Текст
                    В.Д. СУРКОВ
Н.Н. ЛИПАТОВ
Ю.П. золотин
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ МОЛОЧНОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Издание 3-е, переработанное и дополненное
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов втузов, обучающихся по специальности «Технология молока и молочных продуктов»
МОСКВА
«ЛЕГКАЯ И ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ» 1983
Г>БК 36.95
С90
УДК 637.1.002.5(075.8)
Сурков В. Д. и др.
С90 Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности / Сурков В. Д., Липатов Н. Н., Золотин Ю. П. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. — 432 с.
В учебнике описано оборудование транспортировки и хранения молока. Большое внимание уделено рассмотрению оборудования для механической н тепловой обработки, применяемого в молочной промышленности. Специальный раздел посвящен оборудованию для выработки молочных продуктов, а также оборудованию для подготовки продуктов к реализации и общезаводского назначения.
Учебник предназначен для студентов, обучающихся по специальности «Технология молока и молочных продуктов».
г 2904000000—081
V--------------о!—оо
044(01)—83
ББК 36.95
6П8.7
РЕЦЕНЗЕНТ: кафедра «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» Ленинградского технологического института холодильной промышленности (канд. техн, наук В. А. Бе-резко).
© Издательство «Легкая и пищевая промышленность», 1983.
ВВЕДЕНИЕ
Одобренная на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС Продовольственная программа СССР на период до 1990 года —программа реализации аграрной политики, выработанной Коммунистической партией на историческом мартовском (1965 г.) Пленуме ЦК КПСС и раз-шпой на последующих Пленумах, а также на XXIII —XXVI съездах КПСС.
XXVI съезд КПСС, выдвигая широкую программу социального развития и повышения народного благосостояния, на первый план поставил задачу улучшить снабжение населения продуктами питания.
Продовольственная программа предусматривает широкое исполь-пование производственного потенциала сельского хозяйства нашей страны и всех отраслей агропромышленного комплекса.
В целях значительного увеличения производства продуктов питания намечены меры по увеличению объемов переработки молока, улучшению ассортимента и повышению качества молочных продуктов. Осуществление этих мер связано с реализацией задач агропромышленного комплекса и техническим перевооружением отраслей пищевой промышленности, в том числе молочной.
При техническом перевооружении молочной промышленности предусматривается использование высокопроизводительного технологического оборудования, изготовление комплектов машин, аппаратов и поточных технологических линий, обеспечивающих повышение производительности труда, освоение нового технологического оборудования и автоматизированных линий для розлива молока и оборудования для упаковки молочных продуктов.
Одной из основных задач, поставленных Продовольственной программой, является завершение в период до 1990 года перевооружения молочной промышленности на новой технической основе, обеспечивающей повышение технического уровня, качество и надежность используемых машин и аппаратов.
В настоящее время машины и аппараты периодического действия нее больше вытесняются оборудованием непрерывного действия, что позволяет увеличить объем производства и значительно повысить эффективность использования техники.
Научно-технический прогресс в молочной промышленности способствует внедрению новых способов обработки и переработки молока па основе применения прогрессивного, наиболее высокопроизводительного оборудования. При использовании такого оборудования
3
очень важно максимально сохранить первоначальные' свойства молока и его составных частей. Поэтому обязательным условием рационального технического оснащения предприятия является соблюдение технологических требований к вырабатываемому продукту.
Современная технология базируется на большом опыте развития техники переработки молока. Возрастают роль и значение мировой науки, в которую советские ученые внесли существенный вклад.
В области технологии молока и молочных продуктов и техники широко используются результаты многодетных трудов Г. А. Кука, С. В. Паращука, М. М. Казанского, П. Ф. Дьяченко, Г. В. Твердо-хлеб, А. П. Белоусова, Д. А. Граникова, П. И. Болдырева, Н. И. Селиванова, Н. Я. Лукьянова и других ученых, а также трудов в области химии молока, микробиологии.
Машины и аппараты для выработки молочных продуктов, а также для проведения операций, предшествующих обработке или переработке и подготовке продуктов к реализации, должны отвечать следующим условиям:
высокая производительность и технологически оптимальное воздействие на обрабатываемый продукт;
минимальные затраты на единицу продукта, вырабатываемого на технологических линиях с включением соответствующих машин и аппаратов;
герметизация процесса;
автоматизированный контроль и регулирование рабочих процессов;
безразборная мойка и использование стандартных моющих средств.
Технологическое оборудование разнообразно. В основу его классификации можно положить различные признаки: структуру рабочего цикла, степень механизации и автоматизации, принцип сочетания элементов машины в производственном потоке, функциональный признак. В зависимости от структуры рабочего цикла различают машины и аппараты периодического и непрерывного действия, от степени механизации и автоматизации —машины неавтоматического и полуавтоматического действия, а также машины-автоматы, от принципа сочетания в производственном потоке — отдельные (частные) машины и аппараты, агрегатные, комбинированные, автоматическую систему машин. По функциональному признаку и характеру воздействия на обрабатываемый продукт различают машины и аппараты, в которых продукт, подвергаемый энергетическому воздействию, не изменяет свойства, форму и размеры, машины и аппараты, в рабочих органах которых осуществляются физико-механические, биохимические изменения в продукте и создание готового продукта, машины и аппараты, в которых продукт подготовляется к реализации.
Функциональный признак положен в основу классификации технологического оборудования в программе курса «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» и структуры настоящего учебника. Оборудование подразделяют на оборудование хранения и транспортировки, для механической и тепловой обработ
4
ки молока, выработки молочных продуктов, подготовки продуктов к реализации и общезаводского назначения.
Оборудование хранения и транспортировки включает транспортные цистерны и емкости хранения молока, емкости технологического и межоперационного назначения и трубопроводы, насосы и пневматические транспортные системы. Как правило, в этом оборудовании не должно происходить каких-либо изменений в структуре продукта. Исключение составляют лишь емкости технологического назначения, в которых такие изменения задаются.
К оборудованию для механической, тепловой обработки молока относят фильтры, фильтр-прессы и мембранные фильтрационные аппараты, гомогенизаторы и гомогенизаторы-пластификаторы, сепараторы и центрифуги, а также установки для термовакуумной обработки, нагреватели и охладители. В этом оборудовании достигается определенный технологический эффект. Однако составные части остаются неизменными, т. е. при концентрации отдельных составных частей после смешивания можно получить первоначальный продукт.
К оборудованию для выработки молочных продуктов относят пастеризационные и стерилизационно-охладительные установки, фризеры и морозильные аппараты, маслоизготовители и систему машин для изготовления сыра, для сгущения и сушки молочных продуктов; к оборудованию для подготовки продуктов к реализации —машины для фасовки и упаковки молочных продуктов, оборудование для подготовки тары к наполнению (бутылкомоечные машины и др.), приборы для учета количества и оценки качества продуктов в технологических линиях.
Учебник «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» является третьим изданием. Первое (1961 г.) и второе (1970 г.) издания, подготовленные авторами В. Д. Сурковым, Н. Н. Липатовым и Н. В. Барановским, предназначались для подготовки инженеров-механиков. Третье издание соответствует программе «Технологическое оборудование» и предназначено для подготовки инженеров-технологов молочной промышленности. В связи с этим материал второго издания существенно переработан в соответствии с программой данного курса. В учебнике описаны прогрессивные машины и аппараты, приведены примеры комплектного их использования в технологических линиях, последовательно рассматриваются оборудование для проведения операций, предшествующих переработке, а также для обработки и переработки молока, оборудование для подготовки продуктов к реализации и общезаводское. Учтены общие тенденции совершенствования машин и аппаратов.
В соответствии с задачами курса «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» в учебнике рассматриваются устройства машин (аппаратов) и даются основные их расчеты. В отдельных случаях указываются оптимальные технологические режимы. С помощью основных расчетов можно определить производительность машин и аппаратов, в необходимых случаях — качественные показатели. Однако расчетные характеристики ограничиваются показателями, достаточными для разработки рациональных технологических
5
режпмоп п схем, а также для выбора типов агрегатов при проектиро-паппп новых нропзиодств, чтобы правильно оценивать результаты денствптелы1ых процессов в машинах и аппаратах и реализовывать их в производственных условиях.
Курс «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» базируется на предшествующих курсах «Процессы и аппараты пищевых производств», «Гидравлика и насосы» и «Техническая механика», а также сочетается с курсом «Технология молока и молочных продуктов».
Введение и главы I—VII, IX—XI и XV написаны проф. В. Д. Сурковым, главы XIII и XIV —проф. Н. Н. Липатовым, главы VIII, XII и XVII —доц. Ю. П. Золотиным, глава XVI — проф. Н. Н. Липатовым совместно с проф. В. Д. Сурковым.
Как и предыдущие издания, учебник подготовлен коллективом авторов под общей редакцией проф. В. Д. Суркова.
Авторы выражают благодарность коллективу кафедры «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» Ленинградского технологического института холодильной промышленности за ценные советы при подготовке учебника.
РАЗДЕЛ А.
ОБОРУДОВАНИЕ ТРАНСПОРТИРОВКИ, ХРАНЕНИЯ МОЛОКА
И МЕЖОПЕРАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Глава I. ТРАНСПОРТНЫЕ ЦИСТЕРНЫ
И ЕМКОСТИ ХРАНЕНИЯ
Транспортировка молока в цистернах, предназначенных для доставки его на заводы, получила преимущественное распространение, вытеснив транспортировку молока на заводы во флягах. Преимущества применения крупной тары, какой являются цистерны, в большей степени проявляются при доставке молока от крупных хозяйств (совхозов и колхозов).
Емкости хранения на заводе выполняют функции накопителей молока перед его переработкой. Они необходимы вследствие разницы от доставки молока во времени до его переработки.
I ТРАНСПОРТНЫЕ ЦИСТЕРНЫ
Их устанавливают на щасси автомашин различной грузоподъемности, а также на платформы железнодорожного транспорта. Возможны использование цистер и транспортировка молока на специализированных теплоходах водного транспорта.
Для каждого из видов транспорта изготовляются специальные цистерны. Таким образом, по виду транспортных средств, на которых цистерны устанавливаются, различают цистерны для автомобильного, железнодорожного и водного транспорта.
Автомобильные цистерны (рис. 1, а) имеют один, два или даже три закрывающиеся емкости /, установленные на грузовых автомашинах, прицепах или полуприцепах. Форма емкости малой вместимости (до 3000 л) цилиндрическая. Емкости большей вместимости имеют эллиптическую форму: они более устойчивы при движении автомашины. Вместимость цистерны должна соответствовать грузоподъемности автомашины. Вместимость известных автоцистерн достигает 30 000 л.
При заполнении автомобильных цистерн молоком используют вакуум или специальные насосы.
Вакуум создается в секциях от всасывающего коллектора двигателя автомобиля. Вакуумное устройство состоит из воздушного насоса и воздухопровода. На воздухопроводе размещены натяжные муфтовые краны, обратные клапаны, исключающие попадание газа в секции от двигателя автомобиля, предохранительные клапаны, предупреждающие превышение в секциях и воздуховодах вакуума (обычно не более 0,5 • 102 кПа), заборники в горловинах люков и манова-куумметры.
7
Рис. 1. Транспортные цистерны:
а — автомобильные: 1 — емкость; 2 — деревянная обшивка; 3 — термоизоляция; 4 — кожух;
5 — люк-лаз; 6 — клапаны;
б — железнодорожные: / — наружная обшнвка; 2—поперечная площадка; 3 — крышка люка; 4 — колпак; 5 — слнвиое устройство; 6 — натяжной хомут; 7 — емкость; 8— термоизоляция
При заполнении цистерны с помощью насоса центробежный насос приводится в действие от двигателя автомобиля или путем включения электродвигателя насоса в электросеть приемо-сдаточного пункта.
Максимально допустимый уровень заполнения цистерны молоком контролируется контактным сигнальным устройством поплавкового типа. Ток подается к корпусу цистерны и контакту, установленному в верхней части цистерны. При заполнении цистерны поплавок поднимается. Когда цистерна заполнена, то поплавок, касаясь верхнего контакта, замыкает цепь. В кабине водителя зажигается лампочка и включается звуковой сигнал.
Цистерны опорожняются самотеком либо под действием сжатого воздуха, поступающего из воздушно-компрессионной установки общезаводского назначения. Выпускной патрубок цистерны можно присоединить к всасывающему трубопроводу насоса для молока.
Железнодорожные цистерны (рис. 1, б) состоят из двух или трех емкостей. Вместимость их 12 000—30 000 л.
8
В железнодорожные цистерны молоко подается насосом, который установлен на платформе.
Цистерны водного транспорта устанавливаются на катерах-теплоходах (две емкости вместимостью 13 000 и 0000 л на каждом катере-теплоходе).
В цистерны водного транспорта молоко подается насосом, размещенным на катере. Разгружают эти цистерны так же, как и автомобильные, центробежным насосом через систему трубопроводов.
Емкости цистерн изготовляют из нержавеющей стали, реже из алюминия (толщина стенки 6—10 мм). Как правило, цистерны имеют теплоизоляцию. В автомобильных цистернах и цистернах водного транспорта теплоизоляция 3 (см. рис. 1, а) выполнена из мипоры. В качестве изоляционного материала используют также алюминиевую фольгу и пенопласты (применение крошки не допускается). Толщина слоя изоляции от 40 (автомобильные цистерны) до 200 мм (железнодорожные цистерны). Для изоляции цистерн можно применять полистирол (толщина слоя 50 мм).
Изоляция на емкости удерживается деревянной обшивкой 2 (см. рис. 1, а). Сверху она покрыта одним или двумя слоями рубероида или пергамина из битума (гидроизоляция). Обшивка стянута проволокой и покрыта стальными листами (толщина 2 мм).
Применение цистерн без изоляции ограниченно. Это обычно цистерны малой вместимости (до 2000 л). Преимуществом этих цистерн является то, что их можно снимать с автомашины для мойки и заполнения.
Во всех цистернах имеются люки для очистки и мойки 5 (см. рис. 1, а), а также сливные устройства. Цистерны водного транспорта, кроме того, снабжены мешалкой пропеллерного типа, которая приводится во вращение через редуктор от электродвигателя, и термометром.
Иногда цистерны, преимущественно автомобильные, оснащаются устройствами для отбора проб, дистанционными термометрами и приборами для определения pH молока. Объемные счетчики для определения количества принятого молока, устанавливаемые на автомобильных цистернах, снабжаются печатными устройствами. Реже в комплекте автомобильной цистерны имеются приборы для определения чистоты молока.
ЕМКОСТИ ХРАНЕНИЯ
Транспортные цистерны с молоком (сливками), поступившие на молочный завод, разгружаются в емкости хранения. В них молоко (сливки) накапливается и хранится весь период (примерно в течение суток без заметного изменения качества), предшествующий переработке.
Емкости храпения бывают различной вместимости. В настоящее время их изготовляют вместимостью до 100 000—120 000 л и более. За рубежом в отдельных случаях используют емкости вместимостью до 250 000 л.
9
Рис, 2. Емкости хранения молока:
а — горизонтальная: 1 — штуцер для слива молока; 2 — термометр; 3 — наливная труба; 4— корпус; 5 — изоляция; 6— кожух; 7 — деревянная обшнвка; 8 — мешалка; Р—электродвигатель; 10 — опорные ножки; И — смотровые окна; 12 — люк для мойки;
б — вертикальная: / — внутренняя емкость; 2—изоляция; 3 **• деревянная обшивка; 4—подставка; 5 — мешалка; 6 — электродвигатель;
в — мешалка шнекового типа: 1—корпус; 2 — крышка; 3—сальниковое уплотнение; 4 — редуктор; 5 — электродвигатель; 6 — шиек мешалки; 7 — поточное кольцо
Емкости хранения молока (рис. 2) изготовляют из нержавеющей стами и алюминия. Иногда их делают из обычной стали, эмалированными, из полимерных материалов.
;	Емкости снабжены люками 12 (рис. 2, а), которые закрываются
Г	герметически. Для поддержания постоянной температуры продукта
i	предусмотрены изоляция резервуаров (обычно пробковая 2) и дере-
вянная обшивка 3 (рис. 2, б). Чтобы в процессе хранения молоко не отстаивалось, устанавливается мешалка пропеллерного типа 6
I	(рис. 2, в), частота вращения которой 100—300 с-1, или шнекового
10
В емкостях большой вместимости (70 000 л и более) продукт обычно перемешивается воздухом.
Емкости хранения молока можно снабдить устройством для охлаждения, размещенным внутри или вне емкости. Последние, исходя из санитарно-гигиенических требований предпочтительнее. В качестве устройств для охлаждения, размещенных вне резервуара, используют пластинчатые охладители которые устанавливают на корпусе емкости или отдельно. При этом повышается. интенсивность теплопередачи и облегчается применение аммиачной системы охлаж
дения.
При заполнении емкости поток молока из наливной трубы 3 (см. рис. г, а) подается на стенку емкости чтобы по возможности исключить пенообразование. Уровень молока в емкости определяют через смотровое окно или по молокомерному стеклу. Переполнение емкости предупреждается сигнальными устройствами (поплавковыми), юь подается к корпусу емкости или к специальной трубе, вставленной
в середину емкости, а также к контакту, установленному в верхней части емкости. При заполнении емкости поплавок поднимается. Когда емкость заполнена продуктом, поплавок, касаясь верхнего контакта, замыкает цепь, в результате чего включается световой или звуковой сигнал.
Емкости хранения устанавливаются на подставке с муфтой на резьбе, что позволяет изменять их наклон.
Вместимость таких емкостей до 30000 л.
На рис. 3 показана емкость большой вместимости (с пневматическим устройством для перемешивания). В верхней части емкости размещено устройство 2 для разбрызгивания моющих растворов и воды, которая необходима для ополаскивания внутренней поверхности при подготовке емкости к заполнению. По высоте емкости размещены насадки для поступающего воздуха /. При этом воздух необходимо предварительно очистить на висциновых или других фильтрах, чтобы исключить возможность попадания в продукт механических примесей и свести до минимального количество бактерий. Если перемешивание осуществляется не пневматическим устройством, а мешалкой пропеллерного типа, то пропеллер устанавливают в нижней части емкости на валу, проходящем от редуктора по всей ее высоте.
Емкости хранения молока также оснащаются приборами контроля качества продукта (например, прибор для определения pH). Кроме того, предусматриваются автоматические устройства для запрограммированного включения перемешивающих молоко мешалок, поддержания, определенной тем-
Рис. 3. Емкость хранения молока вместимостью 100 000 л:
I__насадки Для по-
ступающего воздуха; о__устройство для
разбрызгивания моющих растворов и во-
ды
11
псратуры продукта, заполнения и опорожнения отдельных емкостей с соответствующей сигнализацией (световой или звуковой), а в некоторых случаях для учета степени заполнения емкости продуктом.
Емкости большой вместимости по сравнению с другими имеют преимущества. Молоко в них хранится в течение длительного времени без значительного изменения температуры как в зимний, так и в летний периоды, даже если они установлены не внутри, а вне помещения. При хранении молока в емкостях упрощается эксплуатация и уменьшаются первоначальные затраты на их изготовление (в расчете на единицу продукции).
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
При расчете цистерн и емкостей хранения требуется определить вместимость и пропускную способность, температуру молока в начале и конце транспортировки, эффективность перемешивания и мощность, потребляемую мешалкой при перемешивании.
В расчетах вместимость V (в м3) цистерн и емкостей храпения определяется по упрощенной формуле
V = (tcDbh/4)/7 (L),
где DB„ — внутренний диаметр, м; H(L) — средняя внутренняя длина в горизонтальных емкостях (высота в вертикальных), м.
Для горизонтальных емкостей, имеющих глубину выпуклости днищ Л, внутренняя длина I (в м) принимается равной
I — 1ц 4- h,
где 1и — длина цилиндрической части емкости, м.
Для вертикальных емкостей с вогнутым дном общую высоту принимают равной высоте цилиндрической части.
Пропускная способность цистерн и емкостей хранения зависит от продолжительности технологического цикла тц, которая складывается из продолжительности резервирования или доставки тРез (устанавливается, исходя из технологических условий или дальности перевозки), продолжительности наполнения тнап и продолжительности опорожнения топ.
Таким образом,
Тц = т-рез 4" тнап 4" топ-
Исходя из технологического цикла и продолжительности смены тсм, выявляется пропускная способность М цистерн и емкостей хранения
М —	= ^смЛ^рез 4“ ^нап 4- хоп)-
Если необходимо устанавливать несколько емкостей хранения молока (блок), то общую вместимость блока определяют для каждого часа работы по разности между количеством продукта, поступающего
12
за весь период работы и израсходованного за этот период. Блок должен быть по возможности небольшим, но достаточным для обеспечения производственного процесса.
В баланс времени технологического процесса эксплуатации цистерны и емкости хранения молока входят продолжительность их заполнения и опорожнения. При загрузке и разгрузке с помощью насоса продолжительность этих этапов технологического процесса зависит от производительности насоса. Если же заполнение происходит с помощью вакуумной системы или пневматического устройства, а опорожнение самотеком, то расчет продолжительности загрузки и разгрузки цистерны или емкости хранения должен быть выполнен с учетом принятой системы.
В основе расчетов лежит известная в гидравлике формула скорости истечения v (в м/с)
v = Н y<2g//CT , где ц — коэффициент расхода, зависящий от вязкости вытекающей жидкости (для молока [1 = 0,7	0,75); g — ускорение силы тяжести, м/с2; //ст — вы-
сота столба (продукта) от сливного устройства до уровня жидкости в емкости, м.
При опорожнении емкости значения //ст и V уменьшаются.
Продолжительность опорожнения топ (в с) емкости определяют по формулам:
вертикальной
%n=2F/W/W/^);
горизонтальной
топ = 2V/(p/ /2gtf max)’
где f — площадь поперечного сечения сливного патрубка, м; /7тах — наибольшая высота уровня жидкости, м.
При опорожнении емкости самотеком автомобильных цистерн, горизонтальных емкостей хранения расчет продолжительности ведут по формулам:
Топ ~ (8/г/(Зр./)1 V1' Г1 & > Ton ~ 1 >7V/(Zoraax),
где I — длина цистерны (емкости для хранения), м; г — внутренний радиус, м; Стах — наибольшая скорость истечения, м/с.
При заполнении с помощью вакуумной системы или вытеснении жидкости под давлением сжатого воздуха скорость наполнения (вакуумное) или опорожнения (пневматическое) определяют по формуле
+ Ризб/(Рё)1 •
гДе Ризб — перепад давления; Па; р — плотность жидкости, кг/м8.
Исходя из уравнения неразрывности, количество жидкости, поступающей в емкость при загрузке и вытекающей при разгрузке за 1 с, будет V
V = fv = (та/2/4) v.
13
Количество теплоты Q (в Дж), воспринимаемое продуктом при хранении или нахождении в пути, определяют по уравнению
Q = mc(tK —t„),	(1)
где гп — количество продукта в емкости, кг; с— удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг • К); (/к — /„) — изменение температуры продукта, К.
Кроме того, количество теплоты, воспринимаемое продуктом можно найти из уравнения теплопередачи
Q = kFAtr,	(2)
где k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 • К) [в цистернах обычно 4—7 Вт/(м2 • К), а в емкостях хранения 1 —1,5 Вт/(м2 • K)l; F — поверхность резервуара, м2; Д/ — средняя разность между температурами продукта и окружающей среды; т — продолжительность хранения или транспортировки молока, с.
Из формул (1) и (2) получают, исключая Q, ~ FkAt I {V рс).
Приведенный расчет служит основанием для определения интенсивности нагрева (охлаждения) в емкостях различной вместимости, а именно
^уЛ — Он /k)/(Vt) .
Показатель эффективности перемешивания определяется следующим образом. Если среднюю концентрацию компонента, однородность которого достигается перемешиванием, например жира в молоке, обозначить через Со, то практически в разных точках концентрация будет Сь С?, С3....С. В отдельных точках емкости отклонение кон-
центрации от средней составит (С,—Со), (С2 —Со), ..., (С —Со).
Если абсолютные величины этих отклонений просуммировать и разделить на общее количество замеров, то получится среднее отклонение Сср» которое выражают в процентах от Со. Отношение
₽ = (АСср/С„) 100%
будет характеризовать распределение компонента в перемешиваемом объеме емкости. Чем меньше Р, тем эффективнее перемешивание. При идеальном перемешивании р — 0. Эффективность перемешивания зависит от частоты вращения мешалки.
Чтобы обеспечить тщательное перемешивание продукта, частота вращения мешалки должна быть достаточно большой. Однако выбирают такую частоту вращения, при которой качественные изменения продукта минимальны и в то же время достигается требуемая однородность его. Частота вращения мешалок пропеллерного типа обычно принимается равной 100—140.
При перемешивании мешалками пропеллерного типа объем Е°с (в м3/с) жидкости, проходящей через пропеллер, определяют по формуле
= Vem/(z  60),
где Уе — объем жидкости в емкости, м3; т — кратность пропускания жидкости через пропеллер.
14
При этом осевая скорость t'o (в м/с) перемешивания жидкости е0 = V°c/Fo.
где Fo — площадь сечения пропеллера, через которую проходит поток жидкости в осевом направлении, м2;
Fo = n (1 — 0,25D^)/4 ,
D„ — диаметр пропеллера, м.
Учитывая особенности молока и жидких молочных продуктов, повышение частоты вращения мешалки ограничивают. Недопустимо достижение кавитационных скоростей, вызывающих разрывное течение перемешиваемой жидкости.
При перемешивании с помощью пневматического устройства давление р (в Па) сжатого воздуха должно быть достаточным для создания напора и преодоления сопротивлений
pgZ/т],
где р — плотность перемешиваемой массы, кг/м3; Н — высота слоя жидкости м; и — коэффициент, учитывающий потери напора (т; = 1,2ч- 2,0).
Общий расход сжатого воздуха GB (в м3/ч) рассчитывают по формуле
бв = 60gBF,
где F — открытая поверхность емкости, м2; gB — удельный расход сжатого воздуха, мин/м2 (изменяется от 0,4 до 1.0).
При выборе перемешивающего устройства учитывают технологические требования, и оно должно обеспечивать равномерное, быстрое перемешивание продукта, исключающее раздробление частиц жировой фракции.
При перемешивании продукта в емкостях хранения мощность, потребляемую мешалками пропеллерного типа, N (в кВт) рассчитывают по формуле
„	„	,4,36 2,78 0,78
N — 0,01/ld п р pt,
где А — коэффициент, равный 1,5—2,0; d — диаметр машалки, м; п — частота вращения мешалки, об/мин; р— плотность жидкости, кг/м3; и — динамическая вязкость жидкости, Па-с.	.
Если же при перемешивании используется пневматическое устройство, то расчет мощности ведется по формуле
W = Gb(/7 + fto)pg/(102 - Ю^), где (Н + hn) — напор, м; ч — коэффициент полезного действия (д =» 0,7 4- 0,9).
В пусковой период мощность мешалки пропеллерного типа выше на 15—20%. При подборе электродвигателя мощность его берется с запасом на 50% против расчетной,
Основными технико-экономическими и технологическими показателями цистерн и емкостей хранения являются соотношения
15
F1V. m/V,	(3)
где /•' — поверхность, ма; I/ — вместимость, м3; т — масса, кг.
11о соотношениям (3) можно судить о возможных изменениях температуры продукта и расходе металла на единицу объема. Чем меньше удельная поверхность (F/V), тем меньше изменение температуры продукта и расход металла на изготовление оборудования. С учетом этих показателей повышение вместимости во всех случаях целесообразно. Следует иметь в виду и срок службы. Так, для автомобильных цистерн из алюминия он составляет 12 лет, а для цистерн из нержавеющей стали — 25 лет.
Глава II. ЕМКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
И МЕЖОПЕРАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Емкости технологического назначения соответствуют технологическим функциям и существенно различаются в конструктивном отношении. Иногда они взаимозаменяемы. В зависимости от назначения различают емкости для биохимических, физико-химических и тепловых процессов.
К емкостям межоперационного назначения относят емкости накопительные и уравнительные.
ЕМКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Емкости для биохимических процессов
Емкости для биохимических процессов входят в состав технологических линий получения кисломолочных продуктов, заквасок и других продуктов повышенной кислотности.
Емкость для выработк и кисломолочных продуктов (рис. 4) вместимостью 10 000 л состоит из двустенной стальной ванны с плоскими (или сферическими) днищами, охлаждающей системы и вертикальной мешалки пропеллерного типа.
Ванна вмонтирована в стальной цилиндрический кожух. Рубашка заполняется хладо- или теплоносителем через кран штуцера, приваренного к днищу. Избыток жидкости в рубашке удаляется через сливную трубу. На корпусе имеются герметически закрывающийся люк для чистки и мойки 6, кран для взятия проб и термометр.
На верхней части корпуса размещены привод мешалки, светильник-сигнализатор, смотровой люк, кран для выпуска воздуха, кислотомер, указатель уровня и трубопровод для ввода продуктов. Мешалка пропеллерного типа 7 через вал 2 и редуктор 10 приводится в действие от электродвигателя 11. На нижней части корпуса находится патрубок со специальным клапаном для слива молочных продуктов. Клапан открывается рукояткой 9.
Поверхность емкости покрыта изоляционным слоем 5 и облицована листовой сталью (б = 1,5 мм).
16
При заполнении емкости продуктом через трубопровод и кран с пеногасящим устройством вклю чается мешалка пропеллерного ти па 7 и рубашка наполняется водой. В соответствии с технологическим режимом продукт в емкости сначала выдерживается при заданной температуре, а затем охлаждается.
Заквасочники также относят к емкостям для биохимических процессов. В них молоко пастеризуется, охлаждается, заквашивается и выдерживается. Некоторые из них представляют собой термостаты с водяным наполнением, в которые вставляются специальные небольшие сосуды. Тер мостаты изготовляют одно- и многокамерными.
Заквасочники большой вместимости (300—1000 л) изготовляются обычно с механическим приводом. Это сварная конструкция из нержавеющей стали. Внутренняя цилиндрическая ванна помещена в корпус с термоизоляцией, защищенной кожухом. В межстенном пространстве, образованном ванной и корпусом, размещен змеевик. Ванна снабжена двухлопастной мешалкой с приводом. Механизм для подъема и поворота крышки имеет штурвал управления. Под днищем ванны размещен патрубок для пара. Температура продукта контролируется термометром, расположенным на крышке, а воды — термометром, установленным во фланце.
Установка для при-
Рис. 4. Емкость для выработки кисломолочных продуктов:
/ — трубопровод для ввода кисломолочных продуктов; 2 — вал мешалки пропеллерного типа; 3 — рабочий сосуд; 4 — кожух;
5 — изоляция и облицовка резервуара; 6 — люк для чистки и мойки; 7 — мешалка пропеллерного типа; 8 — упорный шарикоподшипник; 9 — рукоятка; 10— редуктор; 11 — электродвигатель; 12 — люк\ 13 — смотровой люк; 14 — иожка резервуара: 15 — штуцер с краном для входа холодной воды; 16 — патрубок с клапаном для слива продукта
готовления заквасок
в асептических условиях (рис. 5) состоит из инкубатора 1 для первичной и промежуточной закваски, емкости инкубато-тора 2, заквасочника 3, фильтров для очистки воздуха 4 и клапанов 5.
В инкубаторе пастеризация молока осуществляется водой, нагретой
паром. Температура поддерживается строго постоянной автоматиче-
ски включаемым электронагревателем.
17
Рис. 5. Установка для приготовления заквасок:
1 — асептический инкубатор для первичной закваски; 2— емкость инкубатора для промежуточной закваски; 8 — заквасочник; 4 — фильтры для очистки воздуха: 5 — клапаны
Из инкубатора после соответствующей выдержки закваска подается через асептический трубопровод в емкость, трехстенную и снабженную лопастными мешалками. Мешалка оснащена двойным уплотнением и приводится в действие электродвигателем.
До внесения промежуточной закваски нагревание молока осуществляется горячей водой или паром, а последующее его охлаждение и охлаждение готовой производственной закваски — водой в рубашке
Для предотвращения обсеменения заквасочник 3 оснащен фильтром для очистки воздуха.
Установка оснащена также клапанами для ввода воздуха или пара при стерилизации продукта и клапанами для регулирования всего процесса.
Емкости для физико-химических процессов
Наиболее типичным оборудованием для физико-химических процессов являются емкости, в которых происходят созревание сливок перед сбиванием их в масло, кристаллизация сахара при выработке сгущенного молока, нормализация высокожирных сливок при получении масла.
Ванны для созревания сливок с качаю щей с я трубчатой мешалкой (рис. 6) наиболее распространены. Мешалка приводится в действие от индивидуального электродвигателя через шкивы и червячный редуктор. Коле-
18
а—общий вид: / — подставки; 2 — трубопровод для пара; 3 —емкость; 4 — кожух; 5 — противовесы; 6 —цапфы мешалки; 7, /0 — коллекторы; 8 — приемник сливок; 9 — трубчатая мешалка; // — шиберный край; 12 — край спуска воды; /3 — воронка; 14 — трубопровод для воды; 15 — корпус подшипника мешалки;
б—приводной механизм: / — патрубок для выпуска отработавшего масла; 2—палец на диске; 3 — шатун; 4— диск; 5 — коробка редуктора; 6 — поворачивающаяся часть привода; 7 — пробка отверстия для заливки смазочного масла; 8 — горизонтальный вал; 9, Ю — конические шестерни; // — стопор; 12 — червячное колесо; 13 — червяк; 14— упорный шарикоподшипник; 15 — подпятник; 16, 17 — шкивы
бательное движение мешалки осуществляется кривошипно-шатунным механизмом. Угол качания 60—100°. Его регулируют перестановкой пальца 2 (рис. 6. б) в прорезь кривошипа. Число качаний такой мешалки 10—12 в минуту. Для уравновешенного движения мешалки она снабжается двумя противовесами.
Для того чтобы температура сливок была постоянной, и при необходимости доохлаждения (или нагревания) в рубашку ванны подают холодную (или, наоборот, теплую) воду. В мешалку также поступает хладоноситель (холодная вода, рассол) или теплоноситель по коллекторам 7 и 10 (рис. 6, а) — последовательно снизу вверх в каждый трубопровод. Если необходимо повысить температуру сливок,
19
Рис. 7. Емкость вертикальная для созревания сливок:
1 — кран для выгрузки слнвок; 2 — скребок; 3 — устройство гидравлической мойки; 4 — редуктор планетарного типа; 5 — патрубок для наполнения емкости сливками; 6 — цилиндрическая емкость; 7 — мешалка планетарного типа
ности.
то перед выпуском в рубашку подают пар, который нагревает находящуюся в ней воду.
Емкость вертикальная для созревания сливок (рис. 7) может быть различной вместимости. Она представляет собой цилиндрическую емкость 6 с устройствами для подогрева и охлаждения стенок внутреннего сосуда, мешалкой планетарного типа 7 со скребком, приводом и приборами регулирования автоматического режима созревания сливок. Между средней стенкой и облицовкой имеется изоляция.
Внутренняя емкость с наружной стороны орошается водой, которая поступает через отверстия кольцевой трубы. Отверстия находятся в верхней части емкости.
Коническая форма днища емкости позволяет осуществить полную его разгрузку самотеком. К емкости присоединены выпускной кран и кран для отбора проб продукта.
В верхней части корпуса имеются люк с крышкой и смотровым
окном, светильник для освещения внутренней части емкости, устройство для мойки внутренней поверхности, патрубок для наполнения емкости продуктом 5. В нижней части внутренней емкости размещены датчики температуры и кислот-
Мешалка выполнена в виде рамы из труб с лопастями и закреплена на валу редуктора планетарного типа 4. С противоположной стороны мешалки размещен скребок.
Управление процессом осуществляется в автоматическом режиме, но может быть и дистанционное ручное. При автоматическом режиме заданная температура сливок поддерживается на основании показаний датчика температуры, подающего сигналы для впуска теплоносителя, включения и выключения мешалки. Мешалка автоматически,
циклично включается в течение всего периода созревания сливок. Таким образом, обеспечивается равномерность процесса созревания сливок во всем объеме. По окончании процесса созревания мешалка выключается автоматически (по показанию датчика кислотности), прекращается подача теплоносителя и включаются световая и звуковая сигнализации. После опорожнения резервуара осуществляются мойка и дезинфекция емкости.
20
Рис. 8. Кристаллизатор-охладитель:
*-	1 — кран выгрузки продукта; 2 — трубопро-
вод для пара; 3 — корпус ванны; 4 — ролик; 5 — редуктор; 6 — электродвигатель; 7 — электродвигатель; 8 — вал мешалки; 9 — направляющие роликов; 10 — пружина; 11 — скребок; 12 — лопасти мешалки; 13 — ннжняя штанга; 14 — ванна; 15 — ннжние лопасти
Рис. 9. Ванна для нормализации " высокожирных сливок:
7 — корпус; 2 — ванна; 3 — кожух; 4 — стойка; 5 — крышка; 6 — рама; 7 — редуктор; 8 — электродвигатель; 9 — привод;
10 — соединительная муфта; 11 — прижимная стойка; 12— прижимной винт; 13 — мешалка; 14 — дистанционный термометр;
15 — кран для выпуска сливок; 16 — сливной патрубок дЛя воды; 17 — ножки; 18 — подпятник; 19 перфорированный патрубок для ввода воды
Р Кристаллизаторы- охладители для сгущенного молока (с сахаром) бывают вертикальными и горизонтальными и представляют собой ванны с мешалками: барабанной, лопастной или змеевиковой.
На рис. 8 показан кристаллизатор-охладитель (вертикальный). В ванне 14 сгущенный продукт охлаждается холодной водой, циркулирующей в рубашке ванны.
Лопасти мешалки 12 совершают поворот на определенный угол и одновременно вращательные движения. От электродвигателя 6 через редуктор 5 и вал 8 мешалка приобретает вращательное движение. Колебательное движение создается направляющей 9, по которой передвигаются ролики 4. Охлажденный слой снимается со стенок скребками 11 и интенсивно перемешивается. Готовый продукт выпускается через кран 1.
Ванна для нормализации высокожирных сливок (рис. 9) состоит из двустенного корпуса 1, мешалки 13 и ее привода. Корпус стальной. Внутренняя ванна 2 имеет уклон 18°. Снаружи корпус покрыт обшивкой из листовой нержавеющей ! стали.
Стойка 4 на корпусе является шарнирной опорой для редуктора привода мешалки и электродвигателя. Мешалка опирается на подпят
21
ник 18 в дне ванны и крепится к валу редуктора быстросъемным соединением.
В низу ванны размещен перфорированный патрубок для ввода в межстенное пространство охлаждающей воды.
Сначала ванну заполняют высокожирными сливками и определяют массовую долю в них жира. Затем в нее добавляют пахту для нормализации, регулируют температуру продукта и тщательно перемешивают.
Емкости для тепловых процессов
Наиболее распространены универсальные ванны и ванны длительной пастеризации. Эти емкости во многих случаях взаимозаменяемы.
Универсальная ванна (рис. 10, а) имеет внутреннюю рабочую емкость с уклоном на 2° в сторону крана для слива. Емкость размещена в цилиндрическом корпусе 10. Дно емкости опирается на ножки, регулируемые по высоте. Корпус снабжен кожухом с теплоизоляционным слоем.
В водяной рубашке помещены переливная труба и труба для интенсивной циркуляции теплоносителя. В пространстве между дном корпуса и дном емкости установлен трубчатый змеевиковый охладитель 12, вводные патрубки которого соединяются с магистралью для рассола.
В корпусе под змеевиком размещен барботер для подогрева воды паром.
В емкости расположены мешалка 11, соединенная непосредственно с валом электродвигателя, и нагнетающее устройство.
Универсальная ванна снабжена поплавковым устройством регулятора уровня, который при полном заполнении автоматически отключает насосы, и дистанционным термометром, размещенным в термопатроне. Вся контрольная аппаратура смонтирована на специальном пульте.
Ванна длительной пастеризации (рис. 10, б) вместимостью 600 л представляет собой рабочую емкость 1, которая изготовлена из нержавеющей стали. Рабочая емкость установлена в корпусе. Рубашка 10 предназначена для пароводяного обогрева через теплопередающую поверхность. Под корпусом рабочей емкости размещено устройство, представляющее собой кольцо из трубы с отверстиями для выхода пара.
Избыток воды в рубашке, возникающий при конденсации пара, удаляется через переливную трубу 9. Наружная емкость с внешней стороны закрыта кожухом.
Воздушная прослойка между кожухом и наружной емкостью выполняет функции теплоизоляции.
Внутри рабочей емкости установлена мешалка пропеллерного типа 2, которая приводится во вращение от привода. Последний состоит из электродвигателя 4 и фрикционного редуктора 5.
Некоторые ванны длительной пастеризации вместимостью 1000 л
22
Рис. 10. Ванны универсальная и длительной пастеризации:
а — универсальная ванна; 1— стойка; 2 — кран для выпуска продукта; 3 — душевое устройство; 4 — приемник; 5 — выдвижная площадка; 6 — редуктор; 7 — рабочая емкость; 8 — рубашка; 9— изоляция; 10 — корпус; // — мешалка; 12 — змеевик; 13 — переливная труба; 14 — коллектор; 15 — паропровод
б — ванна длительной пастеризации: / — рабочая емкость; 2 — мешалка; 3 — насос; 4— электродвигатель; 5 — редуктор; 6 — труба для поступающего молока; 7 — кривошипно-шатунный механизм; 8 — край для слива молока; 9 — труба для слнва воды; 10 ~ водяная рубашка
имеют устройства для орошения в виде кольца из трубы с отверстиями. Вода в это устройство подается центробежным насосом. Нагретая паром вода из рубашки нагнетается насосом в устройство для орошения и из него на стенку внутреннего резервуара. Обтекание стенки рабочей емкости водой улучшает теплообмен.
23
ЕМКОСТИ И ЕМКОСТНЫЕ АППАРАТЫ МЕЖОПЕРАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Емкости межоперационного назначения, устанавливаемые в технологических линиях, применяют в качестве накопителей продукта (накопительные емкости) для бесперебойной работы последующей машины или аппарата, а также в качестве уравнителей (уравнительные емкости) для поддержания постоянного уровня продукта и равномерной подачи продукта в последующую машину или аппарат.
Накопительные емкости изготовляют из листовой стали или алюминия. Их вместимость 400—2000 л. В одной из боковых стенок расположен патрубок для выхода молока. Для полного опорожнения бака днища делают с уклоном 1/40—1/50.
Уравнительная емкость (рис. 11) представляет собой емкость 1 с -днищем и съемной крышкой. Внутри нее размещен поплавок 2, обеспечивающий постоянный гидростатический напор, а следовательно, и равномерный выпуск продукта в аппарат или технологическую линию.
Емкостный аппарат вертикальный промежуточного хранения в асептических условиях (рис. 12) обеспечивает условия хранения молока, при которых попадание в продукт микроорганизмов исключено. Вместимость рабочей емкости до 20 000 л и рабочее давление до 2,7 • 106 Па. В последнее время такие аппараты получают распространение. Они могут быть вертикальными и горизонтальными.
Каждый емкостный аппарат снабжен рубашкой для охлаждающей воды, внутренними распылительными соплами для автоматической
Рис. 11. Уравнительная емкость с поплавковым регулятором уровня: 1 — емкость; 2 поплавок; 3 — клапан; 4 — втулка клапана
Рис. 12. Емкостный аппарат промежуточного хранения в асептических условиях:
1 — трубопровод для молека; 2 — трубопровод для сжатого воздуха; 3 — фильтры (воздушные); 4 — рабочая емкость
24
1, 2 — емкости хранения; 3, 4, ё, 6 — разливочные машины; 7 — фильтр для очистки воздуха;
3 — разбрызгиватель моющих растворов; 9 — центробежный иасос
безразборной мойки, лазом, пневматическим уровнем и трубопроводами для подачи продукта, сжатого воздуха и моющего раствора. В комплект оборудования входят также воздушный компрессор, приборы для автоматического регулирования давления и клапаны.
Постоянное давление на выходе регулируется автоматическим регулятором давления, работающим на не содержащем масла воздухе из компрессора. Перед поступлением в емкостный аппарат воздух очищается в двух фильтрах. Продукт может подаваться либо в аппарат, либо по обводному трубопроводу на фасовку.
Емкостный аппарат в установках для стерилизации молока (горизонтальный) выполняет функцию буфера между стерилизатором и последующим аппаратом (обычно упаковочной машиной). Схема коммуникаций показана на рис. 13.
Емкостный аппарат в установках для стерилизации молока (горизонтальный) промежуточного хранения автоматически обеспечивает заданное давление для продукта независимо от давлений в других узлах оборудования.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
Основные расчетные характеристики емкостей технологического назначения определяются условиями теплообмена и перемешивания продукта. Исходя из условий теплообмена, определяют продолжительность процесса, баланс тепла и количество тепло- или хладоно-сителя, а исходя из условий перемешивания, — мощность, необходимую для работы перемешивающих устройств.
Количество теплоты Q (в Дж) определяют по формуле ?
Q = kF (t — t0) dt,
где t — температура продукта в аппарате, К; /0 — средняя температура охлаждающей воды, К; Л — бесконечно малый промежуток времени.
25
Температура молока за период dx изменится на dt, а количество теплоты, отданной молоком, составит mcdt. Следовательно, при отсутствии потерь
— mcdt = kF (t — tB) dt.	(4)
Если считать коэффициент теплопередачи k величиной постоянной, то после разделения переменных получают d(t — t0) = dt'-
— dt/(t — tB) = [kF/(me)] dr;
— d(t — tB)/(t — t0) = [kFI(mc)] dt.
После интегрирования в пределах от /,,ач до /кон:
fKOH	X
d In (t — t0) = [kF/(mc)] j dt;
Фач	°
In (Фон ^o) 4" In (Фач — Ф) = [kF / (me)] t;
lg [(Фач ФЖФон	Ф)! — [®’4343/(me)] t,
где ^4 и /кои — начальная и конечная температуры продукта, К; F — поверхность теплообмена, м2; т — количество молока, кг; т — продолжительность процесса, с: с — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг • К).
Коэффициент теплопередачи k при неподвижном продукте принимается равным 120—150 Вт/(м2 • К), а при циркуляции, создаваемой мешалкой, — примерно в 1,4—1,5 раза выше.
Из соотношения (4) определяется продолжительность процесса по заданной вместимости и режиму теплообмена.
Охлаждение или нагревание продуктов в емкостях технологического назначения, осуществляемое с помощью рабочих сред — теплоносителей, можно представить уравнением теплового баланса
Q = тс (t2 — to = твсв (t9 — t3),
где т, тв — масса продукта и теплоносителя (воды), кг; с, св — удельная теплоемкость продукта и теплоносителя, Дж/(кг • К); tj, t2 — начальная и конечные температуры продукта, К; t3, t4 — начальная и конечная температуры теплоносителя, К.
Количество воды тв (в кг/ч), необходимой для теплообмена, рассчитывают по формуле
тв = 3600(2/[св( tKB-tHB)Tj,
где /к.в , tn.B — конечная и начальная температуры воды, К.
Мощность, необходимую для работы перемешивающих устройств, рассчитывают по следующим формулам:
мешалка пропеллерного типа
,, л л.	2>78 °’78 °'22
NM = 0,01 Ad	п р т]
лопастная горизонтальная мешалка
Лф = 0,038^p/in3d* z;
26
лопастная вертикальная мешалка
= О.ОЗвфри’гй ( d* - d*) ;
решетка
Wp = 0,098p/izn3[((7?H + Яв)/2 + тиЪ)* - ((/?н + /?В)/2)Д,
где А — коэффициент, равный 1,5—2,0; d — диаметр мешалки, м; п — частота вращения мешалки, об/мин; р — плотность жидкости, кг/м3; t] — динамическая вязкость жидкости, Па-с; ф — коэффициент, зависящий от соотношения размеров лопасти; h — высота лопасти, м; d„ — диаметр лопасти, м; г — число лопастей; dH, dB — наружный и внутренний диаметры, м; 7?н, ₽в — наружный и внутренний радиусы; м; ты — количество отдельных элементов мешалки; 5 — толщина элементов мешалки, м.
Коэффициент ф, зависящий от соотношения размеров лопасти, выбирают из данных, приведенных ниже:
r/h	1	2	4	10	18	—
ф	1,1	1,15	1,19	1,29	1,4	2,0
При подборе электродвигателя мощность его берется с запасом на 50% против расчетной.
Пропускная способность ванны М (в м3) характеризуется формулой
М = К-Ссм/Тц,
где V — вместимость ванны, м3; тц, тсм — продолжительность цикла и смены, мин.
Продолжительность цикла, устанавливаемая в соответствии с технологическими требованиями, зависит от продолжительности наполнения и опорожнения емкости.
Технологический расчет накопительных и уравнительных емкостей заключается в проверке соответствия конструкций и размеров входного и выпускного патрубков при заданном их наполнении производительности последующего аппарата. При этом справедливо соотношение	____ ___________
> М,
где ф — коэффициент истечения из насадка; /Т и /2 — площади поперечного сечения входного и выходного патрубков, ма; Н, и Н2 — напор перед входным и выходным патрубками, Па.
Таким образом, возможное количество продукта, подаваемого в аппарат, должно превышать действительно необходимое. Возможность переполнения накопительной и уравнительной емкостей исключается. Они снабжаются поплавковыми регуляторами, размещаемыми на входе продукта.
Глава III- ТРУБОПРОВОДЫ, НАСОСЫ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ
Трубы и соединительные части к ним образуют трубопроводы, по которым транспортируются маловязкие, высоковязкие и сухие молочные продукты. На трубопроводах устанавливают арматуру, необходимую для регулирования расхода и давления среды, измене-
27
пня направления движения и впуска в аппараты и коммуникационные ДИННИ.
Коммуникационные линии представляют собой системы трубопроводов с арматурой. На коммуникационных линиях можно устанавливать элементы или датчики автоматических приборов для контроля и регулирования температуры, давления, уровня и расхода жидкости.
В качестве побудителей движения продукта применяют специальные насосы для перемещения молока и жидких молочных продуктов, а также воздушные нагнетательные или вакуумные в пневматических транспортных системах.
ТРУБОПРОВОДЫ
Трубопроводы, применяемые на молочных заводах, должны быстро разбираться и собираться, а также быть доступными для мойки и чистки. Материал, из которого они изготовлены, должен быть стойким против воздействия на них молочных продуктов и моющих растворов.
Трубы, используемые для перемещения молока и молочных продуктов, изготовляют из нержавеющей стали, меди и алюминия. Медные грубы обязательно покрывают слоем пищевого олова. Металлические трубы изготовляют длиной 2,5—3 м, диаметром 25, 35, 50 и 75 мм, толщина стенок 1—2 мм.
В последнее время получили широкое распространение стеклянные трубы, а также трубы из полимерных материалов.
Стеклянные трубы выпускают длиной 1,5—3 м. Внутренний диаметр их 37—100 мм, толщина стенок 4—8 мм. В зависимости от диаметра труб, конструкции и материала стыкового соединения стеклянные трубы можно эксплуатировать при рабочих давлениях (2 4- 5)106 Па и температурах 30—50°С. Резкий температурный перепад (тепловой удар) не превышает 60—70°С. При температурах выше 70—80°С в стыковых соединениях необходимо применять термостойкую резину.
Обычно соединение стеклянных труб болтовое, но иногда применяют фланцевое, безболтовое фланцевое и со стягивающей муфтой на резьбе.
Металлические и стеклянные трубы имеют повсеместное распространение. Реже используются металлические трубы с внутренним покрытием из стекла. Наряду с высокой прочностью металла они обладают химической стойкостью стекла. Толщина слоя стекла в трубах 0,1—0,3 мм.
Для перемещения молока на большие расстояния (подземный мо-локопровод) применяют трубы из полимерных материалов (винипласта, полиэтилена и др.). Они легки, прочны и обладают высокой химической стойкостью. Трубы из винипласта рассчитаны на рабочее давление до 2,5 • 105 Па (с условным проходом 6—60 мм). Трубы из полиэтилена низкой плотности с наружным диаметром 10—160 мм бывают трех типов: Л — легкие (условное давление до 2,5 • Ю5 Па);
28
Рис. 14. Система трубопроводов блока емкостей хранения молока:
1 — емкости хранения блока; 2 — трубопроводы для наполнения емкостей; 3 — трубопроводы для выпуска из емкостей молока; 4— клапаны распределительные; б — клапаны отсечные
С — средние (условное давление 6 • 105 Па); Т — твердые (условное давление 100 • 10Б Па).
Применяют также трубы из полиэтилена высокой плотности, отличающиеся от труб из полиэтилена низкой плотности большой механической прочностью, жесткостью и более высокой теплостойкостью Они сохраняют свои качества при нагревании до 70°С. Трубы из полиэтилена в 8 раз легче стальных и в 2 раза легче труб из винипласта.
К основной арматуре труб относят краны проходной, трехходовой и трехмуфтовый, прямой тройник, тройник двухмуфтовый, соединительные муфты, отводы двух- и одномуфтовые, а к автоматически действующей - краны с дистанционным управлением в совокупности с сигнализаторами уровня, протока и температуры, предназначенными для автоматического и дистанционного управления потоком молока в трубопроводах.
На трубопроводах для молока устанавливают приборы технологического контроля: сигнализаторы протока молока, сигнализаторы
29
качественной (кислотность, температура) и количественной (счетчики) оценки продукта в потоке.
На рис. 14 показана система трубопроводов блока емкостей хранения молока.
Система состоит из четырех емкостей хранения молока. В то время как первая емкость наполняется, вторая освобождается от продукта, в третьей емкости в это же время происходит мойка, а четвертая подготовлена к заполнению. В течение цикла осуществляется мойка системы освобожденных от продукта трубопроводов.
Переключатель подлежащей очистке емкости вводится в действие по заданной программе. При этом клапаны трубопровода, по которому поступает продукт, закрываются, а выпускной клапан открывается.
В состав системы входят клапаны отсечного типа и распределительный. Обычно клапан отсечного типа в закрытом положении удерживается пружиной. Егр открытие осуществляется сжатым воздухом. Распределительный клапан можно использовать и как клапан отсечного типа. Такой клапан может иметь и больше (до пяти) присоединений к блоку емкостей. Корпус распределительного клапана имеет два патрубка для подвода сжатого воздуха. При его поступлении вверх тарелка клапана прижимается к нижнему гнезду. Когда подача сжатого воздуха прекращается, пружина возвращает тарелку клапана в верхнее положение. В некоторых случаях пружина может отсутствовать, тогда сжатый воздух поступает попеременно в верхнюю часть системы и тем самым клапан выполняет функции распределителя.
НАСОСЫ
В молочной промышленности применяют насосы различных типов и конструкций.
В зависимости от конструкции различают центробежные, роторные, мембранные и поршневые насосы.
Центробежные насосы
Их применяют для маловязких однородных продуктов (молоко, обезжиренное молоко и сыворотка).
Выпускают центробежные лопастные (одноступенчатые с одной лопастью и многолопастные), дисковые и самовсасывающие насосы. КПД одноступенчатых насосов 0,4—0,5, двухступенчатых —0,7—0,8. Производительность центробежных насосов для молока до 50 м8/ч. Они конструктивно просты, компактны, доступны для мойки, легко разбираются и собираются. Привод осуществляется непосредственно от вала электродвигателя. Частота вращения рабочего органа 15—30 с"1.
Принцип действия лопастных и дисковых центробежных насосов одинаков. При быстром вращении лопаток или дисков развивается центробежная сила, под влиянием которой жидкость отбрасывается к периферии камеры насосов, а из нее поступает в нагнетательный
30
Рис. 15. Центробежные дисковые насосы:
а — одноступенчатый: 1 — нагнетательный патрубок; 2 — электродвигатель; 3 — насадка; 4 — кронштейн; 5 — торцевое уплотнение; 6 — сальник; 7 — корпус; 8 — рабочее колесо; 9 — всасывающий патрубок;
б — схема поступления продукта в двухступенчатый иасос: / — диск первой ступени; 2 — перепускной канал: 3—второй диск
трубопровод. Освободившееся от жидкости центральное пространство этой камеры заполняется жидкостью, поступающей по всасывающему трубопроводу под действием атмосферного давления на свободную поверхность.
Лопастные насосы изготовляют с прямыми и загнутыми назад лопатками, которые могут быть размещены на валу или на диске, установленном со стороны электродвигателя. Лопастные насосы нагнетают жидкость на относительно небольшую высоту (5—10 м). Как правило, они не обладают способностью самовсасывания, поэтому работают под заливом.
Дисковые насосы бывают одно- и двухступенчатыми.
В корпусе дискового одноступенчатого насоса (рис. 15, а) размещен диск с направляющими каналами диаметром 10—15 мм. Конец вала электродвигателя удлинен насадкой 3, на которую насажен стакан диска. В задней стенке стакана расположены отверстия для молока, проникшего в пространство. Создаваемый дисковыми насосами напор достигает 30 м и более.
Дисковые двухступенчатые насосы (рис. 15, б) создают напор до 100 м. Они представляют собой две последовательно размещенные камеры, в каждой из них создается определенный перепад давления, вследствие чего напор увеличивается в 1,5 —1,8 раза.
Самовсасывающий насос (рис. 16, а) можно отнести к центробежным. Рабочий орган насоса, выполненный в виде ротора / с прямыми или изогнутыми лопатками, установлен эксцент-
31
Рис. 16. Самовсасывающий насос (типа во до кольцевого насоса):
(1 — общий вид: / — ротор; 2 — вал; 3 — крышка; 4 — пробка; 5 — фланец; б —» электродвигатель;
б — схема работы: / — входное окно; 2 — выходное окно
рично к корпусу. Перед первым пуском в камеру насоса заливают жидкость. При небольших перерывах в работе жидкость из насоса можно не удалять.
При вращении рабочего колеса насоса жидкость под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса и образуется жидкостное кольцо (рис. 16, б). Лопасти рабочего колеса, поочередно погружаясь в жидкостное кольцо, выходят из него. В пространстве между погруженными в жидкость лопастями создается разрежение, или сжатие. Сторона, на которой создается разрежение, является всасывающей. На ней расположено всасывающее отвер стие, а на противоположной — нагнетательное.
В начале работы насос откачивает воздух из патрубка, в результате чего жидкость поступает в камеру.
Самовсасывающий насос производительностью 13 м3/ч при температуре 80°С может всасывать молоко на высоту 3 м и подавать жидкость на высоту 9—11 м.
Роторные насосы
Их применяют для продуктов вязких однородных (сгущенное молоко, сливки, смеси для мороженого и молочно-белковые), высоковязких однородных (высокожирные сливки), пластичных однородных мягких разрушающихся (кисломолочные продукты) и легкоизменяю-щихся при механическом воздействии (творог, сырное зерно в сыворотке).
Роторные насосы для молочных продуктов бывают шестеренные, винтовые, шиберные и кулачковые.
Шестеренные насосы могут быть с внутренним и внешним зацеплением шестерен (рис. 17).
У шестеренных насосов с внутренним зацеплением (рис. 17, а) ведущим органом является зубчатый диск (или внутренняя зубчатка). Вращаясь, он приводит в движение зубчатый диск. При этом жидкость из всасывающего патрубка поступает в пространство между
32
Рис. 17. Роторные шестеренные насосы:
а — с внутренним зацеплением: 1 — крышка; 2 — малая шестерня; 3 — большая шестерня; 4 — нагнетательный патрубок; 5 — корпус; 6 — электродвигатель; 7 — всасывающий патрубок; б — с внешним зацеплением: 1 — нагнетательный патрубок; 2 — ведущая шестерня; 3 — всасывающий патрубок; 4 — цапфы; 5 — подшипник; 6 — зазор; 7 — передняя крышка; 8 — уплотнение; 9 — задняя крышка; 10 — вал
зубьями шестерен и перемещается ими по периферии к нагнетательному патрубку. В результате зацепления шестерен жидкость вытесняется в нагнетательный патрубок.
Серповидный вкладыш (съемный или вмонтированный в крышку насоса) предотвращает обратное движение жидкости и смещение ше- стерен, а также облегчает сборку насоса. При нарушении гладкой поверхности зубьев или неточном изготовлении их происходит зажим жидкости, что может привести к аварии. Чтобы избежать зажима жидкости, в некоторых насосах во впадинах между зубьями шестерен имеются специальные каналы для ее отвода.
Частота вращения шестерен от 3—6 до 20—23 с"1. КПД 0,6—0,75.
На рис. 17, б показан насос с внешним зацеплением для нагнетания молока после осаждения белков. Шестерни насоса имеют по восемь зубьев. Сгусток, поступающий через всасывающий патрубок, заполняет объемы, образованные впадинами зубьев и торцевыми сторонами крышки, и перемещается к противоположной стороне. Здесь зубья шестерен приходят в зацепление и жидкость вытесняется в линию нагнетания.
2—1275
33
Продукт
Рис. 18. Роторный одновинтовой насос:
/ — станина; 2 — тахометр; 3 — дисковый вариатор; 4 — фланец; 5 — обойма; б — винт; 7 — муфта; 8 — электродвигатель
Одновинтовой насос (рис. 18) по сравнению с шестеренным в меньшей степени воздействует на продукт. При этом не происходит существенного изменения структур или качественных изменений. Насос снабжен приводом с дисковым вариатором. В корпусе насоса установлены обойма 5 и фланец 4, с помощью которого осуществляется уплотнение между корпусом и фланцем, а также предотвращается поворачивание обоймы во время работы. Рабочим органом насоса является винтовая пара —винт 6 с обоймой. Дисковый вариатор 3 позволяет изменять частоту вращения от 16 до 9 с'1.
При работе насоса продукт перемещается винтом по спирали, образуемой свободными полостями обоймы. Производительность насоса до 5 м3/ч творожного сгустка, давление нагнетания до 2 • 105 Па и потребляемая мощность 1,5 кВт.
Шиберные насосы (рис. 19) обычно небольшой производительности (до 1000 л/ч), относительно тихоходные (0,6 с-1) в создающие напор до 2 • 106 Па.
34
Рис. 19. Роторный шиберный насос: 1 — всасывающий патрубок; 2 — корпус на-сос.а; 3 — ротор; 4 — шиберные пластины; 5 — нагнетательный патрубок
Рис. 20. Роторный кулачковый насос:
1 — предохранительный клапан; 2 — трубопровод; 3 — зуб ротора; 4, 5 — патрубки
В этих насосах при вращении ротора шиберы, выходящие из пазов, прижимаются к стенкам корпуса под действием центробежной силы. В тех случаях, когда центробежная сила недостаточна (при малой частоте вращения или высокой вязкости продукта), устанавливаются пружины, которыми шиберы выталкиваются. При вращении ротора объем камер постепенно уменьшается и продукт выходит в нагнетательный патрубок. Таким образом, при подаче продукта из полости всасывания в полость нагнетания уменьшается объем между шиберами, вследствие чего и создается давление нагнетания.
Кулачковые насосы (рис. 20) бывают низкого давления — до 6 • 104 Па —и высокого —от 6 • 10® до 20 • 10® Па. Частота вращения 0,25—7 с-1. Производительность до 40 м3/ч. Рабочими органами этих насосов являются два ротора, приводимые в движение от электродвигателя через передаточный механизм.
