ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СГУЩЕННЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Классификация оборудования

Оборудование для производства сгущенных молочных продуктов включает вакуум-выпарные установки, устройства для приготовления сахарного сиропа, охлаждения сгущенного молока и др.

Вакуум-выпарные установки подразделяют: по числу корпусов — одно- и многокорпусные; по принципу работы — периодического и непрерывного действия; по конструкции — циркуляционные и пленочные; по типу греющей поверхности — трубчатые и пластинчатые; по типу конденсатора — с поверхностным и барометрическим конденсаторами; по способу подогрева продукта — с использованием водяного пара, паров аммиака и фреона; по использованию вторичного пара — аппараты, в которых не используют вторичный пар, и аппараты с его использованием.

Вакуум-выпарные установки

Циркуляционная вакуум-выпарная установка периодического действия с трубчатым калоризатором и конденсатором поверхностного типа (рис. 9.1) наиболее проста по конструкции. Основные ее элементы: калоризатор, пароотделитель, два подогревателя, конденсатор и эжекторы.

Калоризатор представляет собой теплообменный аппарат цилиндрической формы с двумя трубными решетками, в которые ввальцованы кипятильные трубки и две циркуляционные трубы.

Межтрубное пространство калоризатора служит паровой рубашкой, в которую через вентиль и термокомпрессор подается греющий пар. Образующийся в процессе работы калоризатора конденсат по трубопроводу непрерывно отводится в подогреватели, а затем в конденсатор. Подпорная шайба в трубопроводе ограничивает потери греющего пара при отводе конденсата.

Рис. 9.1. Циркуляционная однокорпусная вакуум-выпарная установка:

• 1,2,4 — вентили на паропроводах; 3, 5 — манометры; 6 — вакуумметр;
• 7 — поверхностный конденсатор; 8 — смотровое окно; 9 — осветитель;
• 10 — трубопровод; 11 — термометр; 12 — воздушный кран;
• 13 — термокомпрессор; 14 — верхняя перегородка с окном;
• 15 — патрубок подачи сырья; 16, 22, 30 — краны; 17 — пробоотборник;
• 18 — сферическое днище калоризатора; 19 — насос для откачивания сгущенного продукта; 20 — приводной механизм насосов; 21 — насос для откачивания конденсата; 23 — нижняя перегородка; 24 — трубопровод для конденсата;
• 25 — подпорная шайба; 26 — трехходовой вентиль; 27 — люк;
• 28 — зонт-отражатель; 29 — соединительный трубопровод; 31 — циркуляционная труба; 32 — вентиль на водяной трубе; 33 — вентиль; 34, 36 — двухступенчатый эжектор; 35 — пусковой эжектор

Калоризатор имеет корпус, верхнюю и нижнюю крышки. Для обеспечения герметичности при сборке между крышками и корпусом укладывают резиновые прокладки. В верхней и нижней крышках калоризатора установлены две перегородки с окнами. Окно в нижней перегородке можно закрывать заслонкой. Перегородка в верхней крышке съемная. Заслонка и перегородка служат для настройки установки на необходимый режим работы. Если установлена верхняя перегородка, а заслонка нижней закрыта, то установка работает по принципу непрерывного сгущения. Чтобы установка работала по принципу периодического сгущения, необходимо удалить верхнюю перегородку, а заслонку нижней открыть.

В процессе работы калоризатора молоко перемещается в кипятильных трубках снизу вверх, а в циркуляционных трубах — сверху вниз. Объясняется это разностью между удельными массами сгущаемого продукта. В первом случае удельная масса продукта меньше, так как он насыщен пузырьками пара. В калоризаторе также расположены патрубки подачи сырья на сгущение, краны для взятия проб и выпуска сгущенного продукта.

Пароотделитель служит для отделения вторичного пара от частичек продукта и представляет собой цилиндр с установленным на стойке зонтом-отражателем. Верхняя часть калоризатора соединена с паро- отделителем трубопроводом, который расположен к нему под углом. Поступающие в пароотделитель жидкость и пар приобретают вращательное движение. Продукт под действием центробежной силы отбрасывается к стенке пароотделителя и по ней стекает вниз в кольцевое пространство дна, откуда откачивается насосом через кран или по циркуляционной трубе и вновь подается в калоризатор на сгущение.

В некоторых установках на соединительной трубе предусмотрен шибер, для регулирования скорости движения вторичного пара, что позволяет улучшить качество разделения пара и частичек продукта. В пароотделителе расположены люк, смотровое окно, осветитель, термометр и воздушный кран. В верхней части пароотделителя имеется паросборник, от которого отходят два трубопровода: один — к термокомпрессору, другой — к подогревателю (либо прямо к конденсатору).

Подогреватели по конструкции аналогичны трубчатым пастеризаторам. Сгущаемый продукт движется по трубам, а в межтрубное пространство подаются вторичный пар или его смесь с острым паром. Если один подогреватель не обеспечивает нагрева продукта до необходимой температуры, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов.

