Пастеризационные установки. Типовая пастеризационно охладительная установка для молока включает Установка для пастеризации

Компанией ПРОЕКТ-П разработана (АСУ ТП) пластинчатой пастеризационно-охладительной установки для молочных продуктов на базе оборудования ОВЕН и Weintek.

Качество выпускаемой молочной продукции на молочных заводах во многом определяется качеством пастеризации продукта. В свою очередь, качество пастеризации зависит как от точного теплового расчета и сборки пастеризационной установки, так и от системы автоматического управления процессом пастеризации. В пищевой промышленности существует множество различных пастеризационных установок: трубчатые, пластинчатые, ультразвуковые и т.п. Наиболее распространенной является установка на пластинчатом теплообменнике, такая установка легко управляется и имеет хорошие энергетические показатели. Энергетическая эффективность пластинчатых пастеризационных установок обеспечивается за счет секций регенерации, где продукт, поступающий на установку предварительно нагревается за счет охлаждения уже пастеризованного продукта.

В большинстве случаев, пластинчатые пастеризационные установки имеют секцию подогрева/охлаждения продукта на выходе из установки, где производится либо подогрев, либо охлаждение продукта в зависимости от технологического процесса. Поэтому в общем случае говорят о пластинчатых пастеризационно-охладительных установках (далее по тексту ППОУ).
Существует множество разновидностей ППОУ, классификацию отличий которых можно выделить в следующие группы:
1. Оборудование подключаемое к пастеризационной установке (деаэратор , сепаратор , гомогенизатор).
2. Наличие выдерживателя (60сек, 300сек).
3. Количество секций регенерации.
4. Наличие секции подогрева или секции охлаждения на выходе из установки.
На рисунке "Технологическая схема" (см.ниже) приведена схема объединяющая все разновидности ППОУ.

Большинство производителей пищевого оборудования (в частности производители ППОУ) ориентируются на зарубежного производителя электроники и программного обеспечения при проектировании АСУ ТП (например: Siemens, OMRON, Mitsubishi Electric и мн.др.), это в свою очередь приводит к высокой стоимости ППОУ. Применение оборудования ОВЕН, позволяет значительно снизить стоимость ППОУ (порядка нескольких сотен тысяч рублей). АСУ ТП ППОУ построенное на оборудовании ОВЕН и Weintek практически не уступает по функционалу и качеству автоматического управления и регулирования АСУ ТП построенных на электронике таких мировых лидеров как Siemens и OMRON. Основным элементом АСУ ТП ППОУ является пульт управления на базе программируемого логического контроллера, к которому подключаются исполнительные механизмы и датчики.

Основное оборудование пульта управления АСУ ТП ППОУ:
— 1 программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК160;
— 1 модуль дискретного ввода ОВЕН МВ110-224.16ДН;
— 1 модуль дискретного ввода ОВЕН МВ110-224.32ДН;
— 1 модуль универсального аналогового ввода ОВЕН МВ110-224.8А;
— 1 модуль дискретного вывода ОВЕН МУ110-224.32Р;
— 1 частотный преобразователь ОВЕН ПЧВ;
— 2 блока питания ОВЕН БП60-Д4;
— 1 панель оператора Weintek MT8070iE;
— электропневмопреобразователи и пневмораспределители SMS;
— электрокомплектующие (автоматические выключатели, электромагнитные пускатели, электромагнитные реле) ABB.

Описание технологического процесса:

Технологически пастеризация молочных продуктов состоит из 5 процессов: процесс стерилизации, процесс пастеризации, процесс мойки щелочью, процесс мойки кислотой, процесс ополаскивания.

ПРОЦЕСС СТРЕРИЛИЗАЦИИ
Процесс стерилизации — это процесс термической дезинфекции установки. Запускается перед процессом пастеризации продукта.
При запуске процесса стерилизации включаются насосы контуров горячей воды секций пастеризации и подогрева, а также насос продукта. Открывается клапан подачи воды в приемный бак. По достижению верхнего уровня воды в приемном баке клапан воды отключается. Открываются клапана пара секций пастеризации и подогрева. В зависимости от температуры воды на выходе из секции пастеризации и секции подогрева, происходит регулирование степени открытия регулирующих клапанов пара. Последовательно, в полуавтоматическом режиме, подключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор. Как только температура воды в установке достигнет значения уставки температуры стерилизации начинается отсчет времени стерилизации. По окончанию отсчета времени стерилизации перекрывается подача пара, звучит звуковая сигнализация. В полуавтоматическом режиме отключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор, установка останавливается (отключаются насосы, клапана переходят в исходное состояние) процесс стерилизации окончен.
Во время стерилизации установка периодически переключается между контурами возврата и циркуляции.
Контур возврата: приемный бак — клапан возврата — приемный бак. Контур циркуляции: приемный бак — клапан возврата — клапан выдерживателя — клапан циркуляции — приемный бак.

ПРОЦЕСС ПАСТЕРИЗАЦИИ
Процесс пастеризации состоит из 4 подпроцессов: разогрев установки до температуры пастеризации, выталкивание воды, розлив, выталкивание продукта.
Разогрев установки:
При запуске процесса пастеризации включаются насосы контуров горячей воды секций пастеризации и подогрева, а также насос продукта. Открывается клапан возврата. В зависимости от технологического процесса подключается выдерживатель. Открывается клапан подачи воды в приемный бак. По достижению верхнего уровня воды в приемном баке клапан воды отключается. Открываются клапана пара секций пастеризации и подогрева. В зависимости от температуры воды на выходе из секции пастеризации и секции подогрева, происходит регулирование степени открытия регулирующих клапанов пара. Последовательно, в полуавтоматическом режиме, подключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор. Как только температура воды достигнет уставки температуры пастеризации звучит звуковой сигнал, информирующий оператора о том, что установка разогрета и можно начитать подпроцесс выталкивания воды. Нагрев воды (продукта) продолжается в течение всего процесса пастеризации.
Выталкивание воды:
Подпроцесс выталкивания воды заключается в вытеснении продуктом воды из установки в канализацию. При запуске выталкивания воды открывается клапан циркуляции. Клапан розлива переключается на слив. Идет слив воды в канализацию. В зависимости от технологического процесса идет либо подогрев, либо охлаждение продукта на выходе установки. При охлаждении перекрывается клапан пара секции подогрева, открывается клапан сброса отепленной воды, последовательно с интервалом в несколько секунд открываются клапана выхода и входа ледяной воды соответственно Как только опустошится приемный бак открывается клапан подачи продукта в приемный бак и включается таймер выталкивания воды. Уровень продукта в приемном баке автоматически поддерживается в течение всего времени пастеризации продукта. Из приемного бака продукт продуктовым насосом подается в секцию регенерации 1, где происходит предварительный нагрев продукта до температуры 40-60С. Далее продукт поступает в деаэратор, после процесса деаэрации продукт поступает в сепаратор, где очищается и поступает в секцию регенерации 2 и нагревается до температуры 50-70С. Из секции регенерации 2 продукт поступает на гомогенизатор, после гомогенизации продукт поступает в секцию регенерации 3, а затем в секцию пастеризации, где окончательно нагревается до заданной температуры пастеризации. Выйдя из секции пастеризации, пройдя переключающий автоматический клапан возврата и выдерживатель (60-300сек), продукт идет в секции регенерации 3, 2, 1 соответственно. Далее в зависимости от технологии производства, происходит либо нагрев, либо охлаждение продукта в секции нагрева/охлаждения.
Нагрев и охлаждение продукта производится за счет теплообмена в пяти секциях: в секциях регенерации 1, 2 и 3 теплообмен происходит между исходным холодным продуктом и горячим пастеризованным. В секциях пастеризации и подогрева/охлаждения теплообмен ведется между продуктом и водой. По окончанию отсчета времени выталкивания воды клапан розлива переключается на розлив — автоматически запускается подпроцесс розлива продукта.
Розлив:
Во время подпроцесса розлива продукта ведется контроль линии розлива по датчику давления продукта на выходе из установки. При повышении давления продукта на выходе из установки свыше 2 кг/см2 установка останавливается, формируется авария линии розлива. Также ведется контроль температуры пастеризации продукта. При падении температуры пастеризации продукта ниже чем на 2’C от уставки установка автоматически переключается на возврат — недопастеризаванный продукт проходит повторную пастеризацию Как только температура пастеризации продукта достигнет уставки температуры пастеризации, установка автоматически переключается обратно на розлив продукта. При падении уровня продукта в приемном баке ниже заданного минимального уровня, установка автоматически переключается на циркуляцию. Звучит звуковой сигнал информирующий оператора о том, что закончился продукт. В этом случае оператор имеется два варианта действий: первый — подключить к установке другой резервуар с продуктом и повторно запустить розлив, второй — запустить процесс выталкивания продукта.
Выталкивание продукта:
Подпроцесс выталкивания продукта заключается в вытеснении водой продукта из установки, а также из линии розлива. При запуске выталкивания продукта открывается клапан циркуляции, клапан розлива находиться в положении розлив. Как только опустошиться приемный бак открывается клапан воды в приемный бак и включается таймер выталкивания продукта. По окончанию отсчета времени выталкивания продукта установка переключается на циркуляцию, перекрывается подача пара, звучит звуковая сигнализация. В полуавтоматическом режиме отключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор, установка останавливается, процесс пастеризации окончен.

