Зооинженерные требования к пастеризаторам молока. Аппараты, применяемые для пастеризации молока и молочных продуктов, называют пастеризаторами. К ним предъявляют следующие требования:

• Обеспечение полного уничтожения микробов всех форм;
• Универсальность в отношении возможности обработки различных продуктов;
• Работа аппарата не должна ухудшать иммунобиологические, физиологические и химические свойства продуктов;
• Высокая производительность при малом расходе пара;
• Простота устройства и надёжность в эксплуатации;
• Рабочие органы аппарата, соприкасающиеся с продуктом, должны быть стойкими против химических воздействий продукта и моющих жидкостей;
• Отсутствие потерь молока и молочных продуктов при пастеризации.

В зависимости от типа нагревателя при пастеризации используют тепловое воздействие (тепловое нагревание), холодное обеззараживание с использованием ультрафиолетового облучения и высокочастотного вибратора, электронагрев (индукционный и омический).

Классификация пастеризаторов. Аппараты для пастеризации молока, получившие наибольшее распространение в сельскохозяйственном производстве, подразделяют по следующим признакам:

• По конструкции – открытого (с доступом воздуха) и закрытого (без доступа воздуха) типов; трубчатые и пластинчатые с вытеснительным барабаном; вакуумные и параконтактные;
• Характеру выполнения процесса – непрерывного и периодического действия;
• Источнику использования энергии – тепловые и электрические;
• Режиму работы – длительный, кратковременной и мгновенной пастеризации.

Для пастеризации молока и молочных продуктов используют как отдельно пастеризаторы, так и системы, включающие в себя пастеризаторы и охладители, работающие в автоматизированном режиме.

Ванны длительной пастеризации типа ВДП отличаются по вместимости, габаритам и массе.

Пастеризатор паровой с двухсторонним обогревом. Пластинчатые пастеризаторы имеют такую же конструкцию, как и пластинчатые охладители. Отличительная особенность-установка между нержавеющими пластинами термостойких прокладок. Движение молока и воды чередуются в противотоке.

Водяной и молочный насосы создают требуемый для движения потоков напор. Теплообмен происходит между потоками горячей воды и молока, разделёнными тонкими пластинами из нержавеющей стали.

Для повышения эффективности использования пастеризаторов и охладителей используют теплообменники – регенераторы. Пастеризационные установки ОПУ-3М и ОПФ-1 включают в себя пластинчатый пастеризатор, теплообменник-регенератор и охладитель.

Все они собраны из одинаковых по конструкции пластин на одной станине. Кроме того, в состав установок входит вспомогательное оборудование: бачки и насосы для молока и горячей воды, стабилизатор потока, центробежные молокоочистители и трубопроводы с арматурой. Производительность и температурные режимы регулируют изменением числа пластин в аппаратах.

Пастеризационная установка ОПФ-1 работает следующим образом. Из молокосборника молоко самотёком или с помощью насоса подаётся в секцию пластинчатого теплообменника-регенератора, где оно нагревается за счёт теплообмена с горячим молоком, движущимся от секции пастеризации через выдерживатель, нагретое до температуры 37-49 °C

Молоко выходит из секции в молокоочиститель. Далее оно подаётся в секцию регенерации, где дополнительно нагревается пастеризационным молоком, прошедшим предварительный теплообмен в секции регенерации. Из секции регенерации молоко подаётся в секцию пастеризации, где за счёт теплообмена с горячей водой нагревается до температуры 76 °С или до 90 °С.

Пастеризационное молоко проходит через выдерживатель в секции регенерации, где оно отдаёт часть теплоты холодному молоку, и температура первого снижается до 20…25 °С. Затем молоко проходит последовательно секции охлаждения, после чего температура понижается до 5…8 °С в зависимости от начальной температуры охлаждающей воды или рассола. Охлаждённое молоко поступает для хранения в танки.

