Глава 4. Оборудование для тепловой обработки молока и молочных продуктов

Теплообменные аппараты широко применяются во всех отраслях молочной промышленности, в технологических процессах, связанных с использованием тепла и холода, и служат для:

1) инактивации нежелательной микрофлоры;

2) изменения вязкости молока перед сепарированием;

3) сохранения качества готовой молочной продукции;

4) термовакуумной обработки молока (сливок) с целью изучения отделения летучих веществ (дезодорации молока).

Из перечисленного следует, что экономичность, надежность, удобность делают метод понижения или повышения температуры молока и молочных продуктов самым распространенным способом инактивации нежелательной микрофлоры.

Понижение температуры приводит сначала к замедлению, а затем и к прекращению обменных процессов. Охлаждение молока и молочных продуктов до 4…10 ⁰С в большинстве технологических процессов оказывается достаточным для требующейся задержки развития микроорганизмов.

К повышению температуры молока прибегают в тех случаях, когда по требованиям технологии необходимо жесткое подавление жизнедеятельности микрофлоры.

Режимы тепловой обработки, при которых температура не превышает 100 ⁰С, принято называть пастеризационными.

Инактивацию микрофлоры за счет нагрева свыше 100 ⁰С относят к стерилизации.

Для того чтобы при пастеризации влияние нагрева молока привело к гибели микробных клеток, необходимо определенное время τ, которое тем меньше, чем выше температура. Это время затрачивается как на прогрев самой бактериальной клетки, так и на протекание сложной цепи биохимических реакций, приводящих, в конечном счете, к прекращению жизнедеятельности микроорганизма.

После того, как процесс пастеризации проведен и микрофлора в нужной степени инактивирована, молоко чаще всего подвергают немедленному охлаждению. Причин этого несколько.

Во-первых, молоко необходимо защитить от развития сохранивших свою жизнедеятельность микроорганизмов.

Во-вторых, молоко необходимо предохранить от поражения вторичной микрофлорой.

В-третьих, необходимо предотвратить опасность размножения в молоке патогенных форм микроорганизмов, которые могут попасть в него после пастеризации через воздух, руки обслуживающего персонала и т.д.

Наибольшее распространение получили пластинчатые пастеризаторы. В зависимости от технологического исполнения пастеризационно-охладительные установки имеют отличительные черты в конструктивном исполнении.

При стерилизации происходит уничтожение не только вегетативных форм микроорганизмов, но и их спор, которые при обычных режимах пастеризации не погибают.

Стерилизация требует ускоренного нагрева продукта до высоких температур. В одних установках сохраняется (как и для пастеризации) косвенный нагрев через стенки пластин теплообменника горячей водой. В других – используется пароконтактный метод нагрева, когда молоко непосредственно смешивается со свободным от каких-либо примесей нагретым водяным паром. Недостатком способа является отсутствие рекуперации (возвращения части энергии для повторного использования в том же технологическом процессе) тепла, а следовательно, и повышенный расход тепловой энергии.

Чем выше степень подавления микрофлоры молока и молочных продуктов, тем выше затраты энергии и труда, сложнее конструкция оборудования.

Поэтому для каждого случая использования тепловой обработки нужно проводить обоснованный выбор полагаемой степени инактивации микрофлоры с помощью соответствующего оборудования.

Подогрев молока перед сепарированием от 10 до 50 ⁰С снижает его вязкость. Поэтому разделение его на фракции происходит эффективнее.

Термовакуумная обработка продукта (при 70…80 ⁰С) достигается за счет увеличения поверхности разбрызгивания и кипения при разрушении. Все это способствует лучшему отделению летучих веществ (дезодорации продукта).

Указанное разнообразие предназначения теплообменных аппаратов подразумевает разработку, модернизацию, производство, эксплуатацию и режим теплообменных аппаратов, разных по конструкции, производительности и принципу действия.

При разработке технологических процессов для производства новых видов продуктов необходимо правильно подобрать теплообменный аппарат для нужного теплового режима с учетом особенностей продукта.

Поэтому для точного соблюдения режима тепловой обработки молочных продуктов руководящий и обслуживающий персонал должен знать:

1) устройство оборудования;

2) порядок настройки;

3) особенности регулировки.

Требования к аппаратам для тепловой обработки

молока и молочных продуктов. Их классификация

Требования к конструкции теплообменных аппаратов

1. Конструкция должна обеспечивать быструю и удобную разборку и сборку элементов, через которые проходит продукт – для облегчения процесса их мойки и очистки.