В результате обработки продукта такими насосами структура или консистенция изменяются незначительно.
Мембранные насосы
Мембранные насосы (рис. 21) предназначены для перекачивания сливок повышенной жирности, мо-лочно’белковых смесей и закваски.
При движении поршня с мембраной попеременно создается пониженное или повышенное давление. В первом случае открывается всасывающий клапан и продукт поступает в насос, во втором при избыточном давлении, достаточном для подачи продукта в нагрева-
Рис. 21. Мембранный насос:
1 — клапаны; 2 — гайка;	3 — мембрана;
4 — поршень; 5 — шатун
2*
35
Рис. 22. Насос-дозатор:
1 — электродвигатель; 2 — вариатор скорости; 3 — дозатор закваски; 4 — крышка; 5 — иасос; 6 — редуктор; 7 — подставка
тельный патрубок, всасывающий клапан закрывается. Производи-тельность до 1000 л/ч, рабочее давление до 1,5 • 105 Па. Высота всасывания до 0,3 • 10® Па.
Поршневые насосы и насосы-дозаторы
Поршневые насосы применяют для подачи жидкости в форсунки распиливающих устройств сушильных установок, при транспортировке молока на дальние расстояния, для закачивания молока в систему и когда требуется преодолевать значительные противодавления (10-4-100) 10® Па. Обычно это насосы трехцилиндровые, состоящие из станины, блока цилиндров с клапанами кривошипно-шатунного механизма с плунжерами. Электродвигатель сообщает движение шкиву, посаженному на коленчатый вал насоса, колена которого смещены на 120° по окружности.
Несколько плунжеров обеспечивают равномерную подачу продукта в трубопровод. Вследствие смещения хода плунжеров нагнетание и всасывание молока происходит поочередно. Для этой же цели на нагнетательном трубопроводе устанавливается воздушный колпак.
Плунжер совершает 75—100 возвратно-поступательных движений в минуту. Насос работает и на всасывание. Допустимая высота вса-36

С 1 схемный КПД насоса 0,70— сывания не должна превышать о—7 м. иоъемн
I ’ Насос-дозатор (рис. 22), состоящий из ^^^родукт? ^вьюоко-’ рующего устройства, осуществляет перемещен * 'ной закваСки.
жирных сливок) и синхронную подачу в никой е	. Ю6 Па
При производительности насоса до 1200 л/ч и ___
производительность дозирующего устройства ель i конусный
Основными узлами насоса являются электрки{, едуктор 6. фрикционный вариатор скорости 2 и	плунжерный насос,
Дозирующее устройство представляет сооо	ный насос
размещенный на крышке 4 корпуса редукто) • и вагнетатель-состоит из рабочего цилиндра, плунжера, всасыи
ного патрубков с резиновыми клапанами. ктродвиГателя через
Плунжер приводится в действие от общСГ”*ательное движение вариатор скорости 2 и редуктор. Возвратно по у	ем валу ре.
плунжеру сообщается кулачком, Установлены П03в£ляеТ изменЯть дуктора. Кулачок имеет переменный профиль, льность Д03ирую-длину хода плунжера, а следовательно, и ПР01'и„оНТальной плоскости щего устройства при его перемещении в гор>и.	винтом> которые
специальными направляющими и регулирую	регулиро-
размещены на крышке корпуса редуктора. 1Ф J-релке) дозирующее вочного винта в одном направлении (по часовик ичивается, устройство перемещается вправо и ход плу наем< бактериаль-в результате чего увеличивается количество " " о устройства ной закваски, и наоборот. При перемещении Д Р* возвратно-посту-в крайнее левое положение плунжер не совер ски преКращает-пательного движения и подача бактериальном	обыкновенный
ся. Таким образом, насос-дозатор может работе масла) насос (например, при выпуске сладкосливочно
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ
гортся вследствие рззно-
При транспортировке продукт перемешав	или разре.
стеи между давлениями, создаваемыми сжатие перемещения жид-жением. Пневматическую систему использую* “ а также для вы-ких продуктов (молока) и твердых (сухого моли /,
Рис. 23. Принципиальная схема подземного молОК°^°Ор°^ _ центробежный на-1 — весы для взвешивания молока; 2 — бак для мокшего ^рЫЗГОуловитель; 1 — воздухоох-сос; 4, // — емкости хранения; 5 — угольный фильтр; 6 для молока ладитель; 8 — маслоотделитель; 9 — компрессор; Ю — счетч
37
В атмосферу
Рис. 24. Принципиальная схема пневматической всасывающей системы для транспортировки сухого молока (линии подачи молока в бункер и на фасовку): /, 12, 13 — приемные устройства; 2, 14—матерналопроводы; 3, 15 — цнрлоны-разгрузнтели, 4— бункер; 5, 17 — батареи; 6, 18 — фильтры; 7, 19 — вентиляторы; 8, 20—глушители шума; 9, 16 — воздухопроводы; 10, 21 — шлюзовые затворы; 11, 22 — клапаны переключения воздухопроводов; 23 — двухходовые переключатели
грузки масла, сырной массы и т. д. Во всех случаях минимальная разность между давлениями на напорной стороне и участке приема продукта должна обеспечить создание необходимых скоростей движения продуктов.
В последнее время используется пневматическая система, предназначенная для подземной транспортировки молока непосредственно из хозяйств на завод, а также от сливных пунктов или же от хозяйств на сливной пункт (рис. 23). В молокопроводе две трубы: одна для подачи молока, другая —воздуха. Трубы между собой закольцованы для того, чтобы можно было сжатым воздухом с фермы на завод подавать молоко, а с завода на ферму —моющие растворы. Резиновые шарики выполняют функции поршней. Возможно обратное движение обезжиренного молока или сыворотки с завода на ферму для использования в сельском хозяйстве. Мойка осуществляется без-разборно с помощью моющих средств и резиновых шариков.
Сжатый воздух для продавливания молока по трубам подвергается очистке. Он должен быть сухим и охлажденным после сжатия в компрессоре 9. Для этого воздух предварительно проходит через маслоотделитель 8, воздухоохладитель 7, брызгоуловитель 6 и угольный фильтр 5. Давление воздуха, выходящего из компрессора, уменьшается до требуемого.
Обе трубы молокопровода укладываются в одной траншее шириной 0,5 м. Глубина укладки должна быть ниже глубины промерзания грунта.
38
На способности газа при движении по трубам с определенной скоростью перемещать сыпучие материалы (сухое молоко, сахар) во взвешенном состоянии основано перемещение по пневматической транспортной системе. Применяют всасывающие и нагнетательные системы транспортирования сухого молока.
Всасывающая система (рис. 24) включает в себя две пневматические линии производительностью 550 и 600 кг/ч. Одна линия предназначена для подачи сухого молока в промежуточный бункер, а другая —для подачи сухого молока на фасовку.
При работе линии для подачи сухого молока в промежуточный бункер сухое молоко из сушилки поступает в приемное устройство 1, из которого струей воздуха по материалопроводу 2 передается в циклон-разгрузитель 3. Из него молоко через шлюзовой затвор 10 поступает в бункер 4. Воздух из циклона-разгрузителя 3 по воздухопроводу 9 поступает вначале на предварительную очистку в батарею 5, а затем по воздухопроводу — в фильтр для очистки от остатков сухого молока. Очищенный вентилятором 7 воздух через глушитель 8 аэродинамического шума удаляется в атмосферу.
Линия транспортировки сухого молока из промежуточного бункера на фасовку работает следующим образом. Сухое молоко подается в приемные устройства 12 и 13. По материалопроводу 14, расположенному вертикально, оно поступает сначала в циклон-разгрузитель 15, а затем через шлюзовой затвор 21 — в бункер для фасовки. Из циклона-разгрузителя 15 по воздухопроводу 16 воздух подается в батарею 17 для предварительной очистки и по воздухопроводу —
Рис. 25. Принципиальная схема нагнетательной системы для транспортировки сухого молока (линии подачи в промежуточный бак и на фасовку):
1, 12, 13—приемные устройства; 2, 14—материалопроводы; 3, 15 — циклоиьиразгрузители; 4 — бункера; 5, 16 — воздухопроводы; 6, 17 — батареи; 7 — фильтр; 8, 18 — вентиляторы; 9 — глушитель шума; 10, 19 — шлюзовые затворы; 11, 20 — клапаны переключения воздухопроводов; 14 — двухходовые переключатели
39
в матерчатый всасывающий фильтр 18 для окончательной очистки. Вентилятором 19 очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.
Нагнетательная система показана на рис. 25. В этих системах дополнительная очистка воздуха в фильтрах не предусматривается. Из циклона-разгрузителя он возвращается в систему. Из бункера 4 через шлюзовой затвор 10 сухое молоко поступает в приемное устройство 12. Далее оно транспортируется струей воздуха по двум материалопроводам 13 в циклон-разгрузитель 15, размещенный над автоматами для фасовки. Подача продукта к одному из шести циклонов-разгрузителей регулируется двухходовым переключателем 14.
Воздух по воздухопроводу 16 направляется для очистки от остатков сухого молока в батарею 17, а затем поступает в вентилятор 18, которым нагнетается в приемное устройство 12 для повторения цикла. В систему свежий воздух подается через специальные отверстия в трубопроводе.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
Расчет трубопроводов основывается на следующих исходных данных. При перемещении продукта по трубопроводам должна сохраняться неизменность качества продукта. Это достигается правильным выбором режима движения и соответствующими, заданными технологически скоростями движения различных молочных продуктов (молоко, сливки, сгущенное молоко). С учетом количества перемещаемого продукта рассчитывают требуемый диаметр трубопровода.
Режим движения определяется критерием Рейнольдса Re, который находят по формуле
Re = vdh,
где v — скорость потока, м/с; d — диаметр трубы, м; м — кинематическая вязкость продукта, м2/с.
При Re > 2320 режим турбулентный. Устойчивая ламинарность достигается, если Re не превышает 1200—1600.
При выборе скорости движения (в м/с) продукта по трубопроводу учитывают его вид:
Молоко	0,5—1,5
Сливки	0,5
Сыворотка	1 —2
Сгущенное молоко	0.5
Диаметр трубопровода определяют, исходя из расчета расхода продукта М (в м8/ч):
М = ЗбОО/о, где f — площадь сечения трубопровода, м2.
Так как f — nd2) 4, то диаметр трубопровода рассчитывают по формуле
d = /444/(3600 ли) -
40
4»
Не следует устанавливать трубопроводы диаметром менее 25 мм, так, как их трудно мыть и чистить.
Потеря напора в трубопроводе определяется суммой сопротивлений, возникающих при перемещении продукта.
Полное гидравлическое сопротивление Ео (в Па) определяют по формуле
^0 — £тр + 2 6М С ,
где Етр — гидравлические сопротивления трения (прямой трубы), Па; SjM.c — сумма местных сопротивлений (сопротивления в местах поворота потока, сужения или расширения, при входе, выходе и г. д.), Па.
Гидравлическое сопротивление трения (в прямой трубе), обусловленное вязкостью жидкости, определяют по формуле
5тр = Лтр (Ud) (р^/2),
где Лтр — коэффициент трения; / — длина трубопровода, м; d — диаметр трубопровода, м.
Местные сопротивления трения вычисляют по формуле
g = X ро2/2, м.с м-сг *
где Хм.с — коэффициент местных сопротивлений.
При расчете коэффициента трения пользуются следующими фор- • мулами:
при ламинарном режиме движения жидкости
Хтр = 64/Re;
при турбулентном режиме движения жидкости
Лтр= l/(l,8lgRe-l,5)2
или формулой Блазиуса
хтр = 0,3164 / J<Re.
Потери давления Др (в Па) можно определять по следующим формулам:
при движении сырковой массы (А, В. Горбатов).
Ар = 1,6 (l/d) (8МЧ/(я£р) -|- т/3],
где г; — вязкость сырковой массы, Па • с (при 15°С q = 29,4 Па • с); т — предельное напряжение сдвига. Н/м2 (при 15°С т = 981 Н/м2);
при перемещении высокожирных сливок со скоростью 0,142 — 0,550 м/с и температурой выше температуры плавления жира (В. П. Табачников)
Др = [0,9 • 4//(0,625d2/)| (V + 0,57) 0,981,
где t — температура высокожирных сливок. °C.
Местные сопротивления С можно определить по следующим формулам:
41
для поворотов трубопровода
С = С90<р/90 = [о, 131 + 0,16 (d/R)3’5 (у/90)] ,
где С — коэффициент местного сопротивления на изгибе; С90 — коэффициент местного сопротивления на повороте на 90°; <р — угол поворота, град (<р = 90°); R—радиус поворота трубопровода, м;
для расчета местного сопротивления колена, угольника и тройника
С = 0,946 sin8 (0/2) + 2,05 sin (у/2);
при внезапном расширении и сужении
где/х//2— отношение площадей расширенной и суженной частей трубопроводов.
Местные сопротивления зависят от вязкости жидкости. В связи с этим в формулы коэффициентов местного сопротивления необходимо вводить коэффициент [3, который определяют по формуле
Р = Г^м/^в ’
где vM, vB — кинематическая вязкость молока и воды, м2/с.
При перемещении молока по трубам из полимерных материалов расчет потерь напора в трубах осуществляют с учетом материалов, из которых эти трубы изготовлены.
Требуемый напор для перемещения жидкостей определяют по формулам 
по трубам из винипласта
юоо/ = 0,25/и1’774/ d4’774;
1000/ = 0,32/И1’75/ d4’65 ,
где / — гидравлический уклон (потери); d — расчетный внутренний диаметр, дм;
по трубам из полиэтилена
1000/ = 0,27М1’78/ d4’78.
Производительность Мо (в м8/'с) для всех насосов выражается унифицированной формулой
Мв = Vn  60т;,
где |/ — объем продукта, подаваемого насосом за один оборот (ход поршня): М3; п — частота вращения (число ходов поршня), с"1; т) — коэффициент объемного наполнения.
Объем продукта V —это объем камеры насоса или камер (исключая центробежные насосы), определяется геометрически.
Для центробежных насосов должны быть учтены зависимости между производительностью /Ио, напором Н и частотой вращения п:
Мг1М2= nt/n2; НцШ2— n2t/ ; N j / N, — п\/ п%.
42
В роторных насосах следует учитывать возможное падение производительности, если перекачиваемая жидкость отличается от молока повышенной вязкостью. В этом случае производительность можно определить ориентировочно по формуле
Мх = (Л^о/^о) П — (* —’lo) О'Лч)], где Мх — производительность насоса при измененной вязкости жидкости vj и давлении нагнетания р, л/с; Мо — производительность насоса при вязкости молока v и давлении нагнетания р, л/с; т)0 — объемный КПД при вязкости v и давлении р.
Создаваемый центробежным насосом напор Н (в м) можно рассчитывать по упрощенной формуле
= <ft)2m/(2g),
где <р — коэффициент напора (<р = 0,8 4- 0,85); v — окружная скорость вращения рабочего колеса или диска, м/с; т — количество последовательно расположенных дисков.
Напор, создаваемый роторным насосом, может быть большим и может поднять жидкость на любую, практически необходимую высоту. При износе ротора и увеличении торцевых зазоров происходит утечка жидкости, в результате чего производительность, напор и КПД уменьшаются.
Правильная работа насосов возможна при условии непрерывности потока жидкости на всех участках перемещения. Разрывы потока не только нарушают работу насосов, но и вызывают ухудшение качества перемещаемых продуктов.
Сплошность потока обеспечивается при условии, что
p/ge > Po/gP — z0 — v2/(2g) — h0, где p — предельное давление, соответствующее кипению жидкости при заданных температурах, Па; рв — атмосферное давление жидкости (обычно наибольшее), Па; z0 — высота столба жидкости, м.
Разрыв потока возможен на всасывающей и нагнетательной линиях. Однако большая вероятность разрыва на всасывающей линии. Поэтому необходимо соблюдать соотношение для напора на участке всасывания:
//вс ро — Pt —	с — Ркав>
где pf — давление насыщенного пара всасываемой жидкости, Па; Spc — гидравлические сопротивления, включая напор на сообщение скорости потоку жидкости, Па; Ркав — поправка на кавитацию, Па.
Исходя из этих общих положений, имеются частные формулы для определения предельных частот вращения, обеспечивающих беска-витационный режим работы на линиях всасывания и нагнетания поршневых насосов.
Потребляемая насосами мощность N (в Вт) для всех насосов определяется по формуле
/V = мо (Р — Po)/(36OOiJm).
где Дм — КПД насоса (Щ, = 0,7	0,85).

Мощность, потребляемую насосом, М9Л (в кВт) при изменении вязкости продукта можно скорректировать следующим образом:
Л'9Л = Why,
где Kt — коэффициент запаса (Ki = 1,05	1,2); щ — КПД передачи.
При изменении вязкости перемещаемого насосом продукта потребляемая насосом мощность на валу увеличивается и расчет ее ведется по формуле
= Л? б)Л)о) {| + [бЧо — д)/д] УЧА}»
где — мощность насоса на валу при измененной вязкости продукта и давлении р, кВт; N — мощность насоса на валу при вязкости vi и давлении нагнетания р, кВт; i]o, т] — КПД объемный при вязкости продукта v, и v и давлении нагнетания р.
При расчете пневматических транспортных систем необходимо определить энергетические затраты на перемещение жидкости по трубопроводу, осуществить выбор компрессора, рассчитать полный цикл транспортировки1.
Уравнение баланса энергетических затрат на транспортировку жидкости (молока) по трубопроводам с помощью сжатого воздуха можно представить в виде
Ptw — Ft — F2± fgh2 — P2 = 0,
где PiW — напор, развиваемый воздушным компрессором; Ft — трение резинового шарика о стенки трубопровода, Па; F2 — трение жидкости, Па; Л2 — геометрический напор, м; Р2—сопротивление воздуха, вытесняемого из трубопровода.
Для определения трения резинового шарика о стенки трубопровода используют формулу
Ft = 2Upy/d,
где С — коэффициент трения резинового шарика о стенку трубы; I — длина резинового шарика в деформированном состоянии, м; ру — давление резинового шарика в деформированном состоянии на стенку трубы, Па.
Диаметры резиновых шариков должны быть в 1,5 раза больше внутреннего диаметра трубопровода. Это позволяет отделить воздух от транспортируемой жидкости. При деформации резинового шарика потери напора на трение его о стенки трубы составляют 0,5 • 106 Па.
Потери на трение жидкости ht (в м) можно определить по формуле Дарси —Вейсбаха. Для действительных условий транспортировки в трубопроводах из полиэтилена они находятся по следующей формуле:
h1 = l(l/d)^/(2g).
1 Методика технологического расчета транспортных молокопроводов разработана Г. А. Кончаковским, 3. М. Рабиновичем и И. Р. Соломоновым (ВНИИМС, Гипромолоко).
44
Геометрический напор рассчитывают по формуле
/l2 = Zl —22,
где 2i, г2 — давления в начале и конце трубопровода.
Потери на трение вытесняемого из трубопровода воздуха не превышают обычно 1—2% общих затрат и в расчете могут не учитываться.
Производительность компрессора Л4К (в м®/ч) рассчитывают по уравнению
Л4К = 6Opifvlp0,
где р± — давление воздуха иа резиновый шарик в нагнетательном коллекторе компрессора, Па; f — площадь сечения молокопровода, м2; v — скорость потока молока в трубопроводе, м/с; р0 — давление воздуха перед всасывающим коллектором компрессора, Па.
Продолжительность транспортировки одной порции жидкости определяется суммированием периодов закачки продукта при полном заполнении трубопровода и опорожнения трубопровода. В рабочую продолжительность включается также продолжительность ополаскивания водой и дезинфекции.
При сжатии воздуха изменяются его давление и температура. По технологическим соображениям высокие температуры воздуха не всегда допустимы. Поэтому обычно предусматривается охлаждение воздуха. При этом процесс протекает в изотермическом режиме.
Устойчивое движение порошка с воздухом возможно лишь при достаточной скорости воздуха. Скорость витания (в м/с), т. е. скорость восходящего потока воздуха, при которой масса частиц уравновешивается его подъемной силой, определяется по формуле
авт = К ,
где К — коэффициент (для сухого молока К = 30 4- 40, для сахара К = 80 4-4- 90); р — плотность частиц, кг/м3; d — размер частиц, м; рв — плотность воздуха, кг/м3 (для всасывающих систем рв = 0,8 4- 0,95, для нагнетательных рв = 1,6 4- 2,0).
Расход воздуха AfB (в м3/с) и внутренний диаметр трубопровода связаны между собой зависимостью
/Ив = ?ч/^в/4.
Концентрацию смеси р, т. е. отношение производительности к расходу воздуха, определяют по уравнению
р = Q/(3600Mp).
Необходимые давления воздуха в трубопроводе рассчитывают по формулам:
во всасывающей системе
Рве = I Рн^прив^в/ “ Р>
95
в нагнетательной системе
Рнагн — г 1 Ч"	Р'
где /Прив = Л+^!- сумма геометрической длины и длин, эквивалентных местным сопротивлениям при поворотах, м; dB — диаметр воздухопровода, м; р — давление в приемном устройстве, Па.
Длина, эквивалентная местным сопротивлениям при поворотах принимается в следующих пределах:
Отношение радиусов поворота к диаметру трубы 4	6	10	20
Длина, эквивалентная местным сопротивлениям, м 4—8 5—10 6—10	8—10
Коэффициент Р является функцией значения S:
Р — f (5). S — p./npHBdB/d•
На основании практических данных получено:
5	0	20	40	60	80	100
Р	12	4	3	2	1,5	1,0
Мощность N (в кВт), потребляемую двигателем воздуходувной машины, определяют по формуле
N = <?М/(3600 • 103tj) ,
где <? — удельная работа сжатия воздуха, Дж/м3; М — производительность машины, м3/ч; т) — КПД (т] = 0,9 4- 0,95).
РАЗДЕЛ Б.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА
Глава IV. ФИЛЬТРЫ, ФИЛЬТР ПРЕССЫ
И МЕМБРАННЫЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ
Фильтры и фильтр-прессы предназначены для удаления из молока или молочных продуктов механических примесей, осадка или отдельных составных компонентов, а мембранные фильтрационные аппараты — для разделения молока и молочных продуктов на фильтрат и концентрат.
Основной частью этого оборудования являются перегородки. В фильтрах и фильтр-прессах применяют проницаемые перегородки, а в мембранных фильтрационных аппаратах — полупроницаемые.
В качестве проницаемой перегородки в фильтрах используют металлические сита и ткани различной пористости, а в фпльтр-прес-сах — тканевые перегородки. Металлические сита изготовляют пле-тьевыми и штампованными. Количество отверстий на 1 см2 25—100 размером 0,5—1,5 мм. Живое сечение перегородок до 50%. Для тканевых перегородок используют холст различной пористости (плотности).
Высокая степень очистки достигается при комбинированном применении металлического сита и холста, а также при использовании полимерных материалов, в частности тканей из энанта и лавсана (на 1 см2 — 255 ячеек).
Мембраны, применяемые в качестве полупроницаемых перегородок, можно изготовить на основе целлулоид-ацетата (целлулоид-нитрит) или синтетических полимеров (полиолефин, поливинилхлорид, полиакрилонитрат).
Мембраны, изготовленные на основе целлулоид-ацетата, состоят из рабочего и дополнительного слоев. Рабочий слой из дебелина имеет отверстия размером 1 мкм. Этот слой используется в качестве разделительного. Микрокапилляры мембран пропускают одни молекулы и задерживают другие (в зависимости от молекулярной массы). Дополнительный слой подкладывается под рабочий и служит механической опорой для него. Мембраны, изготовленные из целлулоид-ацетата, выдерживают pH 3—8 и температуру 30—50°С. При температуре выше этого предела стойкость мембран падает вследствие проходящего при этом гидролиза. В результате воздействия кислой или щелочной среды возможны повреждения при низких температурах (около 0°С). Как недостаток следует отметить и высокую атаку-емость перегородки энзимами и микроорганизмами.
Мембраны, изготовленные на основе синтетических полимеров, изотропны или анизотропны. Они выдерживают более высокие температуры (60°С) и изменение pH в широких пределах (1 — 12).
В зависимости от технологических требований применяют различные мембраны. Так, одни мембраны пропускают частицы молекулярной массой 200, другие — до 1000, третьи — до 10 000, 20 000, 30 000 и т. д. Чем ниже молекулярная масса, тем ниже и давление, которое должно быть в аппарате.
ФИЛЬТРЫ И ФИЛЬТР ПРЕССЫ
В молочной промышленности применяют фильтры главным образом для очистки цельного и обезжиренного молока, смесей мороженого от механических примесей, выделения посторонних примесей и белковых частиц.
В фильтр-прессах происходит отделение белковых сгустков после осаждения казеина или альбумина при осветлении сыворотки в производстве молочного сахара, а также выделение кристаллов молочного сахара.
Фильтры для очистки молока бывают открытыми и закрытыми. Производительность открытых фильтров низкая, они быстро засоряются, поэтому применение их ограничено. При фильтрации молоко поступает в закрытые фильтры под давлением 1-Ю6 Па.
Закрытые фильтры (рис. 26) бывают пластинчатыми, дисковыми и цилиндрическими.
В закрытый пластинчатый фильтр (рис. 26, а) молоко поступает через патрубок 6. По каналу, образованному боковыми отверстиями рамок, оно распределяется параллельными потоками по камерам 12 секции.
Секция состоит из трех камер, представляющих собой раму 11 с сеткой и фильтровальной тканью 13. В фильтре две секции: правая и левая. Молоко поступает в них поочередно, переключение секций осуществляется через 10—30 мин трехходовым краном 5. Когда одна секция работает, другую очищают и готовят к работе (меняют фильтровальную ткань).
Молоко фильтруют при 30—35°С. Во время работы периодически открывают краны 4 для выпуска скопившегося в фильтре воздуха. Молоко, просочившееся через уплотнения рам, попадает в сборник 10. В него же через краны 2 спускают оставшееся в фильтре молоко.
Закрытый дисковый фильтр (рис. 26, б) состоит из стального корпуса 8, крышки 5, клапана 4, патрубка 9 для входа молока, набора фильтрующих дисков 3 с отверстиями 2 для выхода молока, фильтровальных прокладок 1, внутреннего стакана 7, обоймы 6, стойки 11, крана 10 для спуска остатков молока из трубы 12.
Молоко поступает в фильтр через патрубок 9, проходит через отверстия 2 в рамах и фильтровальные прокладки 1, а выходит через трубу 12.
В закрытый цилиндрический фильтр (рис. 26, в) молоко поступает под давлением, проходит фильтровальную ткань 6, натянутую на сетки 7 и 8. Через патрубок 9 молоко выходит из фильтра.
Резиновая прокладка 4 крышки 3 обеспечивает герметичность сборки фильтра. Скопившийся воздух выходит через кран 1. На па-
48
Рис. 26. Закрытые фильтры для молока:
а — пластинчатый: 1 — станина; 2 — краны для спуска молока; 3 — шарниры; 4 — краны для выпуска воздуха; 5 — трехходовой кран; 6, 7—патрубки для входа и выхода молока; 3 — зажимы; 9 — крышка секции; 10 — сборник молока; 11 — рамы с сеткой; 12 — камеры; 13 — фильтровальная ткань;
б — дисковый: 1 — фильтровальные прокладки; 2 — отверстия; 3 — фильтрующие диски; 4— клапан для выпуска воздуха; 5—крышка; 6 — обойма; 7 — внутренний стакан; 8~ стальной корпус; 9 — патрубок для входа молока; 10 — край для спуска остатков молока.; // — стойки; /2 —труба для выхода молока;
в — цилиндрический: / — кран для выпуска воздуха; 2— откидные болты; 3 — крышка; 4 — резиновая прокладка; 5 — ивружный цилиндр; 6 — фильтровальная ткань; 7, 8 — сетки; 9 — патрубок для выпуска молока; 10 — труба для слива остатков молока; // — патрубок для впуска молока; 12 — опора
Рис. 27. Фильтры для очистки смеси мороженого:
1 — цилиндр фильтра; 2 — заглушка; 3 — пробковый край; 4 — стойка
Рис. 28. Фильтр для выделения посторонних примесей и белковых частиц:
1, 2— фундаментный болт и стойка; 3, 4 — левый и правый фильтры; 5 — трехходовой кран; 6 — манометр; 7, 17 — болты; 8 — крышка; 9 — винт; 10. 19 — прокладки;
11 — крышка каркаса; 12 — ручка; 13 — корпус фильтра; 14—каркас; 15 — сетка;
16 — планка; 18 — хомут; 20 — выходной патрубок; 21 — входной патрубок; 22 — гайка; 23— заглушка
трубке 11 установлен манометр, по которому контролируется давление. Перед фильтрацией молоко нагревается до 30—40°С- Фильтровальную ткань необходимо менять через 15—30 мин.
При непрерывной работе фильтра в течение длительного времени поочередно работают левая и правая его части.
Фильтр для очистки смеси мороженого (рис. 27), смонтированный на стойке 4, состоит из распределительного устройства с краном 3 и двух находящихся в стаканах сеток. Распределительное устройство изготовляется из бронзы, сетки со стаканами — из нержавеющей стали.
Фильтрующая смесь под давлением, создаваемым насосом, сначала проходит через верхний патрубок в корпус распределительного устройства, а затем поступает в верхнее отверстие корпуса и стакан. Смесь обтекает стакан сверху и выходит через патрубок цилиндра. Отфильтрованная смесь проходит через нижнее отверстие корпуса и нижний патрубок распределительного устройства и поступает в трубопровод. Оба стакана устроены одинаково и работают попеременно — один выполняет рабочую функцию, другой в это время промывается.
Фильтр для выделения посторонних примесей и белковых частиц (рис. 28) также имеет два цилиндрических стакана, которые смонтированы на стойке 4. К ней фильтры прикреплены хомутами. На внутренней стороне корпуса 13 расположен каркас, к которому планками 16 и болтами 7, 17 прикреплена металлическая сетка. Крышка, прижатая к фланцу корпуса винтами, закрывает корпус фильтра 13. Герметичность зазора между крышкой и фланцем обеспечивается прокладкой.
БО
Рис. 29. Фильтр-пресс:
/, 4 — неподвижная и подвижная концевые плиты; 2—плиты; 3 — рамы; 5 — станина; 6— гидравлический зажим; 7 — штуцер ввода суспензди, промывной воды и сжатого воздуха;
8 — кран для вывода фильтрата и промывной водь!
Крышка прижимает каркас с сеткой к прокладке. Входной 21 и выходной 20 патрубки фильтров соединены попарно двумя трехходовыми кранами, что позволяет осуществлять попеременно включение фильтров.
На входном патрубке 21 фильтра установлен манометр. Давление выше 10 —15 - 104 Па предупреждает о том, что фильтр «забит», и его выключают.
Продукт поступает внутрь каркаса, проходит через сетку в пространство между каркасом и корпусом, выходит через патрубок и трехходовый кран 5.
Продолжительность непрерывной работы фильтра 1,5—2 ч при нормальном творожном сгустке.
Фильтры с тканевой перегородкой имеют следующие недостатки: кратковременность безостановочной работы, частые разборки и сборки фильтров, возможность прорыва фильтровальной ткани при прохождении молока через слой механических примесей, уменьшение производительности во времени.
Рабочими элементами фильтр-прессов являются рамы и плиты, которые размещаются поочередно. Плиты покрывают фильтровальной тканью. В одном фильтр-прессе находится 10—60 рам. При сборке отверстия в рамах и плитах должны совпадать, в результате чего образуются каналы Из такого канала исходная жидкость через отверстия поступает внутрь рамы. Осадок задерживается тканью, а фильтрат проходит через нее и стекает по рифленой поверхности плиты. Через отверстия в плитах фильтрат попадает в сборный желоб.
Плиты 2 и рамы 3 фильтр-пресса (рис. 29) изготовляют из чугуна. Сжатие плит и рам осуществляется винтовым гидравлическим или электромеханическим зажимом.
Фильтр-прессы работают при давлении до 3 • 105 — 4 • 10® Па. По мере заполнения рам осадком скорость фильтрации уменьшается. В течение некоторого времени скорость фильтрации может оставаться постоянной вследствие увеличения давления. Когда давление достигнет постоянного предельного значения, скорость фильтрации замедляется.
51
При осветлении сыворотки (удаление белков) максимальное давление, при котором нарушается фильтрация, составляет 1,5 • 10®— 1,7 • 10® Па. При выделении кристаллов молочного сахара максимальное давление выше в 3—4 раза.
Для осветления сыворотки можно также применять нутч-фильтр. Он представляет собой герметизированную фильтрационную емкость, в которую для интенсификации процесса подают сжатый воздух или же создают вакуум под фильтровальной перегородкой.
МЕМБРАННЫЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ И УСТАНОВКИ
Принципиальная схема аппарата показана на рис. 30. Исходный продукт проходит последовательно большое число секций. В каждую последующую секцию поступает продукт, частично обогащенный сгущаемой фракцией. Фильтрат же удаляется из каждой секции. На выходе из последней секции концентрация сгущаемой фракции наибольшая.
По такому принципу работают практически все мембранные фильтрационные аппараты непрерывного и периодического действия циркуляционного типа. Кроме того, в аппараты периодического действия иногда включают емкости различной вместимости с мембранными фильтрующими элементами.
Мембраны в необходимом количестве собираются в узлах, которые называют ультрафильтрационными модулями. Используются разнообразные конструкции модулей: обычно трубчатые и пластинчатые. В трубчатых модулях (рис. 31) мембраны приклеиваются к внутренней стенке пористых труб (иногда из волокнистого материала). Через модуль продукт подается внутрь мембран, а фильтрат проходит через пористые трубы. Обычно модуль состоит из нескольких труб, расположенных в общем кожухе. В пластинчатых модулях мембраны приклеиваются к пористой опорной подложке. Мембраны с подложками укладываются в патрон. Несколько таких патронов, размещаемых в одном кожухе, образуют один модуль. Разновидностью пластинчатого модуля является пластинчато-рамный. В нем мембраны приклеиваются к пористым опорным пластинам, которые потом укладываются в штабель так же, как и рамы в фильтр-прессе.
Фильтрат в этих модулях собирается в соединительной трубе.
На основе фильтрующих элементов созданы установки различных технологических назначений.
Установка производительностью 5000 л/ч (Швеция) предназначена для деминерализации сыворотки. Предварительно отцентрифугированная и охлажденная до температуры 8°С сыворотка насосом подается в фильтр через поплавковые устройства, трехходовой кран, насос и подогреватель. Сыворотка фильтруется при 50—55°С и поступает на гельфильтр вместимостью 2500 л. По окончании цикла работы установки сыворотка, обогащенная лактозой и минеральными веществами, поступает снова в фильтр, насос, охладитель (охлаждается до 8— 12°С) и емкость.
Очистка фильтра осуществляется ежедневно.
52
‘PuJK/npam сы&ратм/
Рис. 31. Фильтрующий элемент (модуль) трубчатого типа: / — мембрана; 2—стеклопластиковая основа; 3 — обертка
Ультрафильтрационная установка (рис. 32), предназначенная для ультрафильтрации сыворотки, состоит из шести параллельно размещенных колонок. Общая поверхность фильтра 23,8 м3. Диаметр дисков 0,4 м.
Сыворотка поступает из емкости по трубопроводам 22 и 23 в винтовой насос 21 производительностью 16 м3/ч и мощностью 16 кВт.
53
Рис. 32. Схема ультрафильтрационной установки:
1 — основание; 2 — колено; 3 — труба; 4 — ротаметр; 5 — собирательный коллектор; 6 — прозрачная труба; 7, 10 — секции; 8 — диск; 9 — гайка; 11 — труба; 12 — отвод; 13 — вертикальный собирательный коллектор; 14— вертикальная распределительная труба; 15, 17 — манометры; 16 — нагнетательный трубопровод; 18 — фильтр; 19 — циркуляционный насос; 20, 24 — вентили; 21 — насос; 22, 23 — трубопроводы; 25 — трубопровод для концентрата; 26 — болт; 27 — диск; 28 — поток сыворотки; 29 — мембрана; 30 — фильтровальная перегородка
В пусковой период вентиль 20 открыт, и закрывают его постепенно при пуске насоса 21.
Сыворотка очищается предварительно на фильтре 18 (размер выделяемых частиц 100 мкм). Продукт под давлением 7,5 • 10 Па через вертикальную трубу 14 и отводы 12 подается в соответствующие междисковые пространства 8. Пройдя через мембраны, частично концентрированная сыворотка выходит через трубы 11 в вертикальный собирательный коллектор 13 при давлении 3,5 • 10® Па и поступает в циркуляционный насос 19. В зависимости от регулировки вентиля 24 концентрат подается по трубопроводу 25 в пластинчатый охладитель.
Каждая секция состоит из дисков 27,собирательных коллекторов, мембран 29 и фильтровальной перегородки 30.
Выделенный фильтрат по трубе 6 поступает в вертикальный собирательный коллектор 5 и перекачивается центробежным насосом в емкость.
Мойка осуществляется циркуляционным способом специальными моющими растворами.
Установки для ультрафильтрации сыворотки имеют фильтрующую поверхность 28 м2. Продолжительность обработки 24 ч (8—12 т сыворотки). Производительность их зависит от давления, типа мембраны, температуры фильтрации и степени сгущения. Так, при степени сгущения 5:1, температуре фильтрации 25°С и давлении 4 • 103 кПа средняя производительность составляет 225 л на 1 м2 фильтрующей поверхности за 24 ч рабочего цикла.
Электродиализаторы в последнее время получают распространение. На рис. 33 показана схема электродиализного пакета. Пакет размещен на нижней нажимной плите. В центре ее находится угольный или металлический электрод, клеммы которого выведены на торец электродной плиты 1. На ней размещена электродная камера с внутренними перегородками 2, необходимыми для турбулизации потока. В электродной плите расположены коллекторы 10, через которые подается и отводится обрабатываемый продукт.
Мембраны укладывают между двумя рядами стержней, на которых установлены рамки рабочих камер. Таким образом, в сборке аппарат представляет собой следующую систему. На электродной камере размещается катионитовая мембрана 4, а на ней — рамка камеры для рабочего раствора. В рамке находится турбулизатор 6, а камера для
54
Рис. 33. Электродиализный пакет:
I — электродная плита в <борке с электродной камерой; 2 — внутренние перегородки электродной камеры; 3 — направляющие стержни; 4, 9- ка-। ионитовая мембрана;
— пазы для стяжных болтов; 6 — прокладка-турбулизатор; 7 — рамки камеры; 8—анионитовая мембрана; 10 — коллектор
рабочего раствора покрывается анионитовой мембраной 8, на которую накладывается рамка камеры для молока. Между рамкой и последующей камерой для герметизации кладется резиновая прокладка. Так же собираются и все последующие камеры.
В электродиализаторах размещается 100—200 рабочих камер. Вся система зажимается плитой нажимной.
Установки для ультрафильтрации и электродиализаторы бывают также горизонтального типа. Мембраны в них изготовлены из полимерных материалов. Они позволяют работать при относительно высоких температурах (до 100°С).
В установках непрерывного действия исходный продукт обрабатывается до заданной концентрации при однократном прохождении через один или несколько аппаратов, включенных последовательно.
55
Рис. 34. Схема оснащения вспомогательного оборудования и контрольных приборов:
1 — емкость для исходного продукта; 2 — приборы контроля концентрации и степени очистки; 3 — регулировочный вентиль; 4 — манометр; 5 — мембранный аппарат; 6 — воздушный колпак; 7 — клапан; 8—плунжерный насос; 9 — теплообменник; 10 — •термометр; // — фильтр предварительной очистки; 12—центробежный насос
В зависимости от концентрации веществ в исходном продукте применяют одно- или многоступенчатые установки. Одноступенчатые установки используются главным образом для обработки продукта малой концентрации веществ, выделяемых из исходного продукта. При этом должна обеспечиваться высокая степень разделения. Многоступенчатые установки применяют для разделения веществ с высокой начальной концентрацией. В них фильтрат или концентрат удаляются при повторной (многократной) обработке продукта в последовательно размещенных мембран-, ных аппаратах.
Обычно аппараты объединяют в параллельные группы, которые соединены между собой последовательно и имеют количество аппаратов, уменьшающееся в каждой группе, с таким расчетом, чтобы скорость протока через них продукта оставалась примерно одинаковой, несмотря на отбор продукта в предыдущей группе аппаратов.
Аппараты периодического действия применяют, если требуется получить готовый продукт высокой концентрации. Они работают по циркуляционной схеме без промежуточного сброса.
На рис. 34 показана схема оснащения аппарата непрерывного действия для мембранной фильтрации приборами и вспомогательными устройствами, размещенными на линиях: 1 — для исходного продукта, II — для фильтрата, III — для концентрата.
Продукт поступает в емкость 1, а затем центробежным насосом 12 нагнетается в фильтр предварительной очистки 11. Давление и температура продукта, выходящего из фильтра, контролируются приборами 4 и 10. Если температура продукта не соответствует заданной, то проводят частичный отбор продукта и его нагревание (или охлаждение) в теплообменнике 9 с возвратом продукта в емкость для исходного продукта 1. После того как достигнута требуемая температура продукта, последний поршневым насосом высокого давления 8 по трубопроводу поступает в мембранный аппарат 5. На пути он проходит через воздушный колпак 6 для сглаживания пульсаций плунжерного насоса. В случае чрезмерного повышения давления срабатывает предохранительный клапан 7.
Фракции фильтрата и концентрата выходят из аппарата в линии // и III. На линии // установлен прибор, показывающий степень очистки, на линии III — манометр, регулирующий отток жидко сти, вентиль и прибор качественной оценки продукта (степень сгущения).
56
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
Производительность фильтров и фильтр-прессов определяют по известной рабочей поверхности.
Производительность фильтра или фильтр-пресса Мц (в м3/ч) находят по формуле
УИц = 3600<7P/St,
где q — нагрузка на фильтрующую поверхность, м3/м2: F — фильтрующая поверхность, м2; St — продолжительность одного рабочего пикла, с.
Продолжительность цикла 2т включает длительность фильтрации Тф, промывки осадка тпр, разгрузки и подготовки фильтра и фильтр-пресса к следующему циклу тразг.
При выборе насоса, подающего исходный продукт в фильтр, необходимо учитывать сопротивление перегородки.
Сопротивление перегородки R (в Па • с) определяют по формуле
R = 1,5Яор,
где Ro — коэффициент сопротивления [для плотного холста (2 4- 3)  1010, для холста средней плотности (1 4- 2) • 1010, для редкого (0,6 ч- 1,0) • 1010, для металлического сита густого плетения (0,7-ь 1,2) • 101°, для сита штампованного 0,5 • 101О[; р — динамическая вязкость фильтрующего продукта, Па  с.
Из-за наличия осадка возможны два режима фильтрации: при постоянных давлении и скорости фильтрации. Если в течение цикла работы давление не изменяется (р = const), то скорость фильтрации падает, так как сопротивление осадка возрастает. При постоянной скорости (v = const) фильтрации необходимо увеличивать давление в течение всего цикла работы.
Глава V. ГОМОГЕНИЗАТОРЫ
И ГОМОГЕНИЗАТОРЫ-ПЛАСТИФИКАТОРЫ
Гомогенизаторы для жидких молочных продуктов предназначены для раздробления жира в молоке, смесях для мороженого и сливках. При этом жир не отстаивается, изменяются лишь некоторые физические свойства продуктов (повышается вязкость) и улучшается вкус продуктов.
Гомогенизаторы-пластификаторы применяются для улучшения консистенции таких продуктов, как плавленые сыры и сливочное масло. Плавленые сыры приобретают мажущуюся консистенцию, а в масле к тому же происходит дополнительное диспергирование водной фазы, в результате чего повышается стойкрсть его в хранении.
Принцип действия машин, предназначенных для гомогенизации и пластификации, одинаков: продавливание продукта через узкие щели.
ГОМОГЕНИЗАТОРЫ
В молочной промышленности для гомогенизации жидких молочных продуктов применяют гомогенизаторы почти исключительно клапанного типа. В них осуществляется одно-, двух- и трехступен-
57
5
Рис. 35. Основные параметры потока жидкости в клапанной щели (а) и схема истечения жидкости (6):
1 — канал для поступающего в клапанную щель продукта;
2— клапанная щель; 3 — канал для выхода гомогенизированного продукта
чатая гомогенизация. Другие виды оборудования (эмульсоры, вибраторы), используемые для дробления жировых шариков, менее эффективны.
Гомогенизаторы клапанного типа обладают высокой степенью раздробления. Так, при гомогенизации цельного молока средний размер жировых шариков уменьшается с 3,5—4 до 0,7 —0,8 мкм.
Степень раздробления зависит от гидравлических условий в зоне клапанной щели. Эти условия в основном определяются давлением гомогенизации от которого зависят скорость движения жидкости в клапанной щели и ее высота, которая обусловливает гидравлический радиус потока.
Движение жидкости через клапанную щель весьма сложно. Различные виды течений зависят от формы клапана и его седла. При одном и том же расходе и различных подъемах клапана можно получить различные типы течений и сопротивления.
Напор Н (в Па), необходимый для прохождения жидкости через клапан, определяют по формуле.
н =	+ 6i»o/2g + f? — v%/2g + 62of/2g,
где fo/2g — скоростной напор для создания скорости Vo в камере перед клапаном;	— напор для
преодоления трения в одной камере;	— vo/%g— на-
пор для создания скорости ti при проходе жидкости через клапан; e2v /2g—напор для преодоления трения под клапаном.
Основные параметры потока жидкости в клапанной щели показаны на
рис. 35, а.
Характер изменения скорости жидкости, входящей в клапанную щель, при условии сжатия струи показано на рис. 35, б.
В радиально расходящейся клапанной щели действительная скорость потока щ наибольшая в начале щели (радиус г). По мере расширения потока, выходящего из клапанной щели, скорость уменьшается до v2. На основании уравнения неразрывности скорость движения продукта на расстоянии R определяют по формуле
v2 = V1I-/R.
Наибольшую теоретическую скорость щ можно вычислить по формуле Торичелли
от= / 2gAp/f,
где Др = р0 — Pz — давление гомогенизации, т. е. перепад давления до клапана и после него, Па; у — удельный вес жидкости, Н/м8.
Действительная скорость потока од меньше теоретической, причем величина отклонения зависит от вязкости жидкости и высоты клапанной щели.
Изменение высоты клапанной щели h (в м) при работе гомогенизатора зависит от расхода жидкости через клапан, размеров его, давления гомогенизации и вязкости жидкости:
h = V/ndp / 2g&p!-( = mJ у. yf Zgkp/y >
58
где I7 — расход жидкости через клапан (производительность гомогенизатора), ма/е; d — внутренний диаметр клапанной щели, м; р — коэффициент истечения жидкости через клапан; т — удельный расход жидкости на единицу длины окружности клапанной щели, м3/с.
В свою очередь, коэффициент истечения р зависит от высоты клапанной щели и вязкости жидкости. При давлении (300	400) 102 кПа в случае гомоге-
низации молока коэффициент истечения колеблется от 0,96 до 0,80, а в случае гомогенизации смеси для мороженого — от 0,63 до 0,44.
Несмотря на изменения скорости потока, высоты клапанной щели и давления гомогенизации критерий Re остается постоянным при любых режимах работы
Re = v^hh =	= 2т/\,
где м — кинематическая вязкость жидкости, м2/с.
Следовательно, критерий Re для потока в клапанной щели определяется производительностью машины, размерами клапана и вязкостью жидкости. При работе гомогенизаторов обычно Re = 25 000 4- 35 000.
Движение жидкости в клапанной щели зависит в первую очередь от давления гомогенизации. Резкое уменьшение давления в клапанной щели происходит на входе в нее, причем основная часть потенциальной энергии (до 80—90%) расходуется на сообщение жидкости кинетической энергии, а остальная — на преодоление сопротивлений в клапанной щели. Относительно небольшая величина давления в начале щели обусловлена тем, что большая часть сопротивления трения преодолевается в результате уменьшения скоростного напора при падении скорости расширяющегося потока от щ до v2.
В клапанах гомогенизаторов поток продукта подвергается последовательным механическим воздействиям, которые характеризуются градиентом скорости в поперечном сечении потока. Скорость потока по оси больше и уменьшается при приближении к стенкам. Градиент скоростей при ламинарном потоке больше, чем при турбулентном. Жировые шарики, которые находятся в области высоких скоростей в жидком состоянии (температура гомогенизации молока 65—75°С), могут растягиваться в нити преимущественно на входе в клапанную щель и разрываться на мелкие частицы либо совершать вращательное движение, в результате чего возникают центробежные силы, достаточные для преодоления сил поверхностного натяжения.
Градиент скорости изменяется вдоль потока при переходе из области малых скоростей в трубопроводе в область высоких скоростей в щели клапана. Не исключено, что немаловажную роль играют вихри, образующиеся на входе в клапан.
Гомогенизатор клапанного типа показан на рис. 36. Основной его частью является гомогенизирующий клапан.
Жидкость нагнетается под давлением (350-г- 450)102 кПа в канал и движется со скоростью 150—250 м/с через узкую щель между клапаном 9 и седлом 5. Высота клапанной щели при работе гомогенизатора не превышает 0,1 мм.
Форма рабочей поверхности клапана обычно плоская либо конусная с небольшим углом конусности. Известны гомогенизаторы с плоскими клапанами и концентрическими рифлями (проточками), которые расположены на поверхности седла. Следовательно, форма прохода для молока в радиальном направлении извилистая, что должно способствовать лучшей гомогенизации.
59
Рис. 36. Гомогенизатор клапанного типа:
1 — кривошипно-шатунный механизм; 2 — всасывающий клапан; 3 — насос; 4 — предохранительный клапан; 5 — седло клапана; 6 — клапан; 7 — пружина; 8 — регулировочный винт;
9 — гомогенизирующий клапан; 10 — манометр; 11 — нагнетательный клапан
В гомогенизирующий клапан жидкий продукт может нагнетаться многоплунжерным насосом, который обеспечивает равномерную подачу и способен создать высокое давление.
В гомогенизаторах применяются многоплунжерные насосы высокого давления с тремя, пятью и даже семью плунжерами. Плунжеры один по отношению к другому смещены для равномерной подачи жидкости в гомогенизирующий клапан. При ходе плунжера влево молоко проходит через всасывающий клапан 2 в цилиндр, а при ходе плунжера вправо проталкивается через нагнетательный клапан 11 в камеру, на которой установлен манометр 10 для контроля за давлением. Далее молоко по каналу поступает в гомогенизирующий клапан 9, в котором оно поднимает клапан6, прижимаемый к седлу 5 пружиной/. Натяжение пружины регулируется винтом 8. Клапан и седло притерты друг к другу. В нерабочем положении клапан плотно прижат к седлу пружиной 7, которая сжата винтом 8, а в рабочем клапан приподнят давлением жидкости и находится в «плавающем» состоянии. При завинчивании винта давление пружины на клапан увеличивается, в результате чего высота клапанной щели уменьшается. Это приводит к увеличению гидравлических сопротивлений при движении жидкости через клапан.
Гомогенизатор снабжен предохранительным пружинным клапаном, через который жидкость выходит наружу, когда давление в машине выше установленного.
60
Двигаясь с большой скоростью, жидкость оказывает сильное механическое воздействие на седло и клапан, что вызывает быстрый износ их. Клапан и седло изготовляют из стали высокой твердости. Они имеют обычно симметричную форму и рабочие поверхности с обеих сторон. Это позволяет после заметного износа рабочих поверхностей перевернуть седло и клапан другой стороной, использовать вторую пару рабочих поверхностей и продлить в 2 раза срок службы гомогенизирующего клапана.
Гомогенизирующее устройство для двухступенчатой гомогенизации показано на рис. 37. Жидкость проходит последовательно через два гомогенизирующих клапана. В каждом клапане давление пружины на клапан регулируется своим винтом. В таких клапанах гомогенизация происходит в две ступени. Рабочее давление в нагнетательной камере равно сумме обоих перепадов.
Применение двухступенчатой гомогенизации обусловлено тем, что после одноступенчатой гомогенизации в продуктах, выходящих из гомогенизирующего клапана, наблюдается слипание диспергированных частиц и образование «гроздьев», которые ухудшают эффект диспергирования. Задача второй ступени состоит в раздроблении, рассеивании таких сравнительно неустойчивых образований.
Перепад давления во второй ступени гомогенизатора значительно меньше, чем в первой. С той же целью применяют гомогенизаторы трехступенчатой гомогенизации.
Гомогенизатор двухступенчатой гомогенизации показан на рис. 38. Получение высоких давлений в этом гомогенизаторе обеспечивается трехплунжерным насосом.
Гомогенизатор состоит из привода с червячной передачей и вертикально размещенным электродвигателем, кривошипно-шатунного механизма, разборного блока цилиндров с находящимися в нем взаимозаменяемыми тремя всасывающими и тремя нагнетательными клапанами с седлами, фильтром и манжетными уплотнениями, гомогенизирующего клапана, дросселирующего устройства и манометра с разделителем.
Давление гомогенизации регулируется рукояткой на первой и второй ступенях гомогенизирующего клапана, а контролируется манометром с разделителем и дросселирующим устройством.
В гомогенизаторах производительностью 10000 л/ч и более во избежание чрезмерных нагрузок на плунжеры и стенки цилиндров используются плунжерные блоки подачи продукта в гомогенизирующий клапан.
Чтобы предотвратить попадание микроорганизмов извне в продукт, используют специальные гомогенизаторы асептического типа (рис. 39). В ограниченное двумя уплотнительными сальниками пространство таких гомогенизаторов вводится пар под избыточным давлением (0,3 4-4- 0,6)102 кПа. Эта высокотемпературная зона служит барьером, препятствующим попаданию бактерий в цилиндр гомогенизатора.
В настоящее время получают распространение гомогенизаторы большой производительности (50 000 л/ч и более), а также гомогенизаторы, работающие при давлении 600 • 106 Па и более. Потребля-
61
Рис. 40. Гомогенизатор с гидравлической системой регулирования давления: а — общий вид гомогенизатора: / — гомогенизирующий клапан (первая ступень); 2 — гомогенизирующий клапан (вторая ступень); 3 — дренажные отверстия; 4— поршень; 5—магистраль буферной жидкости (масла); 6, 8— уплотнения; 7 — клапанный шток;
б — схема подачи буферной жидкости: / — первая ступень гидравлической клапанной системы; 2 — понижающий давление клапан (первая ступень); 3 — понижающий давление клапан (вторая ступень); 4— вторая ступень гидравлической клапанной системы; 5 — гидравлический насос; б — емкость для буферной жидкости (масла); 7 — компенсатор давления
Применяют также многоступенчатые центробежно-распылительные эмульсоры. Для многоступенчатого эмульсора производительностью 1000—1200 л/ч, разработанного во ВНИМИ, использован корпус центробежного насоса. По касательной к окружности корпуса приварен патрубок. В центре крышки, как и у центробежного насоса, размещен входной патрубок для смеси, а на внутренней поверхности приварены три концентрических кольца.
Распылитель эмульсора представляет собой диск с тремя концентрическими отбортованными кольцами с отверстиями. Эмульгирование осуществляется в три этапа с нарастающей интенсивностью.
Предварительно нагретая смесь поступает сначала во входной патрубок, а затем в центральную часть эмульсора и во внутреннее кольцо распылителя. При этом продукт отбрасывается к периферии, вследствие чего образуется кольцевой слой жидкости. Под давлением, создаваемым центробежными силами, смесь проталкивается через первое кольцо (окружная скорость кольца при частоте вращения 5 с"' 22 м/с) и с большей скоростью сбрасывается с его поверхности. В результате происходит полное тонкое диспергирование смеси.
Сброшенные с первого кольца частицы ударяются о первую кольцевую перегородку, теряют скорость и объединяются. В таком виде эмульсия переливается во второе вращающееся кольцо, в котором процесс повторяется при.окружной скорости второго кольца 29 м/с. То же самое происходит в третьей ступени при окружной скорости 36 м/с. Жидкость собирается в пространстве между ротором и корпусом и выбрасывается из аппарата.
Устройства для диспергирования струйного типа бывают одно-и двухструйные. Эти устройства имеют одинаковые сопла со шпинде-64
Рис. 41. Гидродинамический вибратор:
/ — корпус; 2 — колебательная система; 3 — сопло; 4 — фланец
А-А
лями, запирающими отверстия диаметром 3 мм. Сопла размещены в корпусе с входной камерой. Если устройство одноструйное, то на пути струи устанавливается заслонка, расстояние которой от сопла в процессе работы может изменяться. В двухструйном устройстве каналы расположены один против другого.
Вибраторы применяют для ультразвуковой обработки жировой фазы молока и сливок.
Вибратор ультразвуковой обработки (рис. 41), позволяющий достичь высокого раздробляющего эффекта жировой фазы, состоит из корпуса I, колебательной системы 2 и сопла 3 для подачи молока к колебательной системе. Сопло представляет собой трубу с конпентрич-но установленными вытеснителями, а колебательная система — пакет пластин прямоугольной формы толщиной 0,6—0,7 мм. Пластины, заполняющие внутреннюю полость камеры, расположены вдоль ее продольной оси и установлены на крестообразной державке, жестко связанной с отражательной плоскостью. Расстояние между пластинами 6—7 мм.
При давлении обработки (404- 50)102 кПа на вибраторе размер среднего диаметра шариков не превышает 2 мкм. При прохождении молока через вибратор достигается заметный бактерицидный эффект. Общая бактериальная обсемененность сырого молока снижается на 40—50%, а при температуре 55—70°С и том же давлении —на 60 — 70%. В то же время обработка на вибраторе способствует интенсификации развития молочнокислых бактерий.
ГОМОГЕНИЗАТОРЫ-ПЛАСТИФИКАТОРЫ
Устройство и действие гомогенизаторов-пластификаторов не отличаются в принципе от устройства и действия гомогенизаторов клапанного типа.
Гомогенизатор-пластификатор для сырной массы (рис. 42) представляет собой трехплунжерный насос высокого давления с гомогенизирующим устройством, который состоит из станины литой конструкции, привода кривошипно-шатунного механизма с коленчатым валом и загрузочным бункером. Плунжеры- совершают возвратно-поступа-
3—1275
65
Рис. 42. Гомогенизатор-пластификатор для сырной массы:
1 — станина; 2— дросселирующее устройство; 3 — блок плунжерный; 4—манометрическая головка; 5 — бункер; 6 — гомогенизирующий' клапан
тельные движения от коленчатого вала через кривошипно-шатунный механизм.
При движении плунжера в сторону коленчатого вала сырная масса засасывается в бронзовую втулку (их три для каждого плунжера во втулке) через окна. При движении плунжера в противоположном направлении сырная масса нагнетается к гомогенизирующему клапану.
В состав гомогенизирующего устройства входят три нагнетательных клапана с пружинами сжатия, гомогенизирующий клапан и манометр с разделителем и дросселем.
При выталкивании плунжером сырной массы нагнетательный клапан поднимается давлением, создаваемым поршнем, и она перемещается к гомогенизирующему клапану. Нагнетательный клапан опускается силой прижатия пружины.
На рис. 43 показан гомогенизатор-пластификатор, предназначенный для обработки сливочного масла перед его фасовкой. Аппарат состоит из загрузочного бункера и одной пары шнеков для подачи масла в камеру обработки.
На станине смонтированы корпус гомогенизатора-пластификатора, электродвигатели, регулятор вариатора, редуктор, вал со шкивами, электромагнитной муфтой и эксцентриком для натяжения ремней. На корпусе размещены механизмы подачи масла в ротор (шнек) и обработки его (ротор), кран с диафрагмой для регулирования давления масла в роторной камере, а также бункер для масла.
Сначала масло подается в бункер. Затем двумя шнеками, вращающимися в противоположные стороны, оно продавливается через ротор и обрабатывается. Через кран с диафрагмой масло выходит в та-
66
ру или бункер фасовочного автомата. Все части, соприкасающиеся с маслом, перед работой и после нее покрываются специальным горячим (80°С) раствором. Предварительная обработка необходима для предотвращения прилипания масла к рабочим поверхностям.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
Важнейшими показателями, характеризующими работу гомогенизаторов, являются производительность и степень раздробления жировых частиц при гомогенизации. Поскольку гомогенизаторы потребляют механическую энергию, и притом значительную, расчет энергетических затрат приобретает особую необходимость. Кроме того, при расчете гомогени
Рис. 43. Гомогенизатор-пластификатор для масла:
затора ОпрбДбЛЯЮТ основные раз- / — станина; 2—шнековая камера; 3—* меры пружины, необходимые для шнекн; 4~ бункер
ее выбора, а также его мощность.
Производительность гомогенизатора обусловливается пропускной способностью гомогенизирующего клапана. Однако в действующем
клапане имеет место равенство
^КЛ — Мн-
Исходя из такого сопоставления, производительность гомогенизатора М рассчитывают как зависящую от диаметра плунжера d, их количества г, длины хода плунжера S и частоты вращения вала п:
М = ~d"-^Snz^  60,
где <р — объемный КПД насоса (при работе на молоке ср = 0,8).
Правильное соотношение основных конструктивно-механических и эксплуатационных факторов имеет существенное значение для определения режима работы.
Степень раздробления жировых частиц при гомогенизации характеризуется диаметром.
В пределах давления гомогенизации (304- 200)10® Па (температура продукта 60°С) диаметр жирового шарика с?сР (вмкм) после гомогенизации можно рассчитывать по формуле (Н. В. Барановский)
dcp = 3,8/,	(5)
где Др — перепад давления в гомогенизаторе, МПа.
3*	67
По формуле (5) можно ориентировочно определить давление го- • могенизации, необходимое для получения заданной степени раздроб- . ления жировых шариков.
В пределах давления (304- 600)10® Па при тех же условиях предложена формула (Г. А. Комляков)
lg dcp = 0,9 — К lg ( р2 . 10-5
где К — коэффициент (для одноступенчатого гомогенизатора 0,30, двух- и трехступенчатого — 0,39 и 0,40); ps — суммарное давление гомогенизации, Па.
При гомогенизации в результате перехода механической энергии в тепловую температура молока повышается. Существует линейная зависимость изменения температуры молока А/ от давления:
39,1  104  9,8 ’
где р — давление гомогенизации, Па.
Высокое давление гомогенизации является причиной того, что гомогенизаторы клапанного типа поглощают много электроэнергии. У большинства гомогенизаторов высокое давление клапана на седло компенсируется пружиной, которая должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспечить необходимое давление гомогенизации.
Мощность N (в Вт), необходимую для работы гомогенизаторов, определяют по формуле для расчета мощности насоса
/V = Мр01ц,
где Л4 — объемная производительность, м8/с; рв —давление, развиваемое плунжерами гомогенизатора; г] — механический КПД гомогенизатора (i] = 0,75).
Глава VI. СЕПАРАТОРЫ И ЦЕНТРИФУГИ
По основным процессам, протекающим в сепараторах, их можно разделить на сепараторы-сливкоотделители и сепараторы-молоко-очистители.