Конденсатор поверхностного типа выполнен в виде цилиндрического корпуса с верхней и нижней съемными крышками. В корпусе находятся трубки, концы которых развальцованы в верхней и нижней трубных решетках, а также патрубки для подачи вторичного пара из подогревателя или пароотделителя, отвода конденсата, подвода конденсата из калоризатора и нагревателей, отвода воздуха к вакуум- насосу, для подвода и отвода охлажденной воды. Для создания вакуума в системе из котельной через вентиль в пусковой эжектор подается пар. Эжектор служит для ускорения создания рабочего вакуума в установке в начальный период ее работы. В дальнейшем при сгущении работают два других эжектора, установленные последовательно.

Вакуум-выпарная установка работает следующим образом. До начала сгущения сырья в установку засасывается вода. Циркулируя в системе, она ополаскивает установку и позволяет проверить ее герметичность. Подачей пара на эжекторы в системе создают вакуум. При разрежении около 80 кПа начинает засасываться сырье. На конденсатор подают холодную воду, и по мере заполнения трубок калоризатора на 2/3 их высоты в паровую рубашку поступает пар.

В установившемся режиме молоко последовательно поступает в первый и второй подогреватели. В первом продукт нагревается вторичным паром до 60...66°С, во втором — острым паром до 70...75°С.

При такой температуре молоко подается в калоризатор, где подогревается до 80...85°С и выпаривается. По мере образования конденсата его непрерывно откачивают насосом. Если установка работает по принципу непрерывного сгущения, то готовый продукт откачивается по мере достижения заданной концентрации.

К недостаткам циркуляционных вакуум-выпарных установок относится то, что они имеют большой рабочий объем продукта и характеризуются многократной циркуляцией последнего при выпаривании. Продолжительность пребывания сгущаемого продукта в этих установках довольно велика — до 30...40 мин, а в отдельных случаях и более. В аппаратах циркуляционного типа продолжительность теплового воздействия на продукт не регулируется.

Аппараты циркуляционного типа в настоящее время получили распространение лишь в комплектах оборудования для малых предприятий, например в установке для получения сгущенного молока ВВУ-150. Для создания вакуума в этой установке применен водокольцевой вакуум-насос. Длительность одного цикла выпаривания 3 ч при производительности установки по перерабатываемому молоку и сгущенному молоку с сахаром соответственно 160 и 50 кг/ч.

Особенностью пленочных вакуум-выпарных установок является то, что технологический процесс выпаривания продукта происходит при его однократном прохождении через калоризатор. Достигается это тем, что калоризатор выполнен в виде длиннотрубного тонкослойного аппарата, а продукт поступает на сгущение при помощи форсунки или специальных перфорированных дисков. Сырье соприкасается с нагретой поверхностью калоризатора в течение 3...4 мин и движется по нему с большой скоростью. В конечном счете это обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи и интенсивный процесс сгущения даже при незначительном перепаде между температурами кипения и греющего пара в смежных корпусах установки. В свою очередь, это позволяет применять в вакуум-выпарных установках такого типа несколько последовательно соединенных между собой калоризаторов.

Трехкорпусная пленочная вакуум-выпарная установка непрерывного действия (рис. 9.2) работает следующим образом.

Сырье насосом через счетчик подается в двухсекционный подогреватель. В первой секции оно подогревается вторичным паром, поступающим из пароотделителя, а во второй — паром, поступающим из другого пароотделителя. Температура вторичного пара соответственно 45 и 62°С. Из подогревателя сырье температурой около 54°С проходит через сепаратор-очиститель и направляется в двухсекционный подогреватель. В первой секции подогревателя продукт нагревается вторичным паром температурой 75°С, поступающим из пароотделителя, а во второй секции его температура окончательно доводится до 80°С смесью пара, поступающего из паровой рубашки калоризатора, и острого пара.

Рис. 9.2. Пленочная трехкорпусная вакуум-выпарная установка непрерывного действия:

----продукт,-пар,-вторичный пар,---конденсат,

вода, -о-*- отходящий воздух.

1 — пусковой эжектор; 2,3 — трубчатые подогреватели; 4 — распределители

сырья в трубки; 5, 7,10 — калоризаторы (сепараторы); 6 — подогреватель;

• 8, 9 — термокомпрессоры; 11, 14, 21 —пароотделители (сепараторы);
• 12, 13, 20 — продуктовые насосы; 15, 16, 26 — подпорные шайбы;
• 17 — воздухоотделитель; 18 — обратный клапан; 19, 22, 25 — насосы;
• 23 — счетчик; 24 — сепаратор-очиститель; 27 — конденсатор смешения;
• 28, 30 — рабочие эжекторы; 29 — промежуточный конденсатор;
• 31 — парораспределитель; 32 — водоотделитель

Сырье температурой 80°С поступает сверху через форсунку в калоризатор первого корпуса установки. Равномерно распределяясь по трубкам калоризатора и частично испаряясь при температуре 75°С, сырье стекает в пароотделитель. В паровую рубашку калоризатора первого корпуса термокомпрессорами подается греющий пар температурой 95°С.

