Обзор существующих танков-охладителей

 

Значительно эффективнее процесс охлаждения молока протекает в специальных аппаратах молочных охладителях. По конструкции и способу охлаждения различают открытые и закрытые оросительные аппараты, противоточные и параллельно-точные, трубчатые и пластинчатые.

Пластинчатые охладители могут работать в противо - и прямоточном режимах. В прямоточном режиме они работают, если в качестве хладоносителя используют рассол, охлажденный до минусовых температур, а в противоточном режиме, когда необходимо охлаждать молоко до температуры, превышающей на 3°С начальную температуру охлаждающей жидкости.

Рисунок 2.1 - Схема работы пластинчатого охладителя: 1 - боковина; 2 - пластина; 3 - прокладка; 4...7 - соответственно шланги отвода теплой воды, молока, холодной воды и охлажденного молока

 

Пластинчатый охладитель (рисунок 2.1) состоит из набора штампованных пластин из нержавеющей стали, которые изолированы одна относительно другой резиновыми прокладками. Пластины скрепляют двумя боковинками, стянутыми болтами. Каналы для молока и охлаждающей жидкости разделены. При охлаждении холодной водой применяют схему противотока молока и воды.

По числу пластин в рабочем пакете определяют поверхность теплообмена и производительность охладителя, которую подсчитывают с учетом начальной температуры охлаждающей жидкости и молока, находящихся в теплообмене, и требуемой конечной температуры молока.

Охладители рассчитаны на режим работы при соотношении подачи молока и охлаждающей воды, равном 1:3, а при охлаждении рассолом - 1:2.

Пластинчатые охладители используют в составе молоко - очистительных установок ОМ-1 и ОМ-1А, автоматизированных установок ООТ-М и ООУ-М, которые обеспечивают двухступенчатое охлаждение.

В первой секции молоко охлаждают водопроводной водой, а во второй - доохлаждают рассолом или водой, охлажденной в системе холодильной машины.

Вакуумный охладитель представляет собой двух - стенный цилиндр или конус с гофрированной поверхностью теплообмена, располагаемой внутри емкости. Оросительная поверхность гофрирована по винтовой линии. В винтовом канале между наружной и внутренней стенками проходит охлаждающая жидкость.

Очиститель - охладитель ОМ-1 (рисунок 2.2) состоит из станины, на которой установлены сепаратор-очиститель, электродвигатель и пластинчатый охладитель, соединенные в единую технологическую линию.

В очистителе частота вращения барабана составляет 100 с^-1. Он снабжен напорным диском, обеспечивающим необходимый напор для продвижения молока. Производительность очистителя 1000 дм³/ч, масса 200 кг, мощность электродвигателя 1,1 кВт.

При эксплуатации пластинчатых охладителей их следует не только промывать водой и дезинфицирующими растворами после окончания обработки молока, но и не реже 1 раза в неделю разбирать, чистить и мыть [4].

Рисунок 2.2 – Охладитель–очиститель ОМ–1: 1 – охладитель молока;

2 – центрифуга; 3 – станина

Рисунок 2.3 – Фригаторная установка для охлаждения молока: 1 – ванна с молоком; 2 – пластинчатый охладитель; 3 – молочный насос; 4 – ванна с льдоводяной смесью; 5 – насос; 6 – мешалка; 7 – вентиль;8 – фильтр

 

Более быстрое охлаждение молока осуществляется в танках периодического действия с искусственным охлаждением (см. рисунок 2.3). Такого рода охладители вместимостью по молоку от 150 до 2000 литров имеются на большинстве молочно-товарных ферм. Продолжительность охлаждения молока от 34^оС до 4^оС составляет около 3 часов. Разовое или периодическое добавление теплого молока в ранее охлажденное, которое иногда практикуется, не увеличивает продолжительность бактерицидной фазы. В аппаратах периодического действия, как правило, кипящий хладагент охлаждает воду, охлаждающую внутреннюю ванну. Конструктивное решение позволяет включать установку за 3…4 часа до поступления молока и аккумулировать холод путем намораживания льда на испарителе. Это позволяет использовать менее мощную холодильную машину, и, следовательно, более дешевую.

