Проектирование линии переработки молока
Полноценная и эффективная линия переработки молока позволяет производить молочную продукцию высокого качества, обеспечивая интегрированный рабочий процесс от сырья до упаковки. Благодаря различному технологическому оборудованию производство молока осуществляется быстро. Система не только объединяет различные механические устройства, но и обеспечивает высокую степень программной интеграции.
Сегодня мы обсудим концепцию проектирования линии пастеризации цельного молока, рассмотрим ключевые моменты проектирования линий переработки молока, освоим методы интеграции различного оборудования, а также разберем процесс производства молока и возможные проблемы.
В процессе реального производства на линии переработки молока могут возникать различные проблемы. Наша линия должна позволять своевременно выявлять и быстро решать их. Например:
Связанные с продуктом — качество сырья, процесса переработки и готовой продукции.
Связанные с процессом — мощность завода, выбор и совместимость компонентов, степень управления процессом, наличие нагревательных и охлаждающих сред, очистка оборудования и т. д.
Экономические — минимизация общих производственных затрат при соблюдении установленных стандартов качества.
Юридические — законодательство, определяющее параметры процесса и выбор технических решений для компонентов и систем.
В большинстве стран, где молоко перерабатывается в различные продукты, закон устанавливает определенные требования для защиты потребителей от патогенных микроорганизмов. Формулировки могут различаться, но следующие пункты охватывают наиболее распространенные требования:
Термическая обработка
Молоко должно пройти термическую обработку способом, уничтожающим все патогенные микроорганизмы. Должна быть достигнута минимальная температура 72 °C с выдержкой в течение 15 секунд.
Температура нагрева должна фиксироваться автоматически, а записи должны храниться в течение установленного времени.
Очистка перед термообработкой
Поскольку молоко обычно содержит твердые примеси, такие как частицы грязи, лейкоциты и соматические клетки, оно должно быть очищено. Пастеризация может быть неэффективной, если бактерии скрыты в сгустках или частицах, поэтому очистка перед нагревом обязательна. Очистка может производиться через фильтр или, более эффективно, в центробежном молокоочистителе.
Теплообменник рассчитан на использование более высокого давления
Давление в потоке пастеризованного молока должно быть выше, чем в потоке непастеризованного молока или сервисных сред. В случае утечки в теплообменнике пастеризованное молоко должно перетекать в непастеризованное молоко или охлаждающую среду, а не наоборот. Для обеспечения этого обычно требуется использование повысительного насоса для создания перепада давления, что является обязательным в ряде стран.
Если температура пастеризации падает из-за временной нехватки теплоносителя, завод должен быть оснащен переключающим клапаном для возврата недостаточно нагретого молока обратно в баланковую емкость.
Для процесса с дистанционным управлением требуется следующее оборудование:
Силосы для хранения сырого молока.
Пластинчатый теплообменник, выдерживатель и блок горячей воды для нагрева и охлаждения.
Центробежный молокоочиститель (поскольку перерабатывается только цельное молоко, центробежный сепаратор в данном случае не требуется).
Промежуточный резервуар для временного хранения переработанного молока.
Трубы и фитинги для соединения основных компонентов, а также пневматические клапаны для управления потоками продукта и моющих растворов.
Насосы для транспортировки молока по всему заводу.
Контрольно-измерительное оборудование для управления производительностью, температурой пастеризации и положением клапанов.
Различные вспомогательные системы:
– водоснабжение
– производство пара
– охлаждение хладоносителя
– сжатый воздух для пневматических устройств
– электроснабжение
— дренаж и сточные воды.
Потребности в инженерных средах рассчитываются после согласования проекта завода. Поэтому до определения количества и мощности электрических машин, количества пневматических машин, рабочих узлов, рабочих часов завода и т. д. необходимо знать температурный режим пастеризации и параметры всех других участков, требующих нагрева и охлаждения (холодильная система, система мойки и т. д.). В данной книге такие расчеты не рассматриваются.
Резервуар-силос
Количество и размеры силосов зависят от графика поставок сырого молока и объема каждой поставки. Чтобы завод мог работать непрерывно и не останавливался из-за нехватки сырья, необходимо обеспечить достаточный запас сырого молока.
Желательно, чтобы молоко перед переработкой хранилось не менее одного часа, поскольку за это время оно естественным образом дегазируется. Кратковременное перемешивание допустимо, однако в целом перемешивать его не обязательно; это следует делать лишь примерно за 5–10 минут до опорожнения силоса, чтобы выровнять общий объем. Так удается избежать нарушения естественного процесса дегазации.
Основная цель пастеризации молока — уничтожение патогенных микроорганизмов. Для этого молоко обычно нагревают не ниже 72 °C не менее чем на 15 секунд, а затем быстро охлаждают. В законодательстве многих стран эти параметры закреплены. В пастеризации молока чаще всего применяются пластинчатые теплообменники. При необходимости длительной эксплуатации могут использоваться трубчатые теплообменники. Для вязких продуктов применяются скребковые теплообменники.
В пластинчатом теплообменнике соединительная плита между каждой секцией оснащается входом и выходом продукта и теплоносителя. Входные и выходные патрубки могут быть ориентированы вертикально или горизонтально. Торцы пластинчатого теплообменника (рамы и прижимные плиты) также могут быть оборудованы входами и выходами.
При необходимости длительной эксплуатации трубчатый теплообменник служит заменой пластинчатому теплообменнику.
В качестве нагревательной среды в пастеризаторе можно использовать горячую воду или насыщенный пар под атмосферным давлением. Однако из-за большой разницы температур горячий пар не применяется. Поэтому наиболее часто используемой нагревательной средой является горячая вода, температура которой обычно на 2–3 °C выше требуемой температуры продукта.
Пар подается из парового котла под давлением 600–700 кПа (6–7 бар). Пар используется для нагрева воды, а затем — для нагрева продукта до температуры пастеризации.
Регулятор температуры воздействует на регулирующий паровой клапан, поддерживая постоянную температуру пастеризации. Любая тенденция к снижению температуры продукта немедленно обнаруживается датчиком в продуктопроводе перед выдерживательной трубой. Затем датчик передает сигнал на контроллер, который открывает регулирующий паровой клапан, подавая больше пара в воду. Это повышает температуру циркулирующей воды и предотвращает падение температуры продукта.
Длина и размер внешней выдерживательной трубы рассчитываются на основе известного времени выдержки, часовой производительности оборудования и диаметра трубы, который обычно совпадает с диаметром труб, подающих пастеризационное оборудование. Обычно выдерживательная труба закрывается кожухом из нержавеющей стали, чтобы предотвратить ожоги и воздействие теплового излучения при прикосновении к ней.
Молоко должно быть правильно пастеризовано до выхода из пластинчатого теплообменника. Если температура опускается ниже 72 °C, непастеризованное молоко должно храниться отдельно от пастеризованного продукта. Для этого на трубопроводе после выдерживательной трубы устанавливаются датчик температуры и отводной клапан. Если датчик температуры определяет, что проходящее через него молоко нагрето недостаточно, непастеризованное молоко возвращается в балансировочную емкость.
