Тепловую обработку молока проводят при разной температуре на различном оборудовании.

При охлаждении молочного сырья замедляется жизнедеятельность микроорганизмов, вызывающих порчу, и увеличивается срок хранения молока в свежем виде.

Нагревание молока интенсифицирует многие технологические операции.

Пастеризация молока и молочных продуктов служит для подавления жизнедеятельности микроорганизмов, находящихся в вегетативной форме.

Стерилизация молока и молочных продуктов обеспечивает уничтожение не только вегетативных, но и споровых форм микроорганизмов, что позволяет значительно увеличить срок хранения готовых изделий.

Вакуум-термическую обработку применяют для удаления из жидких молочных продуктов посторонних запахов и привкусов.

Применяемое в молочной промышленности оборудование для тепловой обработки молока представляет собой отдельные аппараты: пастеризационно-охладительные или стерилизационные установки.

Оборудование классифицируют по характеру соприкосновения продукта и окружающего воздуха--открытые и закрытые; по форме рабочих органов -- плоские и круглые; по профилю поверхности рабочих органов -- трубчатые и пластинчатые; по конструкции -- однорядные и многорядные (пакетные); по числу секций -- односекционные и многосекционные; по направлению движения охлаждающей жидкости по отношению к охлаждаемому продукту - прямоточные и противоточные.

Среди аппаратов для охлаждения молока наибольшее распространение получили охладители открытого (оросительные и емкостные) и закрытого (трубчатые и пластинчатые) типов.

Для нагрева молока применяют подогреватели емкостного, трубчатого и пластинчатого типов. В качестве емкостных подогреватлей обычно используют емкости специального назначения и ванны длительной пастеризации.

Трубчатые и пластинчатые подогреватели несущественно отличаются от охладителей подобных типов. В этих аппаратах вместо охлаждающей жидкости подают пар или реже горячую воду.

Оборудование для пастеризации и стерилизации молока в зависимости от характера выполнения операции делят на аппараты непрерывного и периодического действия. По виду источника энергии различают паровые, электрические и комбинированные аппараты.

Наибольшее распространение среди оборудования этой группы получили пластинчатые и трубчатые установки непрерывного действия, а также ванны длительной пастеризации молока, относящиеся к оборудованию периодического действия.

Тепловая обработка консервированных молочных продуктов осуществляется в автоклавах и стерилизаторах различного типа.

2.2.2 Аппараты для охлаждения и нагрева молока

При охлаждении молока и продуктов его переработки применяют открытые и закрытые охладители.

Охладители открытого типа применяют преимущественно для охлаждения небольшого количества молока и делят на оросительные и емкостные.

Открытый оросительный охладитель (рисунок 2.2) представляет собой вертикальную стенку из горизонтальных труб, размещенных одна над другой. Внутри труб циркулирует вода или рассол. Охлаждаемое молоко стекает на поверхность труб из распределительного желоба и собирается в сборнике. Для уменьшения габаритных размеров охладительных установок их изготовляют в виде параллельных секций. В этом случае желоб распределяет молоко на каждую секцию.

В некоторых оросительных охладителях в качестве хладоносителя применяют аммиак или фреон. При таком охлаждении в секцию снизу вводят жидкий хладагент, например аммиак. В газообразном виде он отсасывается компрессором. Охладительные секции в этом случае изготовляют из нержавеющей стали.

В поточных линиях доения коров и первичной обработки молока применяют круглые оросительные охладители, работающие в закрытом потоке под вакуумом. Однако при одинаковой производительности с плоскими охладителями круглые имеют значительно большие габаритные размеры, что ограничивает их применение.

Емкостные охладители являются универсальным оборудованием и служат для сбора, охлаждения и хранения молока. Широкое применение они получили на фермах, а также на молокоперерабатывающих предприятиях малой и средней мощности.

Молоко в емкостях охлаждается двумя способами: непосредственно кипящим хладагентом и посредством промежуточного хладоносителя. Следует отметить, что в расчете на 1 л охлажденного молока в первом случае затрачивается почти в 3 раза меньше электроэнергии, чем во втором.

Рисунок 2.2 Открытый оросительный охладитель:

а) общий вид: 1--секция охлаждения холодной водой; 2-- патрубок для выхода холодной воды; 3 -- распределительный желоб; 4 -- патрубок для подачи продукта; 5-- патрубок для выхода охлажденного продукта; 6--рама; 7--сборник; 8--патрубок для подачи рассола; 9-- секция охлаждения рассолом; 10-- патрубок для выхода рассола; 11 -- патрубок для подачи холодной воды;

б) система аммиачного охлаждения: 1--секция охлаждения аммиаком; 2, 8-- запорные вентили; 3 -- трубопровод для газообразного аммиака; 4 -- аккумулятор; 5-- предохранительный клапан; 6-- бародросселирующий клапан; 7-- патрубок для подачи жидкого аммиака; 9--фильтр; 10-- регулирующий клапан; 11--трубопровод для жидкого аммиака; 12-- мановакуумметр; 13 -- маслоотделитель; 14-- патрубок для выхода охлажденного продукта

Емкости с непосредственным охлаждением молока выпускают со встроенным и автономным холодильным агрегатом. Автономным холодильным агрегатом, как правило, комплектуют емкости большой вместимости (1000 л и больше), так как в этом случае для эффективной работы агрегата возникает необходимость установки вентиляционного оборудования или рекуператора теплоты.

Емкость с непосредственным охлаждением молока состоит из ванны, в нижней части которой находится щелевой испаритель, мешалки с приводом, откидных крышек и фреоновых трубопроводов. Пространство между ванной и корпусом емкости заполнено пенополиуретановой термоизоляцией, плотно прилегающей к стенке емкости. Корпус емкости изготовлен из неметаллического материала. Откидные крышки и небольшая высота емкости обеспечивают удобство ручной мойки. РЭУП-00.03.000ПЗ

Емкости с промежуточным хладоносителем могут иметь змеевиковую, оросительную или рубашечную систему охлаждения. Первые две применяют в емкостях специального назначения при выработке каких-либо молочных продуктов.

Емкости с рубашечной системой охлаждения типа РПО вместимостью 1600 и 2500 л получили наибольшее распространение.

Принцип их работы заключается в подаче охлажденной с помощью холодильной установки воды в рубашку емкости при одновременном перемешивании молока мешалкой лопастного типа.

Закрытые охладители бывают двух типов: трубчатые и пластинчатые.

Охладитель трубчатого типа (рис. 2.2, а) состоит из двойных труб, вставленных одна в другую и помещенных в общий теплоизолированный кожух. Охлаждаемое молоко движется по центральной трубе, а хладоноситель -- противотоком по кольцевому зазору. Охладители трубчатого типа могут иметь две секции: охлаждения холодной водой и рассолом.

Охладитель пластинчатого типа (рис. 2.2, б) представляет собой теплообменный аппарат, рабочая поверхность которого выполнена из отдельных параллельно сомкнутых пластин. Он состоит из главной стойки с верхней и нижней горизонтальными штангами, нажимной плиты и гайки. На верхней штанге подвешивают теплообменные рабочие пластины с рифленой поверхностью. Между ними благодаря резиновым прокладкам образуются каналы, по которым протекают охлаждаемый продукт и хладоноситель. Все пластины уплотняются нажимными плитой и гайками. Основными параметрами, характеризующими пластинчатый охладитель, являются тип и число теплообменных пластин. Размеры, форма и профили их поверхностей разнообразны.

Охладители производительностью до 1000 л/ч оснащены пластинами с площадью поверхности 0,043 м², охладители производительностью 3000... 5000 л/ч имеют теплообменные пластины площадью 0,145 и 0,2 м². В зависимости от производительности охладителя и числа секций в нем (одна или две) в аппарате может быть от 28 до 88 пластин и больше.

