Пароконтактные установки для стерилизации молока в потоке (Часть III)

Пароконтактная установка «Паларизатор» фирмы «Пааш и Силькеборг» (Дания) изготовлена на основе трубчатых теплообменников змеевикового типа. Она снабжена пароконтактный нагревателем типа «молоко в пар».

Схема установки приведена на рис. 9. Сырое молоко поступает в уравнительный бак I, в котором установлен поплавковый регулятор уровня 1. С помощью центробежного насоса II молоко из бака подается в подогреватель-конденсатор VII, являющийся регенератором. Здесь оно нагревается вторичным паром до 65° С, а в предварительном подогревателе XII - паром низкого давления до 75° С.

Молоко температурой 75° С насосом высокого давления IX подается в пароконтактный нагреватель III, где температура его повышается до 145° С. Несколько секунд молоко выдерживается в выдерживателе IV и поступает в вакуум-камеру V, где из него удаляется та влага, которая была внесена в виде конденсата. Молоко при этом охлаждается до 77° С.

Из вакуум-камеры молоко насосом VI подается в асептический гомогенизатор X, где гомогенизируется при давлении (3,0-3,5) • 10⁴кПа. Стерилизованное, гомогенизированное молоко охлаждается до 20-25° С водой и охлажденной водой в двухсекционном охладителе XIII. Далее молоко направляется в асептический резервуар и к разливочным автоматам.

Автоматическое регулирование температуры стерилизации осуществляется следующим образом.

В пароконтактном нагревателе, который представляет собой вертикальную цилиндрическую камеру, установлен датчик За, сигнал которого подается в сравнивающее устройство регулятора 3. При сравнении сигнала и установленного значения на задатчике в случае расхождений появляется сигнал рассогласования. Этот сигнал преобразуется в пневматический импульс, который поступает к регулирующему пневмоклапану 36, установленному на линии подачи пара в нагреватель.

:

I- уравнительный бак; II - центробежный насос; III - пароконтактный нагреватель типа «молоко в пар»; IV - выдерживатель; V - вакуум-камера; VI - асептический насос; VII- нагреватель-конденсатор; VIII - насос для откачивания воды и конденсата; IX - насос высокого давления; X - асептический гомогенизатор; XI - насос для откачивания воздуха и газов; XII - секция предварительного нагрева; XIII - двухсекционный охладитель; XIV, XV - возвратные клапаны; 1 - поплавковый регулятор уровня; 2 - регулятор температуры подогрева; 2а - датчик регулятора; 2б - регулирующий пневмоклапан с мембранным приводом; 3 - регулятор давления; За - датчик регулятора; 3б - регулирующий пневмоклапан с мембранным приводом; 4 - термограф разности температур; 4а, 4б - датчики термографа; 5 - регулятор вакуума; 5а - датчик регулятора; 56 - регулирующий пневмоклапан с мембранным приводом; 6 - термограф температуры стерилизации; 6а - датчик термографа; 6, - трех- позиционное контактное устройство; 7,8 - регуляторы уровня; 7а, 8а - датчики регуляторов; 7б, 8б - регулирующие пневмоклапаны с мембранным приводом; 9- программное устройство; 10 - показывающие манометры; 10а - места установки манометров; 11- манометрические термометры; 11а - датчики манометрических термометров.

Клапан регулирует подачу пара, изменяя, таким образом, давление в нагревателе и температуру греющего пара.

На выходе из нагревателя устанавливают датчик температуры 6а, соединенный с термографом 6. Прибор снабжен трехпозиционным контактным устройством 66. Когда температура молока оказывается на 3° С ниже заданной, загорается сигнальная лампа. При падении температуры на 5° С ниже температуры стерилизации возникает звуковой сигнал, останавливаются асептический насос (установленный после вакуум-камеры), гомогенизатор X и возвратный клапан XIV отключает установку от фасовочных автоматов. После этого производится ее переключение на мойку и стерилизацию.

Установка снабжена вторым возвратным клапаном XV после выхода молока из секции предварительного нагрева XII. Этот клапан возвращает молоко в уравнительный бак, если его температура на выходе из нагревателя будет ниже установленной (75° С).

На выходе молока из этой секции установлен датчик (термобаллон) 2а, соединенный с регулятором температуры 2. Сигнал, поступающий от датчика, преобразуется в рабочий импульс в случае несоответствия заданному значению температуры. Рабочий импульс (пневматический) направляется к регулирующему пневмоклапану 2б, который изменяет поступление пара низкого давления в секцию предварительного нагрева. Одновременно с этим, если температура становится ниже 75° С, по сигналу от регулятора срабатывает возвратный клапан. Сброс молока чаще всего бывает в пусковой период установки.

