Проектирование распылительной сушильной установки

Как уже указывалось, в качестве охлаждающего агента используют кроме рассола ледяную воду. Ее применение увеличивает долговечность работы пластин. Однако следует указать, что применение ледяной воды не всегда целесообразно, если требуется охладить молоко до низких температур.

 

4. Оборудование для сгущения молока и молочных продуктов

 

Вакуум - выпарные установки, применяемые в молочно-консервной промышленности весьма разнообразны. Физическая сущность работы всех ВВУ заключается в том, что молоко сгущается в результате удаления пара из кипящего продукта. Продукт кипит благодаря искусственно создаваемому вакууму или температурам, значительно меньшим, чем температура кипения при атмосферном давлении.

В многокорпусных вакуум-выпарных установках расход греющего пара меньше, чем в однокорпусных. Количество корпусов ограничивается температурным режимом выпаривания. В каждом корпусе разность между температурой греющего пара и температурой кипения раствора должна быть не менее 5-7°С. В молочной промышленности применяют установки, имеющие от 2 до 6 корпусов.

Среди многокорпусных вакуум-выпарных установок можно выделить два основных типа: циркуляционные и пленочные.

Циркуляционная многокорпусная установка имеет ряд недостатков. Основные из них заключаются в том, что она имеет большой рабочий объем сгущаемого продукта, и характеризуется многократной его циркуляцией при выпаривании. Продолжительность пребывания сгущаемого продукта в этом аппарате велика - до 30-40 минут, а в отдельных случаях и более. Кроме того, в аппаратах подобного типа не удается регулировать продолжительность теплового воздействия на продукт. Отмеченных недостатков нет в выпарных аппаратах пленочного типа. В них объем сгущаемого продукта невелик, сгущение осуществляется за один проход продукта через греющую камеру (калоризатор). Это значительно сокращает продолжительность его пребывания в аппарате и одновременно позволяет контролировать и регулировать продолжительность теплового воздействия на продукт.

К недостаткам пленочных вакуум-выпарных установок следует отнести необходимость точной регулировки подаваемого молока в трубки калоризаторов. При нарушении равномерного распределения молока по трубкам происходит забивание некоторых из них пересгущеным продуктом и прогоркание его.

Отечественная вакуум-выпарная установка производительностью 8000кг испаренной влаги в час работает следующим образом: молоко, предназначенное для сгущения и сушки, поступает в приемный бак, откуда насосом подается в подогреватели, которые оно проходит последовательно. Подогреватели обогреваются вторичным паром, поступающим в калоризатор первого корпуса. Затем молоко переходит в высокотемпературный подогреватель и далее поступает в самоиспаритель. Здесь происходит частичное удаление влаги, в результате чего молоко охлаждается. Далее молоко насосом подается в распределительное устройство первого корпуса калоризатора. При этом из молока удаляется влага. Подсгущенное молоко попадает в сепаратор, откуда оно насосом направляется в калоризатор I корпуса и т.д. Из калоризатора III корпуса молоко насосом подается в промежуточный резервуар для последующего направления на сушку.

 

5. Установки для  сушки молока

 

По способу сообщения теплоты продукту все установки, применяемые для сушки жидких молочных продуктов, можно подразделить на два типа: кондуктивные (контактные) и конвективные. Кондуктивные сушильные установки бывают вальцовые и ленточные. Вальцовые сушилки можно подразделить на атмосферные (продукт сушится при атмосферном давлении) и вакуумные (продукт сушится при пониженном давлении). По количеству вальцов различают одно- и двухвальцовые сушилки. К конвективным сушилкам, применяемым для сушки жидких молочных продуктов, относятся распылительные сушилки, в которых продукт распыляется (диспергируется) в атмосферу горячего воздуха.

По способу распыления сушильные установки подразделяют на дисковые и форсуночные. В дисковых сушилках продукт распыляется под действием центробежной силы дисками, в форсуночных - форсунками.

По способу подачи воздуха в сушильную камеру и направлению его движения в ней различают распылительные установки противоточные, прямоточные, смешанного типа, комбинированные.

Противоточные сушилки практически не используют в молочной промышленности. Это обусловлено тем, что при противотоке сухие частицы продукта контактируют с горячим воздухом, что может вызвать ухудшение качества продукта.

Прямоточные распылительные сушильные установки. Сушилка имеет циклоны и вертикальную цилиндрическую сушильную камеру с коническим днищем. В центре верхней части сушильной камеры смонтированы воздухораспределительное устройство и распылитель. Подаваемое насосом с регулируемой производительностью сгущенное молоко распыляется центробежным диском. Воздух, подаваемый в сушилку, нагревается в паровом калорифере.