ПРОЦЕССЫ МОЙКИ ЩЕЛОЧЬЮ И КИСЛОТОЙ
Процессы мойки щелочью и кислотой запускается после процесса пастеризации. Необходимы для полного удаления остатков молочных продуктов из установки.
При запуске процесса мойки щелочью(кислотой) включаются насосы контуров горячей воды секций пастеризации и подогрева, а также насос продукта. Открывается клапан подачи воды в приемный бак. По достижению верхнего уровня воды в приемном баке клапан воды отключается. Открывается клапан подачи щелочи (кислоты), запускается таймер дозирования. В течение времени дозирования периодически включается и выключается дозирующий насос щелочи (кислоты). Это необходимо для равномерного распределения моющих растворов по установке. По окончанию дозирования моющих растворов открываются клапана пара секций пастеризации и подогрева. В зависимости от температуры воды на выходе из секции пастеризации и секции подогрева, происходит регулирование степени открытия регулирующих клапанов пара. Последовательно, в полуавтоматическом режиме, подключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор. Открывается клапан мойки приемного бака. Как только температура воды в установке достигает значения уставки температуры мойки щелочью (кислотой) начинается отсчет времени мойки. По окончанию отсчета времени мойки перекрывается подача пара, звучит звуковая сигнализация. В полуавтоматическом режиме отключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор, установка останавливается, процесс мойки окончен.
Во время мойки установка периодически переключается между контурами возврата и циркуляции.

ПРОЦЕСС ОПОЛАСКИВАНИЯ
Процесс ополаскивания следует за процессом мойки и необходим для полного удаления моющих растворов из пастеризационной установки. При запуске процесса ополаскивания включаются насосы контуров горячей воды секций пастеризации и подогрева, а также насос продукта. Запускается таймер процесса ополаскивания. Открываются клапана возврата и циркуляции. Клапан розлива переключается на слив. После опорожнения приемного бака открывается клапан подачи воды в приемный бак. В течение процесса ополаскивания автоматически поддерживается уровень воды в приемном баке. При теплом ополаскивании открываются клапана пара секций пастеризации и подогрева и в зависимости от температуры воды на выходе из секции пастеризации и секции подогрева, происходит регулирование степени открытия регулирующих клапанов пара. Последовательно, в полуавтоматическом режиме, подключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор. По окончанию отсчета времени ополаскивания при теплом ополаскивании перекрывается подача пара, звучит звуковая сигнализация. В полуавтоматическом режиме отключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор, установка останавливается, процесс ополаскивания окончен.
Во время ополаскивания установка периодически переключается на слив, циркуляцию и возврат.

Дополнительная информация по АСУ ТП ППОУ:

Контроль давления воздуха.
Автоматика пастеризационной установки контролирует давление воздуха на входе в пульт управления по реле давления системы воздухоподготовки. При падении давления воздуха ниже допустимого значения (4-5кг/см2) формируется аварийное сообщение, установка останавливается.

Контроль питающей сети.
АСУ ТП по сигналу с реле контроля напряжения и фаз ведет контроль трех фазной сети переменного тока. При отсутствии сигнала установка останавливается, формируется авария питающей сети.

Контроль перегрева.
В ППОУ реализован контроль перегрева в секциях пастеризации и подогрева. При превышении температуры теплоносителя уставки максимальной температуры теплоносителя отключается подача пара в соответствующую секцию прекращается, до тех пор, пока температура теплоносителя не опустится ниже уставки максимальной температуры теплоносителя. Формируется предупреждение о перегреве в соответствующей секции.

Контроль теплообмена.
При пастеризации продукта ведется контроль разности температур теплоносителя и продукта в секциях пастеризации и подогрева/охлаждения. Если модуль разности температуры продукта и температуры теплоносителя становиться выше уставки максимальной разности температуры теплообмена, формируется предупреждение о низком теплообмене в соответствующей секции. Нарушение теплообмена связано с накипанием продукта на стенки пластин теплообменника.

Контроль утечки воды в системе.
Во время работы установки на воде на замкнутом контуре (стерилизация, пастеризация — разогрев установки, мойка щелочью, мойка кислотой) ведется контроль уровня воды в приемном баке. При понижении уровня воды ниже датчика нижнего уровня установка останавливается, инициируется авария утечки воды в системе.

Положение линии моющих расстворов.
Линия подачи моющих расстворов имеет два положения: положение "пастеризация" (стерилизация, пастеризация, ополаскивание) и положение "мойка" (мойка щелочью, мойка кислотой). При запуске каждого процесса проверяется положение линии моющих растворов, если линия положения не соответствует запускаемому процессу, процесс не будет запущен и будет сформировано аварийное сообщение.

Контроль работы оборудования.
Работа деаэратора, сепаратора, гомогенизатора, насосов и пневмоклапанов контролируется по обратным связям. Если при работе ППОУ пропадает обратная связь от обрудования, то инициируется авария соответствующего оборудования и ППОУ останавливается.

Подпитка контуров пастеризации и подогрева/охлаждения.
Контуры горячей воды секций пастеризации и подогрева/охлаждения автоматически подпитываются водопроводной водой при понижении давления воды в контурах. Если давление в контуре горячей воды не достигает уставки (2кг/см2) в течении определенного времени, то формируется авария подпитки соответствующего контура.

Ручное управление.
Управление исполнительными механизмами ППОУ осуществляется как в автоматическом, так и в ручном режимах посредством панели MT8070iE, причем переключение между автоматическим и ручным режимами возможно и во время работы установки.

Подключение деаэратора, сепаратора, гомогенизатора.
В зависимости от технологии обработки продукта возможно подключение любой комбинации следующего оборудования: деаэратора, сепаратора, гомогенизатора. Запуск установки осуществляется без деаэратора, сепаратора, гомогенизатора, затем данное оборудование последовательно подключается к установке. Деаэратор, сепаратор и гомогенизатор имеют свои пульты управления, с которых на пульт управления ППОУ поступают сигналы о работе оборудования. По сигналам обратных связей осуществляется переключение клапанов подачи продукта (вход, выход, байпас) на соответствующее оборудование.

Управление температурой продукта.
Управление температурой пастеризации и температурой продукта на выходе осуществляется посредством регулирования подачи пара или ледяной воды в секции пастеризации и подогрева/охлаждения. Программируемый контроллер ПЛК160 непрерывно опрашивает датчики температуры продукта; информация о температуре поступает на ПИД-регуляторы, которые выдают управляющий сигналы (4-20мА, 0-10В) на регулирующие клапаны пара.

