Статьи по технологическим темам
  • Регистрация
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса)

Энергосберегающая технология первичной обработки молока

Представлен один из вариантов конструктивной реализации проточного охлаждения молока с использованием скважины малой производительности. Система охлаждения подключается непосредственно к вакуумной магистрали молокопровода доильной установки, что обеспечивает практически мгновенное охлаждение молока до температуры 9 °С. Оценка эффективности предлагаемого способа первичной обработки свидетельствует о достаточно высоком качестве конечного продукта.

Высокая энергоемкость процесса первичной обработки вызывает необходимость поиска новых технологических подходов к решению проблемы быстрого охлаждения молока в условиях его непосредственного производства. В качестве одного из таких решений предлагается энергосберегающая технология проточного охлаждения, основанная на использовании естественного источника холода [1].

Как известно, вода, залегающая на глубине около 10м, — идеальный хладоноситель. Ее температура практически не изменяется в течение года и составляет около 6,5 °С. Незначительные отклонения от этого значения (±0,5 °С) определяются принадлежностью воды к тому или иному артезианскому бассейну, а также глубиной залегания одного из ближайших водоупорных слоев.

Высокая удельная теплоемкость и относительная доступность воды в местах расположения летних пастбищ позволяют создавать компактные проточные охладители с практически неограниченным уровнем холодопроизводительности. Такие охладители могут использоваться на любых этапах первичной обработки молока, однако наибольшего эффекта следует ожидать при непосредственном подключении системы к вакуумной магистрали молокопровода доильной установки.

Проточная система охлаждения молока

 

Рис. 1. Проточная система охлаждения молока: 1 — вакуумная магистраль молокопровода; 2 — расширитель; 3 — теплообменник; 4 — стабилизатор потока молока; 5 — обводной вакуум-провод; 6 — накопительная емкость молока; 7 — скважина малой производительности; 8 — водяной насос; 9 — накопитель подогретой питьевой воды; 10 — фильтры механической очистки молока

Один из вариантов конструктивной реализации такого способа охлаждения схематично показан на рисунке 1.

Система охлаждения состоит из двухконтурного жидкостного теплообменника 3, скважины малой производительности 7, центробежного водяного насоса 8, накопителя подогретой питьевой воды 9, расширителя 2, фильтров механической очистки молока 10 и стабилизатора потока молока 4, соединенного с расширителем 2 обводным вакуум-проводом 5. Она также включает в себя вакуумную магистраль молокопровода 1 и теплоизолированную накопительную емкость молока 6, которые одновременно являются составными элементами доильной установки.

Легкоразборный жидкостный теплообменник 3 представляет собой параллельный набор теплообменных поверхностей, выполненных в виде жестких меандров, разделяющих между собой две системы параллельных взаимопроникающих плоских каналов, выфрезерованных по обеим сторонам монолитных плит. Набор сгруппирован так, что составные каналы параллельных молочных контуров теплообменника полностью размещены между составными каналами его параллельных водяных контуров. В рабочем состоянии теплообменные поверхности установлены на горизонтальном столе основания между плоскими крышками и стянуты через вакуумные уплотнения силовым винтом. Входящие в состав силового механизма четыре штанги, две из которых подвижные, одновременно выполняют роль направляющих, обеспечивающих высокую соосность каналов в меандрах при их сжатии.

Принцип действия проточного охладителя заключается в следующем.

Парное молоко, поступающее по вакуумной магистрали молокопровода доильной установки 1, попадает в расширитель 2 и далее, пройдя через фильтры механической очистки 10, под действием собственного гидростатического напора подается во внутренний контур жидкостного теплообменника 3. В процессе взаимодействия с холодной водой, циркулирующей во внешнем контуре теплообменника, температура молока практически мгновенно понижается до 9 'С, после чего оно поступает в стабилизатор потока 4 и затем сливается в теплоизолированную накопительную емкость молока 6, где продолжает оставаться до окончания процесса доения коров.

Используемая для охлаждения вода извлекается из скважины малой производительности 7 с глубиной бурения 10—15 м и установленной в непосредственной близости от летней фермы. Подъем воды и ее нагнетание во внешний контур теплообменника осуществляются с помощью бытового центробежного насоса 8 с потребляемой мощностью не более 750 Вт. Других энергетических затрат на осуществление проточного охлаждения парного молока не требуется.

Накопительная емкость 9, подключенная к выходу внешнего контура теплообменника 3, предназначена для сбора отработанной подогретой воды, которая в дальнейшем используется в качестве питья для коров, а также проведения различных гигиенических мероприятий, связанных с эксплуатацией летних молочных ферм.

