Курс лекций по ТОО молоко.3-4 курсы ИТФ

Рис. 5. Дисковый фильтр ДФ-100 На корпусе фильтра в верхней части расположена труба 1 для рециркуляции нефильтрованного сока, на которой установлен предохранительный вентиль 15. По этой трубе подводится также сжатый воздух внутрь фильтра для вытеснения сока перед промывкой осадка. Цикл фильтрации на данном фильтре состоит из следующих операций: фильтрации сока через элементы дисков 3 с отложением осадка на поверхности элементов, обессахаривания осадка с получением промоя, удаления осадка из

фильтра при помощи струй воды.

При использовании фильтра применяются методическая промывка осадка и гидравлическое удаление его с поверхности фильтрующих элементов.

Фильтры типов ФД-80 и ФД-150 по конструкции сходны с фильтром ФД100, но они не имеют сопловых аппаратов для снятия с дисков слоя осадка, а фильтр ФД-150 не имеет также и шнека для удаления осадка. Съем осадка с элементов диска этих фильтров производится обратным током фильтрованного сока.

Фильтрующий элемент (рис. 6) состоит из желобчатого каркаса 5, трехслойной сетки 4, являющейся опорным основанием для холста 11. В нижней части каркаса вварен штуцер 7, который устанавливается в конусном отверстии втулки 6 трубовала 9. Таким образом, внутренняя полость фильтрующего элемента 3 соединяется с коллекторной трубкой 10 для отвода фильтрата. Штуцер имеет уплотнение 8.

Элемент укрепляется на трубовале 9 при помощи радиально расположенных шпилек 1. Шпильки ввинчены одним концом в приваренные площадки к трубовалу, а другим концом соединены с дугообразными желобчатыми накладками 2, которые при помощи гаек прижимают элементы к валу. На элементы надевается фильтровальная ткань в один слой. В качестве ткани применяется бумажный холст типа бельтинг или тонкая капроновая ткань массой не менее 400 г/м2.

161

Из фильтровальной ткани заранее сшиваются мешки двойным швом по размерам рамки с учетом усадки ткани, но одна боковая сторона мешка оставляется незашитой.

Затем элемент вставляется в вывернутый мешок и боковая сторона его зашивается двойным швом, а выступающий штуцер плотно обшивается и обматывается тесьмой.

При монтаже фильтров необходимо соблюдать следующее:

-фильтрующие элементы на трубовале должны быть установлены перпендикулярно оси вала с одинаковыми промежутками между смежными дисками. Биение элементов в отдельных дисках не допускается более 3.. .4 мм;

-оси сопел сопловой трубы должны быть параллельны плоскости дисков

инаходиться на одинаковом расстоянии от поверхности смежных дисков;

-площадь сита в ловушке для воды, поступающей в сопла, должна быть не менее 1 м2, а отверстия в сите должны иметь диаметр 1,5...2,0 мм;

-для ручной смывки остатков осадка с фильтрующих элементов необходимо иметь брандспойт с насадкой диаметром 12 мм.

162

Рис. 6. Фильтрующий элемент

В период эксплуатации фильтров необходимо выполнять следующее:

-один раз в смену производить осмотр фильтра с открытием люков. При обнаружении части осадка после его удаления на отдельных дисках его необходимо смыть при помощи ручного брандспойта;

-проверить состояние форсунок сопловой трубы. Для этого необходимо повернуть сопловую трубу на 90° за рукоятку, открыть пробки на корпусе сопловой трубы и через лючки проверить состояние выходных отверстий сопел, в случае необходимости почистить их. Если проверка сопел производится при заполненном фильтре, перед проверкой необходимо снять давление с фильтра;

-если из отдельной коллекторной трубки выходит мутный сок, необходимо остановить фильтр, снять давление с фильтра и заглушить трубку. При очередной остановке фильтра на смыв осадка проверяют состояние элементов, подключенных к этой коллекторной трубке. При проверке на конец трубки, выходящий в приемник сока, надевают насадку со шлангом, конец которого присоединяют к водяной коммуникации с давлением не более 0,15 МПа. Осматривая эту секцию через люк корпуса фильтра, можно легко определить поврежденный фильтрующий элемент по величине выходящей струи воды из него;

-при длительных интервалах между смывом осадка очередных фильтров необходимо останавливать насос смывной воды и компрессор;

-периодически, по мере засорения фильтровальной ткани, ее необходимо регенерировать, используя для этого кислотную установку для выпарной станции.