Сепараторы-сливкоотделители предназначены для центробежного разделения молока на сливки и обезжиренное молоко, нормализации молока по жиру, а также для обезжиривания сыворотки и получения безводного жира. В них осуществляется концентрация жира в плазме. Характерным признаком обрабатываемого продукта в сепараторах-сливкоотделителях является то, что плотность дисперсной фазы (жира) должна быть меньше плотности дисперсной среды (плазмы).
К этой группе машин следует отнести сепараторы-диспергаторы, предназначенные для выделения сливок из молока при одновременной гомогенизации жировой части.
В сепараторах-молокоочистителях происходят выделение из молока механических и естественных примесей, а также разделение суспензий или эмульсий, в которых плотность дисперсной среды (плазмы) ниже плотности выделяемых при сепарировании частиц.
68
В эту группу машин входят также сепараторы-бактериоотделители, которые используются для выделения из молока микроорганизмов, сепараторы —отделители белка от сыворотки и сепараторы-твор огоотдел и тел и.
Возможна классификация сепараторов и по конструктивным признакам. В соответствии с классификацией различают сепараторы открытого, полузакрытого и закрытого типов, которые применяют для выделения жировой фракции, а также для выделения загрязнений и обезвоживания белковой фракции.
	Сепараторы для выделения жировой		фракции (при рж<:₽пл)
Открытого	типа	Периодический способ	Получение сливок нормальной жирности и высокожирных
Полузакрытого типа		То же Пульсирующий способ	Получение сливок, нормализация молока по жиру, диспергирование жира Получение сливок, нормализация молока по жиру
Закрытого	типа	Периодический способ Пульсирующий способ	Получение сливок, нормализация молока по жиру Получение сливок, нормализация молока по жиру, обезвоживание жира
Сепараторы для выделения загрязнений и обезвоживания белковой фракции (при рчаст > Рпл)
Открытого типа
Полузакрытого типа
Закрытого типа
г
Непрерывный способ
Периодический способ
Пульсирующий способ
Периодический способ
Пульсирующий способ
Непрерывный способ
Комбинирован н ый способ
Частичное обезвоживание творога
Очистка молока
Очистка молока, выделение белка из сыворотки
Очистка молока
Очистка молока, выделение белков сыворотки
Бактериоотделение
Бактериоотделение, очистка молока
В сепараторах открытого типа ввод исходного продукта и вывод жидких фракций происходит в виде свободной струи (не герметизированы). В сепараторах полузакрытого типа ввод продукта осуществляется свободной струей, вывод отсепарированных фракций герметизирован. И, наконец, в сепараторах закрытого типа ввод исходного продукта в сепаратор и вывод отсепарированных фракций происходит под давлением (герметизированы).
Вывод твердого осадка может быть периодическим при полной разборке сепарирующего устройства (барабана), пульсирующим, обеспечивающим выброс осадка в течение долей секунды на ходу даже без существенного снижения частоты вращения, путем раскрытия-бара-
69
Рис. 44. Общий вид сепаратора:
j — сепарирующее устройство; 2 — приемно-отводящее устройство; 3 — приводной механизм
бана и непрерывным через сопла в стенках барабана. Возможен и комбинированный выброс твердого осадка: непрерывный через сопла уменьшенного размера и путем раскрытия барабана.
Все сепараторы независимо от их технологического назначения и конструкции работают на сверхкритической частоте вращения 100—150 с’1.
СЕПАРАТОРЫ
* Основные узлы
“ На рис. 44 показан общий вид сепаратора, основными узлами которого являются сепарирующее устройство (барабан), в котором осуществляется разделение эмульсий (суспензий) на фракции; приемно-отводящие устройства для продукта, поступающего в сепарирующее устройство, и отсепарированных жидких фракций; приводной механизм.
Все части сепаратора размещены на общей станине.
Сепарирующие устройства (рис. 45) бывают с нижним и верхним вводами продукта. При этом продукт, попадающий в нижнюю часть сепарирующего устройства, распределяется между
Рис. 45. Сепарирующие устройства сеператора-сливкоотделителя (о) и сепаратора-молокоочистителя (б):
1 — пакет тарелок; 2 — вал; 3 — приемное устройство; 4 нагнетающее устройство
Рис. 46. Последовательность сборки сепарирующего устройства герметического сепаратора:
1, 2 — гайки; 3 — кольцевая гайка; 4 — патрубок; 5 — напорная камера; 6 — крышка барабана; 7 — уплотнительная прокладка; 8 — вкладыш; 9 — разделительная тарелка; 10 — пакет тарелок; 11 — тарелкодержа-тель: 12 — корпус; 13 колпачковая гайка
71
тарелками (конструкция должна обеспечивать по возможности равномерное растекание).
Как следует из рис. 45, возможны два случая: первый — распределение по межтарелочным пространствам поступающего в сепарирующее устройство исходного продукта осуществляется через канал, образованный отверстиями в тарелках, и второй — поступление исходного продукта в межтарелочные пространства из периферийной части сепарирующего устройства. Зазор между тарелками фиксируется ши-пиками. У различных сепараторов зазор неодинаков (0,6—0,8 мм у сепараторов-сливкоотделителей, 2—4 мм у сепараторов-молокоочис-тителей).
Принципиальные отличия сепарирующего устройства сепаратора-молокоочистителя от сепарирующего устройства сепаратора-сливкоотделителя заключаются в следующем: в межтарелочные пространства сепарирующего устройства сепаратора-молокоочистителя жидкость входит с периферии тарелок, а не через отверстия в тарелках, как у сепаратора-сливкоотделителя. Отверстия в тарелках у сепараторов-молокоочистителей вообще отсутствуют. Продукт, обрабатываемый в сепараторах-молокоочистителях, направляется в отводной патрубок, а в сепараторах-сливкоотделителях — в патрубки для сливок и обезжиренного молока. Периферийное пространство сепараторов-молоко-очистителей больше, чем сепараторов-сливкоотделителей.
В сепарирующих устройствах, предназначенных для выделения более легкой, чем среда, фракции, поток поступающей в межтарелочные пространства жидкости (большая часть) перемещается от отверстий в тарелках к периферии. При этом жидкость проходит в пространствах между тарелками, где осуществляется тонкослойное разделение, в результате чего выделяются частицы эмульсии жира (жировые шарики).
В сепарирующих устройствах, предназначенных для выделения более тяжелой, чем среда, фракции, жидкость поступает в межтарелочные пространства с периферии. В периферийной части выделяется до 80% от общего количества механических и естественных примесей. Остальная часть примесей выделяется в межтарелочных пространствах. к тому же процесс осложняется еще тем, что поступающая из межтарелочных пространств в периферию более тяжелая фракция вновь смешивается с общим потоком.
Таким образом, рабочим объемом сепаратора-сливкоотделителя с достаточной точностью можно считать межтарелочные пространства, а рабочим объемом сепараторов-молокоочистителей — периферийную часть и межтарелочные пространства.
На рис. 46 показаны основные детали сепарирующего устройства (барабана) и последовательность их сборки у сепараторов с периодической выгрузкой осадка. Сепарирующее устройство насаживают на вертикальный вал с помощью колпачковой гайки 13. Тарелки 10 собирают на тарелкодержателе 11. В паз укладывают резиновую уплотнительную прокладку 7, надевают крышку 6 и затягивают кольцевую гайку 3 до совпадения отметок на гайке и крышке. Крышку станины опускают и запирают специальным маховичком.
72
Рис. 47. Траектория потоков жидкости и жировой фракции в меж тарелочном пространстве сепаратора-сливкоотделителя:
а — однородной жидкости; б —легкой и тяжелой фракций; в — линии потоков с учетом возможной агрегации частиц
Рис. 48. Траектории потоков суспензии в межтарелочном пространстве сепаратора-молокоочистителя
Траектория движения жировых частиц (более легкая, чем среда, фракция) в межтарелочном пространстве сепаратора-сливкоотделителя показана на рис. 47. Вначале они вместе с потоком плазмы перемещаются к периферии, и при этом проникают через толщу межтарелочного пространства. По поверхности в частично агрегированном виде жировые частицы поднимаются между отверстиями, через которые молоко поступает к оси вращения. Частицы за время нахождения в межтарелочном пространстве, не достигшие поверхности нижерас-положенной тарелки, уходят в обезжиренное молоко и составляют потери.
Весь процесс сепарирования молока практически завершается в межтарелочном пространстве.
Несколько по-иному происходит выделение частиц эмульсии (суспензии) в сепараторах-молокоочистителях (рис. 48). Вследствие того что молоко поступает в межтарелочные пространства с периферии (плотность частиц больше плотности плазмы), частицы перемещаются
73
Рис. 49. Стадии движения частиц между тарелками при разделении эмульсий и выделении твердой фракции
от верхней поверхности нижележащей тарелки к нижней поверхности тарелки, расположенной выше, и также будут выделены. Большая или меньшая часть из них в зависимости от вида суспензии будет выделена за время пребывания в межтарелочном пространстве. Концентрация суспензии, поступающей в межтарелочное пространство, понижена.
И наконец, на рис. 49 показаны стадии движения частиц между тарелками при разделении эмульсий (плотность частиц меньше плотности плазмы и наоборот).
Эффект разделения эмульсий или суспензий в сепараторах происходит в условиях сложной гидравлической системы. От того, в какой степени эти условия оптимизированы, зависит эффект разделения. Однако гидравлические факторы не являются побудителями сепарирующего эффекта разделе
ния, но устойчивость потоков должна быть в полной мере обеспечена конструкцией. И. М. Гольдиным предложен критерий устойчивости Л, характеризующий смещение потоков относительно поверхности тарелок (вследствие отставания жидкости), в следующем виде:
X2 = ft2<o sin a/v.
где ft — расстояние между тарелками, м;. ш — частота вращения барабана, с-1; а — половина угла конусности тарелок; v — кинематическая вязкость жидкости, м2/с.
Г. А. Кук считает, что оптимальные условия сохранения устойчивости потока жидкости между тарелками обеспечиваются при Х = 6 - 10.
Фактором разделения в сепараторах является величина ускорения центробежного поля. Обычно он выражается отношением ускорения центробежного поля к ускорению силы тяжести и характеризуется критерием Фруда:
Fr = <o2/?/g,
где R — радиус барабана, м.
Известно, что оОкр = тогда
Fr = foKP/^g-
Под действием центробежных сил частицы, находящиеся в дисперсионной среде (продукте) и имеющие иную, чем среда, плотность, начинают перемещаться к оси вращения, если рч < рср, или к периферии, если рч > рср.
В сепараторе подвергаются разделению тонкие дисперсии, поэтому обтекание частиц дисперсионной средой при их перемещении является струйным, т. е. ReKp= 14- 2. Для этих условий справедливо выражение скорости перемещения частиц о (в м/с) в среде по Стоксу:
v = 2/9аг2 (р, — р2)/р.,
где г — радиус частиц, к, Pi, р2 — плотность жидкости и частиц, кг/м8; ц — динамическая вязкость, Па • с.
Радиальное ускорение а (в м/с2) определяется из формулы
а — v*fR = №nlR.
Следовательно,
v = 8,77n2/?r2(pj — р2)/р.
74
Рис. 50. Схема к расчету соотношения между конструктивно-механическими факторами и физическими свойствами продукта:
а — жировой шарик расположен в межтарелочном пространстве; б — жировой шарик расположен на периферии тарелок; Уд — скорость потока; Уш — скорость движения жирового шарика
частипы в межтарелочном простран-
Для концентрированных растворов скорость стесненного движения ост (в м/с) определяют по формуле следующего вида:
ост = [0,12358/1— 61», где Е — «свободный объем» в сливках, равный отношению объемов плазмы и жира.
При расчете сепарирующего устройства выбирают наиболее неблагоприятные условия, когда частица находится на поверхности тарелки, противоположной той, к которой она перемещается. При этом можно выделить те частицы, которые за время пребывания в сепарируемой жидкости я межтарелочном пространстве успевают пересечь поток и достичь поверхности следующей тарелки. Это условие характеризуется равенством
vt = h, где t — продолжительность нахождения
стве; h — расстояние между тарелками по вертикали.
Н. Я. Лукьянов, основываясь на исследованиях Г. И. Бремера, установил соотношение между конструктивно-механическими факторами и физическими свойствами продукта.
Если рассматривать элементарный кольцевой объем V сепарирующего устройства (рис. 50), то
dV — 2-nRdRhz, где г — количество межтарелочных промежутков.
Продолжительность dt пребывания молока в этом объеме:
dt = dV/M = 2r.RdRh.
За dt частица перемещается в горизонтальном направлении на расстояние dS = vcdt ~ KRdt,	(6)
где vc — скорость частицы, м/с: К — постоянная по Стоксу;
К = [®2 (Pi —p2)/18p.]di2> di — диаметр частицы, м.
Значение dt подставляем в формулу (6):
dS = (K2r.hzR2/M) dR.
За то время, когда жидкость пройдет полный объем межтарелочного пространства, ограниченного радиусами RM и R&, расчетная частица должна переместиться в потоке плазмы на расстояние S.
В результате интегрирования в пределах от 0 до S и от RM др Rq получают
S = (2nhzK/M) (r| - R®/ 3) :	,	(7)
tga
Подставляя в формулу (7) значения S и К, получают hl tg а = (Miz^d? (pi - ₽2)/ 18/Ир.) (R* - R®/ 3).
75
Принимают
tg ct = ///(Rq — Дм)
(где H — высота тарелки, м) и подставляют w — 2лй и di = 2ri, тогда
[(Pi - Ра/Н)] 'i [(гпЧЦМ) (R*- RllR6-Ra)] = 0,55.	(8)
Физические	Конструктивно-меха-
свойства	нические факторы
Радиус частиц и (в м), которые могут проникнуть через толщу жидкости в межтарелочном пространстве за время пребывания продукта в элементарном объеме, определяют по формуле
г£= 0,24 /(Pi - р2))	- R^/R^ - R„) .
Частицы, достигшие поверхности следующей тарелки, не всегда попадают в обогащенный поток. Необходимо, чтобы частица изменила направление своего движения. Это возможно при условии, что v4 рп (^ч, L’n— скорость движения частицы и жидкости у поверхности тарелки) (рис. 50, б).
Для ламинарного потока характерен параболический закон распределения скоростей
vx = fmax(l — a2/b*),
где vx — скорость потока в любой точке сечения, м/с; оп1ах — максимальная осевая скорость потока, м/с; а — расстояние от оси потока до рассматриваемой точки, м; b — расстояние от поверхности тарелки до оси потока, равное половине расстояния между тарелками, м.
Известно, что
^тах ~ (3/2) оСр, тогда
Ртах = (3/4) (m/nRh) = (3/4) (M/nRhz).
Расчетная формула для определения скорости v (в м/с) потока в любой точке межтарелочного пространства
v = (3/4) M/nRhz (1 — 4а2/й2).
Скорость потока на расстоянии от поверхности тарелки, равном диаметру частиц, которая уравновешивается скоростью Стокса во избежание поворачивания частицы, что приводит к сносу ее в общий поток, определяется по формуле
vc = (3/2) рСр [1 - 4 (й/2 - d2)W].
Если пренебречь малой величиной d2, то
рс = (3/2) i>cp (4d2/ft) = (3/2) РСр (8гг/Л).
При ламинарном движении жидкости между тарелками условие равновесия на поверхности кромки тарелки выразится отношением
(3/2) пСр (8т2/й) = 8,77и2/?пг| (рг — р2/р.).
Подставив оср, можно установить значения физических свойств и конструктивно-механических факторов:
[(Pi — Ра/Р.)] г2 [zRSh?ri4M\ = 0,22-	(9)
Физические Конструктивно-меха-свойства	нические факторы
Из соотношения (9) выводится формула предельного радиуса частицы г2, удерживающейся на поверхности тарелок,
г2 = 0,22 [Л4р./гДдй2п2 (pj — р2)].
76
Сопоставление предельных значений жировых частиц, способных под действием радиального ускорения проникнуть через толщу жидкости в межтарелочном пространстве и удерживающихся на поверхности после их осаждения, позволяет рассчитать оптимальные условия выделения их при сепарировании (рис- 51). Оптимальное расстояние между тарелками будет при условии
Г,Н
П,ММ
const
1
Рис. 51. Кривые, характеризующие зависимость оптимального расстояния между
где и, г2— радиус частиц, достигших поверх- тарелками от радиуса частиц ности тарелки и удерживающихся на их поверхности, м.
Если и = г2, то на поверхности тарелок удерживаются частицы предельного размера. Однако многие из них не могут пройти через толщу жидкости в межтарелочном пространстве. Если г2 > и, то часть частиц будет снесена в общий поток, хотя мелкие и достигнут поверхности нижележащей тарелки.
Значение оптимальности межтарелочных расстояний существенно при разработке конструкции на заданный продукт. Это значение необходимо учитывать и при использовании сепаратора в измененных условиях эксплуатации.
Приемно-отводящие устройства бывают открытого и полузакрытого типов, а также герметические. В приемно-отводящих устройствах открытого типа исходный продукт вводится в сепарирующее устройство открытой струей. Жидкие фракции (сливки и обезжиренное молоко) выбрасываются открытыми струями. В приемно-отводящих устройствах полузакрытого типа подвод продукта осуществляется также открытой струей, а отвод жидких фракций — под давлением по закрытым каналам. В герметических приемно-отводящих устройствах продукт при осуществлении процесса не соприкасается с воздухом.
Приемно-отводящее устройство сепаратора полузакрытого типа показано на рис. 52. В камере, образованной разделительной тарелкой 9 и верхней тарелкой 10, располагается напорный диск 7. Верхняя тарелка надевается после того, как напорный диск установлен в камере.
В горловине сепарирующего устройства имеется горизонтальная перегородка 2 с проходами у стенок для обезжиренного молока.
По трубке 6 молоко поступает в тарелкодержатель. В собранном виде средняя часть этого узла представляет собой три концентрично расположенные между собой трубки: по внутренней подается молоко, по средней отводятся сливки, а по наружной — обезжиренное молоко. Резиновые прокладки в местах соединений сжимаются гайкой 5, что обеспечивает герметизацию. Узел крепится на неподвижном основании 4.
В камерах напорных дисков находятся радиально расположенные ребра, способствующие вращению жидкости. Периферийная часть неподвижных дисков во время работы погружена во вращающуюся жидкость (сливки или обезжиренное молоко). Под давлением, которое создается при вращении, жидкие фракции поступают сначала в каналы дисков, а затем в отводные патрубки. Величина давления опреде-
77
Рис. 52. Сепарирующее устройство полузакрытого типа:
1 — напорный диск для сливок; 2 — горизонтальная перегородка; 3— крышка; 4 — основание; 5 — гайка; 6 — трубка; 7 — напорный диск для обезжиренного молока;
8 — горизонтальный канал; 9 — разделительная тарелка: 10 — верхняя тарелка
Рис. 53. Напорный диск для выгрузки жидкой фракции под давлением
ляется скоростью вращения жидкости, размером дисков и глубиной их погружения в жидкость. Наклонные каналы 11 в дисках предназначены для выпуска воздуха во время работы сепаратора. По горизонтальному каналу 8 в перегородке отводятся сливки в случае переполнения камеры, а также воздух и газы.
В герметических приемно-отводящих устройствах герметизированы ввод исходного сырья и вывод жидких фракций. Герметизация ввода и вывода достигается манжетами, которые расположены между вращающимися и неподвижными деталями устройства.
В этих устройствах для вывода жидких фракций используются напорные диски, обеспечивающие давление не только для выброса из сепарирующего устройства жидких фракций, но и для подачи их на определенную высоту (рис. 53).
Жидкость, вращаясь в камере напорного диска, образует кольцо. Напорный диск входит радиально (до большей или меньшей глубины) во вращающееся кольцо жидкости, вследствие чего создается давление, которое повышается при увеличении диаметра диска. Давление, создаваемое напорным диском, определяется давлением в соответствующем радиусу диска кольце жидкости вследствие наличия центробежных сил и кинетической энергии вращающейся жидкости, которая полностью превращается в энергию давления. Обезжиренное молоко выходит под давлением примерно до 2,5 • 10® Па, а сливки — до 2,0 • 10® Па.
Когда пропускная способность напорного диска невелика и противодавление на выпуске отсутствует, диаметр кольца жидкости отличается незначительно от внешнего диаметра напорного диска.
78
Если жидкость должна преодолеть противодавление (при подаче на значительную высоту или в аппараты, в которых требуется создать напор), диаметр кольца жидкости в камере напорного диска уменьшается до тех пор, пока противодавление не уравновесится.
В сепарирующее устройство молоко может подаваться насосами, установленными в технологических линиях, или насосами, вмонтированными в станину сепаратора (сепараторы с нижним вводом исходного продукта через полый вал).
Для регулирования концентрации жидких фракций в приемно-отводящих устройствах полузакрытого типа и герметических применяются запорные приспособления (краны). При этом на пути движения фракции устанавливаются контрольные приборы: ротаметр — па протоке сливок, манометр и регулировочный кран — на протоке обезжиренного молока.
На рис. 54, а показаны устройства для отвода сливок и обезжиренного молока в сепараторе полузакрытого типа. Основными частями устройства являются центральная трубка 14, напорный диск для обезжиренного молока 16, приемники обезжиренного молока 13 и сливок 7. На пути движения обезжиренного молока установлены манометр 3 и регулирующий вентиль 2, с помощью которого регулируется давление на выходе обезжиренного молока. В корпусе регулирующего вентиля перемещается при вращении шпиндель. Уплотнение корпуса достигается резиновым кольцом.
На пути движения сливок установлены ротаметр 21 и регулирующий вентиль, изменяющий давление на выходе сливок. В результате изменения давления на выходе сливок или обезжиренного молока изменяется содержание жира в сливках.
Для нормализации молока на сепараторе-сливкоотделителе соединяют трубопроводы для выхода обезжиренного молока и сливок. На пути выхода обезжиренного молока в трубопровод устанавливается клапан, с помощью которого регулируется количество поступающих сливок до получения молока заданной жирности.
На рис. 54, б показано устройство для нормализации молока. Напорный диск на трубопроводе для обезжиренного молока создает несколько большее давление, чем напорный диск на трубопроводе для сливок. Поэтому для нормализации сливок необходимо уравнивать давление на выходе сливок и обезжиренного молока, прикрыв регулирующий кран, установленный на выходе обезжиренного молока.
В настоящее время используются различные устройства для вывода осадка: сопловые и пульсирующие.
В сопловом устройстве обеспечивается непрерывная выгрузка твердого осадка в течение всей работы сепаратора, а в пульсирующем вывод его осуществляется по мере накопления его в периферийном пространстве. Через определенные интервалы посредством гидравлической системы, открывающей и закрывающей разгрузочные клапаны или соответствующие прорези, осуществляется выбрасывание твердого осадка. Продолжительность рабочего периода и периода разгрузки зависит от характера и количества осадка.
79
Рис. 54. Устройства для отвода сливок и обезжиренного молока:
о — устройство для регулирования фракций: /— гайка: 2— регулирующий вентиль; 3— манометр; 4, 5, 6, 8, 9 — уплотнительные кольца; 7 *- приемник сливок; 10 — патрубок к поплавку; 11 — гайка; 12 — шайба; 13 — приемник обезжиренного молока; 14 — центральная трубка; 15 — корпус напорного диска; 16 — напорный диск для обезжиренного молока: 17 — напорный диск для сливок; 18 — воронка; 19. 20 — поплавки; 21 — ротаметр;
б — устройство для нормализации: /—клапан; 2— корпус клапана; 3—гайка; 4 — уплотнительное кольцо; 5 — регулирующий вентиль для обезжиренного молока; 6 — колено
Сопловое устройство (рис. 55) применяют в тех случаях, когда необходимо непрерывное удаление осадка (при сепарировании белковых масс после их осаждения из молока, а также при выделении из молока бактериальных взвесей).
Суспензия не должна содержать крупных частиц, которые могут засорить сопла. В отдельных случаях суспензию перед подачей ее в сепаратор размельчают (сепара -тор-творогоотделитель). В зависимости от размеров и назначения сепаратора, а также от свойств суспензии и выделяющегося из нее
Рис. 55. Сепарирующее устройство сепаратора соплового типа
осадка количество сопел колеблется от 4 до 20, а диаметр отверстий в них — от 0,5 до 2,5 мм.
Сопла размещаются равномерно по окружности сепарирующего устройства.
Оси каналов для выхода осадка
жения сепарирующего устройства). Угол между осью сопла и касательной к окружности обычно 17—20°С.
Сопловые устройства могут работать непрерывно в течение прак-
направлены назад (против дви-
тически неограниченного времени.
Пульсирующее устройство (рис. 56) предназначено для выгрузки осадка через прорези в стенке сепарирующего устройства. В период между выгрузками эти прорези закрыты большим подвижным клапаном, который образует внутреннее подвижное дно в сепарирующем устройстве. Подвижное дно прижимается к уплотнительному кольцу давлением жидкости, действующей на нижнюю поверхность подвижного клапана. Рабочая жидкость создает направленное вверх давление, превышающее направленное вниз противодавление, которое создается обрабатываемой жидкостью, так как нижняя сторона передвижного дна имеет большую нажимную поверхность.
В конструкции, показанной на рис. 56, а, пульсирующая выгрузка осуществляется следующим образом. Рабочее пространство сепарирующего устройства образовано коническими крышкой и днищем, между которыми образуется зазор для выхода осадка. Зазор может закрыться цилиндрическим поршнем, который совершает относительно сепарирующего устройства осевые возвратно-поступательные движения в результате изменения давления с той или другой стороны поршня. После заполнения периферийного пространства осадком начинается его выгрузка. Для этого увеличивается количество воды, подаваемой в неподвижную кольцевую полость. С прекращением питания сепаратора водой сепарирующее устройство закрывается.
В других устройствах, обеспечивающих пульсирующую выгрузку
•1 1275
8J
1
Рис. 57. Основные детали и порядок сборки сепарирующего устройства сепаратора с пульсирующей выгрузкой:
1. 2 — стопорные кольца; 3 — колпак; 4 — подвижное дно; 5. 7 — винты; 6 — корпус; 8 — опора пружины; 9 — поворотное кольцо
осадка, зазор закрывается под давлением волы, находящейся в полости над подвижным конусом.
Если в периферийном пространстве накапливается много осадка, го подача продукта в сепарирующее устройство и воды в полость над подвижным конусом прекращается. Когда давление воды становится меньше давления пружины, конус поднимается вверх в результате чего открывается отверстие. В это время осадок с оставшейся в сепарирующем устройстве жидкостью выбрасывается через отверстия
4
83
в сборник. После выгрузки осадка вновь подается вода и возобновляется питание сепаратора продуктом. Краны питания и подачи воды переключаются автоматически.
Сепарирующее устройство сепаратора (рис. 56, б) имеет еще одну особенность. В нем осуществлен так называемый пентрициклон-ный впуск молока. В сепарирующее устройство молоко подается, как обычно, через неподвижную трубку 3. Однако ребра, применяемые в обычных приемных устройствах, заменены циклоном 4. Под действием центробежной силы молоко отбрасывается к внутренней стороне циклона. При входе в него оно приобретает ту же скорость, с которой вращается циклон. В результате постепенного нарастания окружной скорости молока предотвращаются разрушение жировых шариков и смешивание воздуха с молоком. Такая конструкция впускного устройства исключает возможное дробление жировых шариков на входе и улучшает тем самым отделение жира из молока на 0,002— 0,010%.
На рис. 57 показаны основные детали конструкции сепарирующего устройства с пульсирующей выгрузкой осадка. Их состав и порядок сборки' являются в известной степени типичными для различных сепараторов с пульсирующей выгрузкой осадка. В комплекте тарельчатые вставки с тарелкодержателем не показаны (их конструкция обычна как и у других сепараторов).
Приводной механизм сепараторов может состоять из-двух, трех, четырех и пяти вращающихся систем.
Наиболее распространен привод сепараторов с тремя или четырьмя вращающимися системами (сепараторы-сливкоотделители и сепара-торы-молокоочистители).
На рис. 58, а, показан приводной механизм, имеющий три вращающиеся системы. Первая вращающаяся система (ведущая), состоит из вала, электродвигателя с насаженным на него ротором, ведущей центробежной полумуфты и крыльчатки вентилятора. Вторая вращающаяся (ведомая) система содержит горизонтальный вал, ведомую центробежную полумуфту и ведущее колесо винтового мультипликатора (в некоторых сепараторах имеется также зубчатое колесо тахометра). Третья вращающаяся система (ведомая) включает веретено и барабан сепаратора.
Передача движения от электродвигателя к сепарирующему устройству осуществляется следующим образом. От вала электродвигателя вращение передается ведущей центробежной полумуфте, при вращении которой колодки под действием центробежной силы прижимаются к ведомой центробежной полумуфте. В результате начинают вращаться горизонтальный вал и насаженное на него ведущее колесо, которое входит в зацепление с ведомым колесом мультипликатора и приводит в движение веретено, а вместе с ним и барабан.
В механизме с четырьмя вращающимися системами (рис. 58, б) первая вращающаяся система (ведущая) состоит из крыльчатки вентилятора, ротора и вала электродвигателя, а также из ведущей упругой полумуфты с пальцами, полумуфты с резиновым кольцом и пальцами, горизонтального вала, ведущей центробежной полумуфты;
84
Рис. 58. Принципиальная схема приводных механизмов сепараторов:
« — с тремя вращающимися системами: 1 — барабан; 2 — веретено; 3 — упругая горловая опора; 4 — ведущее колесо винтового мультипликатора; 5 — горизонтальный вал; 6, 7 — ведомая и ведущая центробежные полумуфты; 8, 9 — ротор и вал электродвигателя; 10 — крыльчатка вентилятора электродвигателя; 11 — пружина;
б— с четырьмя вращающимися системами: / — крыльчатка вентилятора; 2, 3 — ротор н вал электродвигателя; 4, 6 — ведущая и ведомая упругие полумуфты; 5 — палец; 7 — полый вал;
8 — барабан; 9— веретено; 10—упругая головка; 11, 12 — ведомая и ведущая центробежные полумуфты; 13 — горизонтальный вал; 14— ведущее колесо мультипликатора; 15 — пружина, воспринимающая нагрузку от массы барабана и веретена; 16 — резиновый диск
вторая включает ведомую центробежную муфту, полый вал и ведущее колесо мультипликатора; третья (соединительная) представляет собой полую ступицу ведомого колеса мультипликатора и колесо, а четвертая (ведомая) —веретено с насаженными на него барабаном и ведущей втулкой.
От электродвигателя посредством фрикционно-центробежной муфты приобретает вращательное движение горизонтальный вал, на котором размещено ведущее колесо мультипликатора.
Оно находится в зацеплении с ведомым колесом, установленным па полой ступипе вертикального вала. В нижней части ступицы имеются выступы, которые входят в пазы ведущей втулки вертикального вала, что обеспечивает вращение системы.
Кроме того, известны сепараторы, в которых используется электропривод повышенной частоты. В этих сепараторах вертикальный вал соединяется непосредственно с валом высокочастотного электродвигателя, исключается из привода винтовая пара, и таким образом весь приводной механизм значительно упрощается.
В настоящее время находят применение сепараторы, работающие па бесприводной основе (рис. 59).
Устройство сепараторов на бесприводной основе и принцип их действия заключается в следующем. Барабан, установленный на двухопорном валу, размещен внутри статора электродвигателя 5. Последний по высоте меньше высоты барабана и может соответствовать диаметру барабана или только горловине. Статор сепаратора выполнен по типу статора асинхронного электродвигателя. Оно представляет собой пакет, набранный из листов электротехнической стали. В па-
85
Рис. 59. Схема сепаратора на бесприводной основе:
1 — корпус сепаратора; 2 — демпфирующее устройство нижней упругой опоры; 3— подшипниковый узел; 4 — вал; 5 — статор электродвигателя; 6 — роторное кольцо; 7 — верхняя опора; 8 — крышка сепаратора; 9 — подшипниковый узел
зах пакета размешена многофазная обмотка с гидроизоляцией. Барабан сепаратора изготовлен из высоколегированной нержавеющей стали. На внешней его поверхности напрессовывается роторное (цилиндрическое) колесо из ферромагнитного материала, выполняющее функции короткозамкнутого ротора электродвигателя.
Вращающееся поле, возбуждаемое многофазной обмоткой статора, наводит в теле роторного кольца вихревые токи. В результате взаимодействия токов роторного кольца с магнитным полем статора барабан приобретает вращательное движение. При этом он является магнитопроводом, по которому проходит магнитный ток взаимной индукции, а также обмоткой, поскольку в нем протекают вихревые токи. Функции обмотки короткозамкнутого ротора может выполнять также равношаговая «беличья клетка».
Для получения высокой частоты вращения барабана (более 50 с-1) в обмотку статора необходимо подавать ток повышенной частоты от терристорных или механических преобразователей.
Для сепараторов на бесприводной основе большой производительности одна опора делается упругой, вторая же жесткой или полуже-сткой с применением резино-металлических демпфирующих устройств. Основные узлы сепаратора производительностью 10 000 л/ч и сепа-
86
ритора ОСН-С, работающего с пульсирующей выгрузкой осадка, аналогичны.
Применение принципа бесприводности позволило создавать сепараторы, барабан которых установлен также в двух опорах на статическом полом валу, что значительно упрощает подвод обрабатываемой эмульсии (суспензии) и отвод фракций сепарирования, а также kсепараторы с нагревом жидкости внутри сепаратора (сепараторы-Стерилизаторы) и сепараторы, предназначенные для работы в «затоп-Иленных» условиях.
Сепараторы-сливкоотделители и сеиараторы-молокоочистители
гГ Сепараторы-сливкоотделители и сепараторы-молокоочистители с П пульсирующей выгрузкой осадка (рис. 60) обычно работают по за-р данной программе.
При работе сепараторов, осуществляемой без остановки, сначала закрываются разгрузочный каналы и происходит сепарирование, а затем разгружается сепарирующее устройство, повторно закрываются разгрузочные отверстия и т. д.
Разгрузку сепараторов осуществляют в один или два этапа. При одноэтапной разгрузке осадок выгружается без перекрытия устройства для подачи исходного продукта. Однако во избежание потерь продукта в период раскрытия сепарирующего устройства выгружается не весь осадок, а лишь часть его. При двухэтапной разгрузке сначала перекрывается устройство для подачи исходного продукта и удаляется жидкость из межтарелочного пространства, а затем уже открываются щели для выгрузки, в результате чего осадок выбрасывается из сепарирующего устройства в приемник под действием центробежной силы.
Сепаратор-сливкоотделитель (рис. 60, а) состоит из станины 17 с приводным механизмом, приемно-отводящего устройства 12, гидроузла, чаши станины с приемником осадка 7 и глушителя, а также из пульта управления, магнитного пускателя и кнопочного поста управления.
В сепараторе-сливкоотделителе молоко подается по трубопроводу и центральной трубке приемно-отводящего устройства во вращающееся сепарирующее устройство. В это время поршень сепарирующего устройства закрыт. В полости под поршнем находится вода. В период работы сепаратора происходит незначительное ее вытекание из сепарирующего устройства и патрубка станины при подпитке. Для герметизации системы поршень поджимается к прокладке силой гидростатического давления.
Молоко попадает в сепарирующее устройство как обычно, проходит через отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы пакета, распределяется в межтарелочных пространствах, где и происходит разделение его на сливки, оттесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняемое к периферии сепарирующего устройства. Сливки и обезжиренное молоко выводятся через камеры напорных дисков.
87
Сливки
18 — вертикальный
Обезжиренное молоко
13. 14 —
15 — цен-
Рис. 60. Сепараторы с пульсирующей выгрузкой осадка:
а — сепаратор-сливкоотделитель: 1 — пробка спуска масла; 2 — указатель уровня масла; 3 — горизонтальный вал; 4 — тахометр; 6 — пробка залива масла; 6 — трубка подвода воды в сепарирую-шее устройство; 7 — приемник осадка; 8 — зажим; 9 — гайка веретена; 10 — сепарирующее устройство; 11 — крышка; 12 — прием но-отво-дящее устройство; напорные диски;
тральная трубка; 16 — штуцер подвода воды; /7 — станина;
вал;
7
б — сепаратор молокоочиститель: / — пробка отверстия для спуска масла; 2 — указатель уровня масла; 3 — тормоз; 4 — тахометр; 5 — пробка отверстия для залива масла; 6 — прижим; 7 — приемно-отводящее устройство; 8 — фланец; 9 — сепарирующее устройство; 10 — крышка; 11 — гайка веретена; 12 — приемник осадка; 13 — штуцер подвода воды длв разрыва осадка; /4 — кожух горловой опоры; 15вертикальный вал; 16 — станина с приводом
Твердые частицы и тяжелые примеси, выделяющиеся из молока, поступают в периферийный объем сепарирующего устройства, где происходят их накопление и уплотнение. Степень уплотнения неодинакова у стенок и на некотором расстоянии от них. Во избежание потерь молока применяют только частичную выгрузку осадка при открытии каналов.
Сепаратор-молокоочиститель (рис. 60, б), так же как и сепаратор-сливкоотделитель, состоит из станины с приводным механизмом 16, приемно-отводящего устройства 7, гидроузла, чаши станины с приемником осадка 12 и комплекта системы управления сепаратором.
Молоко поступает в сепарирующее устройство, так же как и в сепарирующее устройство сепаратора-сливкоотделителя, и таким же образом срабатывает гидросистема. Отличие от сепаратора-сливкоотделителя состоит в том, что молоко поступает в межтарелочные пространства не через отверстия в тарелках, а с периферии. Очищенное молоко направляется к оси вращения.
Разгрузка осадка из сепарирующего устройства осуществляется аналогичным образом. Однако молоко выходит из сепаратора через один напорный диск.
Сепараторы-сливкоотделители и сепараторы-молокоочистители имеют принципиально одинаковую по устройству гидросистему для раскрытия сепарирующих устройств в период разгрузки. В обеих конструкциях гидросистема состоит из двух гидроузлов, которые предназначены для подачи буферной воды в сепарирующее устройство. Гидроузел снабжен фильтром для очистки воды от крупных частиц, попадание которых может привести к закупориванию сопел, и редукционным клапаном. Последний должен быть отрегулирован так, чтобы давление воды было 15 • 104 Па.
При автоматическом управлении продолжительность разгрузки задается реле времени, которое позволяет изменять продолжительность от 0,2 до 3,6 с. Продолжительность интервала между разгрузками также устанавливается по шкале реле от 30 до 100 мин в зависимости от загрязненности молока.
Сепараторы-молокоочистители по устройству привода во многом аналогичны сепараторам-сливкоотделителям этого типа. Так, сепаратор-молокоочиститель с пульсирующей выгрузкой осадка создан на базе сепаратора-сливкоотделителя с такой же выгрузкой осадка и имеет одинаковые с ним конструкцию целого ряда важнейших узлов (станины, приводного механизма, гидросистемы), а также устройства пульта управления и электрической системы.
Молокоочистителями являются и сепараторы-бактериоотделители. Однако непременной особенностью их должна быть сопловая разгрузка осадка (бактериальной взвеси). Использование в этом случае сопловой разгрузки осадка не исключает комбинирования ее с пульсирующей. Тогда эти сепараторы выполняют функции бактериоотделения и очистки от других, несвойственных молоку примесей. При сопловой разгрузке уходит с осадком около 1,5% жидкой фазы (молока).
В сепарирующее устройство сепаратора-бактериоотделителя мо-
90
локо поступает через полое веретено. Очищенное молоко движется от периферии к оси вращения, как и в обычном сепараторе-молоко-очистителе, а удаляется из сепарирующего устройства напорным диском. Шлам разгружается через сопла, размещенные в стенках этого устройства.
Сепараторы высокожирных сливок и сепараторы-диспергаторы
Для получения высокожирных сливок применяют преимущественно сепараторы открытого типа с периодической выгрузкой осадка (рис. 61). Их обычно устанавливают в поточных линиях производства масла. Сепаратор работает на исходном продукте — сливках 33— 40%-ной жирности. При температуре сепарирования 85—95°С концентрация их увеличивается до 80—85%. Для концентрации жира до 80—85% можно применять и обычный сепаратор-сливкоотделитель.
Кроме того, для получения высокожирных сливок используют двухкамерные сепараторы. В них последовательно сепарируется молоко до получения сливок нормальной жирности в первой секции, а затем они проходят через вторую секцию, и высокая жирность достигается вследствие второго сепарирования.
За рубежом работают сепараторы высокожирных сливок в герметичном исполнении.
Для получения высокожирных сливок исходные сливки нагревают до температуры 85—92°С, что обеспечивает хорошую текучесть и достаточно полное отделение жира. Однако при этом режиме повышается количество выделяемого осадка (более 0,12%), поэтому продолжительность непрерывной работы сокращается до 1,5 ч.
Наряду с сепараторами с периодической выгрузкой осадка, имеющими большое распространение в линиях получения масла, применяются сепараторы высокожирных сливок с пульсирующей выгрузкой осадка.
При сепарировании предварительно подготовленной в технологическом отношении смеси из водного раствора, содержащего крис-
Рис. 61. Сепаратор высокожирных сливок:
1— пробка; 2— указатель уровня масла; 3 — тормоз; 4 — поплавок; 5 — приемная камера; 6 — приемники пахты; 7 — приемник высокожирных сливок; 8 — прокладка; 9 — сепарирующее устройство; 10 — опора; 11 — станина
91
таллы жира, для получения безводного жира применяют специальный тип сепаратора с пустотелым веретеном, снабженным двумя проходами: один для подачи в сепарирующее устройство основного продукта, а другой для рециркуляции воды и устранения возможного закупоривания сепарирующего устройства. Продукты сепарирования выходят из сепаратора через каналы для легкой фазы — жир и тяжелой фазы, содержащей кристаллы жира и примеси. Эта фаза (смесь воды и жира) после тепловой обработки снова подвергается разделению в герметическом сепараторе.
Сепараторы-диспергаторы изготовляются с сепарирующим устройством полузакрытого типа и тарельчатыми вставками. В сепараторе-диспергаторе осуществляются не только очистка молока, но и его частичная гомогенизация. В пакете тарелок сепаратора-диспергатора, куда поступает молоко, выделяются лишь крупные жировые шарики. Молоко, содержащее мелкие жировые шарики, удаляется. Сливки, поступающие в камеру, проходят через неподвижный диск в кольцевой канал, а из него — в трубу тарелкодержателя, где смешиваются с поступающим молоком и возвращаются в пакет тарелок. Для частичного отбора сливок предусмотрен кран. После частичной гомогенизации фракция движется' между крышкой сепарирующего устройства и разделительной терелкой. Затем она поступает в камеру напорного диска и под давлением удаляется в отводящее устройство. Таким образом, осуществляются непрерывный отвод гомогенизированного молока и непрерывная циркуляция частиц сливок, содержащих относительно крупные жировые шарики.
Сепараторы — отделители белка от сыворотки и сепараторы-творогоотделители
Для выделения из сыворотки белковых веществ при производст-।	ве молочного сахара используется саморазгружающийся сепаратор
с пульсирующей выгрузкой осадка, а для отжима белковых сгустков (творога) — с сопловой выгрузкой осадка.
Сепарирующее устройство сепаратора с пульсирующей выгрузкой осадка имеет наружный подвижный поршень и рассчитан на двухэтапную разгрузку. На днище сепарирующего устройства установлен тарелкодержатель с пакетом посаженных на него тарелок. В тарелках боковые отверстия отсутствуют.
Крышка и днище образуют в сепарирующем устройстве периферийный объем для осадка в виде конического кольца, что облегчает разгрузку периферийного пространства.
Из межтарелочных пространств сыворотка выводится через разгрузочный диск. Скоагулировавшиеся белки, поступающие в шламовое пространство, удаляются в период раскрытия сепарирующего устройства.
Осадок, который образуется в периферийной части сепарирующего устройства, должен иметь для сохранения текучести сухих веществ до 80% от общей массовой доли осадка. Соответственно подбираются
Рис. 62. Сепаратор для обезвоживания творога: / — пробка для спуска масла; 2 — указатель уровня масла; 3 — тахометр; 4 — пробка отверстия для залива масла; 5 — чаша станины; 6 — горловой подшипник; 7, 15 — уплотнительные кольца; 8— откидной болт; 9 — прижим; 10 — крышка; 11 — фланец; 12 — колено; 13 — гайка; 14 — питающая трубка; 16 — приемник сыворотки; 17 — гайка веретена; 18 — днище сепарирующего устройства; 19 — козырек; 20 — кожух горловой опоры; 21 — вертикальный вал; 22 — лоток; 23 — станина; 24 — горизонтальный вал; 25 — фундаментный болт
промежуток рабочего времени и двухэтапная выгрузка. Коэффициент • использования шламового пространства 0,8—0,85%.
Объем периферийного пространства в сепараторе обычно составляет 0,38 л на 1000 л производительности сепаратора. Период между разгрузками 15—20 мин.
Для выделения ^коагулировавшихся белков и. одновременно жира из сыворотки изготовляют сепараторы двухстадийные с сопловой выгрузкой осадка на первой стадии и пульсирующей на второй.
Сыворотка направляется вначале в нижнюю секцию, укомплектованную очистительными тарелками. Здесь выделяется основная масса взвешенных белковых частиц, оседающих в периферийном пространстве. Частично осветленная сыворотка поступает в вертикальную секцию сепарирующего устройства, выполненную так же, как и в сепараторе-сливкоотделителе. В этой секции происходят отделение жира от сыворотки и окончательное выделение белков. По заполнении периферийного пространства белком осуществляется частичная разгрузка сепарирующего устройства от осадка.
92
93
На рис. 62 показан сепаратор, который входит в комплект линии производства творога раздельным способом. Сепаратор состоит из станины 23, приводного механизма, чаши 5, приемника творога с лотком 22 для отвода из сепаратора, сепарирующего устройства, приемника сыворотки 16 с отводным патрубком и питающей трубкой 14. Сепарирующее устройство установлено на вертикальном валу 21 и закреплено гайкой. Вертикальный вал приобретает движение от электродвигателя через упругую центробежную муфту, горизонтальный вал 24 и зубчатую шестеренную передачу.
Сепарирующее устройство имеет двойную конусность. В вершине конуса по окружности размещены двенадцать гнезд, в которых установлены корпуса сопел с уплотняющей прокладкой. В корпус сепарирующего устройства вставлены держатели, уплотненные прокладкой с соплами. Оси сопел направлены по касательной под углом к ней 20° в сторону, противоположную вращению сепарирующего устройства. Сопла сменные (диаметры отверстий 0,5; 0,6 и 0,7 мм). Их количество и размеры зависят от производительности сепаратора и массовой доли влаги в обезжиренном твороге. Для получения массовой доли в творожной массе 78—80% при производительности 5000 л/ч устанавливается шесть сопел, при производительности до 4000 л/ч — четыре сопла диаметром 0,6 мм и т. д.
В верхней части крышки сепарирующего устройства находится кольцо с косыми отверстиями, через которые выбрасывается осветленная сыворотка. Обезжиренный творог из сопел сепарирующего устройства выбрасывается в чашу станины 5 с приемником творога, дно которого конусное, вследствие чего творог по мере накопления скатывается к лотку 22 и выходит из сепаратора.
В сепаратор творожный сгусток подается специальным насосом после прохождения сгустка через сетчатый фильтр.
ЦЕНТРИФУГИ
В технологических линиях производства творога и других белковых продуктов (казеинатов) применяют центрифуги периодического и непрерывного действия. На рис. 63 показана центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой и верхней загрузкой и выгрузкой исходного материала и частично обезвоженного казеина.
Центрифуга состоит из ротора, привода, кожуха и пульта управления.
Ротор 1 из нержавеющей стали, армированный двумя бандажами 2. В верху ротора находится кольцевой бортик, а внизу—днище со ступицей 12. В ступице имеется коническое отверстие для насадки на хвостовик приводного вала. Поверхность ротора перфорированная с отверстиями диаметром 5 мм и шагом 20 мм; отверстия расположены в шахматном порядке. Ротор снабжен сеткой, в которую загружается продукт обычно в мешках. Мешки закрепляются у верхней кромки ротора пружинящими зажимами. Обезвоживаемый продукт может загружаться в ротор и без мешков через загрузочную воронку 5, которая укреплена в середине крышки.
94
Рис. 63. Центрифуга периодического действия:
а — для творога: 1 — ротор; 2 — бандаж; 3 — кожух; 4 — крышка; 5 — воронка; 6 — блокирующее устройство; 7 — шаровая опора; 8 — основание; 9 — амортизатор; 10 — электродвигатель; 11 — воротник; 12 — ступица ;
б — для молочного сахара: 1 — привод вала; 2 — патрубок для выгрузки осадка; 3 — патрубок для слива мелассы; 4 — станина;
5 — кожух вала; 6 — ротор; 7 — кожух центрифуги; 8 — распределительный диск; 9 — патрубок для промывки; 10 — крышка; 11 — стопор; 12 — электродвигатель; 13 — ременная передача
При работе центрифуги фильтрат удаляется из ротора непрерывно и стекает по наклонному днищу кожуха к отводному штуцеру. Ротор соединен с валом электродвигателя 10. Шайба и резиновая прокладка исключают возможность попадания продукта на электродвигатель.
Привод центрифуги представляет собой индивидуальный электродвигатель, укрепленный на основании 8. Нижний конец вала электродвигателя соединен с реле контроля скорости. Приводная часть закреплена на основании болтами с резиновыми амортизаторами 9 для смягчения возможных вибраций.
Ротор и привод размещены в кожухе 3, изготовленном из листовой кислотоупорной стали. Кожух закрывается крышкой, которая укреплена шарнирно на бортовом кольце. Если крышка кожуха открыта, то исключается возможность пуска электродвигателя. Привод выключается и в случае подъема крышки в период работы центрифуги. Блокирующее устройство 6 для выключения электродвигателя при открытой крышке центрифуги значительно повышает безопасность работы.
В последнее время получают распространение центрифуги фильтрующего типа, вертикальные, подвесные, самоустанавливающиеся с верхней загрузкой и нижней выгрузкой продукта. В них в качестве фильтрующей перегородки используются жесткая сетка или съемный бандаж из лавсана (рис. 63, б). Эти центрифуги применяются для извлечения кристаллизата в производстве молочного сахара.
Основной частью центрифуги является ротор 6, который приводится во вращение от электродвигателя 12 через ременную передачу 13.
95
В верхней части центрифуги находится патрубок для впуска исходного продукта, который предварительно поступает на распределительный диск 8. Осадок выгружается через патрубок 2, а меласса сливается через патрубок 3. Частота вращения ротора 150 с-1, мощность электродвигателя 2,8 кВт, единовременная загрузка 80 кг. Производительность по молочному сахару 200 кг/ч.
Центрифуга непрерывного действия показана на рис. 64. Она используется в линиях производства пищевого казеина для уплотнения зерен казеина и отделения сыворотки.
Центрифуга состоит из ротора 5, редуктора /, шнека 6, привода, опор 2 и 10 и защитного кожуха 7.
Ротор вращается от индивидуального электродвигателя через центробежную муфту и клиноременную передачу, вращение шнека относительно ротора осуществляется через планетарно-дифференциальный редуктор, кинематически связанный со шнеком. Кожух 7, закрывающий ротор, в то же время является приемником твердого осадка и жидкой фракции, полученных в результате центрифугирования.
Сгусток скоагулировавшегося белка непрерывно подается в ротор по неподвижной питающей трубке 12. Через окна корпуса шнека продукт отбрасывается на рабочую поверхность ротора. При перемещении продукта в роторе (вдоль оси) происходит разделение его на фракции. Твердый осадок непрерывно передвигается шнеком к узкому концу ротора, выводится из зоны жидкости, обезвоживается и выбрасывается через разгрузочные окна и днище ротора в приемник 14.
Жидкая фракция (сыворотка) также непрерывно вытекает из сливных окон в приемник 13. Степень обезвоживания осадка можно регулировать специальным устройством, которое позволяет изменять высоту порога жидкости, или сменой окон.
В случае перегрузки шнека автоматическое устройство центрифуги выключает привод машины.
Центрифуги являются быстроходными машинами. При их работе возможны вибрации барабана и вала. Сильное дрожание исправной центрифуги появляется из-за неравномерного распределения загруженного материала в центрифуге или вследствие значительного износа подшипников. Возникающие при работе вибрации способствуют преждевременному износу деталей, повышенному расходу энергии и возникновению возможных аварий.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
В основу расчетов производительности сепараторов и эффекта разделения положено соотношение физических свойств продукта и конструктивно-механических факторов [см. формулу (8)].
Для определения производительности из соотношений необходимо найти значение М. При этом необходимо знать или задаваться значением эффекта разделения, т. е. значением d, и, наоборот, при расчете эффекта должна быть известна производительность сепаратора.
В практических расчетах должна быть задана массовая доля жира
редуктор планетарно-дифференциальный; 2— шарикоподшипниковая горловая опора; 3, 9 — фланцы; 4, 8 — болты; 5 — ротор; б — шнек; защитный кожух; 10 — шарикоподшипниковая опора; 11 — шкив; 12 — питающая трубка, 13 — приемник фугата; 14 — приемник осадка
в обезжиренном молоке. Между массовой долей жира в обезжиренном молоке и размерами оставшихся в нем жировых шариков, если размеры жировых шариков менее 2 мкм, установлена следующая зависимость:
% жира = т = 0,04 (d — 0,5), ИЛИ
d = (m/0,04) +0 ,5.	(10)
Определив по формуле (10) d и подставив в формулу (8), находят искомую производительность 7И.
Таким образом, можно определить эффект разделения по заданной производительности.
В расчетах производительности и эффекта разделения возможны некоторые упрощения. Так, при температурах 20 —70°С практически достаточная точность обеспечивается при замене
Рпл Рж
(А
= 2900/,
где / — температура сепарирования.
Тогда формулы для расчета производительности сепаратора и эффекта разделения принимают вид:
р = 48 • 10'7W tg a (R% — R3 ) t I(m/0 .04) + 0,5);
d =	48- 106Bzn2tga(/?®-A?3M)/ '
Массовую долю жира в обезжиренном молоке находят из уравнения
т = 0,04 (d — 0,5).
Производительность сепараторов высокожирных сливок можно определить по формуле
М = 0,2V0/lg Жнаиб	2/\|1от/ЖНаиб ^коиеч>
где Vo — производительность сепаратора по молоку, л/с; 2Кнаи6 — достижимая наибольшая жирность сливок, % (Х,и„б = 90%);ЖПОт> Жконеч— массовая доля жира в исходных сливках и полученных высокожирных сливках, %.
Производительность сепаратора высокожирных сливок можно рассчитать также по следующей формуле:
М = 16,55вн2г tg a (R36 - R3 ) (рп - Рж/М) d2,
где В — коэффициент, учитывающий степень использования рабочего сепарирующего устройства (В = 0,5 4- 0,7); г — количество тарелок; а — угол наклона образующей тарелки; рп — массовая доля плазмы, г/см?.
Расчеты сепараторов-молокоочистителей в принципе повторяют соответствующие расчеты сепараторов-сливкоотделителей.
Для расчета производительности сепаратора или предельного размера частиц, выделяемых при очистке молока, можно восполь-
98
зоваться соответствующими формулами, полученными для аналогичного же расчета сепараторов-сливкоотделителей.
Давление, создаваемое напорными дисками при установке сепараторов в технологическую линию, рассчитывают по формуле:
к	Р = (Р/50000)(/?2-г2),
где р — плотность жидкости, выходящей из сепаратора, кг/см8; /?д — максимальный радиус диска, м; гк — внутренний радиус кольца жидкости, м.
Р Производительность сепаратора-молокоочистителя можно определить по формуле
М —	(Ra — Ro) “2Ap sin<fr2/(/t + f) P-.
где H(, — высота сепарирующего устройства, м; It — расстояние между тарелками, м; f — нормальная толщина тарелок, м.
Г. И. Бремер рекомендует пользоваться следующими упрощен-кными формулами для определения производительности сепараторов; I молокоочистителей:
I при расстоянии между тарелками 1—2 мм
Мг = гтРрП2/109,
I rite гт — количество тарелок; Vp — расчетный объем, см8;
II	н, = (2/3) («6 -Д?) tga,
при расстоянии между тарелками 8—10 мм
/И1Э = гтРрпг/3  108.
Объем периферийного пространства у сепараторов-молокоочисти-телей без выгрузки осадка на ходу принимают из расчета 1л на 1000 л/ч производительности. Сепаратор-молокоочиститель может работать непрерывно в течение 3—4 ч, и отложения в периферийном пространстве составляют 0,03% от объема молока.
Сопловая выгрузка белкового осадка (творога) обеспечивается в том случае, когда влажность творога не превышает 70—75% (осадок должен обладать свойствами текучести).-
Объем осадка, выходящего через сопловое устройство из сепарирующего устройства, определяют по формуле истечения
Уос = i^f^R /1 — (г — 7?)2.
Производительность центрифуги (если известно пср) можно рассчитать по формуле
44 — 2^2иСрГ Ср, где г — длина рабочей зоны барабана, м; аср —средняя скорость осаждения частиц твердой фазы в роторе центрифуги, м/с; гср — радиус слоя суспензии, м;
гСр = (г0 + /?)/2>
z0, R — наружный и внутренний радиусы слоя суспензии, м.
99
Мощность, необходимую для работы центрифуги, определяют по формуле
N = Ni +	+ N3 + Ni + Ng + Ne,
где Nt, N2, N3, Nt, Ns, Ng — мощность, необходимая для сообщения кинетической энергии продукту (25—27%), перемещения осадка шнеком (5—8%), преодоления трения осадка о лопасти шнека (17—19%), преодоления трения барабана о воздух (2—3%), преодоления трения подшипников (1—2%) и компенсации потерь в редукторе (43—45%).
Глава VII. УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕРМОВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ, НАГРЕВАНИЯ
И ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА (СЛИВОК)
Установки для термовакуумной обработки молока (дезодораторы) предназначены для удаления из жидких молочных продуктов посторонних, несвойственных продукту запахов и привкусов. Перед термовакуумной обработкой молоко нагревается в нагревателях, а охлаждается в охладителях.
Нагреватели, которые не входят в комплект пастеризационноохладительных аппаратов и установок для стерилизации, размещают перед сепараторами для нагревания молока и аппаратами для получения сырного зерна, а также в технологических линиях производства диетических продуктов и т. д.
Охладители молока, не входящие в состав аналогичных аппаратов и установок, располагают главным образом на участках поступления молока в емкости хранения или промежуточного выдерживания продукта.
Аппараты для нагревания и охлаждения разнообразны в конструктивном отношении.
УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕРМО ВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ
На рис. 65 показана схема установки для термовакуумной обработки. Горячее молоко (сливки) поступают через перфорированную камеру 9 (под давлением) в камеру для термовакуумной обработки 11. Увеличение поверхности при разбрызгивании, а также разрежение, создаваемое в камере вакуум-насосом 1, способствует лучшему отделению летучих веществ. Повышение температуры продукта необходимо для того, чтобы при падении жидкость закипела в камере. Свободные от посторонних веществ (газов) молоко (сливки) отсасываются насосом 12 и направляются в технологическую линию. После окончания работы установка подвергается безразборной мойке.
Термовакуумная обработка может осуществляться в паровом пространстве колонки, которая представляет собой вертикальную емкость. В ней размещены вращающиеся полки и щиты на внутренней поверхности колонки. В паровом пространстве молоко проходит последовательно каждую из камер с полками (общее их число 6—8). Эффективная термовакуумная обработка достигается при высоких
100
Рис. 65. Установка для термовакуумной обработки молока (сливок):
1 — вакуум-насос; 2 — обратный клапан; 3 — конденсатор; 4 — термометр; 5 — воздушный клапан; 6 — вакуумметр; 7 — обратный клапан; 8 — крышка-отражатель; 9 — перфорированная камера; 10 — пакет инертных шарообразных тел; И — камера для термовакуумной обработки (вакуум-дезодорацией на я); 12 — насос для продукта; 13— электродвигатель
Iтемпературах нагревания (70—80° С) продукта. Иногда устанавливают последовательно две такие колонки, которые составляют двухступенчатую установку.
За рубежом для удаления стойких запахов используют установки, в которых пар при небольшом вакууме инжектируется в продукт. В этих установках продукт поступает вначале в смесительную секцию, где поддерживается небольшой вакуум. В смесительной секции сливки, нагреваясь, поступают в верхнюю часть циклонного отделителя. Из него пар и газы частично удаляются в эжекторный конденсатор, а частично дезодорированные сливки направляются в промежуточную емкость. Затем они поступают во второй циклонный отделитель, в котором вскипают и дополнительно дезодорируются. Пары и газы удаляются в эжекторный конденсатор.
УСТАНОВКИ ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ
Трубчатые нагреватели
Трубчатый нагреватель, предназначенный для подогрева молока перед сепарированием (от 10 до 50°С), показан на рис. 66. Нагреватель представляет собой две трубные доски, в которые ввальцованы 24 ! трубы диаметром 28 мм и длиной 1200 мм. Молоко проходит последо-[ вательно по трубам, обогревается паром, поступающим в межтрубное пространство.
Трубчатые нагреватели, предназначенные для нагревания до более ысоких температур (до 90 —135°С), состоят из одного или двух барабанов, которые с торцов закрыты откидными крышками. На внут-енней стороне крышек находятся перегородки для поочередного про-
101
хождения потока молока по нагревательным трубкам (секциям). Молоко подается в нижний барабан, в котором оно последовательно проходит ярус трубок, изменяя многократно направление движения. Перегородки, установленные горизонтально внутри нижнего барабана, разделяют полость на ярусы. Поэтому горячая вода, подаваемая из бойлера насосом, циркулирует противотоком молоку, проходя последовательно каждый ярус барабана. Трубчатые нагреватели устанавливают в линиях подготовки молока к сгущению, а также применяют при производстве масла поточным методом.
В зависимости от технологического назначения требования к трубчатому нагревателю могут быть различны. При использовании их в качестве подогревателей перед сепарированием они должны работать на минимальных скоростях потока жидкости, с тем чтобы обеспечить интенсивную теплопередачу и свести к минимуму отложения белка на греющей поверхности. В трубчатых нагревателях, предназначенных для нагревания до более высоких температур, возможно значительное увеличение скорости потока.
При производстве сливочного масла, сметаны и питьевых сливок в целях улучшения качества сливок с выраженным кормовым привку-; сом созданы установки со скребковыми турбулизаторами, предназначенные для нагревания этих продуктов.
Пластинчатые нагреватели и охладители
Пластинчатый нагреватель (охладитель) представляет собой комплект теплообменных пластин (рис. 67). Пластины рифленые, штампованные, с приклеенными по периферии резиновыми уплотнителями. Они изготовляются из нержавеющей стали и стягиваются стяжными болтами между упорной и нажимной плитами. С одной стороны меж-
102
Рис. 67. Схема пластинчатого нагревателя (охладителя)
Рис. 68. Схема установки для нагревания молока:
I — приемный бачок; 2 — насос; 3 — стаби-лизатор потока; 4 — нажимные плиты; 5 — клапан для выпуска нагретого молока или возврата в уравнительную емкость; 6 — клапан
ду пластинами протекает продукт, а с другой —тепло- или хладоно-ситель (холодная вода, рассол, горячая вода).
