58. Оборудование для тепловой обработки молока.

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 их хранения.

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

Тепловая обработка молока может осуществляться между горячими и холодными средами, разделенными перегородками, а также путем непосредственного воздействия пара или инфракрасных лучей на продукт.

В некоторых случаях пастеризация молока осуществляется не за счет его нагревания до необходимой температуры, а с помощью обработки ультрафиолетовыми лучами на специальных установках.

Применяемое в молочной промышленности оборудование для тепловой обработки молока представляет собой отдельные аппараты или входит в состав комбинированных очистительно-охладительных, пастеризационно-охладительных или стерилизационных установок.

Оборудование классифицируется 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 применяются подогреватели емкостного, трубчатого и пластинчатого типов.

В качестве емкостных подогревателей 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.

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

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

Емкостные охладители являются универсальным оборудованием и служат для сбора, охлаждения и хранения молока. Молоко в емкостных охладителях охлаждается двумя способами: непосредственно кипящим хладагентом и посредством промежуточного хладоносителя.

Емкости с непосредственным охлаждением молока выпускают со встроенным и автономным холодильным агрегатом.

Закрытые охладители бывают двух типов: трубчатые и пластинчатые.

Охладитель трубчатого типа 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 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 нажимной плитой и гайками. Основными параметрами, характеризующими пластинчатый охладитель, являются тип и количество теплообменных пластин. Размеры, форма и профили их поверхностей разнообразны.

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. Схема охладителя пластинчатого типа: 1 – главная стойка; 2, 6 – штанги; 3 – распорка; 4 – нажимная гайка; 5 – ножки; 7 – нажимная плита; 8 – секция водяного охлаждения; 9 – разделительная пластина; 10 – секция рассольного охлаждения.

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

Пластины первого типа характеризуется 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.

Установки для нагревания молока. 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 аппаратов 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.

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 относятся ванны длительной пастеризации и универсальные ванны.

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

Основной элементом установки − двухцилиндровый теплообменный аппарат, состоящий из верхнего и нижнего цилиндров, соединенных между собой трубопроводами.

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.

В состав пастеризационно-охладительных установок, применяемых при производстве питьевого молока, обычно входят уравнительный бак, центробежные насосы для молока и горячей воды, пластинчатый аппарат, сепаратор-молокоочиститель, выдерживатель, возвратный клапан, система нагрева воды и шкаф управления. В зависимости от производительности такие установки могут иметь различное число секций в пластинчатом аппарате, а также отличаться способом нагрева теплоносителя. Схема пластинчатой пастеризационно-охладительной установки: 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; I, II – секции регенерации; III – секция пастеризации; IV – секция охлаждения холодной водой; V – секция охлаждения ледяной водой.

Работа пастеризационно-охладительной установки при производстве питьевого молока заключается в следующем. Молоко из емкости 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 отдачи 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 молока записывается на диаграммной ленте контрольного прибора. Звуковая и световая сигнализация включается при падении температуры пастеризации ниже 90°С.

В пастеризационно-охладительной установке УОМ-ИК-1 кроме секций инфракрасного электронагрева имеются выдерживатель и пластинчатый теплообменный аппарат. 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 – резервуар для хранения молока.

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, изготовленных из нержавеющей стали. В пластинчатом теплообменнике 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 тепло холодному молоку, и последовательно проходит секции охлаждения водой и рассолом.

Аппараты для стерилизации молочных продуктов. Установки для стерилизации трубчатого и пластинчатого типов имеют много общего с оборудованием аналогичного типа, применяемого для пастеризации молока. Основные их отличия заключаются в конструкции теплообменного аппарата, наличии гомогенизатора и температурном режиме. Например, в автоматизированной установке для стерилизации молока А1-ОПЖ пластинчатый теплообменный аппарат состоит из семи секций: трех секций регенерации, по одной секции пастеризации и стерилизации и двух секций охлаждения.

Автоклавы могут быть вертикальные для стерилизации молока в стеклянной таре паром или в воде. В зависимости от состояния стерилизуемого продукта различают обыкновенные и ротационные автоклавы. В последних продукт в процессе стерилизации непрерывно перемещается во вращающемся барабане, что значительно улучшает теплообмен, а следовательно, и эффективность всей операции.

В отличие от автоклавов гидростатические стерилизаторы имеют законченный цикл тепловой обработки продукта, при котором он не только нагревается, но и охлаждается. Производительность таких аппаратов значительно увеличивается за счет совмещения в них всех операций обработки консервов – предварительного нагрева, стерилизации, предварительного и окончательного охлаждения.

Установки для вакуум-термической обработки молока. В некоторых пастеризационно-охладительных установках применяют устройства для удаления нежелательных запахов и привкусов. Эти устройства называют дезодораторами. Они представляют собой емкости цилиндрической формы, устанавливаемые между выдерживателем и секцией пастеризации. Дезодораторы бывают с инжекцией острого пара в продукт при атмосферном давлении и вакуумные.

В первом случае продукт перед поступлением в дезодоратор смешивается с очищенным острым паром, в результате чего улучшается степень его дезодорирования.

В вакуумных дезодораторах предварительно нагретый продукт подается в перфорированную камеру с отражателем.

Вакуум-термическая установка: 1 – вакуум-насос; 2 – обратный клапан; 3 – конденсатор; 4 – термометр; 5 – воздушный клапан; 6 – вакуумметр; 7 – обратный клапан; 8 – крышка–отражатель; 9 – перфорированная камера; 10 – шарообразные тела; 11 – вакуум-камера; 12 – насос для продукта; 13 – электродвигатель.

В вакуум-камере поддерживается разрежение (50–60 кПа) и поэтому продукт вскипает. Вторичный пар и выделившиеся газы удаляются из камеры с помощью эжекторного конденсатора. Продукт откачивается специальным насосом.