Перед регенерацией внутренность фильтра следует тщательно промыть горячей водой, а элементы очистить щетками. После регенерации внутреннюю часть фильтра и ткань элементов промыть водой.

Техническая характеристика фильтров типа ФД приведена в табл. 2.

Таблица 2. Техническая характеристика фильтров типа ФД

163

ВОПРОС № 4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ СУХОГО МОЛОКА.

На всех предприятиях молочной промышленности периодически возникает необходимость процесса растворения сухих продуктов – сухого молока в процессе регенерации, солей различного назначения, сахара и т.д. На гормолзаводах крупных городов в межсезонье приготавливается в качестве питьевого молока раствор сухого, приготовленного в летне-осенний период. На заводах производящих сухое молока или консервы не его основе постоянно имеются некоторые объемы продукции по разным причинам не пригодной для реализации в виде готовой, полученной при нарушении режимов транспортирования, фасовки и упаковки, очистки технологического оборудования. Такие продукты как правило растворяют и запускают в процесс переработки в виде сырья.

Для растворения небольших партий таких продуктов может использоваться специальное устройство центробежное выпускаемое отечественными предприятиями.

Схема технологическая такого устройства представлена на рис.5.

Для растворения больших объемов сухих продуктов используются реакторы.

Рис. 7. Машина центробежная для растворения сухого молока:

1 – трубопровод воды, 2 – бункер загрузки, 3 – электрический двигатель, 4 – муфта соединительная, 5 – вал, 6 – корпус, 7 – мешалки растворения, 8 – рабочее колесо центробежного насоса.

Реакторы МЗС-210 и МЗС-316 (рис. 8) предназначены для перемешивания вязких и жидких пищевых продуктов из нескольких компонентов.

Перемешивание продукта осуществляется мешалкой 4, состоящей из вертикального вала с укрепленными на нем лопастями. В нижней части

164

корпуса 5 имеются два патрубка для спуска конденсата и выгрузки готового продукта. Над реактором смонтирован привод, включающий электродвигатель 1 и редуктор 2. Для санитарной обработки верхней части имеется крышка 3.

Рис. 8. Реактор МЗС-316.

Технические характеристики реакторов представлены в табл. 3.

Таблица 3. Техническая характеристика реакторов МЗС-210 и МЗС-316

165

Ванна нормализации ВН-600 (рис. 9) предназначена для нормализации по жирности высокожирных сливок и может быть использована для растворения сухого молока.

Ванна представляет собой двухстенный цилиндрический вертикальный сосуд с наклонным дном, снабженный лопастной мешалкой 1. Герметичная емкость между внутренней ванной и рубашкой 3 заполняется теплоносителем в тех случаях, когда по технологическому процессу необходимо подогреть продукт. В качестве теплоносителя может использоваться либо горячая вода, либо пар, который вводится в

предварительно заполненную водой емкость. Для выхода воздуха и слива конденсата емкость снабжена переливной трубой.

Ванна устанавливается на трех регулируемых по высоте ножках. Крышка 2 ванны, выполненная в виде усеченного конуса, состоит из двух частей, соединенных между собой с помощью шарнирных петель. Одна часть крышки откидная, а другая прикреплена к верхней поверхности ванны. На неподвижной части крышки 2 имеется

Рис. 9. Ванна нормализации ВН-600 люк для подачи продукта в ванну и установлен конечный выключатель,

который служит для обесточивания электродвигателя привода 4 мешалки при открывании крышки. Рамная лопастная мешалка, ось вращения которой

166

расположена перпендикулярно наклонному дну ванны, надевается сверху на коническую шейку вала мешалки и крепится специальной гайкой.

