Предприятия молочной промышленности получают сырье от первичной сети, имеющей ряд промежуточных звеньев: промежуточные приемные, сепараторные отделения, низовые заводы. Главным звеном ее являются прифермские молочные, где осуществляется первичная обработка молока.
Расположение прифермских молочных от промышленных предприятий не всегда позволяет осуществлять непосредственную доставку сырья на молочный завод, в связи с чем основной технологической операцией, проводимой в первичной сети, является охлаждение молока.
Охлаждение молока во флягах
Охлаждение молока во флягах может быть осуществлено с помощью специальных погружных охладителей, которые помещаются во флягу с молоком, или погружением фляг с молоком в бассейны с холодной жидкостью.
Схема охлаждения молока во флягах. По этой схеме пустые фляги устанавливают в бассейне, частично наполненном водой, и закрепляют, чтобы они не всплывали, затем в бассейн закладывают лед, открывают фляги и заполняют их молоком из бачка по распределительным желобам с отверстиями.
Другая схема предусматривает использование погружных охладителей, позволяющих ускорить охлаждение молока.
По этой схеме погружной охладитель устанавливают в бассейне вместе с флягами. Молоко из бачка поступает в охладитель, быстро охлаждается и затем направляется во фляги, где доохлаждается и хранится.
Охлаждение молока в резервуарах
Для сбора, охлаждения и хранения большого количества молока на фермах широко распространен резервуарный способ с применением ванн и резервуаров охладителей различных конструкций. При этом способе потери молока по сравнению с другими способами охлаждения минимальны.
К недостаткам резервуарного способа охлаждения относятся: периодичность действия, высокие энергозатраты, низкий коэффициент теплопередачи [250-350 Вт/(м2 К)].
Ниже описаны наиболее типичные конструкции резервуаров, применяемых для охлаждения и хранения молока.
Установка для приемки, охлаждения и хранения молока состоит из двух частей: ванны-охладителя для молока и машинной части. Ванна вместимостью 1000 л изготовлена из нержавеющей стали с уклоном дна в сторону сливного патрубка. К верхней обечайке кожуха ванны крепится прочная перемычка, на которой монтируется приводной механизм мешалки.
С обеих сторон от перемычки расположены съемные крышки, в каждой из них имеется по два отверстия для фильтров-цедилок и для наполнения ванны молоком. Ванна снабжена теплоизоляцией из стекловаты. Под днищем ванны расположен трубчатый испаритель для фреона, соединенный с холодильным агрегатом.
Снаружи по периметру верхнего края ванны проходит труба с отверстиями, через которые наружная поверхность ванны орошается ледяной водой, нагнетаемой насосом. На нагнетательном патрубке насоса смонтирован трехходовой кран, позволяющий использовать в случае необходимости охлаждающую воду со стороны.
Для контроля и регулирования процесса охлаждения ванна снабжена дистанционным термометром, термобаллон которого смонтирован на стенке ванны, а показывающий прибор - на щите управления.
Перед пуском установки рубашку заполняют водой так, чтобы ее уровень был на 15- 20 мм выше верхних трубок испарителя. Установку включают за 1,5-2 ч до поступления молока. За это время на трубках испарителя намерзает слой льда толщиной 15-20 мм. С момента поступления молока в ванну переключатель на щитке управления устанавливают в положение «Автоматическая работа». Одновременно включают мешалку и насос для циркуляции охлаждающей воды. По достижении молоком температуры 4° С мешалка и насос автоматически выключаются, а при превышении этой температуры - включаются.
В охладителе другой модели молоко охлаждается также ледяной водой, получаемой с помощью встроенной холодильной машины. Танк-охладитель состоит из корпуса, ванны, оросительного устройства с фильтром для воды, мешалки с редуктором, холодильного агрегата и приборов автоматического контроля и регулирования. Корпус танка служит ванной для воды и является аккумулятором холода. Снаружи корпус изолирован мипорой в полиэтиленовой пленке и покрыт декоративным пластиком.
Ванна для молока прямоугольной формы с уклоном в сторону сливного патрубка. Сверху ванна закрыта съемными крышками с горловинами для наполнения молоком.
Оросительное устройство выполнено из труб в виде двух замкнутых контуров по верхнему периметру и по днищу ванны. Орошение стенок ванны охлаждающим агентом происходит через отверстия в трубах. Необходимый напор воды в трубах обеспечивается центробежным насосом.
В баке-аккумуляторе холода смонтирован испаритель. Намораживание льда на панелях испарителя начинают за 3-4 ч до охлаждения молока.
Молоко охлаждают до 6-7° С. Установка имеет автоматическое и ручное управление.
Охладитель молока третьей модели относится к резервуарам с водяным охлаждением, с отдельной холодильной машиной и аккумулятором холода. В комплект охладителя входят ванна, мешалка с приводом, водяной насос, моющее устройство и пульт управления.
