20.5. Кристаллизаторы-охладители

Для изогидрической кристаллизации лактозы используют различные кристаллизаторы-охладители периодического действия: РЗ-ОКО, КСМ-67, КСМР-72.

Кристаллизатор-охладитель Р3-ОКО (рис. 20.6) представляет собой горизонтальную полуцилиндрическую емкость с корпусом 1 и двумя торцевыми стенками 2. Внутри емкости смонтирована ванна внутренняя 3, изготовленная из пищевой нержавеющей стали. Межстенное пространство 4 представляет собой рубашку для охлаждающей воды. Внутри ванны в подшипниках скольжения 5 закреплены концы вала шнековой или рамной мешалки 6. Вращение мешалки обеспечивается электродвигателем 7 через редуктор 8 и клиноременную передачу 9.

Рис. 20.6. Кристаллизатор-охладитель РЗ-ОКО

Кристаллизатор снабжен крышкой 10, которая открывается с помощью штурвала 11 через редуктор червячный 12.

Загрузка сиропа (сгущенной сыворотки) осуществляется через воронку 13, а выгрузка – через кран 14. Подача воды в рубашку 4 регулируется вентилем 15.

В зависимости от условий производства емкость может быть с закрытой или открытой крышкой 10. Мешалка 6 перемещает кристаллы вдоль корпуса и поддерживает их во взвешенном состоянии, способствуя образованию хорошо сформированных и сравнительно однородных по размерам кристаллов.

Устройство и порядок работы указанных кристаллизаторов имеет много общих принципов. Отличительной особенностью кристаллизатора КСМ-67 (рис. 20.7) является наличие одностенной полуцилиндрической рабочей ванны 6 сварной конструкции с крышкой 7. Хладагент циркулирует по полым дискам мешалки 8 благодаря наличию соединительных междисковых штуцеров 9 мешалки 3, установленной на валу 4, вращающегося от привода 2, который размещен на раме 1. Разгрузка готового продукта осуществляется с помощью клапана 5.

Рабочий цикл описанных кристаллизаторов включает следующие операции:

Продолжительность, мин

Наполнение 15…20

Кристаллизация (мешалка работает на первой

скорости постоянно или периодически на второй) 1500…1800

Отстаивание кристаллов (мешалка не работает) 180…240

Слив мелассы 30…45

Промывка кристаллов, наполнение водой и

перемешивание мешалкой на второй скорости 20…30

Выгрузка кристаллизатора 60…120

Рис. 20.7. Кристаллизатор-охладитель КСМ-67

Вальцовый кристаллизатор непрерывного действия (рис. 20.8) содержит основание 1, на котором монтируется ванна для продукта 2, установленные при помощи вертикальных опор сальниковые узлы 3 с осью 4 и приводным устройством 5, закрепленные в торцах барабана 6, внешняя поверхность которого служит для намораживания льда, а внутренняя играет роль испарителя. К оси 4 с устройствами для ввода 8 и отвода 9 хладагента прикреплена своим концом с наибольшей толщиной волнистая полиметаллическая лента 7 с переменной толщиной, которая уменьшается от оси барабана к периферии по радиусу закручивания. Кристаллизатор снабжен устройством для удаления замороженного продукта с наружной поверхности барабана 6 и лотком 11 для его отвода.

Жидкий хладагент подается в полую ось 4 через устройство ввода хладагента 8, заполняет внутреннюю поверхность барабана и пространство в волнистой спиральной полиметаллической ленте, кипит, охлаждая ленту и теплопроводящую поверхность барабана, а пар хладагента отводится через устройство 9.

Волнистая спиральная полиметаллическая лента выполнена с развитой поверхностью и обеспечивает частичное накопление тепловой энергии хладагента и отдачу одновременно во все точки барабана, а переменная толщина ленты и составляющие ее металлы, теплоемкости которых уменьшаются с уменьшением толщины ленты, обуславливают высокие скорости теплообмена при контакте с кипящим хладагентом и внутренней поверхностью барабана. Спиральное закручивание ленты способствует удалению слоя масла с внутренней поверхности барабана при его вращении за счет касания острых кромок ленты внутренней поверхности барабана под действием силы, направленной на раскручивание ленты.