Привод 4 вала мешалки расположен в нижней части ванны на наклонном днище. От электродвигателя вращение через упругую муфту передается на червячный редуктор. Тихоходный вал редуктора соединен с помощью жесткой муфты с валом мешалки. Нижнее расположение привода мешалки полностью исключает попадание масла из редуктора в продукт и уменьшает высоту ванны.

Наклон лопастей рамной мешалки и наклонное расположение ее оси вращения обеспечивает эффективное перемешивание продукта.

Для контроля температуры продукта в нижней части ванны имеется штуцер для присоединения датчика температуры.

167

ЛЕКЦИЯ № 10 МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ В МОЛОЧНОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Литература:

1.Лекция №3. Курс лекций по ТОО, Гродно,2008. Составил Раицкий Г.Е.

2.Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.

План лекции:

1.Общие сведения о мембранной обработке молока.

2.Технологические процессы молочной промышленности с использованием мембранных установок.

3.Конструкции мембранных установок.

Контрольные вопросы:

1.Какие мембранные процессы Вам известны?

2.Для каких целей в молочной промышленности используются: Микрофильтрацию?

Ультрафильтрацию? Нанофильтрацию? Обратный осмос?

ВОПРОС №1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕМБРАННОЙ ОБРАБОТКЕ МОЛОКА.

Мембранная обработка молочного сырья — это разделение или концентрирование растворов с помощью полупроницаемых мембран, осуществляемое на молекулярном и ионном уровнях. Главными достоинствами мембранного разделения молочного сырья являются возможность направленного регулирования его состава и свойств с сохранением их нативного состояния, а также создание на этой основе новых молочных продуктов.

Во всех методах мембранной обработки используют поперечную мембранную фильтрацию потока, при которой обрабатываемый раствор пропускается под давлением через мембрану. При этом часть компонентов раствора (концентрат) задерживается, а остальная часть и виде фильтрата (пермеат) удаляется. Мембраной (в зависимости от размера пор) задерживаются компоненты молочного сырья и бактерии, в фильтрате остаются в первую очередь растворитель (вода) и растворенные в ней низкомолекулярные вещества. От традиционной фильтрации (очистка молока от механических примесей) мембранная фильтрация отличается тем, что с

еепомощью отделяются частицы размерами меньше 10 мкм.

Взависимости от характеристики частиц, которые необходимо сконцентрировать, применяют различные методы мембранного разделения:

168

обратный осмос (ОО)—для концентрации почти всех компонентой молока, молочной сыворотки и фильтрата, полученного после ультрафильтрации сыворотки;

нанофильтрация (НФ) — для частичного обессоливания (деминерализации) молочной сыворотки, а также фильтрата, полученного в результате ультрафильтрации молочной сыворотки; (Н-10-9 м)

ультрафильтрация (УФ) — для концентрации белков молока или молочной сыворотки, а также для нормализации по массовой доле белка при производстве сыров, йогуртов и некоторых других молочных продуктов с повышенной массовой долей СОМО – сухого обезжиренного молочного остатка.

микрофильтрация (МФ) — в основном для холодной стерилизации обезжиренного молока, молочной сыворотки и рассола, предназиаченного для посолки сыров, а также для обезжиривания молочной сыворотки при производстве концентрата сывороточных белков методом ультрафильтрации. Применение микрофильтрации цельного молока затруднительно из-за того, что вместе с бактериями на мембранах будет задерживаться и молочный жир. При необходимости можно подвергать микрофильтрации гомогенизированное цельное молоко.

Обратный осмос — концентрация почти всех компонентов молочного сырья при пропускании его под давлением через полупроницаемые мембраны. Размеры пор мембран составляют от 0,001 до 0,0001 мкм. Поэтому процесс фильтрации при обратном осмосе идентичен процессу удаления воды из молочного сырья выпариванием. Сквозь мембраны могут проходить лишь вода и одновалентные ионы Na+, К+, С1-. Процесс обратного осмоса осуществляется под давлением 3—6 МПа и температуре 20 °С Применение высокого давления при обратном осмосе объясняется тем, что в этом случае приходится преодолевать осмотическое давление раствора, которое резко возрастает для низкомолекулярных соединений.

