Оборудование для первичной обработки молока

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Оборудование для механической обработки молока………………………... 2
2. Оборудование для удаления из молока механических примесей……………2
3. Оборудование для разделения и концентрирования молока мембранными методами…………………………………………………………………………4
4. Оборудование для разделения гетерогенных систем…………………………6
5. Оборудование для гомогенизации молока……………………………………13
6. Технологический расчет оборудования для механической обработки молока…………………………………………………………………………...17
7. Оборудование для тепловой обработки молока……………………………...18
8. Аппараты для охлаждения и нагрева  молока………………………………..19
9. Оборудование для пастеризации молока……………………………………..22
10. Аппараты для стерилизации молочных продуктов………………………….30
11. Установки для вакуум- термической обработки молока…………………………………………………………………………...32
12. Технологический расчет оборудования для тепловой обработки молока….33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА

 

При механической обработке молоко очищают от загрязнений, разделяют его на фракции (сепарирование), диспергируют жировые шарики (гомогенизация), подвергают разделению с помощью мембранных методов.

Механическая обработка молока и молочных продуктов осуществляется с помощью фильтров, центрифуг, сепараторов различной конструкции, гомогенизаторов и мембранных фильтрационных аппаратов. [ 1 ]

 

2 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ИЗ МОЛОКА МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

 

Различные механические и естественные примеси из молока и молочных продуктов удаляют с помощью фильтра, способного пропускать жидкость, но задерживать взвешенные в ней твердые частицы. Основной частью любого фильтра является фильтровальный элемент, в качестве которого используют ткани из волокон растительного и животного происхождений, а также из синтетических, стеклянных, керамических и металлических материалов. Фильтровальные элементы, изготовленные из синтетических волокон (поливинилхлоридные, полиамидные, лавсановые), по своим свойствам во многих отношениях превосходят хлопчатобумажные и шерстяные, так как сочетают высокую механическую прочность с термоустойчивостью и невосприимчивостью к воздействию микроорганизмов. Металлические элементы выполняют в виде сеток и тканей из нержавеющих сталей, а также перфорированных листов. Последние обычно применяют при разделении систем, содержащих грубодисперсные частицы, и в качестве опорных перегородок для фильтровальных тканей. [ 2 ]

Фильтры бывают периодического и непрерывного действия. Большинство из них работает в закрытом потоке под вакуумом или при избыточном давлении в системе. В зависимости от конструкции фильтрующего элемента фильтры делят на цилиндрические и дисковые.

Цилиндрический фильтр с фильтрующим элементом многоразового действия (рисунок 1) представляет собой корпус с коническим днищем и сферической крышкой. Внизу корпуса расположены патрубки для подвода продукта и отвода очищенного молока.

Внутри корпуса находятся две латунные сетки с фильтрующей тканью: внутренней и наружной. Молоко под давлением поступает через патрубок в фильтр и последовательно проходит внутреннюю и внешнюю сетки. Из фильтра молоко удаляется через патрубок.

 

1 - крышка; 2  - резиновая  прокладка; 3 -  корпус; 4 -  наружная  сетка; 5 - внутренняя сетка; 6 - патрубок  для выхода молока; 7 - патрубок  для входа молока; 8 - подставка

 

Рисунок - 1  Цилиндрический фильтр с фильтрующим элементом многоразового действия

Дисковый фильтр периодического действия (рисунок 2) состоит из корпуса, закрытого сверху крышкой и имеющего клапан. Сбоку корпуса размещен патрубок для входа молока, снизу — патрубок с трубой для выхода молока из фильтра. Внутри корпуса установлены диски с отверстиями, между которыми зажаты фильтрующие элементы. Молоко поступает под давлением внутрь центрального цилиндрического стакана через патрубок, проходит через отверстия в дисках и фильтрующие элементы и выводится из стакана по трубе.

 

 

1 - корпус; 2, 5- патрубки для молока; 3 - кран для спуска остатков молока; 4 - опора; 6 - прокладки; 7 - отверстия; 8 - фильтрующие диски; 9 - воздушный клапан; 10 - крышка; 11 - обойма; 12 - внутренний стакан

 

Рисунок - 2 Дисковый фильтр

При средней загрязненности молока (содержание примесей 0,05... 0,07 %) цилиндрические фильтры могут работать без разборки 1,5...2 ч, дисковые — несколько дольше — 2,5...3 ч. Поэтому для длительной непрерывной работы фильтров их выполняют двухкамерными с возможностью поочередной работы каждой из них.