Управление насосом продукта.
Управление производительностью насоса продукта осуществляется посредством изменения частоты вращения двигателя насоса продукта через частотный преобразователь. Информация с расходомера продукта обрабатывается ПИД регулятором ПЛК, который выдает управляющий сигнал на частотный преобразователь (4-20мА, 0-10В).

Световая и звуковая индикация.
Для световой и звуковой индикации в АСУ ТП ППОУ применяется трехцветная сигнальная башня. При запущенном процессе горит зеленый индикатор. При возникновении предупреждений горит оранжевый индикатор. При авариях горит крассный индикатор. По завершению процессов, а также при возникновении предупреждений и аварий звучит звуковая сигнализация.

Визуализация.
Визуализация информации, а также управление установкой осуществляется посредством панели оператора Weintek MT8070iE. На панели задаются уставки температур и времени процессов, время дозирования моющих расстворов, время одной дозы и паузы, производительность насоса продукта, настройки ПИД-регуляторов, таймеров и мн.др. Также на панели MT8070iE отображаются технологическа схема ППОУ, журнал событий, графики давлений и температур процесса, предупреждения и аварии, информационные сообщения о работе ППОУ.

Регистрация технологических параметров.
Регистрация технологических параметров осуществляется панелью оператора Weintek MT8070iE на USB-флэш-накопитель в файлы формата *.cvs (Microsoft Excel). На USB-флэш-накопитель записываются журнал событий (дискретные технологические параметры) и графики давлений и температур (аналоговые технологические параметры).

Подключение к SCADA системе.
В АСУ ТП ППОУ реализована возможность удаленного управления технологическим процессом посредством SCADA системы MasterSCADA. Подключение удаленного компьютера к ПЛК160 осуществляется через интерфейс связи Ethernet, протокол связи Modbus-TCP.

Стоимость АСУ ТП пастеризационно-охладительной установки .

Цель работы. Изучение устройства и работы пастеризационно-охладительной установки ОПФ-1, частичная разборка-сборка, регулировка, подготовка установки к работе, выполнение операций технического обслуживания и оценка технического состояния.

Оборудование, инструмент и наглядные пособия. Пастеризационно-охладительная установка ОПФ-1, набор слесарного инструмента, плакаты, учебные пособия, инструкционно-технологическая карта.

1. Изучить устройство и работу пастеризационно-охладительной установки ОПФ-1 и ее основных сборочных единиц.

2. Произвести частично разборку-сборку установки и подготовить ее к работе.

3. Включить установку в работу и после остановки выполнить операции технического обслуживания, дав оценку ее технического состояния.

4. Составить и сдать отчет о проделанной работе.

Методические указания к работе. Установка пастеризационно-охладительная пластинчатая автоматизированная ОПФ-1 предназначена для центробежной очистки, пастеризации, выдержки и охлаждения молока в закрытом потоке.

Установка ОПФ-1 поставляется в двух модификациях: ОПФ-1-20 – для пастеризации незараженного молока при температуре 74...78 °С с выдержкой 20 с.; ОПФ-1-300 – для пастеризации молока от больных коров при температуре 90...94 °С с выдержкой 300 с.

Установка ОПФ-1 (рис. 62) состоит из пластинчатого теплообменного аппарата 1, центробежного молокоочистителя 2, трубчатого выдерживателя 7, молочного насоса 4 и насоса для горячей воды 8, уравнительного бака 5, перепускного электрогидравлического клапана 11 и перепускного клапана 3, систем трубопровода и автоматики.

Пластинчатый теплообменный аппарат снабжен пластинами из нержавеющей, стали, которые разбиты на пять секций (рис. 62): I – пастеризации, II и III – регенерации, IV – охлаждения холодной (артезианской) водой, V – охлаждения ледяной водой или рассолом.

Секции отделены одна от другой специальными промежуточными плитами. На каждой плите выбиты порядковые номера, те же номера указаны на схеме компоновочных пластин. Пластины присоединены к стойке при помощи плит и нажимных устройств. Степень сжатия тепловых секций определяют по табличке со шкалой, установленной на верхней и нижней распорках. Нулевое деление устанавливают по оси болта вертикальной распорки, что соответствует минимальному сжатию аппарата, обеспечивающему герметичность. В секции пастеризации происходит теплообмен между потоками горячей воды и молока, разделенными тонкими пластинами из нержавеющей стали. Между пластинами вода и молоко чередуются в противотоке. Молочный и водяной насосы создают необходимый для движения напор. В плиты ввернуты штуцеры для ввода и вывода молока, холодной и горячей воды.

Центробежный молокоочиститель 2 предназначен для удаления из молока механических примесей. Происходит также очистка молока от частиц эпителия, скоплений микроорганизмов.

Перепускной электрогидравлический клапан 11 служит автоматического переключения потока молока на повторный подогрев при снижении температуры пастеризации молока. Он состоит из клапана с гидравлической камерой и электрогидравлического реле.

Уравнительный бак 5 служит для приема молока и равномерного заполнения им насоса 4, подающего молоко в секцию первой рекуперации. Кроме того, он используется для приготовления моющего раствора при циркуляционной промывке.

Рис. 62. Технологическая схема пастеризационно-охладительной установки ОПФ-1-300:

1 – пластинчатый аппарат, 2 – центробежный молокоочиститель, 3 – перепускной клапан, 4 – насос для молока, 5 – уравнительный бак, 6 – пульт управления, 7 – выдерживатель, 8 – насос для горячей воды, 9 – бойлер, 10 – инжектор, 11 – электрогидравлический клапан, регулирующий подачу пара

Бойлер 9 в системе нагрева теплоносителя пастеризованной установки служит для сбора воды, выравнивании ее температуры и отвода излишков. Он состоит из цилиндрического бака со сферической крышкой и перфорированных дисков, закрепленных на переливной трубе. В нижней части бака для подвода и вывода теплоносителя имеются два патрубка с фланцами на концах. Инжектор 10 предназначен для смешивания пара с горячей водой, циркулирующей между бойлером и секцией пастеризационной установки. Он представляет собой корпус, внутри которого установлен смеситель с цилиндрическими соплами и резьбовой штуцер с фланцем для подсоединения инжектора к трубопроводу.

Количество пара, поступающего в смеситель, регулируется автоматически в зависимости от температуры пастеризации молока. Подачу пара в инжектор регулируют электрогидравлический клапан.

Установки работают в автоматическом режиме или на ручном управлении.

Технологический процесс в автоматизированной пластинчатой пастеризационно-охладительной установке (рис. 62) протекает в следующем порядке. Молоко, требующее обработки, самотеком поступает в уравнительный бак 5, откуда молочным насосом 4 подается во вторую секцию регенерации, где нагревается до 36–38 °С встречным потоком горячего молока (из выдерживателя), которое идет по другой стороне теплообменных пластин, и далее направляется в центробежный молокоочиститель 2. Здесь под действием центробежных сил молоко очищается не только от механических частиц, но и от слизи, сгустков, эпителия и форменных элементов крови, которые появляются в молоке при заболевании вымени. Из очистителя молоко подается в первую секцию регенерации, где дополнительно нагревается встречным потоком горячего молока и направляется в секцию пастеризации для окончательного нагрева до температуры, требуемой по технологии обработки (ОПФ-1-20 – до 76 °С и ОПФ-1-300 – до 92 °С). Из секции пастеризации молоко идет к перепускному клапану, который автоматически переключает поток, и оно поступает в уравнительный бак на повторный нагрев, если не нагрелось до требуемой температуры. Нагретое до заданной температуры молоко попадает в выдерживатель 7, где находится 300 с и возвращается в первую и вторую секции регенерации. В секциях оно предварительно охлаждается встречным потоком холодного молока, идущим из уравнительного бака, и далее подается в четвертую и пятую секции для окончательного охлаждения.

В установках используется вода, охлажденная естественным льдом или с помощью холодильной установки до 2–4 °С, а также артезианская или водопроводная вода такой же температуры. Расход охлаждающей воды 1800...2000 л/ч. Температура охлажденного молока регистрируется на пульте управления, а температура пастеризации – на диаграммной ленте, которая является документом, подтверждающим соблюдение технологического режима процесса обработки.