Система автоматического регулирования равенства концентраций сухих веществ в исходном и стерилизованном молоке основана на соблюдении условий ?t - const. Для этого установка снабжена термографом 4, который сигнализирует и регистрирует ?t. Датчики термографа 4а, 46 установлены перед входом молока в пароконтактный нагреватель III и после вакуум-камеры V. Они соединены с термографом, который воспринимает и преобразует их сигналы. Температура молока на выходе из вакуум-камеры регулируется путем изменения величины вакуума в камере.

Датчик 5а реагирует на изменения давления. Он соединен с регулятором вакуума 5. На задатчике устанавливают значение величины требуемого вакуума. При несовпадении значений сигнала с установленной величиной возникают сигнал рассогласования и рабочий импульс, которые изменяют расход воды на конденсаторе с помощью пневмоклапана с мембранным приводом 5б.

В вакуум-камере V уровень молока регулируется регулятором 8, датчик 8а которого установлен в нижней части камеры. Регулирующий пневмоклапан с мембранным приводом 8б установлен на линии входа молока в пароконтактный нагреватель III.

Установку моют и стерилизуют по программе, задаваемой на программном устройстве 9. Клапаны, управляющие потоками воды и моющих растворов, имеют пневматический поршневой привод.

Рис. 10. Схема установки «Лагилляр»:

1 - уравнительный бак; II - насос высокого давления; III - первая секция предварительного нагрева; IV - вторая секция предварительного нагрева; V - пароконтактный нагреватель; VI - вакуум-камера; VII - асептический насос; VIII, IX - охладители; X - вакуум-насос; 1 - поплавковый регулятор уровня; 2 - регулятор температуры стерилизации; 2а - датчик регулятора; 2б - задатчик; 2в - регулирующий пневмоклапан с мембранным приводом; 3 - регулятор разности температур; За, 3б - датчики регулятора; Зв - задатчик; Зг - регулирующий пневмоклапан с мембранным приводом; 4- показывающие манометры; 4а - места установки манометров; 5 - манометрический термометр; 5а - датчик манометрического термометра.

Фирма «Пааш и Силькеборг» выпускает установки производительностью 2000, 4000, 6000 и 8000 л/ч.

Потребление пара, охлаждающей воды, электроэнергии при работе установки зависит от ее производительности и составляет: пара 330, 660, 990 и 1320 кг/ч, охлаждающей воды (t= 10-15°С; давление 300 кПа) при охлаждении молока до 25° С (на конденсаторе и охладителях)-10 000, 17 000, 25 000 и 33 000 л/ч; охлаждающей воды (t=20ч-30°С) на конденсаторе и первом охладителе- 10 000, 16 000, 23 500 и 30 500 л/ч, на втором охладителе (t=1°С) -4000, 8000, 12 000 и 16 000 л/ч; электроэнергии 22. 30, 37, 45 кВт (установки без гомогенизатора) и 37, 60, 74, 100 кВт (установка с гомогенизатором).

Установка «Лагилляр» фирмы «Лагилляр» (Франция) сконструирована на основе трубчатых теплообменников для предварительного нагревания и охлаждения молока (рис. 10). Она имеет пароконтактный нагреватель типа «молоко в пар».

Сырое молоко из уравнительного бака I, снабженного поплавковым регулятором уровня 1, насосом высокого давления II подается в первую секцию предварительного нагрева III, которая  является регенератором тепла. В первой секции предварительного нагрева молоко нагревается вторичным паром до 60° С и до 75° С паром, частично отобранным из пароконтактного нагревателя V, во второй секции предварительного нагрева IV. Вторая секция предварительного нагрева соединяется с первой секцией трубопроводами, по которым из второй секции в первую переходят конденсат и несконденсированные газы. Тепло конденсата используется для предварительного нагрева молока в первой секции. Конденсат и газы из первой секции откачиваются вакуум-насосом X. Молоко поступает в пароконтактный нагреватель V и распыливается в атмосфере греющего пара, нагреваясь до 140° С. В вакуум-камеру VI стерилизованное молоко подается благодаря перепаду давлений, устанавливающемуся между нагревателем и вакуум-камерой. В вакуум-камере молоко охлаждается до 77° С и из него удаляется влага. Охлажденное стерилизованное молоко асептическим насосом VII подается в охладители VIII, IX, где охлаждается до 5° С водопроводной и ледяной водой.