Резервуар-охладитель молока РО-0,63 (см. рисунок 2.4) предназначен для сбора, охлаждения и хранения суточного удоя молока на животноводческих фермах с поголовьем 40…50 коров.

Рисунок 2.4 – Принципиальная технологическая схема непосредственного охлаждения (резервуар-охладитель молока РО – 0.6): 1 – рама;

2 – всасывающий рукав; 3 – сливной патрубок; 4 – насос; 5- нагнетательный рукав; 6 – испарительная рубашка; 7 – теплоизоляция; 8 – мерная линейка;

9 – внутренняя ванна; 10 – люк; 11 – привод мешалки; 12 – моющее устройство; 13 – датчик температуры; 14 – патрубок возврата; 15 – мешалка; 16 – облицовка; 17 – щит управления; 18 – силовой щит; 19 – вентилятор конденсатора; 20 – компрессор;

21 – опора рамы

 

Состоит из рамы 1 на опорах 21, на которой установлена ёмкость для накопления, охлаждения и временного хранения молока, холодильного агрегата, щита управления 17 и силового щита 18.

Ёмкость оснащена горловиной 10 с люком, мешалкой 15 с приводом 11, мерной линейкой 8, моющим устройством 12, патрубком возврата 14 и датчиком температуры 13.

С наружной стороны внутренней ванны 9 размещена испарительная рубашка 6 холодильного агрегата, теплоизоляция 7 и облицовка 16. Молочный насос 4 присоединен к сливному патрубку всасывающим рукавом 2 и имеет нагнетательный рукав 5 для подачи молока при разгрузке в автоцистерну, а при циркуляционной мойке по нему подается моющий раствор в моющее устройство 12.

Система опорожнения и промывки внутренней ванны 9 состоит из всасывающего рукава 2, насоса 4, моющего устройства 12, рабочей частью которого является разбрызгивающая насадка, нагревательного рукава 5 и патрубка возврата продукта для работы в режиме циркуляции. Нагревательный рукав в зависимости от режима работы соединяется либо с патрубком возврата продукта 14. Либо с моющим устройством.

Резервуар устанавливают в молочном отделении животноводческой фермы. Работает он по следующему технологическому процессу:

- заполнение резервуара молока;

- охлаждение молока (с перемешиванием);

- хранение молока;

- опорожнение резервуара;

- промывка резервуара.

Заполнение резервуара молоком на молочной ферме с доением в молокопровод осуществляется шлангом от очистителя-охладителя молока 0М-1А или непосредственно от проточного пластинчатого охладителя доительной установки после фильтрации и предварительного охлаждения.

Количество молока в ёмкости определяют по мерной линейке 8, расположенной на люке 10 резервуара.

Охлаждение молока до установленной температуры (+4^о С) осуществляется автоматически или в ручном режиме при постоянном помешивании продукта за счет кипения холодильного агрегата (хладагента) R-22 в каналах испарительной рубашки, присоединенной к холодильному агрегату.

В автоматическом режиме охлаждения при достижении установленной температуры агрегат и мешалка автоматически отключаются.

При охлаждении молока в ручном режиме агрегат и мешалку необходимо отключать вручную при охлаждении молока до +4^о С.

Хранение молока осуществляется в автоматическом режиме, обеспечивающем включение агрегата и мешалки при повышении температуры молока выше +5^о С и отключение их при температуре продукта +4^о С.

При длительном хранении молока для предотвращения отстаивания сливок предусмотрено автоматическое включение мешалки на 5 минут с периодичностью в 30 минут. Повышение температуры охлаждения молока за 32 часа хранения при температуре окружающего воздуха +32 + 1^о С и отключенной системе охлаждения происходит не более чем на 3^о С.