Из пароотделителя насосом сырье подается в калоризатор второго корпуса, где кипит при 62°С. В паровой рубашке этого калоризатора теплоносителем служит вторичный пар температурой около 75°С, поступающий из пароотделителя.

Часть вторичного пара из паровой рубашки калоризатора забирается термокомпрессорами и направляется в подогреватель. Насосом сырье откачивается из пароотделителя и направляется в подогреватель, где в качестве теплоносителя используется пар температурой 70...75°С, поступающий из пароотделителя. Из подогревателя продукт направляется в калоризатор третьего корпуса и распределяется по трубам так же, как и в других калоризаторах. В калоризаторе третьего корпуса сырье кипит при температуре 45°С. Сгущенный продукт стекает в пароотделитель, откуда непрерывно откачивается насосом. На нагнетательной стороне насоса установлены пробоотборник, обратный клапан и вентиль, позволяющий подавать продукт в подогреватель и калоризатор на досгущение. Сгущенный продукт направляется на сушку или охлаждение.

По мере образования конденсат в калоризаторах и подогревателях отводится через подпорные шайбы, которые представляют собой диск толщиной 5...6 мм, закрепленный между двумя фланцами болтами. В центре шайбы проделано отверстие, через которое может пройти определенное количество конденсата.

Часть вторичного пара из пароотделителя третьего корпуса поступает на конденсатор смешения, выполненный в виде цилиндрического корпуса с несколькими патрубками. Сверху в корпус подается вода, снизу — вторичный пар. Смесь воды и конденсата откачивается насосом.

Первоначально вакуум в системе создается пусковым эжектором. Паровоздушная смесь из него выбрасывается в атмосферу. В установившемся режиме работы установки необходимое разрежение обеспечивается конденсатором, системой эжекторов, а также промежуточным конденсатором. Для нормальной работы установки на конденсатор необходимо подавать воду температурой не выше 25...28°С и поддерживать давление рабочего пара около 0,8 МПа.

Промышленность выпускает вакуум-выпарные установки А2-ОВВ-2 и А2-ОВВ-4 производительностью по испаренной влаге соответственно 2095 и 4025 кг/ч, предназначенные для сгущения цельного и обезжиренного молока, а также молочной сыворотки. Производительность по исходному продукту первой установки для цельного молока, обезжиренного молока и сыворотки соответственно 2650, 2480 и 2280 кг/ч. В отличие от первой установки, являющейся двухкорпусной с тремя подогревателями, установка А2-ОВВ-4 имеет три калоризатора и четыре подогревателя. Производительность ее по разным видам сырья соответственно 5300, 5150 и 4900 кг/ч. Удельный расход пара на 1 кг испаренной жидкости в этих установках 0,25...0,3 кг. Продолжительность непрерывной работы (между мойками) не менее 12 ч.

Некоторые вакуум-выпарные установки дополнительно оснащают пастеризатором, выдерживателем и вакуумным насосом.

Вакуум-выпарная установка с пластинчатым калоризатором работает по тому же принципу, что и однокорпусная вакуум-выпар- ная установка циркуляционного типа. Основное отличие заключается в двухсекционном пластинчатом калоризаторе, барометрическом конденсаторе смешения и вакуум-насосе. Их достоинства: компактность, небольшая высота и сравнительно низкая металлоемкость, без мойки работает около 20 ч. Недостатком по сравнению с установками пленочного типа является довольно значительный удельный расход пара (0,5 кг на 1 кг испаренной влаги).

В вакуум-выпарных установках с аммиачным или фреоновым циклом молоко сгущается при большем разрежении и невысокой температуре (25...30°С), что обеспечивает высокое качество продукта. Они экономически эффективны, так как при работе не требуют водяного пара и холодной воды для конденсатора.

Сжатые в компрессоре пары аммиака при температуре 100...140°С, пройдя теплообменник, где они охлаждаются холодной водой до 40...42°С, поступают в межтрубное пространство калоризатора первой ступени. Затем аммиак, уже в жидком виде, поступает в ресивер и далее в конденсатор.

Вторичный пар, поступающий в поверхностный конденсатор, отдает теплоту жидкому аммиаку, находящемуся в трубках, и конденсируется. Аммиак в трубках закипает, и пары его отсасываются компрессором. Таким образом, в этих установках аммиак совершает круговой процесс. Для его реализации установка снабжена ресивером, воздухоотделителем, маслоотделителем, насосами и регулирующими вентилями.

Полученный вторичный пар из пароотделителя первой ступени используется как греющий в сдвоенном калоризаторе второй ступени. Вторичный пар из калоризатора второй ступени направляется в поверхностный конденсатор. Из изложенного видно, что устройство и принцип работы многих узлов установки с аммиачным циклом и установок пленочного типа имеют много общего.