Выдерживатель предназначен для повышения пастеризационного эффекта. При дополнительной выдержке в течение 20 с или 300 с перед охлаждением можно уничтожить микрофлору молока.

Горячая вода для пастеризации молока готовится в бойлере с использованием пара, поступающего в систему циркуляции горячей воды через инжектор паропровода котельной установки. Автоматическую регулировку поступления пара в зависимости от температуры молока обеспечивает электрогидравлический клапан, установленный на паропроводе. Если температура молока, выходящего из пастеризационной секции, ниже требуемой, то перепускной клапан автоматически направляет молоко в уравнительный бак для повторной пастеризации.

Регенерация теплоты

Использование теплоты горячего пастеризованного молока холодным, движущийся противотоком в пастеризатор, называется регенерацией теплоты.

При регенерации теплоты можно предварительно подогреть холодное молоко, поступающие в пастеризатор, за счёт горячего пастеризованного молока и получить экономию пара, расходуемого на пастеризацию 1 т молока, а также увеличить примерно в 2 раза производительность пастеризатора.

Снижение затрат теплоты (пара) на пастеризацию молока оценивают коэффициентом регенерации. Он показывает отношение количества теплоты, отданной от регенератора горячим молоком холодному, к количеству теплоты, которое необходимо для нагрева холодного молока до температуры пастеризации.

Сепарирование молока

Сливки от плазмы молока можно отделять двумя способами – отстаиванием и сепарированием. Сепарирование-механический способ разделения цельного молока на обрат и сливки с использованием для этого разности удельных весов и центробежной силы. Достоинства сепарирования:

• степень обезжиривания достигает 99.8% против 70-75% при отстаивании;
• возможность получения свежих сливок и обрата для молодняка;
• дополнительная очистка сливок и молока от механических примесей;
• возможность регулировки жирности сливок в больших предела.

Зооинженерные требования к сепараторам:

• конструкция сепаратора должна обеспечивать непрерывность процесса, быстроту разделения и возможность автоматизации;
• полное выделение жира из молочной плазмы;
• продолжительность работы сепаратора без остановок;
• отсутствие пены во время сепарирования;
• полное удовлетворение санитарно-гигиенических требований;
• простота устройства, удобство в эксплуатации и обслуживании.

Классификация сепараторов:

• по производственному назначению (сливкоотделители, очистители с ручной очисткой грязевого пространства, нормализаторы, гомогенезаторы);
• по способу защиты процесса от доступа воздуха – открытые, полугерметические и герметические - по способу привода – с ручным, механическим и комбинированным приводом.

Конструкция сепараторов. СОМ-3-1000 состоит из станины, механизма привода, барабана и молочной посуды. Основной рабочий орган барабан. В него входят корпус с центральной трубкой, тарелкодержатель, пакет разделительных тарельчатых вставок, верхняя разделительная тарелка, крышка, уплотнительное кольцо и затяжная гайка.

Центральная трубка корпуса закрыта снизу. Ее ребро служит для установки в прорезь веретена барабана. Верхняя разделительная тарелка в центральной части имеет цилиндрическую вытяжку, в которой с боку помещена впайка с отверстием для регулировочного винта. На поверхности разделительных тарелок находятся три отверстия расположенные на 120 градусов один относительно другого. Они образуют в пакете три канала для прохода молока. Зазор между тарелками 0,4…0,5 мм. Свободное пространство между пакетом тарелок и крышкой корпуса называют грязевым.

Механизм привода сепаратора включает в себя электродвигатель, клиноремённую передачу, фрикционную муфту и червячную пару, вал (веретено) которой крепится в станине на двух опорах. Верхняя упругая опора вертикального вала предназначена для самоустановки барабана на высокую частоту вращения. Упругая опора веретена представляет собой шариковый подшипник, заключённый в обойму. Последняя зафиксирована в корпусе опоры шестью пружинами с регулировочными винтами, расположенными по окружности корпуса через 60 градусов. Регулировочным винтом подпятника перемещают веретено по высоте, добиваясь правильного расположения сливных отверстий барабана относительно молочной посуды. Неправильная установка веретена ведёт к попаданию части сливок в обрат.