Опорожнение резервуаров осуществляется перекачиванием охлажденного молока в автоцистерну работающим насосом 4 (рисунок 2.4) по нагревательному рукаву 5, второй конец которого опущен в горловину автоцистерны.

Промывка резервуара осуществляется механизированным способом при помощи моющего устройства 12 системы опорожнения и промывки с применением моюще-дезинфицирующих средств. Возможна ручная промывка набором соответствующих принадлежностей.

В настоящее время большинство производителей предлагают танки-охладители молока, образованные одной из двух систем охлаждения: охлаждения прямого расширения (прямое охлаждение) или охлаждение с использованием замораживающего холодоаккумулятора (ледяного бака).

Охлаждение прямого расширения (прямое охлаждение).

Это наиболее распространенная система охлаждения. В этом случае нижняя часть танка состоит из двух сваренных между собой стальных листов, которые исполняют роль испарителя. Зазор между листами в зависимости от типа применяемого хладогента составляет от 0,7 до 2,0 мм. Теплота молока через тонкую стальную стенку передается хладагенту. Хладогент кипит и поглащает тепло, а молоко охлаждается. Основные сложности в производстве танком с «прямым охлаждением» связаны с изготовлением испарителя, так как в процессе работы давление хладогента внутри испарителя можно достигать более 40 кгс/см². Для изготовления надежных испарителей основные производители используют лазерную сварку и самые современные методы контроля надежности сварных соединений.

Основные преимущества:

- простота конструкции;

- более низкая по сравнению с системой оборудованной «ледяным баком» общая стоимость танка-охладителя молока;

- меньше габаритные размеры танка-охладителя молока;

- максимальный объем до 32000 литров;

- высокий КПД системы.

Основные недостатки:

- существует риск намораживания молока на стенках танка при низком уровне заполнения;

- более низкая, по сравнению с системой оборудованной «ледяным баком» скорость охлаждения молока.

Эти проблемы достаточно легко решить. Для исключения намораживания молока на стенках, танки-охладители молока оборудуются датчиками для контроля уровня, которые блокируют пуск холодильного агрегата при заполнении танка менее чем на 10%. Для увеличения скорости охлаждения молока применяются пластинчатые охладители (использующие проточную воду) или устанавливаются более мощные холодильные агрегаты.

Охлаждение с использованием намораживающего холодоаккумулятора «ледяного банка».

В этой системе испаритель находится в ёмкости, заполненной теплоносителем (обычной водой) расположенной подтанком-охладителем молока. Испаритель систоит из системы спиралей или трубок, где хладогент испаряется и охлаждает теплоноситель. Формирования льда вокруг испарителя, в промежутки между дойками, создает холодный буфер (ледяной бак), который затем используется для охлаждения молока. При поступлении молока в танк охладитель теплоноситель (ледяная вода) забирает тепло из «ледяного банка», охлаждается за счет таяния льда и снова подается на стенки танка и так далее.

Основные преимущества:

- исключена возможность намораживания молока на стенках танка при низком уровне заполнения;

- большая, по сравнению с системой «прямого расширения», скорость охлаждения молока;

- отсутствие перегрузок компрессора – возможность экономии средств на оплату электроэнергии за счет использования «ночного тарифа».

Основные недостатки:

- более высокая (на 25…30%) общая стоимость танка-охладителя молока;

- большее электропотребление;

- большие габаритные размеры танка охладителя молока;

- небольшой максимальный объем (мах 7150 литров);

- меньший по сравнению с системой «прямого расширения» КПД, из-за дополнительных затрат энергии на охлаждение теплоносителя, т. е. при отсутствии «ночного тарифа» эта система экономически невыгодна.

Компрессорная холодильная установка АВ-30 (рисунок 2.5) укомплектована вентиляторной градирней, водяным насосом, расширителем, фильтром, реле температуры для управления работой вентилятора градирни.