Для аппаратов молочной промышленности и сельского хозяйства выпускают теплообменные пластины ленточно-поточного и сетчато-поточного типов.

Рисунок 2.3-Закрытые охладители:

а -- схема охладителя трубчатого типа: 1 -- патрубок для выхода охлаждаемого продукта; 2, 7-- патрубки для входа и выхода хладоносителя; 3--наружные трубки; 4--калачи; 5--внутренние трубки; 6--кольцевой канал; 8-- патрубок для входа охлаждаемого продукта; б--охладитель пластинчатого типа: 1 -- главная стойка; 2, 6-- штанги; 3-- распорка; 4-- нажимная гайка: 5-- ножи; 7-- нажимная плита; 8-- секция водяного охлаждения; 9 -- разделительная пластина: 10-- секция рассольного охлаждения

Пластины первого типа характеризуются тем, что создаваемый поток жидкости между ними подобен волнистой гофрированной ленте. При использовании пластин второго типа поток жидкости разветвляется на смыкающиеся и расходящиеся потоки. Это связано с огибанием жидкостью опорных точек, образуемых взаимным пересечением наклонных гофр и расположенных по ширине подобно сетке. Пластины второго типа имеют более высокое сопротивление проталкивания теплообменивающихся сред, однако обладают лучшими теплотехническими показателями, чем ленточно-поточные. В большинстве пластинчатых охладителей зарубежного производства применяют только пластины сетчато-поточного типа, причем с еще более сложной конфигурацией сетки.

Для нагрева молока перед сепарированием служат пластинчатые и трубчатые нагреватели производительностью 5000, 10 000 и 25 000 л/ч. В процессе приготовления некоторых молочных продуктов молоко нагревают в емкостных теплообменных аппаратах различного назначения.

В связи с тем, что разность начальной и конечной температур обрабатываемого продукта сравнительно невелика (25...45°С), общая поверхность теплопередачи пластинчатых нагревателей молока обычно в 1,5.-.2 раза меньше, чем у пастеризационных установок с такой же производительностью. Достигается это в основном уменьшением числа пластин в аппарате.

Трубчатый подогреватель молока выполнен на базе унифицированного теплообменного цилиндра, применяемого в пастеризационных установках аналогичного типа. Он состоит из одноцилиндрового теплообменного аппарата, узла отвода конденсата, парового вентиля, насоса для подачи молока и измерительных приборов. В процессе нагрева молоко насосом подается в цилиндр и последовательно проходит по 24 трубкам длиной 1,2 м каждая с внутренним диаметром 27 мм. В межтрубное пространство цилиндра подается пар.

2.2.2 Оборудование для пастеризации молока и молочных продуктов

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. 2.4) 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 1,2м/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.

Рисунок 2.4 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

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-охладителъные 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, используемой при производстве питьевого молока (рисунок), 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.

Пластинчатая пастеризационно-охладительнаяустановка (рис. ) 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 вы биты порядковые номера, те же номера указаны на схеме компоновки пластин.

Рисунок 2.6 Схема пластинчатой пастеризационио-охладительной установки типа ОПФ:

1--пластинчатый аппарат; 2-- сепаратор-молокоочиститель; 3--молочный насос; 4--уравнительный бак; 5-- пульт управления; 6--выдерживатель; 7--водяной насос; 8--конвекционный бак; 9-- инжектор; 10-- клапан, регулирующий подачу пара; 11-- перепускной электрогидравлический клапан

Рис 2.7 Пластинчатые аппараты с различным расположением секций:

а--с односторонним расположением: 1, 2, 11, 12-- штуцера; 3--передняя стойка; 4--верхнее угловое отверстие; 5-- малая кольцевая резиновая прокладка; 6--граничная пластина; 7--штанга; 8-- нажимная плита; 9-- задняя стойка; 10--винт; 13-- большая резиновая прокладка; 14-- нижнее угловое отверстие; 15--теплообменная пластина; б--с двусторонним расположением: 1 -- зажимное устройство; 2-- нажимные плиты; 3-- первая секция рекуперации; 4-- штуцер для вывода молока из секции рекуперации (3) и подачи его к сепаратору-молокоочистителю; 5-- вторая секция рекуперации; 6-- штуцер для ввода молока в секцию рекуперации (5) после выдерживателя; 7-- секция пастеризации; 8-- главная стойка; 9-- секция водяного и рассольного охлаждения; 10-- штуцер для входа пастеризованного молока; 11-распорка; 12-- ножка; 13-- штуцер для выхода рассола; 14-- штуцер для выхода пастеризованного молока из секции пастеризации и подачи его в выдерживатель; 15-- штуцер для входа молока в секцию рекуперации после центробежного молокоочистителя; 16-- штуцер для выхода горячей воды; 17-- штуцер для выхода холодной воды; 18-- штуцер для входа рассола; 19-- штуцер для входа пастеризованного молока в секцию водяного охлаждения; 20--разделительные плиты; 21 -- штуцер для входа сырого молока

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 пастеризацион-но-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 выдерживателя. 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 40л, 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 течение 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.

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. 2.6) кроме секций инфракрасного электронагрева имеются выдерживатель и пластинчатый теплообменный аппарат.

Секция инфракрасного нагрева состоит из трубок кварцевого стекла и-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 труб-

чатых, 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.

Рисунок 3.8 Схема пастеризационно-охладительной установки УОМ-ИК-1:

1 - секция инфракрасного электронагрева; 2-- выдерживатель; 3, 15-- термометры; 4-- смотровой участок; 5, 6--трехходовые краны; 7--секция охлаждения ледяной водой (рассолом);8 - секция охлаждения водой; 9-- секция регенерации; 10-- манометр; 11-- пластинчатый теплообменник; 12, 13--вентили; 14-- перепускной клапан; 16-- термометр сопротивления; 17 -- кран; 18-- уравнительный бак; 19-- насос; 20-- моечный трубопровод; 21 -- емкость для хранения молока.

Наиболее высокими технологическими показателями среди отечественных 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.

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.

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 -- в приемную емкость.

В блоке питания пастеризатора установлена пускорегулирую-щая аппаратура, обеспечивающая работу верхнего и нижнего облучающих устройств. В пастеризаторах производительностью 1000 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 при использовании насоса для подачи молока последний должен 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-0,2ВТ 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 рисунке 3.8 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 теплообмен-ный 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. В случае нарушения заданного режима пастеризации молоко с помощью автоматического клапана возврата направляется на повторную обработку. 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.

2.2.3 Преимущество и недостатки электрических способов пастеризации молока

1. Электродные пастеризаторы имеют невысокую стоимость и просты по принципу действия, но эксплуатация этих пастеризаторов связана с целым рядом трудностей, которые до сих пор еще окончательно не преодолены. Основные из них состоят в отложении молочного камня, зависящего от плотности тока и материала электродов.

При электродах из нержавеющей стали плотность тока не должна превышать 0,1 А/см². Обнадеживающие результаты получены при использовании электродов из титана. Титановые электроды не покрываются отложениями даже при плотности тока в 3-5 раз превышающей допустимую. Местный перегрев молока возможен при образовании в камере нагрева застойных зон, что свидетельствует о несовершенстве электродной системы. Расход электроэнергии в электродных пастеризаторах при производительности 300-500 л/ч и нагреве от 10 до 70⁰С составляет 0,071 кВт ч/л [Л.].

2. Высокочастотная пастеризация отличается быстродействием и равномерностью подогрева молока, обеспечивающими минимальные изменения его физико-химических свойств.

