Технология пастеризиции молока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Пастеризация

1.1 Обоснование темы

1.2 Режимы и техника пастеризации молока

1.3 Обзор существующих способов и схем пастеризации молока

2. Описание выбранного процесса

3. Анализ аппаратов

3.1 Сравнение аппаратов

4.Описание аппарата, конструктивные изменения

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Главной целью проводимых в стране экономических реформ является наиболее полное удовлетворение материальных и духовных потребностей людей.

На период реформ, выдвигая широкую программу социального развития страны и повышения народного благосостояния, на первый план поставили задачу - улучшить снабжение населения продуктами питания. Программа реформ предусматривает широкое использование потенциала сельского хозяйства нашей страны и всех отраслей агропромышленного комплекса. 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, изготовления 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. Предприятия молочной промышленности располагают современным, высокопрозводительнным оборудованием, в том числе поточно-механизированными и автоматизированными линиями. Освоено производство новых видов цельномолочной продукции, сыров, мороженного, молочных консервов, масла, продуктов для детского питания, заменителей цельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных. В последнее время особое внимание акцентируется на комплексной переработке молока и рациональном его использовании путем переработки обезжиренного молока, пахты и сыворотки на различные пищевые продукты. Тару, в которой выпускают с предприятий пастеризованное молоко, обязательно пломбируют и маркируют. На алюминиевых капсулах тиснением, на пакетах, этикетках и бирках для фляг и цистерн несмывающейся краской наносят маркировку: наименование предприятия-изготовителя, полное наименование продукта, объем в литрах (на пакетах), число или день конечного срока реализации, номер ГОСТа.

Нормальное функционирование молочной отрасли России требует повышения эффективности производства. В первую очередь это касается ресурсосбережения, так как затраты на сырье достигают 80 % себестоимости молочных продуктов. Проблема дефицита сырья может быть решена за счет использования молочной сыворотки, ресурсы которой в нашей стране превышают 3,5 млн. m в год.

За рубежом в последнее десятилетие наметилась четкая тенденция к увеличению производства и потребления низкожирных молочных продуктов, при выработке которых широко используется вторичное молочное сырье. Из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки вырабатывается разнообразный ассортимент налитков для непосредственного потребления и полуфабрикатов для изготовления десертов, пудингов, мороженого, желированных продуктов. Расширяются биологические методы обработки сыворотки, такие как гидролиз лактозы до более сладких моносахаров, что расширяет сферу ее применения в кондитерских изделиях, мороженом и напитках. На кормовые цели обезжиренное молоко и молочная сыворотка направляются в обработанном виде (сгущение, сушка, биологическая конверсия) преимущественно на производство заменителей цельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных и комбикормов-стартеров.

Однако в целом проблема полного и рационального использования вторичного молочного сырья не решена как в нашей стране, так и за рубежом. Значительные объемы обезжиренного молока возвращаются для скармливания животным, а часть молочной сыворотки не используется.

1.Пастеризация молока

1.1 Обоснование темы

Пастеризация - процесс одноразового нагревания чаще всего жидких продуктов или веществ до 60 °C в течение 60 минут или при температуре 70-80 °C в течение 30 мин. Технология была открыта в середине XIX века французским микробиологом Луи Пастером. Применяется для обеззараживания пищевых продуктов, а также для продления срока их хранения.

При такой обработке в продукте погибают вегетативные формы микроорганизмов, однако споры остаются в жизнеспособном состоянии и при возникновении благоприятных условий начинают интенсивно развиваться. Поэтому пастеризованные продукты (молоко, пиво и другое) хранят при пониженных температурах в течение ограниченного периода времени. Считается, что пищевая ценность продуктов при пастеризации практически не изменяется, так как сохраняются вкусовые качества и ценные компоненты (витамины, ферменты).

В зависимости от вида и свойств пищевого сырья используют разные режимы пастеризации. Различают длительную (при температуре 63-65 °C в течение 30-40 мин), короткую (при температуре 85-90 °C в течение 0,5-1 мин) и мгновенную пастеризацию (при температуре 98 °C в течение нескольких секунд).

Пастеризация не может применяться при консервировании продуктов, так как герметично закрытая тара является благоприятной средой для прорастания спор анаэробной микрофлоры). В целях долговременного консервирования продуктов (в особенности загрязненных первоначально землей, например, грибов, ягоды), а также в медицинских и фармацевтических целях применяют дробную пастеризацию - тиндализацию.

Тепловая обработка молока и некоторых других молочных продуктов (сливок, смесей для мороженого, обезжиренного молока) при температурах ниже. точки кипения называется пастеризацией.