Обслуживание охладителя сводится к его очистке. В основном эта операция выполняется одновременно с промывкой магистрали молокопровода доильной установки и осуществляется с применением тех же химических средств. Дополнительная очистка теплообменника, которая заключается в удалении посторонних твердых загрязнений, производится при вскрытии его молочного контура. Для этого достаточно отвернуть на 3—4 оборота силовой винт и отвести подвижные штанги в сторону, после чего плиты с теплообменными поверхностями вынимают из набора и подвергают механической очистке.

Сборка теплообменника осуществляется в обратной последовательности.

Продолжительность очистки занимает не более 10 мин, после чего устройство готово к повторному включению.

Чтобы оценить эффективность предлагаемого способа первичной обработки, воспользуемся тем фактом, что в период логарифмического роста скорость размножения бактерий в молоке пропорциональна их концентрации n(τ) в текущий момент времени τ:

(1)

Здесь k — интегральный коэффициент пропорциональности, который в условиях реального производства при измерении промежутков времени в часах определяется соотношением [2]:

(2)

Где T(τ) — мгновенное значение температуры молока, выраженное в градусах Цельсия.

С точки зрения динамики роста концентрации бактерий данная технология первичной обработки может быть представлена в виде непрерывного процесса, состоящего из двух этапов.

Первый этап, совпадающий по времени с операциями доения, фильтрации и сбора молока в накопительную емкость доильной установки, протекает при постоянной температуре 9 °С. В связи с этим, интегральный коэффициент пропорциональности (2) принимает постоянное значение k = 0,061 ч-1. Поэтому, разделяя переменные и интегрируя в соответствующих пределах обе части уравнения (1), получаем:

(3)

Где n0 — концентрация бактерий в момент времени τ = 0. В частности, в обычных условиях производства исходная концентрация бактерий в момент поступления в накопительную емкость доильной установки составляет в среднем около n0 = 4-1010 м-3 [3].

Поскольку процесс доения достаточно продолжителен, то время пребывания различных порций молока в накопительной емкости неодинаково. Поэтому для установления характера зависимости роста концентрации бактерий от времени необходимо весь объем вырабатываемого молока разделить на достаточно большое число одинаковых порций, поступающих в накопительную емкость с определенной периодичностью. Это позволяет представить продолжительность пребывания отдельных порций в емкости в виде дискретного ряда значений, кратных периодичности их поступления. В таком случае, согласно (3), последовательность значений численности бактерий в порциях является геометрической прогрессией, сумма всех членов которой представляет собой полное число бактерий в текущий момент времени т. Тогда после деления на объем и несложных математических преобразований, выражение для оценки концентрации бактерий на момент окончания дойки принимает вид

(4)

Обычно процесс доения в среднем составляет около 1,5 ч. Согласно уравнению (4) за такой промежуток времени при n0 = 4-1010 м-3 и k = 0,061 ч-1 концентрация бактерий возрастает несущественно и на момент окончания дойки составляет 4,19-1010 м-3.

Второй этап первичной обработки, совпадающий по времени с процессом взвешивания молока и его хранения, протекает в условиях непрерывно изменяющейся температуры. При пассивной термостабилизации это изменение обычно не превышает 3 °С в сутки, что соответствует скорости роста температуры молока 0,125 °С/ч. В таком случае мгновенное значение его температуры изменяется по линейному закону: T(τ) = 9 + 0,125 τ и, следовательно, соотношение (2) принимает вид

(5)

После подстановки выражения (5) в уравнение (1) и последующего интегрирования получаем

(6)

Данная зависимость, рассчитанная при n0 = 4,19*1010 м-3.

Что касается бактерицидных свойств, то в соответствии с результатами исследований, представленных в работах [3, 4, 5], максимальная продолжительность бактерицидной фазы молока при постоянной температуре хранения 10 °С составляет 24 ч. В соответствии с [6] при исходной концентрации n0 = 3,908-1010 м-3 за такой промежуток времени концентрация бактерий достигает значения n(τ) = 1,774*1011 м3, которое может быть использовано в качестве предельной величины, характеризующей момент полной утраты бактерицидных свойств [2].

В таком случае из зависимости на рисунке 2 следует, что, несмотря на относительно неглубокий уровень охлаждения, продолжительность бактерицидной фазы молока, обработанного по предлагаемой технологии, составляет 23 ч от начала процесса доения, что в 9,6 раза превышает значение, которое обеспечивает обычная технология в условиях работы летних молочных ферм.

Немаловажное значение имеет и тот факт, что, в пределах указанного временнуго интервала хранения концентрация бактерий в свежевыдоенном молоке, обработанном по предлагаемой технологии, существенно ниже значения 3**1011 м3. Поэтому по показателям ГОСТ 13264 оно классифицируется высшим сортом и, следовательно, может быть реализовано по самой высокой закупочной цене.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство