Основное технологическое оборудование

Трубчатая пастеризационная установка (рис. 2) состоит из двух центробежных насосов, трубчатого аппарата, возвратного клапана, конденсатоотводчиков и пульта управления с приборами контроля и регулирования технологического процесса.

Пар подается в межтрубное пространство каждого цилиндра. Отработавший пар в виде конденсата выводится с помощью термодинамических конденсатоотводчиков. Нагреваемое молоко движется во внутритрубном пространстве, проходя последовательно нижний и верхний цилиндры. На входе пара установлен регулирующий клапан подачи пара, а на выходе молока из аппарата – возвратный клапан, с помощью которого недопастеризованное молоко автоматически направляется на повторную пастеризацию. Возвратный клапан связан через регулятор температуры с термодатчиком, расположенным также на выходе молока из аппарата. Установка снабжена манометрами для контроля за давлением пара и молока. Обрабатываемый продукт из накопительной емкости с помощью первого центробежного насоса подается в нижний цилиндр теплообменного аппарата, где нагревается паром до температуры 50...60 °С и переходит в верхний цилиндр. Здесь он пастеризуется при температуре 80...90 °С.

Второй насос предназначен для подачи молока из первого цилиндра во второй. Следует отметить, что в трубчатых пастеризационных установках скорость движения различных продуктов неодинакова. В установке для пастеризации сливок скорость их перемещения в трубах теплообменного аппарата 1,2 м/с. В процессе теплообмена сливки поступают в цилиндры пастеризатора с помощью одного центробежного насоса. Скорость перемещения молока за счет применения двух насосов выше и составляет 2,4 м/с.

Трубчатые установки эффективны в том случае, если последующий процесс обработки молока проводят при температуре, незначительно отличающейся от температуры пастеризации.

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 метало- 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 типоразмеров 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 – в приемную емкость. В блоке питания пастеризатора установлена пускорегулирующая 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 м^2.

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.

Сепарирование молока и получение сливок. Оптимальная температура сепарирования (35…45 °С) обусловливает снижение его вязкости, повыше-ние агрегации мелких жировых шариков, увеличение разности показателей плотности жира и плазмы, что повышает эффективность разделения фаз.

Сепарируют молоко, как правило, на заводах с использованием сепараторов-сливкоотделителей, получая обезжиренное молоко и сливки, являющиеся исходным сырьем для производства сливочного масла. Сливки представляют собой эмульсию молочного жира (дисперсная фаза) в плазме молока (дисперсионная среда), стабилизированную белками молока и фосфолипидами.

Массовую долю жира в сливках устанавливают с учетом особенностей производства масла. При выработке масла методом преобразования высокожирных сливок рекомендуемая жирность сливок 32…37. Основными элементами сепараторов являются: барабан, приводной механизм, станина, коммуникаии для подвода и отвода продуктов сепарирования. Сепаратор ОСБ открытого типа с ручной выгрузкой осадка предназначен для разделения цельного молока на сливки и обезжиренное молоко (обрат), с одновременной очисткой их от загрязнений при темературе 308...313 К и жира в обрате до 0,04 %. Частота вращения барабана 8000 мин^–1. Количество тарелок в барабане 56. Масса барабана 17 кг. Мощность электродвигателя 0,55 кВт. Продолжительность непрерывной работы один час. Основные части сепаратора: станция с приводным механизмом, плитой и салазками, барабан и молочная посуда. Состоит из электродвигателя 1 (рис. 3), приводного механизма, барабана 5 и приемно-выводного устройства. Приводной механизм обеспечивает постепенную и плавную передачу вращения от электродвигателя через фрикционно-центрбежную муфту, состоящую из полумуфты, обоймы и грузиков с фрикционными накладками, на червячную пару, вал 2 и барабан 5. Барабан состоит из основания, тарелкодержателя, пакета промежуточных тарелок, верхней разделительной тарелки с отверстием и регулировочным винтом, крышки, прижимаемой к основанию шайбой.

Сливкоотделительный барабан (рис. 4 а) состоит из основания 1, тарелкодержателя 3, пакета тарелок 2, кожуха барабана 10, накидной гайки 5. Между основанием и кожухом закладывается уплотнительное кольцо 11. В основание вставляется трубка 4 приемной камеры. На центральную трубку основания надеваются тарелкодержатель и комплект тарелок. Зазор между тарелками обеспечивается за счет приваренных шипиков. Пакет тарелок накрыт разделительной тарелкой 8. В ее горловине припаяна планка с регулировочным винтом 6. На наружной конусной части разделительной тарелки напаяны три ребра, на которые ложится кожух барабана, образуя пространство для выхода обезжиренного молока. При сепарировании молоко из молокоприемника через калиброванную трубку с постоянным напором поступает в центральную трубку основания. Далее по каналам и отверстиям 9 в тарелкодержателе молоко попадает по трем вертикальным каналам в пакете тарелок 2 и распространяется между тарелками вращающегося барабана. В межтарелочном пространстве поток молока разделяется. Плазма, как более тяжелая часть молока (обрат), движется к периферии – к стенкам кожуха барабана. Жировые шарики под действием центростремительного ускорения движутся к оси вращения и "всплывают". Таким образом в межтарелочном пространстве под действием напора вновь поступивших в барабан порций молока образуются два потока: I – поток сливок, направленный к оси барабана; II – поток плазмы к стенкам кожуха барабана. Сливки оттесняются к тарелкодержателю и, поднимаясь вверх, выходят через отверстие регулировочного винта. Обезжиренное молоко проходит между разделительной тарелкой и кожухом и выбрасывается из барабана через канал 7.