Основная цель пастеризации -- уничтожение вегетативных форм микроорганизмов, находящихся в молоке (возбудителей кишечных заболеваний, бруцеллеза, туберкулеза, ящура и др.), сохраняя при этом его биологическую, питательную ценность и качество. На рис. 1 приведены графические зависимости температуры пастеризации молока от продолжительности выдержки, полученные Г. А. Куком. Зона А характеризует режимные параметры, при которых происходят биохимические, физико-механические изменения и видоизменения состава молока. Зона Б определяет режимные параметры подавления жизнедеятельности микроорганизмов молока. Между зонами А и Б расположена область кривых (нейтральная зона), где любая точка соответствует режиму пастеризации, при котором жизнедеятельность микроорганизмов подавляется, а молоко сохраняет свое первоначальное качество.

Из вымени животного, а также: в процессе получения, транспортировки и обработки молока в него попадает значительное количество различных микроорганизмов. Они вызывают глубокие изменения составных частей молока, что ухудшает качество продуктов. Кроме этого в молоко могут попасть и патогенные микроорганизмы, вызывающие инфекционные заболевания. Источником их попадания в молоко может быть больной скот, а также человек, который или болен инфекционной болезнью, или является бациллоносителем.Цель пастеризации заключается в уничтожении вегетативных форм микроорганизмов, находящихся в молоке, что улучшает качество и повышает стойкость молочных продуктов. Действие на микроорганизмы высоких температур вызывает их гибель, однако различные, бактерии по разному реагируют на этот фактор. Для уничтожения одних достаточно незначительного повышения температуры (55--65° С), термофильные же расы молочнокислых микроорганизмов, обладая значительной термостойкостью, выдерживают высокие температуры. В процессе пастеризации погибают только вегетативные формы микроорганизмов, споры же можно уничтожить при температуре выше 100° С. Таким образом, пастеризация не обеспечивает полного уничтожения микроорганизмов, находящихся в продукте. При правильном проведении процесса пастеризации на пластинчатых установках в молоке погибает до 99,99% микроорганизмов.

Термофильные расы, которые не погибли в ходе пастеризации оказываются сильно ослабленными. Значительно снижается,. активность и задерживается развитие сохранившихся при пастеризации споровых форм некоторых микроорганизмов.

Факторы, влияющие на эффективность пастеризации. Основными факторами, влияющими на эффективность пастеризации, являются- температура нагревания и время воздействия на молоко. С повышением температуры пастеризации уменьшается время тепловой обработки молока, т. е. быстрее достигается подавление микроорганизмов. Между температурой пастеризации г и продолжительностью ее воздействия z существует следующая функциональная зависимость:

In Z = а -- вt.

Эффект пастеризации принято считать по уничтожении всех микроорганизмов и туберкулезной палочки как наиболее термоустойчивой. Однако работа по определению туберкулезной палочки связана с определенными трудностями, поэтому принято считать об эффективности пастеризации по уничтожению кишечной палочки. Многочисленными исследованиями установлена зависимость температуры пастеризации и времени выдержки в виде следующего уравнения:

In z =36,84 --0,48t.

Режимы пастеризации молока, определенные по этому уравнению, гарантируют дезактивацию туберкулезной и кишечной палочки даже в производственных условиях. Зная температуру пастеризаций, из этого уравнения можно определить время выдержки:

Температура пастеризации-60 62 64 66 68 70 72 74 76. Продолжительность выдержки-3100 1188 455 174 67 25,6 9,8 3,7 1,4. Из приведенных данных видно, что достаточно выдержать молоко в течение 3,7 с. при 74° С, чтобы полностью уничтожить все микроорганизмы в молоке. В промышленности для полной гарантии в эффективности пастеризации время выдержки молока при этой температуре повышают до 15-20 с.

Кроме температуры нагревания и продолжительности ее воздействия на молоко эффективность пастеризации зависит также от целого ряда второстепенных факторов.

Степень обсемененности. В процессе пастеризации в молоке сохраняется некоторое количество микроорганизмов, составляющее десятые или сотые доли процентов от их общего числа. В связи с этим в молоке с большей первоначальной обсемененностью после тепловой обработки остается и большее количество микроорганизмов, в основном это термофильные расы, развитие которых в пастеризованном молоке также нежелателен.

Возраст бактериальной клетки. В зависимости от возраста бактериальная клетка проявляет различную чувствительность к действию высоких температур. Как правило молодые клетки, появившиеся в молоке за несколько часов до пастеризации ,погибают быстрее, чем клетки, находящиеся в молоке около суток. Поэтому нежелательно на предприятиях длительное хранение молока даже при пониженных температурах.

В этом случае, хотя процесс размножения микроорганизмов почти полностью отсутствует, имеющиеся в молоке клетки образуют более устойчивые формы и эффективность пастеризации молока значительно снижается.

М е х a н и ч е с к а я загрязненность молока. В частичках механической примеси и слизи находится значительное количество бактерий. В ходе пастеризации, особенно при небольших выдержках, эти частицы примеси и слизи прогреваются труднее, а следовательно, находящиеся в них микроорганизмы полностью не уничтожаются. В связи с этим, перед пастеризацией следует очистить молоко, что повысит эффективность пастеризации.

