На нашем интернет портале море информации по пищевой
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
» » Пароконтактные установки для стерилизации молока в потоке (Часть II)

Пароконтактные установки для стерилизации молока в потоке (Часть II)

Количество тепла, поступающее в пароконтактный нагреватель, определяют по следующей формуле:

Тепло, уносимое из вакуумного охладителя вместе со вторичным паром и стерилизованным охлажденным молоком, равно

Условие, которое необходимо соблюдать при стерилизации молока на пароконтактных установках, - это равенство концентраций сухих веществ молока до стерилизации и после нее. Это значит, что из молока следует удалить такое количество влаги, которое было введено в него в виде конденсата при нагревании, т. е.

Действительно, величина удельной теплоемкости молока, разбавленного небольшим количеством конденсата, незначительно отличается от величины удельной теплоемкости неразбавленного молока. Подобное допущение не противоречит физическому смыслу процесса, а те неточности, которые могут появиться в расчетах, настолько незначительны, что ими можно пренебречь.

Из формул выше  следует:

Полученное выражение является теоретической разностью между температурой молока перед нагревателем и температурой молока после охлаждения. В действительности на величину этой разности влияют, помимо всего прочего, потери тепла в окружающую среду, которые в вышеприведенном выводе не учитывались, а также содержание влаги в греющем паре.

Расчет и аналитическое выражение разности температур положены в основу системы автоматического контроля и регулирования равенства концентраций сухих веществ в молоке до стерилизации и после нее.

Если установить температуру кипения молока в вакуум-камере t3и вакуум, обеспечивающий постоянство этой температуры в процессе работы установки, то на входе молока в пароконтактный нагреватель температура его должна быть t1 = t3+?t.

Автоматически это условие может быть обеспечено включением в схему регулятора соотношения. Регулятор соединяется с двумя термочувствительными элементами, один из которых должен быть установлен на входе молока в пароконтактный нагреватель, а другой - на выходе молока из вакуум-камеры. На задатчике устанавливают значение ?t. В случае несоответствия сигналов, поступающих от термодатчиков, появившийся сигнал рассогласования преобразуется в рабочий импульс и подается к мембранному клапану. Клапан регулирует подачу пара во вторую секцию предварительного нагрева, и в результате изменения температуры t1 восстанавливается заданное значение ?t.

Одним из существенных недостатков схемы автоматического контроля и регулирования установки ВТИС является то, что ?t автоматически не регулируется.

При работе установки ВТИС (см. рис. 2) оператор должен следить за величиной t1 по термографу 22 и в случае изменений регулировать температуру молока после второй секции предварительного нагрева или величину вакуума.

Исполнительные механизмы системы автоматического контроля работают благодаря вакууму, создаваемому водоструйными вакуум-насосами V.

Для нормальной работы установки необходимо, чтобы давление греющего пара, подаваемого к пароконтактному нагревателю, было постоянным.

В установке предусмотрен регулятор давления пара. Он состоит из двух прессостатов 16 и пневмоклапана с мембранным приводом 10. Регулятор давления пара выравнивает колебания, возникающие при неравномерной подаче пара из котельной.

Установка имеет программное устройство, представляющее собой командный электропневматический прибор 23, который осуществляет последовательность и продолжительность включения оборудования.

Полный цикл работы установки состоит из стерилизации установки, стерилизации молока и мойки установки.

В настоящее время фирма «Альфа-Лаваль» выпускает новую модель пароконтактной установки ВТИС-Ц. В отличие от рассмотренной установка ВТИС-Ц состоит из четырех отдельных узлов: центрального; узла ПТО (пластинчатый теплообменник); узла гомогенизатора; узла БМ (безразборной мойки). При монтаже все узлы легко соединяются трубопроводами.

Центральный узел представляет собой горизонтальную прямоугольную раму, на которой монтируются пароконтактные нагреватели для молока и воды, пластинчатый теплообменник P13-VB для охлаждения молока, 'возвращаемого на повторную стерилизацию, насос высокого давления, центробежный асептический насос, вакуум-насос, вакуум-камера с конденсатором, приборная панель и соответствующая арматура.

Узел ПТО представляет собой пластинчатый теплообменник типа P14-RB. Он предназначен для предварительного подогрева молока горячей водой и окончательного охлаждения стерилизованного молока при строгом соблюдении асептических условий. Для этого входной и выходной патрубки снабжены специальными асептическими барьерами.