Установка работает по замкнутому циклу пары хладона отсасываются компрессором из испарителя и нагнетаются в конденсатор, где, охлаждаясь водой, подающейся из градирни, превращаются в жидкий хладон. Далее последний подается в ресивер, фильтр-осушитель, регенеративный теплообменник и терморегулирующий вентиль, проходя через который дросселируется до давления испарения образовавшаяся парожидкостная смесь через распределитель поступает в испаритель 15, где хладон, испаряясь, отбирает теплоту от стенок испарителя, отдавая ему холод. из испарителя хладон подается в регенеративный теплообменник, где он перегревается за счет теплообмена с жидким хладоном, идущим из ресивера. из теплообменника пары хладона засасываются компрессором, и цикл повторяется.

Охлажденная вода или рассол подаются насосом на охладитель молока, а оттуда поступают теплыми на испаритель. Заполнение испарителя хладоном регулируется вентилем по перегреву пара хладона, выходящего из испарителя. Реле давления служит для защиты компрессора от возможного повышения давления нагнетания выше 1,2 МПа и понижения давления всасывания ниже 0,04 МПа. При срабатывании приборов защиты установка выключается. Установка может работать в автоматическом и полуавтоматическом режимах.

Рисунок 2.5 – Схема холодильной установки АВ-30: 1-реле температуры; 3, 5 и 7 –манометры; 4 – реле контроля смазки; 6 – реле давления;

8 – конденсатор с водяным охлаждением; 9 – рессивер; 10 – компрессор;

11 – теплообменник; 12 – фильтр – осушитель; 13 – терморегулирующий вентиль; 14 – циркуляционный насос; 15 – испаритель

 

Холодильная установка МВТ-14-1-0 выполнена в едином блоке и состоит из бессальникового компрессора, конденсатора с воздушным охлаждением, ресивера, фильтра-осушителя, терморегулирующего и соленоидного вентилей, кожухотрубного испарителя, вентилей, термореле, приборов автоматики и управления, трубопроводов и арматуры [4].

Принцип работы этой холодильной установки такой же, как и холодильной установки АВ-30.

Сепарация молока. Молочные сепараторы. Молочные сепараторы используют для разделения молока на сливки и обрат. По конструкции они могут быть открытыми, полузакрытыми и герметическими.

В открытых сепараторах поступление молока и отвод продуктов сепарирования происходит в соприкосновении с воздухом.

В полузакрытых сепараторах молоко подают открытым потоком, а отвод продуктов – закрытым способом, под давлением, создаваемым барабаном сепаратора.

В герметических сепараторах подача молока и отвод продуктов происходят под давлением без доступа воздуха. Такие сепараторы применяют в замкнутой системе охладительно-пастеризационных установок и на крупных предприятиях молочной промышленности.

Рисунок 2.6 – Сепаратор-сливкоотделитель ОСБ-1000: 1 – электродвигатель; 2 – фрикционно-цептробежная муфта; 3 – приводной механизм;

4 – вертикальный вал (веретено); 5 – барабан; 6 – тарелка разделительная;

7 – трубка; 8 – поплавок; 9 – приемник сливок; 10 – приемник обрата;

11 – корпус подшипника; 12 – заливное отверстие; 13 – смотровое стекло

 

Сепаратор-сливкоотделитель ОСБ-1000 (рисунок 2.6) предназначен для разделения цельного молока на сливки и обезжиренное молоко (обрат) с одновременной очисткой продукта от загрязнений.

Он состоит из электродвигателя 1 мощностью 0,55 кВт, приводного механизма (вал горизонтальный с фрикционно-центробежной муфтой 2 и шестерней, вал вертикальный 4), барабана 5 и приемно-выводного устройства. Приводной механизм обеспечивает постепенную и плавную передачу вращения с вала электродвигателя барабану через фрикционно-центробежную муфту и червячную пару. Муфта состоит из полумуфты, обоймы и грузиков с фрикционными накладками. Барабан состоит из основания, тарелкодержателя, пакета промежуточных тарелок, верхней разделительной тарелки с отверстием и регулировочным винтом, крышки, прижимаемой к основанию гайкой.