После прохождения калорифера воздух нагревается до 180-200°С и сосредоточенно подается в основание факела распыла. Частицы продукта, утратив высокую начальную скорость, совместно с потоком теплоносителя движутся по нисходящей спиралеобразной траектории. Отработавший воздух, имеющий температуру 85-96°С, выводится из сушильной камеры в батарею циклонов для очистки. Сухое молоко по коническому днищу сушильной камеры ссыпается в вибролоток, откуда подается в пневмотранспортную линию. Пневматическая транспортировка сухого молока осуществляется с помощью воздуха. В процессе пневматической транспортировки молочный порошок охлаждается до температуры на 10-15°С выше температуры засасываемого воздуха. В пневмотранспортную линию поступает также молочный порошок из циклонов. Сухой продукт из сушильной камеры и циклонов направляется по пневмотранспортной линии в разгрузочный циклон, откуда подается в бункер-накопитель. Посредством шлюзового затвора, установленного под бункером-накопителем, сухое молоко выгружают из установки и фасуют в крафт-мешки.

 

6. Механическая  обработка молока

 

Очистка молока. В настоящее время для очистки молока применяют главным образом сепараторы - молокоочистители. Очищают как холодное, так и нагретое молоко. Очистка холодного молока эффективнее только в том случае, если оно безупречно по физико-химическим и микробиологическим показателям.

Сепарирование молока. Сепарирование молока является одним из основных технологических процессов, обеспечивающих получение сливок и обезжиренного молока, используемых на молочно-консервных комбинатах для сушки. Как правило, сепарирование, как и очистку молока, следует проводить при 40-45°С. При этом выделяются механические примеси и часть микроорганизмов. В тех случаях, когда сепарируют все молоко, поступающее на молочно-консервный комбинат, его не требуется подвергать центробежной очистке.

 

7. Тепловая обработка  молока

 

Пастеризация является основным видом тепловой обработки молока и других видом молочных продуктов, предназначенных для сушки. При пастеризации молока тщательно измеряются его физико-химические свойства. На качество, состав и свойства сухих продуктов наибольшее влияние оказывают изменения состояния белковых и жировых фракций, а также минеральных веществ молока. Кроме того, пастеризация существенно влияет на ферменты молока.

При производстве сухих молочных продуктов для обеспечения их стойкости режим пастеризации следует выбирать таким, чтобы основные ферменты молока остались инактивированы. Из ферментов на качество сухого молока наибольшее влияние оказывают протеазы и липазы. Протеаза весьма устойчива к нагреванию. Активность ее снижается при температуре нагревания 77°С, но сама протеаза не разрушается даже при 93°С. Липаза полностью разрушается при температуре тепловой обработки 93 и 105°С. С повышением температуры пастеризации увеличивается размер казеиновых частиц. Одновременно с этим изменяется вязкость молока. При пастеризации существенно изменяются сывороточные белки. Легкая изменчивость этих компонентов и быстрая денатурация объясняются их гидратационными свойствами. Значительная часть сывороточных белков денатурирует и выпадает в осадок. В связи с тем, что состав и состояние минеральных веществ молока находится в определенной взаимосвязи со степенью дисперсности белков, то изменение структуры белковых фракций сопровождается изменениями состава молока. Так, при пастеризации количество растворимых форм кальция уменьшается примерно на 20%, фосфорной кислоты на 20-25% и лимонной кислоты на 30% и более. В результате пастеризации происходят некоторые изменения структуры жировых клеток и их оболочек. В незначительной степени меняется и дисперсность жировых шариков. Стойкость обезжиренного сухого молока при хранении ухудшается, если в исходном молоке большая часть сывороточных белков остаются в неденатурированном состоянии. При производстве сухих продуктов оптимальной температурой пастеризации молока является 95°С. При этом особо следует подчеркнуть, что температура пастеризации молока не должна быть ниже 90°С.

 

8. Сгущение молока

 

Степень и температура сгущения. При производстве сухих молочных продуктов сушке предшествует процесс сгущения. Это объясняется, во-первых, тем, что при сушке на удаление 1кг влаги расходуется примерно в 10 раз больше теплоты, чем при сгущении, во-вторых, сухое молоко, получаемое из молока без предварительного сгущения, по качеству хуже, чем сухой продукт, выработанный из сгущенного.

При производстве сухих молочных продуктов степень и температура сгущенного молока является важнейшими технологическими параметрами. Общей закономерностью является снижение растворимости сухого молока при повышении температуры сгущения. Температура сгущенного молока зависит в значительной степени от вида или типа используемых вакуум-выпарных установок и необходимой степени сгущения.

Физико-химические свойства сгущенного молока. Изменение вязкости образцов сгущенного молока обезжиренного сгущенного молока при температуре от 10 до 30°С, содержащих 26,24 и 36,72% сухих веществ показали, что вязкость сгущенного молока, содержащего 26,24% сухих веществ, при нагревании снижается в 2,5 раза, а содержащего 36,72% сухих веществ - в 8,1 раза. При сгущении молока изменяются его плотность и кислотность. В процессе сгущения обезжиренного молока до содержания сухих веществ 47% плотность повышается в 1,16 раза, кислотность в 5,7 раз.