Фильтры обладают преимуществом перед сепараторами-молокоочистителями в том случае, если молоко очищается от частиц с плотностью ниже, чем плотность плазмы молока. Фильтр задерживает частицы определенного размера независимо от их плотности. Поэтому если скот содержится на торфяной подстилке, то фильтры задерживают легкие торфяные частички, чего нельзя достичь с помощью сепараторов-молокоочистителей.

 

3 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МОЛОКА МЕМБРАННЫМИ МЕТОДАМИ

 

К мембранным методам обработки молока относят ультрафильтрацию, обратный осмос и электродиализ.

Сущность всех мембранных методов — это разделение и концентрирование молочного сырья в процессе фильтрации через специальные мембраны под действием давления (ультрафильтрация и обратный осмос) или электрического поля (электродиализ).

Ультрафильтрацию используют для выделения белков из молока и молочной сыворотки; при обратном осмосе происходит концентрирование молочного сырья, так как через мембраны проходит только вода; электродиализу подвергают молочную сыворотку с целью ее деминерализации.

Исполнительный орган установок для фильтрации и обратного осмоса — полупроницаемая мембрана на основе ацетата целлюлозы и пористых полимерных материалов. Для ультрафильтрации применяют мембраны с размерами пор 500... 100 нм. Такие мембраны задерживают молекулы с размерами большими, чем размеры пор, и пропускают мелкие молекулы. Процесс ультрафильтрации проводят под давлением 0,1...0,5 МПа. Для обратного осмоса используют полупроницаемые мембраны с размерами пор менее 50 нм, процесс ведут при давлении 1...10 МПа.

Мембранный аппарат — это устройство, состоящее из корпуса, мембраны, дренажного узла, крепежных деталей, конструктивных элементов для ввода исходного раствора и выхода концентрата и фильтрата, перемешивания и др. Для мембранного разделения применяют четыре типа аппаратов: плоскорамные, трубчатые, рулонные и с полыми волокнами. На рисунке 3 показаны основные типы мембранных аппаратов. [ 3 ]

Промышленные мембранные аппараты представляют собой пакеты, блоки, комплексы мембранных элементов: ячеек, секций, модулей. Мембранный аппарат обычно является частью мембранной установки периодического или непрерывного действия, в которую входят также насосы, дозирующие устройства, емкости для исходного раствора, фильтрата, концентрата и моющих растворов, соединительные трубопроводы и контрольно-измерительные приборы.

Ультрафильтрационная установка состоит из фильтрующего аппарата, насоса для подачи в аппарат продукта, насоса для проталкивания продукта через мембранные фильтры, соединительных трубопроводов и регулирующих вентилей.

Главной частью фильтрующего аппарата является полупроницаемая мембрана — тонкая пористая пленка, размеры пор которой менее 0,5 мкм. Пленка помещается на макропористую подложку, усиливающую ее механическую прочность. Обычно в качестве подложки применяется пористая нержавеющая листовая сталь толщиной 0,5...3 мм с порами 0,5...10 мкм.

 

 

а - плоскорамный: 1 - фланец; 2 - мембрана; 3 - дренажная пластина; 4 -  уплотнительная пластина; 5 - разделительная пластина; б - трубчатый: 1 - герметизирующий материал (компаунд); 2 корпус; 3 - трубчатая мембрана; в - рулонный: 1 - трубка для отвода фильтрата; 2 - мембрана; 3 - канало-образующий элемент (турбулизатор); 4 - подложка-дренаж; 5 - клеевое со-единение; г - с полыми волокнами: 1 - подложка-дренаж; 2 - шайба с полым волокном; 3 - корпус; 4 - полое волокно; 5 - крышка

 

Рисунок - 3 Мембранные аппараты

На первой стадии в результате ультрафильтрации получают концентрат, содержащий от 3 до 15 % белка и лактозно - солевой раствор. На второй стадии лактозно - солевой раствор пропускают через обратноосмотическую мембрану и получают концентрированный раствор лактозы (10...20 %) и фильтрат, который представляет собой 1%-ный раствор солей.