Установка работает при малом давлении пара (около 0,4 МПа), агрегатируется с паровым котлом КВ-300М. За счет высокой степени регенерации тепла и полной автоматизации расход пара незначителен.

Техническое обслуживание (ежесменное и периодическое). По окончании работы через установку пропускают чистую воду в циркуляционном потоке в течение 5...7 мин. Затем в бак 4 вносят однопроцентный раствор щелочи и ведут промывку при 70 °С в течение 10...12 мин, отключив подачу охлаждающих жидкостей. Слив раствор, установку вновь промывают чистой водой. При необходимости ведут повторную промывку раствором азотной кислоты (0,5 %) также в течение 10...12 мин и затем ополаскивают систему чистой водой.

Использование моющих порошков «А» и раствора азотной кислоты увеличивают эксплуатационный срок до 80...100 ч без разборки установки для по детальной промывки. Через десять дней работы разбирают выдерживатель и пастеризатор в соответствии с инструкцией для осмотра и удаления молочного камня.

Техническая характеристика ОПФ-1

Отчет о работе.

1. Вычертите принципиально-технологическую схему работы пастеризационно-охладительной установки ОПФ-1.

2. Приведите основные технические данные установки.

Контрольные вопросы и задания.

1. Из каких основных сборочных единиц состоит пастеризационно-охладительной установки ОПФ-1?

2. По какой технологической схеме работает установка?

3. Назовите основные операции технического обслуживания установки.

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.

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

Пластинчатый аппарат (рисунок 7) 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. Прокладка 13, которая на лицевой стороне пластины ограничивает канал для соответствующего потока среды.

Пластина имеет угловые отверстия 4 и 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. 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 .

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 -- теплообменная пластина

Рисунок 7 - Схема пластинчатого аппарата

В аппарате молоко при его обработке движется через секции последовательно. Вначале оно проходит секцию рекуперации 1 (рисунок 8). 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.

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 последовательное: 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.

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 способствует повышению эффективности теплообмена между жидкостями .

а -- в секциях и пакетах: 1 -- секция рекуперации; II -- секция пастеризации; III -- секция водяного охлаждения; IV -- секция рассольного охлаждения; б -- в межпластинных каналах

Рисунок 8 - Схема движения молока, горячен и холодной воды, а также рассола в пластинчатом аппарате с односторонним расположением секций

В установках большой производительности применяют аппараты с двусторонним расположением секций по отношению к главной стойке (рисунок 9). Аппарат имеет главную стойку 12, на которой расположены штуцера для ввода пастеризованного молока в секцию водяного охлаждения 1 после первой секции рекуперации, для вывода пастеризованного молока из секции пастеризации 2 и подачи его в выдерживатель, для вывода горячей воды 18, для вывода холодной 19, для ввода горячей и холодной воды. Штуцера для ввода горячей и холодной воды размещены в нижней части главной стойки, со стороны штуцеров 18 и 19. В главной стойке заделаны концы верхней и нижней горизонтальных штанг. На верхней горизонтальной штанге подвешены теплообменные пластины, образующие секции рекуперации 7, 9, секцию пастеризации 11 и секции водяного и рассольного охлаждения 13. Между секциями рекуперации и пастеризации установлены разделительные плиты 21, на которых расположены штуцера для ввода и вывода рабочих сред. Сжатие пластин осуществляется нажимной плитой 4 и зажимным устройством 6. Нижняя горизонтальная штанга поддерживается ножкой 5.

Ленточно-поточные пластины с горизонтальными гофрами типов П-1, П-2, П-3 имеют поверхности теплопередачи соответственно 0,15; 0,21; 0,42 м 2 , сетчато-поточные пластины с наклонными гофрами типов ПР-0.5Е, и ПР-0.5М -- поверхность теплопередачи 0,5 м 2 .

1 -- штуцер для ввода пастеризованного молока в секцию водяного охлаждения; 2 - штуцер для вывода пастеризованного молока из секции пастеризации на подачи его в выдерживатель; 3 -- штуцер для ввода молока в секцию рекуперации после центробежного молоко- очистителя; 4 -- нажимная плита; 5 -- ножка; 6 -- зажимное устройство; 7-- секция рекуперации 1; 8 - штуцер для вывода молока из первой секции рекуперации и подачи его к центробежному молокоочистителю; 9 -- вторая секция рекуперации; 10 -- штуцер для ввода молока во вторую секцию рекуперации после выдерживателя; 2-- секция пастеризации; 12 -- главная стойка; 13 -- секции водяного и рассольного охлаждения; 14 -- штуцер для вывода пастеризованного охлажденного молока; 15 -- штуцер для вывода рассола; 16 -- штуцер для ввода сырого молока; 17 -- штуцер для вывода молока из второй секции рекуперации и подачи его в секцию водяного охлаждения; 18 -- штуцер для вывода горячей воды; 19 --штуцер для вывода холодной воды; 20 -- штуцер для ввода рассола; 21 -- разделительная плита

Рисунок 9 - Пластинчатый аппарат с двусторонним расположением секции

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

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

Из молокохранилыюго 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 1 пластинчатого аппарата 5. Между центробежным насосом к пластин- чатым аппаратом установлен ротаметрический 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 2, 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 1 и 2 и окончательно до конечной температуры -- в 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. Вода нагревается до температуры 78 -82°С паром в пароконтактном нагревателе 21.

В пароконтактный нагреватель подается пар регулирующими клапанами подачи 18 и 19.

На выходе пастеризованного молока из секции пастеризации установлен датчик температуры меньше 8, который связан с автоматической системой регулирования температуры пастеризации посредством клапана 19 и возврата молока на повторную пастеризацию посредством клапана 15. Датчик температуры 12 предназначен для контроля температуры охлажденного пастеризованного молока.

Установка снабжена показывающими манометрами для контроля давления молока после сепаратора-молокоочистителя 9, для контроля давления холодной воды 10, для контроля давления рассола 13, для контроля давления греющего пара 20, 22 и 23.

1 - нагреватель, уравнительный бак; 2 3 4 -- ротаметрический регулятор; 5 -- пластинчатый аппарат; 6 -- сепаратор-молоко- очиститель; 7 выдерживатель; 8, 12 -- датчики температуры; 9. 10. 13. 14, 20, 22, 23 -- показывающие манометры; И -- вентиль для регулирования подачи рассола; 15 -- возвратный клапан; 16 17 -- бачок-аккумулятор; 18, 19 -- регулирующие клапаны подачи пара; 21 -- пароконтактный нагреватель

Рисунок 10 - Принципиальная схема пастеризационно-охладительной установки для питьевого молока

Пастеризационно-охладительные установки для кисломолочных продуктов различают по производительности. Выпускают пастеризационно-охладительные установки производительностью 5000 и 10000 л/ч. Пластинчатый аппарат этих установок имеет три секций: рекуперации, пастеризации и охлаждения.

В установке производительностью 5000 л/ч пластинчатый аппарат собран из ленточно-поточных пластин типа П-2, в установке производительностью 10000 л/ч -- из ленточно- поточных пластин типа П-3.

Сырое молоко, предназначенное для пастеризации, подается в уравнительный бак 1 (рисунок 11), который имеет поплавковый регулятор уровня 2. Центробежный насос 8 нагнетает молоко в секцию рекуперации /. Молоко в секции рекуперации нагревается горячим молоком до температуры 50--55°С. Далее молоко очищается в одном из сепараторов-молокоочистителей 6 и 7, работающих попеременно.

Вместо двух сепараторов-молокоочистителей установка может иметь один с центробежной выгрузкой осадка. После очистки молоко пастеризуется в секции пастеризации II при температуре 90--95°С и гомогенизируется в гомогенизаторе 15. Пастеризованное, гомогенизированное молоко выдерживается в выдерживателе емкостного типа 19 при температуре пастеризации в течение 300--340 с. Из выдерживателя молоко насосом 21 подается в секцию рекуперации, где предварительно охлаждается. Окончательно молоко охлаждается холодной водой до температуры сквашивания 22--50°С в секции охлаждения III.