Такие аппараты могут быть одно- и двухсекционными. В односекционном аппарате нагревание осуществляется горячей водой (нагреватели), а охлаждение — холодной водой или рассолом (охладители). В двухсекционном аппарате нагревание осуществляется в первой секции горячим молоком (регенеративная секция), во второй —- горячей, подогретой в бойлере водой (нагреватели), а охлаждение — в первой секции водой, во второй — рассолом (охладители). При этом продукт первую и вторую секции проходит последовательно.
На рис. 68 показана установка производительностью 25000 л/ч, предназначенная для нагревания молока от 4 до 12 и от 25 до 40°С.
Установка включает приемный бачок 1 с поплавковым регулятором уровня, насос 2 для подачи молока, стабилизатор потока 3, нагреватель, нажимные плиты 4, клапан 5, автоматический клапан 6 и конденсатоотводчик.
Из емкости хранения молоко подается в приемный бачок установки, в котором постоянный уровень молока поддерживается поплавково-клапанным устройством. Из приемного бачка 1 центробежным насосом 2 через стабилизатор потока 3 молоко нагнетается в нажимные плиты 4, в которых нагревается по заданному режиму, и через автоматический клапан 5 направляется в технологическую линию.
В установке молоко нагревается паром, поступление которого в нагреватель регулируется автоматическим клапаном 5 таким образом, чтобы поддерживался заданный температурный режим работы.
Приборы на щите предназначены для контроля и регулирования Температуры продукта, причем температура регулируется пневматическим регулирующим устройством (сжатым воздухом от общезаводской сети). О нарушении режимов обработки молока сигнализирует
103
звуковая и световая сигнализация. В случае невыхода на заданный режим или снижения уровня молока в бачке включается автоматический клапан возврата молока.
В некоторых установках подобного назначения производительностью 10 000 л/ч для обогрева молока используется горячая вода, которая подается в аппарат из центральной бойлерной станции.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
Основными расчетными данными установок для термовакуумной обработки являются производительность по основному аппарату установки (камера для термо вакуумной обработки), расход пара на подогрев продукта, количество вторичных паров и воды на их охлаждение, а установок для нагревания и охлаждения —производительность и расход пара, которые не являются постоянными, и их можно изменить в соответствии с принятым на том или ином этапе технологического процесса режимом нагрева или охлаждения продукта.
Производительность установки для термовакуумной обработки М (в кг/ч) рассчитывают по формуле
М. = ЗбОО/^ор,
где F — общее живое сечение, м2; vB — скорость движения продукта при поступлении в камеру м/с;п0 = р. 2gH ;
р — плотность продукта, кг/м3; р. — коэффициент истечения (р =0,7); Ц — высота уровня жидкости над решеткой, м.
Расход пара на подогрев продукта D (в кг) определяют по формуле D = /см (t„	^м)/* /цск>
где / — количество нагреваемого продукта, кг; см, ск — удельная теплоемкость соответственно продукта и конденсата, Дж/(кг • К): tn, /м — температура нагревания и начальная температура продукта, К.
Количество вторичных паров £>в.п (в кг), выделяемых в процессе нагревания, можно определить из уравнения теплового баланса
~ ^СМ Рн /к)/ *в.п /цСК>
где tK — температура продукта, выходящего из установки для камеры термовакуумной обработки; iB.n — теплосодержание вторичных паров, Дж/кг (гв.п = 2400 4- 2600 кДж/кг).
Количество воды /вов (в кг), которая прибавилась к продукту, находят по уравнению
/вод = D— £>вп.
Количество воды /в (в кг) на конденсацию вторичных паров определяют по формуле
~~ /^в.п ( *в.п	^Св ( ^кон-в ~~ ^нач.в) »
где Ыон. в — конечная температура воды, “С (на 10—15°С ниже температуры вторичного пара); Ыач. н — начальная температура воды. К.
104
Степень дезодорации определяют из соотношения
1/1 +m(D/M),
где Ci, Со — конечная и первоначальная концентрация, мг/л; т — отношение концентрации летучих веществ в отработавшем паре к концентрации их в отработавшем продукте (т S 10); D — расход пара, кг/ч; М — количество отработавшего продукта, кг/ч.
Производительность установок для нагревания или охлаждения молока (сливок) М (в кг/ч) рассчитывают по формуле
М = [АМ/ср/с (/2 — <1)1 3600,
где F — поверхность нагрева, м2; AZcp — средняя разность между температурами продукта и теплоносителя, К; с — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг • К); «1, /2 — температура продукта в начале нагревания и в конце его, К.
Коэффициент теплопередачи k [в Вт/(м2 • К)! определяют без учета термического сопротивления стенки:
k = 1/(1/а1) +(1/а2),	(11)
где ai — коэффициент теплоотдачи от продукта к стенке и от стенки к жидкости на ее поверхности, Вт/(м2 • К).
Коэффициенты теплоотдачи, рассчитанные по формуле (11), можно найти по номограммам (рис. 69).
Эти данные с достаточной точностью можно использовать и для маловязких молочных продуктов (цельное и обезжиренное молоко, пахта и др.). Для вязких продуктов (аппараты скребкового типа) они должны использоваться с поправочным коэффициентом.
Г. А. Кук рекомендует следующие соотношения для а.,:
ап/аВ ~ (^п/Д)	>
|где Хп и ?.в — коэффициент теплопроводности продукта и воды; ав— коэффициент теплоотдачи воды к стенке, Вт/(м2- К); vB и vn — вязкость воды и продукта.
 Для аппаратов скребкового типа, в которых решающую роль в [теплопередаче играет теплоотдача от стенки к продукту, коэффициент [теплопередачи может определяться из следующего критериального [уравнения Нуссельта (Nu):
I	Nu = 13, IRe0’44 Рг0’33 (р/рст)0’14 (D - dlD)°'\
I	Nu = aD/X;
k	Re = oD/v = itOnD/(p./p) = ирп©2/р.;
Pr = \icgH,
[Где Re — критерий Рейнольдса; Рг — критерий Прандтля; О — диаметр окружности скребка, равный внутреннему диаметру греющего цилиндра, м; и — [окружная скорость скребка, м/с; п — частота вращения турбулизатора; р — [динамическая вязкость, Па • с; v — кинематическая вязкость, м2/с; g — ускорение силы тяжести, м/с?; с — удельная теплоемкость, Дж/(кг • К); d — диа-[метр барабана, м.
105
।
Рис. 69. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи при нагревании (а) и охлаждений (б)
Тепловую нагрузку Q (в Вт) рассчитывают по формуле
Q. — lc Gkoh	^нач) Ч»
где / — расход жидкости, кг/с; /к0,„ /нач — начальная и конечная температуры продукта. К; т; — коэффициент, учитывающий тепловые потери (Д = 1,02 4-4- 1,05).
(Расход пара D (в кг/с) определяют по формуле
D = Q/i — ек;
6К = М2 4-3),
где ts — теоретическая температура конденсата.
РАЗДЕЛ В.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
Глава VIII. 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.
ПАСТЕРИЗАЦИОННЫЕ 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 недопасте-ризованного молока. В отверстии для ввода сырого молока установлен
108
Рис. 70. Схема пластинчатого аппарата:
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; Р — задняя стойка; 10— винт; 13—большая резиновая прокладка; 14 — нижнее угловое отверстие; 15 — теплообменная пластина
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 пастеризационно-охладительной установки. Большим его преимуществом считается то, что он имеет легкоразборную, состоящую из отдельных сомкнутых элементов поверхность теплообмена.
Пластинчатый аппарат (рис. 70) имеет главную переднюю стойку 3 и вспомогательную заднюю стойку 9. В передней и задней стойках закреплены концы верхней и нижней штанг. Верхняя горизонтальная шташа 7 предназначена для подвески теплообменных пластин /5. 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 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 й, двигаясь снизу вверх (противотоком по отношению к холодной рабочей среде),
109
Рис. 71. Схема движения молока, горячей и холодной воды, а также рассола в пластинчатом аппарате с односторонним расположением секций:
а —в секциях и пакетах: / — секция рекуперации; // — секция пастеризации; /// — секция водяного охлаждения; IV — секция рассольного охлаждения;
б — в межпластинных каналах
собирается в верхнем коллекторе. Из аппарата горячая рабочая среда выходит через штуцер 2. Уплотнительные прокладки в аппарате обеспечивают герметичноств 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.
В аппарате молоко при его обработке движется через секции последовательно. Вначале оно проходит секцию рекуперации I (рис. 71). Из этой секции осуществляется его вывод на очистку. Затем молоко попадает в секцию пастеризации II, вновь возвращается в секцию рекуперации / и далее поступает в секции водяного охлаждения /// 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 no
lle
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 (рис. 72). 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.
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-поточ-
111
7	8	9 10 11	/2	13	/4
Рис. 72. Пластинчатый аппарат с двусторонним расположением секции:
1 — штуцер для ввода пастеризованного молока в секцию водяного охлаждения; 2 —, штуцер для вывода пастеризованного молока из секции пастеризации и подачи его в выдержива-тель; 3 — штуцер для ввода молока в секцию рекуперации после центробежного молоко-очистителя; 4— нажимная плита; 5— ножка; 6 — зажимное устройство; 7— секция рекуперации /; 8 — штуцер для вывода молока нз первой секции рекуперации и подачи его к центробежному молокооч мстителю; 9 — вторая секция рекуперации; 10 — штуцер для ввода молока во вторую секцию рекуперации после выдерживателя; 11 — 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
ных 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 (рис. 73, 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 результате 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
112
Рис. 73. Сетчато-поточная (а) и ленточно-поточная (б) пластины
жидкости (0,3—0,9 м/с) эффективность теплопередачи значительнс повышается
Сетчато-поточная пластина (рис. 73, 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.
Б—1275
113
При работе пастеризационном 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 посла первой секции рекуперации.
Выдерживатель представляет собой цилиндрическую трубку виут4 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 уста
новки 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 (рис. 74).
Из молокохрапильного отделения молоко подается в уравнительный бак /, 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 / пластинчатого аппарата 5. Между центробежным насосом и пластин-
114
Рис. 74. Принципиальная схема пастеризационно-охладительной установки для питьевого молока:
/ — уравнительный бак; 2— поплавковый регулятор уровня; 3 — центробежный насос для молока; 4 — ротаметрический регулятор; 5 — пластинчатый аппарат; 6 — сепаратор-молокоочиститель; 7 — выдерживатель; 8, 12 — датчики температуры; 9. 10. 13. 14. 20, 22, 23 — показывающие манометры; 11 — вентиль для регулирования подачи рассола; 15 — возвратный клапан; 16— центробежный насос для горячей воды; 17 — бачок-аккумулятор; 18, 19 — регулирующие клапаны подачи пара; 21— пароконтактный нагреватель
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 сепаратор а-молокооч мстителя без центробежной выгрузки, работающих поочередно. После очистки молоко, нагреваясь до температуры 65—70°С во второй секции рекуперации //, 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 7 и // 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 опа 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.
!>•
115
На выходе пастеризованного молока из секции пастеризации установлен датчик температуры 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 i давления холодной воды 10, для контроля давления рассола 13, । для контроля давления греющего пара 20, 22 и 23.	j
Пастеризационно-охладительные установки для кисломолочных продуктов раз- i личаюг по производительности. Выпускают пастеризационно-охладительные установки производительностью 5000 и 10000 л/ч. Пластинчатый аппарат этих установок имеет три секции: 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 (рис. 75), который имеет поплавковый регулятор уровня 2. Центробежный насос 3 нагнетает молоко в секцию рекуперации I. 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
Рис. 75. Принципиальная схема пастеризационно-охладительной установки для кисломолочных продуктов:
/ — уравнительный бак; 2 — поплавковый регулятор уровня; 3—центробежный насос длц молока; 4, 11 — датчики температуры; 5 — пластинчатый аппарат; 6, 7 — сепараторы-моло* коочистители; 8, 9, 14, 16, 20 — показывающие манометры; 10 — центробежный насос длй горячей воды; 12— бачок-аккумулятор; 13—пароконтактный нагреватель; 15 — гомогени» аатор; 17 — возвратный клапан; 18 — регулирующий клапан подачи пара; 19 — выдержии!» тель; 21 центробежный насос для пастеризованного молока
116
пастеризуется в секции пастеризации // 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 вы-держивателя 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 паро-контактном 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.
Пастеризационно-охладительные установки для питьевых сливок выпускаются производительностью 1000 и 2000 л/ч.
Сливки поступают в уравнительный бак 1 (рис. 76). Уровень сливок в баке регулируется поплавковым регулятором уровня 2. Центробежный насос 8 подает сливки в секцию рекуперации /, где они нагреваются до температуры 50—65°С. Из секции рекуперации сливки поступают в секцию пастеризации II, где они пастеризуются при температуре 86—90°С. После пастеризации сливки охлаждаются сначала в секции рекуперации, а затем в секциях водяного III и рассольного IV охлаждения до температуры 2—6°С.
Для нагревания сливок используется горячая вода температурой 90—95°С. В секцию пастеризации она нагнетается центробежным насосом 9. Нагревание горячей воды осуществляется паром в пароконтактном нагревателе 15. Излишек горячей воды, образовавшийся в результате конденсации греющего пара, сбрасывается из бачка-аккумулятора 11 через дренажную трубку в 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, а поток не-допастеризовапных сливок направляется в уравнительный бак.
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.
117
Рис. 76, Принципиальная схема пастеризационно-охладительной установки !» для питьевых сливок:	|j
/ — уравнительный бак; 2 — поплавковый регулятор уровня; 3 — возвратный клапан; 4, 10 — 1 датчики температуры; 5 — пластинчатый аппарат; 6, 13, 14 — показывающие 7 — регулирующий клапан подачи рассола; 8 — центробежный насос для сливок; бежный насос для горячей воды; // — бачок-аккумулятор; 12 — регулирующий дачи пара; 15 — пароконтактный нагреватель
манометры; 9 — центро-клапан по-
Пастеризационно-охладительные установки для мороженого выпускаются производительно-стью 1200 и 2500 л/ч. Пластинчатые аппараты этих установок скомпонованы на базе ленточно-поточных пластин П-2.
Смесь мороженого при температуре 40—45°С поступает в уравнительный бак 1 (рис. 77). Уровень смеси в баке регулируется поплавковым регулятором уровня 2. Из уравнительного бака центробежным насосом 8 смесь подается в секцию рекуперации /, где нагревается до температуры 70°С. В секции пастеризации II смесь пастеризуется при температуре 86—90°С и выдерживается при этой температуре в вы-держивателе 12 в течение 50 с. Далее смесь поступает в гомогенизатор 9 и после гомогенизации проходит последовательно секции рекуперации, водяного охлаждения /// и рассольного охлаждения IV. Из аппарата смесь выходит при температуре 2—6°С.
В секции пастеризации смесь нагревается горячей водой, которая циркулирует в замкнутом контуре с помощью центробежного насоса 10.
Горячая вода нагревается паром в пароконтактном нагревателе 17. Избыток горячей воды, образовавшийся при конденсации пара, сбрасывается через дренажную трубку из бака-аккумулятора 13 в канализацию.
Датчик температуры 11 предназначен для регулировки температуры пастеризации. Он связан с регулирующим клапаном 14 и возвратным клапаном 3. Датчик температуры 4 предназначен для регулиро-118
Рис. 77. Принципиальная схема пастеризационно-охладительной установки для мороженого:
/ — уравнительный бак; 2—поплавковый регулятор уровня; 3 — возвратный клапан; 4, 11 — датчики температуры; 5 — пластинчатый аппарат; 6, 15, 16—показывающие манометры; 7 — регулирующий клапан подачи рассола; 8 — центробежный насос для смеси мороженого; 9 — гомогенизатор; 10 — центробежный насос для горячей воды; 12 — выдерживатель; 13 — бачок-аккумулятор; 14— регулирующий клапан подачи пара; 17—пароконтактный нагреватель
вания конечной температуры смеси мороженого. Он связан с регулирующим клапаном 7.
Показывающие манометры 6, 15, 16 осуществляют контроль за давлением рассола и пара.
Пастеризационная установка трубчатого типа
Пастеризационная установка предназначена для быстрой пастеризации молока в потоке на молочных, сыро- и маслодельных заводах, а также на молочноконсервных заводах. Они бывают производительностью 5000 и 10 000 л/ч.
В состав установки (рис. 78) входят центробежный насос для молока, трубчатый аппарат, возвратный клапан, конденсатоотводчик п приборы для контроля процесса пастеризации, смонтированные на пульте управления.
Установка имеет два центробежных насоса для молока, размещенных последовательно. Насосы обеспечивают необходимый напор для прокачивания молока через первую и вторую секции аппарата.
Трубчатый аппарат состоит из двух цилиндров, расположенных один над другим и закрепленных на трубчатой раме 19.
В торцы цилиндров вварены трубные решетки, в которые вваль-цованы трубы наружным диаметром 30 мм. Трубные решетки изготовлены из нержавеющей стали и имеют выфрезерованные короткие каналы для соединения торцов труб попарно.
119
Рис. 78. Пастеризационная установка трубчатого типа:
/ — центробежные насосы для молока; 2 — конденсатоотведчикн термодинамические; 3, 4 — патрубки для отвода конденсата; 5, 6, 1, 8 — молокогтроводы; 9—возвратный клапан; 10— регулирующий клапан подачи пара; // — предохранительные клапаны; 12— паропровод; 13— манометры для пара; 14 — патрубок для выхода пастеризованного молока; 15 — манометр для молока; 16 — пульт управления; 17 — вторая секция; 18 — первая секция; 19 — трубчатая рама
В торцах цилиндров установлены крышки с резиновыми уплотнениями, обеспечивающие герметичность и изоляцию каналов друг от друга.
Пар подается в межтрубное пространство каждого цилиндра. Отработавший пар в виде конденсата выводится из цилиндров с помощью термодинамических конденсатоотводчиков 2.
Нагреваемое молоко движется во внутритрубном пространстве последовательно через нижний и верхний цилиндры.
На входе пара установлен регулирующий клапан 10, а на выходе молока из аппарата — возвратный клапан 9, с помощью которого автоматически молоко можно направить на повторную пастеризацию.
Термодинамический конденсатоотводчик (рис. 79) состоит из корпуса 1, седла 2, тарелки 3 и крышки 4. С трубопроводами он соединяется посредством муфтовых присоединительных концов.
Накопившийся в межтрубном пространстве конденсат поступает под давлением пара в конденсатоотводчик, проходит по централь-
Рис. 79. Конденсатоотводчик термодинамический:
1 — корпус; 2 — седло; 3 — тарелка; 4 — крышка
Рис. 80. Возвратный клапан:
/ — клапан с уплотнением; 2 — шток клапана; 3 — корпус клапана; 4, 6 — накидные гвйки; 6 — тройник клапана; 7 — корпус пневмопривода; 8 — пружина; 9 — диск мембраны; 10 —* мембрана; II— верхняя тарелка; 12 — штуцер; 13— нижняя тарелка; 14 — винт; 15 — уплотнение
121
ному каналу седла и отжимает крышку. Через образовавшуюся щель между седлом и крышкой конденсат выходит из конденсатоотводчика. Запирание конденсатоотводчика происходит после того, как в пространство между тарелкой и крышкой попадет пар, который прижмет крышку к седлу.
На выходе молока из аппарата установлен термодатчик, связанный через прибор с возвратным клапаном.
Возвратный клапан (рис. 80) состоит из трех частей, соединяемых накидными гайками. В нижней части 3 корпуса клапана расположены два патрубка, один из которых предназначен для ввода пастеризованного молока, а другой — для его вывода. В корпусе клапана располагается на штоке 2 двойной клапан с уплотнением 1. Средняя часть тройника клапана имеет один патрубок для вывода молока на повторную пастеризацию. Верхняя часть представляет собой пневмопривод, который состоит из корпуса 7, нижней 13 и верхней 11 тарелок. Нижняя и верхняя тарелки образуют камеру, внутри которой помещена мембрана 10. В нижнее положение клапаны устанавливаются с помощью сжатого воздуха, который давит на мембрану. В исходное положение мембрана возвращается под действием пружины 8. При этом клапан поднимается вверх и открывает выход для пастеризованного молока.
Пастеризационная установка снабжена показывающими манометрами для контроля давления пара и молока.
На молочных заводах также эксплуатируются пастеризационные установки трубчатого типа, в которых нагревание молока в первой секции проводится горячей водой, а во второй — паром.
СТЕРИЛИЗАЦИОННО-ОХЛАДИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Стерилизационно-охладительные установки применяются для производства питьевого стерилизованного молока.
Конструктивные особенности стерилизационных установок определяются условиями их работы. Стерилизация молока происходит при высоких температурах нагревания — выше 100°С. Для того чтобы молоко не вскипало при этих температурах, оно прокачивается через аппарат при повышенном давлении. Это значит, что прочность аппарата и его соединительных узлов должна быть выше, чем, например, в пастеризационных установках.
Высокие температуры нагревания создают определенную опасность для обслуживающего персонала. Все поверхности аппарата, соприкасающиеся с горячим молоком, снаружи изолируются во избежание получения ожогов при его эксплуатации.
Стерилизационно-охладительные установки бывают пластинчатого и трубчатого типов, а также пароконтактные.
Установка пластинчатого тина
Установка предназначена для стерилизации и охлаждения питьевого молока в потоке с последующей его фасовкой в асептических условиях.
122
Рис. 81. Схема стерилизационно-охладительной установки пластинчатого типа: 1—4, 7, 30, 31, 36, 37, 39, 40—42 — пневмоклапаны с поршневым приводом; 5 — эжекторный вакуум-насос; 6—пневмоклапан с мембранным приводом; 8—вакуумная камера; 9 — асептический насос для молока; 10, 21, 22, 27, 28, 32 — показывающие манометры; 11, 14, 25 — датчики температуры; 12 — возвратный клапан; 13 — расходомер; 15 — пластинчатый аппарат; 16, 26 — трубчатые выдерживатели; 17 — промежуточный сосуд; 18 — ротаметр; 19 — датчик электроконтактного манометра; 20 — клапан регулирования подачи пара; 23 — насос для горячей воды; 24—аппарат трубчатого типа; 29— гомогенизатор; 33 — сепаратор-моло-коочистигель; 34—иасос для молока; 35 — регулятор равномерности потока; 38—уравнительный бак; 43 — поплавковый регулятор уровня;
/, II, III — секции рекуперации; IV — секция стерилизации; V — секция охлаждения
При работе установки (рис. 81) сырое молоко подают в уравнительный бак 38 при температуре 4°С. Из бака через пневматический клапан 36 оно подается центробежным насосом для молока 34 в пла
стинчатый аппарат, который состоит из пяти секций: трех секций ре-
куперации тепла /, //, ///, секции стерилизации IV, секции охлаждения стерилизованного молока холодной водой V.
Секция рекуперации I предназначена для нагрева молока от 4 до 36°С. В секции рекуперации // оно нагревается до 75°С. С этой температурой молоко поступает в сепаратор-молокоочиститель 33 и далее — в гомогенизатор 29. После гомогенизатора молоко температурой 79°С (повышение температуры на 4°С происходит при гомогенизации) под давлением 3,0 • 104 кПа поступает в секцию реку-
перации III тепла, где нагревается до 108°С. Секция рекуперации
III имеет трубчатый выдерживатель 26, в котором молоко выдержи-
вается в течение 30 с.
Из секции рекуперации /// молоко поступает в секцию стерилизации IV, в которой нагревается до температуры 140°С горячей водой температурой 144°С. При этой температуре молоко выдерживается в течение 2 с. В обратном потоке стерилизованное молоко проходит последовательно через секции рекуперации III и //, где охлаждается
123
соответственно до 109 и 70°С. С температурой 70°С при давлении 350 кПа молоко поступает в камеру 8, внутри которой поддерживается абсолютное давление р = 28 кПа с помощью вакуум-насоса 5. В камере 8 молоко освобождается от воздуха и образовавшихся при действии высоких температур газов, которые выводятся через пневматический трехходовой клапан 7. Клапан связан с системой программного управления и обеспечивает также мойку и стерилизацию камеры 8. Стерилизованное молоко из нее откачивается насосом 9. Дальнейшее охлаждение стерилизованного молока осуществляется в секции рекуперации / до 35°С и в секции охлаждения V холодной водой до 18°С.
Для нагревания молока в секции стерилизации применяется горячая вода, которая нагревается до температуры 144°С паром в аппарате трубчатого типа 24. В секцию стерилизации горячая вода качается насосом 23. Для того чтобы предотвратить кипение воды в потоке поддерживается постоянное избыточное давление. Избыточное давление достигается с помощью промежуточного сосуда 17, заполненного водой. Сосуд соединен с компрессором. Контроль за заданной величиной давления осуществляется электроконтактным манометром, датчик которого 19 установлен в промежуточном сосуде. Греющий пар подается во внутритрубное пространство аппарата, и количество его можно регулировать пневматическим клапаном 20, который связан с системой автоматического регулирования температуры стерилизации.
Установка имеет ротаметр 18 для определения количества стерилизуемого молока. Возвратный клапан 12 предназначен для возврата недостерилизованного молока в уравнительный бак. Он связан с системой автоматического регулирования температуры стерилизации.
Датчик температуры 25 автоматической системы регулирования температуры стерилизации установлен на выходе молока из секции стерилизации.
Пластинчатый аппарат установки собран на основе пластин с гофрированной поверхностью ленточно-поточного типа. Конструкция его аналогична пластинчатому аппарату пастеризационно-охладительной установки. Особенностью конструкции является применение штанг повышенной прочности, так как они испытывают значительно большее разрывное усилие.
Необходимая герметичность каналов в пластинчатых аппаратах обеспечивается прокладками, которые укладываются в выштампован-ные по периферии пластины канавки. Сложность герметического уплотнения в пластинчатом аппарате стерилизационной установки состоит в том, что прокладка работает в условиях высоких температур и большого удельного давления.
Наилучшим материалом для прокладок является резина. Надежная герметичность при работе аппарата обеспечивается применением термически стойких марок резины.
Пневматические клапаны с поршневым приводом предназначены для циркуляционной мойки установки.
124
Установка трубчатого типа
Стерилизационно-охладительная установка трубчатого типа предназначена для стерилизации молока в потоке с последующей его фасовкой в асептических условиях.
При работе установки (рис. 82) сырое молоко температурой 4°С подается в уравнительный бак 38 через пневматический клапан 39. Уровень его в баке регулируется поплавковым регулятором уровня 37. Из уравнительного бака оно через трехходовой пневматический клапан 40 центробежным насосом 36 нагнетается во вспомогательный подогреватель 34 трубчатого типа и далее — в первую подсекцию рекуперации 32, где молоко нагревается до температуры 65°С.
Вспомогательный подогреватель предназначен для нагревания воды паром во время мойки установки. При движении молока в установке пар в него не подается.
После первой подсекции рекуперации молоко поступает в двухступенчатый клапанный гомогенизатор 20, где оно гомогенизируется при максимальном давлении 2,5 • 104 кПа. В гомогенизаторе создается напор, необходимый для дальнейшего прокачивания молока через остальную часть установки. Гомогенизированное молоко нагревается до температуры 110°С во второй подсекции рекуперации и окончательно до температуры 135°С — в секции стерилизации 25.
Рис. 82. Схема стерилизационно-охладительной установки трубчатого типа: / — бак для приготовления моющих растворов; 2, 3, 5, 7, 9, 11—14, 26, 28, 39, 40 — пневмоклапаны с поршневым приводом; 4, 10 — дроссельные клапаны; 6, 19, 24, 29, 30 — показывающие манометры; 8 — вспомогательный охладитель; 15, 21, 22, 33 — термодатчики; 16 — секция охлаждения водой; 17— рекуператор; 18 — вторая подсекция рекуператора; 20 — гомогенизатор; 23, 31 — пневмоклапаны с мембранным приводом; 25 — секция стерилизации; 27, 35 — конденсатоотводчики; 32 — первая подсекция рекуператора; 34 — вспомогательный подогреватель; 36 — иасос для молока; 37 — поплавковый регулятор уровня; 38 — уравнительный бак
125
Рис. 83. Устройство трубчатого нагревателя секции стерилизации:
1 — внутренняя труба; 2 — промежуточная труба; 3 — внешняя труба; 4 — проволочные вставки
Рекуператор, состоящий из двух подсекций, изготовлен в виде змеевика из двух концентрических труб. Он имеет два канала: центральный канал круглого сечения и периферийный канал кольцевого сечения. Но одному из каналов течет нагреваемое молоко, а по другому — охлаждаемое.
Секция стерилизации изготовлена в виде змеевика из трех концентрических труб (рис. 83).
В пространство первой центральной трубы вводится пар. В кольцевом пространстве между первой центральной и второй трубой течет нагреваемое молоко. В кольцевое пространство между второй
и третьей (наружной) трубой вводится пар через пневмоклапан 23 (см. рис. 82), который связан с системой автоматического регулиро-
вания температуры стерилизации.
Секция стерилизации также изготовляется в виде змеевика из одной трубы. Змеевик помещается в камеру, куда при работе установки вводится греющий пар. Конденсат как в первом, так и во втором случае удаляется через конденсатоотводчик 27 (см. рис. 82).
После секции стерилизации молоко охлаждается вначале в секции рекуперации до 30°С и далее в секции охлаждения 16 — водой до 15—18°С.
Пневмоклапаны 12—14 (см. рис. 82) предназначены для направления стерилизованного молока к фасовочным автоматам.
Установка не имеет возвратного клапана для направления молока на повторную стерилизацию. В том случае, когда температура стерилизации не достигает установленного значения (145°С), в установку автоматически прекращается подача сырого молока и она переключается на мойку.
Для мойки установки приготовляются моющие растворы в баке (см. рис. 82).
Пневмоклапаны с поршневым приводом 2, 3, 9, 39, 40 предназначены для регулирования потоков при мойке, а клапаны 5, 7, 11 — для регулирования количества холодной воды, подаваемой в секцию охлаждения и во вспомогательный охладитель 8 (см. рис. 82).
Контроль за давлением молока осуществляется показывающими манометрами 19 и 29, пара — 24 и 30 и холодной воды — 6 (см. рис. 82).
Установки пароконтактные
Стерилизационно-охладительные установки пароконтактные изготовляются с нагревателями инжекционного и инфузионного типов.
Установка с нагревателем инжекционного типа предназначена для
126
Рис. 84. Схема стерилизационно-охладительной установки пароконтактной: 1 — уравнительный бак; 2 — регулирующий вентиль; 3, 13, 19, 25, 29, 39, 50, 58 — запорные клапаны; 4, 7, 12, 18, 24, 27, 32, 44, 48 — показывающие манометры; 5, 22 — трехходовой пневматический клапан с мембранным приводом; 6 — секция охлаждения; 8 — секция предварительного иагрева; 9 — пароконтактный нагреватель для воды; 10, 11 — двухходовой пневмоклапан с мембранным приводом; 14 — пароконтактный нагреватель для молока; 15, 16, 33, 47, 56, 57 — термодатчики; 17 — вакуум-камера; 20 — возвратный клапан; 21, 49 — дренажный клапан; 23 — фильтр; 26 — вакуум-насос; 28 — иасос для откачки конденсата; 30, 34, 37, 40, 41, 43, 45, 53, 60, 62. 63 ~ пневмоклапаны с поршневым приводом; 31 — асептический гомогенизатор; 35, 42, 52, 54, 61 — вентили; 36 — циклон; 38 — асептический насос для стерилизованного молока; 46 — поплавковый регулятор уровня; 51 — асептический пластинчатый охладитель; 55 — насос высокого давления; 59 — насос для сырого молока
стерилизации питьевого молока в потоке с последующей его фасовкой в асептических условиях.
При работе установки (рис. 84) сырое молоко подается в уравнительный бак /, в котором поплавковый регулятор уровня поддерживает постоянный уровень молока при его поступлении в бак. Это предотвращает переливание молока через край бака и стабилизирует работу центробежного насоса.
Центробежный насос 59 нагнетает молоко температурой 4°С в секцию 8, где оно нагревается горячей водой до 75°С- Вода поступает из конденсатора вакуум-камеры 17, где она использовалась как охлаждающая. Температура ее на выходе из конденсатора 70°С.
Далее вода нагревается паром в пароконтактном нагревателе 9 до 78—80°С. Подогретое молоко насосом высокого давления 55 нагнетается в пароконтактный нагреватель 14, и температура его становится равной 140°С. При этой температуре молоко выдерживается в течение 3—5 с в трубопроводе, проложенном от пароконтактного
127
нагревателя до подпорной шайбы, которая находится между возвратным клапаном 20 и вакуум-камерой 17.
Пройдя возвратный клапан, молоко поступает в вакуум-камеру, где из него частично удаляется вода, а также охлаждается до 76°С. Из вакуум-камеры асептический насос 38 подает молоко к асептическому гомогенизатору 31, и далее молоко охлаждается до температуры 20°С в секции охлаждения 6 пластинчатого охладителя.
В установке осуществляются автоматическое регулирование температуры стерилизации молока и возврат недостерилизованного молока на повторную стерилизацию. После нагревателя установлен термодатчик 15, связанный через систему приборов с пневмоклапаном 11, с помощью которого регулируется количество пара, подаваемого в пароконтактный нагреватель. Одновременно срабатывает возвратный клапан 20 и направляет поток молока в уравнительный бак. Перед тем как поступить в бак, молоко охлаждается в пластинчатом охладителе 51. Вода для охлаждения поступает в охладитель после конденсатора, который встроен в вакуум-камеру. Секции 8 и 6, а также асептический пластинчатый охладитель 51 собраны на основе ленточнопоточных пластин с рифленой поверхностью.
Нагреватель инжекционного типа (рис. 85) имеет два концентрических кольцеобразных канала, по одному из которых течет молоко, а по другому •— греющий пар. Молоко вводят в нагреватель через патрубок 6, пар — через патрубок 9.
Смешение пара с молоком начинается на выходе из кольцевых каналов и продолжается в камере смешения 11 нагревателя. Часть молока проникает через отверстие 2 в центральный кольцевой канал, образованный между верхней частью корпуса 5 и центральным стержнем 7, который имеет кольцевую проточку. В нее вложено уплотнительное кольцо, предотвращающее попадание молока в регулирующее устройство. Путем осевого перемещения центрального стержня можно устанавливать сечение кольцевой щели для молока, регулируя его расход.
Рассмотренный нагреватель относится к сопловому типу с регулируемым сечением сопла.
В пароконтактных установках распространены нагреватели инжекционного типа с перфорированными вставками. Такие нагреватели более эффективны с точки зрения быстроты и равномерности нагревания и более просты по конструкции и в эксплуатации.
Нагреватель (рис. 86) имеет центральную перфорированную трубку 10, в которую вводится молоко через патрубок 1. Греющий пар подается через патрубок 7 в канал для пара 8. Пар проникает в поток через отверстия 9. Стерилизованное молоко выходит из нагревателя через патрубок 5. Для улучшения теплообмена путем турбулизации потока в начале канала устанавливается турбулизатор 12.
Нагреватели инжекционного типа в установках блокируются запорными клапанами 13 и 19 (см. рис. 84). Подобная блокировка необходима для того, чтобы при определенных превышениях давления пара или молока предотвратить проход пара в магистраль и попадание его в нагреватель 8 или попадание молока в паровую линию.
128
7
Рис. 85. Схема нагревателя инжекционного типа («пар в молоко»):
I — корпус нагревания (нижняя часть); 2— отверстие для молока; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — кольцевой канал для молока; 5 — корпус нагревателя (верхняя часть); 6 — патрубок для ввода молока; 7 — центральный стержень; 8 — регулировочная гайка; 9 — патрубок для ввода пара; 10 — канал для пара; 11 — камера смешения
Рис. 86. Схема нагревателя типа «пар в молоко» с перфорированной вставкой:
1 — патрубок для ввода молока; 2,4 — накидные гайки; 3 — корпус; 5 — патрубок для выхода стерилизованного молока; 6 — прокладка; 7 — патрубок для ввода пара; 8 — кольцевой канал для пара; 9 — отверстия для пара; 10 —• центральная перфорированная трубка; 11 — прокладки; 12— турбулизатор
К При пароконтактном нагреве пар конденсируется и превращайся в конденсат, который разбавляет молоко. Первоначальная концентрация стерилизованного молока восстанавливается путем охлаждения молока в вакуум-камере.
Вакуум-камера 17 (см. рис. 84) представляет собой цилиндрический сосуд с встроенным в него конденсатором.
129
Внутри вакуум-камеры устанавливается щелевидная форсунка, через которую нагретое молоко выходит тангенциально по отношению к внутренней стенке цилиндра. Образовавшийся при кипении Молока в вакууме вторичный пар, поднимаясь в верхнюю часть сосуда, проходит в кольцевое пространство между наружным и внутренним цилиндрами.
В этом пространстве размещен конденсатор.
Из вакуум-камеры конденсат откачивается через циклон 36 насосом 28 (см. рис. 84).
К верхней части вакуум-камеры прикреплена форсунка для разбрызгивания моющего раствора при циркуляционной мойке установки.
После вакуум-камеры расположен поплавковый регулятор уровня 46, обеспечивающий стабильность работы центробежного насоса 38 (см. рис. 84). Когда уровень молока перед насосом (в вакуум-камере) понижается, начинается замкнутая циркуляция стерилизованного молока, в результате которой устраняется нежелательный подсос воздуха и газов из вакуум-камеры.
Чтобы избежать попадания микроорганизмов из атмосферы в стерилизованное молоко, все вспомогательные части установки после вакуум-камеры надежно герметизируются. Соединения трубопроводов, патрубки охладителя 6, сальник насоса 38, сальники плунжерного насоса гомогенизатора 31 (см. рис. 84) помещены в специальные камеры, куда подводится пар.
Установка снабжена системой автоматического контроля и регулирования процесса стерилизации, которая позволяет регулировать температуры стерилизации и предварительного нагревания молока, величину вакуума и возвращать недостерилизованное молоко на повторную стерилизацию.
Установка также имеет программное устройство, обеспечивающее последовательность и продолжительность операций стерилизации установки, стерилизации молока и мойки установки.
Стерилизационно-охладительная установка пароконтактная с нагревателем инфузионного типа предназначена для стерилизации и охлаждения питьевого молока в потоке с последующей его фасовкой в асептических условиях.
При работе установки сырое молоко (рис. 87) подается в уравнительный бак 1, в котором установлен поплавковый регулятор уровня 41. Из уравнительного бака молоко центробежным насосом 39 подается в нагреватель-конденсатор 17. Здесь оно предварительно нагревается вторичным паром. Нагреватель-конденсатор является рекуператором. Затем в секции предварительного подогрева 22 нагревается паром до температуры 75°С. При этой температуре молоко насосом высокого давления 20 нагнетается в нагреватель 8, где температура его становится равной 145°С. Несколько секунд (1—2 с) молоко выдерживается и вводится в вакуум-охладитель 12. Здесь из молока при его кипении удаляется та часть влаги, которая была внесена в виде конденсата при нагревании паром, и молоко охлаждается до 77°С. Из вакуум-охладителя молоко насосом 33 подается в асептический гомо-
130
Рис. 87. Схема стерилизационно-охладительной установки пароконтактной с нагревателем инфузионного типа:
1 — уравнительный бак; 2, 26 — трехходовые пневмоклапаны с мембранным приводом (возвратный клапан); 3, 6, 25 —датчики манометрического термометра; 4, 10, 15, 23, 37 — двухходовые пневмоклапаны с мембранным приводом; 5, 35, 36 — датчики термографа; 7, 11, 14, 18, 24, 28, 32 — показывающие манометры; 8—нагреватель типа «молоко в пар»; 9 — датчик регулятора давления; 12 — вакуум-охладитель; 13 — датчик регулятора вакуума; 16 — насос для откачивания газов и воздуха; 17— нагреватель-конденсатор; 19, 30 — вентили; 20— насос высокого давления; 21 — датчик регулятора температуры подогрева; 22 — секция предварительного подогрева; 27 — двухсекционный охладитель; 29—асептический гомогенизатор; 31 — насос для откачивания воды и конденсата; 33 — асептический насос для молока; 34, 40 — датчики регулятора уровня; 38 — выдерживатель; 39 — иасос для молока; 41 — поплавковый регулятор уровня
генизатор 29, где гомогенизируется при давлении (3,04- 3,5)104 кПа. Стерилизованное гомогенизированное молоко до температуры 20—25°С охлаждается в двухсекционном охладителе 27 обычной водой и охлажденной водой.
Установка снабжена системой автоматического контроля и регулирования процесса стерилизации, которая обеспечивает регулирование температур стерилизации, температуры предварительного нагрева молока, величины вакуума и возврат недостерилизованного молока.
Пневмоклапан 10 предназначен для регулировки количества подаваемого пара в нагреватель. Пневмоклапаны 2 и 26 осуществляют автоматически возврат молока в уравнительный бак. Клапан 2 возвращает молоко в том случае, когда его температура при входе в пароконтактный нагреватель ниже установленной (75°С). Клапан 26 возвращает молоко тогда, когда его температура ниже температуры стерилизации (145°С).
Контроль за давлением осуществляется показывающими манометрами: молока 28, пара 7, 11, 14, 24 и воды 18.
Установка имеет программную систему для обеспечения циркуляционной мойки.
131.
з-
2
i
Рис. 88. Нагреватель типа «молоко в пар»:
/ — патрубок для подвода пара в нагреватель; 2 — патрубок для подвода молока;
3 — патрубок для подвода моющего раствора; 4 — патрубок для выпуска воздуха;
5 — форсунка для молока; 6 — камера; 7 — патрубок для вывода стерилизованного молока
Рис. 89. Схема нагревателя инфузионного типа («молоко в пар») со струйными форсунками:
1 — камера нагревания; 2 — отбойник пара; 3 — болтовое соединение; 4— крышка; 5 — патрубок для ввода молока; 6 — струеобразующий диск; 7 — уплотнительные прокладки; 8 — патрубок для ввода пара; 9 — патрубок для вывода стерилизованного молока; Ю — смотровое окно
В установке для нагревания молока до температуры стерилизации применяют нагреватель инфузионного типа («молоко в пар»). Стерилизуемое молоко вводится в камеру 6 по патрубку 2 (рис. 88), а греющий пар — по патрубку 1. Стерилизованное молоко выходит по патрубку 7. Перед подачей молока в камеру из нее выводится воздух через патрубок 4. Внутри камеры установлена форсунка для мойки камеры, моющий раствор и вода в которую подаются по патрубку 3. Для распыления молока в камере установлена центробежная форсунка 5, образующая факел из распыленного молока в виде мельчайших капелек. Эффективность нагревания в результате этого увеличи
вается.
В установках также могут применяться нагреватели инфузионного типа («молоко в пар»), в которых установлены струйные форсунки, выполненные в виде сверлений в струеобразующем диске 6 (рис. 89). Молоко в виде множества цилиндрических струй малого диаметра входит в атмосферу пара, подаваемого в камеру 1 через патрубок 5. Стерилизованное молоко выходит из камеры через патрубок 9.
132
Для промежуточного кратковременного хранения стерилизован-
ного
ческие
молока перед его фасовкой применяют специальные
асепти-
резервуары.
СТЕРИЛИЗАТОРЫ
Стерилизаторы, применяемые для стерилизации молока и сгущен-
ного молока
в таре,
дического
действия
бывают непрерывного, полунепрерывного
и перио-
Стерилизаторы непрерывного действия
Стерилизатор непрерывного действия (гидростатический), применяемый для стерилизации молока в стеклянных бутылках, имеет четыре вертикальные башни (рис. 90), внутри которых движется транспортер 10, представляющий собой две параллельные цепи, между которыми крепятся носители с гнездами для бутылок. Башня 11 разделена вертикальной перегородкой на две половины. В первой половине размещается восходящая цепь транспортера. Вторая половина служит гидрозатвором и уравнивает с помощью столба воды давление пара в башне 12, которая является стерилизационной камерой. В этой башне бутылки с молоком проходят путь по восходящему участку, огибают звездочку, расположенную в верхней части башни, и опускаются вниз.
Скорость движения транспортера должна быть такой, чтобы обес-гечить нагревание молока паром до температуры стерилизации и его выдержку в течение установленного времени при этой температуре. 1алее бутылки с молоком попадают в башню 13, которая также разделена вертикальной перегородкой на две половины. В одной поло-шне, выполняющей функции гидрозатвора, происходит частичное
Рис. 90. Линия для производства стерилизованного молока в бутылках:
! — уравнительный бак; 2 — трубчатый аппарат; 3 — гомогенизатор; 4 — промежуточная емкость; 5 — подогреватель; 6 — автомат для фасовки молока; 7 — укупорочный автомат; 8 — гидростатический стерилизатор; 9 — бутылкомоечная машина; 10 — главный транспортер; 11— башня предварительного нагревания; 12 — стерилизационная башия; 13— башня первой ступени охлаждения; 14— башня второй ступени охлаждения
133
Рис. 91. Схема башенного стерилизатора непрерывного действия для стерилизации сгущенного молока в жестяных банках:
1	— транспортер загрузки;
2	— главный транспортер;
3	— башня предварительного подогрева; 4 — гидрозатвор;
5	— верхняя звездочка; 6 — цепь вращения барабаиов-иосителей; 7 — передача к цепи вращения; 8 — башня стерилизации; 9 — звездочка башни стерилизации; 10 — нижняя звездочка; 11 — башня охлаждения; 12 — течка: 13, 14 — барабаны-носители
охлаждение. Другая половина заполняется водой для последующего охлаждения бутылок со стерилизованным молоком. В башне 14 происходит окончательное охлаждение молока холодной водой. В первой половине этой башни бутылки проходят через слой холодной воды. Во второй половине с помощью форсунок осуществляется их опрыскивание холодной водой. По выходе из башни 14 установлен разгрузочный механизм, который после извлечения бутылок из гнезд устанавливает их на транспортер.
Гидростатический стерилизатор можно использовать как самостоятельный аппарат для стерилизации питьевого молока. В некоторых случаях он входит в линию для производства стерилизованного молока по схеме двойной стерилизации (см. рис. 90).
Нормализованное молоко из уравнительного бака 1 подается в трубчатый аппарат 2. Центробежный насос прокачивает молоко через первую секцию рекуперации, где оно нагревается до температуры 65°С. За этим следуют гомогенизация молока при давлении 2 • 104— 2,5 • 104 кПа в гомогенизаторе 3 и дальнейший подогрев в секции рекуперации до температуры 85°С и в секции стерилизации до температуры 140°С. Охлажденное в секции рекуперации до 40°С стерилизованное молоко резервируется в промежуточной емкости 4. В бутылки
134
молоко фасуется автоматом 6. Предварительно оно подогревается до температуры 70°С в подогревателе 5. Горлышки в бутылках укупориваются корончатым металлическим колпачком, имеющим прокладку из пробки, с помощью автомата 7. Вторичной стерилизации молоко подвергается в башенном стерилизаторе 8 при температуре 115°С. Длительность действия этой температуры 16 мин.
Башенный стерилизатор применяется также для стерилизации сгущенного молока в жестяных банках. Стерилизатор (рис. 91) имеет три вертикальные башни, через которые движется главный транспортер, несущий барабаны с жестяными банками. Банки заполнены сгущенным молоком. После фасовочного автомата банки со сгущенным молоком транспортером 1 подаются к барабану 14, установленному под загрузку. Барабан имеет восемь горизонтальных кассет, и концы его вала крепятся в подшипниках между двумя параллельными цепями главного транспортера 2. Загрузка кассет банками осуществляется попарно. Следовательно, барабан поворачивается вокруг своей оси на 90°.
В стерилизаторе размещено 35 барабанов. Одновременно с загрузкой осуществляется выгрузка банок из барабана 13, который также поворачивается на 90°. После выгрузки банки по течке 12 направляются к укладчику. Банки со сгущенным молоком загружаются в кассеты и выгружаются из них с помощью загрузочных и разгрузочных лент. Между лентами и лежащей на ленте банкой возникает сила трения, способствующая продвижению банки вдоль кассеты.
После того как барабан 14 будет загружен, а барабан 13 разгружен, главный транспортер 2 продвигается на расстояние /, равное шагу между барабанами. При этом один из барабанов устанавливается под загрузку, а другой — под разгрузку. Загруженные барабаны по восходящей ветви транспортера поднимаются в верх башни предварительного подогрева 3, огибают звездочку 5 и входят в столб воды, где происходит предварительное нагревание до температуры 90°С. Далее транспортер с банками огибает нижнюю звездочку и входит в башню стерилизации 8, где банки со сгущенным молоком нагреваются до температуры стерилизации 118°С. Здесь же происходит их выдерживание в течение 15,6 мин при температуре стерилизации. После этого главный транспортер, огибая звездочку 10, проходит второй водяной столб в башне охлаждения 11, где банки со сгущенным молоком охлаждаются до температуры 40°С. Далее, огибая верхнюю звездочку по нисходящей ветви транспортера, барабаны подводятся к месту выгрузки.
Внутри стерилизатора через башни движется цепь 6, которая осуществляет вращение барабанов вокруг собственной оси.
Все движения механизмов стерилизатора осуществляются от главного электродвигателя 1 (рис. 92) через вариатор скоростей и редуктор. Электродвигатель имеет встроенное электромагнитное тормозное устройство.
Вращение от главного привода передается через цепную передачу 12 на вал червячного редуктора 11, приводящий в движение мальтийский крест, на валу которого закреплена приводная звездочка 10.
135
Рис. 92. Схема привода стерилизатора:
1 — электродвигатель; 2 — цепная передача; 3 — звездочки барабанов-носителей;
4 — приводные диски с пальцами; 5 — ведущая звездочка; 6 — главный транспортер; 7 — червячный редуктор; 8, 9, 12 — цепи а я передача; 10 — приводная звездочка; 11 — червячный редуктор
Рис. 93. Схема устройства врате- : ния барабана:
1 — барабан-носитель; 2 — звездочка бара- ? бана-носителя; 3 — цепь главного транс- i портера; 4 — приводная цепь
Через цепную передачу 9 звездочка 10 периодически поворачивает звездочки, на валу которых крепятся приводные диски 4 с восемью пальцами. Пальцы, входя в зацепление с закрепленными на валах барабанов звездочками 3, поворачивают барабаны на 90°. Через цепную передачу 8 вращение передается на вал червячного редуктора 7. Червячный редуктор приводит в движение мальтийский крест. На валу мальтийского креста укреплена звездочка 5, приводящая в цикличное движение главный транспортер 6, который передвигается на расстояние I, равное шагу между барабанами. Рис. 93 иллюстрирует устройство, приводящее во вращение барабаны-носители при их движении в стерилизаторе.
Стерилизатор имеет систему автоматизации, которая обеспечивает заданный температурный режим и блокировку, предохраняющую основные узлы от перегрузки или повреждений, возникающих при неполадках.
Установка непрерывного действия для стерилизации сгущенного молока в жестяных банках (рис. 94) состоит из секций /, II, III, IV, в которых осуществляются ступенчатое нагревание банок с молоком до температуры стерилизации, выдержка при температуре стерилизации и охлаждение.
Каждая секция имеет форму цилиндра, установленного горизонтально. Секции изготовлены из стали и к внутренней поверхности цилиндров приварены спиральные направляющие из полосовой стали. Внутри цилиндров в подшипниках установлены барабаны, на наружной поверхности которых укреплены полосы из угловой стали.
Жестяные банки со сгущенным молоком, помещенные между полосами, при вращении бараб'ана перемещаются от одного конца ци-
136
Рис. 94. Стерилизатор непрерывного действия для стерилизации сгущенного молока в жестяных банках:
/ — патрубок для ввода воды*. 2 — паропровод; 3 — диафрагмовый клапан; 4 — циркуляционные гнезда; 5 — терморегулятор с показывающим термометром; 6 — подъемники для банок; 7 — воздушный вентиль; 8 — фильтры; 9 — герметизирующие звездочки; 10 — коивейер-подъ-емник; 11 — переливная труба, 12 — фильтры; 13 — терморегулятор; 14 — вариатор скоростей: 15 — воздушный ресивер; 16 — муфта включения; /7 — редукционный клапан; 18—масляный насос; 19 — компрессор; 20 — регулятор уровня воды; 21 — предохранительный воздушный клапан; 22 — предохранительный паровой клапан; 23 — воздушные краны; 24 — регулятор давления; II — подогреватели; HI — стерилизатор; /V — охладитель
линдра до другого по спиральной направляющей. За один оборот барабана банка передвигается па расстояние, равное ее высоте. Движение банки в цилиндрах сложное. Она вращается вокруг оси барабана, а также вокруг собственной оси и перемещается вдоль цилиндра.
Специальный механизм для загрузки банок в подогреватель / представляет собой цилиндрическую камеру с установленной внутри звездочкой. Механизм размещен в верхней части подогревателя /. Банки элеватором поднимаются к этому механизму и через окно корпуса попадают в межзубные пространства звездочки. Далее они через окно корпуса подогревателя попадают в пространство между полосами на поверхности барабана.
В подогревателе / банки нагреваются горячей водой в течение 14 мин до температуры 80°С. Температура воды в передней части подогревателя 50—60°С, а в остальной части 90—95°С.
Далее банки выгружаются из подогревателя / и элеватором перемещаются в подогреватель //, где они нагреваются горячей водой до температуры 90—95°С. Температура горячей воды 98°С. Подогреватель И имеет четыре входных окна, с помощью которых можно регулировать продолжительность нахождения банки в подогревателе II до 3, 6, 10 и 14 мин.
Из подогревателя // банки поступают через герметизирующую звездочку в стерилизатор (секцию HI). В стерилизаторе банки нагреваются паром до температуры стерилизации (125°С). Давление пара в стерилизаторе должно быть 380 кПа. Давление пара в линии, через которую он подводится к стерилизатору, должно быть 1100 кПа. Температура стерилизации поддерживается постоянной пневматическим регистрирующим терморегулятором. Продолжительность нахождения банки в стерилизаторе (II—53 мин) регулируется вариатором скорости.
Из стерилизатора банки через герметизирующую звездочку поступают в охладитель IV, в котором циркулирует охлаждающая вода.
137
Внутри охладителя создается противодавление путем нагнетания в охладитель компрессором сжатого воздуха. Величина давления воздуха в охладителе регулируется с помощью регулятора давления.
Из охладителя банки выгружаются через герметизирующую звездочку и направляются по транспортеру на хранение.
Барабаны подогревателей приводятся во вращение от индивидуальных электродвигателей. Барабаны стерилизатора и охладителя и их герметизирующие звездочки приводятся во вращение от общего электродвигателя через вариатор скорости и зубчатые передачи.
Стерилизатор полунепрерывного действия
Стерилизатор полунепрерывного действия (рис. 95) представляет собой прямоугольный туннель длиной 11 м, шириной 1 м и высотой до 2 м. Наружная поверхность стерилизатора покрыта изоляцией в целях уменьшения потерь тепла в окружающую среду.
Стеклянные бутылки с молоком, укупоренные металлическим корончатым колпачком, устанавливаются вертикально горлышком вверх
О в 16	22	52 ьо Ьв 56	72 ВО
Продолжительность, мин
Рис. 95. Стерилизатор полунепрерывного действия:
а — схема: / — тележка; 2 — этажеры с бутылками; 3 — вентилятор; 4 — изоляция; 5 — калориферы; 6 — вентиляторы горячего воздуха; 7 — трубопроводы холодной воды; 8 — теплообменники; /—XI — камеры предварительного нагревания, стерилизации и ступенчатого охлаждения;
б — график изменения температуры: / — в туннеле; 2 — в бутылке
138
в металлические корзины. Металлические корзины укладываются на тележку 1 с этажерами 2. На каждой тележке в передней части размещен металлический щит, размеры которого соответствуют сечению туннеля. Тележки продвигаются по рельсовому пути через туннель с интервалом 8 мин. Металлические щиты в туннеле образуют камеры, в которых осуществляются тепловые процессы. При полной загрузке туннеля в нем образуется 11 камер. В камерах lull молоко нагревается от 70 до 95°С за 16 мин. В них с помощью вентилятора 3 осуществляется циркуляция пара, температура которого 103°С. В камерах III и /V установлены калориферы 5 с вентиляторами 6 для нагрева и циркуляции горячего воздуха, температура которого поддерживается равной 122°С. В камерах III, IV, V, VI молоко нагревается в течение 24 мин до 120°С. В камере V!I стерилизованное молоко предварительно охлаждается до 107°С.
Ступенчатое охлаждение стерилизованного молока холодной водой осуществляется в камерах VIII (до 90°С), IX (до 70°С). X (до 50°С) и XI (до 24°С). В верхней части камер охлаждения установлены баки для холодной воды с перфорированным дном. Вода равномерно орошает бутылки со стерилизованным молоком. Охлаждающая вода подводится в баки по трубопроводам 7. В приямках камер VII1—X размещены теплообменники 8 для охлаждения отработавшей воды и фильтры для ее очистки.
При стерилизации вход в туннель и выход из него закрывается шторным затвором. Состав тележек продвигается через туннель с помощью гидравлического привода, который периодически (через каждые 8 мин) проталкивает состав тележек на одну тележку. В этот момент шторные затворы открыты.
Стерилизатор периодического действия
Стерилизатор периодического действия представляет собой герметически закрывающуюся крышкой 2 камеру /, которая может быть прямоугольной или цилиндрической формы (рис. 96). Молоко разливается автоматом в стеклянные бутылки, горлышки которых укупо
риваются металлическим корончатым колпачком. Стеклянные бутылки устанавливаются в металлические корзины и с помощью тележек загружаются в стерилизатор. После герметического закрытия крышки в стерилизатор подают греющий пар. В верхней части стерилизационной камеры имеются вентили, через которые вытесняется воздух из стерилизатора. После вытеснения воздуха вентили
Рис. 96. Стерилизатор периодического действия:
/ — стерилизационная камера; 2 — крышка; 3 — рельсы; 4 — корзины с бутылками
закрываются, и в течение установленного времени осуществляются нагревание молока и его выдержка при температуре стерилизации. По окон
139
чании стерилизаций в стерилизатор подаются сжатый воздух и охлаждающая вода.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
При расчете пастеризационных установок определяют площадь поверхности теплопередачи, гидравлическое сопротивление аппарата, размеры выдерживателя, расход тепла и пара на пастеризацию.
Площадь поверхности теплопередачи комбинированного аппарата пастеризационно-охладительной установки пластинчатого типа определяется по секциям.
Для расчета площади поверхности F (в м2) пользуются формулой
F = Gc (/K-/H)/feA/cp.	(12)
где G — количество пастеризуемого молока (производительность установки), кг/с; с — удельная теплоемкость нагреваемого молока, Дж/(кг  К); tH и гк — начальная и конечная температуры нагреваемого молока, °C; k — общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 • К); А/ Ср — средний температурный напор, °C.
Для расчета составляют общую схему аппарата и график изменения температур обрабатываемого продукта и рабочих сред по секциям (рис. 97).
Недостающие значения температур по секциям определяются формулами:
<2 = <i + (<s-<i)e;
/4 — /j + /3 ---------------- tfl’
Рис. 97. Схема и температурный график комбинированного аппарата пластинчатого типа (а) и температурные графики комбинированного аппарата трубчатого типа (б)
/5 = /;+2°с,
140
где /2—температура рекуперации, °C; tt —начальная температура молока, °C (задается); f3 — температура пастеризации, °C (задается); е — коэффициент рекуперации (задается и пределах от 0,7 до 0,85); ft — температура молока между секциями рекуперации и водяного охлаждения, °C; ts — температура молока между секциями водяного и рассольного охлаждения, °C; t'B — начальная температура охлаждающей воды, °C (задается).
Температуры горячей воды tr, холодной воды tB и рассола tp при их выходе из секций рассчитывают по формулам:
ф = ф (См/сгИг) (tg tg)>
Т (гм/свпв) (/4 tg} ,
= Т (см/српр) (С С) >
где t — начальная температура горячей воды, °С(ф = tg -+ 2°С); см, сг, св — удельная теплоемкость нагреваемого продукта (молоко, сливки, смесь мороженого и т. д.), теплоносителя (горячей воды), холодной воды, Дж/(кг • К); «г, «в, Яр — кратность подачи горячей воды (задается пт = 4 4-6), холодной воды (задается пв = 3), рассола (задается пр = 2,5 4- 3); fp — начальная температура рассола, °C (задается); te — конечная температура пастеризованного молока, °C (задается = 4°С).
Средний температурный напор Д/ср (в °Q во всех секциях определяют по формуле
А^ср =	А?м/2,3 1g Afg/А?м»	(15)
где Afg, Д?м — большая и меньшая разность между температурами на концах секций.
По методу расчета Н. В. Барановского общее допустимое гидравлическое сопротивление &РПГ)ЛИ (в Па), величиной которого предварительно задаются, распределяется по секциям аппарата
А/’полн = 2АРрек + АРП + АРВ + АРр,
где А-Ррею ДРП> ДРВ> дРр — допустимые гидравлические сопротивления в секциях рекуперации, пастеризации, водяного охлаждения, рассольного охлаждения, Па.
Ориентировочно общее допустимое гидравлическое сопротивление для четырехсекционного аппарата рекомендуется брать ЛР’полн^ = 5. • 105 Па.
Величина допустимого гидравлического сопротивления в каждой секции пропорциональна поверхности теплопередачи:
2АРрек/АРп/АРв/АРр —	В/Р р>
где Ррек, Рп> Рв, Рр — поверхности теплопередачи секций рекуперации, пастеризации, водяного охлаждения, рассольного охлаждения, м2.
Соотношение поверхностей теплопередачи определяется с помощью равенства
Ррек/Рп/Рв/Рр = 4^
Ирен
Р
141
где SpCK1 Sn, SB, Sp — симплексы температурных режимов в секциях рекуперации, пастеризации, водяного охлаждения, рассольного охлаждения; fepeK, k„, kB, kp — общие коэффициенты теплопередачи по секциям, Вт/(ма - К).
Симплекс температурного режима определяется формулой
S = <б - ^м/Л^ер-
Значение общих коэффициентов теплопередачи при расчете пластинчатого аппарата для пастеризации и охлаждения молока рекомендуется ориентировочно принимать: & = 2900 Вт/(м2 • К), kB = 2900 Вт/(м2  К), kB = 2320 Вт/(м2 • К), kp = 2100 Вт/(м2 • К).
В соответствии с допустимыми гидравлическими сопротивлениями в секциях аппарата определяется максимально допустимая скорость потока продукта в каналах всех секций.
Скорость w (в м/с) определяют по формуле
„_2у	+	,	(14)
'	Ug ^м) Рм^секц
где ам — коэффициент теплоотдачи от сгенкн к молоку [ задается ориентировочно ам = 5000 Вт/(м2 • К)1; /ср. ст — средняя температура стенки в секции, °C (определяется как среднеарифметическая величина от значений начальных и конечных температур обрабатываемой и рабочей жидкости в секции); ДРсекц — гидравлическое сопротивление секции, Па; рм — плотность молока, кг/м3; «секц — коэффициент гидравлического сопротивления секции.