Нанофильтрация — концентрация молекул и макромолекул молочного сырья — происходит при пропускании его под давлением через полупроницаемые мембраны. Размеры пор этих мембран составляют от 0,01 до 0,001 мкм, поэтому на них концентрируются молочный жир, казеиновые мицеллы и сывороточные белки, а также лактоза и частично минеральные соли; размер частиц до 0,001 мкм и молекулярная масса до 1000. Чаще всего нанофильтрацию используют после ультрафильтрации молочного сырья для частичного обессоливания (деминерализации) подсырной сыворотки, а также частичной деминерализации фильтрата, полученного после ультрафильтрации. Нанофильтрацию проводят под давлением 2—4 МПа и температуре 50 °С.

Ультрафильтрация — концентрация молекул и макромолекул при пропускании молочного сырья под небольшим давлением через полупроницаемые мембраны. К крупным молекулам относятся казеиновые мицеллы с размером частиц от 0,01 до 0,1 мкм и молекулярной массой 10 000—100 000. К макромолекулам относятся сывороточные белки с размером

169

частиц от 0,001 до 0,01 мкм и молекулярной массой от 1000 до 10 000. Кроме того, к макромолекулам можно отнести витамины, имеющие почти такие же размеры и молекулярную массу, что и сывороточные белки, а также лактозу с частицами размером от 0,0001 до 0,001 мкм и молекулярной массой от 100 до 1000. Поэтому при ультрафильтрации молочного сырья размер пор мембран составляет от 0,01 до 0,1 мкм, в результате чего на мембранах концентрируются молочные белки, „ молочный жир, витамины и частично лактоза. В фильтрате, проходящем сквозь мембраны, остаются ионы, минеральные соли и в основном лактоза и вода. Процесс ультрафильтрации осуществляется при температурах 50—55 °С и давлении 0,1 — 1,0 МПа.

Для более полной очистки белкового концентрата, получаемого в результате ультрафильтрации, от лактозы применяют диафильтрацию. Это частный случай ультрафильтрации, при котором полученный в результате ультрафильтрации белковый концентрат разбавляют деминерализованной водой и вновь подвергают ультрафильтрации до исходной массовой доли сухих веществ. Некоторая часть лактозы и минеральных веществ при этом вымывается из белкового концентрата и проходит вместе с растворителем через мембрану. Сывороточный белковый концентрат, полученный методом ультрафильтрации, имеет высокую растворимость в воде, хорошие эмульгирующие, пенообразующие и гелеобразующие свойства.

Ультрафильтрацию молочного сырья применяют также в производстве детского творога, сыров, йогуртов и некоторых других молочных продуктов для повышения массовых долей белка или СОМО при нормализации по этим компонентам.

Микрофильтрация — это концентрация посторонних частиц и высокомолекулярных соединений, например бактерий, с последующим их удалением, которая происходит при пропускании молочного сырья сквозь полупроницаемые мембраны. При этом мембраны имеют размер пор соответственно размеру и молекулярной массе задерживаемой частицы (в данном случае — бактериям). Бактерии имеют размеры от 1,0 до 10 мкм (гнилостные бактерии — 5—8 мкм, уксуснокислые и флюоресцирующие бактерии — 1—2 мкм, кокки — 0,75—1,25 мкм) с молекулярной массой свыше 500 000; дрожжи и плесени имеют размеры от 10,0 до 100,0 мкм с молекулярной массой свыше 500 000. Соответственно мембраны, применяемые при микрофильтрации, имеют такой размер пор, при котором эти частицы будут задерживаться, а именно от 0,1 до 10,0 мкм.

Процесс микрофильтрации молочного сырья сводит к минимуму высокотемпературное воздействие на белковые вещества молока, так как обработку осуществляют при температурах ниже порога денатурации сывороточных белков (50—55 °С). Эффективность холодной стерилизации увеличивается при отсутствии мицелл кабина, которые способствуют быстрому образованию гелевого слоя при микрофильтрации из-за оседания на мембранах, что влечет за собой снижение скорости фильтрации. Более эффективно в целях стерилизации подвергать микрофильтрации молочную сыворотку перед ультрафильтрацией, что необходимо при производстве

170