2. Конструктивные элементы, соприкасающиеся с продуктом, должны быть изготовлены из металлов, стойких к агрессивным средам: молочной кислоте, моющим растворам.

3. Разделяющие поверхности аппарата должны быть герметичными.

4. Конструкция аппарата должна иметь надежную теплоизоляцию, предохраняющую наружные поверхности от нагрева выше 35 ⁰С и охлаждения ниже 10…15 ⁰С.

5. Вращающиеся части емкостных теплообменников не должны изменять вязкость и свойства готового продукта.

6. Теплообменные аппараты должны быть снабжены приборами контроля и регулирования температуры нагрева или охлаждения продукта.

7. Наружная форма аппарата должна соответствовать современному эстетическому оформлению.

Классификация теплообменных аппаратов, используемых

в молочной промышленности

1. По цикличности действия:

1. непрерывно действующие;

2) периодического действия.

2. По назначению:

1) нагреватели (обеспечивают условия сепарирования);

2) охладители (для охлаждения молока в цехах приемки);

3) регенераторы (для подогрева холодного молока горячим);

4) аппараты комплексной тепловой переработки (для предварительного нагревания, пастеризации, предварительного охлаждения, окончательного охлаждения);

5) выпарные установки;

6) кристаллизаторы.

3. По виду теплоносителя:

1) водообогреваемые;

2) парообогреваемые;

3) охлаждаемые водой;

4) охлаждаемые рассолом;

5) охлаждаемые аммиаком.

4. По взаимному направлению движения жидкостей:

1) прямоточные;

2) противоточные;

3) перекрестного типа;

4) смешанного типа.

5. По числу секций:

1) односекционные;

2) многосекционные;

3) однокорпусные;

4) многокорпусные;

5) многоцилиндровые.

6. По конструкции поверхности теплообмена:

1) пластинчатые;

2) трубчатые (закрытые, оросительные);

3) с рубашкой и мешалкой.

Аппараты, сходные по конструктивному признаку поверхности теплообмена, имеют много общего в устройстве, принципе действия и правилах эксплуатации. Это позволяет рассматривать их по группам.

По принципу действия теплообменники делят на рекуперативные, регенеративные и смесительные (градирни, скрубберы, конденсаторы смешения и т. д.).

В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделены стенкой, теплота передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

В регенеративных теплообменниках одна и та же теплообменная поверхность омывается попеременно горячим и холодным теплоносителями. При омывании горячим теплоносителем поверхность нагревается за счет его теплоты, при омывании поверхности холодным теплоносителем она охлаждается, отдавая теплоту. Таким образом, теплообменная поверхность аккумулирует теплоту горячего теплоносителя, а затем отдает ее холодному.

В смесительных аппаратах передача происходит при непосредственном взаимодействии теплоносителей.

Выбор типа теплообменного аппарата зависит от принятого режима тепловой обработки данного продукта, а также технических и эксплуатационных данных аппарата.

Теплообменные аппараты с рубашкой и мешалкой

Используются для нагрева и пастеризации молока, охлаждения высокожирных сливок (при производстве сливочного масла), охлаждения творога, охлаждения и фрезерования смеси мороженого, охлаждения и кристаллизации сгущенного молока с сахаром.

Особенности этих устройств:

1. Непрерывная обработка продукта при перемешивании мешалками (шнеками, стартерными ножами, скребками), расположенными в большинстве случаев на вытеснительных вращающихся барабанах, с целью улучшения теплопередачи и продвижения продукта вдоль аппарата, а также механического воздействия на продукт.

2. Теплопередача в аппаратах осуществляется через стенку цилиндров с рубашкой.

3. Вытеснительный барабан размещен внутри цилиндра.

4. Продукт проходит по пространству между барабаном и цилиндром.

Примерами таких устройств могут служить: пастеризатор с вытеснительным барабаном (его используют для пастеризации молока и сливок, продукт выходит под напором, создаваемым лопастями вытеснительного барабана); трехцилиндровый маслообразователь (для быстрого охлаждения, перемешивания и механической обработки высокожирных сливок при получении сливочного масла); двухцилиндровый охладитель творога (для быстрого охлаждения творога в закрытом потоке); барабанный охладитель творога; фрезер для мороженого (для охлаждения и взбивания мороженого из сливочной, молочной и других смесей).