П е р и о д получёния молок а. В зависимости от условий содержания скота стойкость микроорганизмов молока к действию высоких температур несколько изменяется. В молоке, полученном в пастбищный период содержания скота, после пастеризаций остается в 3--5 раз меньше микроорганизмов чем в молоке, полученного в стойловый период.

С о с т а в п р о д у к т а. Кроме молока пастеризации подвергаются сливки, различные смеси для мороженого, обезжиренное молоко. Химический состав этих продуктов различается содержанием жира и сухих веществ, Что в значительной мере оказывается на эффективности пастеризации. Работами проф. А. Королева установлено, что в продуктах с повышенным содержанием жира и сухих веществ возрастает сопротивляемость микроорганизмов действию высоких температур. При пастеризации продуктов с повышенным содержанием жира и сухих веществ для достижения необходимой эффективности следует повышать температуру тепловой обработки на 8-10° С или увеличивать продолжительность выдержки.

К и с л о т н о с т ь молока и его в с п ен и в а н и е. Пастеризации должно подвергаться молоко с кислотностью не выше 22° Т. При большей кислотности белки молока при нагревании частично свертываются и на греющей поверхности пастеризатора образуется слой пригара. Этот слой ухудшает теплопроводность через стенки аппарата, что отражается на эффективности пастеризации. Молоко с кислотностью выше - 27° Т пастеризации не подлежит, так как Под действием высоких температур полностью свертывается.

Наличие пены в молоке, поступившем на пастеризацию, снижает эффективность его тепловой обработки. Причиной является более слабый прогрев пены по сравнению с молоком. В связи с этим микроорганизмы, находящиеся в пене, полностью не погибают в процессе пастеризации. Следовательно, необходимо избегать вспенивания молока.

1.2 Режимы и техника пастеризации молока

На предприятиях молочной промышленности применяют следующие режимы пастеризации молока: длительная пастеризация при 63--65°С с выдержкой 30 мин, кратковременная пастеризация при 74--76° С с выдержкой 15--20 с, моментальная пастеризация при 85--87° С без выдержки. При длительной, пастеризации наблюдаются наименьшие изменения физико-химических свойств и состава молока. При этом режиме погибает вся микрофлора молока и патогенная, в том числе. Однако длительная пастеризация имеет и существенные недостатки. Значительное количество термофильных микроорганизмов и споровых форм выдерживают данный режим тепловой обработки. Молоко при 63--65° С пастеризуют в специальных ваннах ВДП емкостью 300, 600 и 1000 л. В них молоко нагревается до нужной температуры, выдерживается при ней в течение 30 мин, а затем охлаждается холодной водой, подаваемой в рубашку ванны. Весь процесс требует относительно много времени, что связано с малой производительностью. Для его ускорения применяют пастеризаторы, в которых молоко нагревается до требуемой температуры, и резервуары с изоляцией для выдерживания молока.

Самый оптимальный способ, по моему мнению, это кратковременная пастеризация .

При этом режиме, в большей степени подавляются термофильные микроорганизмы и стойкость молока возрастает. Кратковременную пастеризацию проводят в тонкослойных аппаратах с выдерживателями для нагретого молока. Аппараты при большей производительности имеют незначительные размеры. Процесс тепловой обработки молока в них идет непрерывно, что позволяет осуществить поточность производства. Однако, кратковременная пастеризация вызывает более значительные изменения состава и свойств молока. Для кратковременной пастеризации молока используют пластинчатые установки. В пластинчатых аппаратах тепловая обработка молока идет в тонком слое, молоко хорошо прогревается, в результате достигается высокая эффективность пастеризации. Процесс протекает без доступа воздуха, что обеспечивает в значительной степени сохранность витаминов и вкусовых качеств молока. Установки имеют секции регенерации, в которых пастеризованное молоко отдает тепло холодному молоку, поступающему в аппарат, что уменьшает расход пара на пастеризацию. Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки для молока выпускаются производительностью 3000, 5000, 10 000 и 15 000 л/ч, а также 1000 и 2000 л/ч для сливок. Рисунки 3, 4, 5.