Частоту вращения барабана определяют нажатием пальца руки на кнопку пульсатора и отсчетом по секундомеру. Один толчок соответствует 166 оборотам барабана; 48...49 толчков в минуту соответствуют рабочей частоте вращения 8000 мин^-1.

В момент пуска при вращении полумуфты грузики под действием центробежной силы прижимаются к обойме и увлекают ее за собой с проскальзыванием. Затем проскальзывание прекращается.

Молоко, поступающее в приемник, поднимает поплавок 7, по трубке 6 стекает внутрь вращающегося барабана и распределяется в межтарелочных пространствах. Под действием центробежной силы обрат как более тяжелая фракция отбрасывается к периферии барабана, а сливки оттесняются к оси его вращения.

Вначале жировые шарики идут вместе с потоком молока, затем в межтарелочном пространстве они всплывают и образуют сливочные токи, перемещающиеся к оси барабана.

Под давлением потока молока, непрерывно поступающего в барабан, обрат проходит между наружной поверхностью разделительной тарелки и крышкой барабана и через два отверстия свободно выбрасывается в приемник обрата 10. Сливки по трем вертикальным каналам поднимаются под разделительную тарелку и выходят в приемник 9 через отверстия в регулировочном винте, поворотом которого регулируют их жирность. При вкручивании винта внутрь разделительной тарелки расстояние от оси вращения барабана до выходного отверстия уменьшается. Жирность сливок увеличивается. При выкручивании наоборот.

Пропускная способность сепаратора 1000 л/ч. Продолжительность непрерывной работы до 1 ч. Содержание жира в обрате до 0,04%.

Высокое качество разделения молока на сливки и обрат достигается при кислотности не более 20°Т, температуре его 308...313 К и отсутствии загрязнений, а также при полном комплекте тарелок и оптимальной частоте вращения барабана. Расчет молочного сепаратора, по Г. И. Бремеру, сводится к расчету его производительности.

Пастеризация – процесс одноразового нагревания чаще всего жидких продуктов или веществ до 60°C в течение 60 минут или при температуре 70…80°C в течение 30 мин. Технология была предложена в середине XIX века французским микробиологом Луи Пастером. Применяется для обеззараживания пищевых продуктов, а также для продления срока их хранения.

При такой обработке в продукте погибают вегетативные формы микроорганизмов, однако споры остаются в жизнеспособном состоянии и при возникновении благоприятных условий начинают интенсивно развиваться. Поэтому пастеризованные продукты (молоко, пиво и др.) хранят при пониженных температурах в течение ограниченного периода времени. Считается, что пищевая ценность продуктов при пастеризации практически не изменяется, так как сохраняются вкусовые качества и ценные компоненты (витамины, ферменты).

В зависимости от вида и свойств пищевого сырья используют разные режимы пастеризации. Различают длительную (при температуре 63…65°C в течение 30…40 мин), короткую (при температуре 85…90°C в течение 0,50…1,0 мин) и мгновенную пастеризацию (при температуре 98°C в течение нескольких секунд).

Основная цель пастеризации – уничтожение вегетативных форм микроорганизмов, находящихся в молоке (возбудителей кишечных заболеваний, бруцеллеза, туберкулеза, ящура и др.), сохраняя при этом его биологическую, питательную ценность и качество.

Эффективность действия пастеризации зависит от двух основных параметров: температуры, до которой нагревают молоко, и выдержки его при данной температуре. В зависимости от этого различают пастеризацию молока с выдержкой и без выдержки.