Таблица 20.3. Технические характеристики кристаллизаторов-охладителей

Наименование показателей	КСМ-67	КСМ-72	РЗ-ОКО
Полезный объем ванны, л	1000	1000	2000
Расход охлаждающей воды, м3/ч:
режим первый	1	0,9	1
режим второй	2	1,8	2
Потребление электроэнергии, кВт/ч:
режим первый	0,85	0,85	0,5
режим второй	1,5	1,5	1,5
Установленная мощность электродвигателя, кВт	1,1	1,1	1,5

Рис. 20.8. Вальцовый кристаллизатор непрерывного действия

Продукт подается в ванну 2, в которую погружен барабан 6, непрерывное вращательное движение которому сообщается приводным устройством 5, закрепленным на сальниковом узле 3, при этом на наружной поверхности барабана намораживается влага в виде льда, а продукт концентрируется. При вращении барабана намороженный слой льда переохлаждается и подсыхает при постоянной температуре за счет равномерного охлаждения барабана, что исключает коробление или частичное подтаивание наружной поверхности льда и облегчает его съем. Съем образовавшихся кристаллов осуществляется устройством 10, а сконцентрированный продукт отводится из ванны 2 через патрубок (не показан).

Охлаждение возможно в одну или несколько ступеней. Такой режим вполне оправдан для открытых охладителей, в которых несовершенство процесса охлаждения (его невысокая скорость, недостаточно интенсивное перемешивание продукта) для кристаллизации лактозы в какой-то мере ослаблялось продолжительными выдержками между ступенями охлаждения для зарождения кристаллов. Необходимость чередования охлаждения с выдержкой при постоянной температуре обосновывалась для них особенностями кристаллизации лактозы, связанными с ее мутаротацией. Высокая скорость процесса, интенсивное перемешивание охлаждаемых продуктов и частичное их подсгущение, специфичные для вакуумного охлаждения, обеспечивают требуемое направление кристаллизации лактозы и исключают необходимость охлаждения в несколько ступеней.

В вакуум-охладителе (рис. 20.9) осуществляется периодический способ кристаллизации сгущенных молочных консервов с сахаром следующим образом. За несколько минут до окончания сгущения продукта в вакуум-выпарном аппарате в одном из предварительно подготовленных корпусов 1 с помощью пароструйных насосов 17 и 20, а также конденсаторов 16 и 18 создается разряжение. По завершении сгущения вакуум-выпарной аппарат сообщается с атмосферой, после чего на корпусе открывают кран подачи 8, и за счет разряжения продукт поступает в вакуум-охладитель. Через 2…3 мин от начала перепуска продукта открывают вентиль для подачи воды на конденсатор 16 и приводят в движение электродвигателем 6 мешалку 9. После этого включают термокомпрессор 13. Завершив перепуск партии продукта (варка), закрывают кран 8, отбирают пробу, по результатам исследований которой регулируют состав продукта при вакуумном охлаждении.

В процессе охлаждения при непрекращающемся перемешивании и температуре 30…35 С через кран для воздуха 7 с помощью специальной воронки в установленной дозе вносят подготовленную, простерилизованную мелкокристаллическую рафинированную лактозу. В целях предупреждения уноса затравки с соковыми парами в момент ее внесения закрывают задвижку 12, после подачи лактозы ее снова открывают. При наличии штуцеров в нижней части корпуса 1 или на крышке люка 3 затравку подают через них. После внесения затравки процесс охлаждения и перемешивания продукта продолжают до конечной температуры, установленной согласно условиям регулирования состава охлаждаемого продукта. По завершении охлаждения закрывают вентили для подачи пара в пароструйные насосы и вентили для подачи воды.

Рис. 20.9. Принципиальная схема вакуум-охладителя

Инженерные расчеты. В кристаллизаторах-охладителях, работающих по принципу самоиспарения, количество теплоты Q (Дж), отдаваемой при охлаждении продукта, рассчитывают по формуле

,

где W_н – масса влаги, испарившейся во время кристаллизации, кг; r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.

Масса влаги, испарившейся во время кристаллизации, можно определить из уравнения материального баланса

,

где G_н, G_к – масса продукта до кристаллизации и после нее, кг.

Во время охлаждения в кристаллизаторах-охладителях увеличивается концентрация сухих веществ в продукте. Чтобы влажность готового сгущенного молока соответствовала стандартной, необходимо подбирать оптимальную влажность исходного продукта. Для определения оптимальной влажности исходного продукта используют следующую формулу:

,

где t_н – начальная температура продукта, С.

Оборудование для охлаждения сгущенного молока и кристаллизации молочного сахара подбирают по часовой производительности. Производительность П (кг/ч) вычисляют по формуле

,

где V – вместимость оборудования, м³;  – плотность обрабатываемого продукта, кг/м³;  – продолжительность цикла обработки продукта, ч.

…в настоящее время невозможно одному человеку изучить даже до известной степени все отрасли науки, и во многих случаях приходится пользоваться источниками из вторых рук. Поэтому необходимо тем упорнее требовать, чтобы человек, по крайней мере в одной области, чувствовал себя свободно и имел самостоятельное мнение о вещах. Планк Макс Карл (1858–1947), немецкий физик