1.3 Обзор существующих способов и схем пастеризации молока

Действие пастеризации на микроорганизмы, содержащиеся в молоке, зависит от температуры, до которой нагревают молоко, и продолжительности выдержки при этой температуре. Пастеризацией уничтожаются микробы, а при стерилизации (нагревании молока выше температуры кипения) - одновременно и споры. Кипячением уничтожается вся микрофлора молока, за исключением спор, устойчивых к температуре кипения. Пастеризацией без заметного изменения органолептических свойств молока (вкус, запах и консистенция) уничтожаются туберкулезные, бруцеллезные и другие болезнетворные бактерии. В обычном сборном молоке погибает 99% бактерий лишь при условии хорошей, надежной стерилизации аппаратуры, инвентаря, посуды, используемых в процессе пастеризации. Так, добавка к пастеризованному молоку загрязненного молока, содержащего 1 млрд. бактерий (то есть такое количество, которое может остаться по недосмотру в молочном инвентаре), повысит количество бактерий в молоке до 1 млн. в 1 мл. Эти бактерии будут активно размножаться и неизбежно приведут к порче всего молока. Пастеризация, следовательно, наиболее простой и дешевый способ обеззараживания молока. Молоко пастеризуют также при производстве всех молочных продуктов, чтобы предохранить их в последующем от нежелательных процессов, которые вызываются жизнедеятельностью бактерий и особенно кишечной палочки, маслянокислых бактерий и других. При пастбищном содержании скота микрофлора молока уничтожается нагреванием более полно, чем при стойловом содержании. Объясняется это тем, что при стойловом содержании бактерии попадают в молоко главным образом с навозных частиц. Эти бактерии по своим свойствам более устойчивы к нагреванию. При пастбищном содержании в молоке обнаруживаются преимущественно бактерии, размножающиеся на растениях. Перед пастеризацией необходима тщательная очистка молока. На практике применяются три режима пастеризации: при длительной пастеризации молоко нагревают до 63-65 °С и выдерживают при этой температуре 30 мин; кратковременная пастеризация проводится при 72-75 °С с выдержкой в течение 15-20 с, что осуществляется в потоке; мгновенная пастеризация - нагревание молока до температуры 85-90 °С без выдержки. Термическое воздействие на молоко приводит к некоторым изменениям его составных веществ. При нагревании из молока улетучиваются растворенные в нем газы. Вследствие удаления углекислоты кислотность молока снижается на 0,5-1 °Т. При температуре выше 85° частично изменяется казеин. Но наибольшему воздействию подвергается альбумин молока: при 60 - 65 °С он начинает денатурироваться. Нарушается при пастеризации и солевой состав молока. Растворимые фосфорнокислые соли переходят в нерастворимые. От частичного свертывания белков и образования нерастворимых солей на поверхности нагревательных приборов (пастеризаторы) отлагается осадок-молочный камень (пригар). Пастеризованное молоко медленнее свертывается сычужным ферментом. Это объясняется выпадением кальциевых солей. Добавление к такому молоку раствора хлористого кальция восстанавливает его способность свертываться. Витамины стойки к воздействию высокой температуры, особенно если молоко нагревается без доступа кислорода воздуха. Нагревание до высоких температур (80-85°) придает молоку особый привкус и аромат, которые по мере повышения температуры усиливаются. При кипячении состав молока также изменяется. Например, почти в 2 раза уменьшается содержание витаминов А и С. Теряются питательные вещества в пределах от 15 до 20% вследствие образования осадков белков, жира и солей кальция на стенках посуды. Поэтому кипятить пастеризованное молоко без особой нужды не следует.

Цели пастеризации следующие:

· уничтожение патогенной микрофлоры, получение продукта, безопасного для потребителя в санитарно-гигиеническом отношении;

· снижение общей бактериальной обсемененности, разрушение ферментов сырого продукта, вызывающих порчу пастеризованного продукта, снижение его стойкости в хранении;

· направленное изменение физико-химических свойств продукта для получения заданных свойств готового продукта, в частности, органолептических свойств, вязкости, плотности сгустка и т.д.

Объемы продуктов, подлежащих пастеризации, огромны. Поэтому приоритетными направлениями работ по совершенствованию и созданию новых пастеризационно-охладительных установок являются снижение энергоемкости теплообменных процессов, минимизация их геометрических параметров, снижение стоимости.

Существуют различные исполнения пастеризаторов: трубчатые, скребковые, пластинчатые, с инфракрасным нагревом, емкостные и так далее. Самыми эффективными с точки зрения снижения энергоемкости и времени обработки являются пластинчатые пастеризационно-охладительные установки.

По классическим схемам на данных установках в пластинчатом теплообменном аппарате три секции: пастеризации, рекуперации и охлаждения. Благодаря секции рекуперации, выходящий горячий продукт в потоке отдает тепло поступающему холодному продукту, что позволяет экономить как минимум 85…90% электроэнергии, потребляемой для пастеризации. Соответственно выходящий продукт перед попаданием в секцию охлаждения частично охлажден и не требует больших энергозатрат холодопроизводителей. Так как, процессы нагрева и охлаждения осуществляются в закрытом потоке, то это исключает возможность повторного обсеменения. Время обработки продукта в пластинчатых пастеризационно-охладительных установках в несколько раз меньше по сравнению с емкостными.

Наибольшее распространение получили пастеризаторы модели ПМР_02_ВТ (небольшой производительности: 500…2000л/ч) с роторным нагревателем.

