Охлаждение и фасовка стерилизованного молока (Часть 3)

Возможность возврата тепла для подогрева жидкости вторичным паром рассчитывают по уравнению

Из графика следует, что возможности в пароконтактной установке небольшие, если только утилизировать тепло вторичного пара. Они ограничены температурой кипения 73° С, при которой можно достигнуть температуры регенерации 69° С (см. рис. 3). Коэффициент регенерации при этом будет равен

Такие малые значения коэффициентов регенерации присущи всем современным пароконтактным установкам, выпускаемым иностранными фирмами, что и является одним из их недостатков.
Увеличение коэффициента регенерации - вопрос очень важный с точки зрения повышения экономичности работы пароконтактной установки. Возможности этого мероприятия реальны и заключаются в увеличении температуры регенерации (рис. 5) и, следовательно, температуры кипения жидкости в вакуум-камере. Однако при увеличении температуры кипения свыше 73° С сокращается количество тепла вторичного пара. Вспомогательным источником тепла в этом случае может быть тепло, уносимое со стерилизованным продуктом и теряемое безвозвратно при дальнейшем охлаждении продукта в охладителе.

Количество тепла, уносимое продуктом, определяют из уравнения

При увеличении температуры кипения количество тепла, уносимое продуктом, пропорционально возрастает (см. рис. 4, кривая 3). Это тепло представляет собой резерв, и его вполне можно использовать в регенераторе.

Таким образом, увеличение температуры кипения жидкости в вакуум-камере не только открывает возможности экономии острого пара, но также экономии электрической энергии за счет уменьшения величины вакуума в вакуум-камере.

Приведенный анализ работы пароконтактной установки представляет собой изложение закономерностей, при котором не учитывались такие факторы, как потери тепла в окружающую среду, степень сухости пара. Действительность, безусловно, внесет свои коррективы, но природа установленных закономерностей останется без изменения.

Промежуточное хранение стерилизованного молока. Асептический резервуар для хранения стерилизованного молока устанавливается в линии между стерилизационной установкой и фасовочным автоматом.

Рис. 5. Зависимость коэффициента регенерации от температуры регенерации.

Он предназначен для сглаживания неравномерностей в работе стерилизационной установки и фасовочного автомата. Кроме того, при вынужденных остановках машин и аппаратов асептический резервуар выполняет роль аккумулятора. Потребность в применении асептических резервуаров отпадает только в том случае, когда достигается полная синхронность в работе стерилизационной установки и фасовочного автомата.

Большинство фирм, производящих стерилизапионные установки, изготовляют асептические резервуары. Такие фирмы, как «Альфа-Лаваль», «Сорди-Лоди», APV, «Строк», «Пааш к Силькеборг», изготовляют асептические резервуары различной вместимости (2000-20 000 л). Все резервуары имеют цилиндрическую форму и устанавливаются вертикально или горизонтально.

Подобие конструкций и принципа работы асептических резервуаров и их систем автоматического регулирования позволяет ограничиться описанием двух типов асептических резервуаров.

Работа всех асептических резервуаров идентична и включает следующие операции: стерилизацию внутренних поверхностей резервуара паром; охлаждение резервуара водопроводной водой, циркулирующей в рубашке резервуара, вытеснение из резервуара конденсата сжатым, стерильным воздухом; заполнение резервуара стерилизованным молоком, опорожнение резервуара и подачу стерилизованного молока к фасовочным автоматам; мойку и стерилизацию резервуара и трубопроводов к фасовочному автомату.

Принципиальная схема асептического резервуара «Альфа- Лаваль» и системы его управления представлена на рис. 6.

Резервуар цилиндрический горизонтальный изготовлен из. нержавеющей стали с охлаждающей рубашкой. Он рассчитан на избыточное давление до 270 кПа. Резервуар снабжен предохранительным клапаном, срабатывающим при избыточном давлении 250 кПа. В резервуаре также можно создавать глубокий вакуум. Один из торцов резервуара имеет люк 11 для осмотра внутренних поверхностей. Резервуар моют с помощью трех вращающихся реактивных форсунок, установленных в его верхней части.

При стерилизации внутренней поверхности резервуара пар при температуре 140°С подают по паропроводу через вентиль 18 и запорный клапан 9. На трубопроводе для подачи сжатого воздуха установлен датчик давления 7а, сигнал которого поступает в регулятор давления 7. Здесь сигнал преобразуется в рабочий пневматический импульс, который закрывает пневмоклапан 4 и открывает пневмоклапан 5. Пар проходит по воздуховоду к фильтру 36 и стерилизует его. Образовавшийся конденсат выводится через конденсатоотводчик 6. Продолжительность стерилизации 30 мин, после чего прекращается подача пара и в рубашку резервуара поступает охлаждающая вода. Пар в резервуаре конденсируется, давление падает. По достижении определенной величины давления (70-80 кПа) закрывается пневмоклапан 5 и открывается пневмоклапан 4.