Ванна прямоугольной формы с уклоном днища в сторону сливного патрубка. В средней части ванны на поперечной траверсе установлены привод мешалки, датчик электроконтактного термометра и мерная линейка. Ванна закрывается двумя крышками с отверстиями для наполнения молоком. Каркас ванны образует с наружной ее стенкой водяную рубашку. В рубашке имеется спираль из полосовой стали, что обеспечивает необходимое направление движения и перемешивание охлаждающей воды. Под днищем ванны выведены патрубки для подачи и отвода воды.
Вал мешалки полый и изогнутый. В изогнутой части имеются отверстия, через которые моющая жидкость разбрызгивается на внутренние стенки ванны для молока.
Автоматизированная холодильная установка четвертой модели работает по системе непосредственного испарения хладагента. В комплект установки входят две ванны - испарители, холодильный агрегат, система трубопроводов и средства автоматического контроля и регулирования.
Таким образом, молоко охлаждается в закрытых ваннах при автоматическом регулировании технологического процесса. Охладительная ванна состоит из рабочей ванны с мешалкой и охлаждающего устройства с теплоизоляцией.
Резервуар для молока представляет собой цилиндрический сварной сосуд из нержавеющей стали с наклонным дном. На наружной поверхности рабочей ванны смонтирован трубчатый испаритель. Для улучшения теплопередачи пространство между змеевиком испарителя и стенкой ванны заполнено специальной мастикой.
Ванна снабжена теплоизоляцией и снаружи закрыта кожухом, сверху - крышкой с воронкой и упором для фляг. Сбоку смонтирован привод мешалки.
Непосредственно на ферме применяют установку, в которой молоко пастеризуется с помощью горячей воды, подогреваемой перегретыми парами фреона-12 в первой секции двухсекционного конденсатора. В этой же секции имеются электронагреватели (ТЭН), применяемые в случае увеличения производительности установки. Одновременно во второй секции конденсатора нагревается вода (до 60° С), используемая для нужд фермы. По окончании пастеризации молоко охлаждают ледяной водой в охладителе.
Охлаждение молока на оросительных аппаратах
Из оросительных охладителей наибольшее распространение получили оросительные охладители, охлаждающие поверхности которых состоят из ряда горизонтальных трубок, расположенных одна над другой. В оросительных охладителях охлаждающая жидкость проходит в закрытых каналах, а продукт стекает по открытой поверхности сверху вниз.
Трубчатые оросительные охладители применяются для охлаждения молока, сливок и других жидких молочных продуктов.
Оросительный охладитель состоит из верхней секции водяного и нижней рассольного охлаждения, распределительного лотка и нижнего приемного лотка.
Каждая теплообменная секция состоит из труб, расположенных одна над другой. Концы труб ввальцованы и припаяны к вертикальным планкам, к которым привернуты стойки коллектора. Коллекторы имеют перегородки, соединяющие трубы каждой секции попарно. В днище верхнего распределительного лотка имеется два ряда отверстий, через которые продукт равномерно распределяется по поверхности охлаждающих секций и стекает в приемный лоток.
Охладители снабжены необходимой арматурой для присоединения аппарата к магистралям охлаждающей воды и рассола.
Молоко или сливки, подаваемые насосом в верхний распределительный лоток, заполняют его не менее чем наполовину. Через отверстия распределительного лотка продукт вытекает и, распределяясь равномерно, стекает по обе стороны теплообменных секций тонким слоем по наружным поверхностям труб. Соприкасаясь со стенками труб, по которым циркулирует хладагент, продукт охлаждается.
Для обеспечения нормальной работы оросительного охладителя и требуемой температуры охлаждения необходимо отрегулировать подачу молока так, чтобы оно растекалось по теплообменной поверхности тонким равномерным слоем, в виде сплошной пленки, и подавать необходимое количество воды и рассола. При увеличении расхода воды и рассола интенсивность охлаждения повышается. Для охлаждения в обеих секциях иногда применяют ледяную воду. Температура охлажденного продукта контролируется погружными термометрами.
Основным недостатком оросительных охладителей является открытая поверхность охлаждения, что не исключает загрязнения молока. Охлаждение сопровождается испарением части влаги из молока. При этом потери молока от испарения достигают 1%.
Во избежание этих недостатков некоторые системы оросительных охладителей снабжены вертикальными боковыми крышками. К таким охладителям относится оросительный охладитель книжечного типа. В нем несколько теплообменных секций объединены и смонтированы параллельно на общей стойке или раме. Охлаждаемый продукт распределяется по секциям из общего распределительного лотка с несколькими рядами отверстий.
Оросительные секции и распределительный лоток заключены в раскрывающуюся камеру.
