5 Технологическая линия производства сухого молока

Сухое молоко представляет собой высушенное в мелкий по­рошок свежее цель­ное пастеризованное молоко. Оно должно содержать не более 4 % (рас­пыли­тельная сушка, герметическая упаковка) и не более 7 % (распылительная сушка, негермети­ческая упаковка и пленочная сушка, негерметическая упа­ковка) влаги, не менее 25 % жира. Растворимость его составляет 0,2-2,0 мл сырого осадка (в зависи­мости от способа сушки и сорта), кис­лотность восстановлен­ного молока 20-22 °Т (в зависимости от способа сушки и вида упаковки).

Размеры частиц сухого молока зависят от степени сгущения и способа сушки. Преобладающая масса частиц продукта противоточной распыли­тельной сушки имеет размеры до 60 мкм. Объемная масса продукта зависит от способа сушки и ко­леблется в пределах от 300 до 690 кг/м³. Внешняя оболочка частиц, полученных при распылительной сушке лишь слегка проницаема, она удерживает воздух и изолирует жир. Жировая фаза представлена жиро­выми шариками разме­ром 4…5 мкм. Содержание свободного жира в молоч­ном по­рошке распылительной сушки колеблется в пределах 3…19 %.

На микрофотографиях вокруг частиц сухого молока просмат­риваются тонкие пленки, представляющие собой белок, денату­рированный при сушке. В молоч­ном порошке, высушенном с применением гомогенизации, обеспечивается бо­лее тонкое рас­пределение жира и белковых частиц.

Тепловое воздействие на молоко при пастеризации, сгуще­нии и сушке сопро­вождается разрушением части солей лимонной кислоты. Сухое молоко в восстановленном виде по питательности равноценно пастеризованному молоку, если не считать некоторые по­тери витаминов С, В₁₂, витамина А. Усвояемость отдельных составных частей молока колеблется в пределах 98…94 %.

Частицы сухого молока распылительной сушки имеют пра­вильную сфериче­скую или слегка овальную форму. В продуктах сушки содержится воздух, как между частицами, так и внутри их. Массовая доля его колеблется от 10 до 60 % и зависит от кратности сгущения, способа сушки. По форме части­цы в жидком распыленном и сухом состоянии одинаковы. Час­тицы молочного порошка пленочной сушки имеют неправильную форму, зависящую от способа размола пленки сухого молока. Воздуха внутри частиц меньше, чем в порошке распылительной сушки.

Для умень­шения содержания воздуха применяют вибрации порошка при упаковке и уве­личение сте­пени сгущения молока. При этом качество продукта улучшается, жир продукта предохраняется от окислительной порчи.

На изменение составных частей молока большое влияние оказывает темпера­турный режим сушки. При высоких темпе­ратурах сушки происходит потеря растворимости из-за денату­рации определенных белков молока. Из способов сушки, используемых для получения сухого молока, наиболее известны следующие: распылительный в потоке горячего воздуха, в кипящем слое, контактный и сублимационный. Наиболее распространенный способ - сушка продуктов распылением предварительно сгущенного продукта на распылительных прямоточных сушилках со сниженным давлением воздуха и продукта.

Технологический процесс производства сухого цельного молока состоит из следующих стадий: 1) приемки и подготовки сырья; 2) нормализации; 3) пастеризации нормализованного сырья при температуре не менее 90 ºС; 4) сгущения нормализованного молока в две стадии (І - при температуре 68-70 ºС; ІІ - при температуре 50-52 ºС) до концентрации сухих веществ 48-50 %; 5) гомогенизации при температуре 45-60 ºС и давлением 10-15 МПа; 6) сушки сгущенного молока при температуре поступающего теплоносителя 170-190 ºС, температуре воздуха, выходящего из сушильной башни, 75-80 ºС; 7) просеивания и охлаждения сухого молока до температуры порошка 15-20 ºС; 8) упаковки, маркировки; 9) транспортирования и хранения.

По типовой схеме Гипромолпром (рис 23.1) нормализованное молоко поступает в промежуточный танк 1, из которого центробежным насосом 2 подается в пастеризационную установку 3. Пастеризованное молоко подается в промежуточный резервуар 4, из которого производится подсос молока в вакуум-выпарной аппарат, работающий по принципу подающей пленки, из которого сгущенное молоко 46…50%-й концентрации непрерывно отсасывается в промежуточный танк 6, а из него насосом 7 подается в гомогенизатор 8. Далее гомогенизированное молоко поступает в танк 8, из которого ротационным насосом 10 подается на распылительную сушку.

При получении сухого обезжиренного молока не предусматривается нормализация и гомогенизация, а сгущение ведется до меньшей концентрации (30…34 %) сухих веществ, остальной процесс аналогичен.

Производство сухого молока, как правило, непрерывный процесс, т.е. сгущенное молоко сразу поступает на сушильную установку.

Рис. 23.1. МАС линии производства сгущеного молока: 1 - промежуточный танк; 2 - центробежный насос; 3 - пастеризационная установка; 4 - танк для пастеризованного молока; 5 - вакуум-выпарная установка; 6 - промежуточный танк для сгущенного молока; 7 - насос для сгущенного молока; 8 - гомогенизатор; 9 - танк для сгущенного гомогенизированного молока; 10 - насос ротационный

Распылительная сушка, несмотря на значительные энергозатраты, является самым эффективным и распространенным способом консервирования молока, исключающим необходимость применения консервантов, и на ближайшую перспективу, по оценке ВНИМИ, альтернативы не имеет.