Схема технологического процесса: продукт из накопительной емкости подается в приемный бак. Из приемного бака продукт посредством насоса поступает в секцию рекуперации теплообменника, где подогревается встречным потоком пастеризованного продукта. Из секции рекуперации продукт поступает в роторные нагреватели. В роторном нагревателе, при вращении на больших оборотах, продукт, проходя зоны расширения и сужения, нагревается до температуры пастеризации. Далее он прокачивается через клапан возврата, выдерживатель, секцию рекуперации, секцию охлаждения и направляется в емкость для сбора и хранения. Если в автоматическом режиме работы температура продукта ниже заданной, то клапан возврата срабатывает и направляет продукт на вход в секцию рекуперации для повторного нагрева. При этом срабатывает световая и звуковая сигнализация, предупреждая о том, что посредством регулирующего крана необходимо уменьшить производительность. Температура пастеризации продукта индицируется и регистрируется на приборах в шкафу управления. Пастеризованный продукт из секции рекуперации поступает в секцию охлаждения, где охлаждается хладоносителем до заданной температуры и поступает в емкость для сбора и хранения. Температура выхода продукта индицируется на приборах в шкафу управления.

Роторный нагреватель нагревает на небольшую дельту температуры. (7…9 С) Основной нагрев осуществляется в секции рекуперации, поэтому работа роторного нагревателя корректна только в составе пастеризационно-охладительной установки, совместно с пластинчатым теплообменником. Мощность нагревателей и их количество определяет производительность установки. Нагреватель является вихревой гидродинамической машиной, обладающей свойствами насоса.

Основные преимущества установок с роторным нагревателем:

- В пастеризаторе с роторным нагревателем нагрев продукта происходит напрямую, без применения промежуточных теплоносителей, в связи с чем коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую в 1,5…2 раза выше по сравнению с тэновыми нагревателями, что позволяет экономить как минимум 50% электроэнергии, потребляемой для пастеризации продуктов. Так, потребление электроэнергии на пастеризацию 1200 л/час составляет всего 7…8 кВт.

- Отсутствие секции пастеризации в ПМР_02_ВТ с роторными нагревателями исключает возможность пригорания продукта и отложения камня, накипи. По фракционному составу белок пастеризованного молока идентичен белку исходного сырого молока. Содержание жира после пастеризации не меняется.

- Отсутствие секции пастеризации значительно упрощает и удешевляет конструкцию установки (уменьшается теплообменный аппарат; нет насоса теплоносителя, системы подготовки горячей воды (ТЭНы/пар), бака теплоносителя и расширительного бака, трубопроводной обвязки).

- В роторных нагревателях происходит частичная гомогенизация (16…20%), улучшая вкусовые качества продукта. Благодаря «объёмному» воздействию на продукты в роторном нагревателе созданы условия для полного подавления микрофлоры, что позволяет существенно увеличить сроки сохранения их качества.

- Использование данных установок не требует оборудования для получения пара (наличия котельной или электротэнов).

- Нагреватель является вихревой гидродинамической машиной, обладающей свойствами насоса. Это облегчает проход более густых продуктов.

- На базе роторного нагревателя, выполненного из нержавеющей стали, разработаны и изготовлены пастеризаторы ПМР_02_ВТ (стерилизаторы), обеспечивающие нагрев продукта в пределах 70…125 С при малой потребляемой мощности. Так, потребление электроэнергии на высокотемпературную пастеризацию продукта, производительностью1500 л/час и температурой 120 С, составляет всего 12…13 кВт.

Ведутся работы по созданию литого роторного нагревателя нового образца (из нержавеющей стали) для установок большей производительности. Данные нагреватели позволят совершить прорыв в области экономии потребляемой электроэнергии. Опытные образцы показали феноменальные результаты. Так для пастеризации продукта при 80 С, производительностью 3000 л/ч, потребуется всего 20…25кВт. Данная установка имеет возможность стерилизовать продукт (до температуры 120…135 С) В настоящее время не существует аналогов таких экономичных установок. Высокий технический уровень, экономичность, компактность пастеризаторов ПМР_02_ВТ определил постоянно растущий спрос на них у потребителей.

Одним из простых видов аппаратов для нагревания и пастеризации молока являются ванны длительной пастеризации.

Нагревание молока в ваннах длительной пастеризации осуществляется горячей водой, подогреваемой паром непосредственно в рубашке, а охлаждение - ледяной водой, перегоняемой через рубашку.

Работает ванна длительной пастеризации следующим образом. пар через коллектор (барботер) поступает в воду, заполняющую межстенное пространство, и нагревает ее до температуры до… 96°С. Конденсат пара смешивается с водой, излишки которой сливаются через переливную трубу.