Узел гомогенизатора представляет собой трехплунжерный гомогенизатор с асептическим уплотнением плунжеров. Гомогенизирующая головка - двухступенчатая.

Узел безразборной мойки состоит из двух бачков, в которых приготовляют кислотный и щелочной растворы.

Фирма «Альфа-Лаваль» выпускает три основные модели установки: ВТИС-Ц4; ВТИС-Ц8 и ВТИС-Ц12 производительностью 4000, 8000 и 12 000 л/ч соответственно. Установки промежуточных производительностей 2000, 6000, 10 ООО л/ч могут быть скомпонованы путем перестройки основных моделей.

Кроме того, для проведения научных исследований выпускается установка производительностью 115 л/ч, снабженная нагревателями пароконтактного и поверхностного типа.

Принципиальная схема установки ВТИС-Ц4 представлена на рис. 6. Из уравнительного бака I молоко центробежным насосом II подается в секцию предварительного нагрева V пластинчатого теплообменника, где оно нагревается горячей водой до 75° С. Вода поступает из конденсатора вакуум-камеры X, где она использовалась как охлаждающая. Температура ее на выходе равна 70° С.

Далее вода нагревается паром в пароконтактном нагревателе для воды VI до 78-80° С. Подогретое молоко насосом высокого давления VII нагнетается в пароконтактный нагреватель для молока VIII, и температура его становится равной 140° С. При этой температуре молоко выдерживается 3-5 с в трубопроводе, проложенном от пароконтактного нагревателя до подпорной шайбы, которая находится между возвратным, клапаном и вакуум-камерой.

Пройдя возвратный клапан XI, молоко поступает в вакуум- камеру X, где происходит частичное удаление из него воды, а также охлаждение до 76° С. Из вакуум-камеры асептический центробежный насос XII подает молоко к асептическому гомогенизатору XV, и далее молоко охлаждается до температуры 20° С в секции охлаждения IV пластинчатого охладителя IX.

Недостерилизованное молоко возвращается в уравнительный бак через пластинчатый охладитель IX для возвратного молока. Установка снабжена системой автоматического контроля и регулирования процесса стерилизации, которая обеспечивает регулирование температуры стерилизации, температуры предварительного нагрева молока, величины вакуума, а также возврат недостерилизованного молока.

Регулирование температуры стерилизации осуществляется регулятором температуры 11, датчик которого 11а (термобаллон) установлен в потоке молока, выходящем из пароконтактного нагревателя VIII. Сигнал от датчика сравнивается со значением температуры стерилизации, установленным на за- датчике, встроенном в регулятор. В случае несоответствия текущего и заданного значения температур появляется сигнал рассогласования, который после преобразования в регуляторе поступает к мембранному исполнительному механизму регулирующего клапана 116, установленному на линии подачи пара в пароконтактный нагреватель VIII. Изменением количества подаваемого в нагреватель пара регулируется температура стерилизации, которая регистрируется термографом 12. Если температура стерилизации ниже заданного значения, то позиционный регулятор температуры 15 получает сигнал от датчика 15а. Сигнал преобразуется в электропневматическом преобразователе 16 и подается к исполнительному механизму возвратного клапана XI. Возвратный клапан срабатывает и направляет поток молока на повторную стерилизацию.

Рис. 6. Схема установки ВТИС-Ц4

Рис. 6. Схема установки ВТИС-Ц4:

I- уравнительный бак; II- центробежный насос; III- трехходовой пневмоклапан с мембранным приводом; IV - секция охлаждения; V - секция предварительного нагрева; VI- пароконтактный нагреватель для воды; VII - насос высокого давления; VIII - пароконтактный нагреватель для молока; IX - пластинчатый охладатель; X - вакуум-камера; XI- возвратный клапан; XII - асептический центробежный насос; XIII - вакуум-насос; XIV - насос для откачки конденсата; XV - асептический гомогенизатор; 1 - поплавковый регулятор уровня; 2 - двухходовой пневмоклапан с поршневым приводом; 3 - трехходовой пневмоклапан с поршневым приводом; 4 - запорный клапан; 5 - вентиль; 6 - дренажный клапан- 7 - циклон; 8 -фильтр; 9 - показывающие манометры; 9а - места установки показывающих манометров; 10 - регулятор вакуума; 10а - датчик регулятора; 10б- регулирующий клапан с мембранным приводом; 11 -регулятор температуры стерилизации; 11а - датчик регулятора; 11б - регулирующий клапан с мембранным приводом; 12 - термограф температуры стерилизации; 12а - датчик термографа; 13 -регулятор температуры предварительного подогрева; 13а - датчик регулятора; 13б - регулирующий клапан с мембранным приводом; 14 - термограф разности температур; 14а - датчики термографа; 15 - позиционный регулятор температуры; 15а -датчик регулятора; 16 - электропневматический преобразователь; 17 - переключатель; 18 - переключатели программного устройства; 19 - программное устройство; 20-переключатель звукового сигнала; 21 - электропневматический преобразователь.

 

Равенство концентраций сухих веществ в исходном и стерилизованном молоке система автоматического регулирования обеспечивает следующим образом. С помощью регулятора вакуума 10в в вакуум-камере устанавливается определенная величина вакуума, которой соответствует определенная температура кипения молока. Датчик регулятора вакуума установлен перед вакуум-насосом XIII. Сигнал от датчика поступает в регулятор и в преобразованном виде к исполнительному механизму регулирующего клапана 106. Установленная величина вакуума и температуры кипения сохраняются благодаря подсосу воздуха из атмосферы. Между температурой кипения в вакуум-камере и температурой молока после предварительного подогрева должна сохраняться определенная разница ?t, при которой обеспечивается равенство сухих веществ в исходном и стерилизованном молоке. Эта разница регистрируется термографом 14, датчики 14а которого установлены в потоке молока после секции предварительного нагрева и вакуум-камеры. Регулирование ?t осуществляется путем  регулирования температуры молока перед пароконтактный нагревателем VIII.

На задатчике, который встроен в регулятор 13, устанавливают значение температуры, которую должно иметь молоко перед пароконтактный нагревателем с учетом необходимой величины ?t. От датчика 13а в регулятор поступает сигнал, который сравнивается с установленным значением. В случае несоответствия возникает сигнал рассогласования, поступающий после преобразования к мембранному исполнительному механизму регулирующего клапана 13б. В результате изменяются количество пара, подаваемого в пароконтактный нагреватель VI и, следовательно, температура горячей воды, поступающей в секцию предварительного нагрева. Установка имеет два регулятора уровня 1, один из которых предназначен для регулирования уровня в уравнительном баке I, что обеспечивает стабильность работы центробежного насоса II. Другой установлен после вакуум-камеры. Он обеспечивает стабильность работы центробежного насоса XII. Когда уровень молока перед насосом понижается, начинается замкнутая циркуляция стерилизованного молока, в результате которой устраняется нежелательный подсос воздуха и газов из вакуум-камеры.

Как и в схеме управления установкой ВТИС, в рассмотренной схеме разность между температурой молока после вакуум- камеры и температурой молока перед пароконтактным нагревателем автоматически не регулируется. Это является ее большим недостатком.

Автоматическая система снабжена программным устронством 19, обеспечивающим последовательность и продолжительность операций стерилизации установки, стерилизации молока и мойки установки.

В рабочем цикле установки при интенсивном образовании осадка на поверхностях теплообменников и, следовательно, нарушении температурного режима предусматривается промежуточная мойка установки.

Основные конструктивные изменения установки ВТИС-Ц по сравнению с установкой ВТИС относятся к пароконтактному нагревателю для молока, конструкция которого описана в следующей главе.

Фирма «Альфа-Лаваль» выпускает установки: ВТИС-Ц4 производительностью 4000 л/ч; ВТИС-Ц8- 8000 л/ч; ВТИС-Ц12 - 12 000 л/ч. Установки расходуют соответственно: пара при Р=600 кПа - 600, 1200, 1800 кг/ч; воды при Р = 300 кПа и t= 10° С - 5000, 9500, 14 000 л/ч; воздуха при Р=600-Ь Н-800 кПа - 3000 л/ч. Установленная мощность (без гомогенизатора): 9,5; 10; 10,2 кВт. Масса: 3940; 6050; 8060 кг соответственно.

Установка ВТИС-Ц4 эксплуатируется на молочном заводе в г. Киеве.