Коэффициент гидравлического сопротивления, являющийся функцией числа Рейнольдса ? = /(Re), определяют по формулам:
для ленточно-поточных пластин
__П 93
E=ll,2Re ’ ;	(15)
для сетчато-поточных пластин
_л 93
5 =15 Re ’ .	(16)
Для расчета скорости по формуле (14) рекомендуется использовать следующие значения коэффициента: в секции рекуперации £рек = = 1,6; в секции пастеризации = 1,4; в секции водяного охлаждения Вв = 1.95; в секции рассольного охлаждения £р = 2,2 (для аппарата производительностью 5000 л/ч).
Указанные значения коэффициентов пригодны в том случае, когда секции собираются на основе ленточно-поточных пластин.
Общий коэффициент теплопередачи k (в Вт/(м2 • К)1 находят по уравнению
k = 1/1/«, -р 6/Хст + 1/сс2,	(17)
где аг — коэффициент теплоотдачи со стороны нагревающей среды, Вт/(м2 • К); 8 — толщина стенки, м; Хст — коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м • К); ссг — коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой среды, Вт/(м2 • К).
В общем виде теплоотдача в закрытых каналах описывается уравнением связи критериев
142
I Рг,
Nu = A RemPr"—1 ,	(18)
\ Pr2 /
где Nu = %Z/XiK — критерий Нуссельта; Re = wd/v — критерий Рейнольдса; Рг = cvp/Kx — критерий Прандтля; Prv Pr2 — критерий Прандтля ядра потока, пристенного слоя.
В формулах: а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 • К); d — диаметр канала, м; Хж — коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м • К); v — коэффициент кинематической вязкости, м2/с; с — теплоемкость жидкости, Дж/(кг • - К); р — плотность жидкости, кг/м3. В расчетах ai и а2 следует принимать во внимание скорость w'.
На основании формулы (18) определяются и а2 для каждой секции в отдельности по формулам:
в случае применения ленточно-поточных пластин
«1 («г) = (Wda) 0,1 Re°’7Pr°’43 (РГ1/Рг2)°’25 ;
в случае применения сетчато-поточных пластин
а1 (“г) — Рж/^эР ,135Re°’73Pr°’4'3 (Prx/Рг2)°,2° .
Эквивалентный диаметр с!э (в м) определяется формулой
da = 2bh/(b ф- /г), где b — рабочая ширина пластины, м; h — расстояние между пластинами, м.
Скорости потоков холодной воды ©х.в и рассола wp принимают равными скорости молока:
W =	= W' .
X. в Р
Скорость циркулирующей горячей воды пуг.в принимают равной двойной величине скорости молока:
w = 2w'. с.в
При расчете критерия Прандтля кинематическую вязкость v1; теплоемкость с. теплопроводность определяют при средних температурах молока и рабочих жидкостей в каждой секции.
Площадь поверхности теплопередачи каждой секции находят по формуле (12).
Число пластин в секции п рассчитывают по формуле п = F/f, где F — поверхность теплопередачи секции, м2; f — поверхность теплопередачи одной пластины, м2.
Число пакетов N в секции определяется формулой
N = п/2т,	(19)
где т — число параллельных каналов.
Если в результате расчета по формуле (19) число оказывается дробным, то его следует округлить до целого.
Гидравлическое сопротивление одной секции ДР (в Па) определяют по формуле
АР = 5 (Ln/da) (Рш2/2) N,
143
где? — коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый формулами (15), (16); Ln — приведенная высота пластины, м (Ln = F/b, где F — рабочая поверхность пластины, м2; Ь — ширина пластины, м).
Общее гидравлическое сопротивление ДРобщ (в Па) можно выразить как сумму гидравлических сопротивлений всех секций:
АРобт = 2ДРрек + ДРп + &Р в + ЛРр.	(20)
Сравнивая значения общего допустимого гидравлического сопротивления и общего гидравлического сопротивления, рассчитанного по формуле (20), определяется степень отклонения результатов.
Подобным образом определяются гидравлические сопротивления в каналах для горячей и холодной воды, а также для рассола.
Нагретое в аппарате до температуры пастеризации молоко необходимо выдержать в течение определенного времени при этой температуре, с тем чтобы в полной мере завершить бактерицидное действие тепла. Для этой цели пастеризационно-охладительная установка снабжается выдерживателем.
При расчете выдерживателя определяют основные конструктивные размеры его, длину и внутренний диаметр, связывая их с продолжительностью, необходимой для выдержки молока при температуре пастеризации.
Длину выдерживателя LB (в м) Можно определить по следующей формуле:
£в = ^тах^выд»
где и'тах — максимальная скорость потока по его оси, м/с; 0ВЬЩ — необходимая продолжительность выдержки молока при температуре пастеризации, с.
В случае ламинарного потока в выдерживателе
“'max ~ ^ср,
где Д'ср — средняя скорость потока, м/с, определяется формулой
шср = 4/И/г.О2, где М — количество молока, проходящего через выдерживатель, м3/с; D — внутренний диаметр выдерживателя, м.
Тогда
“*max = S/W/TtD2.
При турбулентном характере движения молока
“’шах = (°«8	°’9) шср (ПРИ Re = 104 4- 10е),
или
“'max = (3,2 4- 3,6) M/nD2.
Необходимая продолжительность выдержки 0 в многосекционных аппаратах, где молоко последовательно нагревается до температуры пастеризации и последовательно охлаждается до заданной температуры, определяется согласно теории Г. А. Кука выражением
144
f (^нагр/т) “Ь (®выд/т) “Ь j охл/"1)	1 >
60	'п
где tn — температура пастеризации, °C; 60 — температура, соответствующая началу гибели микроорганизмов, °C; dOHarp — продолжительность обработки молока в нагревателе, с; </0охл — продолжительность обработки молока в охладителе, с; Овыд — продолжительность выдержки в выдерживателе; т — необходимое и достаточное время для подавления жизнедеятельности бактерий, с.
Необходимое и достаточное время т (в с) для подавления жизнедеятельности бактерий определяется по формуле
1п т = 36,84 — 0,48/п или
36,84—0,48; т е
В целях упрощения расчета можно принять т = 0ВЫД. Тогда формула для определения длины выдерживателя Твыд (в м) после подстановки ы'тах и 0ВЬ1Д примет вид для турбулентного режима
М ' 36,84—0,48; i-выд = 2,547 —е
Внутренний диаметр выдерживателя D берется в соответствии с ГОСТом на трубы из нержавеющей стали (D = 0,075 м).
Для расчета аппарата пастеризационной установки трубчатого типа составляют график изменения температур обрабатываемого молока и ' рабочих сред по секциям (рис. 97, б). Возможны два варианта: один вариант, когда в первую и во вторую секции подают пар; другой, когда в первую секцию подают горячую воду, а во вторую — пар.
В первом варианте начальная температура молока tx (в °C) задается, температура пастеризации /3 (в °C) задается. Температура пара ta (в °C) определяется по давлению пара, подаваемого в секции аппарата. Рекомендуется применять насыщенный пар, давление которого в рубашке аппарата не должно превышать 0,3-—0,5 атм по манометру.
Во втором варианте задаются (в °C) и t3 (в °C).
Температура молока между первой и второй секцией определяется по формуле
где Ы.г.в— начальная температура горячей воды, °C (;н.г.в= 70 4- 80°С), Д/ — температурная разница между нагревающей и нагреваемой средами в конце секции, °C (Д/ =5-г 10°С).
Конечная температура горячей воды /к.г.в (в °C) определяется с помощью уравнения теплового баланса
бмСМ (^2 — U = бГСГ ( ^н.г.в — ^к.г.в)»
где GM—количество пастеризуемого молока, кг/ч; Вг — количество горячей поды, кг/ч; Ср — теплоемкость горячей воды, Дж/(кг • К).
6—1275
145
Принимая во внимание, что кратность горячей воды п = конечную температуру можно определить по формуле
zK.r.B= ^.г-в-^^^-^-
Кратность воды п принимается равной 4—8.
Средний температурный напор в секциях для первого и второго вариантов рассчитывают по формуле (13).
Общий коэффициент теплопередачи определяют по формуле (17).
Коэффициент теплоотдачи а [в Вт/(м2 - К)) со стороны пара (для первого варианта первая и вторая секции, для второго варианта вторая секция) определяют по формуле
“1= *>28 >
где Лк — коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м • К); рк — плотность конденсата, кг/м3; g— ускорение-свободного падения, м/с2; г — удельная теплота конденсации Дж/кг; vK — коэффициент кинематической вязкости конденсата, м2/с;	— наружный диаметр трубы для молока, м; А/ — разность
между температурами насыщенного пара и стенки, °C.
Коэффициент теплоотдачи a't (в Вт/(м2 • К)1 со стороны горячей воды (для второго варианта первая секция) определяют по формуле
а. = ( Л ld3) 0,021 (о, аэ/ м J0,8( v в / a J0’43, »	\ Г-В'	' г-в г-в/ V г.в ' Г-В/
где Хг.в— коэффициент теплопроводности горячей воды, Вт/(м • К); ог.в— средняя скорость движения горячей воды, м/с; т>г."в— коэффициент кинематической вязкости горячей воды, м2/с; «г.в— температуропроводность горячей воды, м2/с.
Коэффициент теплоотдачи а2 1в Вт/(м2 • К)1 со стороны нагреваемого молока в первой и во второй секциях (для первого и второго вариантов) рассчитывают по формуле
Л nnf / J I	! I ,^,43
а2 = —Г-0,°21 (РыфзЛм) (^м/Ом)
«В	j
где dB — внутренний диаметр трубы для молока, м; vM — средняя скорость дви- 1 жеиия молока, м/с (рекомендуется vM — 2 м/с.).	I
Теплофизические характеристики для молока Лм, vM, ам определяют по среднеарифметическим значениям температуры молока в пер-1 вой и второй секциях.	1
Внутренний диаметр трубы dB (в м) для молока рассчитывают по! формуле	|
4M/nvu	,	I
где М — количество нагреваемого молока, или производительность установки, | м3/с.	I
Общий расход тепла <2оСщ (в	Дж/кг) на подогрев и пастеризацию]
находят по уравнению
Ообщ =	Q; + 0ц	,	1
где Qi , Qu — расход тепла в первой и во второй секциях, Дж/кг.
146	Л
Тогда для первого варианта
Ообщ — Gmcm Оз — ^1)
и для второго варианта
Фобщ ~ GmCm 1(^2 — G) + Оз — Ml-
Расход пара D (в кг/ч) следует определять для первого варианта по формуле
D = GMcM (/3 ti)/(i' i ) 'Iti где Г', i' — энтальпия пара и конденсата, Дж/кг; Т]т — тепловой КПД аппарата (t]T — 0,85	0,9 с изоляцией).
Для второго варианта
DI = Вг.в СГ.В ( Z Н.г.в — ^.г.в)/^" - Ъ в пеРво“ сек«ии>
Рц = СмСм Оз — У/О" — О Чт во второй секции.
Основные расчеты стерилизационных установок и стерилизаторов заключаются в том, чтобы определить конструктивные размеры аппаратов с учетом задаваемой производительности и температурного режима стерилизации.
Стерилизационные установки пластинчатые, трубчатые и пароконтактные, как правило, предназначены для стерилизации молока при ультравысокотемпературном режиме (t = 1404- 145°С, т = 1 4- 2 с).
Стерилизаторы применяются для стерилизации молока и сгущенного молока при температуре /= 110 4- 120°С с длительностью выдержки т = 304- 15 м.
Расчет стерилизационно-охладительной установки пластинчатого типа выполняется по аналогичным расчетам пластинчатой пастеризационной установки. Основным элементом, подлежащим определению, является поверхность теплопередачи.
Особенностью расчета является определение коэффициента теплоотдачи oct от нагревающей среды к стенке.
Нагревание молока до температуры стерилизации осуществляется насыщенным водяным паром, который в процессе теплообмена конденсируется и отдает скрытую теплоту.
Для определения а4 в этих условиях рекомендуется применять следующие формулы:
для ленточно-поточных пластин П-1, П-2, П-3 при температурном напоре между паром и холодной стенкой А/ > 10°С и при Re,, == - 1504- 1000
NuK = 237 Re°’ePr°'4,	(21)
где NuK = а1/.[[//к* ReK ~ <7Йп/грк^к» Ргк — rKvKpK/XK;
для ленточно-поточных пластин П-5 при температурном напоре между паром и холодной стенкой А/ > 10°С и Re = 1504- 1000
NuK = 376Re°’6Pr°’4 ;	(22)
Ji*
147
для сетчато-поточных пластин ПР-0,5Е при температурном напоре ' между паром и холодной стенкой А/ > 10°С
NuK = 0,375  IO-3 (Ga Рг К)0,55 (Рп/₽к)1,,7? ;	(23)
где Ga = gL^J vk, Nuk —	К =
для сетчато-поточных, пластин ПР-0.5М при А/ > 10°С
NuK = 240Re°’7Pr°’4.	(24)
В формулах (21)—(24): га — коэффициент теплоотдачи при конденсации пара, Вт/(м2 • К); 7-п — приведенная длина канала, м (Ln /Ь, где f — рабочая поверхность пластины, м2; b — ширина пластины, м); Хк — коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м • К); q — удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; г — удельная теплота конденсации, Дж/кг; рк — плотность конденсата, кг/м8; vK — коэффициент кинематической вязкости конденсата, м2/с; ск — удельная теплоемкость конденсата, Дж/(кг • К); d3 — эквивалентный диаметр канала, м; g— ускорение свободного падения, м/с2; Ga— критерий Галилея; К — критерий конденсации. Индекс «к» означает отнесение параметра к конденсату.
В стерилизационно-охладительной установке трубчатого типа для нагревания и охлаждения молока применяют трубчатые змеевики цилиндрической формы. Ориентация змеевика по отношению к горизонту может быть различной: 1) центральная ось змеевика располагается горизонтально; 2) центральная ось змеевика располагается вертикально.
Частный коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам трубы at [в Вт/(м2 • К)] определяется по формулам:
для змеевика, центральная ось которого располагается горизонтально,	______________
а1=2,04уЛ p2gr/pK/A/ ;
для змеевика, центральная ось которого располагается вертикаль-; но,
“i = 1.28 Рк^/МнД/ .	у
где рк — коэффициент динамической вязкости конденсата, Па • с; I — полови- । на длины одного витка змеевика, м; dK — наружный диаметр трубы змеевика, м; 1 kt = tH — tc-r — разность между температурами насыщенного пара и стен-: : ки, °C.	- j
Коэффициент теплоотдачи а2 [в Вт/(м2 • К)1 от стенки к нагреваемому молоку также определяется с учетом расположения змеевика по отношению к горизонту.
Для горизонтально расположенного змеевика можно пользоваться формулой
Nu = 0,0416Re0,8Pr°’4 (d/R)°’2',
где d — внутренний диаметр трубы, м; R — радиус змеевика, м.
Для вертикально расположенного змеевика
Nu = 0,0423Re°’8 Pr°’4 (d/Z?)0’2*.	'	Я
148
Формулы применимы, когда Re = (104- 45)103; R/d = 54-9; Sid = 24- 4; L/d = 1154- 373, где S — шаг змеевика, м; L — длина змеевика, м.
Гидравлическое сопротивление змеевика Др (в Па) определяют по формуле
ДР = £ (L/d) (pw/2)2, где Е — коэффициент гидравлического сопротивления; L —длина змеевика, м; d — внутренний диаметр трубы, м; К';— СКОрОСТЬ ЖИДКОСТИ, м/с.
Пар
Рис. 98. К расчету нагревателя типа «пар в молоко»
Коэффициент гидравлического сопротивления в змеевике рассчитывается по формулам:
при Re = 10*4- 2,1 • 104 £ = (о,521/Re0,39) (О/Р)0’625;
при Re = 2,1 • 1044- 4,5 • 104	£ = (o,22/ReO’‘) (D/R)0’475 •
При расчете пароконтактного нагревателя инжекционного типа определяют следующие основные конструктивные размеры: внутренний диаметр капала, длину перфорированной части, длину выдерживателя и диаметр отверстия дросселирующей шайбы.
Внутренний диаметр канала нагревателя dt (в м) (рис. 98) определяют по формуле
di —	4Л4/~с?Ср ,
где М — количество нагреваемого молока, м3/с; оСР — средняя скорость движения молока в канале, м/с (оСР = 2,3 -J- 2,4 м/с).
Длину перфорированной части нагревателя /4 (в м) рассчитывают по формуле
li = nS,
где п — число паровых отверстий в продольном ряду; S — шаг между отверстиями для пара, м (S = 3d3, где d3 — диаметр отверстия для пара, d3 = 14-4- 1,5 мм).
Число отверстий для пара в ряду
n = N/Z,
где N —общее число отверстий для пара в перфорированной части нагревателя; Z — число продольных рядов (Z = ndJS', где S' — шаг между отверстиями для пара в поперечном ряду, м, S' = 3d3).
Общее число отверстий определяется по формуле
W = Dn/dn,
где Dn— количество пара, необходимого для нагревания молока до температуры стерилизации, кг/с; dn — количество пара, выходящего из одного отверстия, кг/с.
149
Количество пира £>п (в кг/с) определяется по формуле
D„ = Gc^ — t^/r,
где 6 — количество стерилизуемого молока, кг/с; с — удельная теплоемкость молока, Дж/(кг-К) (берется при средней температуре /ср = ..* )> h—темпе-
ратура молока перед нагревателем, °C; t2 — температура стерилизации, °C; г — скрытая теплота парообразования, Дж/кг.
Количество пара dn (в кг/с) определяется по формуле
dn = 71,85 ( dl/v2) V it - 4 ,
где t>2 — удельный объем пара, м3/кг; i"i — энтальпия пара при давлении pi перед паровым отверстием и i2 — при давлении р2 в канале нагревателя, Дж/кг.
Давление р2 (в Па) определяют в зависимости от температуры стерилизации. Давление пара р{ (в Па) рассчитывают по формуле
Р1 = Рг +	I
где Др — перепад давлений на входе в отверстие и выходе из него для пара, Па!
L Др = (4 4-6)1 ОД	I
Удельный объем пара v2 определяется по таблицам при давлении р2? Длину выдерживателя (расстояние от перфорированной части до дросселирующей шайбы) 12 (в м) определяют по формуле
/2 = 4Л4т/та/|,
где т — продолжительность выдержки, с (т = 1 4- 1,5 с.)
Диаметр отверстия дросселирующей шайбы d2 (в м) рассчитывают по формуле
d2 = /4Л4/ло3ср ,
где оЗСр — средняя скорость Движения молока в суженном сечении, м/с. I Среднюю скорость движения молока в суженном сечении /// мож-^ но определить по формуле
°з ^1/ [2 Р2 — 2 Рз + Р«2»21/[ Р (яз 4Л)1.
ср |/
где р — плотность молока при температуре стерилизации, кг/м3; р3 —давление в потоке молока после дросселирующей шайбы, Па (р3 берется равным давлению в вакуум-охладителе); а2 — коэффициент Кориолиса для потока в канале нагревателя (сечение If); t>cp — средняя скорость потока молока в канале нагревателя, м/с; Og — коэффициент Кориолиса для потока в канале дросселирующей шайбы; g — коэффициент сопротивления при внезапном сужении (ориентировочно $ = 0,45 4- 0,55).
При расчете пароконтактного нагревателя инфузионного типа определяют его основные конструктивные размеры: высоту камеры Н, диаметр струеобразующего диска и внутренний диаметр камеры DB (рис. 99, a).	i
150	
Молоко
Стерилизованное молоко
а.
Рис. 99. К расчету нагревателя типа «молоко в пар»:
а — камера нагревателя: 1 — крышка; 2 — струеобразный диск; 3—прокладка; 4—болтовое соединение; 5, 8 — патрубки; 6 — отбойник; 7 — струи молока;
б — струеобразный диск
Высота камеры Н (в м) зависит от длины струи I, которая определяется расстоянием от струеобразующего диска до точки, когда температура молока становится равной температуре стерилизации:
Н = I + ft, где h — высота уровня моло-
; ка в камере, м (Л = 0,04 4-4- 0,05 м).
Длину струи I (в м) можно определить по формуле
/ = 8/>33/л-
d In (in ^н)/(/п — ^к)>
где d — диаметр отверстия в струеобразующем диске, мм (d = 1,0 4-2,5 мм); /п — температура пара, °C; /н — началь
ная температура молока, °C; tK— температура стерилизации, °C; А — опытный коэффициент (для молока А = 40).
Формулу рекомендуется применять при перепаде давления по обе стороны струеобразующего диска Ар = 50-4- 500 кПа.
Расчет диаметра струеобразующего диска и внутреннего диаметра камеры производится в соответствии со схемой расположения отверстий для молока в струеобразующем диске (рис. 99, б).
Для того чтобы обеспечить наилучший доступ греющего пара к поверхностям струй молока, поступающего в камеру, отверстия рекомендуется сверлить по радиально расходящимся лучам.
Число лучей К можно определить по формуле
360
А = -----•
¥
где <р угол между лучами, град (рекомендуется <р = 30 4- 45°).
Диаметр струеобразующего диска £>д (в м) рассчитывается по формуле
Од = 2 [7?н -|- (« — 1) t + S],
где Rn — расстояние от центра до первого отверстия на луче, м (RH — kd/rt); t — расстояние между центрами отверстий, м (t = 3d); S — расстояние от последнего отверстия на луче до кромки диска, м (S = 0,02 м).
Число отверстий на одном луче п определяется по формуле n = N/K.
I
151
Общее число отверстий N в струеобразующем диске определяется в зависимости от количества стерилизуемого молока (заданной производительности установки) и перепада давлений Ар:
W = l»274A4/d2p. /1962Ар/р »
где М — количество стерилизуемого молока, м3/с; р. — коэффициент расхода (р. = 0,7 4- 0,8); Др — перепад давлений на обе стороны диска, Па.
Внутренний диаметр камеры Dn принимается равным диаметру диска Од.
При стерилизации молока в пароконтактных установках как инжекционного, так и инфузионного типа молоко разбавляется конденсатом и массовая доля сухих веществ в нем понижается. Для того чтобы сохранить массовую долю на уровне исходного молока, необходимо температуру молока перед пароконтактным нагревателем определять в зависимости от температуры кипения молока в вакуум-камере
<1= [(г/г + <2 —‘iVs] +[^( ‘г—‘i)/r + *2—11]>
где г — скрытая теплота греющего пара, Дж/кг; t2, it — энтальпия вторичного пара и греющего пара, Дж/кг; (3 и /4 — температуры стерилизации и кипения молока, °C.
При расчете башенного (гидростатического) стерилизатора определяют основные размеры башен, исходя из задаваемой производительности и режима стерилизации, а также расход тепла и пара на стерилизацию.
Стерилизация продукта осуществляется в стеклянной бутылке или в жестяной банке в стерилизационной башне 8 (см. рис. 91). Через башню бутылка или банка транспортируются главным транспортером от точки а до точки Ь.
За время движения между указанными точками продукт нагревается от температуры /вх до температуры стерилизации /Ст и выдерживается при температуре стерилизации в течение времени 7ВЫд, которое соответствует установленному режиму.
Продолжительность нахождения продукта в стерилизационной башне Тполн (в с) должна удовлетворять равенству
Т'полн = 7наГр + 7’выд,
где Тцагр — продолжительность нагревания продукта от температуры Z,iX в точке а до температуры ZCT, с; 7'Выд— продолжительность выдержки продукта при температуре ZCT, с.
Продолжительность нагревания 7^.^ определяется по формуле 7цагр ~ Яс2,3 lg (/n ZBX/Zn /CT)/Ffe,
где g — количество продукта в бутылке или банке, кг; с — теплоемкость про .	/вх + «СТ. „ ,, ... .	о Г.
дукта при Zcp = ——- ’ Дж/(кг- К); <п — температура пара, С; F — пло щадь поверхности бутылки, м2; k — общий коэффициент теплопередачи. Вт/(м2 • К).
152
Продолжительность выдержки зависит от значения температуры стерилизации. При температуре /ст = 110°С продолжительность выдержки Твыа = 30 мин, при /от = 120°С, Твыд= 15 мин.
Длина пути L (в м) между точками а и b определяется по формуле
I- — Тв01т1/тц,
где / — шаг транспортера, т. е. расстояние между осями барабанов (I = 1,5 d, где d — диаметр бутылки или барабана), м; тв — продолжительность цикла, с,
Продолжительность цикла определяют по формуле
Тц = З600п/Л4,
где п — количество бутылок или баиок в ряду; М — производительность стерилизатора, бутылок в час.
Продолжительность цикла составляется из продолжительности движения тдв (в с) и продолжительности выстоя твыст (в с), т. е.
Тц = Тдв + твыот.
Продолжительность движения главного транспортера за один цикл и скорость его птР (в м/с) определяются по формулам:
Тдв == 3600л/Л4 тВЬ1ст »
отр = 1/тдв == /Л1/3600п —
Продолжительность выстоя главного транспортера определяется продолжительностью загрузки бутылок или банок в гнезда носителей или в кассеты барабанов-носителей и выгрузки из них. Ориентировочно для загрузки и выгрузки бутылок можно принимать твь1СТ = 34- 4 с, для банок твыст = 20 с.
Высота первой и третьей башен стерилизатора зависит от высоты столба воды в гидрозатворах, которая определяется по формуле
// = РП/Р.
где рп — давление пара в стерилизационной башне, Па; р — плотность воды, кг/м3.
Расход тепла Q (в Дж/ч) на стерилизацию определяется по формуле Q — М [GMcM -|- Gmcm -р (GH/n) сн] (/ст — tBX), где GM — масса молока в бутылке или байке; кг; Gm — масса бутылки или банки, кг; ст, сн — удельная теплоемкость стекла или стали,'Дж/(кг • К); GH — масса носителя, кг.
Расход пара D (в кг/ч) с учетом теплового коэффициента полезного действия стерилизатора цт (дт = 0,754- 0,8)
D = (?/(/" — Г) Чт.
Тепловой КПД стерилизатора учитывает потери тепла в окружающую среду. Для более точного расчета потерь тепла следует определять количество теплоты, выделяющейся с поверхности стерилизатора.
453
Глава IX. ФРИЗЕРЫ И МОРОЗИЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
Фризеры и морозильные аппараты являются основным оборудованием в производстве мороженого. Фризеры предназначены для частичного замораживания воды в подготовленных молочных смесях и насыщения их мелкодиспергированным воздухом, морозильные аппараты — для дальнейшего вымораживания воды из смеси мороженого и придания молочной смеси требуемой структуры. В морозильных аппаратах завершается процесс замораживания частично замороженной смеси после выхода ее из фризера.
В зависимости от вида мороженого и конструкции фризера в лед переходит 25 —60% воды. Объем молочной смеси вследствие аэрации увеличивается примерно в 2 раза (размер воздушных ячеек 50— 60 мкм). В морозильных аппаратах вымораживается примерно 85— 90% смеси (размер кристаллов льда 50—100 мкм).
При выработке мороженого с наполнителями в систему машин включают фруктопитатель, который устанавливается непосредственно за фризерами, перед морозильными аппаратами.
ФРИЗЕРЫ
Фризеры бывают непрерывного и периодического действия- В промышленности используются преимущественно фризеры непрерывного действия. По сравнению с фризерами периодического действия преимуществами фризеров непрерывного действия являются высокая производительность, меньшие энергетические затраты на единицу продукции. Качество продукта также более высокое.
Важнейшими узлами фризеров являются рабочий цилиндр (с механизмом взбивания), который с внешней стороны охлаждается, системы охлаждения рабочего цилиндра и подачи продукта в него. В рабочем цилиндре подготовленный продукт частично замораживается и насыщается воздухом. Система охлаждения бывает аммиачной (реже фреоновой) или рассольной, обеспечивающей охлаждение продукта до температур —34 5°С. Система подачи продукта осуществляет впуск в рабочий цилиндр вместе с продуктом также и воздуха для насыщения им продукта.
Фризеры непрерывного действия
Принципиальная схема фризера, а также системы подачи продукта во фризер и аммиачного охлаждения его показана на рис. 100.
Основной частью фризера является охлаждаемый (аммиачное охлаждение) цилиндр со взбивающим механизмом (мешалкой).
Смесь (молочная основа + воздух) поступает в рабочий цилиндр /.! Попадая в цилиндре на взбивающий механизм (мешалку), смесь приобретает вращательное движение. При вращении смесь перемещается вдоль оси цилиндра. Воздух, находящийся в смеси, диспергируется, причем диспергирование завершается на первом этапе перемещения смеси (примерно половина от общей длины цилиндра), когда еще весь
о
Рис. 100. Принципиальная схема фризера непрерывного действия:
а —фризер; б — система подачи продукта; в — система аммиачного охлаждения;
1—’рабочий цилиндр; 2 —взбивающее устройство; 3 — охлаждающая рубашка; 4— патрубок ввода продукта и воздуха в цилиндр; 5—-насос для продукта и воздуха; 6 —трубопровод для смеси продукт — воздух; 7 — аккумулятор; 8— инжектор; 9 — фильтр; 10— предохранительный клапан
продукт находится в жидком состоянии. Затем продукт замораживается вблизи стенок охлаждаемого цилиндра. Образующийся при этом ледяной слой снимается быстровращающимися ножами, которые дробят лед на очень мелкие кристаллы (размером 50—100 мкм).
Из фризера продукт выпускается («мягкое мороженое») через отводной патрубок.
Система подачи продукта представляет собой насос 5, производительность которого превышает заданную производительность по продукту примерно в 2 раза. Недостающий объем всасывания компенсируется воздухом, поступающим в его рабочую камеру. Смесь по трубопроводу 6 направляется в рабочий цилиндр для диспергирования воздуха в смеси.
Охлаждение и замораживание смеси в цилиндре происходят в системе аммиачного охлаждения. Из общей сети хладагента после очистки на фильтре жидкий аммиак поступает в рубашку. Одна часть очищенного аммиака попадает в аккумулятор 7, а другая направляется через регулятор давления к инжектору 8. В инжекторе в поток аммиака добавляется жидкий аммиак из аккумулятора, давление в линии подачи аммиака уменьшается, и он поступает при пониженном давлении в рубашку рабочего цилиндра (аккумулятор устанавливается ниже рабочего цилиндра фризера).
В рубашку жидкий аммиак подается при давлении, соответствующем температуре кипения. Через отверстия в стенке жидкий аммиак
155
Рис. 101. Привод взбивающего устройства и насосов:
1 — электродвигатель; 2 — вал мешалки фризера; 3 — вал насоса первой ступени;
4 — вал насоса второй ступени; 5 — шкала указателя скорости
поступает в кольцевой зазор между рубашкой и внутренним цилинд- 1 ром, где при кипении отнимает тепло от охлаждающей смеси через ' стенку цилиндра.
В результате теплообмена образуется парожидкостная смесь аммиака, которая по кольцевому зазору из верхнего коллектора рубашки рабочего цилиндра возвращается в аккумулятор. В последнем из пара выделяются капли аммиака, отсасываемого компрессором.
Вращение взбивающего механизма (рис. 101) и насоса осуществляется от электродвигателя через привод (частота вращения 700—.j 800 с-1). Частота вращения взбивающего механизма постоянна, а частоту вращения рабочего органа насоса можно изменять, так какдви-  жение передается через вариатор скоростей. При изменившемся ре- ; жиме работы фризера соответствующим образом изменяется производительность насоса, а следовательно, и производительность фризера. ;
Контроль за режимом работы фризера осуществляется системой1 контрольно-регулирующих приборов. При нарушении режима срабатывают предохранительные устройства. В случаях переморажива- • ния смеси, во избежание поломки взбивающего устройства и в связи с возросшей при этом потребной мощностью «разрезается» латунная шпилька, рассчитанная на определенную мощность, и, таким образом, взбивающее устройство прекращает вращение.
На рис. 102 показан фризер непрерывного действия для получения мороженого из сливочной, молочной и других смесей производительностью 250—400 кг/ч. Частота вращения взбивающего механизма (мешалки) 540 мин-1, насоса первой ступени 140—240 мин-1, а второй ступени —304—795 мин-1. Давление, при котором открывается предохранительный клапан, 16 • 10® Па. Взбитость готового мороженого 50—100%.
На рис. 103 показана технологическая схема фризера. Подготовленная для взбивания смесь мороженого из бака 1 подается в рабочий цилиндр фризера двухступенчатым насосом 9. В нем имеется штуцер, через который засасывается воздух в объеме, превышающем объем смеси продукта. Количество воздуха должно обеспечить степень взбитости мороженого 100%. Таким образом, 156
Рис. 102. Фризер непрерывного действия: 1 — аккумулятор; 2 — трубопровод жидкого аммиака; 3 —станина; 4—кран выпускной; 5 — цилиндр фризера; б— привод мешалки; 7 — бачок для смеси; 8 — насадка для наполнения гильз; 9 — трубопровод газообразного аммиака
продукт и воздух смешиваются уже в насосе, однако диспергирование его в продукте до заданной взбитости происходит в цилиндре.
В цилиндре 3 происходит термомеханическая обработка продукта: дробление воздушных пузырьков и равномерное распределение их в массе продукта, а также раздробление слоя льда, намерзающего на стенках цилиндра. На выходе готового мороженого из цилиндра установлен клапан противодавления 4. После клапана противодавления поток мороженого выходит из фризера через трехходовой край.
Сжатый воздух проходит сначала через регулятор давления, а затем через фильтр-конденсатоотводчик для очистки его от пыли и капель влаги. Проходя через следующий регулятор давления (давление снижается до 0,4 МПа), сжатый воздух поступает в стабилизаторы давления, предназначенные для регулирования степени взбитости мороженого, давления инжекции и противодавления продукта, выходящего из фризера.
В дальнейшем воздух проходит через редуктор, запорный вентиль, дроссель, мановакуумметр и обратный клапан 10 с фильтром. Обратный клапан предотвращает попадание исходной смеси при резких повышениях давления за насосом в пневматическую систему.
Жидкий аммиак, предназначенный для охлаждения и замораживания смеси мороженого и поступающий из общей сети, проходит через фильтр. После этого одна его часть поступает в регулирующий вентиль 5 и аккумулятор 8, а другая через регулятор давления инжекции 6 направляется к инжектору 7, откуда жидкий аммиак поступает для охлаждения взбиваемой массы в рубашку фризера. Через отверстия в стенке рубашки жидкий аммиак проходит в кольцевой зазор, в результате чего во фризере охлаждается продукт. Парожидкостная смесь из рубашки возвращается в аккумулятор 8, в котором капли жид кого аммиака отделяются от пара, а последний отсасывается из системы компрессором. На линии отсоса паров аммиака размещены предохранительный клапан, реле высокого и низкого давления, регулятор давления испарения 13 с задатчиком давления.
Для контроля за давлением в аккумуляторе установлен мановакуумметр, а для контроля за давлением инжекции в линии инжекции — мембранный соленоидный клапан, регулятор давления инжекции и манометр аммиачный.
При увеличении потребляемой взбивателем мощности катушка соленоидных вентилей перед регулятором давления инжекции и задатчика давления обесточивается и аммиак стекает в аккумулятор из рубашки цилиндра 3. В это время прекращается замораживание продукта. На жидкостной линии открывается соленоидный вентиль, и жидкий аммиак высокого давления перетекает в дренажную линию. При падении давления в линии всасывания клапан регулятора давления закрывается и цикл работы восстанавливается.
Как правило, фризеры изготовляются с одним цилиндром. За рубежом имеются фризеры, в которых на основе одной и той же системы охлаждения (аммиачной или фреоновой) в агрегате размещено два, три и даже шесть цилиндров с последовательным или параллельным прохождением продукта. Приводное устройство конструируется различно: с одним электродвигателем для двух цилиндров или с электродвигателями для каждого цилиндра, работающими самостоятельно.
На рис. 104 показаны такие комбинированные установки. На рис. 104, а представлена установка, состоящая из нижнего (большой) и верхнего (малый) цилиндров. Подготовленная для взбивания смесь поступает в нижний цилиндр, в котором процесс завершается. Температура смеси, выходящей из цилиндра, приблизительно —5ЛС. Из нижнего цилиндра мороженое подается в верхний, в котором температура понижается до —9°С. Взбивание в нем не осуществляется, однако структура мороженого несколько улучшается.
В связи с тем что в каждом цилиндре различный режим охлажде-
159
160
НИЯ и к обычно
тому же охлаждение происходит до более низких температур, принятых для фризерования, они работают на самостоятель-
ном
аккумуляторе холода.
Привод от электродвигателя передает движение на вал взбиваю-
щего механизма
го
цилиндра имеет привод
нижнего цилиндра (передача
от нижнего
точ! ым отношением
1 : 3.
ременная).
Вал верхне-
цилиндра через цепь с переда-
на рис. 104, бив показаны агрегаты равной производительности,
состоящие из
двух
и трех
от
другого.
Это позволяет
цилиндров и работающие независимо один на одной и той же установке вырабатывать
различное мороженое.
Фризеры периодического действия
Во фризерах периодического действия (рис. 105) смесь взбивается цилиндре. Мешалка взбивающего механизма в виде трех планок
Рис. 105. Фризер периодического действия:
I — станина; 2 — крав для спуска масла; 3 — маслоотделитель; 4 — мерная емкость; 5 — край для загрузки; 6 — рабочий цилиндр; 7— запорный край аммиака на всасывающей линии; К — предохранительный клапан; 9 — аккумулятор; 10 — фильтр парообразного аммиака; II — дросселирующий вентиль; 12 — поплавковый регулирующий вентиль на линии впуска амми-пка; 13 — запорный вентиль; 14 — фильтр для жидкого аммиака; /5 — коробка передач; 16 — электродвигатель
161
Рис. 106. Взбивающее устройство фризера периодического действия:
1 — проталкивающий скребок-планка; 2 — нож; 3 — продольная планка; 4 — упор; 5 — рабочий цилиндр; 6 — стержни взбива-теля
(лопастей) и ножи установлены подвижно. Центробежной силой они прижимаются к стенкам цилиндра и срезают намерзший слой (частота вращения мешалки и ножей 180—200 мин'1). По торцам Цилиндра имеются фланцы. К заднему фланцу прикреплена чугунная крышка. Между крышкой и фланцами зажимается диск из листовой нержавеющей стали. К переднему фланцу прикреплен промежуточный декоративный фланец, и на петлях установлена крышка с приемной воронкой и краном 5 для загрузки. Крышка плотно прижимается к цилиндру барашками. Для создания герметичности в паз между крышкой и цилиндром вставлено резиновое кольцо. В пе
редней части цилиндра находится вставная опора, в центре которой размещен подшипник для вала мешалки. Наружный цилиндр, образующий рубашку, покрыт слоем теплоизоляционного материала
и металлическим кожухом.
Смесь по трубопроводу поступает вначале в мерную емкость фризера, после наполнения которой поплавковый регулятор перекрывает клапан на подводящем трубопроводе. Из мерной емкости 4 через кран 5 смесь переливается в рабочий цилиндр 6, в котором она взбивается и замораживается. По достижении требуемой взбитости и степени вымораживания смесь выпускается из фризера через кран, расположенный в нижней части рабочего цилиндра.
Мешалка взбивающего механизма (рис. 106) фризера представля- . ет собой вал, на котором в планках находятся прутки, закрепленные шрифтами. Мешалка пальцем соединена с валом. Скребки 1, приваренные к планкам 3 и расположенные по винтовой линии, обеспечи-; вают циркуляцию взбиваемой массы в рабочем цилиндре и выгрузи ку готового продукта.
МОРОЗИЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
К морозильным аппаратам относят эскимогенераторы для мороженого, фасованного мелкими порциями, и закалочные камеры с воздушным охлаждением.
Эскимогенераторы
На рис. 107 показана принципиальная схема эскимогенераторы карусельного типа для закаливания мороженого циркулирующим рассолом.
162
Рис. 107. Принципиальная схема эскимогенератора карусельного типа:
1 — емкость для масла; 2 — закалочная емкость; 3 — линии для холодного и горячего рассолов; 4 — насос; 5 — бойлер для подогрева рассола; 6 — съемно-глазировочное устройство;
7 — разгрузочный желоб; 8 — поршневой дозатор; 9 — палочкозабивательный механизм
Эскимогенератор состоит из многосекционной закалочной емкости 2, поршневого дозатора 8, палочкозабивательного механизма 9, съемно-глазировочного устройства 6 и разгрузочного желоба 7. В комплект эскимогенератора входят также насос, бойлер для подогрева рассола, линии для холодного и горячего рассолов, емкость для масла и электрооборудование.
Закалочная емкость состоит из секций, в которые входят радиально размещенные формочки, расположенные на концентрических окружностях карусели. Формочки омываются с внешней стороны вначале холодным, а затем горячим рассолом. При этом на линиях холодного и горячего рассолов установлены фильтры для очистки рассолов и центробежные насосы для их подачи в емкость.
При движении карусели формочки поступают под дозатор и наполняются порцией мороженого. Затем они проходят закалочную емкость, где частично замораживаются, и в брикеты палочкозаби-вателем вставляются палочки. На последующем этапе осуществляется полное закаливание в рассольной секции и мороженое поступает в зону теплого рассола для оттаивания поверхностного слоя. После этого брикет легко извлекается из формочек за палочки щипцами.
После закалки порции эскимо опускаются в емкость с шоколадной глазурью. Покрытые глазурью брикеты сначала обсыхают на
163
воздухе, и падают на винтовой желоб, а затем поступают на ленточный транспортер и к автомату для завертки мороженого в алюминиевую фольгу на подкладке. Освобожденные формочки подводятся вновь под дозатор, и цикл повторяется.
Для мойки формочки вынимаются подъемным устройством.
Эскимогенератор приводится в действие от электродвигателя, смонтированного в так называемом картере вариатора скоростей, в котором установлены также детали для регулирования производительности машины.
Контроль за работой эскимогенератора осуществляется с панели управления. Дистанционные термометры позволяют контролировать температуру холодного и нагретого рассола. Термометр для нагретого рассола совмещен с датчиком автоматического регулятора температуры рассола.
В зависимости от формы ячеек форма брикетов также может быть цилиндрической, конусной и др.
Неодинакова и масса брикета. Эскимогенераторы, которые изготовляются в СССР, рассчитаны также на выпуск брикетов прямоугольной формы (масса 50 г).
На рис. 108, а показана конструкция эскимогенератора производительностью 8000 шт. в час. На чугунной плите, являющейся основанием эскимогенератора, размещены колонка и привод. На колонке установлены палочкозабиватель 4 и карусель с распределителем рассола 3, который представляет собой круглую емкость с термоизолированными стенками. Емкость разделена на холодильную секцию в зоне замораживания и тепловую секцию в зоне оттаивания. Карусель состоит из фор модержателя и формы, в которую впаяны формочки. По периферии формы размещены пальцы для привода 7 карусели. На станине установлены электродвигатель, шестеренный насос для подачи масла в гидравлические цилиндры, приводы дозатора и глазировочной головки и гидроцилиндр подъема щипцов, а также золотник распределительный, фильтр для очистки масла, предохранительный клапан и манометр.
При вращении карусели каждые четыре формочки поступают под дозатор и наполняются заданной порцией мороженого. Затем формочки проходят холодильную секцию, и после предварительного замораживания палочкозабиватель вставляет палочки в каждую порцию. После этого брикет мороженого подвергается полному замораживанию (закаливанию) в холодильной секции (рассольное охлаждение) и, продолжая движение, брикет в формочке попадает в тепловую секцию. В зоне оттаивания наружная поверхность мороженого оттаивает и! оно извлекается из формочки за палочки щипцами глазировочной головки. После этого все четыре порции «Эскимо» опускаются в ванну с шоколадной глазурью. Покрытые шоколадной глазурью порции обсушиваются на воздухе, освобождаются от щипцов и подаются на винтовой желоб. С желоба брикеты толкателем отодвигаются на ленточный транспортер, а затем к автомату для завертки мороженого в алюминиевую фольгу на подкладке. После освобождения от мороженого формочки вновь подводятся под дозатор и рабочий цикл повторяется
164
Рис. 108. Эскимогенератор брикетов прямоугольной формы:
а общая схема: 1 — электрошкаф; 2 — бойлер; 3 — карусель с распределителем рассола; 4 — палочкозабиватель; 5 — дозатор; 6 — головка глазировочная; 7 — привод; 8 — насос центробежный;
б — схема подвода горячего н холодного рассолов: 1 н 2 — аммиачная линия; 3 — испаритель; 4 — трубопровод между испарителем и насосом; 5 — воздушный вентиль; 6 — трубопровод к баку; 7 — трубопровод между испарителем и фильтром; 8 — фильтр для рассола;
9 и 15 — дистанционные термометры; 10 и 13 — трехходовые краны; // — генератор; 12, 17, 24, 26 — вентнлн; 14—переливная труба; 16 — бачок для нагретого рассола; 18 — насос для нагретого рассола; 19 — трубопровод для слива нагретого рассола; 20 н 22 — трубопровод генератора; 21 — уравнительный трубопровод; 23 — сливной трубопровод; 25 — насос для холодного рассола; 27 — отстойник; 28 — бак для холодного рассола
На рис. 108, б изображена общая для эскимогенератора схема подвода горячего и холодного рассола. На первом этапе подачи рассол охлаждается. Трехходовый кран 10 установлен на циркуляцию рассола по трубопроводу 6 в отстойник 27 бака 28. Далее рассол насосом 25 забирается из бака 28, подается в испаритель 3 и фильтр 8, затем через трехходовый кран 10 поступает обратно в отстойник 27.
По достижении рассолом необходимой температуры (около —40°С) трехходовый кран 10 переключают на подачу рассола в трубопровод 22, не сообщающийся с трубопроводом 6. С этого начинается второй этап подачи рассола. Рассол циркулирует следующим образом. Насос 25 забирает рассол из бака 28 и подает его по трубопроводу 4 через
165
Рис. 109. Закалочные камеры:
о — с вертикальным конвейером: 1 — транспортер для ввода продукта; 2 — камера охлаждения; 3 — конвейер; 4 — вентилятор; 5 — рама;
б — с горизонтальным конвейером; 1 — транспортер для ввода продукта; 2 —конвейер; 3 — камера; 4 — транспортер для вывода продукта
1
испаритель 3, фильтр 8, трехходовый кран 10 и трубопровод 22 к генератору 11. Здесь рассол нагревается.
Отработавший рассол поступает в поддон и по трубопроводу 23 стекает в отстойник 27 бака 28. В отстойнике 27 осаждаются лишь крупные частицы примеси, более мелкие задерживаются в фильтре 8. Вентиль 24 устанавливают таким образом, чтобы в генератор поступало необходимое количество рассола. Нагретый рассол насосом 18 из бачка 16 через трехходовый кран 13 и вентиль 17 передается по трубопроводу 20 в генератор и возвращается в бачок 16 по трубопроводу 19.
Перед пуском нагретого рассола необходимо проверить заполнение бачка 16. При переключении трехходового крана 13 рассол по трубопроводу 21 из бака 28 поступает в бачок 16. При этом насос 25 для холодного рассола работает. Когда бачок наполнится, избыток рассола удаляется через переливную трубу 14. После этого кран 13 переключают в рабочее положение. Количество нагретого рассола регулируют вентилем 12, как и количество холодного рассола. Вентиль 12 закрывают лишь при ремонте насоса. Рассол нагревается электроподогревателем, расположенным в бачке 16.
Закалочные камеры
Они бывают с вертикальным конвейером (с люльками, в которые загружаются брикеты мороженого) или с горизонтальным (без люлек).
На рис. 109, а показан морозильный аппарат с вертикальным конвейером. Аппарат монтируется из отдельных щитов, скрепленных стяжками. Внутри аппарата размещены испаритель, вентилятор 4, конвейер 3. Конвейер не закреплен в камере, и его можно вывести из камеры при необходимости по приставным рельсам.
Загруженные в люльки брикеты мороженого поступают в закалочную камеру по транспортеру /. При движении конвейера в камере брикеты обдуваются холодным воздухом, поступающим от испарительных батарей. Продолжительность закалки 30—45 мин при температурах мороженого —124 15°С, кипения аммиака в батареях —33°С и воздуха в аппарате —28°С. Скорость движения цепи конвейера 11,7 мм/с.
На рис. 109, б показана камера с горизонтальным конвейером. Продукт закаливается в камере в результате обдувания его холодным воздухом при температуре —26°С в течение 30—45 мин. После того как брикеты мороженого пройдут весь путь, они возвращаются к месту загрузки. Освобожденный от брикетов конвейер снова поступает под загрузку.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
При составлении характеристик аппаратов необходимо определять производительность фризеров и расход холода, необходимого для закалки мороженого.
168
Достаточно точный расчет производительности фризера непрерывного действия отсутствует. В известных формулах исходными являются такие величины, которые обычно неизвестны: условный коэффициент теплопередачи, средняя фактическая мощность на валу мешалки и т. д. Для ориентировочных расчетов производительности можно принимать следующие коэффициенты теплопередачи: для фризеров непрерывного действия —от 3500 до 4500 Вт/(м2 • К), для фризеров периодического действия с рассольным охлаждением — от 550 до 730 Вт/(м2 • К), для таких же фризеров с аммиачным охлаждением — от 700 до 800 Вт/(м 2 • К).
Производительность фризеров JM (в кг/ч) периодического действия определяют по формуле
•Д = 607см/"Сц,
где JCM — разовая порция смеси, загружаемая во фризер, кг; тц — время цикла мин.
Продолжительность цикла складывается из продолжительности наполнения (около 1 мин), фризерования (4,5—5 мин) и опорожнения (1,5—2 мин).
Расход холода Q (в Дж) во фризере вычисляют по формуле
<2 = Нем [Сем (Дм — Др) + см (Др — Д) + (и’п71^0) (а>л/100) 335] -|-+ (АД + АД + Ns)} г)м,
где см, ссм — удельная теплоемкость мороженого и смеси, Дж/(кг • К); /см, Др, Д — температуры соответственно начальная, криоскопическая смеси и мороженого, К; wB, w„ — массовая доля воды в смеси и воды замороженной, %; т)м — КПД, учитывающий потери холода (т)м = 0,9 -т- 0,95).
Расход холода, необходимого для закалки мороженого, Qnp (в Дж) можно определить по формуле
<?пр = / [ < (Д — t'M) + (wB/100) (Год — а-л/100) 80 + с" ( <, — Q, где J — масса мороженого, кг; с'м> с"м—удельная теплоемкость мороженого до закалки J см = 0,65 4-0,75 Дж/(кг-К)] и после нее, Дж/(кг-К) [с" = 0,40-4-4-0,50 Дж/(кг • К)]; Д, t'M, Д —температуры мороженого соответственно до закаливания, при замерзании и после него, К; и>л, — начальное и конечное количество замороженной воды, %.
Глава X. МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛИ
И МАСЛООБРАЗОВАТЕЛИ
Основными машинами в технологических линиях выработки масла являются маслоизготовители и маслообразователи. Маслоизготовители предназначены для получения масла методом сбивания сливок нормальной жирности (30 —40%), а маслообразователи —для получения масла из высокожирных сливок (до 80—82%).
169
В маслоизготовителях осуществляются сбивание сливок и обработка масляного зерна для придания ему однородности и соответствующей структуры. Одновременно с созданием структуры регулируется и состав масла (по массовой доле воды в масле). Таким образом, при сбивании сливок масло образуется в результате механического воздействия на сливки нормальной жирности.
В маслообразователе регулирования состава масла не проводится. В него поступают сливки в полном соответствии с составом компонентов в масле. В маслообразователях осуществляется изменение структуры высокожпрных сливок. Для этого высокожирные сливки интенсивно охлаждаются в первый период и подвергаются механическому воздействию при одновременном более глубоком охлаждении во второй. Таким образом, масло образуется в результате механического и теплового воздействия на высокожирные сливки.
МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛИ
В настоящее время используются го и периодического действия.
маслоизготовители непрерывно-;
Маслоизготовители
Сбивание сливок в масляное зерно
частота вращения рабочего органа, мин-1 скорость движения рабочего органа, м/с продолжительность сбивания, с
Обработка масляного зерна
частота вращения рабочего органа, мин-1
непрерывного действия
До 2800 и более 22—24 и более 5—7
30—40
периодического действия
30—40
5—7
(30-?40) 60
От 3—4 до 15
В отличие от маслоизготовителей периодического действия маслоизготовители непрерывного действия имеют высокие параметры сбивания и обработки.
Маслоизготовители непрерывного действия
Маслоизготовители непрерывного действия состоят из последовательно размещенных устройств для сбивания сливок в масляное зерно (сбивателп) и обрабатывающих устройств для превращения масляного зерна в пласт заданной структуры (текстураторы).
Сбиватели изготовляют с цилиндром для сбивания, в котором полностью завершается образование масляного зерна, а также с цилиндром для сбивания и разделительным цилиндром, в котором завершается сбивание и осуществляется отделение масляного зерна от пахты.
В текстураторе обработка вначале масляного зерна, а затем пласта масла заключается в отпрессовывании влаги: удаление избытка, а иногда и вработка недостающего количества воды и ее диспергирование, Текстураторы имеют шнеки с винтами. Как правило, текстураторы состоят из двух камер, в которых шнеки вращаются с одинаковой или различной частотой вращения. При необходимости в текстураторе проводятся промывка масла, посолка и вакуумирование.
170
Рис. 110. Принципиальная схема маслоизготовителя непрерывного действия: 1 — станина; 2 — электродвигатель; 3 — вариатор скоростей; 4 — кран; 5 — сбиватель; 6 — охлаждающая рубашка; 7 — мешалка; 8 — текстуратор; 9 — камера промывки масляного зерна; 10— ©тстойник пахты; 11— отстойник промывочной воды; 12 — камера обработки масла под вакуумом; 13 — перфорированные матрицы с лопастями; 14 — насос-дозатор; 15 — коническая насадка; 16 — пульт управления
Текстураторы независимо от сбивателя (с цилиндром для сбивания либо с цилиндром для сбивания и разделительным цилиндром) бывают с одной шнековой камерой и с двумя камерами, размещенными последовательно или параллельно. Каждая из этих камер может быть одно-, двух- и трехступенчатон.
Принципиальная схема маслоизготовителя непрерывного действия показана на рис. ПО.
Цилиндр сбивателя (с мешалкой) 5 предназначен для получения масляного зерна без дополнительной его доработки в разделительном цилиндре (разделительный цилиндр отсутствует). Внутри цилиндра сбивателя, который охлаждается через рубашку 6 холодной водой, вращается мешалка 7. Она приводится в движение от электродвигателя 2 через вариатор скоростей 3.
Сливки поступают через кран 4 в сбиватель с торца или по касательной к стенке сбивателя. При вводе с торца сливки, разбрызгиваемые вращающимся диском, равномерно кольцом поступают на лопасти мешалки. При вводе по касательной сливки направляются по трубе во вращающийся вместе с мешалкой конус. Равномерно распределяясь по конусу, сливки непрерывно под действием центробежной силы поступают на лопасти мешалки.
В сбивателе процесс сбивания сливок осуществляется в условиях энергичного перемешивания. Скорости движения лопастей и жидкости вполне достаточны для создания кавитационного течения. В результате сбивания образуется масляное зерно, которое после выхода сбитой массы из сбивателя отделяется от пахты.
171
Рис. 111. Устройство сбивателя:
1 — корпус; 2 — вал; 3 — лопасти мешалки;
4 — охлаждающая рубашка
После удаления пахты масляное зерно промывается в камере 9, ; которая отделена от камеры отпрессовки перегородкой. Последняя ' проходит поперек шнека. Масло сначала продавливается через уз-; кую щель в верхней части корпуса, а затем промывается водой, кото- ’ рая подается через форсунки, расположенные в верхней части корпу- ; са, или через душ. В случае необходимости интенсивной промывки  вода подается в камеру 9 сразу через оба устройства, монтируемые в верхней части корпуса шнеков. Если по технологическому процессу; промывка масла не требуется, устройства можно снять. Вода для ; промывки удаляется из маслоизготовителя через отстойник 11.
За камерой промывки расположена камера обработки масла под вакуумом. Обработанное под вакуумом масло содержит значительно меньше воздуха и более стойко в хранении.	\
Узлы и приборы, а также насос для воды, вакуумный насос и на-: сос-дозатор размещены внутри станины. Насос для сливок монтирует-? ся отдельно от маслоизготовителя. Амперметр, счетчик оборотов ме- j шалки и шнеков, вакуумметр водяной, манометр, термометр и другие^ приборы выносятся на пульт управления.	j
На рис. 111 показано устройство сбивателя в наиболее распро- ; страненных маслоизготовителях. Основными частями сбивателя яв-> ляются корпус 1, который крепится болтами к станине, цилиндр, в котором образуется масляное зерно, вал 2, на котором посажены ло- s пасти мешалки 3. Снаружи на цилиндре сделаны винтовые канавки I для протока охлаждающей воды.	]
В сбиватель сливки обычно подаются сбоку, причем вначале они? поступают на распределительный вращающийся конус, чтобы npe-j дупредить дробление жировых шариков, а затем — на лопасти. При входе сливок в цилиндр через устройство, представляющее собой распределительный барабан, они приобретают вращение в период подачи, а на лопасти поступают уже со скоростью, примерно равной скорости вращения лопастей. Лопасти обычно делаются съемными, что позволяет регулировать зазор между ними и стенкой цилиндра.
В отличие от других сбиватель имеет двойное охлаждение: наружное и внутреннее.
В некоторых маслоизготовителях сбивание завершается «постановкой» зерна в разделительных цилиндрах, устройство которых неодинаково.
В'разделительном цилиндре (рис 112, а) находятся секция досби-вания, мешалка которой в конструктивном отношении сходна с ме-172
1
Рис. 112. Устройство разделительного цилиндра:
а — с секцией досбивания: 1 — сбиватель; 2 — секция досбивания; 3 — шнек; 4 — выводной патрубок с устройством для промывки масляного зерна;
б — трехсекциоиный: 1 — сбиватель; 2 — секция досбивания; 3 — секция удаления пахты;
4 — секция промывки масляного зерна;
в— в перфорированном барабане: 1 — сбиватель; 2— шнек в цилиндре; 3 — перфорированный барабан с направляющими; 4 — промывочное устройство иа выходе масляного зерна
шалкой цилиндра для сбивания, и шнековое устройство, расположенное на выходе из цилиндра для досбивания. В конце секции находится порог, предотвращающий попадание пахты в секцию промывки масляного зерна. Для отделения пахты предназначены сетчатые окна. Масляное зерно промывается водой, подаваемой из фор
сунки.
Разделительный цилиндр трехсекционный показан на рис. 112, б.
Схема устройства разделительного цилиндра, размещенного в барабане, показана на рис. 112, в. Разделительный цилиндр, состоящий из шнекового устройства и барабана с винтовой направляющей на внутренней стенке, установлен под углом 15°. Смесь масляного зерна и пахты перемещается по направлению к разгрузочному устройству, откуда попадает на обработку. Пахта удаляется в поддон и далее стекает к отводному патрубку.
В некоторых маслоизготовителях вместо разделительного цилиндра применяют устройство, в котором смесь масляного зерна и пахты падает на сито. На нем зерна масла отделяются от пахты и перемещаются в пресс-камеру: Сито соединено с вибратором, использование
которого позволяет ускорить процесс отделения пахты.
Кроме того, применяется также устройство, в котором емкость для отделения пахты от масляного зерна снабжена приспособлением для поддержания постоянного уровня пахты (сифон).
Текстураторы с одной и с двумя шнековыми камерами показаны на рис. 113. Принципиальных различий эти текстураторы не имеют. В текстураторе с двумя шнековыми камерами, размещенными в два яруса, в верхней камере регулируется массовая доля воды, а в нижнюю добавляется соляной раствор.
В текстураторе имеются перфорированные пластины (рис. 114), различающиеся формой самих пластин и расположением отверстий,
173
а также количеством отверстий и их геометрическими формами. Диаметр отверстий в пластинах от 2,5 до 10-3м, а количество отверстий от 400 до 1000. Величина площади перфорированных пластин составляет 15—53% от общей площади пластины. Длина канала в перфо-
Рис. 113. Устройство текстуратора с одной шнековой камерой (а) и с двумя шнековыми камерами (б):
/ — приемный бункер; 2— первая ступень текстуратора; 3—пластины для диспергирования влаги (первая ступень); 4— вторая ступень текстуратора; 5 — пластины для диспергирования влаги (вторая ступень)
Рис. 114. Перфорированные пластины:
1 — пластины; 2 — каналы в пластинах
Рис. 115. Камера для отвода воздуха:
1 — манометр; 2 — шнеки; 3 — камера
174
рированных пластинах от 3,5 до 19,10-3 м, а продолжительность обработки от 0,13 до 1,43 с.
В комплекте пластин находится камера для отвода воздуха (рис. 115). В зависимости от ее размещения создаются соответствующие условия для прохода воздуха, и в то же время исключается возможность попадания в него масла.
Весьма различны приводные устройства маслоизготовителей. У большинства из них применено бесступенчатое регулирование частоты вращения текстуратора. Однако известны и другие приводные устройства, в которых мешалка сбивателя имеет бесступенчатое регулирование частоты вращения сбивателя (1700—2000 мин-1). В тех случаях, когда привод не имеет устройств бесступенчатого регулирования частоты вращения сбивателя и шнеков, используются двух-и трехскоростные электродвигатели. Если сбиватель не имеет устройств бесступенчатого регулирования частоты вращения, то насос, подающий сливки в сбиватель, снабжается бесступенчатым приводом и таким образом регулирование впуска сливок в сбиватель в необходимом количестве достигается уже на участке, предшествующем их поступлению в сбиватель.
Маслоизготовитель непрерывного действия производительностью 1000 л/ч в комплекте со вспомогательным оборудованием показан на рис. 116, а.
Такие маслоизготовители устанавливаются в технологических линиях производства сладко- и кислосливочного масла с промывкой и без промывки масляного зерна и с обработкой масла под вакуумом.
Сбиватель (рис. 116, б) состоит из корпуса /, цилиндра 3 и лопастной мешалки. В корпусе на двух опорах установлен съемный цилиндр, в который вставляется металлическая сетка. В цилиндре размещен вал 2 со съемными лопастями, которые прикреплены к корпусу. На внешней поверхности цилиндра сделаны винтовые канавки для протока охлаждающей воды.
В верхней части сбивателя расположен патрубок с краном для подачи сливок. Выпуск масляного зерна и пахты осуществляется через патрубок в крышке. На корпусе размещены патрубки для входа и выхода охлаждающей воды.
Текстуратор состоит из трех камер со шнеками, вращающимися навстречу друг другу (рис. 116, в).
В первой камере 1 размещены бункер для масляного зерна и пахты с приспособлением для промывки масляного зерна, а также сетка, удерживающая масляное зерно вместе с выпускаемой пахтой. К камере прикреплена воронка с сифоном для удаления пахты и промывочной воды. Для охлаждения пахты и масляного зерна камера снабжена рубашкой для охлаждающей воды.
Вторая камера 4 не имеет рубашки. В верхней части находится устройство для вторичной промывки масляного зерна. Промывочная вода удаляется также через воронку с сифоном.
Между второй и третьей камерой размещены решетка и ножи для механической обработки масляного зерна.