Горячая вода через стенку внутреннего резервуара нагревает молоко. По достижении заданной температуры паровой вентиль частично прикрывают и выдерживают молоко при температуре пастеризации. Затем паровой вентиль полностью закрывают и открывают вентиль холодной воды, которая постепенно вытесняет из межстенного пространства горячую воду и охлаждает молоко.

После завершения технологического цикла молоко из ванны сливают, а внутренний резервуар ванны и все детали, соприкасающиеся с молоком, промывают моющим раствором и ополаскивают теплой водой.

Расход пара на пастеризацию 1000 кг молока в ваннах длительной пастеризации составляет 100… 140 кг, что в 4,5…5 раз больше, чем в современных пластинчатых установках. Последнее свидетельствует о низкой экономичности ванн длительной пастеризации и объясняется тем, что тепло, затраченное на предварительное нагревание воды в рубашке ванны, используется нерационально. Кроме того, в ваннах длительной пастеризации неприменима рекунерация тепла, которая широко используется в пластинчатых аппаратах.

Универсальный танк является более совершенной конструкцией резервуара - теплообменника для тепловой обработки молока и других жидких пищевых продуктов. Он может быть использован для охлаждения молока с 35 до 5…6°С и его хранения; для подогрева и пастеризации молока в интервале температур 75…90°С; для тепловой обработки сливок и выдержки их при низкой температуре в процессе созревания и подогрева перед сбиванием; для охлаждения молока и других жидких молочных продуктов с 90 до 20°С.

В сравнении с ваннами длительной пастеризации универсальные танки оборудованы более современной и эффективной системой нагревания и охлаждения, а также приборами контроля технологических параметров.

Перед началом пастеризации межстенное пространство танка заполняют водой до появления ее из переливной трубы. Затем заполняют танк молоком, включают мешалку и насос циркуляции воды. После этого в барботер пускают пар и доводят температуру воды до 90…96°С. Излишняя вода (от конденсации пара) сливается через переливную трубу.

После нагревания до заданной температуры, которую контролируют с помощью дистанционного термометра, молоко выдерживают в течение определенного времени, а затем прекращают подачу пара и пускают холодную воду. Циркуляционный насос при этом отключают. После вытеснения горячей воды через переливную трубу вновь включают насос и охлаждают молоко до температуры на 2-3 °С выше водопроводной воды. Для охлаждения молока до более низкой температуры водопроводную воду отключают, а в змеевик подают ледяную воду или рассол.

Мешалка и циркуляционный насос, перемешивая молоко и промежуточный хладоноситель, ускоряет процесс охлаждения молока.

Чтобы предотвратить нагревание охлажденного молока в период длительного хранения, мешалку и циркуляционный насос включают в работу через каждые 1.5…2ч.

К недостаткам универсальных резервуаров теплообменников, так же, как и ванн длительной пастеризации, можно отнести: отсутствие рекунерации тепла и постоянный контакт продукта с воздушной средой.

Для обработки молока в закрытом потоке при высоких скоростях его движения служат трубчатые пастеризационные установки.

По числу цилиндрических корпусов для нагревания молока трубчатые установки подразделяются на одно-, двух- и четырехсекционные.

Односекционный аппарат с паровым обогревом наиболее простой из применяемых трубчатых пастеризаторов. Он состоит из цилиндрического корпуса 3 (рисунок 2), снабженного термоизоляцией и закрытым защитным кожухом из тонколистной стали. Внутри цилиндрического корпуса размещен трубчатый теплообменник, состоящий из труб, трубных досок с выфрезерованными в них каналами для попарного соединения труб и крышек с резиновыми уплотнениями. Последние изолируют каналы друг от друга, создавая таким образом змеевик. Первая и последняя трубы теплообменника выведены из цилиндра наружу в виде патрубков со штуцерами для ввода и вывода обрабатываемого продукта. В паровой рубашке цилиндра на входе пара установлена перфорированная отражательная пластина для предотвращения местного перегрева труб. В верхней части цилиндра смонтирована паровая обвязка пастеризатора, состоящая из температурного датчика 6, вентиля, регулятора температуры 5 прямого действия и монометра 4.

Для автоматического удаления конденсата из межтрубного пространства в нижней части цилиндра смонтиован конденсатоотводчик. Он состоит из корпуса и крышки, соединенных болтами, поплавка с грузом, съемного седла и шарикового клапана. Корпус установлен на трубчатой подставке, четыре ножки которой имеют винтовые опоры для регулировки уровня при монтаже пастеризатора на неровном полу.

Односекционный трубчатый пастеризатор с паровым обогревом.

При работе пастеризатора молоко через входную трубу поступает в трубчатый теплообменний и, проходя по змеевиковым каналам, нагревается паром до заданной температуры. На выходе молока из теплообменника установлен датчик температуры, связанный с регулятором температуры. Поступление пара в межтрубное пространство пастеризатора регулируется автоматически в зависимости от температуры пастеризации молока.