Рис. 6. Схема асептического резервуара фирмы «Альфа-Лаваль»: 1 - воздушный компрессор; 2 - редукционные вентили; За, 3б - воздушные фильтры; 4, 5, 14 - пневмоклапаны с мембранным приводом; 6, 25 - конденсатоотводчики; 7 -регуляторы давления; 7а - датчики давления; 8 - предохранительный клапан; 9~ запорный клапан; 10 - патрубок для входа сжатого воздуха; 11 - люк; 12 - уровнемер;

12а, 12б - датчики уровнемера; 13 - рубашка для воды; 15-24 - вентили.

В резервуар начинает поступать сжатый стерильный воздух, который вытесняет конденсат через конденсатоотводчик 25.

После того как конденсат будет вытеснен, открывают вентили 20 и 16 я резервуар заполняется стерилизованным молоком. Заполнение продолжается до определенного уровня, фиксируемого указателем уровня, датчики 12б и 12а которого установлены в нижней и верхней частях резервуара. При заполнении резервуара стерилизованным молоком воздух из него выходит в атмосферу через предохранительный клапан 8.

Опорожнение резервуара и подача стерилизованного молока к фасовочным автоматам происходит под действием сжатого воздуха. Открывают пневмоклапан 4 и вентили 15, 22. В резервуар нагнетается сжатый стерильный воздух, проходящий  от компрессора 1 через фильтры За и 36. Давление воздуха при опорожнении резервуара поддерживается постоянным автоматически с помощью регулятора давления.

После того как все стерилизованное молоко будет вытеснено из резервуара, открывается вентиль 17 и в резервуар поочередно подаются вода и химические моющие растворы. После мойки химическими растворами внутренние поверхности резервуара тщательно ополаскивают водой. Стерилизованное молоко может поступать к фасовочному автомату, минуя асептический резервуар. В этом случае открываются вентили 20-23 и закрываются вентили 15 и 16.

Предусматривается установка дополнительной системы регулирования давления на выходном трубопроводе. Она состоит из датчика давления 7а, регулятора давления 7 и пневмоклапана 14.

В системе регулирования работы асептического резервуара и автоматического контроля применяют пневматические вентили с мембранным приводом.

Асептический резервуар фирмы «Сорди-Лоди» имеет цилиндрическую форму и устанавливается вертикально. Изготовлен он из нержавеющей стали и снабжен охлаждающей рубашкой.

Схематичное соединение коммуникаций и приборов резервуара изображено на рис. 7. Пар, стерильный сжатый воздух, промывная вода и моющие растворы поступают через патрубок 1, установленный в верхней части резервуара. Выход тех же сред происходит через нижний патрубок 4.

При стерилизации в резервуар подается пар. На выходном патрубке установлен термодатчик, соединенный с терморегулятором. На задатчике терморегулятора устанавливают температуру стерилизации (140° С). Поступление пара регулируется вентилем, установленным на паропроводе. Стерилизация продолжается 30 мин.

После этого в рубашку подается холодная вода под давлением 100 кПа. Пар внутри резервуара конденсируется, и, когда давление в нем понизится до 70-80 кПа, подается стерилизованный сжатый воздух, который вытесняет конденсат.

При давлении внутри резервуара 30-40 кПа возникает световой и звуковой сигналы. В это время подача сжатого воздуха прекращается и резервуар начинает заполняться стерилизованным молоком через патрубок 4.

Оставшийся в резервуаре воздух через предохранительный клапан вытесняется в атмосферу.

Резервуар заполняется на 90% от его объема. Уровень контролируется по указателю уровня 2.

Рис. 7. Схема асептического резервуара «Сорди-Лоди»:

1 - патрубок для ввода пара и стерильного воздуха; 2 - указатель уровня; 3 - сигнализаторы давления; 4 - патрубок для ввода и вывода стерилизованного молока и вывода пара и воздуха; 5 ~ пневматические датчики.

При опорожнении резервуара и подаче стерилизованного
молока к фасовочным автоматам выпускной вентиль открыт. В резервуар нагнетается сжатый воздух. Воздух подают до тех пор, пока резервуар полностью не освободится от молока.

Сразу после опорожнения в резервуар подается промывная вода с температурой 80-90° С, которая циркулирует в течение 20 мин. Затем подается 1%-ный раствор азотной кислоты при температуре 80-90° С, который циркулирует 15 мин. Далее резервуар ополаскивают водой и вводят 2%-ный раствор каустической соды при температуре 80-90° С, который циркулирует в нем в течение 20 мин. В конце мойки необходимо обеспечить тщательное ополаскивание резервуара теплой водой.

Применяемые компрессионные системы разгрузки асептических резервуаров обладают тем достоинством, что они надежно обеспечивают асептические условия работы резервуара.

Применение насосов в этом случае, даже асептических, нельзя считать лучшим способом перекачивания стерилизованного молока к фасовочным автоматам.

Асептические резервуары снабжаются автономными моющими станциями, которые производят мойку по заданной программе.