К типу пароконтактных установок относится также установка «Уперизатор» фирмы APV (Англия).

Сырое молоко из уравнительного бака I (рис. 7) центробежным насосом II подается в трубчатые теплообменники, где оно нагревается до 78° С. В первой секции предварительного подогрева III молоко нагревается вторичным паром, поступающим из вакуум-камеры, до 60° С. Эта секция является регенеративной. Во вторую секцию предварительного нагрева IV поступает пар из котельной при давлении 300-400 кПа. Насос высокого давления V подает молоко в пароконтактный нагреватель VI типа «пар в молоко», где оно, смешиваясь с паром, нагревается до температуры стерилизации (150° С). При этой температуре молоко выдерживается 2 с в выдерживателе VII.

Из молока в вакуум-камере VIII удаляется вся вода, попавшая в него в виде конденсата в процессе нагревания. При этом температура его понижается до 80° С. Стерилизованное молоко откачивается из вакуум-камеры асептическим насосом IX и гомогенизируется в асептическом гомогенизаторе X при давлении 3*104-3,5*104 кПа. Окончательно (до 15° С) молоко охлаждается в асептическом охладителе трубчатого типа XI. Затем молоко направляют в асептический резервуар и на фасовку, производящуюся в асептических условиях.

Вакуум в камере устанавливают и поддерживают с помощью конденсатора смешения XIII и вакуум-насоса XIV. Смесь охлаждающей воды и конденсата откачивается насосом XV.

Температуру стерилизации регулируют электронно-пневматическим регулятором 7, в который поступает сигнал от датчика 7а (термометр сопротивления), установленного после выхода молока из пароконтактного нагревателя.

Рис. 7. Схема установки «Уперизатор»

:

I- уравнительный бак; II- центробежный насос; III- первая секция предварительного нагрева; IV- вторая секция предварительного нагрева; V -насос высокого давления: VI - пароконтактный нагреватель типа «пар в молоко»; VII - выдерживатель; VIII - вакуум-камера; IX - асептический насос; X - асептический гомогенизатор; XI - асептический охладитель; XII - возвратный клапан; XIII - конденсатор смешения;

XIV - вакуум-насос; XV - насос для откачки смеси воды и конденсата; 1 - поплавковый регулятор уровня; 2 - вентили с ручным приводом; 3 - регулятор давления пара; 4 - показывающие манометры; 4а - места установки показывающих манометров; 5 - манометрические термометры; 5а датчики манометрических термометров; 6 - регулятор соотношения; 6а, 6б - датчики регулятора; 6в - задатчик; 6г - регулирующий пневмоклапан с мембранным приводом; 7 -регулятор температуры стерилизации; 7а - датчик регулятора; 7б - задатчик; 7в - регулирующий пневмоклапан с мембранным приводом; 7г - мембранный привод возвратного клапана; 8 - регулятор уровня; 8а - датчик регулятора; 8б - задатчик; 8в - регулирующий клапан; 9 - программное устройство; 10 - реле времени; ЛС - сигнальная лампочка.

 

Сигнал сравнивается со значением температуры, установленным на задатчике 7б. Если температура молока после нагревателя оказалась меньше установленного значения, то появляющийся сигнал рассогласования, преобразованный и усиленный, посылается к мембранному исполнительному механизму пневмоклапана 7в, который регулирует подачу пара.

При понижении температуры стерилизации до 146° С возникает предупредительный светозвуковой сигнал. Если температура понизится до 142° С, то прекращается подача сырого молока в установку, происходит его замена водой и закрывается возвратный клапан XII, через который молоко поступает к фасовочным автоматам. Дальнейшая эксплуатация установки возможна только после ее мойки и стерилизации.

Автоматическое регулирование концентрации стерилизованного молока по содержанию сухих веществ производится электронно-пневматическим регулятором соотношения 6.

В установке «Уперизатор» регулирование равенства величин концентрации сухих веществ до пароконтактного нагрева и после производится путем регулирования заданного значения перепада температур молока, поступающего в пароконтактный нагреватель и выходящего из вакуумного охладителя. Рассчитанное и установленное значение ?t, равное 2° С, обеспечивает удаление из стерилизованного молока такого количества влаги, которое добавляется к нему при пароконтактном нагреве. Преимущество схемы установки «Уперизатор» заключается в том, что ?t регулируется автоматически с помощью регулятора соотношения.