Техническая реализация процесса выдержки осуществляется в специальных устройствах (выдерживателях) в пастеризационно-охладительных установках. По конструкции выдерживатель представляет собой камеру, через которую непрерывным потоком проходит молоко в практически изотермических условиях. Камера выдерживателя может быть выполнена в виде трубы большого диаметра определенной длины, цилиндрической емкости с рубашкой, трубчатого змеевика и др. Кроме температуры и продолжительности выдержки на эффективность пастеризации существенно влияют степень очистки, кислотность, общая обсемененность микроорганизмами, вспениваемость молока и другие факторы.

Пастеризуемое молоко должно быть предварительно очищено на фильтрах или сепараторах-молокоочистителях. При пастеризации неочищенного молока загрязняется теплопередающая поверхность аппаратов (особенно пластинчатых) и снижается эффективность действия температуры.

Для пастеризации можно использовать молоко кислотностью не более 22°Т, так как при большей кислотности белки молока при нагревании свертываются и их часть осаждается на теплопередающей поверхности аппаратов, образуя слой пригара. Молоко кислотностью более 27°Т не подлежит пастеризации, поскольку оно полностью свертывается под действием высокой температуры. В молоке с высокой начальной бактериальной обсемененностью и после пастеризации остается большое количество микроорганизмов. Обсемененность молока перед пастеризацией должна быть 10⁶ клеток в 1 см³.

Наличие пены в молоке также отрицательно влияет на эффективность пастеризации. Это связано с тем, что теплопроводность пены значительно ниже теплопроводности молока. Поэтому при организации подачи молока на пастеризацию необходимо исключить возможность вспенивания.

В зависимости от схемы организации процесса пастеризации, особенностей технологии молочных продуктов и аппаратурного оформления в молочной отрасли применяют следующие виды пастеризации: длительную пастеризацию при температуре 74…78°С с выдержкой 30 мин, при температуре 90…99°С с выдержкой от 2…15 мин до 5 ч; кратковременную пастеризацию при температуре 80, 85…87 или 90…95°С без выдержки; высокотемпературную пастеризацию при температуре 105…107°С без выдержки. В зависимости от принятых в технологической инструкции режимных параметров процесса пастеризации молока и молочных продуктов применяют соответствующее оборудование. Для длительной пастеризации используют емкости периодического действия, а для кратковременной и моментальной пастеризации - пластинчатые, трубчатые и другие пастеризационные аппараты.

Выбор конкретной схемы

 

Выбор технологического оборудования для доения коров заключается в выборе доильных аппаратов, доильной установки и вакуумного агрегата.

 

Выбор доильных аппаратов

 

В нашей стране для доения коров используют несколько типов доильных аппаратов. Предлагается оснастить ферму доильными аппаратами «Нурлат» (ПАД 00.000). Они предназначены для комплектации систем машинного доения в молокопровод. Так же существуют исполнения аппарата ПАУ 00.000-01 – для систем доения в ведро.

Аппарат эксплуатируется совместно с любой доильной установкой или агрегатом, имеющего вакуумметрическое давление 50 кПа и обеспечивает два уровня вакуума при дойке, контролирует характер молокоотдачи и в соответствии с этим автоматически изменяет режим дойки.

Применение аппарата позволяет максимально приблизить процесс машинной дойки к естественному процессу, предотвратить травмирование сосков вымени, практически исключить заболевание коров маститом и увеличить на 20…25% молокоотдачу.

Принцип действия аппарата следующий: В датчике молокоотдачи происходит сравнение действительного уровня молокоотдачи с заданным уровнем, ив зависимости от соотношения действительного и заданного уровней молокоотдачи магнитный клапан, расположенный в вакуумном редукторе, переводит вакуумный редуктор с одного уровня вакуума на другой. Уровень вакуума, созданный вакуумным редуктором, определяет создаваемую задатчиком пульсов частоту смены тактов сжатия и сосания.

Выбор доильной установки

 

Учитывая привязный способ содержания животных, свой выбор остановим на доильной установке АДМ-8-200. Эта установка вполне совместима с доильными аппаратами «Нурлат» и позволяет без затрат ручного труда транспортировать выдоенное молоко в молочный блок.