Широкое распространение имеют трубчатые оросительные охладители и охладители из штампованных листов.
Трубчатый охладитель (рис. 1) состоит из распределительного желоба 1, водяной охлаждающей секции 2 с патрубками для подвода в нее холодной воды, рассольной секции 4, сборного желоба 6, подставки 7. Основная часть охладителя, его охлаждающие секции состоят из труб, концы которых развальцованы и запаяны в боковых коллекторах 3, закрытых крышками на резиновых прокладках.
Рис. 1. Трубчатый оросительный охладитель:
1 — распределительный желоб; 2 — секция водяного охлаждения; 3 — коллектор; 4 — секция рассольного охлаждения; 5 — патрубок для выхода молока; 6 — сборный желоб; 7 — подставка
Горячее молоко поступает в распределительный желоб, на дне которого имеются небольшие отверстия диаметром 1,5—2,5 мм, расположенные по длине желоба на расстоянии 10—20 мм одно от другого. Через них молоко вытекает на верхнюю трубку секции водяного охлаждения и распределяется по обе стороны. Стекая тонкой пленкой по поверхности трубок, молоко охлаждается сначала водой, затем рассолом, и собирается в сборном желобе, откуда непрерывно выходит через патрубок 5.
Перегородками в коллекторах концы трубок соединены попарно с таким расчетом, что все трубки каждой секции соединяются в один змеевик, внутри которого обычно противотоком по отношению к молоку течет хладоноситель. Он поступает в каждую секцию через нижний патрубок и выходит через верхний.
В конструкции охладительных секций существенно следующее.
Трубки обычно расположены на небольших интервалах одна от другой, чтобы между соответствующими им отверстиями в стенках коллекторов оставались достаточно прочные перемычки, выдерживающие условия развальцовки. Кроме того, некоторое расстояние между трубами необходимо по санитарным соображениям. Если трубы охладительной секции расположить вплотную одну к другой, то между ними образуются узкие клиновидные щели, затрудняющие чистку и мойку аппарата При эксплуатации охладителя в них неизбежно будет оставаться молоко и они превратятся в очаги бактериального заражения.
В интервалах между трубками впаяны перемычки, которые устраняют разбрызгивание молока при стекании его с одной трубки на другую и способствуют образованию более равномерной по толщине пленки охлаждаемого продукта и лучшему распределению его по поверхности охладителя.
Секции охладителей обычно изготовляют из труб диаметром 20—50 мм.
Передача тепла от одной жидкости к другой улучшается при увеличении скорости текущих жидкостей, например, холодной воды, с одной стороны, и молока, с другой. При постоянном количестве протекающей холодной воды ее скорость будет тем больше, чем меньше диаметр трубок охладителя. Следовательно, при равной поверхности охлаждения двух охладителей, тот из них, который составлен из трубок меньшего диаметра, будет охлаждать лучше.
Однако с уменьшением диаметра трубок напор, потребный для протекания через них воды, быстро возрастает. Опыт показывает, что наиболее рациональные величины диаметра трубок лежат в пределах 30—50 мм при толщине стенок 1—1,5 мм.
Все более широкое распространение находят охладительные секции, сваренные из штампованных листов нержавеющей стали. Листы толщиной около 1 мм штампуют таким образом, что при складывании двух листов и сварке соприкасающихся поверхностей образуется рифленая охладительная секция с каналом внутри, на концах которого к секции привариваются патрубки для входа и выхода хладоносителя и одновременно для закрепления секции на коллекторах.
Сечение канала не круглое, и наружная поверхность не имеет глубоких впадин, что очень удобно в отношении мойки. Молоко по такой слегка волнистой поверхности стекает спокойно и равномерно, если поверхность была хорошо обезжирена щелочным раствором и промыта.
Секция в целом получается легкой, достаточно прочной и жесткой.