175
1275
Рис. 116. Маслоизготовитель непрерывного действия производительностью 1000 л/ч:
а — общий вид маслоизготовителя: 1 — привод текстура-тора; 2 — привод сбивателя; 3 — станина; 4 — сбиватель; 5 — текстур атор шнековый; 6 — бак с винтовым насосом; 7 —насос центробежный; 8 — вакуум-насос; 9 — щит управления; 10 — тележка; 11 — транспортер; 12 — устройство для дозирования влаги; 13 — трубопроводы;
б — сбиватель: 1 — корпус;
2 — вал; 3 — цилиндр; 4 — лопасти;
в — текстуратор: 1 — камера первая; 2 —сифон для удаления влаги; 3—бункер; 4 — камера вторая; 5 — решетка; 6 — нож; 7 — вакуум-камера; 8 — камера третья; 9 — блок; 10 — иасадка; 11 — задвижка
В верхней части третьей камеры 8 размещена вакуум-камера 7 с патрубком для присоединения к вакуумному насосу и клапаном для регулирования глубины вакуума. К конпевому фланцу третьей камеры прикреплены блок 9 и два блока, в которых установлены ножи.
На выходе из текстуратора расположена насадка 10 с двумя выводами, снабженными задвижками. Свободный конец текстуратора опирается на съемную подставку.
Привод сбивателя осуществляется от электродвигателя через широкие клиновые ремни. Он позволяет плавно изменять скорость вращения мешалки в сбивающем устройстве через вариатор. Привод текстуратора также имеет вариатор, при этом передача движения к шнеку осуществляется через цилиндрический редуктор.
Сливки из емкости через уравнительный бак насосом-дозатором подаются в цилиндр для сбивания. Перед входом в цилиндр они попадают на распределительный конус с направляющими. Поток сливок стекает к лопастям мешалки тангенциально. Сливки постепенно приобретают скорость вращения, равную скорости вращения лопастей мешалки, что предотвращает дробление жировых шариков и интенсифицирует сбивание.
Масляное зерно с пахтой поступает в бункер первой камеры текстуратора для промывки при одновременной обработке сбитой шнеками массы. Пахта вместе с промывочной водой удаляется через сифон в бак для пахты.
Отделение от пахты масляного зерна, а также образование пласта масла происходят в первой камере. Во второй камере завершается промывка и осуществляется дальнейшая обработка пласта масла. При этом промывочная вода удаляется через сифон. В третьей камере масло подвергается вакуумированию в целях удаления из него воздуха. Обработка завершается продавливанием пласта масла через решетки, между которыми установлены ножи для его разрезания.
При необходимости добавления влаги включают дозировочный аппарат.
Готовое масло выходит через одно из отверстий насадки текстуратора.
Ледяная вода подается в наружный цилиндр сбивателя, рубашку текстуратора и вал сбивателя центробежным насосом высокого давления. Аналогичное устройство имеют маслоизготовители производительностью 3500 кг/ч и более.
Маслоизготовители периодического действия
Маслоизготовители периодического действия бывают вальцовы ми и безвальцовыми. В настоящее время вальцовые маслоизготовители, раньше имеющие широкое распространение, не изготовляются. Безвалыювые маслоизготовители продолжают совершенствоваться. Образование масла в безвальцовых маслоизготовителях происходит в одном и том же рабочем органе последовательно во времени и заключается в соединении жировых шариков в масляные зерна и отпрессо-вании масляных зерен в пласт.	j
178	
Рис. 117. Безвальцовый маслоизготовитель с цилиндрической емкостью:
/ — краны для выпуска масла; 2 — подшипник; 3 — емкость; 4 — устройство для орошения; 5 — привод; 6 — люк; 7 — смотровое окно.
В маслоизготовителях периодического действия сбивание сливок осуществляется в результате гравитационного перемешивания их. 11ри вращении рабочего органа, представляющего собой заполненную на 30—50% емкость маслоизготовителя, сливки, находящиеся в нем, сначала поднимаются на некоторую высоту, а затем стекают или сбрасываются под действием силы тяжести. При этом они подвергаются сильному механическому воздействию. Высота подъема сливок, возникающее давление, характер поверхности жидкости определяются размерами емкости и скоростью вращения ее.
Обработка масляного зерна и превращение его в пласт заключаются в многократном подъеме комков масла и сбрасывании их.
Емкость безвальцовых маслоизготовителей может быть цилиндрической, конической, грушевидной, усеченной (грушевидной), кубической. Наиболее распространены маслоизготовители с цилиндрической и конической емкостями.
Маслоизготовитель с цилиндрической емкостью показан на рис. 117. Емкость 3 изготовлена из нержа-неющей стали. Днища емкости выпуклые, сферические. Внутренняя поверхность емкости обработана пескоструйным способом, поэтому масло к стенкам не прилипает. Цилиндрическая емкость вращается и двух направлениях. Лопасти, находящиеся в емкости, по отношению к стенкам неподвижны. Они предназначены для интенсивного перемешивания сбиваемой массы в период сбивания сливок в масля-Ц|х- зерно и сбрасывания пласта в период обработки. В результате обеспечивается высокодисперсное и равномерное распределение влаги и масле. Масло из емкости выгружают непосредственно в вагонетку через люк 6, крышка которого открывается и закрывается одним ры-чигом.
I*	179
Рис. 118. Безвальцовый маслоизготовитель с конической емкостью:
а —общий вид: / — стойка задняя; 2 —емкость; 3 — устройство для орошения; 4 — ограж дение; 5 — станина с коробкой скоростей; б — тележка для приема масла;
б — кинематическая схема приводного механизма
Специальное устройство позволяет обрабатывать масло под вакуумом. Как правило, маслоизготовитель снабжается устройством для орошения 4 при нагревании или охлаждении сливок и масла в течение технологического процесса, а иногда при выгрузке масла.
Маслоизготовитель с конической емкостью (рис. 118) состоит из стойки задней /, емкости 2, устройства для орошения 3, ограждения 4, станины с коробкой скоростей 5 и тележки для приема масла 6.
В емкости, представляющей собой соединенные основаниями два конуса, размещены лопасти, приваренные наклонно для обработки масляного зерна и пласта масла. Внутренняя поверхность емкости шероховатая, исключающая прилипание масла. Масло выгружается через люк. Емкость снабжена двумя клапанами для спуска пахты, клапаном для выпуска газа и смотровым окном.
Привод маслоизготовителя обеспечивает четыре скорости вращения рабочего органа. Но так как электродвигатель двухскоростной, возможна работа на восьми скоростях вращения.
Для охлаждения или нагревания сливок и масла предназначено устройство для орошения, представляющее собой перфорированную трубку, которая размещена над емкостью.
В маслоизготовителе установлено уравновешиваемое противовесом защитное устройство.
Подготовленные для сбивания сливки в количестве 40—50% от общей вместимости маслоизготовителя заливают в него через люк. Затем при закрытом люке сбивание осуществляется до получения масляного зерна.
На рис. 118, б приведена кинематическая схема приводного механизма маслоизготовителя с конической емкостью.
Маслоизготовитель с грушевидной емкостью (рис. 119, а) имеет емкость, резко сужающуюся от центра к выпускному отверстию. Угол, под которым идет сужение нижней части емкости, и форма люка для выгрузки масла должны быть такими, чтобы масло обычной консистенции выгружалось из маслоизготовителя под давлением собственной массы. Люк закрывается круглой, захлопывающейся сбоку плоской крышкой.
Рис. 119. Схемы маслоизготовителей с емкостями: 1||ушевидной (а), усеченной (б) и кубической (в)
181
Рис. 120. Тре хцилиндровый маслообразователь:
/ — кронштейн; 2 — кран выпускной; 3—втулка направляющая; 4 — кран воздушный; 5 — крышка; 6 — кольцо уплотнительное; 7 — фланец цилиндра передний; 8 — вытеснительный барабан; 9 — обшивка цилиндра; 10 — обечайка цилиндра наружная; 11 — спираль; 12 — обечайка цилиндра внутренняя; 13 — фланец цилиндра задний; 14 — кольцо уплотнительное; /5 — редуктор; 16. 17 — подшипники; /8. 19 — шестерни; 20 — электродвигатель; 21 — ножи; 22 — станина
Привод маслоизготовителя вместимостью 3000—6000 л имеет три скорости для сбивания и три скорости для обработки, вместимостью 8000 и 10 000 л семь скоростей: две для сбивания, три для обработки и по одной на передний и задний медленный ход.
Маслоизготовитель с усеченной (грушевидной) емкостью (рис, 119, б) по технологическим ка чествам сходен с грушевидным. Вставки в нем отсутствуют. Через привод от электродвигателя ему сообщаются четыре скорости.
Маслоизготовитель с кубической емкостью (рис. 119, в) имеет коробку передач на шесть скоростей. Маслоизготовитель не чувствителен к недогрузке и хорошо работает при небольшом заполнении емкости.
В большинстве маслоизготовителей предусмотрена возможность их работы под вакуумом. Масло разгружается в вагонетку или бункер фасовочной машины пневматически или с помощью специального шестеренного насоса.
При выгрузке масла, особенно при пневматической, маслоизготовитель орошается водой температурой 35—40°С. При этом масло , нагревается до 20—22°С и становится текучим. Затем в емкость при ’ плотно закрытых люках и кранах подается сжатый воздух давлением 12 • 104—13 • 104 Па, и масло выдавливается через открытый кран.
МАСЛООБРАЗОВАТЕЛИ
Наибольшее распространение получили маслообразователи ни линдрические (обычно трехцилиндровые) и пластинчатые. Применяются также вакуум-маслообразователи.
Трех цилиндровый маслообразователь (рис. 120) состоит из унифицированных цилиндров одинаковой конструкции. Каждый из цилиндров включает обечайки, вытеснительный барабан, крышку, редуктор и рубашку для охлаждения продук- та водой. В рубашке проложена и закреплена спираль 11. Задней Степкой цилиндра является торцевой диск редуктора 15, а передней — Крышка 5.
 Вытеснительный барабан 8 изготовлен из нержавеющей стали с ребрами жесткости. На нем размещены два ножа 21, оснащенных рластинками из пластмассы. Ножи свободно поворачиваются над Плоскостями вытеснительного барабана. При вращении барабана Ножи под действием центробежной силы отбрасываются и прижнмают-С>1 лезвием к внутренней поверхности цилиндра.
 Для удаления воздуха и контроля за наполнением цилиндра слив-Мими в верхней части крышек расположены воздушные краны, кото
183
рые открывают при пуске маслообразователя. В нижней части крышки верхнего цилиндра размещен кран 2 для выпуска продукта. На выходе продукта установлены выпускной кран 2 и термометр сопротивления для контроля за температурой выходящего масла.
От электродвигателя маслообразователь приводится в движение через редуктор 15.
Высокожирные сливки температурой 80—90°С подаются в нижний барабан маслообразователя, а рассол и ледяная вода — в охлаждающую рубашку. При работе слой сливок срезается ножами и перемешивается. Температура масла на выходе обычно не превышает 10— 12°С. Д^асло, перемещаясь в направлении к выпускному патрубку, выходит из него. Продолжительность нахождения продукта в масло-образователе 3—6 мин. В случае затвердевания масла (при перерыве в работе) для обогрева цилиндра в рубашку подаются пар или горячая вода.
В нижнем цилиндре высокожирные сливки, охлаждаясь до температуры кристаллизации глицеридов (22—23°С), сохраняют свойства эмульсии. Температура рассола в нижнем цилиндре —I 4 3°С, в среднем —3-4 5°С. В среднем цилиндре начинается процесс струк-турообразования: жир из жидкого состояния переходит в вязкопластичное и отвердевает в течение 5—20 с. Продукт в среднем цилиндре охлаждается до II—13°С. В верхнем цилиндре вследствие механического воздействия в течение 150—250 с продукт приобретает мелкокристаллическую структуру и пластическую консистенцию. Температура продукта в верхнем цилиндре вследствие охлаждения водой при температуре 7—9°С даже повышается на 1—2°С. Выделение тепла при механическом воздействии превышает отвод через стенку цилиндра к охлаждающей воде.
Оптимальным углом установки ножей является угол 35°, а кольцевой зазор при производительности 450, 650 и 850 кг/ч соответственно 15, 22 и 29 мм.
Пластинчатый маслообразователь (рис. 121) состоит из теплообменного аппарата и камеры для кристаллизации жира и механической обработки продукта. В теплообменном аппарате охлаждение достигается при минимальном механическом воздействии, а в камере для кристаллизации — наоборот.
В теплообменном аппарате между опорой и нажимной плитой 12 расположены охлаждающие 18 и продуктовые 17 пластины. В охлаждающих пластинах хладоноситель движется по кольцевой полости. В пластинах имеются центральное отверстие для приводного вала и прохода продукта и два отверстия для поступления и отвода хладо-носителя. В продуктовых пластинах, образующих камеры, расположены отверстия для хладоносителя и отверстие в центре.
В каждой камере размещены два диска-турбулизатора 15. В крайних продуктовых пластинах имеется только по одному диску. На дисках-турбулизаторах расположено по три радиальных ребра-ножа с косыми прорезями, высота которых 3—6 мм. Пластины уплотнены резиновыми кольцами 13.
Камера для кристаллизации представляет собой цилиндр 10,
184
Хладоноситель
Рис. 121. Пластинчатый маслообразователь:
1, 22— подшипники; 2—приводной вал; 3 — выходной' патрубок; 4— крыльчатка; 5— дисковые решетки; 6— конусная насадка; 7, И — резиновые прокладки; 8—мешалка; 9— отражатель; 10 — цилиндр; 12 — нажимная плита; 13 — резиновое кольцо; 14 — резиновая шайба: 15 — дискн-турбулизаторы; 16, 19 — патрубки для хладоносителя; 17 — продуктовая пластина; 18 — охлаждающая пластина; 20 — центральное отверстие; 21 — опорная плита; 23, 24 — опорные шайбы
еакрытый конусной насадкой 6 с выходным патрубком 3. Внутри камеры расположены отражатель 9 (прикреплен неподвижно к плите) н лопастная мешалка на валу.
Дисковая решетка установлена в месте соединения конусной расадки 6 с цилиндром 10. В образованной таким образом полости вращается крыльчатка 4.
Высокожирные сливки поступают под давлением, создаваемым насосом, в камеру, образованную первой продуктовой пластиной. Затем по щели между охлаждающей пластиной и диском-турбулизатором высокожирные сливки направляются к центру. Через центральное отверстие 20 сливки переходят в камеру следующей продуктовой пластины, в которой перемещаются по щели от центра к периферии. В следующей камере они движутся сначала от периферии к центру, в затем от центра к периферии.
После теплообменного аппарата сливки через отверстие в нажим-ой плите поступают в камеру кристаллизации. При продавливании родукта через дисковую решетку разрушаются грубые кристалли-ационные структуры, и под воздействием крыльчатки 4 продукт вы-одит через патрубок.
В последнее время созданы аппараты для получения масла из вы-кожирных сливок с вакуумным охлаждением или в атмосфере азо-в распыленном состоянии и последующей обработкой. Маслообра-ватели такого типа с вакуумным охлаждением или с охлаждением атмосфере азота конструктивно оформляются одинаково. Отличие
Рис. 122. Вакуум-маслообразователь:
1 — патрубок ввода высокожирных сливок; 2—электродвигатель с редуктором; 3 — патрубок к вакуум-насосу; 4 — вакуум-камера; 5 — патрубок выхода хл а доносителя;
6 — машина для фасовки масла; 7 — выпускная (для масла) труба; 8 — текстура-тор; 9 — патрубок впуска хладоносителя
котором создается свойственная де образует пласт однородного
состоит в том, что в первом случае из маслообразователи отсасывается воздух, а во втором— подается азот.
Вакуум-маслообразователь показан на рис. 122. Горячие высокожирпые сливки, подаваемые в вакуум-камеру 4, на входе распыляются форсункой, размещенной на патрубке ввода 1. Так как в вакуум-камере поддерживается вакуум, а высокожирные сливки имеют температуру 70— 90°С, происходит их вскипание и они практически мгновенно охлаж .даются. Для предупреждения на липания на стенки аппарата масло со стенок снимается ножами лопастной мешалки. Охлажденные сливки падают в текстуратор, в маслу структура, и оно на выхо-продукта.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
Рассчитывая маслоизготовитель непрерывного действия, необходимо определить производительность. Кроме того, при подборе электродвигателей находят мощность, потребляемую мешалкой.
В маслоизготовителях непрерывного действия должно быть достигнуто соответствие между производительностью сбивателя и тек-стуратора, т. е. /ИсС = /Ит.
Для приближенных расчетов производительности сбивателя /Исб (в кг/ч) можно использовать зависимость
мсб = Усл/Х.	(25)
где Есл — объем сливок в цилиндре сбивания, см3; К — коэффициент, равный в среднем 1,005.
Учитывая соотношение (25), производительность сбивателя определяют следующим образом:
Л4сб = К(/а/Х) (2/?са),
где I — длина цилиндра, см; о — зазор между внутренней, стенкой цилиндра и краем лопасти мешалки, см; Rc — радиус цилиндра, см.
Факторы, влияющие на производительность, наиболее полно учитывал А. Д. Грищенко, впоследствии обобщенные им совместно с А М. Масловым. Авторы рекомендуют использовать критериальные зависимости вида
Л4р/{Xrf = <р (п^р/р.)2*5 (tx/p«)2’2 (Та/ Тпл)4’0 Жь,
186
где р — плотность сливок, кг/м3; |1 — динамическая вязкость сливок, Па • с; dM — диаметр мешалки, м; ф — коэффициент; п — частота вращения мешалки, с-1; а ~ температуропроводность сливок, м2/с; Тв, Тпл — температуры сбивания сливок, плавления молочного жира, К; Жь —массовая доля жира в сливках, %.
Если массовая доля жира в исходных сливках до 30%, то следует принимать коэффициент <р = 10~14, а показатель степени Ь = 0,4 при массовой доле жира в сливках 30% и более, <р = 5 • 10-17 и b = 2.
Для примерного расчета производительности текстуратора /Ит (в кг/ч) можно использовать формулу
Л4Т = 0,25m (R* - Я?) (s -	) пКобщ,
где m— число захода шнека; Rlt R2 — наружный и внутренний радиусы шнека, см; blt Ь2 — ширина винтовой лопасти в ее нормальном сечении по наружному и внутреннему радиусам шнека, см; s — шаг витков винтовой лопасти шнека, см; а— угол подъема винтовой линии лопасти по среднему диаметру шнека, угловые градусы; К — коэффициент (/( = 0,5 4- 0,6).
Мощность, потребляемую мешалкой в сбивателе, Мсб (в кВт) рассчитывают по формуле
	= (2,45 • 10->^м) F,
Еде ол— окружная скорость вращения лопастей, м/с; Г|м — механический КПД  ’Im — 0,7 4- 0,8), F — рабочая поверхность цилиндра, м2.
‘ Потребляемую шнеком мощность Nv (в Вт) находят по формуле
I	А'р = Sonovp/l02 = 7,7vd2n0p,
где 80 — площадь поперечного сечения отверстий, м2; п0 — количество отвергший в перфорированных вставках; v — скорость продавливания продукта через гтверстия, м/с; р — потери давления [можно принять (1.5 -5- 2,0)102 кПа); d — киаметр отверстий перфорированных вставок.
I Производительность (сменную) /Исм (в кг) маслоизготовителей периодического действия рассчитывают по формуле
Мсм = (Ктсм/тц) р,
где V — вместимость емкости, м3; тсм, тц — продолжительность смены и цик-Uia. ч.
I Продолжительность цикла тц находят по уравнению
ТЦ ~ Т1 + Т2 + Т, + т4 +	+ тв + Т7>
где Ti, т2, т3, т4, т6, те, г, — продолжительность соответственно наполнения емкости сливками, сбивания сливок, выпуска пахты, промывки, посолки, обработки и выгрузки масла.
Продолжительность тц принимают с учетом времени, необходимого [для подготовки и мойки маслоизготовителя.
Частоту вращения маслоизготовителя при сбивании сливок можно определить, исходя из условий, что сливки при вращении отрываются от поверхности маслоизготовителя и свободно падают, а не
187
движутся вместе с ней. Свободное падение сливок возможно, если а < g
v2/R = 4-2/?n2 С g,
где R — радиус резервуара, м.
Максимальную частоту вращения пх находят по уравнению
«1 ь=0,5//Л* с-’
или
«I = 30/}/ R мин-1,
где R — внутренний радиус резервуара, м.
Существует и некоторая частота вращения (минимальная) пт,л, ниже которой резко снижается интенсивность сбивания.
Для определения nIIlln необходимо знать скорость движения потока	____
v =	>
где йкр — критическая глубина потока, м:
Лкр = тЛ <?2/g .
q — количество жидкости, стекающей за 1 с через 1 м ширины потока.
Так как v = 2лДи2, g = лК2гш], то
где т) — коэффициент наполнения маслоизготовителя.
Следовательно, пг = 0,35 \'''rJR с-1; я2 = 21 мин.
Если коэффициент наполнения маслоизготовителя т) равен 0,4 и наполнение емкости нормальное, то частоту вращения рассчитывают по формуле
где b = 0,7 4- 0,8.
В маслоизготовителях периодического действия масло обрабатывается в результате многократного сбрасывания пласта. Оптимальная частота вращения емкости будет такой, при которой пласт сбрасывается с наибольшей высоты. В этом случае высоту свободного падения И (в м) масла определяют по формуле
И — — 4R sin2 a cos а.
Эта функция имеет максимальное значение при а = 54°4О'. При этом угле отрыва пласта масло будет падать с наибольшей высоты, следовательно, он является наивыгоднейшим.
188
Частота вращения п (в с-1) безвальцовых маслоизготовителей с цилиндрической емкостью во время обработки можно определить по формуле
п=
Ориентировочно мощность, потребляемую маслоизготовителем периодического действия, N (в кВт) определяют по формуле
/V = 0,0057,
где J — рабочее наполнение маслоизготовителя, кг;
= 2wgW/60,
где Н — высота подъема жидкости в маслоизготовителе, м.
Исходя из механического эквивалента тепла, мощность можно рассчитывать по формуле
= 7сс (Z к — /н) /тсл1;,
где 7С — расход сливок, кг/с; с — теплоемкость сливок, Дж/(кг • К); tK, tK — начальная и конечная температура продукта, К; тсл— продолжительность сбивания сливок, с.
Соотношение факторов, влияющих на интенсивность охлаждения масла (маслообразования), описывается уравнением
/ [С1 (6l	^п) + С2 (tn — /ц)1 = Р [“нДСр „ + “вДСп в1>
где ср с2 — удельная теплоемкость продукта перед кристаллизацией жира и жира в период кристаллизации, Дж/(кг • К); /п — температура жира перед кристаллизацией, К; F — поверхность охлаждения маслообразователи, м2; аи, ав — коэффициенты теплоотдачи соответственно в нижней и верхней поверхностях маслообразователя, Вт/(м2  К); Д/ср.н, Д/ср.в — средняя разность между температурами продукта и хладопосителя соответственно в нижней и верхней секциях, К.
Коэффициент теплоотдачи а (в Вт/(м2 • К)] от сливок к стенке определяется по формуле
а = (cftp/т) (0/0в),
где с—удельная теплоемкость высокожирных сливок, Дж/(кг • К); h—толщина слоя высокожирных сливок; м; р — плотность высокожирных сливок, кг/м3; т — продолжительность охлаждения каждого слоя высокожирных сливок, ч;
т = 1 /2 • 60м;
0. 0В — энтальпия слоя соответственно до и после охлаждения, Дж.
В маслообразователе коэффициенты теплоотдачи [в Вт/(м2 • К)] могут приниматься следующие:
В цилиндрическом
I цилиндр	560—410
Г' Н »	370—300
III »	370—300
В пластинчатом
при противоточном движении	500
при прямоточном движении	.	400
189
Уравнение,, связывающее режим термомеханической обработки продукта с размерами аппарата, имеет следующий вид:
NM («! — /2)/0 = Ля8£>«р Re3 Рг6,
где N — мощность, затрачиваемая на обработку продукта; М — производительность аппарата, кг/с; (/j — /2)/0 — продолжительность нахождения продукта в аппарате, с; А — коэффициент; D — диаметр барабана, м; Re, Рг — критерии Рейнольдса и Прандтля.
Практические расчеты ориентировочны. Так, приблизительно производительность М (в кг/ч) маслообразователей можно определить из формулы
А1 — (— Ур/тп) 3600,
где V — объем кольцевых зазоров маслообразователя, м3; тп — продолжительность пребывания продукта в маслообразователе (тп = 6 -т- 4 мин).
Частоту вращения вытеснителя п (в с-1) можно определить по формуле
n = 0,3S(l/R).
Приведенные характеристики позволяют лишь качественно оценить влияние различных факторов на процесс маслообразования, а также сравнить между собой различные маслообразователи.
Глава XI. АППАРАТЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ НАТУРАЛЬНЫХ И ПЛАВЛЕНЫХ СЫРОВ
При изготовлении натуральных сыров применяют аппараты и установки для выработки сырного зерна, обработки сырной массы и созревающих сыров.
АППАРАТЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ НАТУРАЛЬНЫХ СЫРОВ
К аппаратам для выработки сырного зерна относят аппараты выработки, к аппаратам образования сырной массы — формовочный аппарат, аппарат чеддаризации, прессы и установки крупноблочного прессования, а к аппаратам и установкам для посолки сыров, обработки их при созревании и подготовки к реализации — аппараты и установки для посолки сыров, стеллажи, машины мойки и обсушки сыра, машины для нанесения покрытий на сыры.
Аппараты выработки сырного зерна
В этих аппаратах осуществляются свертывание белков молока, разрезание сырной массы, вымешивание сырного зерна, а в некоторых случаях и формование. Аппараты выработки сырного зерна бывают с полным циклом обработки, с выносной емкостью для разрезки сырного пласта и непрерывного действия.
190
Рис. 123. Схема аппарата выработки сырного зерна вместимостью 2500 л:
а — общий вид: 1 — домкрат; t — опоры несущей конструкции; 3 — привод; 4 — стойки; 5 — кран клапанного тина; 6 — ножка; 7 — подпятник; 8 ~ штуцер для выпуска конденсата; 9 — мешалка; 10—отборник сыворотки; U — мешалка лирообразной формы; 12 — линейная мерка; /3 — защитный кожух;
б — кинематическая схема; 1 — мешалка; 2 —: клн-ноременная передача; 3 — цепная передача; 4 — электродвигатель
Для выработки сырного зерна используют почти исключительно аппараты периодического действия. Как правило, они состоят из" одной или двух емкостей. Если аппарат представляет собой одну емкость, то в ней осуществляются свертывание белка, разрезка сгустка, обработка сырного зерна и придание сырной массе формы, а также самопрессование. В аппарате, состоящем из двух емкостей, в первой происходят свертывание белка, разрезка сгустка и обработка сырного зерна Затем сырная масса поступает во вторую емкость, в которой масса сырных зерен подпрессовывается и разрезается на блоки.
Аппараты выработки сырного зерна с полным циклом обработки могут быть различной вместимости.
Аппарат выработки сырного зерна вместимостью 2500 л (рис. 123) состоит из двустенной емкости и механизма мешалки 9 Форма ем-
191
кости прямоугольная с полупилиндровыми торцевыми стенками. Между стенками внутренней емкости и наружного корпуса находится пароводяная рубашка.
Сырное зерно охлаждается водой, поступающей из магистрали через отверстия в верхней трубе аппарата. Для подогрева используется пар, который поступает в барботер, размещенный на дне аппарата. В низу торцевой стенки наружного корпуса установлен патрубок для слива воды из рубашки. Для выхода зерна с сывороткой, а также сыворотки и воды при промывке емкости предназначен кран клапанного типа 5.
Стойки 4, прикрепленные к торцевым стенкам аппарата, образуют мост, по которому перемещается каретка с мешалкой 11 лирообразной формы.
Привод, предназначенный для возвратно-поступательного движения каретки и одновременно мешалок 1 (рис. 123, б) вокруг оси, состоит из электродвигателя 4, клиноременной 2, цепной передач 3 и вариатора скоростей.
В аппарате происходят свертывание молока и дробление сгустка ножами мешалки, после чего удаляют сыворотку и образованный пласт разрезают на куски или направляют в формовочный аппарат.
Аппарат выработки сырного зерна вместимостью 10 000 л (рис. 124)., используемый преимущественно в технологических линиях получения твердых сыров, состоит из двустенной емкости 9, передвижной каретки 3 с вращающимися мешалками. Двустенная емкость с наружной стороны имеет изоляцию. Аппарат снабжен запорным клапаном для спуска сырного зерна и сыворотки, пневмоцилиндром для наклона аппарата, колоннами, приводом мостовой конструкции, электро- и пневмооборудованием.
Молоко подогревается горячей водой, которая нагревается паром давлением до 0,5 • 105 Па, подаваемым через барботер. В тех случаях, когда необходимо охлаждение молока, используется вода, которая также подводится в рубашку через специальный патрубок 10. Конденсат отводится через патрубок в днище аппарата. Запорный пневмоклапан предназначен для выпуска зерна с сывороткой. Наклон аппарата регулируется пневмоцилиндром, установленным в колонне.
В аппарате для выработки сыра проводят свертывание молока сычужным ферментом при температуре, оптимальной для получения сгустка требуемой консистенции. После этого сгусток обрабатывают специальными инструментами.
Сырное зерно с сывороткой насосами подается в формовочные аппараты.
За рубежом находят применение аппараты для выработки сырного зерна, в которых рабочая емкость в плане представляет собой две полуокружности, смещенные друг относительно друга на ’/з диаметра. Отношение длины рабочей емкости к ширине составляет 4 : 3. В центре каждой полуокружности установлено по одной мешалке. Ширина ножей равна ‘/з диаметра емкости аппарата. Каждая мешалка с навешанными на нее ножами при одном обороте описывает полную окружность. Таким образом, каждый оборот мешалок захваты^
192
Рнс. 124. Аппарат выработки сырного зерна вместимостью 10 000 л: / — пульт управления; 2 — электрошкаф; 3 — каретка; 4 — лестница; 5—мешалка лирообразной формы; 6 — хомут; 7 — отвод; 8 — платформа; 9 — двустенная емкость; 10 — патрубок
Рис. 125. Аппарат выработки сырного зерна открытого типа:
а—аппарат выработки сырного зерна: / — рабочая емкость; 2—мост; 3—привод мешалок;
4 — мешалка; 5 — патрубок спуска сыворотки;
б — емкость для предварительного формования: / — рабочая емкость; 3 — патрубок ввода сгустка; 3 — насос отвода сыворотки
вает все содержимое емкости. При этом часть, находящаяся в центре, захватывается дважды. Вся масса в средней части аппарата быстро приходит в движение, что обеспечивает в других секторах переворачивание и разрезание попеременно всего сгустка. Для этого ножи дополняются вертикальными лезвиями.
Мешалки вращаются во встречном направлении, поэтому вращения всей массы не происходит. При этом ножи продвигают разрезаемый сгусток навстречу друг другу. При последующем перемещении сгустка интенсивно перемешивается содержимое аппарата.
Аппараты выработки сырного зерна с выносной емкостью для разрезки сырного
194
пласта изготовляют открытого и закрытого типов, а также с вакуумной системой.
Аппарат открытого типа, используемый в технологических линиях получения сыра чеддер, показан на рис. 125. Вместимость аппарата 10 000 л. Расположение емкости горизонтальное.
Аппарат (рис. 125, а) состоит из внутренней и наружной емкостей. Внутренняя емкость изготовлена из нержавеющей стали. С внешней стороны она облицована. В образованной внутренней и наружной емкостями рубашке находятся трубы для подачи горячей и холодной воды. На стойку, прикрепленную к торцам емкости, опираются направляющие, по которым передвигается каретка с приводным механизмом мешалки.
Привод мешалки состоит из электродвигателя, редуктора и коробки передач, с помощью которых механизм перемешивания включается на четыре скорости. Как и в других аппаратах, мешалки совершают возвратно-поступательные движения вдоль ванны и вращательные движения вокруг оси. Ножевая рама мешалок позволяет осуществлять разгрузку сгустка лезвиями ножей и обработку зерна с любой стороны ванны. При вымешивании лопасти ножей поворачиваются примерно на 15° к плоскости вращения, в результате чего улучшается обработка зерна.
Аппарат снабжен устройством для отбора сыворотки, представляющим собой сито, которое передвигается в вертикальном направлении. Сито погружается в сыворотку до тех пор, пока не срабатывает система замыкания тока. В это время включается насос и открывается воздушный клапан. По мере понижения уровня сыворотки в емкости происходит дальнейшее опускание сита. При опорожнении аппарат наклоняется к выпускному штуцеру с помощью специального пневматического устройства.
На стойке аппарата находится пульт управления, на котором размещены пусковые кнопки для управления за работой мешалок, устройства отсасывания сыворотки и наклона, а также контрольные лампы (красная и зеленая), часы с сигнальным звонком для контроля за продолжительностью той или иной стадии технологического процесса (продолжительность свертывания, вымешивания зерна, второго нагревания и т. д.).
В некоторых случаях в аппаратах выработки сырного зерна осуществляется формование сырной массы, которое проводится в емкости для предварительного формования (рис. 125, б). Она снабжена вторым подвижным дном из перфорированных плит и подвижной задней стенки. На передней стенке лежит гильотинный нож, который перемещается в вертикальном направлении. Под емкостью установлен механизм подачи подвижного дна и гильотинного ножа. К бортам емкости прикреплены пневматические цилиндры для осуществления подпрессовки сырного пласта. У передней стенки емкости размещены пульт управления, а также система блокировки всей установки.
В выносной емкости сырное зерно оседает, часть сыворотки из него удаляется насосом (до 50%) в начале работы и остаточное количество — в конце.
195
J 6
Рис. 126. Аппарат выработки сырного зерна закрытого типа:
а — аппарат выработки сырного зерна: 1 — паровая рубашка; 2 — переливной патрубок; 3 — вариатор скорости; 4 — планетарный иож; 5 — электродвигатель; 6 — редуктор; 7 — круговой нож; 8 — стойка; 9 — кожух; 10 — разгрузочный кран; 11 — мешалка;
б — аппарат самопрессования: 1 — сливная труба; 2 — патрубок; 3 — кожух; 4 — внутренняя емкость; 5 — щит с отверстиями
Для разрезки используются шесть вертикальных ножей, размещенных на штанге. Расстояние между ними 243 мм. Пласт разрезается на семь полос. После подъема пласта гильотинный нож, опускаясь, разрезает его в поперечном направлении, в результате чего образуется семь блоков.
Из одного аппарата выработки сырного зерна формуется 140 сырных блоков. В целях безопасности гильотинный нож сблокирован с защитным козырьком и может включаться только после того, как последний опущен и установлен контакт с пластом сыра.
Аппарат закрытого типа (рис. 126) состоит из емкости для получения сырного сгустка и аппарата для самопрессования и разрезки пласта.
В дно цилиндрической емкости с рубашкой вмонтирован кран для выпуска смеси (сыворотки с зерном). В межстенном пространстве аппарата помещен паровой коллектор с мелкими отверстиями. Конденсат удаляется через сливную трубу.
Планетарный нож 4 вместе с вертикальным валом привода вращается вокруг оси редуктора против потока смеси, который создается
планетарным ножом. В результате достигаются интенсивное перемешивание, нормальная разгрузка сгустка и «постановка» зерна.
Для вымешивания зерна ножи снимаются и устанавливается съемная пропеллерная мешалка. Вращение ножей и мешалки осуществляется от электродвигателя 5 через червячный редуктор 6 на вариатор 3, что обеспечивает плавную работу ножей н мешалки в допустимых пределах частоты вращения. Приводной механизм укреплен на кронштейне, который можно отвести в сторону.
В аппарате самопрессования (рис. 126, б) зерно осаждается, в результате чего образуется и подпрессовывается сырный пласт, который затем разрезается на отдельные бруски. В аппарате самопрессования установлены, сопла для автоматической мойки, смотровой люк с предохранительной решеткой для визуального контроля за содержимым аппарата, автоматическое устройство для откачивания сыворотки с погружным сетчатым отборником. При работе этого устройства
196
Рис. 127. Аппарат выработки сырного зерна с вакуумной системой заполнения:
/ — разгрузочный клапан; 2 — гидравлический затвор; 3 —рабочие органы (косой нож и лопастная мешалка); 4 — приводной вал; кость; 6 — крышка; 7 — головка; 8 — кран для отбора сыворотки; 9 — стойка; 10 — регулятор скорости
скорость перемешивания по команде «Отбор сыворотки» уменьшается до минимальной, в результате чего лопасти мешалок останавливаются по продольной оси. В емкость погружается сетчатый отборник со всасывающей трубкой. По истечении 1—2 мин, необходимых для осаждения сырного зерна, с поверхности емкости происходит откачивание сырного зерна без «сырной пыли». После достижения предписанного уровня насос для сыворотки выключается, отборник автоматически отводится в исходное положение, а затем включается мешалка, набирающая нормальную скорость перемешивания.
При обработке сгустка режущие и вымешивающие инструменты могут изменять направление движения. Навешанные на ножи отражатели при вымешивании наклоняются, в результате чего происходят взмучивание сгустка в горизонтальной плоскости и поддержание его во взвешенном состоянии.
Устройство для откачивания сыворотки и форма ножей модифицируются в зависимости от вида вырабатываемого сыра.
Аппарат выработки сырного зерна с вакуумной системой заполнения (рис. 127) применяют для выработки твердых и мягких сыров. Он представляет собой цилиндрическую емкость 5 с плоским днищем. Рабочие органы 3 устанавливаются на подвес, укрепленный в верхней части приводного вала 4. Бесступенчатый вариатор скоростей приводного механизма позволяет изменять направление и частоту вращения приводного вала от 0 до 35 мин
Сыворотку отбирают через кран 8, размещенный на боковой стенке емкости. На время отбора сыворотки устанавливается сетка с резиновым уплотнителем.
Обсушенное зерно с сывороткой выпускается через люк в дне рабочей емкости. Остатки зерна вытесняют скребком лопастной мешалки. Скорость выпуска регулируется герметически закрывающейся крышкой. При выгрузке продукта в ап-
5 парате создается небольшой вакуум (до 20%) пароструйным насосом.
Аппарат выработки сырного зерна под избыточным давлением (Ирландия) вместимостью 15000 л (рис. 128) снабжен планетарным механизмом 3. В результате полной герметизации процесса исключается возможность загрязнения и обеспечивается эффективная очистка без разборки аппарата. Кон-
Рис. 128. Аппарат выработки сырного зерна для работы под избыточным давлением:
/ — рабочая емкость; 2 — воздушный клапан; 3 — планетарный механизм мешалок; 4 — люк; 5 — патрубок для впуска молока;
6 — патрубок для вывода сырного зерна с сывороткой
струкция позволяет также осуществлять предварительную выгрузку сырной массы через пат-рубок 6 и снабжена программированной по времени автоматической системой.
198
Аппараты выработки сырного зерна непрерывного действия бывают двух типов, принципиально отличающихся один от другого. В аппарате первого типа получение сгустка из молока осуществляется в потоке. Эти аппараты являются цилиндрическими и в виде трубок с непрерывным или пульсирующим потоком молока. В аппарате второго типа движется рабочий орган (транспортер), а продукт находится в состоянии относительного покоя.
К аппаратам первого типа относятся установки «Паракурд» (Франция). Свертывание молока в них осуществляется после предварительного сгущения молока до массовой доли сухих веществ 36%. Возможна и другая концентрация, однако эта является оптимальной Установка позволяет получать в потоке молочно-белковые сгустки на основе не только сычужной, но и кислотной коагуляции.
Основными частями установки «Паракурд» являются коагуляционная камера, камера агломерации и синерезиса сгустка, барабаны для предварительного и полного обезвоживания сгустка.
В коагуляционной камере с помощью сетчатых перегородок создается строго ламинарный поток воды. Концентрированное молоко через специальную форсунку впрыскивается в поток горячей воды. Струйки молока, которые проходят через поток горячей воды, мгновенно нагреваются, в результате чего образуется зерно сгустка.
Сгусток на стадии коагуляции образуется в виде микрозерен. При контакте с водой происходит диффузия растворимых веществ сгустка: в зависимости от соотношения количества воды и молока степень удаления лактозы может быть различной. Турбулизация потока после свертывания белка в коагуляционной камере ускоряет этот процесс.
Применение в камере чередующихся суженных и расширенных конусных вставок способствует агломерации микрозерен и образованию крупных комков сгустка.
В первом вращающемся сетчатом барабане сыворотка отделяется от сгустка. Окончательное обезвоживание завершается во втором барабане.
Основными преимуществами установки являются небольшая продолжительность процесса (около 10 мин), отсутствие контакта с воздухом и ручных операций.
К аппаратам второго типа относят установку, разработанную в Болгарии (рис. 129). Установка представляет собой полукруглое корыто, производительность до 10 000 л/ч. Установка снабжена устройством для дозировки молока, сычужного фермента и заквасок.
После добавления сычужного фермента, заквасок при предусмотренной технологией температуре молоко направляется в зону смешения. Поток молока, поступившего на транспортную ленту, в результате наличия разделительных перегородок успокаивается Свертыва ние происходит в условиях, исключающих сотрясение при его перемещении в корытообразном ленточном транспортере 3.
Перед дроблением сгустка разделительные перегородки вынимаются. Кратковременное электростатическое воздействие предотвра-
199
Рис. 129. Аппарат выработки сырного зерна непрерывного действия:
1 — впускная труба; 2— зона свертывания; 3 — корытообразный ленточный транспортер; 4 — рабочая емкость; 5 — электростатический удалитель сгустка; 6 — устройство для разрезания пласта (горизонтальное); 7 — устройство для поперечной разрезки пласта; 8—устройство для очистки разделительных перегородок
щает прилипание сгустка к разделительным перегородкам. Устройства для поперечной разрезки пласта 7 размельчают сгусток на равномерные кубической формы зерна. Готовое сырное зерно выдается транспортером.
После каждого прохода лента и разделительные перегородки автоматически очищаются, что необходимо для обеспечения работы в непрерывном цикле.
Формовочные аппараты
Формовочный аппарат (рис. 130) предназначен для придания формы сырной массе, поступающей из аппарата выработки сырного зерна, и разрезки пласта на куски с последующим направлением их в формы для прессования. Рабочей частью аппарата является емкость 3 прямоугольной формы без днища из листовой нержавеющей стали с ребрами жесткости.
Рис. 130. Формовочный аппарат:
1 — насос; 2 — сильфон; 3 — рабочая емкость; 4 — ножевая рама
200
Рис. 131- Конвейер для формования:
1 — натяжное устройство; 2 — ролики групповых форм; 3 — шток; 4 — траверса; 5 — пневматический сервомотор; 6 — стойка; 7 — прессующая плита; 8 — рама ножа; 9 — пневматический сервомотор; 10 — цепь транспортера; 11 — траверса: 12 — станина; 13 — редуктор; 14—моечная камера
Аппарат установлен на ножках, представляющих собой нержавеющие трубы, которые служат трубопроводом для отвода сыворотки из желоба. Желоб размещен в верхней части емкости, а подвижное днище с сильфоном 2, в который поступает сжатый воздух, — в нижней. -Сильфон установлен на приемнике для сыворотки, просачивающейся через щель между подвижном днищем и емкостью. Сверху емкости размещены две шарнирно укрепленные крышки с отверстиями для выхода сыворотки и ножевая рама 4 для разрезки сырного пласта.
Управляют подвижным днищем при помощи распределительного крана подачи воздуха в сильфон. Рабочее давление воздуха, поступающего в сильфон, (0,2ч- 0,5)105 Па.
В установках для поточной выработки сыра предусмотрен конвейер (рис. 131). Он состоит из рамы, транспортера 10 с групповыми формами, траверсы 4 с плитами для подпрессовки пласта, приспособления для подъема днища форм, разрезания пласта и камеры для ополаскивания форм. На раме, изготовленной из угловой стали, смонтированы звездочки цепей транспортера, стойки, траверсы 4 с плитами, поддон для приема сыворотки, а под рамой размещена камера для ополаскивания форм.
У групповых форм дно съемное. Они прикреплены к звеньям цепей транспортера. Ролики, установленные на торцевых сторонах форм, при движении транспортера катятся по направляющей рамы. Электрическая часть привода транспортера смонтирована так, что ему можно сообщить пульсирующее движение. Траверса с прессующими плитами 7 поднимается и опускается пневматическим сервомотором 5.
Приспособление для подъема днищ форм состоит из пневматического сервомотора 5, на штоке поршня которого расположен захват. Планки на днище заходят под этот захват, поэтому, когда куски пласта удалены, днище опускается вместе со штоком сервомотора и уста-
201
а	б
Рис. 132. Установка предварительного прессования сырной массы:
а — общий вид: 1 — люк обслуживания; 2 — место клапанов и трубопроводов; 3 — труба впуска сырной массы; 4 — кольцо-разбрызгиватель; 5 — перфорированная (верхняя) часть колонны; 6 — электроды уровня сыворотки; 7 — датчик уровня сырной массы; 8 — прозрачная часть колонны; 9 — перфорированная (нижняя) часть колонны; 10 — дно-нож; 11 — скользящий цилиндр; 12 — дозирующая пластина; 13 — форма на конвейере;
б — формующее устройство: I — дно-нож закрыто, дозирующая пластинв в верхнем положении; П — дно-нож открывается; III — дозирующая пластина опускается; /V — дно-нож отрезает блок массы; V — дозирующая пластина опускается до самого нижнего положения; (// — блок массы отталкивается скользящим цилиндром (форма наполняется); V//— скользящий цилиндр возвращается в исходное положение; VIII — дозирующая пластина движется вверх (скользящая пластина поднимается в исходное положение)
навливается на отбортовку низа форм. Пласт разрезают на равные куски ножами, проволочные или пластинчатые лезвия которых закреплены на общей раме, установленной над формами.
В камере для ополаскивания форм размещены два (верхний и нижний) коллектора душевого приспособления, к которым подводится чистая вода (горячая или холодная). С торцевых сторон камера открыта, и через нее проходит холостая (нижняя) ветвь транспортера с формами, повернутыми вверх дном. На трубах душевого устройства 1 высверлены отверстия, через которые подается вода для ополаскивания форм внутри и снаружи. Отработавшая вода стекает с форм на поддон камеры и в канализацию.
За рубежом получают применение установки для предварительного прессования сырной массы (рис. 132) после получения зерна в аппарате выработки сырного зерна. В этих установках осуществляется и розлив сырного зерна в формы.
202
Основной частью установки является колонна, заполняемая смесью сырного зерна и сыворотки. Когда заполнение колонны смесью начинается, колонна закрыта снизу комбинированным скользящим дном-ножом 10 (рис. 132, а). Верхний уровень массы регулируется и поддерживается в необходимых пределах путем рециркуляции сыворотки и контролируется электродами уровня 6. Удаляемая снизу сыворотка фильтруется через слой сырной массы. Когда нижняя часть столба сырной массы приобретает необходимую плотность, скользящее дно-нож 10 отодвигается назад и весь столб сырной массы опирается на дозирующую пластину 12, которая опускается с помощью гидравлического подъемника. Когда нисходящие движения дозирующей пластины и столба массы останавливаются, дно-нож, двигаясь вперед, отрезает блок сырной массы от нижней части столба. Блок сыра в это время лежит на дозирующей пластине, и дно-нож опять служит дном колонны. Дозирующая пластина продолжает движение вниз до нижнего предела. Блок сыра в это время находится еще на пластине, его окружает скользящий цилиндр 11, открытый сверху и снизу. Движением этого цилиндра в сторону блок сыра отталкивается и падает в форму 13. После возвращения цилиндра в исходное положение и движения дозирующей пластины вверх устройство подготовлено к резке следующего блока сыра.
После удаления из колонны сыворотка поступает самотеком в отдельную емкость, из которой перекачивается в колонну для поддержания необходимого уровня, или же в бак для сыворотки. Так как сыворотка проникает через сырную массу, она фильтруется. Мелкие зерна задерживаются в более крупных, что приводит к уменьшению потерь сырной пыли.
Аппарат чеддаризации сырной массы
Для чеддаризации сырной массы применяются аппараты периодического или непрерывного действия.
На рис. 133, а показан контейнер для чеддаризации. Сырное зерно в контейнере равномерно распределяется в шести секциях. При этом сыворотка фильтруется через нержавеющую сетку и удаляется через трубу. Контейнер закрывается двумя крышками 3 и приводится во вращение по заданной программе. Поворот на 90° совершается в течение 15 мин. Затем сырная масса подвергается дроблению подвижным режущим устройством.
При дроблении сырной массы контейнер устанавливается в наклонном положении крышкой книзу. При открывании внешней, а затем внутренней крышек блок сыра соскальзывает в приемную часть режущего устройства. Нож разрезает блок на полосы толщиной 70 мм, которые попадают на решетку и пневматическим устройством продавливаются через нее. Таким образом, получаются куски размером 16 х х 16 х 70 мм, которые после разрезки поступают на ленту транспортера и направляются на дальнейшую обработку.
На рис. 133, б показан конвейер, на котором происходит чеддари-зация сырной массы, поступающей по трубопроводу на дренажный
203
Рис. 133. Аппараты чеддаризации сырной массы:
а — контейнер для чеддвризации: / — транспортер; 2—рабочая емкость; <9—крышка; 4 — ножевое устройство;
б — конвейер: / — дренажный транспортер; 2 — перемешивающее устройство; 3— верхний' транспортер; 4— нижний транспортер; 5—гильотина
транспортер 1. Наклонное положение его способствует выделению сыворотки. Затем масса попадает на перемешивающее устройство 2 и после этого на верхний транспортер 3, а с него сбрасывается на нижний 4. Обработка завершается разрезанием пласта.
Прессы
В молочной промышленности наиболее распространены пневматические прессы. Прессующая система пневматического пресса представляет собой сервомотор. В каждой из двух секций, смонтирован-
204
пых вместе, установлены приборы управления (редуктор давления с манометром) и переключатель потока воздуха.
Крышка цилиндра четырьмя болтами притягивается к верхней балке пресса. Шток поршня соединен с траверсой верхней полки, и па конце имеется прессующий упор, который передает давление на крышку формы. Для расположенных ниже сыров прессующие упоры установлены на обратной стороне соответствующих полок. Полки можно приближать одну к другой, так как связи их закреплены только нижними концами.
Из ресивера воздух, сжатый в компрессоре, подводится к переключателю потока воздуха. В зависимости от положения рукоятки переключателя воздух поступает в полость цилиндра над поршнем (при прессовании) или под ним (при распрессовке сыра). Отработавший воздух удаляется через переключатель. Перед поступлением в верхнюю полость цилиндра воздух проходит через редукционный клапан, с помощью которого устанавливается необходимое давление воздуха в цилиндре.
Автоматический регулятор включает компрессор, если в ресивере давление падает до минимальной заданной величины, и выключает его, когда давление в ресивере максимально допустимое, поэтому в цилиндре пресса всегда заданное давление.
Пневматические прессы бывают вертикального и горизонтального типов.
Вертикальный пневматический четырехсекционный шестиярусный пресс (рис. 134) предназначен для прессования любых сыров (кроме швейцарского и сыров цилиндрической формы). Он состоит из основания 6, вертикальных стоек, прессующих полок 5 траверсы, пневмосистемы и пневмоцилиндров 3.
Основание 6 представляет собой сварной каркас, облицованный нержавеющей сталью. Траверса выполнена из гнутого профиля сварной конструкции. Усилия прессования передаются бобышками, в отверстия которых входят верхние концы вертикальных стоек. Стойки крепятся гайками. Прессующие полки 5 имеют два направляющих выступа, скользящих при перемещении полок вверх и вниз по вертикальным штырям. Один конец закрепляется неподвижно, второй — подвижно.
В пневмоцилиндры 3 сжатый воздух попадает через регулятор давления. При прессовании воздух поступает в верхнюю поршневую полость пневмоцилиндра, а при подъеме прессующих полок — в пижнюю. В зависимости от технологических требований усилия прессования устанавливаются регулятором давления, а давление воздуха в нижней части полости пневмоцилиндра остается постоянным. Кран управления и регулятор давления предназначены для работы одновременно четырех пневмоцилиндров.
К штуцеру крана управления подведен центральный воздухопровод от компрессорной установки. На воздухопроводе установлены фильтр для очистки сжатого воздуха и регулятор давления. После регулятора давления расположен предохранительный клапан для вывода воздуха при превышении этого давления.
205
Янебмоцщшпдр
1
Рис. 134. Пневматические прессы:
а — вертикальный: / — кран управления; 2 — регулятор давления; 3 — пневмоцилиндр; 4 — траверса; 5 — прессующие полки; 6 — основание; 7 —клапан предохранительный; 8 — регулятор давления; 9 — фильтр для очистки воздуха;
б — горизонтальный: / — пневмоцилиндры; 2— рама; 3 — направляющие
На рис. 134, б показан горизонтальный пневматический пресс, предназначенный для прессования сыров унифицированной формы (цилиндрической), а также голландского круглого и ярославского. Пневмоцилиндры 1 этого пресса укреплены на.траверсах задней рамы. Через штоки цилиндров давление передается на сыры. Сыры в формах укладываются на направляющие 3. На пяти ярусах пресса размещается 50 форм ярославского круглого и 140 форм голландского
Установки крупноблочного прессования
Установки крупноблочного прессования работают с использованием вакуума. В комплект установки входят вакуум-прессовальная камера, несколько пресс-форм, механическое устройство для разрезания блоков и удаления отрезанных брусков сыра, гидравлическая система для создания необходимого прессующего давления, вакуум-насос для удаления газов из пресс-формы и насос для откачки выделившейся сыворотки. Устройство для разрезания блоков снабжается подъемным приспособлением.
Вакуум-прессовальная камера установки крупноблочного прессования показана на рис. 135. Обечайка 2 камеры с помощью уплотнения герметически присоединяется к днищу, в котором имеется труба 5 для отсоса воздуха. В камере на гофрированной прокладке 11 помещается металлическая форма 8 с сырной массой, на которую сверху накладывается перфорированный диск, присоединенный к прессовальной плите. Последняя, перемещаясь вдоль стенок обечайки, плотно прижимается к ним специальными уплотнениями.
206
Рис. 135. Вакуум-прессовальная камера установки крупноблочного прессования:
1, 3 — уплотнения; 2 — обечайка; 4 — прессовальная плита; 5 — труба; 6 — втулка; 7 — крышка камеры; 8 — металлическая форма; 9—перфорированная прокладка; 10 — днище; 11 — гофрированная прокладка
Рис. 136. Установка крупноблочного прессования конструкции ВНИИМСа: 1, И — насосы; Т, 18 — патрубки; 3 — верхняя часть камеры; 4 — штуцер с клапаном; 5 — вакуумметр; 6 — крышка; 7 — неподвижная прессовальная плита; 8— подвижная прессовальнвя плита; 9—камера; 10 — бачок для масла; 12 — редуктор; 13 — фильтр; 14 — дроссель: /5 — крановый переключатель; 16 — манометр; 17 — телескопический гидравлический домкрат; 19 — емкость
I В середине вакуум-прессовальной камеры находится направляющий шток, который вставляется во втулку, жестко укрепленную в крышке камеры. При удалении воздуха из камеры через трубы в ней создается разрежение, вызывающее перемещение прессовальной плиты 4 в направлении днища. При этом сырная масса уплотняется и сыворотка отсасывается через патрубок.
Установка крупноблочного прессования сыров голландской группы (рис. 136) представляет собой прямоугольную, герметически закрывающуюся камеру (500 X 550 мм), в нижней части которой на штоке телескопического гидроцилиндра установлена подвижная прессовальная плита 8, а вверху, под крышкой — неподвижная 7. В обеих плитах просверлены отверстия для сыворотки. В верху и в низу камеры имеются патрубки, присоединенные к насосу. Установка снабжена пружинным манометром 16 для измерения давления масла в гидроцилиндре и вакуумметром 5 для измерения величины вакуума в камере. В середине верхней прессовальной плиты имеется штуцер с клапаном 4, через который засасывается смесь сырного зерна с сывороткой .
207
Система гидропривода состоит из телескопического гидравлического домкрата 17, кранового переключателя 15, дросселя 14, редуктора 12, фильтра 13, насоса 11 и бачка для масла 10.
После отделения от сыворотки сырное зерно загружается на нижнюю прессовальную плиту, на которую предварительно уложен перфорированный лист из нержавеющей стали, предназначенный для дренажа прп прессовании сырной массы. Такой же лист прикреплен к нижней стороне верхней прессовальной плиты.
Установку закрывают крышкой, после чего включают вакуум-насос. В гидроцилиндре с помощью насоса создается давление, под действием которого шток с укрепленной на нем нижней плитой поднимается вверх, что приводит к уплотнению сырной массы. Первые 10—20 мин масса прессуется в вакууме, а остальные 2 ч —при атмосферном давлении. Удельное давление прессования (0,54-4- 1,0)10® Па. После удаления крышки и верхней прессовальной плиты разрезают полученный пласт (60 —80 кг) толщиной 20—25 см с помощью натянутой проволоки на несколько брусков. После обсушки и посолки бруски упаковываются под вакуумом в полимерную пленку и направляются на созревание при тех же условиях, что и обычные бескорковые сыры.
Аппараты и установки для посолки сыров
Для посолки сыра применяют аппараты посолки сухой солью обычно вибрационного типа, а также солильные бассейны и посолочные этажеры, в которых посолка осуществляется в рассоле.
Аппараты посолки сухой солью вибрационного типа представляют собой вращающийся барабан конической формы. Диаметр отверстий в барабане не более 1 мм. Посолка осуществляется при прохождении сырного зерна через барабан.
Солильные бассейны делают бетонными с облицовкой керамическими плитками или без нее, но с хорошей затиркой наружных и внутренних поверхностей. Количество отсеков устанавливают в соответствии с нагрузкой завода. При глубине бассейна 0,8—1,2 м нагрузку на 1 м2 площади бассейна при посолке крупных сыров принимают 300—350 кг, а при посолке мелких — 180—-250 кг. В целях экономии площади бассейны можно делать более глубокими и сыр в них загружать в специальных этажерах, которые при наличии подъемника облегчают труд обслуживающего персонала.
При посолке сыров в рассоле концентрация, температура и кислотность изменяются. По мере диффузии соли в сыр концентрация рассола уменьшается, а температура его за счет тепла вновь загруженных сыров и теплообмена с окружающей средой повышается. Вследствие диффузии молочной кислоты из сыров в рассол кислотность рассола также увеличивается.
Более совершенными являются солильные бассейны с механической выгрузкой и разгрузкой этажеров (рис. 137). В небольшом отсеке бассейна установлены деревянные, легко вынимающиеся решетки
208
1275	209
с солью 5, 6 мелом 4 и фильтровальной тканью 3, а также охладитель 1 и насос 7 для циркуляции рассола.
При прохождении через отсек с решетками рассол фильтруется, насыщается солью и нейтрализуется. По мере необходимости меняют фильтрующую ткань, добавляют мел и соль.
Этажеры изготовляют с деревянными полками и бетонными основаниями, предотвращающими всплывание этажера в рассоле. Три боковые стороны этажера защищены деревянными планками, а четвертой стороной, открытой для разгрузки и выгрузки сыров, этажер примыкает к следующему. Таким образом предотвращается выход сыров за пределы этажера при погружении его в рассол.
За рубежом применяется также устройство для посолки на стеллажах в рассоле (рис. 138). Основным в нем является комплект этажеров (рис. 139). На нем размещаются сыры высотой блоков 120-— 160 мм. Стеллажи перфорированы для потока жидкости. Под
сырами и над ними находится пластиковая сетка. Стеллажи укладываются в штабеля (по 8 шт.). На верхний из них накладывается крышка, чтобы и верхний ряд полностью омывался рассолом или охлаждающей водой.
Если сыры подвергались вначале охлаж-ению, а потом уже посолке, то устройство
Рис. 139. Комплект этажера:
I — верхняя крышка; // — сетки для покрытия сыров; III — посолочный желоб; IV — донный желоб; V — опора
>азделяют на секции охлаждения (их может быть две и более) и посолки.
Рассол (или вода), поступающий в бассейн при заданной темпера-уре, циркулирует через пластинчатый теплообменный аппарат и фильтр для его очистки. Стеллажи подвешены на стальных канатах
автоматически опускаются в рассол или поднимаются из него.
Между полками размещены трубы прямоугольного сечения. Каж-
ая из них прикреплена к соответствующему профилю, причем рас-
стояние между
трубами
около 1 м. При посолке сыры нажимают на
трубы, совершая при этом незначительные движения от эксцентрического привода. Положение их несколько изменяется (они соверша-
ют возвратно-поступательные движения, постоянно меняя точку опоры).
После завершения посолки стеллажи поднимаются из бассейна. Сначала сыры перемещаются на направляющую площадку, а затем
на транспортер для передачи их на созревание.
В тех случаях, когда посолке предшествует охлаждение, в соответствующий отсек поступает не рассол, а охлаждающая вода, кото-
рая после охлаждения заменяется рассолом.
8*
211
Оборудование в камерах созревания
При созревании сыров используются полки различного конструктивного оформления, собранные в стеллажи.
Широко применяются контейнеры, в которых сыр находится в течение всего периода созревания. Контейнер (рис. 140) состоит из каркаса и полок (обычно их пять), на которых размещается до 500 кг сыра.
Для сыра чеддер наряду со стационарными применяются передвижные стеллажи. Полки на таких стеллажах позволяют периодически опрокидывать сыры.
В качестве транспортных средств в камерах созревания сыров применяются следующие средства внутризаводской транспортировки: ручные тележки, электрокары, настенные краны и лебедки, тельферы, реверсивные лебедки с электродвигателями, тельферные подъемники, электропогрузчики с телескопическим подъемом, аккумуляторные автопогрузчики.
Машины для мойки и обсушки сыра
Наиболее распространены щеточные машины, в которых для протирки поверхности используются цилиндрические, вращающиеся вокруг горизонтальной оси резиновые щетки (частота вращения 1.50— 200 с-’).
Машина для мойки сыра (рис. 141) состоит из емкости 2, щеточных барабанов 1 и привода 3. На каркасе емкости смонтированы все узлы и детали машины.
В нижней части емкости расположен патрубок для слива загряз-
Вид сверху изображен со снятыми . _	пол нам и
1 — стенка боковая; 2 — основание; 3 связь верхняя.- 4 — полка
Рис. 141. Машина для мойки сыра: 1 — щеточные барабаны; 2 — емкость; 3 — привод; 4 — переливная труба
212
ис. 142. Машина для обсушки сыра:
привод; 2 — сушильная камера; 3 — транспортирующее устройство
пенной воды, а в торцевые стенки ее вмонтированы щеточные барабаны, а также смеситель для воды, поступающей в емкость заданной температуры. Ворс щеток барабанов изготовлен из полиэтилена толщиной 0,8 мм.
Машина приводится в движение от электродвигателя через клиноременную и шестеренчатую передачи.
После мойки поверхность сыров должна быть обсушена.
Машина для обсушки сыра (рис. 142) состоит из привода 1, сушильной камеры 2, транспортирующего устройства 3, калорифера и вентиляторов (двух вытяжных и одного нагнетательного). Сварной каркас сушильной камеры закрыт стальными листами и имеет дверцы и откидные крышки. Транспортирующее устройство размещено на подвижной и неподвижной рамах. На подвижной раме укреплен эксцентриковый механизм привода, который создает возвратно-поступательные движения рамы. За один ход рамы сыр перемещается на 70 мм.