До температуры пастеризации молоко нагревается горячей водой, которая подается в секцию пастеризации центробежным насосом 10. Охлажденная в секции пастеризации вода нагревается паром в пароконтактном нагревателе 13, из которого она подается в бачок-аккумулятор 12. Излишек воды, образовавшийся в результате конденсации пара, сбрасывается через дренажную трубку в канализацию.

В пароконтактный нагреватель пар подается регулирующим клапаном 18. Датчик температуры 11, предназначенный для регулирования температуры пастеризации, связан с регулирующим клапаном подачи пара 18 и возвратным клапаном 17. Возвратный клапан переключает поток молока на повторную пастеризацию, если температура пастеризации не достигла установленного значения.

Для контроля давления молока и пара установка снабжена показывающими манометрами 8, 9, 14, 16, 20.

1 -- уравнительный бак; 2 -- поплавковый регулятор уровня; 3 -- центробежный насос для молока; 4, 11 -- датчики температуры; 5 -- пластинчатый аппарат; 6, 7 -- сепараторы-молокоочистители; 8, 9, 14, 16, 20 -- показывающие манометры; 10 -- центробежный насос для горячей воды; 12 -- бачок-аккумулятор; 13 -- пароконтактный нагреватель; 15 -- гомогенизатор; 17 -- возвратный клапан; 18 -- регулирующий клапан подачи пара; 19 -- выдерживатель; 21 - центробежный насос для пастеризованного молока

Рисунок 11 - Принципиальная схема пастеризационно-охладительной установки для кисломолочных продуктов

Пастеризационно - охладительные установки для питьевых сливок выпускаются производительностью 100 и 2000 л/ч.

Сливки поступают в уравнительный бак 1 (рисунок 12). Уровень сливок в баке регулируется поплавковым регулятором уровня 2. Центробежный насос 8 подает сливки в секцию рекуперации 1, где они нагреваются до температуры 50-65 0 С. Из секции рекуперации сливки поступают в секцию пастеризации II , где они пастеризуются при температуре 86-90 0 С. После пастеризации сливки охлаждаются сначала в секции рекуперации, а затем в секциях водяного III и рассольного I V охлаждения до температуры 2-6 0 С.

Для нагревания сливок используются горячая вода температурой 90-95 0 С. В секцию пастеризации она нагнетается центробежным насосом 9. Нагревание горячей воды осуществляется паром в пароконтактном нагревателе 15. Излишек горячей воды, образовавшейся в результате конденсации греющего пара, сбрасывается из бачка-аккумулятора 11 через дренажную трубку канализацию.

На выходе пастеризованных сливок устанавливается датчик температуры 10, который связан с регулирующим клапаном 12 и возвратным клапаном 3. При недостаточной температуре пастеризации автоматически увеличивается количество подаваемого пара. Регулирующий клапан 7 предназначен для регулирования подачи рассола и, следовательно, конечной температуры пастеризованных сливок. Показывающие манометры 6, 13, 14 предназначены для контроля давления рассола и пара

1 - уравнительный бак; 2 - поплавковый регулятор уровня; 3 - возвратный клапан; 4, 10 - датчики температуры; 5 - пластинчатый аппарат; 6, 13, 14 - показывающие манометры;7 - регулирующий клапан подачи рассола; 8 - центробежный насос для сливок; 9 - центробежный насос для горячей воды; 11 - бачок-аккумулятор; 12 - регулирующий клапан подачи пара; 15 - пароконтактный нагреватель

Рисунок 12 - Принципиальная схема пастеризационно - охладительной установки для питьевых сливок

Пластинчатая пастеризационно - охладительная установка для кисломолочных продуктов предназначена для пастеризации и охлаждения молочных продуктов в непрерывном тонкослойном закрытом потоке при автоматическом контроле и регулировании технологического процесса при производстве кисломолочных продуктов.

Устройство.

Пластинчатая пастеризационно - охладительная установка для кисломолочных продуктов состоит из пластинчатого теплообменника, систем подготовки горячей воды (конвекционный бак, насос для горячей воды, инжектор) для пастеризации продукта и подогрева продукта до температуры сквашивания, насоса для продукта, пульта управления, выдерживателя, системы контроля и автоматического регулирования технологическим процессом обработки продукта, трубопроводов, клапанов, смонтированных на раме. Установка компактна и представляет собой модульную конструкцию, имеющую высокую монтажную готовность. Выдерживатель установки представляет собой отдельно стоящий модуль, который при монтаже установки может монтироваться в любом относительно установки месте.

Выполняемые операции:

Подогрев молока до температуры сепарирования 55-60 О С;

Подогрев молока до температуры гомогенизации 75-80 О С;

Подогрев молока до температуры пастеризации 90-95 О С;

Выдержка продукта при температуре пастеризации 300 сек;

Охлаждение продукта до температуры сквашивания 20-50 О С.

2.3. Пластинчатый теплообменный аппарат (теплообменник)

Назначение:

Пластинчатый теплообменник предназначен для охлаждения или нагрева молока, сливок, кефира, пива, вина, соков, напитков, щелочи, воды, растительного масла, меланжа и других жидких продуктов в закрытом потоке.

Благодаря тепловой эффективности пластинчатые теплообменники отличаются высоким уровнем компактности. Нагревательные или охладительные установки, скомпонованные на их базе, имеют значительно меньшие габариты, чем установки аналогичного назначения других типов, КПД у всех более 90%. Детали теплообменников, соприкасающиеся с продуктами, изготавливаются из материалов, разрешенных к применению в пищевой промышленности. В зависимости от химических и физических свойств продуктов, а также тепловых режимов (температура, давление) теплообменники комплектуются уплотнителями из соответствующих материалов (пищевая резина, силикон, фторопласт и т.д.). Нагревательные и охладительные аппараты позволяют осуществлять закрытую циркуляционную мойку под давлением, просты в эксплуатации и ремонте.

 Хладоносителем является вода или рассол.

 Теплоносителем является вода, пар.

 Теплообменный аппарат состоит из теплообменных пластин, станины и нажимной плиты, стянутых между собой шпильками.

 Теплообменные пластины выпускаются разных типов, различающихся: по виду уплотнений, обеспечивающих герметичность аппарата, по геометрическим размерам.

Тип А Уплотнение закладное - обеспечивающее крепление уплотнения к пластине при помощи клипсовых зажимов (ПБК-1,ПМК-1).

Тип Б Крепление уплотнений к пластине при помощи клеевого соединения (ПМ-1).

Таблица 10. Технические характеристики пластинчатых теплообменных аппаратов

В автоматизированной пластинчатой пастеризационно-охладительной установке (рис.22) рабочий процесс протекает в следующем порядке.

Рис. 22 . Схема автоматизированной пластинчатой пастеризационно-охладительной установки:

1 - пластинчатый аппарат; 2- сепаратор-молокоочиститель; 3- центробежный насос; 4- уравнительный бак; 5-перепускной клапан; 6- выдсрживатслъ; 7- насос горячей воды; 8- бойлер; 9- инжектор; 10- пульт управления; I-секция первой регенерации; II- секция второй регенерации; III- секция пастеризации; IV- секция водяного охлаждения; V- секция рассольного охлаждения.

Из молокосборника молоко самотеком или при помощи насоса подается в уравнительный бак 4. Уровень молока должен быть не менее 300 мм во избежание подсоса воздуха в молочный насос. Насосом 3 молоко подается в секцию I пластинчатого аппарата (секцию регенерации), где оно нагревается за счет теплообмена с горячим молоком, идущим от секции пастеризации через выдерживатель 6. Нагретое до 37... 40°С молоко выходит из секции в молокоочиститель, а оттуда подается во вторую секцию регенерации, где происходит дополнительный его нагрев пастеризованным молоком, прошедшим предварительно теплообмен в секции I регенерации. Из секции II регенерации молоко переходит в секцию III пастеризации, где за счет теплообмена с горячей водой нагревается до температуры 76°С..