Более совершенный конструкции трубчатых пастеризаторов оборудованы также перепускным клапаном, который связан с чувствительным элементом менометрического термометра. Последний воспринимает температуру молока, выходящего из пастеризатора, и подает сигнал на электромагнитный клапан. Если температура молока ниже заданной, электромагнитный клапан срабатывает и направляет поток молока на повторное нагревание.

Нормальная работа трубчатого парового пастеризатора во многом зависит от правильной работы регулятора температуры и конденсатоотводчика. Последний должен обеспечивать непрерывный и полный отвод конденсата из паровой рубашки, так как приего накоплении уменьшается теплообменная поверхность, а следовательно, снижается производительность пастеризатора.

Недостатки трубчатых пастеризационных установок - высокая металлоемкость и большие габаритные размеры по сравнению с пластинчатыми при равной производительности; необходимость значительного свободного пространства со стороны торцов цилиндрических теплообменных секций для работы длинными ершами при чистке и мойке аппарата; отсутствие секций для рекунерации теплоты, что снижает экономичность работы и сужает область применения этих теплообменников.

Более совершенными для кратковременной пастеризации являются пластинчатые пастеризационно-охладительные установки типов ОПФ и ОПУ.

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.

В установку входит: пластинчатый пастеризатор-охладитель, сравнительный бак с поплавком, насос для молока, регулятор равномерности потока, сепараторы молокоочистители, автоматический клапан для отвода недопастеризованного молока, бойлер для нагрева воды, пульт управления с выдерживателем и трубопроводы для пара и рассола с регуляторами давления и расходы.

Секции установки отличаются различной компановкой пластин, их типом и расположением. В установке имеется пять секций: пастеризации, регенерации (I и II ступеней), охлаждения водой и охлаждение рассолом.

Работа пластинчатой автоматизированной пастризационно-охладительной установки осуществляется так. Сырое молоко из емкости для хранения подается насосом в промежуточный бак. Уровень молока в баке поддерживается поплавковым устройством. Из бака молоко насосом 12 (рисунок 3) направляется через стабилизатор 11 потока в секцию регенерации пластинчатого аппарата, где нагревается пастеризованным молоком. Затем молоко идет в попеременно работающие молокоочистители 17. Очищенное молоко под напором подается в секцию пастеризации пластинчатого аппарата, в которой нагревается горячей водой до температуры 76 2°С и далее направляется в трубчатый выдерживатель 5, а затем в секцию 14 регенерации. При температуре пастеризации ниже заданной молоко автоматическим клапаном возвращается в бак 10 для повторной тепловой обработки. При заданной температуре пастеризации молоко из выдерживателя 5 последовательно проходит секции 15 и 16 водяного и рассольного охлаждения пластинчатого аппарата, охлаждаясь до 4 2°С. Вода для секции пастеризации подогревается в инжекторе 4 и подается водяным насосом 2.

пастеризация молоко технологический

2. Описание выбранного процесса

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. В состав пастеризационно-охладительной установки типа ОПФ, используемой при производстве питьевого молока (рис. 1), 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 ценообразованию, которое снижает эффективность пастеризации. Данная установка проста в эксплуатации и в случае поломки легко ремонтируется ,проста по своим конструктивным параметрам, но несмотря на всю простоту и экономичность ,пастеризация происходи с сохранением всех органолептических свойств ,сохранение витаминов ,и уничтожение патогенной микрофлоры.

Пластинчатая пастеризационно-охладителъная установка (рис. 2) 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 артезианской 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. Сепаратор-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. При обработке молока, полученного от здоровых животных, в работе участвует одна секция. В случае обработки молока от больных животных оно пропускается последовательно через все четыре секции выдержи- вателя. Таким образом, время выдержки молока при прочих равных условиях зависит от объема выдерживателя.

Возвратный, или перепускной, электрогидравлический клапан служит для автоматического переключения потока молока на повторную пастеризацию при снижении его температуры в секции пастеризации. Система нагрева промежуточного теплоносителя пастеризационно-охладительной установки состоит из конвекционного бака, насоса горячей воды, инжектора, регулирующего клапана подачи пара и трубопроводов. Бак служит для сбора, выравнивания температуры и отвода излишков воды. Инжектор предназначен для смешивания пара с водой, циркулирующей между конвекционным баком и секцией пастеризации установки. Количество пара, поступающего в инжектор, регулируется клапаном в зависимости от заданной температуры пастеризации молока. Для циркуляции горячей воды в системе инжектор -- пластинчатый аппарат -- конвекционный бак применяют центробежный насос 2К20/18 или 2К20/30.В пастеризационно-охладительных установках с электронагревом промежуточного теплоносителя вместо конвекционного бака с инжектором установлен электрический водонагреватель -- емкость цилиндрической формы вместимостью около 40 л, на крышке которой размещены электронагревательные элементы. Для подпитки и поддержания постоянного уровня воды имеется уравнительный бак, смонтированный на корпусе емкости. Уровень воды в емкости контролируется измерителем уровня, который отключает нагревательные элементы при падении его ниже нормы. Избыток воды из водонагревателя удаляется с помощью переливной трубы. 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 в течение300 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. Требуемая 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 90 “С.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.