Система автоматического контроля и регулирования установки обеспечивает регулирование температуры стерилизации и равенства концентраций сухих веществ в молоке до стерилизации и после стерилизации. Датчик регулятора температуры стерилизации (термобаллон) 2а установлен на паропроводе, который отводит пар из пароконтактного нагревателя ко второй секции предварительного нагрева. Предположительное условие такой установки термодатчика заключается в том, что температура пара в пароконтактном нагревателе и температура стерилизованного молока считаются практически одинаковыми. Датчик температуры связан с регулятором температуры 2, который имеет задатчик 2б для установления заданного значения температуры стерилизации, с которым сравнивается сигнал, поступающий от термодатчика.

При несоответствии сигнала и значения температуры на задатчике возникает сигнал рассогласования, который в преобразованном и усиленном виде посылается к пневмоклапану 2в. Клапан регулирует подачу пара в пароконтактный нагреватель.

Обеспечение сохранения равенства концентраций сухих веществ в исходном и стерилизованном молоке осуществляется регулированием разности температур молока перед пароконтактный нагревателем и после вакуум-камеры.

Эта разность температур поддерживается автоматически с помощью регулятора разности температур 3. На выходе молока из вакуум-камеры установлен датчик регулятора За, на выходе молока из второй секции предварительного нагрева - датчик регулятора 36. Сигнал датчика сопоставляют в суммирующем блоке регулятора . На задатчике Зв устанавливают требуемую величину разности (?t = 2°С). При расхождении действительного значения ?t и заданного возникает сигнал рассогласования. Сигнал рассогласования преобразуется в рабочий импульс, управляющий действием пневматического, клапана Зг, который регулирует поступление пара во второй прдогреватель. Таким образом, при изменении температуры молока, выходящего из вакуум-камеры, происходит автоматически изменение температуры молока после второго предварительного  нагревателя, в результате чего разность температур поддерживается постоянной.

Установка снабжена показывающими манометрами для контроля давления греющего пара, давления в вакуум-камере, в камере стерилизации и давления охлаждающей воды. Конечная температура стерилизованного молока контролируется манометрическим показывающим термометром 5.

Немаловажное значение для повышения качества стерилизованного молока при использовании пароконтактных установок имеет чистота греющего пара. Пар, отбираемый из котельных молочных заводов, нельзя применять для нагревания пищевых продуктов без предварительной очистки.

Пароконтактные стерилизационные установки должны, иметь очистительные устройства, если питание их паром производится из заводской котельной.

Пар, подаваемый к установке из котельной, вначале проходит очистку в керамическом фильтре. Фильтр представляет собой герметическую камеру, в которую вставляется пористая керамическая вставка цилиндрической формы. После очистки в керамическом фильтре пар проходит через циклон. В циклоне задерживаются оставшиеся загрязнения и пар подсушивается. В таком виде пар поступает в пароконтактный нагреватель.

Керамика является хорошим фильтрующим материалом. Чистота пара, прошедшего через керамический фильтр, значительно выше чистоты пара из котельной. Если, например, до фильтра (пористого угольного ВТИС) пар содержал 0,03 мг/л кислорода; 0,97 мг/л масла; 0,01 мг/л взвешенных частиц, то после фильтра - 0,02 мг/л кислорода; 0,03 мг/л масла. Взвешенных частиц обнаружено не было.

Продолжительность работы пористого угольного фильтра составляет не более 3 недель. Поры фильтра забиваются, и его следует подвергать специальной обработке или заменять на новый.

Более длительное время работают металлокерамические фильтры. Например, по данным Черкизовского молочного завода фильтр, изготовленный из титановой металлокерамики, может работать в течение 5,5 мес.

Фильтрующую способность металлокерамического фильтра.

восстанавливают путем его промывки 2%-ным раствором азотной кислоты с последующей продувкой сжатым воздухом.

Наилучшим способом приготовления пара самой высокой степени чистоты являются индивидуальные парогенераторы из нержавеющей стали, которые запитываются дистиллированной водой или конденсатом вторичного пара. Пар, полученный таким образом, не имеет каких-либо посторонних запахов или нежелательных растворенных веществ и механических взвесей.

Воду в индивидуальных парогенераторах нагревают паром высокого давления, поступающего из котельной, или электронагревательными элементами. В США такие парогенераторы изготовляет с двухслойной стенкой. Парогенератор изготовлен из обычной углеродистой стали с внутренней обкладкой тонкими листами нержавеющей стали. В парогенератор вмонтирован теплообменник трубчатого типа для пара высокого давления или электронагревательный элемент. К недостаткам индивидуальных парогенераторов следует отнести то, что, являясь промежуточным звеном между котельной и пароконтактной установкой и имея тепловой к. п. д. в пределах 0,7-0,8 (в зависимости от теплоизоляции), они часть тепла теряют в окружающую среду.