холодом потребителей с разными расходами охлаждающей жидкости;

- простота регулировки, устойчивая работа при любых режимах нагрузки.

Недостатки:

- необходима теплоизолированная емкость;

- требуется дополнительный насос хладоносителя.

3. Охлаждение жидкости с промежуточным хладоносителем.

Охлаждение жидкости при перепаде температур (Тн-Тк) более 10°С производится с применением промежуточного хладоносителя и дополнительного теплообменника. Позволяет поддерживать температуру охлажденной жидкости с большой степенью точности и охлаждать жидкости на 50°С и более за один проход через теплообменный аппарат. При небольшой модификации схемы можно получать воду с температурой на выходе до +1°С. Также используется для охлаждения жидкостей с высокой начальной температурой. Часто применяется в случае разветвленной сети подачи хладоносителя и удаленности объекта охлаждения от холодильной машины.

Преимущества:

- возможность охлаждения жидкостей в широком диапазоне температур;

- отсутствует риск разморозки испарителя;

- снижен риск разморозки промежуточного теплообменника;

- возможность поддержания температуры охлаждаемой жидкости с высокой точностью;

- возможность установки холодильной машины на большом расстоянии от потребителя холода.

Недостатки:

- сложность регулировки системы;

- требуется дополнительный насос;

- требуется теплообменник промежуточного контура;

- высокие требования к герметичности системы промежуточного хладоносителя.

4. Охлаждения с возможностью получения ледяной воды и накопления льда.

Этот способ применяется для получения ледяной воды и накопления запаса льда (при явно выраженных кратковременных пиках тепловых нагрузок потребителя). Ледяную воду получают с помощью пленочных или погружных испарителей. В первом случае (рис.) панели испарителя, в которых кипит хладагент, орошаются водой, стекающей из распределителя в виде пленки. Образовавшаяся ледяная вода с температурой 0,5-1°С подается потребителю. Во втором случае испаритель погружен в воду и обеспечивает ее охлаждение, интенсивность которого усиливают с помощью мешалки или барботажа воздуха.

Преимущества:

- возможность снижения холодопроизводительности установки за счет накопления запаса ледяной воды или льда;

- работа при пиковых нагрузках.

Недостатки:

- высокая стоимость;

- большие габаритные размеры.

5. Резервуары-охладители используют для глубокого охлаждения молока (до 4-6°С), его временного хранения в охлажденном виде. Внутренняя емкость резервуара имеет рубашку охлаждения, обеспечивающую циркуляцию охлаждающей жидкости между стенками резервуара. Теплоизоляционный слой препятствует повышению температуры внутри ем-кости. Охлаждение в резервуарах-охладителях подразделяют на непосредственное и косвенное. При непосредственном охлаждении хладагент холодильной машины отнимает тепло непосредственно от молока, при косвенном охлаждении - от промежуточного хладоносителя.

Недостатки охлаждения молока с использованием резервуара-охладителя.

Охлаждение при помощи резервуаров-охладителей имеет ряд недостатков, которые решены в системе мгновенного охлаждения молока:

1. Резервуары-охладители требуют наполнения резервуара-охладителя хотя бы на 10%, а система мгновенного охлаждения позволяет охлаждать молоко в потоке. охлаждение молоко доение температура

2. Время охлаждения в резервуаре-охладителе до 4 градусов составляет около 2,5 часов, за это время в молоке увеличивается количество бактерий, следовательно повышается вероятность некондиционного молока (кисляка), а ведь это потерянные деньги. С системой мгновенного охлаждения эта проблема решена, так как охлаждение происходит немедленно.

3. Еще один недостаток резервуаров-охладителей - смешивание молока, поступающего в охладитель от второй и последующих доек, в результате чего происходит изменение жирового и белкового состава молока.

6. Система «мгновенного» охлаждения молока предназначена для быстрого охлаждения молока перед его подачей в резервуар-охладитель. В состав системы, кроме танка-охладителя молока, как правило, входит мощный ледогенератор со своим холодильным агрегатом, трубчатый (или пластинчатый) теплообменник, насос для подачи воды, термостат и аппаратура управления. Молоко, проходя через теплообменник, охлаждается до 8-10°С, а затем поступает в резервуар-охладитель для дальнейшего охлаждения (до 3-4°С) и хранения. При правильно выбранном ледогенераторе данная система охлаждает молоко с 32°С до 4°С за 30-40 мин.

Достоинства системы мгновенного охлаждения молока.