Машины для парафинирования сыров
; Парафинер (рис. 143) предназначен для нанесения покрытия на ыры всех видов (кроме швейцарского). Он состоит из емкости 17, [ривода, шкафа управления 1 и натяжной установки.
Емкость изолирована пенопластом и закрыта кожухом. В ней раз-[ещены рама 5 и электронагревательные элементы, а также термо->еле и датчик дистанционного термометра 7’. Емкость закрывается ;рышкой 19.
Привод парафинера состоит из электродвигателя 10, клиноремен-Юй передачи 9 с натяжной станцией, передачи винт —гайка 8 и Подвижной рамы 3. Клиновыми ремнями вращение передается от электродвигателя на шкив винта.
Конструкция подвижной рамы позволяет размещать на ней головки сыра в таком положении, при котором лучше стекает излишний парафиновый сплав с сыров и создается наименьшее количество точек соприкосновения головок сыра с рамой.
213
Рис. 143. Парафинер:
7 —шкаф управления; 2—панель управления; 3—подвижная рама; 4 — электронагревательный элемент; 5 — рама; 6 — термореле; 7 — датчик дистанционного термометра; 8 — пере-' Дача винт—гайка; 9— клиноременная передача; 10 — электродвигатель; 11 — панель; 72-ревун; 13— болт «земля»; 14 — вентилятор; 15— диффузор; 16 — бортовой откос; 77—-ем кость; 18 — кожух; 19— крышка; 20 — неподвижная рама
Аппараты и установки для выделения
и обработки сывороточных белков и белковых осадков
Для выделения сывороточных белков, основной частью которы является альбумин, применяют установку (рис. 144), представляй щую собой емкость в виде цилиндра с коническим днищем /. Емкост снабжена крышкой. Внутренняя поверхность выполнена из нержавеи
214
ис. 144. Установка для отваривания альбумина:
I — днище; 2 — мешалка; 3 — датчик указателя уровня; 4 — разбрызгивающее устройство; б — сетки душевые; 6 — емкости; / — электродвигатель; 8— подогреватель; 9— термометр; 10 — труба сливная; 11— сливной кран
щей стали, внешняя покрыта слоем теплоизоляционного материала. В центральной части аппарата находится электродвигатель 7, от которого через червячный редуктор движение передается вертикальному валу, а от него — мешалке 2 пропеллерного типа. На стойке крепятся дна бачка для коагулянта. Отдельно от аппарата монтируется установленный на сварной подставке подогреватель 8 кожухотрубного типа.
Нагретая (до 75"С) в подогревателе сыворотка поступает в аппарат, уровень заполнения которого контролируется. После заполнения ни парата в продукт барботируется пар, в результате чего сыворотка Нагревается до 90—92°С. Одновременно с подачей пара включается Мешалка. После нагревания сыворотки до температуры коагуляции Подача пара прекращается и по полому валу мешалки в продукт поступает коагулянт. Контроль за температурой осуществляется дистанционно.
215
Рис. 145. Установка для внесения реагентов в сыворотку:
1, 2 — емкости для щелочи; 3 *— насос; < 6 — мерники-дозаторы; 5 — емкость для сыворотки; 7 — вакуумная емкость для хранения соляной кислоты; 8 — баллон с соляной кислотой; 9 — воздушный компрессор
Установка «Бактотерм»
Рис. 146.
(Швеция):
1, 5 — теплообменики; 2 — бактериоотделитель; 3 — охладитель для очищенного от бактерий молока; 4 — насос для бактофу-гата; 6 — вакуумная емкость ,для деаэрации; 7 — насос; 8 — инжектор
В результате поступления коагулянта температура смеси несколь-’ ко понижается. Поэтому после его введения температура сыворотки вновь повышается до оптимальной. Мешалка отключается после перемешивания в течение 5 мин при заданной температуре.
После отключения мешалки происходит отстаивание сгустка. Всплывающий на поверхность белок снимается и удаляется из аппарата.
Сыворотка, освобожденная от белка, сливается через сливную трубу и удаляется из аппарата. Белок, оставшийся на дне аппарата, вместе с частью сыворотки выгружается через штуцер, расположенный в нижней части конического днища. Для промывки аппарата используют две душевые сетки, а также вращающиеся устройства, предна» значенные для разбрызгивания коагулянта.
216
Для полного осаждения белков (сыворотка с высокой кислотностью, соляная кислота) в сыворотку предварительно вносят реагент с помощью специальной установки (рис. 145). Для заполнения герметической емкости с внутренним покрытием из противокислотной эмали в ней создается вакуум. При ее разгрузке создается повышенное давление компрессором путем переключения патрубков на всасывание или нагнетание. Таким образом, при создании вакуума емкость 7 заполняется соляной кислотой. При повышенном давлении кислота поступает сначала в мерник-дозатор 6, а затем в емкость, заполненную сывороткой. Мерник-дозатор представляет собой цилиндрическую емкость с крышкой, поплавковым показателем уровня и переливной трубой.
Все коммуникации изготовлены из винипласта.
При необходимости раскислять сыворотку реагенты из емкостей / и 2 подаются насосом 3 в мерник-дозатор 4 и емкости для сыворотки 5.
Чтобы исключить потери белка при бактериоотделении, созданы специальные установки. Одна из них установка «Бактотерм» (Швеция) показана на рис. 146. Поступающее в установку молоко подогревается до температуры сепарирования в пластинчатом теплообменнике и направляется в сепаратор-бактериоотделитель. Тяжелые компоненты молока, включая 90% бактерий, выгружаются из бактериоотделителя 2 через патрубки. Очищенное от бактерий молоко охлаждается в охладителе 3.
Бактофугат, перекачиваемый насосом 4 в теплообменник 5, поступает в вакуумную емкость 6- В ней бактофугат освобождается от воздушных пузырьков, которые могут вызвать подгорание в стери-л изаторе.
С помощью насоса 7 бактофугат отводится из вакуумной емкости и подается с постоянной скоростью в инжектор 8.
В нем бактофугат проходит через перфорированную трубку под давлением примерно 3 • 105 Па и стерилизуется поступающим туда же острым паром, который нагревает бактофугат до температуры 130—140JC. После выхода из инжектора стерилизованный бактофугат охлаждается в теплообменнике 5.
Таким образом, разделенный поток бактофугата и молока, очищенного от бактерий, снова смешивается. Причем молоко поступает в иппарат для получения сырного зерна в том же состоянии, в котором оно поступало и ранее, но без микроорганизмов, которые могли бы помешать течению процесса.
Эта установка рассчитана на автоматическую работу и безразбор-пую мойку.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ПЛАВЛЕНЫХ СЫРОВ
К этому оборудованию относятся машины для подготовки натуральных сыров к плавлению и аппараты для плавления сырной, массы.
217
Машины для подготовки сыров к плавлению
К машинам для подготовки сыров к плавлению относятся машина для снятия корок, сыроразделительная машина, волчок и вальцовка.
Машина для снятия корки (рис. 147) состоит из станины, подвижного стола с установленным на нем ножом, неподвижного упора и системы пневмопривода. Пневмопривод предназначен для того, чтобы создать возвратно-поступательное движение стола с остановкой при загрузке. Блок сыра кладется на стол /, смещение его предупреждается неподвижным упором 2. При движении стола нож 3, который совершает движение вместе со столом, срезает нижний слой бруска сыра. Срезанный слой попадает через прорезь в приемную тележку. Толщина среза регулируется высотой установки ножа. Для обработки другой стороны сыр переворачивается, и цикл повторяется.
Сыроразделительные машины применяют для разрезания сыров. В этих машинах крупные куски или даже головки сыра загружают в бункер, в котором находится режущее устройство, представляющее собой диск или барабан с ножами. Толщина срезаемой при этом стружки зависит от частоты вращения диска или барабана и количества ножей.
Волчок показан на рис. 148. Из загрузочной воронки 3 сыр по-
Рис. 147. Машина для снятия корок:
I подвижной стол; 2 — неподвижный упор; 3 — нож
Рис. 148. Волчок:
1 — решетка; 2— шнек; 3— загрузочная воронка; 4— станина; 5 — режущий механизм
218
Рис. 149. Вальцовка:
1, 8 — регулировочные винты; 2 — загрузочный бункер; 3, 4, 5 — вальцы; 6 — нож;
7 — нажимные вннты; 9 — станина; 10 — цилиндрический редуктор
ступает к шнеку 2 , который проталкивает сыр через режущий механизм 5 (ножи) и решетку 1. Ножи и решетку изготовляют из высококачественной стали. Они должны быть пришлифованы. Диаметр отверстий в решетке от 2—3 (для мелких сыров) до 16—18 мм (для крупных сыров).
Вальцовки применяются для перетирания массы. В вальцовках (рис. 149) размельченный сыр после волчка загружается в бункер 2 и увлекается изготовленными из гранита вальцами 3, 4 и 5. Вальцы имеют разную частоту вращения (нижний 24—42, средний 55—95 и верхний 130’—212 с-1), поэтому сырная масса не только размельчается, но и перетирается. С верхнего вальца 5 сырная масса снимается ножом 6, падает на скатную доску. Зазор между вальцами регулируется винтами 1 и 8.
Аппараты для плавления сырной массы ,
Аппараты для плавления сырной массы бывают с поднимающейся поворотной крышкой, с опускающейся емкостью, а также с двумя емкостями.
Аппарат для плавления сырной массы с поднимающейся поворотной крышкой показан на рис. 150.
Две емкости 10 смонтированы неподвижно на станине 13 вместе с приводом и механизмом управления. Емкости, изготовленные из нержавеющей стали, имеют съемную крышку 9, которая закреплена на штангах 8. На них закреплены рейки. Через скользящую втулку в
219
.Пар
|Конденсат
Рис. 150. Аппарат для плавления сырной массы с поднимающейся поворотной крышкой:
1 — электродвигатель; 2 — трубопровод для пара; 3 — вакуумная линия; 4 — кронштейн; 5 — штурвал; 6 — вал мешалки;
7 — стойка; 8 — штанги; 9 — крышка; 10 — рабочая емкость; 11 — рычаг; /2 — конден-сатоотводчик; 13 — станина
Рис. 151. Аппарат для плавления сырной массы с опускающейся емкостью:
1 — станина; 2, 3 — электродвигатели; 4 — кронштейн; 5 — крышка; 6 — мешалка; 7 — рабочая емкость; 8 — кран; 9 —держатель; 10 — полый шток
центре крышки проходит вал мешалки 6. Вращение мешалки передается от электродвигателя 1 через клиноременную передачу и редуктор. Редуктор размещен в поворотном кронштейне 4.
Сырная масса загружается в емкость (разовая загрузка до 100 кг), крышка 9 опускается, и поворотом штурвала 5 плотно закрывается
емкость.
Пар подается по трубопроводу 2 в паровую рубашку через пустотелую цапфу и непосредственно в емкость. Затем включают электродвигатель, который сообщает вращательное движение мешалке. Сыр нагревается до 85°С при интенсивном перемешивании. Конденсат из паровой рубашки удаляется через конденсатоотводчик 12. Цикл ! завершается остановкой электродвигателя, после чего поднимают j крышку поворотом штурвала 5, отводят кронштейн 4, опрокидывают I емкость поворотом рычага 11 и расплавленную массу выгружают.
Затем цикл работы повторяется, продолжительность его примерно
220
15 мин. Если плавление сыра осуществляется при пониженном давлении в емкости (под вакуумом), то вакуумную линию 3 соединяют с вакуум-насосом.
Аппарат для плавления сырной массы с опускающейся емкостью показан на рис. 151.
Ёмкости размещены на поворотном кронштейне, который поворачивается вокруг стойки и может опускаться и подниматься специальным механизмом. В таких аппаратах смонтированы два электродвигателя: один для вращения мешалки через клиноременную передачу и редуктор (цилиндрический), а другой для подъема и опускания котлов.
Контроль за процессом осуществляется дистанционным термометром, установленным в рабочей емкости. Наблюдение за плавлением ведется через смотровой люк на крышке емкости.
Подвод к аппарату пара и воды осуществляется по специальным трубопроводам. Пар подается непосредственно в сырную массу и в рубашку емкости. Пар, поступающий непосредственно в сырную массу, очищается в четырех фильтрах.
Плавление сырной массы можно осуществлять под вакуумом, который создается вакуум-насосной установкой. В ее состав входят вакуум-насос с электродвигателем и бачок.
Управление аппаратом осуществляется контрольно-измерительными приборами.
Аппарат для плавления сырной массы с двумя емкостями (рис. 152) состоит из крышки, привода мешалки, станины с механизмом подъема чаши 7, фильтров / для очистки пара, вакуум-насоса 3 и шкафа электрооборудования 4.
Емкости, в которых проводится плавление сыра, имеют эллиптические днища и изготовлены из нержавеющей стали. В верхней части емкости размещен фланец для соединения с крышкой посредством запорного кольца. Емкости имеют паровую рубашку, к которой пар или вода подводятся через опорные цапфы.
Сырную массу можно выгружать и без опрокидывания емкости через выпускное отверстие, которое закрывается шиберной заслонкой.
Крышка емкости также имеет эллиптическую форму. Фланцы и патрубки выполнены из нержавеющей стали. На крышке размещены патрубки с соплами для подвода пара или воды, а также патрубки для выравнивания давления и патрубок для подсоединения емкости к вакуумной линии.
Дня привода мешалки установлен трехскоростной электродвигатель. Через клиноременную и зубчатую передачи вращение от него передается валу мешалки. Натяжение ремней осуществляется натяжным роликом.
При подъеме и опускании емкости изменяется направление движения электродвигателя.
В настоящее время создан агрегат, в котором объединены две операции: измельчение сыра и плавление сырной массы.
Агрегат (рис. 153) представляет собой закрытый барабан 3 с размещенной внутри мешалкой //, с электроприводом 4, который смон-
221
Конденсат Пар
Рис. 152. Аппарат для плавления сырной массы с двумя емкостями:
1 — фильтр для очистки пара; 2—крышка емкости аппарата; 3 — вакуум-насос; 4 — шкаф электрооборудования; 5—мешалка; 6— рабочая емкость аппарата; 7 — станина
Рис. 153. Агрегат для измельчения сыра и плавления сырной массы:
/—разгрузочный шибер; 2 —обратные клапаны; 3—барабан; 4— электропривод мешалки; 5—крышка; 6— вакуумная система; 7—загрузочный шибер; 8— двухскоростной электродвигатель; 9 — тормоз; 10 — дозатор воды; 11 — мешалка; 12 — ножи; 13 — рубашка для воды
тирован на крышке 5. Емкость имеет загрузочный 7 и разгрузочный / шиберы, а также рубашку 13 для охлаждающей воды. На удлиненном валу двухскоростного электродвигателя установлено три двухлопастных серповидных ножа 12, которые предназначены для предварительного и тонкого измельчения сыра, а также для создания циркуляционных потоков сырной массы в емкости. Сырная масса с боковых поверхностей емкости и крышки при расплавлении и охлаждении снимается лопастями мешалки.
Для нагревания продукта используются пар и небольшое количество воды, подаваемые непосредственно в продукт. При этом пар предварительно очищается от механических примесей и влаги.
При измельчении и плавлении осуществляется вакуумирование сырной массы.
Аппараты для плавления сырной массы непрерывного действия разрабатывались, но распространения не получили. Такие аппараты обычно состоят из двух двустенных емкостей — вертикальной и горизонтальной. В вертикальной емкости мешалка лопастная, а в горизонтальной — шнековая. Сырная масса, которая находится в движении и соприкасается со стенками вертикальной емкости, плавится, а затем поступает в горизонтальную емкость. Продукт проталкивается к крышке горизонтальной емкости и выходит в патрубок с охлаждающей рубашкой. Здесь сырная масса охлаждается до температуры 40—45°С.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ
Основным расчетным показателем, характеризующим техническое совершенство аппаратов выработки сырного зерна, является пропускная способность, которая, в конечном счете, определяет производительность и энергетические затраты. Кроме того, необходимо выбрать скорость движения инструментов для обработки сырной массы.
При расчете прессов следует исходить из максимально допустимого давления на сырную массу и условий прессования в прессе.
Пропускная способность Л4ап (в кг/ч) аппарата выработки сырного зерна определяется по формуле
Мап = ^см/Тц,	(26)
где V — вместимость аппарата, кг; тсм, тц— продолжительность смены и цикла, ч (для мелких сыров ти = 125 -г- 150 мин, для крупных тц = 150-^-200 мин).
Продолжительность ти (в мин) цикла находят по уравнению
Тц = Тцап + Тцагр + тсв + тр.ч + твым -J-	,
где тиап, тнагр> тсв, Тр.ч, твым, тр.п — продолжительность соответственно наполнения нагревания, свертывания, разгрузки (частичное удаление сыворотки), вымешивания и образования пласта и полной разгрузки емкости, мин.
Скорость движения режущего инструмента при разрезке сгустка определяют из уравнения
Pd = фЕ3рс (oa/2g).
223
где р — линейное удельное давление на зерно со стороны ножа, Па [сгусток из цельного молока (104-15)10-3 Па, а из обезжиренного (15-j- 20)10гз Па]; d— диаметр зерна, м; ф — коэффициент сопротивления (для крупного зерна в сыворотке ф = 2, для мелкого ф = 3); Fa — площадь сечения зерна, м2; рс — плотность сыворотки, кг/м8 (рс = 1023-4-1027 кг/м8); v — скорость движения ножа режущего инструмента, см/с.
Обычно сгусток начинают разрезать при скорости движения режущего инструмента 0,3—0,4 м/с, а заканчивают при 1,5—2 м/с.
Продолжительность перемешивания зерна от 20—30 до 100— 150 мин. В период обработки это перемешивающее устройство должно создавать восходящие потоки сыворотки, достаточные чтобы поддерживать сырное зерно во взвешенном состоянии. Это достигается при условии
rf/б (р3 — рс) = ф£рс ( t>c/2g),
где р3 — плотность зерна, кг/м8; ос — скорость восходящего потока сыворотки, с м/с.
Мощность, потребляемую мешалками, N (в кВт) определяют по формулам:
лопастная мешалка
N = 0,052рпрйглп8 (Я< - Р*) ;
мешалка с лопастями в виде решетки (или лиры)
N = О.ОЭрцр/гг/г8 |	- + «»)’ -	|;
мешалка с прямолинейным движением рабочего инструмента
tf = 0,005zPni/t£;
мешалка передвижного типа
д' = д' + 103 (Р + G) сур,
где рПр — плотность продукта, кг/м8; h — высота погруженной части лопасти, м; гл — количество лопастей; п — частота вращения лопастей, с-1; /?н, ДЕ — расстояние от оси вращения до наружного и внутреннего краев лопасти, м; tn — количество проволок или лезвий; 8 — толщина проволок или лезвий, м; f — лобовая поверхность лопасти, м2; ои — максимальная скорость движения рабочего инструмента, м/с; Р — сила, необходимая для разрезания сгустка; G — масса каретки с механизмом, кг; с1, — линейная скорость перемещения каретки, м/с; (су = 0,14-0,3 м/с); р — коэффициент трения (р — 0,03 4- 0,05).
Расход пара D рассчитывают по формуле
<2
D =
(/ — Чт
где Q — количество тепла, Дж; i — теплосодержание пара, Дж/кг; ск — удельная теплоемкость конденсата, Дж/(кг • К); /к — температура конденсата, °Cs Чт — коэффициент теплового использования.	|
224
Максимальное допустимое значение р в зависимости от начального’ влагосодержания можно определить по эмпирической формуле
р= (7,8 • 10»)/И75’789,
где W — влагосодержание, %.
Полезное усилие Рпол в прессах вычисляют по формуле
Рпол ~ Pyjfic, где Руд — удельное давление прессования, Па/кг; Gc — масса сыра, кг.
В пневматических прессах с сервомоторами силу прессования Рпр определяют по формуле
^пр = Рс (яЙц/4 )•
‘де рс — давление воздуха или жидкости в цилиндре сервомотора, Па; — щаметр цилиндра, м.
В пневматических прессах с диафрагмами (или подушками) силу прессования Робш всей группы сыров рассчитывают по формуле
73 общ =
где /< — коэффициент, учитывающий растяжение диафрагмы (К — 0,9); рп — давление воздуха в полости над диафрагмой (или в подушке); Па; F — площадь диафрагмы, м2.
Общее давление распределяется на отдельные сыры приблизительно пропорционально площади крышек форм. Так как на практике на полку помещают сыры одних размеров, то и давление на каждой из них будет приблизительно одинаковым.
Производительность (в кг/ч) оборудования для выработки плавленых сыров определяют по следующим формулам:
сыроразделительная машина
Мс ~ (nd2/4) гЬрп  60i;M,
де d — диаметр диска, м; г — количество ножей на диске; 6 — толщина струж-и сыра, м (6 = 0,014-0,02 м); р — плотность сыра, кг/м3; п — частота враще-ия диска (п = 100 4- 150 мин'1); т]м — КПД (т)м = 0,5 4- 0,6);
ВОЛЧОК
Л4В = 60 (tJ4) ( df — rfy) snpri,
В di, d2, — диаметры поверхности и вала шнека, м; s — шаг винта, м; т] — эффициент обратного проскальзывания (г) = 0,7 4- 0,8);
вальцовка
Л4В = 60~d/;/&3p,
е I — рабочая длина пальцев, м; б3 — величина зазора между пальцами, м.
225
Производительность аппарата для плавления сырной массы определяют по формуле (26).
Продолжительность плавления тпл рассчитывают по уравнению
тпл =
где Q — количество теплоты, необходимой для плавления, Дж; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м? - К) Р= 190 4- 210 Вт/(м? • К)]; F— поверхность теплопередачи; м; Д/СР — средняя разность между температурами, ЧС.
Глава XII. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ТВОРОГА И ТВОРОЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Конструктивные особенности технологического оборудования для производства творога и творожных изделий определяются способами его производства.
При производстве творога обычным способом, который принято называть традиционным, для сквашивания нормализованного молока применяют специальные ванны для отделения сыворотки от творожной массы, прессы и ванны самопрессования.
При производстве творога раздельным способом используют ce-j параторы-сливкоотделители для разделения молока на сливки и обез-1 жиренное молоко. Для сквашивания обезжиренного молока применяв ются емкости, а для отделения сыворотки от творожной массы —се--; параторы-творогоотделители. Далее обезжиренный творог смешивает-'’ ся со сливками в определенной пропорции в смесителе, который снабжен дозаторами для творога и сливок.
Все оборудование, связанное с производством творога вторым способом составляет линию, называемую линией для производства творога раздельным способом.
Оборудование, применяемое для производства творога как традиционным, так и раздельным способом, можно разделить на три группы: оборудование для получения и обработки сгустка, охлаждения творога и фасовки.
Оборудование для получения и обработки сгустка бывает непрерывного и периодического действия.
К оборудованию непрерывного действия относят творогоизгото-витель многосекционный и коагуляторы.
К оборудованию периодического действия принадлежат творого-изготовители и творожные ванны.
Для охлаждения творога применяют охладители.
Фасовка и упаковка творога производится автоматами в пергамент по 250 и 125 г в виде прямоугольных брикетов (традиционный способ) и полиэтиленовые мешочки по 500 г в виде цилиндрических брикетов (раздельный способ). Часть творога на молочных заводах используется для выработки различных творожных изделий. Для этого применяют соответствующее технологическое оборудование.
226
ОБОРУДОВАНИЕ для производства творога
Творогоизготовитель многосекционный
Творогоизготовитель многосекционный (рис. 154) представляет собой корпус 1 цилиндрической формы с двумя бандажами 3. Бандажи свободно лежат на четырех роликах 10, два из которых являются ведущими. Вращение ролики получают от электродвигателя через конический вариатор скорости, двухступенчатую червячную передачу и цепную передачу. Рама 8 с выдвижными ножками является опорой конструкции.
Корпус творогоизготовителя разделен на семь изолированных секций винтообразными перегородками 2. Вместимость секции 550 л. Молоко подается по трубопроводу // в приемник 12, который имеет поплавковый запорный клапан. С его помощью можно регулировать заполнение. Для разрезки образовавшегося сгустка в четвертой секции установлено режущее устройство 7, состоящее из вертикальных и горизонтальных струн. Последние две секции, являющиеся фильтрующими, выполнены в виде цилиндрической стенки из съемных сеток 4 и съемных решетчатых щитков (сегментов) 5, закрепленных винтами. Сыворотка стекает в поддон 6, а готовый творог выгружается через лоток 9.
При работе творогоизготовителя в первых трех секциях из молока образуется сгусток, в четвертой секции его разрезают, в пятой происходит синерезис, а в двух
последних —обезвоживание.
Рис.
154. Творогоизготовитель многосекционный:
а — устройство: 1 — корпус; 2 — винтообразные перегородки; решетчатые щитки; 6 — поддон; 7 — режущее устройство; 8 — 11 — трубопровод; 12 — приемник;
б — схема образования и обработки творожного сгустка в щониом
3 — бандаж; 4 — сетки; 5 — рама; 9 — лоток; 10 — ролики;
творогоизготовителе многосек-
227
На основе этого творогоизготовителя разработана поточная линия. Она состоит из емкостей для резервирования пастеризованного и охлажденного молока, насосов для перекачивания молока в ванны для предварительного сквашивания, многосекционного творогоизготовителя, охладителя и дозатора раствора хлористого кальция и сычужного фермента.
Коагуляторы
Коагуляторы могут быть емкостные, змеевиковые и коагуляторы ВНИМИ.
Емкостный коагулятор — емкость цилиндрической формы с коническим днищем, в который поступает молоко, подсква-шенное до кислотности 47—48°Т и смешанное с кислой сывороткой (180—220°Т). Образовавшийся в коагуляторе сгусток направляется в аппарат для самопрессования, где происходит его обезвоживание.
Змеевиковый коагулятор представляет собой трубу из нержавеющей стали, свитую в змеевик. Сгусток образуется в потоке.
Коагулятор ВНИМИ (рис. 155, а) — это многотрубный одноходовой теплообменный аппарат, разделенный по длине каналов на два отделения: одно для гидродинамической стабилизации, другое для нагревания молока. Коагулятор включает в себя корпус 7, установленный на станине 3, две трубные крышки —• переднюю 4 и заднюю 2, коллекторы 5.
Корпус коагулятора (рис. 155, б) состоит из девяти секций, расположенных одна над другой. Каждая секция имеет восемь плоских труб из нержавеющей стали. Секции коагулятора сварные и отделены одна от другой герметичными перегородками. В каждой секции расположены патрубки для входа и выхода воды, соединенные коллекторами. По длине секций установлены перегородки, которые исключают прогиб труб и позволяют увеличить скорость движения греющей воды в межтрубном пространстве (рис. 155, в).
Молоко с внесенными в него дестабилизаторами (молочная кислота, сычужный фермент, хлористый кальций) по мере продвижения по трубам коагулятора нагревается горячей водой. В результате нагревания казеин молока коагулирует, образуя сгусток, который поступает на обезвоживание.
Обезвоживание сгустка, полученного в коагуляторе, осуществляется в барабанном обезвоживателе. В качестве фильтровального материала в нем использована лавсановая ткань. Она натягивается на два обода, укрепленных на валу.
Барабан приводится во вращение от привода со сменными шкивами.
Сгусток перемещается от одного конца барабана к другому вследствие некоторого наклона барабана.
Сыворотка собирается в поддоне, установленном под барабаном.
228
Подкисленное молоко
Сгусток
Рис. 155. Коагулятор ВНИМИ:
а — общий вид: I — корпус; 2— задняя крышка; 3 — станина; 4 — передняя крышка; 5 — коллекторы;
б — расположение каналов в коагуляторе;
в — схема движения продукта и греющей воды в коагуляторе;
Творогоизготовители
Творогоизготовители могут быть с прессующими ваннами, перфорированными вставками и закрытые.
Творогоизготовитель с прессующими ваннами (рис. 156), разработанный ВНИМИ, включает в себя две
Рис. 156. Творогоизготовитель с прессующими ваннами:
а — устройство: / —чнижняя ванна; 2 — перфорированная ванна; 3 — траверса; 4 — стойка;
5 — гидравлический цилиндр; 6 — плита; 7 — поворотный упор;
б — отборник: 1 — перфорированный цилиндр; 2 — патрубок для слива сыворотки;
в — схема гидравлического привода: 1— бак; 2 — лопастный насос; 3—пластинчатый фильтр; 4 — золотник; 5, 8 — обратные клапаны; 6, 9 — дроссели; 7 — гидравлический цилиндр; 10 — манометр; 11— предохранительный клапан
230
полуцилиндрические ванны 1 вместимостью до 2000 л каждая, с торцевых сторон которых смонтированы стойки 4. На них горизонтально закреплена траверса. На траверсе установлен гидравлический цилиндр 5. К штоку цилиндра крепится с помощью плиты 6 перфорированная, полуцилиндрическая прессущая ванна 2. Для предотвращения попадания масла в продукт гидравлический цилиндр ограждается гильзой. В верхнем положении прессующая ванна удерживается поворотными упорами 7. Ванна устанавливается над полом на высоте 1 м (до дна ванны) на двух опорах: задней и передней.
При работе творогоизготовителя образовавшийся в нижней ванне сгусток разрезают на кубики специальными ножами. При этом выделяется сыворотка, которая отводится из ванны с помощью отборника. После того как сыворотка будет слита, на прессующую ванну надевается фильтровальная ткань и включается гидравлический привод. Прессующая ванна начинает опускаться в ванну с творожным сгустком. Сыворотка проходит через фильтровальную ткань внутрь перфорированной ванны, откуда она откачивается самовсасывающим насосом. После завершения прессования прессующая ванна возвращается в исходное положение, а творог выгружается через люк, смонтированный в нижней части ванны в тележку, и направляется к охладителю.
Отборник (рис. 156, б) представляет собой металлический перфорированный цилиндр 1 с коротким патрубком 2, размещенным в нижней части. Отборник устанавливается в ванне вертикально, а нижний патрубок вставляется в отверстие крана для слива сыворотки. Снаружи на перфорированный цилиндр надевается фильтрующая ткань.
Перфорированная ванна опускается и поднимается с помощью гидравлического привода (рис. 156, в).
Из бака 1 масло лопастным насосом 2 через фильтр 3 подается к гидравлическому цилиндру 7. При опускании перфорированной ванны золотник 4 с помощью электромагнитов А, Б устанавливается в правое положение. Масло под давлением 19,6 • 10б Па проходит через полость золотника, обратный клапан 5 в верхнюю полость гидравлического цилиндра 7. Поршень движется вниз. В этот момент из нижней полости цилиндра начинается слив масла через дроссель 9 и полость золотника 4 в бак 1. При подъеме перфорированной ванны золотник 4 с помощью электромагнитов А, Б установлен в левое положение. Масло проходит через полость золотника 4, обратный клапан 8 в нижнюю часть гидравлического цилиндра. Из верхней части гидравлического цилиндра масло начинает стекать через дроссель 6 и полость золотника 4 в бак /.
Сила давления прессующей ванны и скорость ее опускания являются важными параметрами при обработке сгустка.
Сила давления прессующей ванны зависит от величины давления масла в гидравлическом цилиндре и регулируется с помощью предохранительного клапана 11. Он также предназначен для слива излишков масла из системы. Скорость опускания и поднятия прессующей ванны можно изменять дросселем, установленным на панели гидрав-
231
Рис. 157. Закрытый творогоизготовитель:
/ — перфорированная крышка; 2 — планка для фильтровальной ткани; 5 —поворотная ванна; 4 — съемный отбойник; 5 —рама; 6 — сборник для сыворотки и творога; 7 — опоры; в — кнопки управления; 9 — приводной механизм
лического привода. Контроль за давлением масла в гидравлической системе осуществляется манометром 10.
Творогоизготовитель с перфорированными вставками изготовлен на базе обыкновенной творожной ванны, внутрь которой вставлена перфорированная вставка, повторяющая форму ванны.
По окончании процесса сквашивания вставку вместе с образовавшимся в пей сгустком поднимают тельфером, в результате чего сыворотка стекает. Затем вставку опускают в ванну, в которой циркулирует охлажденная сыворотка, творог охлаждается. После этого вставку поднимают вновь и после стекания сыворотки опрокидывают над бункером насосной установки. Шнековое устройство насосной установки подает творог к насосу, который по трубопроводу транспортирует его к фасовочному автомату.
Закрытый творогоизготовитель (рис. 157) относится к установкам, в которых последовательно осуществляется несколько технологических операций.
Ванна рабочей вместимостью 2000 л имеет рубашку для нагревания молока и охлаждения сгустка. Приводным механизмом 9 или вручную с помощью рукоятки ванну можно поворачивать на определенный угол. Сверху ванны расположена перфорированная крыш-
232
ка 1, удерживающая фильтровальную ткань. Для сбора сыворотки и творога предусмотрен передвижной сборник 6.
Молоко наливают в ванну 3, в которой его подогревают горячей водой, подаваемой в рубашку. Температуру сквашивания поддерживают постоянной. Образовавшийся
Рис. 158. Творожная ванна:
1 — патрубок сливной; 2 — кран; 3 — рубашка; 4 — ванна; 5 — патрубок для наполнения; 6 — патрубок; 7 — ножки
сгусток разрезают, часть сыворотки сливают через спускной кран.
Затем на перфорированную крышку 1 накладывается фильтровальная ткань. Для прессования сгустка и отвода сыворотки периодически поворачивают ванну на 130° в обе стороны. В наклонном положении ванна находится в течение 10 мин. Одновременно с прессованием сгусток охлаждается ледяной водой, подаваемой в рубашку. Для выгрузки творога включается приводной механизм 9, снимаются крышка и фильтровальная ткань. Затем ванна поворачивается в наклонное положение, снимается отбойник 4 и творог выгружается в передвижной сборник 6.
Творожные ванны
Творожные ванны отличаются друг от друга различной вместимостью.
Творожная ванна рабочей вместимостью 1000 л (рис. 158) является частью комплекта оборудования, имеющего кроме ванны пресс-тележку. Полученный в ванне сгусток загружается в матерчатые мешочки и мешочки помещают в пресс-тележку.
Ванна имеет корпус полуцилиндрической формы 4, теплообменную рубашку 3, патрубки /, 5, 6 для подачи горячей или холодной воды в рубашку и слива из нее, шиберный кран 2 для выпуска продукта и четыре ножки 7 для размещения ее на полу цеха.
Рис. 159. Пресс-тележка:
I — нажимная плита; 2 — тележка с винтовым зажимом; 3— анешняя ванна; 4— внутренняя перфорированная полуванна; 5 — трубчатая рама; 6 — маховик
233
Рис. 160. Ванна для самопрессования сгустка: 1 — решетка; 2 — тележка; 3 — ванна
После сквашивания молока образовавшийся в ванне сгусток рас-
кладывают в мешочки, которые помещают в пресс-тележку (рис. 159).

Она состоит из внешней ванны и тележки с винтовым зажимом 2, внутренней перфорированной ванны 4 с нажимными плитой 1 и рамой 5. Вращением маховика 6 осуществляется нажатие решетки на мешоч
ки со сгустком, в результате чего отделяется сыворотка и она стекает
во внешнюю ванну.
Творожная ванна рабочей вместимостью 2500 л аналогична описанной ванне. Вместо пресс-тележки в комплект входит ванна для самопрессования сгустка вместимостью 700 л (рис. 160). Мешки, заполненные творожным сгустком, укладываются рядами в ванну для - самопрессования на решетку 1. Удаление сыворотки осуществляется под действием собственной массы продукта в мешках.
Линия для выработки творога раздельным способом
Линия включает следующее технологическое оборудование (рис. 161): емкость для сквашивания обезжиренного молока 2, насос для сгустка 3, емкость промежуточную 4, насос 5 для подачи сгустка в сепаратор-творогоотделитель, фильтр 9, сепаратор-творогоотдели-тель 10, охладитель для обезжиренного творога 11, насос для обезжиренного творога 12, смеситель с дозаторами 14 для смешивания обез-
жиренного творога со сливками, насос для творога 15, автомат для фасовки творога 16, насос мембранный для закваски /, емкость для сливок 6, насос мембранный для сливок 7, охладитель для сливок 8, ванну для сливок 13.
В отличие от традиционного при раздельном способе молоко сепарируется, и из обезжиренного молока получается обезжиренный творог, который смешивается со сливками. Для этого применяют смеситель с дозаторами (рис. 162).
В состав смесителя входят приемный бункер обезжиренного творога 5, дозаторы творога 4 и сливок 3, смеситель 2, привод 6 и станина 1. При работе смесителя доза творога должна быть постоянной.
доза сливок должна регулироваться в соответствии с жирностью
сливок.
234
Рис. 161. Схемы линии для выработки творога раздельным способом:
1 — насос мембранный для закваски; 2 — емкость для сквашивания обезжиренного молока; 3 — насос для сгустка; 4 — емкость промежуточная; 5 — иасос для подачи сгустка в сепаратор-творогоотделнтель; 6 — емкость для сливок; 7 — насос мембранный для сливок; 8 —охладитель для сливок; 9— фильтр; 10— сепаратор-творогоотделитель; 11 — охладитель для обезжиренного творога; 12— насос для обезжиренного творога; 13— ванна для сливок; 14 — смеситель с дозаторами; 15 — насос для творога; 16 — автомат для фасовки творога
Рис. 162. Смеситель с дозаторами творога и сливок:
1 — станина; 2 — смеситель; 3 — дозатор сливок; 4 — дозатор творога; 5 — приемный бункер; 6 — привод
Обезжиренный творог из бункера шнеком подается в дозатор 4 и заполняет пространство между расположенными в нем двумя секторами. Оба сектора получают движение, захватывая определенную дозу творога и поворачивая ее к выходному отверстию. Далее один сектор останавливается, а другой продолжает движение, выдавливая дозу через решетку. Проходя через решетку, творог принимает вид пучка непрерывных «нитей». Одновременно с этим поршень, находящийся в дозаторе 3, выталкивает очередную дозу сливок, которая, проходя через решетку и принимая вид струек, смывает пучок непрерывных «нитей» творога, тем самым достигаются лучшие условия для после- . дующего перемешивания смеси. В смесителе 2 смесь тщательно пере- * мешивается, продвигается наклонными лопатками валов к конусной i,‘ насадке и выходит из смесителя.
Охладители	.
Творог, выработанный как традиционным, так и раздельным способом, подлежит охлаждению до температуры нс выше 8°С. Для этого применяют открытые и закрытые охладители. Закрытые охладители могут быть одно- и двухцилиндровыми. В линиях для производства творога раздельным способом устанавливают трубчатые или пластинчатые охладители.
Открытый охладитель (рис. 163) имеет барабан 4, установленный в двух подшипниках скольжения на станине. Через полую цапфу в барабан вводится рассол, который выходит из него по трубке, пропущенной через эту же цапфу. Барабан разделен продольными перегородками, которые образуют секции для упорядочения потока и увеличения скорости движения холодильного агента. Охлаждаемый/ творог загружается в бункер 2 и валиком 1 наносится слоем на поверхность барабана. Охлажденный творог с поверхности снимается ножом 3 и собирается в желобе, в котором вращается шнек 5, подающий его для дальнейшей переработки. Барабан и валик вращаются от электродвигателя через редуктор 6 и цепную передачу
236
11	.... IrJ
tic. 163. Открытый охладитель:
-валик; 2—бункер; 3 — нож; 4 — барабан; 5 — шнек; 6 — привод
частотой 0,075 и 0,5 с-1. Охладитель может охладить в час 400 кг юрога от 25 до 8JC.
Закрытый охладитель одноцилиндровый (рис. 164) представляет собой горизонтальный цилиндр /, в котором фащается вытеснительный барабан 2. Рабочий цилиндр, изготовленный из нержавеющей стали, имеет рубашку со спиралевидным канатом для рассола. Цилиндр укреплен на станине 16. С обоих концов вытеснительного барабана навито по три витка шнека для проталкивания творога. В средней части барабана шарнирно закреплены два ножа, изготовленные из полимерного материала, для срезания творога с внутренней поверхности рабочего цилиндра. Барабан вращается в двух подшипниках: передний подшипник скольжения изготовлен из полимерного материала и задний —подшипник качения. Творог загружается через бункер 3, в котором имеется шнековый питатель 7. Творог срезается со стенок бункера ножом 6.
Охладитель может охладить в час 400 кг творога от 25 до 8°С.
Приводной механизм охладителя состоит из электродвигателя 15, |1 вариатора скоростей 14' редуктора 10, ременной 12 и цепной 8 передач. Вращение от электродвигателя передается на приводной вал охладителя через ременную передачу, редуктор и цепную передачу, а также на вал 4 шнекового питателя 7 через коническую прямозубую передачу, вал, вмонтированный в вертикальную стойку, и цепную передачу.
Закрытый охладитель двухцилиндровый в отличие от охладителя одноцилиндрового имеет два горизонтально расположенных цилиндра. Цилиндры снабжены рубашками с винтовым ходом для охлаждающей жидкости. Впереди цилиндры закрыты коническими крышками с отверстиями для выхода охлажденного творога. С задней стороны имеется два полубункера, соединенных в общий бункер, который предназначен для загрузки творога. Снаружи цилиндры закрыты металлическим кожухом. В цилиндрах располо-
237
Рис. 164. Закрытый охладитель одноцилиндровый:
1 — цилиндр; 2 — вытеснительный барабан; 3 — бункер; 4 — вал; 5 — планка; 6 — нож; 7 — шнекоаый питатель; 8 — цепная передача; 9 — натяжной ролик; 10 — редуктор; 11 — шкиа; 12 — ременная передача; /3 — натяжное устройство; 14 — вариатор скоростей; 15 — электродвигатель; 16 «- станина
жены вытеснительные барабаны, которые имеют на поверхности в передней части по два витка шнека. В средней части на шарнирах закреплены два ножа из полимерного материала. На задней конической части имеется несколько витков шнека. Конические части, расположенные в бункере, предназначены для подачи творога в цилиндры.
Вращение к вытеснительным барабанам передается от электродвигателя через приводной механизм, состоящий из клиноременной передачи, червячного редуктора, двух цепных передач и двух приводных 238
Рис. 165. Установка для охлаждения и отделения сыворотки от сгустка:
1 — рама; 2 — ванна; 3 — цапфа для ввода рассола; 4 — кожух; 5 — поддон; 6 — цапфа для вывода рассола; 7 — приводная станция; барабан прессования н охлаждения
валов со звездочками. Приводные валы с помощью шпилек соединены с вытеснительными барабанами.
Для подачи охлаждающей жидкости параллельно в рубашки обоих цилиндров предусмотрен трубчатый коллектор.
Охладитель имеет пулы управления, в котором размещены приборы для контроля температуры творога на выходе из цилиндров и температуры охлаждающей жидкости.
Охладитель может охладить в час 600 кг творога от 25 до 8°С.
Для частичного охлаждения и отделения сыворотки от сгустка предназначена установка (рис. 165), состоящая из трубчатой рамы /, на которой смонтирован барабан для прессования и охлаждения 8. ‘ Барабан имеет загрузочное окно, которое закрывается раздвижными дверцами.
Приводной вал установки полый и разделен заглушкой на две камеры. Из трубопровода рассол поступает в левую камеру через цапфу 3, и, обойдя трубчатый барабан, поступает в правую камеру а затем возвращается в трубопровод через цапфу 6. Приводной вал приводится во вращение электродвигателем через клиноременную передачу. Сыворотка стекает в съемную ванну 2, расположенную под барабаном.
При работе установки сгусток помещают в матерчатые мешочки, которые загружают в барабан, и включают электродвигатель. Прессование сгустка происходит без циркуляции рассола в трубчатом барабане. К концу прессования влажность творога составляет 67—68%. Температура творога не выше 30°С. По окончании прессования открывают вентиль ввода рассола в трубчатый барабан и вентиль вывода рассола из него. Затем творог в мешочках охлаждается до 14°С, подача рассола прекращается, электродвигатель выключается, и мешочки с творогом выгружаются из барабана. Творог доохлаждается в холодильных камерах.
Трубчатый охладитель (рис. 166) состоит из нилинд-
Рпс. 166. Трубчатый охладитель творога:
/ — крышка; 2 — гайка с рукояткой; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — фланец; 5 — цилиндр; 6 — теплообменные трубки; 7 — теплоизоляционный материал; 8 — обшивка; 9, 13 — патрубки; 10 — прижимные планки; ///— фланец крышки; 12 — трубчатая стойка
240
pa 5, с двух сторон которого имеются фланцы в виде трубных решеток. Внутри цилиндра расположено 25 трубок 6, концы которых герметично развальцованы в трубных решетках. Цилиндр покрыт слоем теплоизоляционного материала 7 и с двух сторон закрыт крышками 1 с конусными насадками и штуцерами для присоединения трубопроводов, по которым подается в охладитель и отводится из него творог. Для подачи в охладитель и отвода ледяной воды из межтрубного пространства служат патрубки 9 и 13. Крышка 1 прижата к фланцу 11 прижимными планками 10 с помощью гаек с рукоятками 2. Уплотнение между крышкой и фланцем достигается сжатием резинового уплотнительного кольца 3. Крышки центрируются направляющими штифтами. Цилиндр трубчатого охладителя установлен на трубчатой стойке 12- Творог при выходе из сепаратора-творогоотделителя насосом продавливается по трубам охладителя. Насос для подачи должен создавать давление не менее 6 - 10в Па.
; ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВОРОЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ
, Для выработки творожных изделий применяется следующее технологическое оборудование: вальцовка и месильная машина.
I Вальцовка
1 Вальцовка (рис. 167) имеет два рабочих валика 5, закрепленных Е подшипниках качения на чугунной станине. Зазор между валиками регулируется механизмом 4. Перетертая творожная масса снимается с валиков ножами 7 в лоток, расположенный под вальцовкой. Нане-
|о~ о| о о!
б — схема привода вальцовки: 1 — рабочие валики; 2 — клнноременная передача;
3 — электродвигатель; 4 — маховички для регулировки зазора между валиками: 5 — шестеренная передача
а — устройство: 1 — боковина левая; 2 — бункер; 3 — боковина правая; 4 — механизм регулировки зазора; 6—рабочие ва-лнкн; 6 — электродвигатель; 7 — нож (зона расположения);
Рис. 167. Вальцовка для творога:
1275
г
Л ’
j' р.
Й 1
сение творога на валики осуществляется через приемный бункер 2. Во вращение валики приводятся от электродвигателя 6 через клиноременную передачу и цилиндрические зубчатые колеса, находящиеся в левой боковине 1.
Количество зубьев колес неодинаковое, поэтому валики, вращаясь в противоположном направлении, имеют различную частоту вращения, что способствует лучшему перетиранию творога.
Месильная машина
Она предназначена для перемешивания смеси, из которой изготовляют творожные сырки. На станине установлен смесительный бункер, в котором вращаются две мешалки с чугунными лопастями. Мешалки получают вращение от электродвигателя через редуктор и цилиндрические шестерни. Направление вращения мешалок противоположное. Частота вращения ведущей мешалки 1,58 с-1, ведомой — 0,75 с-1. После того как смесь будет перемешана, бункер наклоняется на 90—120°. При этом электродвигатель не выключают. Вращающиеся мешалки облегчают выгрузку творожной массы. Вместимость смесительного бункера 0,10 м3.	|
Линия для изготовления и упаковки творожных глазированных сырков
В состав линии (рис. 168) входят автомат формующий 1, аппарат! глазирующий 2, емкость для шоколада, охладитель воздушный 3,’ агрегат холодильный 4, автомат заверточный 5, электрошкаф. i
Автомат формующий (рис. 169) предназначен для дозирования пор-5 ций продукта и формования их по заданной форме.
При работе автомата творожная масса загружается в бункер 19. В бункере на вертикальном валу установлены мешалки 18 и шнек 17, способствующие лучшей подаче творожной массы в питатель 15. Мешалка и шнек вращаются от электродвигателя 3 через вариатор скоростей 2 и червячный редуктор 1. В питателе установлены два шнека 16, с помощью которых творожная масса транспортируется к механизму дозирования и формования 14. Шнеки вращаются от электродвигателя 8 через вариатор 6, редуктор 5 и цепную передачу 4.
Механизм дозирования и формования представляет собой ротор с мерными карманами и плавающими поршнями.
Механизм дозирования и формования придает определенную форму творожной массе, которая выдавливается на ленту транспортера 12. При выходе на транспортер отсекающий механизм 13 разрезает сформованную массу порциями определенной длины.
Характер движения ротора механизма дозирования и формования прерывистый с фиксацией при повороте на 90° и последующим высто-ем. Длительность поворота ротора на 90° 0,5 с, а выстоя — 1,5 с. Лента транспортера имеет также прерывистое движение с выстоем во время отрезки творожной массы.
242
Рис. 168. Схема линии для изготовления и упаковки творожных глазированных сырков:
/ — автомат формующий: 2 — аппарат глазирующий; 3 — охладитель; 4 — агрегат холодиль-ный; 5 — автомат заверточный
ис. 169. Автомат формующий:
/, 5 — червячный редуктор; 2. 6 — вариатор скорости; 3, « — электродвигатель; 4, 9. 10 — Цепная передача; 7 — клнпоременная передача; II — коробка передач; /2 —лента выдающего Транспортера; 13 — отсекающий механизм; 14 — механизм Дозирования и формования; 15 — Читатель: 16 — шнеки питателя; 17 — шнек; 18 — мешалка; 19 — бункер
243
Механизм дозирования и формования, отсекзюЩий механизм и выдающий транспортер получают движение от привода аппарата глазирующего через цепную передачу 9, коробку передач 11 и цепную передачу 10.
Аппарат глазирующий устанавливается за формующим автоматом. Он предназначен для покрытия творожных сырков шоколадной глазурью.
Охлаждение творожных сырков производится в охладителе, который представляет собой горизонтальный туннель, выполненный из пяти отдельных секций, соединенных между собой винтами. В туннеле расположен транспортер для транспортировки творожных сырков, уложенных на транспортерную ленту. Охлаждение осуществляется встречным потоком холодного воздуха. Снаружи туннель закрыт теплоизоляционными щитами из пенополистирола.
Воздух в охладителе охлаждается путем создания циркуляции вентиляторами и прохождения его через батареи фреоновых воздухоохладителей, установленных в нижней части туннеля. Батереи фреоновых воздухоохладителей являются составной частью холодильного агрегата.	j
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ	Н
При расчетах оборудования для производства творога и творожных изделий определяют поверхность теплопередачи аппарата для получения сгустка, потерянный напор в аппарате при движении сгустка в его каналах, продолжительность нагревания продукта при сквашивании, расход пара на нагревание, сменную производительность оборудования периодического действия, необходимое давление во время прессования творога в целях отделения сыворотки, пропускную способность аппарата при непрерывном охлаждении творога, производительность охладителя с учетом заданного температурного режима, расход холода и хладоносителя, производительность месильной машины при производстве творожных сырков.
Поверхность теплопередачи F (в м2) коагулятора ВНИМИ нахо--дят по формуле
F = Q/3600feA/ep.
где Q — количество тепла, необходимого для нагревания молока при коагуляции, Дж/ч; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 • К); Д/СР — средний температурный напор, еС.
Коэффициент теплопередачи определяется эмпирической формулой k = lOOtt/0’5 ,
где w — скорость движения сгустка в каналах коагулятора, м/с.
Формулу следует применять в условиях следующего температурного режима работы коагулятора: температура молока на входе в коагулятор 4—5^С, температура сгустка 29—32°С, температура горячей воды на входе в межтрубное пространство 45—50°С, на выходе 35—38° С.
244
Скорость движения сгустка следует рассчитывать по формуле
w — yD3/12, где 7 — градиент скорости, с"1; D3 — эквивалентный диаметр канала, м.
Градиент скорости, при котором вероятность получения творога с пороками консистенции наименьшая, рекомендуется: для творога, вырабатываемого из цельного молока, у = 18-?- 27 с-1 при температуре сгустка tc = 29°С и у = 26-?- 35 с-1 при температуре сгустка /с = 36 С; для творога, вырабатываемого из обезжиренного молока, у = 6-?- 13 с"1 при температуре сгустка tc == 25РС и у=13-?- 19 с-1 при температуре сгустка 1С — 30°С.
При определении потери давления в каналах коагулятора можно пользоваться формулой для расчета потери давления при движении сырной массы (см. главу III). Коэффициент сопротивления по длине трубы определяется по формуле
Л = 64/Reog, где Reog — обобщенный критерий Рейнольдса.
ReO6 — 1/(г)/шОэР + 6/6ш2р),
Ч — вязкость сгустка, Па • с; р — плотность сгустка, кг/м3; 0 — предельное напряжение сдвига сгустка, Д/м2.
При сквашивании молока в ваннах продолжительность нагревания z (в ч) продукта рассчитывают по формуле
L	г = Gc (Д — ZH)/3600/?f Д/Ср>
1где G — количество нагреваемого продукта, кг; с — теплоемкость продукта, 1(ж/(кг - К); /н, /к — начальная и конечная температуры продукта, °C.
[ Суммарный расход пара D (в кг) для нагревания молока в ваннах |	D = Gc (/к — tH) + шг/|ч (г — *к)1<
Ьде и> — масса испаренной влаги, кг; г — скрытая теплота испарения, Дж/кг; в, /к —энтальпия пара и конденсата, Дж/кг; ч — коэффициент, учитывающий Ьотери тепла в окружающую среду (ч = 0,8 4- 0,85).
I Сменную производительность /Исм (в л) ванн определяют по формуле
~ ^гсм/?ц>
де V — количество продукта в ванне, л; гсм, ги — продолжительность смены К цикла, ч.
3 Продолжительность наполнения гн (в с) ванны молоком, поступающим из трубопровода,
j	гн = l//250rtrf2v,
Е.е d — диаметр трубопровода, м; с — скорость движения молока, м/с (о = 14-К- 1,5 м/с).
Продолжительность выгрузки из ванны сгустка вместе с сывороткой
гв = 6,2 • IO-3 |/2й7Г),
где dB — диаметр сливного патрубка, м; ii — коэффициент расхода; Н — высота уровня продукта в ванне, м.
Давление масла р' (в Па) в гидравлической системе творогоизго-товителя с прессующими ваннами
р- = [4 (Р — Pj/nD2^] + р2,
где Р — усилие прессования, Н: Pt — усилие, возникающее от массы движу щихся частей, РР, D — диаметр поршня гидроцилиндра, м; г)м — механический КПД гидравлического цилиндра (т)м « 0,88); р2 — потеря давления в золотнике и обратном клапане, Па.
т-т	—2,387 In w
Для нежирного творога Р = е	;
—3, 425 In w
для жирного творога р = е
где w — отношение количества воды в твороге к количеству сухих веществ в нем.
Давление, создаваемое в пресс-тележке,
р' = nDP"tilSF,	;
где р' — давление на продукт; Па; Р" — сила, приложенная к ободу маховик! винтового зажима, И; D — диаметр маховика, м; S — шаг винта, м; F — плой щадь нажимной решетки, м2; т] — КПД винта (>] == 0,4 4- 0,5).
Пропускная способность охладителя закрытого одноцилиндрового определяется по формуле
М = 3600тг«н<р$р (/?| — )
где s — шаг шнека, м; п — частота вращения шнека, с"1; R2 — внутренний рг» диус рабочего цилиндра, м; Rt — наружный радиус вытеснительного барабана^ м; £ — коэффициент объемного перемещения: для охладителя закрытого одно-1 цилиндрового $ = 0,4; для охладителя закрытого двухцилиндрового Е =» = 0,3; <р — коэффициент уменьшения площади свободного прохода;
<р = 1 — [6/л (R2 — Ri) cosac],
b — толщина витка шнека, м; ас — среднее значение угла подъема витков шнека, град.
Производительность охладителя открытого и закрытого одноцилиндрового можно определить по формуле
G = ЗбОО&КД/ср/с — t2) т)т,
где G — производительность, кг/ч; !, и t2— начальная и конечная температуры творога, °C; т]т — тепловой КПД.
Расход холода на охлаждение творога Q (в Дж) определяют по уравнению
Q ~ <21 + 0.2 “Ь <2з,
где <2l — количество холода, необходимого для охлаждения творога, Дж/ч] <32 — количество холода, необходимого для компенсации тепла, выделяемого в
246
езу.пьтате механического воздействия на творог (только для закрытых охла-ителей), Дж/ч; Q3 — теплопотери, Дж/ч;
Qi — Ge (/,	/2)»
де G — производительность охладителя, кг/ч; с — теплоемкость твооога, >/(кг-К);
Q2 = AA,	(27)
Ле А — тепловой эквивалент работы, А = 0,981 Н • м/Дж; N — мощность, :ясходуемая на нагрев творога при его перемещении вдоль цилиндра, Вт.
Если потери тепла в окружающую среду учесть коэффициентом силовых потерь (грг =1,14- 1,2), то
Q — (Qi + 0а) Ат
Расход хладоносителя Gx (в кг/ч) можно определить по формуле
Gx = Q/cx(7X2-(Xi),
Де сх — теплоемкость хладоносителя, Дж/(кг  К); /Х1, (х_начальная и
онечная температуры хладоносителя, К.
Производительность месильной машины G (в кг/ч) определяется Ю формуле
G = ₽ Гтсм/Тц,
Ле V — емкость бункера, м3; тсм — продолжительность смены, ч; тц — тт + к т2 + тз — продолжительность вымешивания, загрузки и выгрузки бунке-а, ч.
В процессе вымешивания творога температура продукта повыша-пгся вследствие перехода механической энергии в тепловую. При том количество тепла, проникающего в продукт, можно найти по юрмуле (27).
г Глава XIII. УСТАНОВКИ И АППАРАТЫ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СГУЩЕННЫХ МОЛОЧНЫХ
ПРОДУКТОВ
Установки и аппараты для производства сгущенных молочных 1родуктов можно подразделить на вакуум-выпарпые установки, щпараты для приготовления сахарных сиропов и кристаллизаторы [дя проведения кристаллизации лактозы.
ВАКУУМ-ВЫПАРПЫЕ УСТАНОВКИ
Вакуум-выпарные установки можно классифицировать следующим Збразом. В зависимости от принципа действия различают установки непрерывного и периодического от формы от числа корпусов — одно-11 многокорпусные установки, дейстлия; греющих поверхностей — установки с трубчатыми и пластинчатыми калоризаторами; от греющего агента — установки с паровым, аммиачным и фреоновым обогревом; от условий кипения продукта— циркуляционные и пленочные.
Физическая сущность работы вакуум-выпарных установок заключается в том, что молоко сгущается в результате удаления пара из ки
247
пящего продукта. Продукт кипит вследствие искусственно создаваемого вакуума при температурах, значительно меньших, чем температура кипения при атмосферном давлении. В вакуум-выпарных установках молоко и молочные продукты сгущают при температурах 23—80°С. В вакуум-выпарных установках вакуум создается в результате удаления пара из зоны кипения. Пар конденсируется, и его объем уменьшается в тысячи раз. Чтобы получить 1 л воды при остаточном давлении 9,8- 103 — 5- 104 Па, необходимо сконденсировать соответственно пара 14,95 и 3,3 м®. Пар, удаляемый из продукта, называют вторичным, или соковым. При кипении продукта под вакуумом расход тепла на образование вторичного пара больше, чем при атмосферном кипении. Это объясняется увеличением теплоты парообразования с понижением температуры кипения.
Установки с трубчатыми калоризаторами
Однокорпусная установка с барометрическим конденсатором (рис. 170) предназначена преимущественно для сгущения сыворотки на небольших сыродельных заводах.
Рис. 170. Схема вакуум-выпарной установки с барометрическим конденсатором:
/ — суховоздушиый вакуум-насос; 2 — ловушка; 3 — барометрический конденсатор; 4 — резервуар; 5 — площадка обслуживания; 6 — сепаратор (пароотделитель); 7 — пульт управления; 8 — пробоотборник; 9 — трубчатый калоризатор; 10 — воздушный кран; 11 — инжектор; 12 — предохранительный клапан; 13 — конденсатоотводчик
248
Осветленная сыворотка температурой 55°С поступает в трубчатый калоризатор 9, в межтрубное пространство которого из инжектора  II поступает греющий пар (75°С). Сыворотка интенсивно закипает .1 при температуре 55°С. Вторичные пары вместе с частицами продукта I попадают в сепаратор (пароотделитель) 6, в котором сгущенный про-i дукт отделяется от вторичных паров. Продукт опускается в низ се-1 паратора и по возвратной трубе направляется в калоризатор. На | возвратной трубе установлен пробоотборник 8.
 Вторичный пар, освобожденный от частиц продукта, из сепаратора К расходится по двум направлениям: в барометрический конденсатор В? и инжектор 11, в сопло которого поступает острый пар. Пар из ин-кектора попадает в межтрубное пространство калоризатора 9. Вторичный пар, поступивший в барометрический конденсатор 3, конденсируется. Смесь конденсата и воды по трубе опускается в резервуар 4. В Воздух и газы, не сконденсировавшиеся в конденсаторе 3, переводят из него в ловушку 2, где от них отделяются частицы воды, стенающие по трубам в резервуар 4. Затем воздух и газы непрерывно отсасываются суховоздушным вакуум-насосом 1. Конденсатор и су-Ховоздушный насос обеспечивают требуемое разрежение во всей си-стеме.
В Греющий пар, поступающий в межтрубное пространство калори-Взатора и отдающий тепло кипящему молоку, конденсируется. Кон-Вценсат отводится из межтрубного пространства конденсатоотводчи-Вком 13, соединенным двумя трубопроводами с калоризатором. Верхний трубопровод служит для выравнивания давления во внутренней полости конденсатоотводчика и межтрубном пространстве калори-затора, а нижний —для поступления конденсата из калоризатора  в конденсатоотводчик. В последний вводится острый пар, который  выдавливает конденсат через клапан и трубу.
 Вакуум-выпарная установка снабжена пультом управления 7, ' на который вынесены основные приборы (термометры, манометры, вакуум-манометры и т. д.) контроля за режимом работы установки. Калоризатор снабжен предохранительным клапаном 12 и воздушным краном 10 для гашения вакуума во всей установке.
После герметизации всей системы первоначальный вакуум в установке создается включением в работу барометрического конденсатора и суховоздушного насоса. При этом вакуум создается и в межтрубном пространстве калоризатора. В случае необходимости в межтрубное пространство калоризатора можно вводить и острый пар. Для создания предварительного вакуума и подачи в межтрубное пространство острого пара на соответствующих трубопроводах установлены вентили.
Однокорпусная вакуум-выпарная установка с двумя инжекторами изображена на рис. 171. Во время работы вакуум-выпарной установки молоко подается в аппарат до тех пор, пока в сепараторе не накопится сгущенный продукт в достаточном количестве. При этом необходимо следить за тем, чтобы уровень молока в сепараторе 30 не достигал соединительного патрубка 2.9. Регулировочный кран 21 закрывают настолько, чтобы обеспечить
249
Рис. 171. Схема вакуум-выпарной установки с двумя инжекторами:	?
