Оборудование для пастеризации и стерилизации

1 Оборудование  для пастеризации и стерилизации

 

В молочной промышленности для пастеризации и стерилизации молока и молочных продуктов применяют  пастеризационные и стерилизационные установки, а также стерилизаторы.

Пастеризационные установки  бывают пластинчатого и трубчатого типов. Пастеризационные установки  пластинчатого типа, или пастеризационно-охладительные, предназначены для пастеризации и охлаждения в потоке питьевого молока, молока при выработке кисломолочных продуктов, сливок и смеси мороженого, пастеризационные установки трубчатого типа —для пастеризации в потоке молока и сливок.

Стерилизационные установки  поточные бывают с нагревателями  поверхностного типа (пластинчатые и  трубчатые) и пароконтактными (инжекционные и инфузионные).

Стерилизаторы предназначены  для стерилизации и охлаждения питьевого  молока, фасованного в стеклянные бутылки, и для стерилизации и охлаждения сгущенного молока, фасованного в жестяные банки.

Как первые, так и вторые могут быть периодического и непрерывного действия.

Все установки снабжаются системами автоматического контроля и регулирования температуры  пастеризации и стерилизации.

 

1.1 Пастеризационно- охладительные установки пластинчатого типа

 

В состав пастеризационно-охладительной  установки пластинчатого типа входят уравнительный бак с клапанно-поплавковым устройством для регулирования уровня молока в баке, центробежный насос для молока, пластинчатый аппарат, сепаратор-молокоочиститель, выдерживатель, возвратный клапан, центробежный насос для горячей воды, пароконтактный нагреватель для нагревания воды и пульт управления.

Уравнительный бак представляет собой емкость из нержавеющей  стали цилиндрической формы с  крышкой. На боковой поверхности  имеются два патрубка, один из которых  предназначен для ввода сырого молока в уравнительный бак, а другой —для ввода недопастеризованного молока. В отверстии для ввода сырого молока установлен клапан, соединенный посредством рычага с поплавком. В зависимости от уровня молока в уравнительном баке поплавок действует на клапан, который открывает или закрывает вход сырого молока.

Центробежный насос предназначен для забора молока из уравнительного бака и подачи его в пластинчатый аппарат.

Пластинчатый аппарат  является основной частью пастеризанион- но-охладительной установки. Большим  его преимуществом считается то, что он имеет легкоразборную, состоящую из отдельных сомкнутых элементов поверхность теплообмена.

Пластинчатый аппарат (рисунок 1) имеет главную переднюю стойку 3 и вспомогательную заднюю стойку 9. В передней и задней стойках закреплены концы верхней и нижней штанг. Верхняя горизонтальная штанга 7 предназначена для подвески теплообменных пластин 15. По периферии каждой пластины в специальной канавке уложена большая резиновая прокладка 13, которая на лицевой стороне пластины ограничивает канал для соответствующего потока среды.

Пластина имеет угловые  отверстия 4 к 14, вокруг которых уложены малые кольцевые резиновые прокладки 5. Уплотнительные прокладки после сборки и сжатия пластин в аппарате образуют две изолированные системы герметичных каналов. Одна из этих систем предназначена для горячей рабочей среды, другая для холодной. Каждая из систем межпластинных каналов соединяется со своим коллектором. Холодная рабочая среда попадает в коллектор через штуцер 1, расположенный на стойке. По коллектору рабочая среда доходит до пластины 6, которая имеет глухой угол (отверстие отсутствует) и растекается в межпластинных каналах. Рабочая среда, собираясь в нижнем коллекторе, который образован нижними угловыми отверстиями 14, выходит из аппарата через штуцер 11. Горячая рабочая среда входит в аппарат через штуцер 12 и попадает в нижний коллектор. Далее она растекается в межпластинных каналах и, двигаясь снизу вверх (противотоком по отношению к холодной рабочей среде), собирается в верхнем коллекторе. Из аппарата горячая рабочая среда выходит через штуцер 2. Уплотнительные прокладки в аппарате обеспечивают герметичность и чередование межпластинных каналов для горячей и холодной рабочих сред. Все пластины плотно сжимаются нажимной плитой 8 и винтом 10.

 

1, 2, 11, 12 — штуцера; 3—передняя  стойка; 4— верхнее угловое отверстие; 5 — малая кольцевая-резиновая прокладка; 6 — граничная пластина; 7 — штанга; 8 — нажимная плита; 9 — задняя стойка; 10 — винт; 13— большая резиновая прокладка; 14 — нижнее угловое отверстие; 15 — теплообмеиная пластина

 

Рисунок 1 - Схема пластинчатого аппарата

 

В собранном аппарате теплообменные  пластины группируются в секции, в  результате чего осуществляются предварительное  нагревание молока (путем рекуперации), нагревание до температуры пастеризации, предварительное охлаждение (путем рекуперации) и окончательное охлаждение.