Пастеризованное молоко проходит через выдерживатель в I и II секции регенерации, где отдает часть тепла холодному молоку и его температура снижается до 20...25°С. Далее это молоко проходит последовательно секции охладителя, после чего его температура понижается до 5...8°С, в зависимости от начальной температуры охлаждающей воды или рассола. Холодное молоко поступает для хранения в танки. Выдерживатель в ус­тановке предназначен для усиления пастери­заци­онного эффекта. Дополнительная выдержка в течении 20 с в выдерживателе перед охлаждением способствует уничтожению микрофлоры молока. Горячая вода для пастеризации готовится в бойлере. Она нагревается паром, поступающим в систему циркуляции горячей воды через инжектор 9 паропровода котельной установки.

Электрогидравлический клапан на паропроводе обеспечивает автоматическую регулировку поступления пара в зависимости от температуры молока. При понижении температуры молока, выходящего из пастеризационной секции, перепускной клапан 5 автоматически направляет молоко в уравнительный бак для повторной пастеризации.

Установка имеет пульт управления (рис. 6), оснащенный приборными панелями с расположенным на них оборудованием и приборами. На щит пульта вынесены приборы и ключи управления. Электронный мост 2 предназначен для записи температуры пастеризации молока, управления перепускным клапаном молока, световой и звуковой сигнализации установки. Электронный регулятор 7 управляет клапаном подачи пара. Логомер 5 контролирует температуру охлаждения молока. Задатчик 10 служит для установки температуры пастеризации. Переключателем 11 система регулирования переводится в автоматический режим или на ручное управление. При ручном (дистанционном) управлении регулирующий клапан действует от ключа. Тумблер 6 управляет работой перепускного клапана, переключатель 12- работой двигателя, тумблер 8- звуковой сигнализацией. Лампы 3 сигнализируют о включении пульта, двигателей и снижении температуры пастеризации. Пульт подключают к электросети через пакетный выключатель 9.

Перед пуском установки проверяют расстояние пакета пластин аппарата и доводят их сжатие до нулевой отметки по нажимному устройству. Контролируют соединения, направление вращения барабана сепаратора и роторов насосов. В уравнительный бак заливают содовый раствор и включают насосы в работу. Включают пар. Через 15 минут прекращают промывку и подают в систему холодную воду для вытеснения содового раствора. Промывают систему в циркуляционном режиме горячей водой в течение 30 минут, считая с момента выхода чистой воды из аппарата при температуре 85°С.

Перед стерилизацией переключатель пульта ставят на соответствующие позиции "Стерил." и "Автомат". По окончании стерилизации вытесняют воду из аппарата молоком и продолжают пастеризацию, установив все приборы пульта на автоматический режим работы. Белая лампа на пульте управления установки, показывающая возврат молока, должна погаснуть.

После перевода приборов на автоматический режим управления сначала включают подачу молока из молочного бака или танка в уравнительный бак, а затем насос для подачи молока в пастеризатор. К этому времени сепараторный барабан должен достичь рабочей частоты вращения, иначе возможно его переполнение. Одновременно включают насос для подачи горячей воды. При таком порядке пуска молоко из уравнительного бака вытесняет воду из аппарата после стерилизации. Ее сливают в канализацию до тех пор, пока не появится молоко, затем шланг присоединяют к молочному танку.

В начале работы установки молоко не успевает нагреться до температуры пастеризации и возвращается в уравнительный бак. При повышении температуры до заданной включают подачу холодной воды. После срабатывания перепускного клапана молоко направляется в выдерживатель, а аппарат переходит на работу по заданной технологической схеме в автоматическом режиме. Непрерывность работы установки лимитируется объемом грязевого пространства сепараторного барабана и составляет 2,5...3 ч, в зависимости от загрязненности молока механическими примесями.

При остановке аппарата прекращают подачу молока в уравнительный бак и сразу после его опорожнения включают подачу воды для вытеснения остатков молока. При проявлении воды шланг направляют в канализацию, прекращают подачу пара, отключают насосы горячей и холодной полы и молочный насос, останавливают молокоочиститель установки.

Молоко и молочные продукты пастеризуют в специальных емкостях, трубчатых пастеризационных установках, а также в пластинчатых пастеризационно-охладительных установках.

К первым относятся ванны длительной пастеризации и универсальные ванны.

Трубчатая пастеризационная установка (рис. 4.4) состоит из трубчатого аппарата, двух центробежных насосов, возвратного клапана, кон- денсатоотводчиков и пульта управления с приборами контроля и регулирования технологического процесса.

Основной элемент установки - двухцилиндровый теплообменный аппарат, состоящий из верхнего и нижнего цилиндров, соединенных между собой трубопроводами. В торцы цилиндров вварены трубные решетки, в которых развальцовано по 24 трубы диаметром 30 мм. В трубных решетках из нержавеющей стали выфрезерованы короткие каналы, соединяющие последовательно концы труб. В результате образуется непрерывный змеевик общей длиной около 30 м. Торцы цилиндров закрыты крышками с резиновыми уплотнениями для обеспечения герметичности аппарата и изолирования коротких каналов друг от друга.

Рис. 4.4.

1 - центробежные насосы для молока; 2 - конденсатоотводчики; 3, 4 - патрубки для отвода конденсата; 5, 6, 7, 8 - молокопроводы; 9 - возвратный

клапан; 10 - регулирующий клапан подачи пара; 11 - предохранительные клапаны; 12 - паропровод; 13 - манометры для пара; 14 - патрубок для выхода пастеризованного молока; 15 - манометр для молока; 26 - пульт управления;

17 - верхний цилиндр; 18 - нижний цилиндр; 19 - рама

Пар подается в межтрубное пространство каждого цилиндра. Отработавший пар в виде конденсата выводится при помощи термодинамических конденсатоотводчиков. Нагреваемое молоко движется во вну- тритрубном пространстве, проходя последовательно нижний и верхний цилиндры. На входе установлен клапан, регулирующий подачу пара, а на выходе молока из аппарата - возвратный клапан, при помощи которого недопастеризованное молоко автоматически направляется на повторную пастеризацию. Возвратный клапан связан через регулятор температуры с термодатчиком, расположенным также на выходе молока из аппарата. Установка снабжена манометрами для контроля за давлением пара и молока.

Обрабатываемый продукт из накопительной емкости первым центробежным насосом подается в нижний цилиндр теплообменного аппарата, где нагревается паром до 50...60°С и переходит во второй цилиндр. Здесь он пастеризуется при 80...90°С.

Второй насос предназначен для подачи молока из первого цилиндра во второй. В трубчатых пастеризационных установках скорость движения различных продуктов неодинакова. В установке для пастеризации сливок скорость их перемещения в трубах теплообменного аппарата 1,2 м/с. В процессе теплообмена сливки подаются в цилиндры пастеризатора одним центробежным насосом. Скорость перемещения молока двумя насосами выше, чем одним, и составляет 2,4 м/с.

К преимуществам трубчатых пастеризационных установок по сравнению с пластинчатыми относятся значительно меньшие количество и размеры уплотнительных прокладок, а к недостаткам - большие габариты и высокая металлоемкость; кроме того, при чистке и мойке этих установок требуется свободное пространство со стороны торцов цилиндров теплообменного аппарата.

Трубчатые установки эффективны тогда, когда дальнейший процесс обработки молока проводят при температуре, незначительно отличающейся от температуры пастеризации.

Пастеризационно-охладительные установки применяют для тепловой обработки молока, сливок и смеси мороженого. Конструкция каждой из таких установок имеет свои особенности, которые отражены при описании оборудования для производства различных молочных продуктов.

В состав пастеризационно-охладительных установок, применяемых при производстве питьевого молока, обычно входят уравнительный бак, центробежные насосы для молока и горячей воды, пластинчатый аппарат, сепаратор-молокоочиститель, выдерживатель, возвратный клапан, система нагрева воды и шкаф управления. В зависимости от производительности такие установки могут иметь различное число секций в пластинчатом аппарате, а также отличаться способом нагрева теплоносителя. Технологическая схема автоматизированной пластинчатой пастеризационно-охладительной установки производительностью 1000 л/ч приведена на рис. 4.5.

