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 состоит из двух центробежных насосов, трубчатого аппарата, возвратного клапана, конденсатоотводчиков и пульта управления с приборами контроля и регулирования технологического процесса.

Основной элемент установки — двухцилиндровый теплообмен-ный аппарат, состоящий из верхнего и нижнего цилиндров, со­единенных между собой трубопроводами. В торцы цилиндров вва­рены трубные решетки, в которых развальцовано по 24 трубы диа­метром 30 мм. Трубные решетки из нержавеющей стали имеют выфрезерованные короткие каналы, соединяющие последователь­но концы труб, образуя таким образом непрерывный змеевик об­щей длиной около 30 м. Торцевые цилиндры закрывают крышка­ми с резиновыми уплотнениями для обеспечения герметичности аппарата и изолирования коротких каналов друг от друга.

Пар подается в межтрубное пространство каждого цилиндра. Отработавший пар в виде конденсата выводится с помощью тер­модинамических конденсатоотводчиков.

Нагреваемое молоко движется во внутритрубном пространстве, проходя последовательно нижний и верхний цилиндры. На входе пара установлен регулирующий клапан подачи пара, а на выходе молока из аппарата — возвратный клапан, с помощью которого недопастеризованное молоко автоматически направляется на по­вторную пастеризацию. Возвратный клапан связан через регуля­тор температуры с термодатчиком, расположенным также на вы­ходе молока из аппарата. Установка снабжена манометрами для контроля за давлением пара и молока.

Обрабатываемый продукт из накопительной емкости с помо­щью первого центробежного насоса подается в нижний цилиндр теплообменного аппарата, где нагревается паром до температуры 50...60 "С и переходит в верхний цилиндр. Здесь он пастеризуется при температуре 80...90 °С.

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

Преимуществами трубчатых пастеризационных установок по сравнению с пластинчатыми являются значительно меньшие количество и размеры уплотнительных прокладок, а недостатками — большие габариты и высокая металлоемкость; кроме того, при чи­стке и мойке этих установок требуется свободное пространство со стороны торцов цилиндров теплообменного аппарата.

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

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, использу­емой при производстве питьевого молока, входят урав­нительный бак, центробежные насосы для горячей воды и молока, пластинчатый аппарат, сепаратор-молокоочиститель, выдерживатель, возвратный клапан, система нагрева и шкаф управления.

Центробежный насос предназначен для забора молока из урав­нительного бака и подачи его в пластинчатый аппарат. Для ис­ключения подсоса воздуха в насос в уравнительном баке с помо­щью поплавкового механизма поддерживается определенный уро­вень молока (не менее 300 мм). Невыполнение этого условия при­водит к пенообразованию, которое снижает эффективность пастеризации.

Пластинчатая пастеризационно-охладительная установка имеет главную переднюю стойку и вспомогательную заднюю стой­ку, в которые закреплены концы верхней и нижней горизонталь­ных штанг. Верхняя предназначена для подвески теплообменных пластин. По периферии каждой пластины в специальной канавке уложена большая резиновая прокладка, герметично уплотняющая канал.

Пластины имеют отверстия с небольшими кольцевыми резино­выми прокладками. После сборки пластин в аппарате образуются две изолированные системы каналов, по которым перемещаются молоко и охлаждающая жидкость.

Пластинчатый аппарат снабжен теплообменными пластинами из нержавеющей стали, разбитыми на пять секций: первая и вто­рая ступени регенерации, пастеризации, охлаждения 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 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 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 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-охладителъной установке УОМ-ИК-1 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 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. Техническая характерис­тика данного типа приведена в табл. 3.1. 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.

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 па-

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 рис. 3.7 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.