В аппарате молоко при его  обработке движется через секции последовательно. Вначале оно проходит секцию рекуперации I (рисунок 2). Из этой секции осуществляется его вывод на очистку. Затем молоко попадает в секцию пастеризации II, вновь возвращается в секцию рекуперации I и далее поступает в секции водяного охлаждения III и рассольного охлаждения IV.

 

а —в секциях и пакетах: I — секция рекуперации; II — секция пастеризации; III — секция водяного охлаждения; IV — секция рассольного охлаждения; б — в межпластинных каналах

 

Рисунок 2 - Схема движения молока, горячей и холодной воды, а также рассола в пластинчатом аппарате с односторонним расположением секций

 

Каждая секция составляется из пакетов, через которые молоко движется также  последовательно. На представленной схеме  каждая секция имеет по два пакета. Движение молока по пакетам секций по следовательное: первый и второй пакеты — в секции рекуперации; первый и второй пакеты — в секции пастеризации и далее в секциях водяного и рассольного охлаждения. Каждый пакет состоит из определенного количества пластин, которые образуют параллельные каналы. Движение молока по каналам пакетов осуществляется параллельным потоком.

Нагревающая и охлаждающие среды  вводятся каждая в определенную секцию и в межпластинных каналах движутся параллельным потоком.

Количество пакетов и параллельных каналов зависит от скорости движения молока в аппарате. Пластины имеют  рифленую поверхность. Сомкнутые в секциях, они образуют извилистые каналы, двигаясь по которым потоки молока, нагревающей и охлаждающей среды периодически изменяют направление. В результате этого в потоке, даже при небольших скоростях его движения, образуются завихрения, придающие потоку турбулентный характер. Турбулизация потока, которую в подобных случаях принято называть искусственной, способствует повышению эффективности теплообмена между жидкостями.

Рассмотренный аппарат представляет собой конструкцию с односторонним расположением всех секций по отношению к главной стойке.

В установках большой производительности применяют аппараты с двусторонним расположением секций по отношению  к главной стойке.    Основным конструктивным элементом пластинчатого аппарата является теплопередающая пластина. Пластина представляет собой сложную деталь, особенностью которой является сложная форма поверхности теплообмена. От формы поверхности в большой степени зависит интенсивность теплоотдачи и, следовательно, эффективность работы аппарата.

Известно большое количество различных  типов теплопередающих пластин. Отечественная машиностроительная промышленность изготовляет пастеризационно-охладительные установки, у которых пластинчатые аппараты собираются на основе ленточно- и сетчато-поточных пластин. Ленточно-поточные пластины с горизонтальными гофрами типов П-1, П-2, П-3 имеют поверхности теплопередачи соответственно 0,15; 0,21; 0,42 м², сетчато-поточные пластины с наклонными гофрами типов ПР-0.5Е, и ПР-0,5М — поверхность теплопередачи 0,5 м².

Ленточно-поточная пластина П-2 (рисунок 3, б) имеет гофрированную поверхность, форма гофр треугольная. На пластине имеются вертикальные ряды дистанционных (опорных) выступов для создания точек опоры между пластинами. Подобное устройство предотвращает образование деформации пластины, которая может возникнуть в ре зультате перепада давления движущихся сред по обе стороны пластины. Две сомкнутые пластины образуют извилистый канал, двигаясь по которому, жидкость подвергается искусственной турбулизации. В результате этого при сравнительно небольшой скорости движения жидкости (0,3—0,9 м/с) эффективность теплопередачи значительно повышается

Сетчато-поточная пластина (рисунок 3, а) имеет гофрированную поверхность. Форма гофр треугольная. Гофры расположены под углом 60° по отношению к продольной оси симметрии пластины.

При сборке каналов вершины «елки» гофр одной пластины направлены вверх, а смежной пластины — вниз. Вследствие этого наклонные гофры, взаимно пересекаясь, образуют равномерно распределенную сетку опор по поверхности пластин, что придает пакету значительную жесткость и предотвращает деформацию пластины даже при большом перепаде давлений по обе стороны пластины. Кроме этого достигаются высокая степень искусственной турбулизации, размыва пограничного слоя и, следовательно, увеличение коэффициента теплопередачи.