Центробежный насос предназначен для забора молока из уравнительного бака и подачи его в пластинчатый аппарат. Для исключения подсоса воздуха в насос в уравнительном баке при помощи поплавкового механизма поддерживается определенный уровень молока (не менее 300 мм). Невыполнение этого условия приводит к пенообра- зованию, которое снижает эффективность пастеризации.

В главной передней (рис. 4.6, а) и вспомогательной задней стойках пластинчатого аппарата закреплены концы верхней и нижней горизонтальных штанг. Верхняя предназначена для подвески теплообменных пластин. По периферии каждой пластины в специальной канавке уложена большая резиновая прокладка, герметично уплотняющая канал.

В пластинах сделаны отверстия с небольшими кольцевыми прокладками. После сборки пластин в аппарате образуются две изолированные системы каналов, по которым перемещаются молоко и охлаждающая жидкость.

Пластинчатый аппарат снабжен теплообменными пластинами из нержавеющей стали, которые разбиты на пять секций: первая и вторая ступени регенерации, пастеризации, охлаждения артезианской водой и охлаждения ледяной водой. Некоторые пластинчатые аппараты имеют одну секцию регенерации. Секции отделены друг от друга специальными промежуточными плитами, по углам которых установлены штуцеры для подвода и отвода жидкостей. На пластине выбиты порядковые номера, те же номера указаны на схеме компоновки пластин.

Рис. 4.5.

1 - пластинчатый аппарат; 2 - сепаратор-молокоочиститель; 3 - молочный

насос; 4 - уравнительный бак; 5 - пульт управления; 6 - выдерживатель;

7 - водяной насос; 8 - конвекционный бак; 9 - инжектор; 10 - клапан, регулирующий подачу пара; 11 - перепускной электрогидравлический клапан;

I, II - секции регенерации; III - секция пастеризации; IV - секция охлаждения холодной водой; V - секция охлаждения ледяной водой

Пластины прижаты к стойке плитой и прижимными устройствами. Степень сжатия тепловых секций определяют по таблице со шкалой, размещенной на верхней и нижней распорках. Нулевое деление устанавливают по оси болта вертикальной распорки, оно соответствует минимальному сжатию, обеспечивающему герметичность аппарата.

В установках большой производительности секции пластинчатых аппаратов расположены по обе стороны от главной стойки (рис. 4.6, б).

Сепаратор-молокоочиститель служит для очистки молока. При использовании очистителя с центробежной выгрузкой осадка устанавливают один сепаратор, с ручной - два.

Выдерживатель - один из основных элементов пастеризационноохладительных установок. В нем молоко выдерживается при температуре пастеризации в течение определенного времени (20 или 300 с), необходимого для завершения бактерицидного действия температуры.

Рис. 4.6.

а - с односторонним расположением секций: 7,2,11, 12 - штуцеры;

• 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 - теплообменная пластина; б - с двусторонним расположением секций: 1 - зажимное устройство;
• 2 - нажимные плиты; 3 - первая секция рекуперации; 4 - штуцер для вывода молока из секции рекуперации и подачи его к сепаратору-молокоочистителю;
• 5 - вторая секция рекуперации; 6 - штуцер для ввода молока в секцию рекуперации после выдерживателя; 7 - секция пастеризации; 8 - главная стойка; 9 - секция водяного и рассольного охлаждения; 10 - штуцер для подачи пастеризованного молока; 11 - распорка; 12 - ножка; 13 - штуцер для выхода рассола; 14 - штуцер для выпуска пастеризованного молока из секции пастеризации и подачи его в выдерживатель; 15 - штуцер для подачи молока в секцию рекуперации после сепаратора-молокоочистителя; 16 - штуцер для выпуска горячей воды; 17 - штуцер для выхода холодной воды; 18 - штуцер для подачи рассола;
• 19 - штуцер для подачи пастеризованного молока в секцию водяного охлаждения;
• 20 - разделительные плиты; 21 - штуцер для подачи сырого молока

Выдерживатель состоит из одного или четырех цилиндров, которые крепятся на трубчатых опорах. В некоторых установках выдерживатель выполнен в виде четырех секций, каждая из которых представляет собой спираль, изготовленную из трубы диаметром 60 мм.

При обработке молока, полученного от здоровых животных, в работе участвует одна секция. В случае обработки молока от больных животных оно пропускается последовательно через все четыре секции выдерживателя. Таким образом, время выдержки молока при прочих равных условиях зависит от вместимости выдерживателя.

Возвратный, или перепускной, электрогидравлический клапан служит для автоматического переключения потока молока на повторную пастеризацию при снижении его температуры в секции пастеризации.

Система нагрева промежуточного теплоносителя пастеризационноохладительной установки состоит из конвекционного бака, насоса горячей воды, инжектора, клапана подачи пара и трубопроводов.

Бак служит для сбора, выравнивания температуры и отвода излишков воды.

Инжектор предназначен для смешивания пара с водой, циркулирующей между конвекционным баком и секцией пастеризации установки. Количество пара, поступающего в инжектор, регулируется клапаном в зависимости от заданной температуры пастеризации молока.

Для циркуляции горячей воды в системе инжектор - пластинчатый аппарат - конвекционный бак применяют центробежный насос 2К 20/18 или 2К 20/30.

В пастеризационно-охладительной установке с электронагревом промежуточного теплоносителя (Б6-ОП2-Ф1) вместо конвекционного бака с инжектором используют электрический водонагреватель - емкость цилиндрической формы вместимостью около 40 л, на крышке которой размещены электронагревательные элементы. Для подпитки и поддержания постоянного уровня воды на корпусе емкости смонтирован уравнительный бак. Избыток воды из водонагревателя удаляют при помощи переливной трубы. Уровень воды в емкости контролируется специальным измерителем, который отключает нагревательные элементы при снижении уровня ниже нормы.

Работа пастеризационно-охладительной установки при производстве питьевого молока заключается в следующем. Молоко из емкости (см. рис. 4.5) направляется самотеком или под напором в уравнительный бак, откуда насосом подается в первую секцию регенерации пластинчатого аппарата. Подогретое до 37...40°С, оно поступает в моло- коочиститель для очистки от механических примесей и направляется на дальнейший подогрев во вторую секцию регенерации и секцию пастеризации, где нагревается до 90°С.

Из секции пастеризации молоко через электрогидравлический перепускной клапан направляется в выдерживатель, находится там в течение 300 с, далее поступает в секции регенерации для отдачи теплоты встречному потоку молока, поступающему в аппарат. После этого оно попадает последовательно в секции охлаждения водой и рассолом, где охлаждается до 8°С, и выходит из установки.

Охлаждается молоко артезианской и ледяной водой или рассолом, которые поступают от холодильной установки. Охлаждение молока до температуры не выше 8°С возможно только при нормальной кратности подачи воды и рассола в секции охлаждения. Весь процесс пастеризации регулируется автоматически.

Требуемая температура пастеризации поддерживается электронным мостом. Регулировка плавная. Температура пастеризации молока записывается на диаграммной ленте контрольного прибора. Звуковая и световая сигнализация включается при снижении температуры пастеризации ниже 90°С.

Наряду с косвенным обогревом продукта, когда молоко обрабатывается горячей водой, подогретой паром или электронагревателями, в. некоторых пастеризаторах в качестве источника прямого нагрева продукта применяют инфракрасные нагреватели. В пастеризаторах небольшой производительности молоко подается на обработку инфракрасным излучателем тонким слоем.

В пастеризаций нно-охладителъной установке УОМ-ИК-1 (рис. 4.7) кроме секций инфракрасного электронагрева имеются выдер- живатель и пластинчатый теплообменный аппарат.

Рис. 4.7.