1 — конденсатоотводчик; 2 — дроссельная шайба; 3 — промежуточный конденсатор; 4 — концентрические тарелки; 5, 6— вентили для охлаждающей воды; 7— эжекторы для отсоса воздуха из конденсаторов 3 и 13\ 8 — водоотделитель; 9 — паровые вентили; 10, 14 — манометры; 11— пусковой эжектор; 12— задвижка к пусковому эжектору; 13 — конденсатор; 15 — вакуумметр; 16, 19 — задвижки; 17 — центробежный насос; 18— большой инжектор; 20—малый нижектор; 21 — регулировочный кран для подачн продукта; 22— подпорная шайба; 23 — электродвигатель; 24 — пробоотборник; 25—кран для выпуска продукта; 26 — циркуляционная труба; 27 — калоризатор; 28 — термометр калоризатора; 29 — соединительный патрубок; 30 — сепаратор (пароотделнтель); 31 — термометр сепаратора; 32—воздушный кран
такую подачу новых порций молока, при которой сохраняется нор-мальная циркуляция молока (из сепаратора молоко по циркуляционной трубе 26 отводится в калоризатор).
В результате испарения концентрация сгушаемого продукта постепенно увеличивается, вследствие чего уменьшается коэффициент теплоотдачи от греющей поверхности к продукту и снижается производительность аппарата. Чтобы компенсировать уменьшение производительности в конце цикла сгущения, необходимо в начале процесса обеспечить превышение средней производительности (4000 кг испаренной влаги в час). Для этого каждый цикл осуществляют в три этапа.
На первом этапе в процессе выпаривания работают оба инжектора (термокомпрессора). Цикл длится до тех пор, пока разность между температурами греющего пара и молока не станет равной 20°С (примерно 1 ч). Разность между температурами проверяют по термометрам 28 и 31, установленным на калоризаторе и сепараторе. Как только разность станет больше 20°С, малый инжектор 20 отключают задвижкой 19 и вентилем 9.
Второй этап происходит во время сгущения. При этом работает только большой инжектор 18 (примерно 1 ч). Когда разность между указанными температурами превысит 20°С, выключают большой инжектор и снова включают малый.
На третьем этапе процесс сгущения происходит только при работе малого инжектора. Сначала в аппарат засасывается через регулировочный кран 21 сахарный сироп (подача молока в это время прекращена). Затем закрывается регулировочный кран 21 и продукт сгущается до требуемой концентрации сухнх веществ, которую устанавливают путем отбора проб через пробоотборник 24,
250
При выключении установки паровые вентили 9 перекрывают, а вентили 5 и 6 закрывают. Центробежный насос 17 выключают, воздушный кран 32 открывают. Продукт спускают через кран 25.
В многокорпусных вакуум-выпарных установках расход греющего пара меньше, чем в однокорпусных. Количество корпусов увеличивать целесообразно до определенного предела: чем выше порядковый номер корпуса, тем меньшую экономию пара можно получить в этом корпусе по сравнению с предыдущим.
Количество корпусов ограничивается температурным режимом выпаривания. В каждом корпусе разность между температурами греющего пара и кипения раствора должна быть не менее 5—7°С.
На основе теоретического анализа и опыта промышленности установлено, что себестоимость выпаривания 1 кг воды в зависимости от числа корпусов изменяется следующим образом. Если принять себестоимость выпаривания 1 кг воды в однокорпусной установке за 100%, то она будет составлять 49, 36, 32, 34% соответственно в двух-, трех-, четырех- и шестикорпусных установках.
Таким образом, при одинаковой производительности в двухкорпусных установках себестоимость выпаривания влаги по сравнению с однокорпусной снижается более чем в два раза, а в трехкорпусной по сравнению с двухкорпусной —всего в 1,36 раза, в четырехкорпусной по сравнению с трехкорпусной —в 1,12 раза. В шестикорпусной установке себестоимость выпаривания влаги возрастает по сравнению с четырехкорпусной. С увеличением корпусов вакуум-выпарных установок уменьшается расход воды на конденсацию вторичных парсв.
Двухкорпусная циркуляционная вакуум-вы парная установка с поверхностным конденсатором и системой пароструйных вакуум-насосов показана на рис. 172.
Вакуум-выпарная установка имеет три трубчатых подогревателя 11, 13, 14, в которых молоко движется по трубам. В межтрубное пространство подается пар для нагревания продукта. В подогреватель первой ступени 11 поступает вторичный пар (50°С), образованный во втором корпусе, из сепаратора 2, а в подогреватель второй ступени 13 — вторичный пар, образованный в первом корпусе, из которого он сначала проходит через калоризатор второго корпуса, а затем попадает в межтрубное пространство этого подогревателя. Температура пара 68°С. В подогреватель 14 паровоздушная смесь (100°С) направляется из двухступенчатого эжектора 8. Кроме того, подогреватель 14 может выполнять функции пастеризатора, т. е. исходное сырое молоко не нужно предварительно пастеризовать.
Вторичный пар, образованный в первом корпусе, используют следующим образом. Часть его служит греющим агентом во втором корпусе установки, часть направляют в подогреватель 13, остальной пар поступает в инжектор, где происходит его термокомпрессия. После термокомпрессии вторичный пар используется в качестве греющего в калоризаторе первого корпуса.
При использовании вторичного пара, поступающего из второго
251
Рис. 172. Схема двух корпусной вакуум-выпарной установки:
1 — инжектор (термокомпрессор); 2 — сепаратор; 3 — термометр; 4 — поверхностный конденсатор; 5 — мановакуумметр; 6 — шибер; 7 — пусковой эжектор; 8 — двухступенчатый эжектор; 9 — вакуум-насос для откачивания конденсата; 10 — насос для откачивания сгущенного молока; // — подогреватель первой ступени; 12 — дроссельный клапан для сгущенного молока; 13 — подогреватель второй ступени; 14—подогреватель третьей ступени; 15— калоризаторы
корпуса, в подогревателе // для нагревания молока часть его конденсируется, поэтому в поверхностный конденсатор 4 направляется сравнительно небольшое количество пара, который не успел сконденсироваться в подогревателе первой ступени.
Вакуум в установке создается и поддерживается системой эжекторов (пароструйных вакуум-насосов). Эжектор 7 используется только в начале работы для создания предварительного вакуума в системе. Паровоздушная смесь из него выбрасывается в атмосферу. Двухступенчатый эжектор 8 является рабочим. В период пуска установки (создание предварительного вакуума) паровоздушная смесь из него также отводится в атмосферу. В рабочий период (сгущение молока) эта смесь поступает в подогреватель 14.
Система отвода конденсата из калоризаторов, подогревателей и конденсатора работает следующим образом. Из калоризатора первого корпуса конденсат через подпорную шайбу переходит в калоризатор второго корпуса. Затем через подпорную шайбу поступает в конденсатор 4, из которого конденсат, собранный из калоризаторов, подогревателя второй ступени и образованный в конденсаторе, отводится вакуум-насосом 9. Конденсат, образованный в подогревателе 11, отсасывается тем же насосом 9.
При работе вакуум-выпарной установки молоко поступает в подогреватель 11, затем переходит в подогреватели 13 и 14. Из подогревателя 14 молоко попадает в калоризатор первого корпуса. Частично подсгущенное молоко из сепаратора первого корпуса через дроссельный клапан 12 переходит в калоризатор второго корпуса. Сгущенное
252
до требуемой концентрации молоко из сепаратора второго корпуса через дроссельный клапан непрерывно отсасывается насосом 10.
Двухкорпусная циркуляционная вакуум-в ы парная установка с поверхностными конденсаторами показана на рис. 173. Поверхностные конденсаторы состоят из отдельных секций.
Из бака-балансера 3 молоко насосом 1 нагнетается в пластинчатый пастеризатор 2, работающий на паре. В нем молоко нагревается до 80° С. Из пастеризатора молоко поступает в калоризатор 5. Под-сгущенное молоко из калоризатора 5 и сепаратора 6 переходит в калоризатор 8, откуда сгущенное молоко непрерывно отводится насосом 14. Температура кипения молока в первом корпусе 60—65°С, во втором 43—45°С.
Продукт в калоризаторе 5 нагревается паром, поступающим в него из инжектора 7. Вторичный пар, образовавшийся в первом корпусе, полностью попадает в калоризатор 8. Вторичный пар, образовавшийся во втором корпусе, частично направляется в инжектор 7 и частично — в конденсатор 9, который представляет собой трубчатый теплообменник, состоящий из нескольких секций. В зависимости от начальной температуры охлаждающей воды можно использовать все или только некоторые из этих секций.
Холодную воду в конденсатор подают насосом 12. Конденсат из пастеризатора 2, калоризаторов 5, 8 и конденсатора 9 отводится насо-
Рис. 173. Схема двухкорпусной вакуум-выпарной установки с горизонтальным конденсатором:
у — насос для молока; 2 — пластинчатый пастеризатор; 3 — бак-балансер для молока;
•У — бак для моющего раствора; 5 — калоризатор первой ступени; 6 — сепаратор первой ступени; 7 — инжектор; 8 — калоризатор второй ступени; 9 — поверхностный конденсатор; 10 — , сепаратор второй ступени; 11 — вакуум-насос; 12 — насос для охлаждающей воды; 13 — насос для конденсата; 74— насос для готового продукта
253
сом 13. Для отвода воздуха и несконденсированных газов из конденсатора используют вакуум-насос 11.
Двухкорпусная вакуум-выпарная установка со сдвоенными калоризаторами и циклонами для вторичных паров приведена на рис. 174.
Предварительно пастеризованное при температуре 80°С молоко центробежным насосом 12 нагнетается в резервуар 10 для накопления Далее молоко переходит в калоризаторы 3 и 5 первого корпуса. Температура кипения молока в первом корпусе 75°С, а температура греющего пара в межтрубном пространстве калоризаторов 85°С. Часть кипящего молока из калоризаторов 3 и 5 попадает в сепаратор 4, вторичные пары из которого поступают в циклон 2.
Молоко, подсгущенное в первом корпусе, поступает в калоризаторы 6 и 9 второго коопуса, в которых кипит при 55°С, а температура греющего пара 75°С. Готовый продукт из сепаратора 7 шестеренным насосом 18 непрерывно отводится в промежуточный резервуар, установленный перед сушильной установкой. Вторичный пар, образовавшийся во втором корпусе, из циклона 8 отводится в противоточный конденсатор смешения 11.
Вторичный пар из циклона 2 частично направляется в инжектор 1 и частично — в калоризаторы 6 и 9 второго корпуса. Воздух и газы - из конденсатора 11 отсасываются водокольцевым вакуум-насосом 13. Конденсат из калоризаторов отводится насосом 19. Для обеспечения требуемой разности между давлениями в обоих корпусах часть конденсата из первого корпуса подается в калоризаторы второго корпуса.
К недостаткам многокорпусных циркуляционных установок относят следующие. Они характеризуются большим объемом продукта, сгущаемого в калоризаторах, и многократной циркуляцией его при выпаривании. Продолжительность пребывания сгущаемого продукта
Рис. 174. Схема двухкорпусной вакуум-выпарной установки со сдвоенными калоризаторами и циклонами:
1 — инжектор; 2, 8 — циклоны; 3, 5 — калоризаторы первого корпуса; 4 — сепаратор первого корпуса; 6, 9 — калоризаторы второго корпуса; 7 — сепаратор второго корпуса; 10 — резервуар; 11 — конденсатор смешения; 12 — центробежный насос; 13 — вакуум-насос; 14, 15 — бачкн для моющих растворов; 16 — насос для моющих растворов; 17 — насос для воды; 18 — шестеренный насос; 19 — насос
254
этих установках до 30—40 мин и более. Кроме того, в установках подобного типа не удается регулировать продолжительность теплового воздействия на продукт.
Вакуум-выпарные аппараты пленочные бывают со всползающей (поднимающейся) и падающей пленками. Вторые наиболее рациональны, поэтому наиболее распространены. Преимущества аппаратов с падающей пленкой состоят прежде всего в очень малом объеме выпариваемой жидкости, сокращении продолжительности пребывания продукта в каждом выпарном аппарате до 3 мин и исключении потерь на гидростатическую депрессию. Кроме того, эти аппараты могут работать при малых разностях между температурами греющего пара и кипящей пленкой при достаточно высоких значениях коэффициента теплопередачи. Поскольку выпаривание молока происходит в тонкой пленке, практически исключается пенообразование, что позволяет работать без заметной потери продукта вследствие брызгоуноса и одновременно получать достаточно чистый конденсат вторичного пара.
В связи с тем что в аппаратах с падающей пленкой одновременно находится небольшое количество сгущаемого молока (150—300 л), они более чувствительны к изменениям давления греющего пара, температуры и количества охлаждающей воды, а также к изменениям расхода молока, подаваемого на сгущение.
Двухкорпусная пленочная вакуум-выпарная установка приведена на рис. 175. Исходное молоко насосом 8 подается в трубчатый подогреватель первой ступени 9 и нагревается вторичным паром (50—65°С), поступающим из сепаратора 4 второго корпуса. Из подогревателя первой ступени молоко переходит в подогреватель второй ступени, который обогревается греющим паром, поступающим из термокомпрессора 2.
После подогревателя второй ступени молоко, поступающее в калоризатор S первого корпуса, тонкой пленкой стекает сверху вниз внутри трубок. Межтрубное пространство калоризатора заполнено греющим паром, который поступает из термокомпрессора 2. При течении пленки молока вниз оно кипит, и в сепаратор 4 попадает смесь под-сгущенного продукта и вторичного пара. Подсгущенное молоко опускается в низ сепаратора и циркуляционным насосом 10 передается в калоризатор второго корпуса. В межтрубное пространство этого калоризатора поступает вторичный пар, который в сепараторе первого корпуса полностью освобождается от частичек продукта. В этом калоризаторе также происходит пленочное кипение продукта. Из сепаратора насосом 8 готовое сгущенное молоко непрерывно отводится к сушильной установке.
Конденсат, образованный в калоризаторе первого корпуса, через подпорную шайбу переходит в межтрубное пространство калоризатора второго корпуса, откуда попадает в подогреватель первой ступени и затем в конденсатор. Из подогревателя второй ступени конденсат.через подпорную шайбу переходит в подогреватель первой ступени и далее в конденсатор 5. Весь конденсат, образовавшийся и собравшийся в конденсаторе 5, отводится из него вместе с воздухом и газами вакуум-насосом 6.
255
Вид сверху
 Двухкорпусная пленочная вакуум-выпар-
Н а я установка с горизонтальными сепараторами показана Юа рис. 176.
Т. Продукт подается насосом / через счетчик 16 в подогреватель пер-। вой ступени 7. Частично нагретый продукт поступает в подогреватель ' второй ступени 6, обогреваемый вторичным паром, из калоризатора 4, далее подается в верхнюю часть калоризатора 4. Распределяясь тон-
ступени;
11 — насос
15 — насо-
16 — счет-
0 12
Конденсат
---Проду к...	Пар
—=—Отходящий воздух
---Вторичный лар
—,,—Рода
Рис. 176. Схема двухкорпусной пленочной вакуум-выпарной установки с горизонтальными сепараторами:
1	насос для подачи исходного молока; 2, 13—сепараторы (пароотделители); 3 — термокомпрессор (инжектор); 4 — калоризатор первой ступени; 5 — вентиль для острого пара; 6 — подогреватель второй ступени; 7 — подогреватель первой ступени;
8	— первый калоризатор второй ступени;
9	— второй калоризатор второй
10	— конденсатор смешения;
для отвода конденсата; 12, 14, сы для подсгущенного молока; чик для молока
Рис. 177. Схема трехкорпусиой пленочной вакуум-выпарной установки:
I — водоотделитель; 2 — парораспределитель; 3 — вентиль для охлаждающей воды; 4, 6, 7 — жекторы; 5 — промежуточный трубчатый конденсатор; 8 — конденсатор смешения; 9, 23 -~ Бодпорная (дроссельная) шайба; 10 — подогреватель второй ступени; 11 — подогреватель аервой ступени; 12 — сепаратор (пароотделитель) третьего корпуса; 13 — форсунки; 14 — калоризатор третьего корпуса; 15 — подпорная шайба на воздухоотделителе; 16 — воздухоотделитель; 17 — подогреватель третьей ступени; 18 — сепаратор (пароотделитель) второго Корпуса; 19 — калоризатор второго корпуса; 20, 21 — инжекторы; 22 — калоризатор первого корпуса; 24 — сепаратор (пароотделитель) первого корпуса; 25, 26, 29, 31 — насосы для мо-Гока; 27 — подпорная шайба на нагнетательной линии насоса; 28 — насос для отвода конденсата; 30 — счетчик для молока; 32 — молокоочиститель; 33—вакуум-насос
257
ким слоем, продукт стекает вниз, в пароотделитель 2, в результате чего частично сгущается. Затем насосом 15 продукт, поступающий в верхнюю часть калоризатора 8, который обогревается вторичным паром из первого корпуса, стекает в пароотделитель 13. После этого продукт, нагнетаемый насосом 14 в верхнюю часть калоризатора 9, стекает вниз, в результате чего окончательно сгущается. Концентрированный продукт, непрерывно откачивающийся насосом 12, поступает на сушку.
Особенностями этой установки являются устройство пароотдели-телей и наличие двух калоризаторов во второй ступени, что позволяет увеличить степень сгущения продукта за один проход через вакуум-
аппарат.
Трехкорпусная пленочная вакуум-выпар-ная установка для сгущения цельного и обезжиренного молока представлена на рис. 177. При работе на цельном молоке производительность установки составляет 5500 кг испаренной влаги в час, при сгущении обезжиренного молока производительность возрастает до 8000 кг испаренной влаги в час. Максимальную степень сгущения можно в обоих случаях довести до 50% сухих веществ. Предварительной пастеризации сырья не требуется, так как перед сгущением молоко нагревается в подогревателях до 80°С.
Молоко насосом 31 нагнетается через счетчик 30 в двухсекционный трубчатый подогреватель первой ступени 11, первая секция ко-
торого нагревается вторичным паром, поступающим из сепаратора 12, вторая секция — вторичным паром из сепаратора 18 второго корпуса. Подогретое до 54°С молоко выходит из подогревателя первой ступени и направляется в молокоочиститель 32, затем в двухсекционный подогреватель1 второй ступени 10. Первая секция подогревателя 10 нагревается вторичным паром, поступающим из сепаратора 24, вторая — инжектированным паром. Нагретое до 80°С молоко поступает в калоризатор 22, в межтрубное пространство которого направляется пар из инжекторов 20 и 21 (при сгущении молока инжектор 21 отключают.)
В этом калоризаторе температура греющего пара должна составлять 90°С, а температура кипения около 75°С. Движение греющегс пара и продукта в калоризаторе прямоточное. В калоризаторы все> корпусов продукт подается через форсунки 13. Молоко равномерщ распределяется по трубам калоризатора, чему способствуют перфорированные перегородки, расположенные в его верхней части.
Кипящий в первом корпусе продукт достаточно тонким слоем сте кает по трубам в низ калоризатора и переходит в сепаратор 24. От сюда подсгущенное молоко насосом 25 нагнетается в калоризатор 19 где в качестве греющего используется вторичный пар, поступающи! из сепаратора 24. Из межтрубного пространства калоризатора 11 часть вторичного пара забирается в инжекторы 20 и 21. Температур! кипения во втором корпусе 62°С.
1 В случае недостаточного напора, создаваемого молокоочистителем 32, ним и подогревателем второй ступени устанавливается дополнительный
258
Из калоризатора 19 молоко поступает в сепаратор 18 и насосом '6 нагнетается в подогреватель 17, который подогревается вторичным 1аром, образованным в сепараторе 24. После подогревателя 17 мо-1око переходит сначала в калоризатор 14, а затем в сепаратор 12. Кипение в калоризаторе 14 осуществляется при 45°С. Готовый сгу-ценный продукт из сепаратора 12 отводится непрерывно насосом >9, на нагнетательном патрубке которого размещен дросселирующий Юнтиль для возврата части или всего сгущенного молока в подогреватель 17. На этом же патрубке расположен пробоотборник. При юрмальной работе установки, когда готовый продукт имеет требуемую концентрацию, дросселирующий вентиль можно отрегулировать Гаким образом, что все сгущенное молоко будет отводиться из установки.
Вторичный пар, образовавшийся во время сгущения, в основном используется в качестве греющего. Лишь небольшая часть его из “епаратора 12 поступает в конденсатор смешения 8, где конденсируется. Смесь охлаждающей воды и конденсата отводится вакуум-lacocoM 33. В конденсатор 8 направляется конденсат из подогревателей 10, //и промежуточного трубчатого конденсатора 5. В подогре-ja геле 11 скапливается конденсат греющего пара из подогревателя 17.
Конденсат из калоризатора 22 поступает в калоризатор 19, а из него—в калоризатор 14, откуда через воздухоотделитель 16 отво-аится насосом 28. Конденсат из калоризатора в калоризатор, из Юдогревателя в подогреватель переходит через подпорные шайбы J, 23, выполняющие функции конденсатоотводчиков. Подпорные лайбы 15, 27 расположены также на воздухоотделителе 16 и нагне-Гательном патрубке насоса 28.
Из воздухоотделителя воздух и несконденсировавшиеся газы Уступают в конденсатор смешения 8. Воздух и несконденсировав Лнеся газы из верхней части конденсатора 8 отсасываются эжектором 5, паровоздушная смесь из которого поступает в промежуточный конденсатор 5. Из последнего оставшийся воздух остасывается эжек-Гором 4 и выбрасывается наружу. Охлаждающая вода температурой 15—2(ГС подается последовательно в конденсаторы через вентиль 3. Сначала она проходит по трубам конденсатора 5, а затем в разбрызгивающие устройства конденсатора 8.
Эжектор 7, являющийся пусковым, во время работы отключают. Во все эжекторы и инжекторы острый пар подается из парораспределителя 2. Пар должен быть сухим, для чего перед парораспредели-гелем устанавливают водоотделитель /.
| Трехкорпусная пленочная вакуум-вы парная установка отечественного производства приведена на (ис. 178.
I Молоко, предназначенное для сгущения и сушки, поступает в Ьриемный бак 5, откуда насосом 6 подается в подогреватели 2, кото-Ьыс оно проходит последовательно. Нагрев продукта в этих подогре-
ЖЖетслях осуществляется вторичным паром, образовавшимся в кало-ЯГЯизаторах установки, и греющим паром, поступающим в калори-ЯвВвтор первого корпуса. Затем молоко проходит высокотемпературный
259
Рис. 178. Схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки:
/ — коллектор; 2 — подогреватели; 3 — инжекторы; 4 — конденсатор; 5 — приемный бак;
6 — насосы; 7 — выпарные аппараты; 8 — самоиспарнтель
подогреватель, где оно нагревается до 140°С. В качестве греющего агента в этот подогреватель подается острый пар из коллектора /. После этого молоко поступает в самоиспарнтель 8. Здесь частично удаляется влага, в результате чего молоко охлаждается. Далее молоко насосом подается в распределительное устройство первого корпуса калоризатора. Из стекающего по внутренним поверхностям труб калоризатора молока удаляется пар. Подсгущенное в калоризаторе молоко попадает в сепаратор, откуда оно насосом 6 направляется в калоризатор второго корпуса и т. д. Из калоризатора третьего корпуса молоко также насосом передается в промежуточный резервуар для последующего направления на сушку.
Образовавшийся в калоризаторах и подогревателях конденсат проходит последовательно из греющей камеры одного калоризатору в греющую камеру другого.	1'
Zp
Установки с пластинчатыми калоризаторами
Вакуум-выпарные установки с пластинчатыми калоризаторами достаточно компактны и не требуют высоких помещений.
Однокорпусная вакуум-выпарная установка с пластинчатыми калоризаторами показана на рис. 179. В ней сгущают главным образом обезжиренное молоко, предназначенное для выработки высококачественного сухого молока. Стерилизованное при 140°С и охлажденное до 88 С обезжиренное молоко подается в пластинчатый калоризатор на пластины 5 первой секции (рис. 179, б). В результате подачи в установку греющего пара который распределяется по пластинам 4, молоко закипает и, подняв-
260
Рис. 179. Схема одно корпусной вакуум-выпарной установки с пластинчатым калоризатором:
а — общий внд: 1 — канал для выхода продукта из пластинчатого калоризатора в испаритель; 2 — каналы в пластинах для входа греющего пара; 3 — подвижная плита пластинчатого калоризатора; 4 — пластины; 5—патрубок для входа пара; 6 — передняя плита пластинчатого калоризатора; 7 — патрубок для отвода вторичного пара; 8 — испаритель (пароотделитель); 9 — ловушка с патрубком для выхода готового продукта;
б — схема движения продукта в пластинчатом калоризаторе: / — патрубок для выхода конденсата; 2 — патрубок для входа молока; 3 — канал для пара; -4 — пластины с каналами для пара; 5 — пластины для молока; 6 — каиал для выхода продукта;
7 — передняя плита
niiicb по пластине 5, переходит во вторую секцию, где кипение продукта продолжается.
Из второй секции продукт с частицами вторичного пара выходит пт калоризатора по каналу 6 и поступает в испаритель 8 (см. рис. рис. 179, а), в котором продукт интенсивно кипит и вторичный пар удаляется на конденсацию. Продукт в испарителе приобретает вращательное движение. Сгущенный готовый продукт, выходящий из иакуум-выпарной установки, проходит через ловушку для отделения пара.
Двухкорпусная вакуум-выпарная установка с пластинчатыми калоризаторами пред-пявлена на рис. 180.
Стерилизованное молоко поступает в автоматический регулятор подачи 12, поддерживающий необходимое количество молока. Из регулятора молоко переходит в пластинчатый калоризатор / (вакуум Да • Ю4 Па). Продукт нагревается паром, давление которого близко и атмосферному. В результате теплообмена между паром и продуктом последний закипает.
261
5
Продукт ---------------Пар —-------------Холодная вода
— Конденсат -------*---/- Паровоздушная снвсь
Рис. 180. Схема двухкорпусной вакуум-выпарной установки с пластинчатыми калоризаторами:
/ пластинчатый калоризатор первой ступени; 2 — испаритель (пароотделитель) первой ступени; 3 — трубопровод для вторичного пара; 4— конденсатор смешения; 5 — трубопровод для острого пара; 6 — двухступенчатый эжектор; 7 — насос для отвода воды; 8, 11 — насосы для сгущенного продукта; 9 — испаритель (пароотделитель) второй ступени; 10—пластинчатый калоризатор второй ступени; 12 — автоматический регулятор подачи; 13 — насос для конденсата
Из калоризатора 1 продукт переходит в испаритель 2, в котором происходят интенсивное кипение и удаление вторичного пара. По трубопроводу 3 вторичный пар переходит в пластинчатый калоризатор 10 и используется в качестве греющего. Сгущаемый продукт из испарителя первой ступени насосом 11 нагнетается в калоризатор второй ступени. Давление и температура выпаривания здесь более низкие, чем в первой ступени. В испарителе 9 вторичный пар окончательно удаляется из продукта и направляется в конденсатор смешения 4.
Выход готового продукта автоматически регулируется в зависимости от концентрации сухих веществ. Продукт отводится из испарителя второй ступени насосом 8. Из конденсатора смешения 4 нескон-денсировавшиеся пары и газы поступают в двухступенчатый эжектор 6, в обе степени которого подается острый пар из трубопровода 5. Из эжектора 6 паровоздушная смесь отводится наружу.
Конденсат из калоризатора 10 и промежуточного конденсатора двухступенчатого эжектора направляется в конденсатор смешения 4, откуда смесь конденсата и охлаждающей воды отводится насосом 7.-Эта смесь направляется частично в промежуточный кондесатор двух-; ступенчатого эжектора. Конденсат из калоризатора 1 отводится насосом 13.	;
Установки могут работать без разборки в течение 20 ч в сутки.; Степень сгущения продукта для молока 50% сухих веществ, для обезжиренного молока 46% сухих веществ.
Пластинчатые вакуум-выпарные установки компактны, имеют небольшую высоту. Добавляя или убирая пластины, можно изменять производительность установки.	J
262	11
четвертой ступени;
корпуса; 7 — подо-
Рис. 181. Схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки с пластинчатыми калоризаторами и инжектором:
[ — балансировочный бак; 2, 16, 17, 18, 19 — насосы; 3 — подогреватель 4 — калоризатор первого корпуса; 5 — инжектор; 6 — сепаратор первого греватель третьей ступени; 8 — калоризатор второго корпуса; 9 — сепаратор второго корпуса; 10 — подогреватель второй ступени; 11 — калоризатор третьего корпуса; 12 — сепаратор третьего корпуса; 13— прибор для определения сухих веществ; /4 — подогреватель первой ступени; 15 — конденсатор
Трехкорпусная пластинчатая в а к у у м - в ы-парная установка приведена на рис. 181.
Молоко поступает в балансировочный бак 1 и насосом 2 нагнетается в подогреватель 14, где нагревается паром, поступающим из сепаратора 12. Затем молоко направляется в подогреватель 10 и нагревается паром, поступающим из сепаратора 9. Далее оно последовательно проходит подогреватели 7 и 3 третьей и четвертой ступеней, где нагревается паром, поступающим из сепаратора первого корпуса 6 и инжектора 5.
Молоко насосом 19 направляется в калоризатор 4, нагрев в котором осуществляется паром из инжектора 5. Кипящее молоко из калоризатора переходит в сепаратор 6. Выделившиеся пары поступают в инжектор 5, подогреватель 7 и калоризатор 8 второго корпуса. Под-сгущенное молоко насосом 18 перекачивается в калоризатор 8, в котором продолжается сгущение. Сгущеннное молоко насосом 17 передается в калоризатор третьего корпуса 11, вторичные пары направляются в подогреватель 10. Вторичные пары из сепаратора 12 поступают в подогреватель первой ступени и конденсатор 15. Готовое сгущенное молоко насосом 16 непрерывно откачивается из сепаратора и нагнетается через прибор для ществ.
определения содержания сухих ве-
Установки с аммиачным обогревом
Вакуум-выпарная установка с аммиачным обогревом приведена на рис. 182.
Продукт, подлежащий сгущению, предварительно нагревается в пластинчатом пастеризаторе до 72°С. Насосом 9 он нагнетается в калоризатор 5, где по трубам опускается вниз и переходит в сепаратор 6. Насосом 11 осуществляется циркуляция молока между сепарато-
263
Рис. 182. Схема вакуум-выпарной установки с аммиачным обогревом:
1 — двигатель компрессора; 2 — пароаммиачный отделитель; 3 — конденсатор; 4 — двухступенчатая эжекторная установка; 5 — калоризатор; 6 — сепаратор; 7 — ресивер для газообразного аммиака; S — ресивер для жидкого аммиака: 9— насос для подачи молока; 10—• иасос для отвода сгущенного молока; 11 — насос для циркуляции продукта; 12 — иасос для отвода конденсата вторичных паров; 13 — аммиачный компрессор
ром и калоризатором. Необходимую для парообразования теплоту молоко воспринимает от горячего газообразного аммиака, который поступает в калоризатор из аммиачного компрессора 13. Предварительно газообразный аммиак температурой свыше 100°С проходит через специальный ресивер 7. В калоризаторе температура конденсации аммиака 42°С, а температура кипения молока 29,5°С.
Сконденсировавшийся аммиак из межтрубного пространства калоризатора стекает в ресивер 8, откуда жидкий аммиак поступает сначала в отделитель 2, а затем в конденсатор 3. В трубах конденсатора образуется вакуум, в результате чего аммиак закипает (21 °C) и становится газообразным. Пары аммиака засасываются в компрессор 13, где онп сжимаются, и вновь нагнетаются в калоризатор. Компрессор приводится в действие двигателем 1. Для его охлаждения ис4 пользуется вода. Охлаждающая вода в рубашке нагревается до 74°С,| затем ее используют в пластинчатом пастеризаторе для предвари-^ тельного нагрева молока.	I
Воздух и газы, несконденсировавшиеся в конденсаторе, отводятс! двухступенчатой эжекторной установкой 4. По мере сгущения молоко когда первые порции его достигают необходимой концентрации, иг сосом 10 отводится из установки. Часть готового продукта рецирк^ лируется насосом 11.
Производительность установки по испаренной влаге около 2500 кг в час. Потребляемое количество воды при этом сокращается в 2—3 264
I и
[, раза по сравнению со сгущением в вакуум-выпарных установках, I работающих на паровом обогреве. При использовании таких вакуум-', выпарных установок не нужны мощные паровые котлы и конденса-р торы для водяного пара.
и Достоинствами подобных установок являются низкие температуры кккипения, при которых можно сохранить не только белковый, но и витаминно-ферментативный состав молока при его сгущении. Низ-кая температура кипения позволяет сгущать молоко до очень высо-кой концентрации сухих веществ (80%).
Установки с фреоновым обогревом
V' Вакуум-выпарные установки с фреоновым обогревом относятся ^к пленочным с нижним расположением сепаратора. Калоризатор вто-! рой ступени установки состоит из двух частей. Для работы установки ' требуется фреон-114, пары которого, сжимаясь в компрессоре, посту-: пают в калоризатор первого корпуса. Температура сгущения, за-i висящая от условий работы, составляет 20—50°С. Конечная концент-I рация сухих веществ в готовом продукте 50%. Основные рабочие < узлы вакуум-выпарной установки с фреоновым обогревом изготовлены из нержавеющей стали.
Основные элементы и вспомогательные устройства
В состав вакуум-выпарных установок входят вакуум-аппараты, конденсаторы, вакуум-насосы, пароструйные аппараты, а также вспомогательные устройства и коммуникации. Во многих вакуум-выпарных установках к основным элементам относятся также термокомпрессоры.
Вакуум-аппараты выпарной установки представляют собой комплекс, состоящий из калоризатора и сепаратора (пароот-делителя); взаимное расположение калоризаторов и сепараторов может быть различным. Калоризаторы могут находиться на одном уровне с сепараторами, быть выше или ниже них.
Широко распространены в молочной промышленности вакуум-аппараты, в которых греющая поверхность калоризаторов выполнена в виде трубчатых и пластинчатых теплообменников.
Пленочный вакуум-аппарат имеет калоризатор, состоящий из пучка вертикальных трубок (рис. 183). Выделяющиеся пары движутся в середине трубок. По их поверхности продукт стекает тонкой пленкой. В сепараторе поддерживается более глубокий вакуум, поэтому вторичные пары и продукт опускаются в калоризаторе вниз.
Конструкция калоризаторов трехкорпусной пленочной вакуум-выпарной установки представлена на рис. 184.
Для анализа работы вакуум-аппаратов, представляющих собой теплообменники, в которых происходит кипение продукта и удаление вторичных паров, наибольший интерес представляют материальные и тепловые балансы, вопросы теплоотдачи и теплопередачи, а также испарение и самоиспарение влаги и температуры сгущения продукта.
265
I Рассмотрение их позволяет оценить интенсивность и эффектив-иость процессов сгущения молочных продуктов и установить факторы, ВТ которых они зависят.
Уравнение материального баланса при выпаривании имеет следующий вид:
GjS, .	G2S2
I	------ -- -------------- - --------- ,	(zo)
F	loo loo loo
Где G1( G2 — количество исходного и готового продукта, кг; W — количество Влаги, подлежащей выпариванию, кг; Sv S2, — массовая доля сухих веществ В исходном и готовом продуктах, %.
I Из уравнения (28) можно определить количество испаренной влаги
W = G, [(S2 - Si)/S2] = Gj - G2.
I Концентрацию сухих веществ S2 (в %) в готовом продукте рассчитывают по формуле
В	S2 = (GjSjJ/CGi - Г) = (G1/Gs) Sv
В Если считать процесс выпаривания уже установившимся и допустить, что тепловые потери отсутствуют, то приход тепла равен его расходу, т. е. тепловой баланс выпаривания
DZ, + G,c,/, = ИЧ2 + (G1 - W) t2c2 + Осконд/ конд»	(29)
где D — количество греющего пара, кг; 1\, i2 — энтальпия греющего и вторичного пара, Дж/кг; Gt — количество исходного продукта, кг; с1( с2 — удельная Теплоемкость исходного и готового продуктов, Дж/(кг • К); tlt Ч — начальная Ь конечная температуры продукта, °C; сконд — теплоемкость конденсата, Кж/(кг • К); <конд — температура конденсата, °C.
I Из уравнения (29) легко получить расчетную формулу для определения расхода греющего пара
D = [1У (1'2 - C2t2) -G, (Cjlj -C2/2)]/(ij - скондДонд)
где i; — коэффициент, учитывающий потери (т] = 0,97 4- 0,98).
I Решение уравнения (29) относительно W дает:
U7 = D [ц - — сКОнд1конд)/(Ч — с212)] Ч" [(Cj/i — сгМ/(Ч Ч/гЖ (30) I Дробь при первом члене уравнения представляет собой коэффициент испарения аи'
I	Ч сконд(конд гг
аИ —	.	,	—	’
i	^2	^2^2	*”в
[Где гг, гв — теплота парообразования для греющего и вторичного пара, Дж/кг. I Коэффициент испарения показывает отношение количества теплоты, отдаваемой 1 кг греющего пара, к количеству теплоты, затрагиваемой на образование 1 кг вторичного пара. С увеличением аи [повышается эффективность работы вакуум-аппарата.
267
Дробь при втором члене правой части уравнения (30) называется коэффициентом самоиспарения:	'
Р =	сЯг)/(*2	с2^г)*	*
Коэффициент самоиспарения р характеризует количество вторичных паров, образованных 1 кг продукта вследствие разности между температурой в момент его поступления в вакуум-аппарат и температурой кипения. Очевидно, чем выше этот коэффициент, тем выше эффективность работы вакуум-аппарата.
Коэффициент самоиспарения может в общем случае быть больше и меньше 0, т. е. 0 > |3 > 0. Знак перед р зависит от начальной температуры продукта. В большинстве случаев продукт перед сгущением пастеризуют и нагревают до температуры выше температуры кипения в вакуум-аппарате. Поэтому для повышения его производительности необходимо или крайне желательно направлять для сгущения продукт, имеющий начальную температуру выше температуры кипения.
Количество вторичных паров образовавшихся в результате самоиспарения, рассчитывают по формуле
U7c = G1c1₽ = II7[S2/(S2-S1)]C1₽.
Если принять, что В = 0, то тепловую нагрузку ваккуум-выпар-ной установки q [в Вт/(м2  ч)1 определяют по уравнению
<7 ~	(*1 скондДонд)1/^2 = QJFZi	!'
где F — площадь поверхности нагрева, м2; г— продолжительность нагрева, 4J Q — количество теплоты, подводимой с греющим паром, Дж.	j
Важным моментом анализа работы вакуум-аппаратов является’ определение интенсивности процесса выпарки /. Она показывает; количество воды, испаряющейся с 1 м2 поверхности нагрева за 1 ч< Определяют ее по формуле
/ = WIFf= [D (ij	Сконд^кондЛ/^Я*? —	= Q/rBF.
Интенсивность процесса выпарки можно представить в другому виде:	i;
/ = kFAtn/rBF = kMntrB,	1 
где k — усредненный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 • К); Д/п — полезная^ разность температур, представляющая собой разность между температурами г греющего пара tn и кипения t2.
Полезная разность температур всегда меньше общей разности Л/ (в °C):
Л<об = <п~ <в.п , где /в.п — температура вторичного пара, °C.	I
Превышение общей разности температур над полезной можно объ- j яснить температурными потерями:	
2 Д = Д/Оо — Д<п-
268
)
Температурные потери обусловлены температурной депрессией, т. е. понижением упругости паров воды вследствие изменения концентрации раствора, повышением температуры кипения продукта г результате гидростатического давления и понижением температуры вторичного пара в паропроводах между корпусами. Ориентировочно можно считать, что между двумя корпусами температурные потери [составляют 1,5°С.
В вакуум-выпарных установках, в которые поступает продукт с [температурой, более низкой, чем температура кипения, процесс теплообмена можно подразделить на два этапа: I — нагрев продукта го температуры кипения; II—теплообмен при кипении. Очевидно, [коэффициент теплопередачи на этих этапах будет различным, поэтому для определения интенсивности выпарки и других технических расчетов приходится пользоваться понятием усредненного коэффициента теплопередачи, когда процесс теплообмена условно не подразделяют на два этапа.
Коэффициент теплопередачи k в [Вт/(м2 - К)] в общем виде в вакуум-выпарных установках определяется формулой
k = [(1 /«г) + (1 /«2) + (ММ + (ММГ1.
Где а1э а2— коэффициент теплоотдачи от пара к стенке и от стенки к жидкости, Вт/(м2  К);	62 — толщина стенки трубок и накипи на трубках, м; Х2 —
теплопроводность металла трубок и накипи, Вт/(м • К).
Однако достаточно надежные расчетные формулы для определения at и а2 отсутствуют, что вынуждает использовать приближенные.
В случае пленочной конденсации на поверхности вертикальных трубок и ламинарном течении пленки
at = 1,12 У А/НМ ,
где Н — высота трубок, м; Д/ — разность между температурами, °C;
Д/ —	— /ст»
(п, /ст — температура греющего пара и стенки, °C;
А = г₽к ^к/^к»
где г — скрытая теплота парообразования, Дж/кг; рк — плотность конденсата, кг/м3; Хк— коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м • К); рк— коэффициент динамической вязкости конденсата, Па • с.
При турбулентном течении пленки
ах = 1,38 \ГаГнЫ.
Режим течения пленки конденсата на поверхности вертикальных рубок можно определить по критерию Рейнольдса
Re = ок8кРк/8к = (Чк^к/^к).
де vK — средняя скорость течения конденсата, м/с; 6К — толщина пленки конденсата, м; мк — коэффициент кинематической вязкости конденсата, м2/с.
269
Среднюю скорость течения конденсата определяют по формуле
= D2/nr.d8KpK,
где D2 — количество конденсата (количество греющего пара), стекающего по трубкам калоризатора в единицу времени, кг/с; п— количество трубок в калоризаторе; d — диаметр трубок, м.
Экспериментально установлено, что критическое значение критерия Re для пленочного течения равно 180. Следовательно, при Re <180 пленка имеет ламинарный режим течения, а при Re > > 180 —турбулентный.
При определении а2 для калоризаторов циркуляционных вакуум-выпарных аппаратов С. С. Кутателадзе предлагает следующую формулу:
(₽к — Рп\0-5 I "•> \о,35	пп
-----Щ —	-------ЧЕ------,
°	/	\ а /	грп (рн рп)
где рп — плотность вторичного пара, кг/м3; о—поверхностное натяжение, Н/м; а — коэффициент температуропроводности, м2/с; Р — абсолютное давление над поверхностью нагрева, Па.
При расчете а2 для калоризаторов пластинчатых вакуум-выпарных аппаратов известны лишь эмпирические формулы. Так, одна из них имеет следующий вид:
а2 — 2,3 • 106 р1; / q Gq ,	(31)
где рк — давление, при котором происходит кипение продукта, Па; Go — количество продукта, поступающего на пластину (плотность орошения), кг/(м • ч).
Формула (31) справедлива при q < 45000 Вт/(м2 • ч), Go == 5004-4- 800 кг/(м • ч) и = (1,24- 2,5)104 Па.
Для определения значения а2 в калоризаторах пленочных вакуум-выпарных аппаратов можно использовать следующую формулу:
0,2
а2 = 1000 (pKG0/Atn) .	(32)
Эта формула справедлива при Go = 2004- 600 кг/(м • ч); рк = = (0,14- 4) • 104 Па и при q = 46004- 26600 Вт/(м2 • ч).
Несмотря на сложность аналитических расчетов, связанных с определением коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи, в настоящее время накоплен большой практический и теоретический материал, показывающий их зависимость от полезной разницы температур, концентрации сгущаемого продукта, наличии накипи, концентрации воздуха в греющем паре и от уровня конденсата в калоризаторе.
С увеличением полезной разности температур эффективность теплообмена увеличивается. В циркуляционных вакуум-выпарных аппаратах полезная разность температур должна составлять 15—25°С. При снижении, а также в отдельных случаях и при повышении ее интенсивность циркуляции жидкости в калоризаторе падает, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи.
270
| От концентрации сгущаемого продукта зависит а2. С повышением Концентрации продукта коэффициент теплоотдачи а2 и общий коэффициент теплопередачи будут уменьшаться.
Появление накипи, или так называемого молочного камня, на внутренних стенках трубок калоризаторов резко снижает эффективность теплообмена. Поэтому при нескольких последовательно проводимых циклах сгущения без мойки и чистки аппарата с каждым циклом эффект теплопередачи уменьшается.
Коэффициент снижения теплопередачи <|>т характеризуется отношением
Фт ~ ^ср/^’о’
где йср — средний коэффициент теплопередачи за несколько циклов сгущения, Вт/(м2 • К); k0 — коэффициент теплопередачи (при чистых поверхностях калоризатора), Вт/(№ • К).
На эффективность теплообмена существенно влияет концентрация в греющем паре воздуха. При концентрации в паре всего лишь 1 —3% воздуха величина tzf падает в 2 раза и более.
При накоплении излишнего слоя конденсата в калоризаторе снижается общий коэффициент теплопередачи, поэтому необходимо обеспечивать своевременный и систематический отвод конденсата из калоризатора.
С увеличением концентрации растворенных в жидкости веществ повышается температура сгущения (кипения) продукта и возрастает температурная депрессия. Константа температурной депрессии (/<д = — 0,8-i- 1 для молока) выражается равенством
= (G о)/(^в ^в)>
где tlt tB, /р tB — температуры кипения продукта при атмосферном давлении, воды при атмосферном давлении, продукта при заданном вакууме и воды при заданном вакууме, °C.
На интенсивность процесса сгущения влияет величина поверхности нагрева калоризаторов. Ее в трубчатых калоризаторах можно определить по формуле
F = red In,
где (I — диаметр трубок калоризатора, м; / — длина трубок, м; п — количество трубок.
Поверхность нагрева пластинчатых калоризаторов определяют по формуле
F = lhnn,
где I — длина пластины, м; h — ширина пластины, м; п„ — количество теплообменных пластин.
Эффективность работы вакуум-выпарных аппаратов зависит от полноты выделения частиц сгущаемого продукта из вторичных паров, которое осуществляется в сепараторах (пароотделителях). В связи с этим паровое пространство сепаратора должно быть таким, чтобы
271
обеспечить достаточно полное отделение частиц продукта от вторичного пара. В противном случае продукт будет унесен со вторичными парами и попадать в межтрубное пространство калоризаторов или подогревателя других корпусов.
Важными показателями работы вакуум-выпарных аппаратов являются скорость витания частиц (капелек) в паровом пространстве, скорость движения пара в этом пространстве и продолжительность нахождения пара в нем. Для условий сгущения молока и молочных продуктов скорость витания нвпт (в м/с) капелек продукта определяют по формуле
СВИТ =	(Р1 — р2)^к]/3<рр2 >
где dK — диаметр капли, м; рх, р2 — плотность продукта и пара,  кг/м3; <р — коэффициент сопротивления (при Re < 500 <р = 18,5/ReO>6, при Re > 500 <р = 0,44).
Для определения критерий Re рассчитывают по формуле
Re = cndK/vn,
где оп — скорость движения пара, м/с; vn — кинематическая вязкость пара, м2/с.
Скорость витания капелек продукта в паровом пространстве должна быть больше скорости движения в нем вторичного пара. Если овит будет меньше скорости вторичного пара, то частицы продукта будут уноситься вместе с ним.
Скорость движения пара оп в паровом пространстве можно определить по формуле
оп = 4V/3600^,	Г
где V — количество пара, м3/ч; с!с — диаметр сепаратора, м.
Продолжительность пребывания т (в с) частиц пара в паровом пространстве сепаратора установки рассчитывают по формуле
т = 36001/с/В71/в п,
где 1'с —объем парового пространства сепаратора, м3; U7 — количество вторичных паров, кг/ч; Рв.п— удельный объем вторичного пара, м3/кг.
Объем парового пространства сепаратора определяют по формуле
Vc= Ve/VH,
где — объем выделяющихся паров, м3; Рн— напряженность парового пространства, м3/(м3 • ч) (У„ = 1000	1600 м3/(м3 • ч).
Диаметр сепаратора находят по уравнению.
г/с = г'4\'с/пН , где Н — высота выпарного пространства, м.
272
Высоту Я следует принимать с учетом высоты подбрасывания капель, которая обычно составляет 0,3—0,8 м, в отдельных случаях Капли поднимаются на высоту до 1,5 м.
1 Уравнение материального баланса сгущения в вакуум-аппаратах Многокорпусных вакуум-выпарных установок имеет следующий вид:
(G1 — W1 — W2-----Wn)Sn = G1S1,
Де G, — количество исходного продукта, кг; П7Х, Ц72, Wn— количество ис-гаренной влаги в I, II корпусах, кг; S„, S, — концентрация сухих веществ в |родукте, выходящем из данного корпуса, и в исходном продукте, %.
Тепловой баланс для любого вакуум-выпарного аппарата многокорпусной установки можно определить по уравнению
Dnin + (G1-Wl-Wz--------rIW) =
=	+ (Gx -	------FH) /пс„ + DniK n,
де Dn — количество греющего пара, поступающего в данный корпус, кг; гп— гнтальпия греющего пара, Дж/кг; /п-1 — температура продукта, поступающего I данный корпус, °C; «2П, г«.п— энтальпия вторичного пара, получаемого в дан-юм корпусе, и конденсата в калоризаторе данного корпуса, Дж/кг; tn — тем-юратура кипения продукта в данном корпусе, °C; cn-i> сп— теплоемкость проекта, поступающего в данный корпус и выходящего из него, Дж/(кг • К).
Конденсаторы вакуум-выпарных установок являются тепло-именными аппаратами, в которых теплота вторичных паров отдается . охлаждающему агенту, что приводит к их конденсации. В вакуум-еыпарных установках применяют конденсаторы поверхностные и конденсаторы смешения.
Устройство поверхностного конденсатора приведено на рис. 185. Тар поступает в конденсатор через патрубок 4. При движении в меж-грубном пространстве пар соприкасается с охлаждающей поверх-icTbio, в результате чего конденсируется. Конденсат по поверх-сти труб 11 стекает вниз, откуда его откачивают насосом через па-убок 2. В парах содержится воздух, который удаляется из конден-гора через патрубок 12.
Достоинствами поверхностных конденсаторов являются чистота иденсата, который можно использовать для технических нужд, и 1лый расход энергии на отвод конденсата и воздуха, а недостатком — лыиие габаритные размеры.
Конденсаторы смешения (рис. 186) подразделяют на противоточ-ie и прямоточные.
Противоточный конденсатор барометрического типа (рис. 186, а) ботает следующим образом. Вторичный пар через патрубок 2 по-упает в корпус 7 конденсатора, где смешивается с охлаждающей дой, стекающей с одной полки 6 на другую, а пар при движении ерх соприкасается со струйками воды. Смесь конденсата и охлаждающей воды попадает в барометрическую трубу. При этом уровень водяного столба зависит от разрежения в системе. Конденсат и охлаждающая вода в результате разности между давлениями в. барометрической трубе и окружающей среде протекает в бассейн 1. В проти-10—1275	273
Рис. 186. Конденсаторы смешения: а — противоточный барометрического типа; б — прямоточный с трубчатым разбрызгивателем; в — прямоточный с полками;
1— бассейн; 2—патрубок для входа вторичного пара; 3 — патрубок для входа воды; 4 — воздуховод; 5 — ловушка; 6 — полки; 7 — корпус конденсатора; 8 — возвратная труба; 9 — барометрическая труба; 10 — патрубок для выхода смеси воды и конденсата
Рис. 185. Поверхностный конденсатор:
1 — станина; 2 — патрубок для отвода конденсата; 3 — патрубок для входа смеси воздуха и конденсата из калоризатора; 4— патрубок для входа смеси вторичного пара и воздуха из сепаратора; 5 — патрубок для выхода охлаждающей воды; 6 — крышка; 7, 9 — перегородки; 8 — корпус; 10 — вакуумметр; 11 — трубы; 12— патрубок для отвода воздуха; 13 — патрубок для входа охлаждающей воды
воточных конденсаторах барометрического типа воздух из камеры смешения отсасывается специальными устройствами (суховоздушный насос, эжекторы и т. п.). Насоса для отвода смеси воды и конденсата не требуется. Конденсаторы этого типа имеют большие габаритные размеры, высота их 12 м.
В прямоточных конденсаторах (рис. 186, в) вода поступает в конденсационную камеру, предварительно пройдя через разбрызгиватели. При соприкосновении пара с большой поверхностью водяных' капель обеспечивается интенсивная конденсация. Образованная в процессе конденсации смесь конденсата и охлаждающей воды стекает вниз, к выходному патрубку 10, далее она откачивается насосом.
274
Количество холодной воды, необходимой для конденсации вторичных паров, В (в кг) вычисляют по уравнению
В = (Г(/2-/к)]/(Ск.,/кв-Снв<нв),
где W — количество вторичных паров, направляемых на конденсацию, кг; L—энтальпия вторичных паров, Дж/кг; tK в, в— конечная и начальная температура воды, °C; iK — энтальпия конденсата, Дж/кг; ск в, сн в— начальная и конечная теплоемкость воды, Дж/(кг • К).
| Для конденсаторов смешения конечная температура конденсата равна конечной температуре воды.
I Поршневые вакуум-насосы и пароструйные Аппараты применяют для отсасывания паров из вакуум-аппарата, воздуха и смеси конденсата с водой — из конденсаторов смешения, воздуха —из поверхностных конденсаторов и конденсаторов барометрического типа.
I Поршневые вакуум-насосы делят на мокро- и суховоздуш-рые.
Мокровоздушные насосы отсасывают одновременно воду и воздух, р молочной промышленности применяют мокровоздушные насосы с конденсационной камерой. В этой камере, расположенной между цилиндром и корпусом, вторичные пары конденсируются так же, как и в конденсаторах'смешения. Вода поступает по трубе и разбрызгивается специальным приспособлением.
Суховоздушный насос (рис. 187) предназначен для всасывания воздуха при вакууме и нагнетания его при атмосферном давлении. При движении поршня 2 справа налево воздух из конденсатора засасывается в правую полость цилиндра 1, а из левой полости цилиндра воздух вытесняется в атмосферу. Насос —двойного действия,
1Рис. 187. Схема одноступенчатого суховоздушного насоса двойного действия: / — цилиндр; ? —поршень; 3 — соединительный канал; 4, « — всасывающий и нагнетательный клапаны; 5 — золотниковое устройство
10'
275
т. е. нагнетание и всасывание происходят при прямом и обратном ходах поршня.
При положениях поршня в правой или левой стороне цилиндра образуются так называемые «мертвые пространства» с частично сжатым воздухом (давление равно атмосферному), который при обратном ходе поршня расширяется до давления всасывания. Это уменьшает объемный коэффициент полезного действия насоса. Для увеличения его до 0,9-—0,93 насос снабжают золотниковым устройством, которым мертвое пространство сообщается с противоположной стороной цилиндра, и воздух из мертвого пространства переходит в полость, где всасывание завершено.
Количество воздуха (бв03Д), отсасываемого за 1 ч суховоздушными насосами, зависит от вида конденсатора. Для поверхностных конденсаторов оно составляет Овозд — (0,01 4- 0,015)1^, а для конденсаторов смешения бвозД = (0,012 4- 0,02)11?.
Производительность поршневых вакуум-насосов V (в м3/с) можно определить по формуле
у = tffn pud2/4) Sn,
где <р — коэффициент подачи (гр = 0,8 —• 0,9); т — количество всасываний за один оборот шкива, d —• диаметр поршня, м; S — ход поршня, м; п — частота вращения шкива, с-1.
В вакуум-выпарных установках пароструйные аппараты выполняют двоякую функцию. Их используют как термокомпрессоры и как вакуум-насосы. В первом случае их называют инжекторами, а во втором — эжекторами. Существенных различий в устройстве и принципе действия они не имеют, инжектор предназначен для нагнетания, а эжектор —для отсасывания.
Устройство и принцип действия инжектора можно рассмотреть на рис. 188. Острый пар в сопле 3 адиабатически расширяется. Из сопла пар выходит со скоростью, превышающей скорость звука. Движущаяся с такой скоростью струя пара характеризуется большим поверхностным трением, поэтому она увлекает за собой вторичные пары или воздух, что обусловливает всасывание вторичного пара или воздуха в камеру 4.
В камере смешения 2 острый пар перемешивается со вторичным. Скорость движения резко снижается, и смесь поступает в диффузор / (камеру сжатия), где давление смеси повышается. Сжатая смесь направляется в нагнетательный трубопровод.
В вакуум-выпарных установках, применяемых в молочной промышленности, широко используют одно и двухступенчатые эжекторы. Устройство и принцип действия одноступенчатых эжекторов аналогичны инжектору. Двухступенчатые эжекторы бывают двух типов — без промежуточного конденсатора и с ним (рис. 189).
Эжектор без промежуточного конденсатора (рис. 189, а) работает следующим образом. Отсасываемый из конденсатора воздух захватывается острым паром, выходящим из сопла 2, и вместе с ним посту-, пает в диффузор 4, из которого сжатая смесь поступает в камеру всасывания эжектора второй ступени. Смесь увлекается острым паром;
276
Рис. 189. Двухступенчатые эжекторы:
а — без промежуточного конденсатора: 1 — паровой вентиль; 2 — сопло; 3 — камера всасывания; 4 — диффузор (камера сжатия); 5 — эжектор первой ступени; 6 — эжектор второй ступени; б — с промежуточным конденсатором смешения: 1 — эжектор первой ступени; 2 — конденсатор смешения; 3 — эжектор второй ступени; 4— вакуумметру 5—манометр; 6 — спускная труба; в — с промежуточным поверхностным конденсатором: 1 — патрубок для входа воды; 2 — эжектор второй ступени; 3 — патрубок для выхода воды; 4 — поверхностный конденсатор; 5 — эжектор первой ступени
ис. 188. Инжектор:
1 - диффузор (камера сжатия); 2 — камера смешения; 3 — сопло; 4 — камера всасывания; h - патрубок для входа острого пара; 6 — патрубок для входа вторичного пара.
и вместе с ним направляется в диффузор второго эжектора, откуда отводится в теплообменник или атмосферу.
Работа двухступенчатых эжекторов с промежуточными конденсаторами (рис. 189, б, в) отличается от ранее рассмотренного тем, что паровоздушная смесь эжектора первой ступени передается в промежуточный конденсатор, где пар конденсируется, а воздух отсасывается эжектором второй ступени.
Эффективность работы пароструйных аппаратов (инжекторов и жекторов) определяется коэффициентом инжекции И, показывающим, какое количество вторичного пара или воздуха засасывается |а каждый килограмм острого пара
И = DB/D0,
Дс DB, Do — количество вторичного пара (воздуха), острого пара, кг.
К вспомогательным устройствам относят брызгоуловители (логики), пробоотборники и конденсатоотводчики.
277
3 b 5
Рис. 190. Конденсатоотводчики:
а — с цилиндрическим поплавком: 1 — патрубок с клапаном для входа конденсата; 2 — патрубок с клапаном для соединения с паровым пространством калоризатора; 3 — рычаг; 4 — пружина; 5 — патрубок с клапаном для впуска острого пара; 6 — поплавок; 7 — корпус;
8 — клапан для отвода конденсата;
б — с шаровым поплавком: 1 патрубок для выхода конденсата; 2 — патрубок для входа конденсата; 3 — поплавок; 4 — корпус; 5 — рычаг для подъема поплавка; 6 — клапан для отвода конденсата;
в ~ подпорная (дроссельная) шайба: 1 — труба; 2 — фланцы; 3 — соединительные болты;
4 — шзйба
Брызгоуловители (ловушки) устанавливают, чтобы предотвратить унос частичек продукта со вторичными парами. Работа брызгоуловителей основана на многоступенчатом изменении направления движения. При этом капельки продукта, как более тяжелые, оседают на поверхностях и через специальный патрубок попадают в аппарат. Ловушки должны быть доступными для мойки.
Пробоотборники предназначены для отбора проб, чтобы определить готовность сгущаемого продукта.
Конденсатоотводчики предназначены для отвода конденсата из калоризаторов, в которых может быть пониженное или повышенное по сравнению с атмосферным давление.
Конденсатоотводчики, применяемые в вакуум-выпарных установках, можно подразделить на три основных типа: с цилиндрическим и шарообразным поплавком, а также подпорные шайбы.
Принцип работы конденсатоотводчика с цилиндрическим поплавком (рис. 190, а) заключается в следующем. Патрубок 2 сообщается , с трубопроводом, соединенным с верхней частью калоризатора. Это обеспечивает создание в конденсатоотводчике такого же давления, как и в межтрубном пространстве калоризатора. Патрубок 1 соединяется с нижней частью калоризатора. Конденсат, самотеком напол- , няя конденсатоотводчик, поднимает поплавок 6. Под действием столба жидкости клапан 8 закрывается. Поплавок, поднимаясь до определен- , ного уровня, рычагом 3, шарнирно соединенным с ним, закрывает ,
278
клапан на патрубке 2, соединяющем конденсатоотводчик с межтруб-ным пространством калоризатора. Одновременно открывается клапан на патрубке 5 для впуска острого пара. Острый пар выталкивает конденсат через клапан 8. Клапан для впуска в это время закрыт. Поплавок, опустившись, рычагом перекрывает клапан острого пара и открывает клапан на входе вторичного пара. Цикл работы повторяется. Плавучесть поплавка в зависимости от требуемых условий работы регулируют добавлением или убавлением песка, для чего на поплавке имеется специальная пробка.
Этот конденсатоотводчик устанавливают в установках, в калоризаторах которых давление греющего пара меньше атмосферного.
На рис. 190, б приведена схема конденсатоотводчика с шаровым поплавком, используемым для отвода конденсата из калоризаторов, работающих при избыточном давлении греющего пара. Конденсат попадает в конденсатоотводчик через патрубок 2. По мере наполнения конденсатоотводчика поплавок 3, приподнимаясь, открывает клапан 6, через который конденсат выходит наружу. В процессе работы устанавливается равновесие и конденсат вытекает из конденсатоотводчика непрерывно.
Для нормальной работы конденсатоотводчиков с шаровым поплавком необходимо систематически рычагом 5 поднимать поплавок на величину максимального открытия клапана. Этим достигается прочистка конденсатоотводчика и клапана 6.
Работа подпорной шайбы (рис. 190, в) заключается в том, что при определенной разности давлений через ее отверстие может пройти в 35—45 раз больше конденсата, чем пара. Подпорная шайба представляет собой стальной диск толщиной 5—6 мм с отверстием в центре.
£ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ САХАРНОГО СИРОПА
J На молочноконсервных заводах для приготовления сахарного сиропа создают сироповарочные станции периодического и непрерывного действия (рис. 191).
В состав станции периодического действия (рис. 191, а) входят сироповарочный котел 3, насос 6, фильтр 1 и трубопровод 2 для молока. Приготовленный в котле 3 сироп насосом 6 подается на фильтр /, а затем поступает в вакуум-выпарную установку.
В станции непрерывного действия (рис. 191, б) производительностью 2000 кг/ч для дозирования сахара установлены автоматические весы. Прежде чем поступить в растворитель 8, сахарный песок проходит через просеиватель 1. Воду дозируют и подогревают в подогре