 

9. Классификация  схем технологических процессов

 

Независимо от способа сушки и аппаратного оформления процесса, технологические схемы производства сухих молочных продуктов можно подразделить на две группы: для сушки цельного молока и молока с наполнителями; для сушки молочных продуктов, полученных после переработки молока, т.е. для сушки сливок, а также вторичных продуктов (обезжиренного молока, пахты, сыворотки). Принципиальное отличие этих технологических схем заключается в том, что в первом случае для сушки и качество сырья используют цельное молоко. При этом все технологические процессы, начиная с приема цельного молока, осуществляются на молочно-консервном комбинате. Во втором случае технологические схемы включают в себя в качестве первоначального процесса получение исходного продукта для сушки. В этом случае на молочно-консервный комбинат, где осуществляется сушка, поступает не только цельное молоко, но и сливки, обезжиренное молоко, пахта, сыворотка, предназначенные для сушки. Все технологические процессы производственного цикла получения сухих продуктов можно подразделить на 2 группы. К первой группе относятся процессы обработки исходного сырья для сушки, ко второй - все последующие процессы, начиная с сушки. Технологические процессы 1 группы являются общими для производства многих молочных продуктов, 2 группы - специфическими, т.е. характерными только для производства сухих продуктов.

 

Схемы технологического процесса производства сухого обезжиренного молока

 

Технологический процесс производства сухого обезжиренного молока включает следующие стадии:

 

 

 

Приемка сырья
Пастеризация
Сгущение
Сушка
Охлаждение
Фасовка и Упаковка
Хранение

рис. 1

 

10. Технология  сушки обезжиренного молока

Независимо от вида продукта, предназначенного для сушки, существует ряд общих условий, выполнить которые необходимо при производстве сухих продуктов.

Сгущенный продукт на выходе из вакуум-выпарной установки следует профильтровать. Продолжительность выдержки сгущенного молока перед сушкой на практике выбирают исходя из непрерывной работы сушилки в течение 20-30 минут. Материал, поступающий в сушилку, подается на листы из пористого материала. Листочная сушилка является сушилкой непрерывного действия с перекрестным потоком материала и воздуха. Шахтные сушилки применяются для сушки продуктов: зерна, овощей, угля. Движение материала происходит за счет силы тяжести.

Распылительные сушилки предназначены для сушки жидких продуктов: молока, яиц, желатина. Материал, поступающий в сушку, распределяется в верхней части сушилки. Капли опускаются, и при этом создается контакт между материалом и сушильным агентом, поступающим в нижнюю часть сушилки. Диспергирование материала достигается путем раздробления через фракции или центробежным распылением. Благодаря высокой дисперсности материал имеет громоздкую поверхность контакта с сушильным агентом, поэтому сушка велика. Сушильный агент имеет маленькую скорость, но увлекает за собой мелкие частицы материала. Для их улавливания воздух пропускается через фильтры. Высушенный материал падает на дно камеры и продвигается к шнеку, который отводится из сушилки. Могут работать как при прямотоке, так и при противотоке. На основе технологических параметров и характеристик различных типов сушилок для заданного материала целесообразно применить распылительную сушилку с коническим диском, с дисковым способом распыления и прямоточным способом движения воздуха и частиц молока.

 

Описание технологической схемы

В сушильной камере, выполненной в виде вертикального цилиндра с коническим днищем, непрерывно поступающий жидкий продукт быстро вращающимся диском распыляется, диспергируется на малейшие капельки. С помощью воздухораспределительного устройства в зону распыления подается сушильный агент, который предварительно очищается от пыли фильтром и нагревается в калорифере. За счет теплоты, передаваемой от сушильного агента к каплям, последние теряют влагу и падают на дно камеры в виде мелких твердых частиц, которые по всему диаметру сушилки истираются в вибролотке, откуда попадают в пневмотранспортную линию, где перемещаются потоком холодного воздуха. В процессе транспортирования продукт охлаждается. В пневмотранслинию поступает продукт из батареи циклонов, в которых осуществляется очистка отработанного сушильного агента, а также воздуха из пневмотранспортной линии. Выгрузка готового продукта производится с помощью разгрузочного циклона. Перед тем, как отправить сгущенный продукт на сушку необходимо подготовить сушильные установки. В случае использования распылительных сушильных установок сушильную камеру 15 минут прогревают, затем включают в работу распылитель и получают горячую воду в течение 5-7 минут. Во время работы распылительной сушильной установки следят за температурным режимом сушки. Основным показателем его является температура входящего и выходящего воздуха.