Распределительный и сборный желоба оросительных охладителей изготовляют из меди (луженые), а также из алюминия или нержавеющей стали. Распределительный желоб представляет собой невысокий удлиненный бачок с двускатным дном, устанавливаемый на коллекторах при помощи приваренных к нему лапок.
На нижнем ребре двускатного дна имеются отверстия диаметром 1,5—2,5 мм, расположенные по длине в один или два ряда. Шаг отверстий 10—20 мм.
Для равномерного распределения молока по длине охладительной секции желоб должен быть установлен строго горизонтально.
Горячее молоко, поступающее по трубопроводу в желоб, необходимо подвести под уровень молока в желобе, так как при попадании молока на свободную поверхность происходит сильное пенообразование. В результате этого пена переполнит желоб, потечет через край и лишит персонал возможности наблюдения за уровнем молока в желобе. Если конец трубы, подводящей молоко, опущен до уровня, то пенообразования почти нет.
В распределительном желобе, а также при движении горячего молока по открытой поверхности охладителя, часть содержащейся в нем влаги испаряется, благодаря высокой температуре в зоне верхних трубок и свободному соприкосновению с окружающим воздухом. Потери от испарения при охлаждении на трубчатом оросительном аппарате могут составлять около 1% от всего количества охлаждаемого молока.
Испарения с поверхности охладителя повышают влажность воздуха и температуру в производственном помещении и приводят к необходимости усиливать в нем вентиляцию.
Интенсивность испарения зависит от температуры молока, величины поверхности соприкосновения с воздухом, температуры воздуха и его влажности, а также от скорости движения воздуха.
Чтобы уменьшить испарение с поверхности, оросительный охладитель снабжают боковыми щитами из листового алюминия или нержавеющей стали. Применение щитов устраняет также опасность загрязнения молока из воздуха.
Эффективная работа оросительных охладителей достигается только при определенных условиях. Одним из важных условий является умеренная нагрузка молока на охладитель. При увеличении нагрузки толщина слоя стекающего молока увеличивается и интенсивность охлаждения ослабевает. Уменьшение подачи молока на охладитель, наоборот, приводит к уменьшению толщины слоя на поверхности трубок, тепло отводится из него легче и достигается более глубокое охлаждение.
Изменение нагрузки оросительного охладителя возможно, однако в неслишком широких пределах, которые обусловлены следующим. При чрезмерном увеличении нагрузок молоко стекает настолько стремительно и бурно, что сильно разбрызгивается с поверхности. Наоборот, при слишком малой нагрузке толщина слоя становится настолько малой, что обнаруживается стремление к разрывам молока. Молоко начинает стекать уже не сплошной пеленой, а ручьями, и поверхность охлаждения используется плохо.
Нормальная нагрузка на каждую сторону секции на 1 м длины охладителя составляет около 600 л/ч.
Большую роль в работе охладителя играет кратность воды и рассола, а также их температура. Увеличение кратности хладоносителя позволяет, с одной стороны, увеличить скорость его движения внутри трубок охладителя, что улучшает условия теплопередачи. С другой стороны, увеличение кратности хладоносителя понижает температуру его на выходе и, следовательно, увеличивает средний температурный напор между хладоносителем и молоком, что позволяет получить более интенсивное охлаждение.
Наиболее рациональная кратность для воды по совокупности технических и экономических показателей процесса лежит в пределах 2,5—3. Для рассола кратность обычно меньше ввиду его низкой температуры и опасности обмерзания трубок рассольной секции.
Производительность охладителя в значительной мере зависит от температурного режима в целом, т. е. от начальной и конечной температур молока, холодной воды и рассола.
Эффективность работы охладителя со временем нарушается из-за постепенного отложения загрязнений на внутренней поверхности трубок или каналов. Теплопроводность слоя загрязнения в несколько сот раз меньше, чем теплопроводность металлической стенки. При эксплуатации охладителей надо следить за чистотой стенок, систематически проверять состояние водяных и рассольных секций, своевременно очищать и промывать их.