Благодаря принципиально другому подходу к охлаждению система мгновенного охлаждения накапливает холод в перерывах между дойками или приемками. Для накопления холода используется аккумулированный лед. Благодаря этому молоко охлаждается в потоке по мере поступления. При этом исключается подмораживание молока. Система экономична как в плане энергопотребления, так и в потреблении воды. Вода находится в замкнутом контуре и используется повторно.

7. Предварительное охлаждение молока искусственным холодом.

Эта система мгновенного охлаждения молока позволяет нам повысить качество молока. Она проста по конструкции и не требует больших затрат на обслуживание. На кафедре механизации животноводства и электрификации сельскохозяйственного производства создана опытная установка этого типа, предназначенная для охлаждения молока, получаемого в пастбищный период.

Схема предлагаемой установки изображена на рис. 1. Она состоит из следующих частей: бак 1 емкостью 10 л, два крана 2, ванна 3 емкостью 20 л, бак 4 емкостью 10 л, теплообменник 5. Данная установка работает следующим образом. Неохлажденное молоко из бака 4 поступает через кран 2, которым регулируется подача, в теплообменник 5, где отдает тепло хладоносителю и далее поступает на слив в емкость для хранения. Схема предлагаемой установки может работать по обратному процессу.

Рис.1. Схема опытной установки:

1 - бак для отработанного хладоносителя

(охлажденного молока);

2 - кран (2 шт.);

3 - ванна для хладагента (охлаждаемого молока);

4 - бак для неохлажденного молока

(хладагента); 5 - теплообменник

Опыт 1

Зависимость изменения температуры молока от времени прохождения хладоносителя (тосол) через теплообменник (радиатор отопителя).

Условия: tокр=18°С; tхл=-10°С; tм=36°С; Vхл=5 л; Vм=10 л.

t, мин

Анализируя данные таблицы и графика опыта 1, можно сделать следующий вывод. С увеличением времени пребывания хладоносителя в теплообменнике кривая графика становится более пологой, т.е. скорость охлаждения молока уменьшается. Следовательно, чем больше скорость прохождения хладоносителя, тем быстрее происходит охлаждение. И в точке, где сравняются температуры хладоносителя и молока, скорость охлаждения станет равной нулю.

Опыт 2

Зависимость изменения температуры молока от времени прохождения его через теплообменник.

Условия: tокр=18°С; tхл=-10°С; tм=36°С; Vхл=10 л; Vм=5 л.

t, мин

Анализируя данные таблицы и графика опыта 2, делаем следующий вывод. На данном графике также видно, что с уменьшением скорости прохождения молока через теплообменник температура его становится ниже, но скорость охлаждения постепенно снижается.

Заключение

На основании приведенных результатов опыта, можно сделать вывод, что с увеличением времени прохода жидкостей через теплообменник снижается расход хладоносителя на охлаждение единицы объема молока, но снижается и интенсивность (средняя скорость) охлаждения.

Следовательно, 1-й способ охлаждения предпочтительнее, т.к. циркуляция хладоносителя упрощает постоянное поддержание его низкой температуры, также интенсивность охлаждения у этого способа выше из-за меньшего теплообмена хладоносителя с окружающей средой.

Литература

1. Механизация животноводства / В.К. Гриб [и др.]. Минск: Ураджай, 1997. 137 с.

2. Практикум по механизации животноводства / Ю.Т. Вагин [и др.]; под ред. В.А. Герасимович. М.: Урожай, 2000. 477 с.

3. Колончук, М.В. Доильное и холодильное оборудование: особенности конструкций и технический сервис / М.В. Колончук, В.П. Миклуш, В.Г. Самосюк. Минск: УМЦ Минсельхозпрода, 2006. 242 с.

4. Ulrich Daniel. Kьhe Halten. Verlag Eugen Ulmer GmbH, Stuttgart 2005.

5. Ведищев С.М. Технологии и механизация первичной обработки и переработки молока: учеб. пособие / С.В. Ведищев, А.В. Милованов. Тамбов, 2005. 152 с.

6. Русских, В.М. Способы охлаждения сырого молока / В.М. Русских. Переработка молока. №7. 2010. С. 5-10.

7. Гуща, П.В. Анализ системы материального стимулирования экономической эффективности производства в молочном скотоводстве Могилевской области / П.В. Гуща // Проблемы экономики. 2010. №1(10). С. 36-43.

8. Ковалевский, И. Повышение эффективности производства молока путем внедрения прогрессивных технологий / И. Ковалевский, И. Ковалевская // Аграрная экономика. 2006. №11. С. 36-38.

УДК 633.521: 621.928: 631.362

Размещено на Allbest.ru