В отличие от электродных пастеризаторов, в которых теплообразование происходит в основном в водяной части молока, при высокочастотной пастеризации происходит прямой нагрев и других составляющих молока и, в частности, микроорганизмов, что позволяет осуществлять селективный нагрев и за счет этого снижать температуру пастеризации до 50С, подобрав частоту наиболее губительную для микроорганизмов. Расход электроэнергии в высокочастотных пастеризаторах довольно высок и составляет 0,05-0,06 кВтчл [Л. ], что является основным их недостатком.

3. Электротеплонасосная установка для пастеризации молока. Расход электроэнергии на пастеризацию в теплонасосных установках в 2-3 раза меньше, чем при прямом электронагреве. Недостаток теплонасосных установок заключается в высоких капитальных затратах.

4. Ультрафиолетовые пастеризаторы. Ультрафиолетовое излучение представляет собой одну из разновидностей лучистой энергии, характеризующейся длинами волн и занимающей участок спектра от 5 до 400 мм. Установлено, что наибольшая бактерицидная эффективность у излучения с длиной волны 253,7 нм, но при обработке молока ультрафиолетовым излучением возможно частичное разрушение витаминов В1, В2 и С [Л. ]. Значительные дозы могут вызывать денатурацию белка и образование токсичных веществ. Однако ультрафиолетовое излучение дает возможность при отсутствии непосредственного контакта передавать энергию между источником и приемником излучения.

5. Инфракрасная пастеризация.

При облучении в тонком слое молока нагрев происходит очень быстро при сравнительно невысоких расходах электроэнергии. По данным французских фирм, стоимость актинаторов вдвое меньше стоимости традиционных пастеризаторов, а срок сохранности молока возрастает в 1,5 раза. Инфракрасное излучение как и ультрафиолетовое, дает возможность при отсутствии непосредственного контакта передавать энергию между источником и приемником излучения.

Коэффициент полезного действия источника инфракрасного излучения намного больше, чем видимого и ультрафиолетового [Л. ].

Результаты исследования молока инфракрасным излучением в кварцевых камерах указывают, что облучение снижает количество микроорганизмов на 98,9%, кислотности 1-2Т, но какие-либо органолептические и физико-химические показатели не изменяются. Молоко при это способе обработки имеет значительно лучшие показатели, чем в пастеризаторе ОПД-1М [Л. ]. При инфракрасном облучении не требуются котлы-парообразователи, топливо, отдельные помещения и исключается опасность взрыва. Внедрение этого способа пастеризации повысит культуру производства и увеличит использование электроэнергии, отпускаемой хозяйствам по сниженным тарифам.

По данным исследований [Л. ] с позиции эффективности некоторое преимущество необходимо отдать инфракрасному облучению.

Вывод: Таким образом, рассматривая преимущества и недостатки среди всех пастеризаторов наибольший интерес представляет ИК-пастеризатор.

3.3 Расчёт вентиляции с выбором оборудования

Расчет воздухообмена. Необходимый воздухообмен рассчитывается на основании баланса каждой вредности, поступающей в помещение и удаляющееся из помещения. Ниже приведем расчет необходимого воздухообмена по водяным парам и углекислому газу, выделяемым в помещении, и для дальнейших расчетов примем наибольший воздухообмен.

Для расчета необходимы следующие данные. [Л.1].

Таблица 3.1

Выделения теплоты, углекислоты и водяных паров

а) Расчет воздухообмена по допустимой концентрации углекислого газа внутри помещения.

Q_СО2 = C /(C_в-C_н), м³/с(3.1)

где Q_СО2 - воздухообмен по допустимой концентрации углекислого газа внутри помещения, м³/ч, [Л.2];

С - выделение СО_2, г/ч. (таблица 3.1);

С = 51300+10000=25300 г/ч;

С_н= 0,3…0,4 л/м³ - концентрация СО₂ в свежем приточном воздухе, [Л.1];