Многосекционные оросительные охладители имеют высокую производительность при минимальных энергозатратах на подачу продукта в охладитель и просты в обслуживании.
Охлаждение молока в пластинчатых аппаратах
Для охлаждения и тепловой обработки молока наибольшее распространение получили пластинчатые аппараты.
Пластинчатые теплообменники обеспечивают обработку продукта без доступа окружающего воздуха и наиболее полно отвечают требованиям промышленной санитарии. Они отличаются компактностью, высокими теплотехническими показателями, универсальностью.
Пластинчатый охладитель состоит из группы однотипных теплообменных пластин, соединенных в один пакет. Зазор между пластинами зависит от толщины резиновых прокладок. Система уплотнительных резиновых прокладок пластинчатого аппарата построена так, что после сборки и сжатия пакета в нем образуются две изолированные системы каналов для продукта и охлаждающей жидкости. Потоки охлаждаемой и охлаждающей жидкости чередуются.
Основным рабочим органом пластинчатых теплообменников являются пластины. В современных отечественных пластинчатых теплообменных аппаратах, в том числе и охладителях, используются пластины трех типоразмеров. Для увеличения площади поверхности теплообмена пластины изготовляют рифлеными.
В зависимости от направления движения потоков в аппарате различают правые и левые пластины. Для левой пластины угловые отверстия для входа и выхода жидкости расположены слева, для правой - справа, если смотреть с лицевой стороны.
Молочные пластинчатые охладители состоят из двух секций охлаждения: холодной водой и рассолом. Благодаря этому достигается эффективное охлаждение продукта при сравнительно небольшом расходе холода.
Для охлаждения молока в первичной молокоперерабатывающей сети наибольшее распространение получили автоматизированные пластинчатые установки, которые позволяют охлаждать молоко в потоке при автоматическом регулировании процесса до температуры 4±2° С.
В комплект установки входят пластинчатый охладитель, насос для молока, пульт управления, приборы автоматического контроля, регулирования и регистрации параметров технологического процесса и трубопроводы с обвязкой регулирующего клапана на рассольной линии.
Охладитель состоит из чугунной станины - стойки и нажимной чугунной плиты. Между ними имеются две стальные штанги - верхняя, на которой подвешиваются рабочие пластины, и нижняя, служащая направляющей для пластин.
В станине-стойке и нажимной плите имеются штуцера для ввода и вывода охлаждающих жидкостей. Верхняя и нижняя штанги одним концом закреплены в станине стойки, а другие их концы имеют трапецеидальную резьбу, на которую навертываются гайки. С помощью этих гаек через промежуточные втулки герметично сжимаются пластины охладительных секций. Пластинчатый охладитель устанавливают на четырех регулируемых по высоте ножках.
Подлежащее охлаждению молоко температурой до 35° С подается насосом в секцию водяного охлаждения, где оно охлаждается до температуры 13° С. Из секции водяного охлаждения молоко под давлением направляется в секцию рассольного охлаждения, где его температура снижается до 4±2°С.
Из охладителя молоко подается в емкость для хранения. На выходном патрубке охлажденного молока смонтирован термометр сопротивления, который в зависимости от заданных параметров охлаждения молока подает нужный импульс клапану, установленному на линии рассола. Последний соответственно изменяет подачу рассола в секцию рассольного охлаждения. Максимальное рабочее давление в аппарате 3 х 105 Па.
В охладительной установке предусмотрена световая и звуковая сигнализации, действующие при ручном и автоматическом режимах работы. При отклонении температуры охлаждения молока от установленной подается звуковой сигнал.
Щит управления заключен в металлический шкаф, на передней панели которого установлены приборы, регуляторы и выключатели.
На молочных фермах для очистки и охлаждения молока применяют очистительно-охладительные установки, которые выпускают в комплекте с центробежным сепаратором-молокоочистителем и насосом. Пластинчатый охладитель смонтирован на стойке, которая крепится на станине приводного механизма сепаратора. Для охлаждения применяют ледяную или холодную воду.
Парное молоко из доильных установок поступает непосредственно в центробежный молокоочиститель, где происходит очистка его от механических примесей. Затем молоко подается в пластинчатый охладитель, где оно охлаждается и направляется в ванны или танки для хранения.
Для пастеризации и охлаждения молока в закрытом потоке применяют автоматизированную пластинчатую пастеризационно-охладительную установку двух модификаций, которые отличаются режимами обработки молока: первая - для пастеризации молока при температуре 74-78° С и выдержке 20 с и вторая - для пастеризации молока, полученного от больных животных, при температуре 90-94° С и выдержке 5 мин. Установка автоматизирована, работает при малом давлении пара (до 0,4 х 105 Па) и агрегатируется с паровыми котлами. Для охлаждения применяют воду с температурой 2-4° С.