В настоящее время на молочных предприятиях России установлено около 400 распылительных сушильных установок, отличающихся конструкцией сушильной камеры, типом и расположением распыляющего устройства, системой очистки отработанного воздуха, наличием специального оборудования для сушки и охлаждения сухого молока. В основном это сушильные установки типа ЦТ (Германия ) с паровой турбиной, А1-0РЧ и её модификации (Украина), РСМ-500, РS-1000, ВРА-4 (Чехия), а также около 20-ти установок фирм «Ниро-Атомайзер» и «Ангидро» (Дания).

Прямоточные распылительные сушильные установки типа РСМ (рис. 23.2) производительностью 500 и 1000 кг испаренной влаги в час получили в последние годы опреде­ленное распространение в молочной промышленности России.

Сушильная установка состоит из вертикальной цилиндрической сушильной башни, снабженной коническим днищем, циклонов и вспомогательных устройств. Внутренний диаметр цилиндрической части сушильной башни 5,5 м, высота 3 м при общей ее высоте 17,55 м. Внутренняя поверхность сушильной башни облицована не­ржавеющей сталью. Теплоизоляция выполнена из минеральной ваты, снаружи она покрыта листовым алюминием.

В центре верхней части сушильной башни смонтированы возду­хорас-пределитель 3 и дисковый распылитель 2. Частота вращения распылителя составляет 200-250 с .

Воздух, подаваемый на сушку, нагревается в калорифере 12 при давлении пара 11·10⁶ Па. Расход пара на сушку составляет 1460 кг/ч. Воздух подается нагнетательным вентилятором 11 высо­кого давления производительностью 14 200 м³/ч. После прохождения калорифера воздух нагревается до температуры 180…190 °С и сосре­доточенно подается в корень факела распыла. При этом в воздухо­распределителе поток воздуха подвергается закрутке в направлении, противоположном направлению движения частиц распыленного продукта. После потери частицами продукта высокой начальной скорости они совместно с потоком воздуха движутся по нисходящей спирале­образной траектории. Отработавший воздух с наиболее мелкими фракциями молочного порошка через специальный патрубок выводится из сушильной башни в батарею циклонов 7 для очистки. Воздух отсасывается вентилятором 4. Вы­сушенный молочный порошок по коническому днищу сушильной баш­ни ссыпается в вибролоток 9, из которого подается в пневмотранспортную линию. Пневмотранспортирование сухого молочного порошка осуществ­ляется воздухом, забираемым непосредственно из цеха дополнитель­ным вентилятором 5.

Перед поступлением в пневмотранспортную ли­нию воздух очищается в фильтре 10 со сменными элементами из крепсилона. В процессе пневмотранспортирования молочный порошок охлаждается до температуры, которая на 10…15 °С выше температуры засасываемого воздуха.

Рис. 23.2. Принципиальная схема сушильной установки типа РСМ:

1 - сушильная камера; 2 - дисковый рас­пылитель; 3 - воздухораспределитель; 4 - вентилятор;

5 - дополнительный вентилятор; 6 - бункер-накопитель; 7 - циклоны; 8 - пневмотранспортная линия;

9 - вибро­лоток; 10 - фильтр; 11 - вентилятор высо­кого давления; 12 - калорифер; 13 - шестеренный насос

В пневмотранспортную линию поступает также молочный порошок из батареи циклонов. Молочный порошок поступает по пневмотранспортной линии в разгрузочный циклон, из которого подается в бункер-накопитель 6. Ввиду недостаточной очистки воздух из разгрузочного циклона возвращается в воздухо­вод, по которому отработавший воздух из сушильной башни пода­ется в батарею циклонов.

С помощью шлюзового затвора, установленного под бункером-накопи-телем, готовый продукт выгружается из установки, после чего осуществляется фасовка его в крафт-мешки или другую тару.

Производство сухого молока является одной из энергоемких технологий молочной промышленности. В частности, при сгущении потребляется 0,2…0,45 кг пара на 1 кг испаренной влаги, а в распылительной сушильной установке на это расходуется 3,3…3,8 кг пара.

Подавляющее большинство сушильных установок оснащено паровыми калориферами. Замена парового калорифера на газовый теплогенератор прямого нагрева, по данным ВНИМИ, обеспечивает 40…50 %-ю экономию топлива.

Постоянное повышение стоимости топлива заставляет искать пути уменьшения его потребления, что может быть решено только комплексом мероприятий, направленных: 1) на максимально полную очистку отработанного воздуха от сухого молока; 2) увеличение влажности воздуха, подаваемого в рекуператор (за счет его влагонасыщения), до 60 % и более для достижения величины теплоотдачи не менее 200 Вт/м·²К; 3) применение рекуператора, обеспечивающего теплообмен, также за счет конденсации водяного пара из отработанного теплоносителя.

Потери сухого молока в сушильных установках типа ВРА-4, РS-1000 и др., предусмотренные техническим паспортом, составляют 4 %, но могут достигать и больших значений.

Комплекс указанных мероприятий использован в схеме распылительной сушилки (рис. 23.3), предложенной ВНИМИ. Конструкции мокрых пылеуловителей для действующих установок разрабатываются применительно к конкретным условиям. Ориентировочные температуры воздуха по ходу технологического процесса, ºС: А - 20; Б - 40; В - 180; Г - 83; Д - 55; Е - 37.

Рис. 23.3. Принципиальная схема ресурсо-энергосберегающей

распылительной сушильной установки:

1 - сушильная камера; 2 - паровой калорифер; 3 - рекуператор; 4 - линия отвода конденсата;

5 - нагнетательный вентилятор; 6,9 - фильтры для очистки воздуха; 7 - установка мокрого пылеуловителя;

8 - центробежный насос; 10 - вытяжной вентилятор; 11 - циклоны; 12 - пневмотрасса; 13 - бункер-накопитель для сухого молока; 14 - вентилятор пневмотрассы