Технологический процесс сепарирования молока

Из поплавковой камеры молоко через центральную трубку барабана движется в его нижнюю часть и, поднимаясь через каналы пакетов тарелок, распределяется между ними и движется от центра барабана к его периферии по межтарелочным пространствам. Более лёгкие жировые шарики выделяются из молока в межтарелочных пространствах и всплывают, образуя потоки в направлении оси барабана. Обрат движется к периферии барабана, где в грязевом пространстве из него выделяются мех. Примеси. Очищенный обрат проходит над разделяющей тарелкой к отверстию для выхода его из барабана в молочную посуду. Сливки поднимаются к центральной трубке, движутся под верхней разделительной тарелкой и выводятся через отверстие регулировочного винта в сборник для сливок. Жирность сливок регулируют поворотом винта выходного отверстия для сливок.

Сепаратор может работать и в режиме молокоочистителя для этого заменяют барабан в нём меньшее кол-во тарелок в пакете. В них отсутствуют отверстия и зазор между тарелками составляет 0.8-2 мм.

Сепаратор-нормализатор служит для доведения молока до заданной жирности. При его движении в межтарелочном пространстве барабана от периферии к центру до отверстий в тарелках частично выделяются сливки, которые поступают в камеру напорного диска и выбрасываются в специальную посуду. Частично обезжиренное молоко направляется в свою посуду через напорный диск. Для регулировки молока на заданную жирность используют регулировочные вентили.

Гомогенизация – это раздробление жировых шариков путём воздействия на молоко и сливки значительных внешних усилий. В процессе обработки уменьшаются размеры жировых шариков и скорость всплывания, поэтому гомогенизированное молоко не отстаивается.

Типы гомогенизаторов

1. Клапанный - служит для обработки молока и сливок с целью предотвращения их расслаивания при хранении.
2. Роторный – изменении консистенции плавленых сыров и сливочного масла.

Принцип действия клапанных гомогенизаторов. В цилиндре гомогенизатора на молоко оказывается механическое воздействие при давлении от 15 до 20 МПа. При подъёме клапана приоткрывающим узкую щель, молоко выходит из цилиндра. Это возможно при достижении в цилиндре рабочего давления. При проходе через узкую круговую цель между седлом и клапаном скорость молока возрастает от нулевой до величины, превышающей 100 м/с. Давление в потоке резко падает и капля жира, попавшая в такой поток вытягивается, а затем, в результате действия сил поверхностного натяжения дробится на мелкие капельки частицы. При работе гомогенизатора на выходе из клапанной щели часто наблюдаются слипание раздробленных частичек и образование «гроздьев», снижающих эффективность гомогенизации. Во избежание этого применяют двухступенчатую гомогенизацию. На первой ступени создаётся давление, равное 75% от рабочего, на второй ступени устанавливается рабочее давление. Для проведения гомогенизации температура молочного сырья должна быть 60-65 °С. При более низкой температуре усиливается отстаивание жира, при более высокой могут осаждаться сывороточные белки.

В том случае, когда при гомогенизации необходимо исключить доступ молока к обрабатываемому продукту, применяют специальные асептические гомогенизирующие головки. В таких головках в пространство, ограниченное двумя уплотнительными элементами, подаётся горячий пар под давлением от 30 до 60 КПа. Это высокотемпературная зона служит барьером, препятствующим попаданию бактерий в цилиндр гомогенизатора.

Гомогенизатор состоит из станины, в которой установлены с одной стороны масляная ванна с кривошипно-шатунным механизмом и с другой стороны на нижней площадке размещен блок цилиндров с гомогенизирующей головкой. В блоке цилиндров расположены по три всасывающих и нагнетательных клапана и три плунжера.