• -молоко,---холодная вода,---ледяная вода,
• - х- подача водопроводной воды,----сброс воды при мойке
• 1 - секция инфракрасного электронагрева; 2 - выдерживатель;
• 3, 15 - термометры; 4 - смотровой участок; 5,6 - трехходовые краны;
• 7 - секция охлаждения ледяной водой (рассолом); 8 - секция охлаждения водой; 9 - секция регенерации; 10 - манометр; 11 - пластинчатый теплообменник; 12, 13 - вентили; 14 - перепускной клапан; 16 - термометр сопротивления; 17 - кран; 18 - уравнительный бак; 19 - насос; 20 - моечный трубопровод; 21 - емкость для хранения молока

Секция инфракрасного нагрева состоит из трубок кварцевого стекла U-образной формы с отражателями из анодированного алюминия. В секции 16 трубок (10 основных, 4 регулирующие режим нагрева и 2 дополнительные), на которые навита спираль из нихрома. Трубки включены в сеть параллельно.

Выдерживатель состоит из двух последовательно соединенных труб из нержавеющей стали.

В пластинчатом теплообменнике имеются секция регенерации и две секции охлаждения.

Молоко поступает в уравнительный бак и из него насосом последовательно подается в секции регенерации, инфракрасного нагрева и выдерживатель. После выдерживателя пастеризованное молоко проходит секцию регенерации, передавая тепло холодному молоку, и последовательно проходит секции охлаждения водой и рассолом.

Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки по сравнению с другими типами тепловых аппаратов обладают определенными преимуществами:

• малый рабочий объем аппарата, что позволяет приборам автоматики более точно отслеживать ход технологического процесса (в пластинчатой установке рабочий объем для продукта и теплоносителя в 3 раза меньше, чем в трубчатой такой же производительности);
• способность работать достаточно эффективно при минимальном тепловом напоре;
• минимальные теплопритоки и потери теплоты и холода (тепловая изоляция обычно не требуется);
• существенная экономия (80...90%) теплоты в секциях регенерации (удельный расход пара в пластинчатых аппаратах в 2...3 раза меньше, чем в трубчатых, и в 4...5 раз меньше, чем в емкостных теплообменниках);
• малая установочная площадь (пластинчатая установка занимает примерно в 4 раза меньшую поверхность пола, чем трубчатая аналогичной производительности);
• возможность менять число пластин в каждой секции, что позволяет адаптировать теплообменный аппарат к конкретному технологическому процессу;
• возможность безразборной циркуляционной мойки аппаратуры.

Наиболее высокими технологическими показателями среди отечественных тепловых аппаратов обладают модульные автоматизированные пастеризационно-охладительные установки с электронагревом «Поток Терм 500/1000/3000».

Особенность этих установок - высокий коэффициент регенерации тепла (0,9), система подготовки горячей воды с электронагревом и четырехсекционный пластинчатый теплообменник (две секции регенерации, секция пастеризации и секция охлаждения). В теплообменнике резиновые прокладки выполнены из патентованного материала и соединены с пластинами специальными зажимами, т.е. без помощи клея. Основные технические характеристики установок данного типа приведены в табл. 4.1.

Основные технические данные пластинчатых пастеризационно-охладительных установок для молока

Таблица 4.1

Кроме автоматизированных выпускаются также модульные полуавтоматические пастеризационно-охладительные установки «Поток Терм 3000/5000/10000», в которых продукт нагревается до температуры пастеризации паром давлением 300 кПа. Расход пара в этих установках составляет соответственно 60, 100 и 173 кг/ч.

Наряду с пастеризаторами, в которых в качестве источника прямого нагрева молока используются инфракрасные лучи, разработаны и получают все большее распространение установки для пастеризации молока, работа которых основана на использовании ультрафиолетового излучения. Применение таких установок позволяет значительно снизить металло- и энергоемкость технологического процесса пастеризации молока, улучшить его качество и сократить потери, сохраняя при этом полезные компоненты продукта (белки, жиры, витамины).

Принцип работы пастеризаторов данного типа заключается в бесконтактном воздействии ультрафиолетового излучения на специально сформированный тонкослойный поток молока.

Так, пастеризаторы типа УФО имеют пять типоразмеров (табл. 4.2), различающиеся между собой размерами или размерами и формой.

Таблица 4.2

Основные технические данные пастеризаторов типа УФО

Все пастеризаторы этого типа устроены одинаково: корпус, в котором размещены распределитель молока, верхнее и нижнее облучающие устройства с пастеризационными пластинами и блок питания. Распределитель молока состоит из клапана-оросителя, к которому по трубопроводу подается молоко. Облучающие устройства представляют собой специальные газоразрядные лампы и отражатели. Конструкция верхнего и нижнего облучающих устройств одинаковы.

Работает пастеризатор следующим образом. Молоко через отверстия клапана-оросителя подается тонким слоем на верхнюю пастеризационную пластину и, стекая по ней, проходит через интенсивный поток ультрафиолетовых лучей, испускаемых облучающим устройством. Через отверстия верхнего сборника-оросителя молоко поступает на нижнюю пастеризационную пластину, где повторно обрабатывается нижним облучающим устройством. Пастеризованное молоко с нижней пастеризационной пластины стекает в сборник, а из него - в приемную емкость.

В блоке питания пастеризатора установлена пускорегулирующая аппаратура, обеспечивающая работу верхнего и нижнего облучающих устройств. В пастеризаторах производительностью 1000 л/ч и более пускорегулирующая аппаратура размещена в отдельном шкафу.

Для периодической мойки пастеризаторов содовым раствором и водой все их рабочие органы, соприкасающиеся с молоком, выполнены легкосъемными.

Пастеризаторы типа УФО относятся к безнапорным аппаратам и при использовании молочного насоса для подачи молока последний необходимо комплектовать запорным клапаном, обеспечивающим напор 0,1...5 м водяного столба.

Одним из перспективных направлений совершенствования пастеризационных установок является применение в них роторных нагревателей, специальная конструкция которых позволяет за счет молекулярного трения частиц обрабатываемого продукта нагревать последний до заданной температуры. Температура тепловой обработки продукта зависит от времени его нахождения в роторном нагревателе и может регулироваться в широких пределах. Одновременно с этим продукт подвергается гомогенизации.

Высокотемпературный пастеризатор молока с роторным нагревателем ПМР-0,2 ВТ (рис. 4.8) производительностью 500, 1000 и 1800 л/ч предназначен для пастеризации, выдержки, фильтрации и охлаждения молока. Его можно использовать совместно с доильной установкой или автономно. При необходимости пастеризатор настраивают на режим стерилизации молока.

Рис. 4.8.

• 1 - пульт управления; 2 - термометр сопротивления; 3 - автоматический клапан возврата; 4 - вход молока; 5 - приемный бак; 6 - молочный насос; 7 - фильтр; 8 - пластинчатый теплообменный аппарат; 9 - выход молока;
• 10 - выдерживатель; 11 - кран проходной; 12 - роторный нагреватель

Удельные затраты электроэнергии по сравнению с затратами при работе других установок в данном аппарате снижены в 2,5...3 раза, а площадь, занимаемая им, не превышает 1,5 м 2 .

Молоко из емкости для хранения поступает в приемный бак и молочным насосом подается в фильтр и далее в пластинчатый теплообменник. В секции регенерации аппарата молоко подогревается за счет теплоты, передаваемой от продукта, поступающего из выдерживателя, и подается в роторный нагреватель. Температура обработки молока в нагревателе измеряется термометром сопротивления и отображается при помощи цифрового индикатора на пульте управления.

В случае нарушения заданного режима пастеризации молоко с помощью автоматического клапана возврата направляется на повторную обработку. Нагретое до требуемой температуры молоко подается в выдерживатель, где оно находится 15...20 с, а затем последовательно перемещается через секции регенерации и охлаждения пластинчатого теплообменного аппарата.

Пастеризатор оснащен электронным управлением, что позволяет непрерывно контролировать его рабочие параметры.

Основные технические данные пастеризатора ПМР-0,2 ВТ различных модификаций приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Основные технические данные пастеризаторов с роторным нагревателем