В пастеризационно-охладительной установке УОМ-ИК-1 (рис. 3.) кроме секций инфракрасного электронагрева имеются выдерживатель и пластинчатый теплообменный аппарат. Секция инфракрасного нагрева 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. 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 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. Наиболее высокими технологическими показателями средиотечественных установок обладают модульные автоматизированные пастеризационно-охладительные установки с электронагревом «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. Техническая характеристика данного типа приведена в табл. 1.Кроме автоматизированных выпускаются также модульные полуавтоматические пастеризационно-охладительные установки «Поток Терм 3000/5000/10000», в которых нагрев продукта до температуры пастеризации осуществляется паром давлением 300 кПа. Расход пара в этих установках составляет соответственно 60, 100 и 173 кг/ч. Наряду с пастеризаторами, в которых источником прямого нагрева молока являются инфракрасные лучи, созданы и получают все большее распространение установки для пастеризации молока, работа которых основана на использовании ультрафиолетового излучения. Применение таких установок позволяет значительно снизить металло- и энергоемкость технологического процесса пастеризации молока, улучшить его качество и сократить потери, сохраняя при этом полезные компоненты продукта (белки, жиры, витамины).Принцип работы пастеризаторов данного типа заключается в бесконтактном воздействии ультрафиолетового излучения на специально сформированный тонкослойный поток молока.

Так, пастеризаторы УФО пяти типов размеров (табл. 2) различаются между собой размерами или размерами и формой. Устройство всех пастеризаторов этого типа одинаково: корпус, в котором размещены распределитель молока, верхнее и нижнее облучающие устройства с пастеризационными пластинами и блок питания. Распределитель молока состоит из клапана-оросителя, к которому по трубопроводу подается молоко. Облучающие устройства представляют собой специальные газоразрядные лампы и отражатели. Конструкция верхнего и нижнего облучающих устройств одинакова.

Работает пастеризатор следующим образом. Молоко через отверстия клапана-оросителя подается тонким слоем на верхнюю пастеризационную пластину и, стекая по ней, проходит через интенсивный поток ультрафиолетовых лучей, испускаемых облучающим устройством. Через отверстия верхнего сборника молоко поступает на нижнюю пастеризационную пластину, где повторно обрабатывается нижним облучающим устройством. Пастеризованное молоко с нижней пастеризационной пластины стекает в сборник, а из него Ир в приемную емкость. В блоке питания пастеризатора установлена пускорегулирующая аппаратура, обеспечивающая работу верхнего и нижнего облучающих устройств. В пастеризаторах производительностью 1 ООО л/ч и больше пускорегулирующая аппаратура размещена в отдельном шкафу. Для периодической мойки пастеризаторов содовым раствором и водой все их рабочие органы, соприкасающиеся с молоком, выполнены легкосъемными.

Пастеризаторы УФО являются безнапорными аппаратами, и комплектоваться запорным клапаном, обеспечивающим напор 0,1...5 м водяного столба. 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.

Высокотемпературный пастеризатор молока с роторным нагревателем ПМР-0,2 ВТ производительностью 500, 1000 и 1800 л/ч предназначен для пастеризации, выдержки, фильтрации и охлаждения молока. Его можно использовать совместно с доильной установкой или автономно. При необходимости пастеризатор настраивают на режим стерилизации молока. Удельные затраты электроэнергии по сравнению с затратами при работе других установок снижены в 2,5...3 раза, а площадь, занимаемая установкой, не превышает 1,5 м². На рис. 4. приведена Технологическая схема пастеризатора ПМР-0,2 ВТ. Молоко из емкости для хранения поступает в приемный бак, насосом подается в фильтр и далее в пластинчатый теплообменный аппарат. В секции регенерации аппарата молоко подогревается за счет теплоты, передаваемой от продукта, поступающего из выдерживателя, и подается в роторный нагреватель. Температура обработки молока в нагревателе измеряется термометром сопротивления и отображается с помощью цифрового индикатора на пульте управления. Нагретое до нужной температуры молоко подается в выдерживатель, где находится 15...20 с, а затем последовательно перемещается через секции регенерации и охлаждения пластинчатого теплообменного аппарата. Пастеризатор оснащен электронным управлением, что позволяет непрерывно контролировать его рабочие параметры. Техническая характеристика пастеризатора ПМР-0,2ВТ различных модификаций приведена в табл. 3

3. Анализ аппаратов

А). Расчёт пастеризатора УФО-3 ,исходя из данных таблицы 1, выполним расчёт удельной материалоёмкости- Муд,кВт ч /Т