Один из датчиков 6а (термометр сопротивления) установлен перед входом молока в пароконтактный нагреватель, другой датчик 6б (термометр сопротивления)  на выходе вторичного пара из вакуум-камеры.

При рассогласовании сигналов датчиков и значения ?t, установленного на задатчике 6в, подается сигнал, который преобразуется, усиливается и поступает на пневмоклапан 6г. Клапан, регулируя отбор вторичного пара из вакуум-камеры, тем самым изменяет величину вакуума. В зависимости от этого изменяется температура кипения молока в вакуум-камере и, следовательно, на выходе из нее.

Стабильность работы установки зависит от обеспечения постоянного расхода молока. Для этого в вакуум-камере установки автоматически регулируется уровень молока . Датчик 8а регулятора уровня 8 устанавливают в нижней части вакуум-камеры VIII и соединяют с клапаном 8в, расположенным на трубопроводе перед пароконтактный нагревателем. Клапан регулирует подачу молока в зависимости от его уровня в вакуум-камере и в соответствии со значением, установленным на задатчике 8б.

Управление работой установки осуществляется программным электропневматическим устройством 9.

Рис. 8. Принципиальная схема установки для стерилизации молока в потоке с пароконтактный нагревателем типа «молоко в пар»

Рис. 8. Принципиальная схема установки для стерилизации молока в потоке с пароконтактный нагревателем типа «молоко в пар»: 1 - уравнительный бак; 2 - регулятор температуры стерилизации; 3 - пароконтактный нагреватель; 4- вакуум-камера; 5 - охладитель; 6 - асептический гомогенизатор; 7 - асептический центробежный насос; 8 - насос высокого давления; 9- регулятор соотношения; 10 - второй подогреватель; 11 - первый подогреватель; 12 - центробежный насос для конденсата; 13 - центробежный насос для молока.

 

Установки «Уперизатор» изготовляют следующей производительности: 900-4000 л/ч (тип 4000); 1200-6000 л/ч (тип 6000); 2000-8000 л/ч (тип 8000).

При выработке 1000 кг продукта на установке «Уперизатор» типа 8000 потребляется 150 кг пара при давлении 103 кПа и 30 кг при давлении 4-Ю2 кПа. Количество потребляемого пара увеличивается на 30% в первый момент начала работы установки, а также при ее стерилизации.

Расход электроэнергии зависит от производительности установки и составляет 14 кВт без гомогенизатора и 20-75 кВт с гомогенизатором. Расход сжатого воздуха - 6 м3/ч при давлении 4-102 кПа. Расход охлаждающей воды на конденсаторе и на работу вакуум-насосов- 1200 л при t=20° С на 1000 л молока.

В промышленности распространены пароконтактные стерилизационные установки, в которых нагревание молока до температуры стерилизации производится путем впрыскивания его через форсунки в атмосферу пара.

Принципиальная схема стерилизационной установки с пароконтактным нагревателем типа «молоко в пар» представлена на рис. 8.

Молоко из уравнительного бака 1 центробежным насосом 13 нагнетается в первый подогреватель 11 и далее во второй подогреватель 10. В первом подогревателе нагревание осуществляется вторичным паром и паром, поступающим из второго подогревателя, в который он подается из котельной. Стерилизация молока осуществляется в пароконтактном нагревателе 3, куда оно подается насосом высокого давления 8.

Пароконтактный нагреватель представляет собой вертикальную цилиндрическую камеру, в которой молоко разбрызгивается в атмосфере греющего пара. Стерилизованное молоко, разбавленное конденсатом, поступает в вакуум-камеру 4. Здесь оно охлаждается и из него удаляется избыток влаги. Из вакуум-камеры молоко откачивается асептическим насосом 7 и подается к асептическому гомогенизатору 6. После гомогенизации стерилизованное молоко окончательно охлаждается в охладителе 5.

В пароконтактных установках молоко неизбежно разбавляется конденсатом. Для сохранения одинаковой концентрации сухих веществ в исходном и стерилизованном молоке установки снабжены автоматическими регуляторами соотношения 11 (см. рис. 1) и 9 (см. рис. 8).

  • Похожие материалы