Как ленточно-поточные, так и сетчато-поточные пластины изготовляются штамповкой из листовой нержавеющей стали 1Х18Н9Т толщиной 0,7—1 мм.

 

Рисунок 3 - Сетчато-поточная (а) и ленточно-поточная (б) пластины

При работе пастеризационной установки  молоко выводится из аппарата после  первой секции рекуперации и направляется в сепа- ратор-молокоочиститель. Для  очистки молока применяют обычные  сепараторы-молокоочистители и сепараторы-молокоочистители с центробежной выгрузкой осадка. В случае использования обычных  сепараторов их устанавливают два  и они работают поочередно.

Помимо своего прямого назначения сепаратор-молокоочиститель обеспечивает необходимый напор для прокачивания молока поел первой секции рекуперации.

Выдерживатель представляет собой  цилиндрическую трубку внут ренним диаметром 75 мм, изготовленную из нержавеющей  стали. Он монтируется или в пульте управления, или отдельно на специальной раме.

Возвратный клапан выполнен в виде разборной конструкции, состоящей из корпуса с двумя седлами и штока с двумя клапанами. Шток приводится в движение от пневмопривода, в результате чего_: клапаны закрывают одно отверстие и открывают другое, переключая поток молока на повторную пастеризацию, если при работе установки не была достигнута установленная температура. .Возвратный клапан связан с системой автоматического регулирования.

Центробежный насос для горячей  воды осуществляет циркуляцию горячей  воды через секцию пастеризации.

Вода нагревается в пароконтактном нагревателе, который состоит из корпуса и внутренней парораспределительной  вставки. Греющий пар вводится в  кольцевое пространство между корпусом и вставкой, протекает в отверстия  паровых сопел и попадает в  поток воды.

Пастеризационно-охладительные  установки для питьевого молока различают по производительности. Выпускают пастеризационно-охладительные установки производительностью 3000, 5000, 10000, 15 000 и 25000 л/ч.

Пастеризационно-охладительные установки  производительностью 3000 и 5000 л/ч имеют  ряд узлов и деталей одинаковой конструкции. В этих аппаратах размещение секций по отношению к главной  стойке одностороннее. В первом аппарате использованы теплопередающие пластины ленточно-поточные П-2, а во втором —  сетчато-поточные АГ-2. В пастеризационно-охладительных  установках производительностью 10 000, 15 000 и 25 000 л/ч применены пластинчатые аппараты с двусторонним расположением секций по отношению к главной стойке. В первых двух аппаратах использованы ленточно-поточные пластины П-2, в третьем — сетчато-поточные ПР-0.5М.

Наиболее распространенной является пастеризационно-охладительная установка  производительностью 10 000 л/ч (рисунок 4).

Из молокохранильного отделения  молоко подается в уравнительный бак 1, который имеет поплавковый регулятор уровня 2. При работе установки постоянный уровень в уравнительном баке поддерживается регулятором, что способствует стабильной работе центробежного насоса и предотвращает перелив молока из бака. Далее молоко центробежным насосом 3 нагнетается в первую секцию рекуперации I пластинчатого аппарата 5. Между центробежным насосом и пластинчатым аппаратом установлен ротаметрическпй регулятор 4, который обеспечивает постоянство производительности установки. В первой секции рекуперации молоко нагревается до температуры 40—45°С и поступает в сепаратор-молокоочиститель 6, где происходит его очистка. Установка может иметь один сепаратор-молокоочиститель с центробежной выгрузкой осадка или два сепаратора-молокоочистителя без центробежной выгрузки, работающих поочередно. После очистки молоко, нагреваясь до температуры 65—70°С во второй секции рекуперации II, по внутреннему каналу переходит в секцию пастеризации III, где нагревается до температуры пастеризации 76—80°С. После секции пастеризации молоко выдерживается в выдерживателе 7 и возвращается в аппарат, где предварительно охлаждается в секциях рекуперации I и II и окончательно до конечной температуры — I) секциях водяного охлаждения IV и рассольного охлаждения V.

На выходе из аппарата установлен возвратный клапан 15. Он регулирует направление потока пастеризованного охлажденного молока к фасовочным автоматам или в уравнительный бак для повторной пастеризации при нарушении режима пастеризации.

Горячая вода для нагревания молока подается в секцию пастеризации насосом 16. Из этой секции охлажденная вода, после того как она отдаст тепло молоку, возвращается в бачок-аккумулятор 17. Иода нагревается до температуры 78—82°С паром в пароконтактпом нагревателе 21.