Конструкции ультрафильтрационных установок для обработки молочных и пищевых продуктов разнообразны. В наиболее совершенных, например в системе «Сартокон-2», фильтруемая жидкость проталкивается с помощью насоса через тонкие каналы между двумя фильтрами. Часть жидкости проходит через мембранные фильтры, а остальная попадает в емкость с исходным продуктом, чтобы вновь рециркулировать через систему. Непрерывный тангенциальный поток вдоль поверхности фильтра приводит к эффективной фильтрации, так как не позволяет задержанным частицам или веществам осесть на поверхности фильтров и блокировать их. Эффект очистки усиливается благодаря использованию в узком канале между фильтрами специальной сетки, вызывающей турбулентность потока. [ 2 ]

 

 

 

4 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ

 

Сущность процесса разделения (сепарирования) молока, как и любой гетерогенной системы, заключается в осаждении дисперсной фазы в поле действия гравитационных и центробежных сил.

При сепарировании молоко разделяется на две фракции различной плотности: высокожирную (сливки) и низкожирную (обезжиренное молоко).

По назначению различают сепараторы-молокоочистители, сепараторы-сливкоотделители, сепараторы для получения высокожирных сливок и универсальные со сменными барабанами.

По способу подачи молока и отвода продуктов сепарирования аппараты бывают открытые, полузакрытые и закрытые.

В открытых сепараторах производительностью до 0,3 кг/с подача молока, отвод сливок и обезжиренного молока происходят в соприкосновении с воздухом. В этом случае образуется молочная пена, ухудшающая условия эксплуатации сепараторов. В полузакрытых сепараторах производительностью 0,5... 1 кг/с молоко подается открытым способом, а отвод продуктов — закрытым под напором. В закрытых (герметических) сепараторах производительностью свыше 1 кг/с подача молока и отвод продуктов сепарирования происходят без доступа воздуха под давлением по трубам.

По способу удаления из барабана механических примесей и белкового сгустка сепараторы могут быть с ручной выгрузкой осадка (остановка сепаратора, разборка и очистка барабана), с периодической выгрузкой через окна в корпусе барабана (саморазгружающиеся) и с непрерывной выгрузкой осадка через сопла по периферии корпуса барабана (творожные).

В зависимости от типа привода сепараторы могут быть с ручным и электроприводом. Передача вращения от электродвигателя к барабану у сепараторов второй группы осуществляется с помощью винтовой пары или ременной передачи. Барабаны сепараторов небольшой производительности устанавливают непосредственно на валу двигателя.

Один из основных технологических параметров, характеризующих работу сепараторов, — температура сепарируемого или очищаемого продукта.

Молоко, направляемое на сепарирование или очистку, должно иметь температуру 40...45 °С. Высокотемпературное сепарирование проводят при температуре 60...85 °С, при сепарировании холодного молока продукт имеет температуру 4... 10 °С.

Корпус барабана имеет коническую форму с некоторым расширением в основании, которое образует грязевое пространство. В нижней части корпуса с наружной стороны расположен фиксатор, входящий при сборке в вырез основания барабана. В верхней части шейки корпуса имеются два щелевых выходных канала для отвода обезжиренного молока, отверстие для выхода сливок и регулировочный винт, представляющий собой втулку с резьбой.

При первом способе регулировочный винт с отверстием неизменного сечения ввертывают внутрь. Скорость истечения сливок снижается, так как центробежная сила по мере приближения винта к оси вращения уменьшается, а с ней уменьшается и напор. Сливок при этом будет выходить меньше, но они будут более вязкими и содержать больше жира. Второй способ регулирования жирности сливок реализован в полузакрытых сепараторах-сливкоотделителях. Отличительной особенностью барабана сепаратора такого типа является конструкция разделительной тарелки, в верхней части которой размещены две напорные камеры.[ 1 ]

 

 

1 - стяжная гайка; 2 - корпус  барабана; 3 - разделительная тарелка; 4 - пакет тарелок; 5 - тарелкодержатель; 6 - уплотнительное кольцо; 7 - основание барабана

 

Рисунок – 4 Барабан сепаратора-сливкоотделителя открытого типа с ручной выгрузкой осадка

 

В одной камере находится напорный диск сливок приемно-выводного устройства сепаратора. В камере, расположенной в горловине крышки барабана, размещен напорный диск обезжиренного молока. В таких сепараторах соотношение количества сливок и обезжиренного молока регулируется вентилями (дросселями), установленными на патрубках приемновыводного устройства.

Более сложное устройство имеют барабаны сепараторов с периодической выгрузкой сепараторной слизи (осадка). В основании барабана (рисунке 5) расположено подвижное днище (поршень). Уплотнение между основанием, а также крышкой барабана и поршнем обеспечивают уплотнительные кольца. На уровне стыка между поршнем и крышкой барабана размещены окна для выгрузки осадка. В верхнем положении поршня окна закрыты, при его опускании осадок выгружается через окна в приемник.