Для изменения жирности сливок регулировочный винт с отверстием неизменного сечения ввертывают внутрь. Скорость истечения сливок снижается, так как центробежная сила по мере приближения винта к оси вращения уменьшается, а с ней уменьшается и напор. При этом сливок будет выходить меньше, но они будут содержать больше жира. В пространстве между пакетом тарелок и кожухом барабана (грязевое пространство) оседает грязь. Зазор между парами тарелок (в разных конструкциях) составляет 0,35...0,5 мм. Зазоры между тарельчатыми вставками у молокоочистительного сепаратора больше, чем у сливкоотделителя и могут составлять 0,8...2,0 мм. Молокоочистительный барабан (рис. 4 б) состоит из корпуса 4 с центральной трубкой дна 1, тарелкодержателя 2, пакета тарелок 3, верхней тарелки, крышки, затяжной гайки и уплотнительного резинового кольца. Центральная трубка корпуса закрыта снизу и имеет ребро для установки в прорези вала барабана.

Расчетная часть

Расчеты при производстве сливок начинаются с определения массы нормализованного сырья m_нм, m_нслв кг, по формулам:

m_нм = (m_пм * Р_нм) / 1000, (1)

где m_пм – масса питьевого молока, кг;

Р_нм – норма расхода нормализованного молока на 1 т питьевого молока в зависимости от вида расфасовки и мощности завода, кг.

m_нсл = (m_псл * Р_нсл) / 1000, (2)

где m_псл – масса питьевых сливок, кг;

Р_нсл – норма расхода нормализованных сливок на 1 т питьевых сливок в зависимости от вида расфасовки и мощности завода, кг.

Норма расхода молока на 1 т нормализованных сливок в кг определяются по формуле:

(3)

где Ж_м – массовая доля жира в натуральном молоке, %;

Ж_сл – массовая доля жира в сливках, %;

Ж_об – нормативная массовая доля жира в обезжиренном молоке, %;

n_ж – предельно допустимые потери жира при выработке сливок, % от количества жира в переработанном молоке.

Дальнейший порядок расчета для питьевого молока зависит от выработанной схемы нормализации: смешением или в потоке.

В схеме № 1 по массе нормализованного молока определяются его составляющие: цельное молоко и обезжиренное или цельное молоко и сливки.

Если массовая доля жира в нормализованном молоке (Ж_нм) меньше массовой доли жира в натуральном молоке (Ж_м), то к натуральному молоку добавляют обезжиренное молоко. Это можно выразить уравнением:

m_нм = m_м + m_об. (4)

где m_м – масса натурального молока, кг;

m_об– масса обезжиренного молока, требуемая для нормализации, кг.

Если массовая доля жира в нормализованном молоке больше массовой доли жира в натуральном молоке, то к натуральному молоку добавляют сливки. В математическом виде это можно записать так:

m_нм = m_м + m_сл, (5)

где m_сл– масса сливок, требуемая для нормализации, кг

В первом случае (при Ж_нм< Ж_м) масса цельного молока и обезжиренного рассчитывается по формулам:

, (6)

. (7)

Во втором случае (Ж_нм > Ж_м) масса цельного молока и сливок рассчитывается по формулам:

, (8)

. (9)

В схеме № 2 (нормализация в потоке) по массе нормализованного молока устанавливается масса цельного молока, необходимого для нормализации, и масса сливок (обезжиренного молока), полученных при этом. Тогда:

при Ж_нм < Ж_м, то

m_м = m_нм + m_сл, (10)

при Ж_нм > Ж_м,, то

m_м = m_нм + m_об. (11)

В выражении (10) масса натурального молока m_ми масса сливок m_слможет быть вычислена по формулам:

, (12)

. (13)

где n_ж – предельно допустимые потери жира при нормализации, %.

В выражении (11) m_ми m_обтакже определяются по определенным зависимостям:

, (14)

, (15)

где n_об – предельно допустимые потери обезжиренного молока, %.

Массовая доля жира нормализованного и обезжиренного молока принимается соответственно установленным нормам, массовая доля сливок – в зависимости от дальнейшей переработки: пастеризованные сливки 10, 20 % и т.д.