Пастеризатор молока
Пастеризатор молока, сока, пива или вина позволяет сохранить качество продуктов и полезные элементы, входящие в их состав. Он предотвращает порчу продуктового сырья, увеличивает его срок хранения. Эти характеристики достигаются путем термообработки посредством высоких температур, во время которой болезнетворная микрофлора погибает и продукт консервируется.
Устройство пастеризаторов
Каждый пастеризатор – это, по сути, теплообменник, который бывает трубчатый, пластинчатый, с инфракрасным нагревом и пр. Наиболее эффективным с точки зрения энергозатрат является теплообменник пластинчатый.
Такой пастеризатор молока имеет классическую схему устройства: секцию пастеризации; секцию рекуперация; секцию охлаждения.
Горячий продукт, попадая во вторую секцию (рекуперации), отдает свое тепло вновь поступающему холодному продукту. Это позволяет экономить от 85 до 90% электроэнергии, потребляемой всей установкой для пастеризации. Кроме того, выходящий продукт также частично охлаждается, поэтому происходит дополнительная экономия работы холодопроизводителя. К тому же время, которое тратит теплообменник пластинчатый на обработку продукта, значительно меньше, нежели, например, емкостный.
Популярные виды пастеризаторов
Сегодня существует такой вид оборудования, в котором охлаждение и нагревание вязких и жидких продуктов происходит в непрерывном потоке (это теплообменник пластинчатый). Данные агрегаты отличаются высокой тепловой эффективностью и высоким уровнем компактности. Они успешно эксплуатируется в производстве сливок, молока, вина, соков, пива, растительного масла. КПД, который показывает пастеризатор молока этого типа, составляет 90%. Каждая деталь, из которой состоит теплообменник, произведена из материалов, имеющих санитарный допуск к использованию в пищевой промышленности. В зависимости от физико-химических свойств продукта и тепловых режимов теплообменник пластинчатый комплектуется соответствующими уплотнителями, изготовленными из пищевой резины, силикона, фторопласта и т.д. Нагревательный и охладительный пастеризатор молока позволяет осуществлять под давлением циркуляционную закрытую мойку, что упрощает процесс эксплуатации.
Преимущества пластинчатых пастеризаторов:
быстрота установки (монтажные работы занимают от одного до трех дней);
высокая производительность;
пастеризатор молока подвергает продукт щадящей обработке, в результате чего в нем не разрушается белок, молочный сахар и молекулы жира;
теплообменник пластинчатый полностью автоматизирован;
наличие температурных датчиков, которые следят за процессом нагревания (охлаждения).
Другие виды пастеризаторов
Большой популярностью пользуется пастеризатор молока с роторным нагревателем или электрическим котлом. Для их функционирования не требуется оборудование для получения пара. Их характеризует экономичность, компактность и производство продуктов высокого качества.
2. Механизм действия процесса пастеризации
Процесс пастеризации молока заключается в нагреве молока в теплообменнике типа «труба в трубе», в котором теплопередача тепла осуществляется от нагретой воды при температуре 75°С к нагреваемому молоку через разделяющую стенку. Молоко движется по трубному пространству, а нагретая вода подается в межтрубное пространство.
Тепловой поток прямо пропорционален площади теплопередачи f, коэффициенту теплопередачи к и средней движущей силе процесса теплопередачи, которой является средний температурный напор ?tcp,
Q=k*f*?tcp. (2.1)
Рисунок 1. Схема изменения температур теплоносителей при противотоке
На рисунке 1 представлена схема изменения температур теплоносителей при противотоке. Средний температурный напор определяется по формуле
?tcp =(?tmax-?tmin)/ln(?tmax/?tmin), (2.2)
где ?tmax - разность конечной температуры воды и начальной температуры молока, °С;
?tmin - разность начальной температуры воды и конечной температуры молока, °С.
?tmax=tв.к.-tм.н.; (2.3)
?tmin=tв.н.-tм.к., (2.4)
где tв.н. - начальная температура воды, °С;
tв.к. - конечная температура воды, °С;
tм.н. - начальная температура молока, °С;
tм.к. - конечная температура молока, °С.
Коэффициент теплопередачи зависит от коэффициента теплоотдачи от молока к стенке трубки бм, коэффициента теплоотдачи от воды к стенке трубки бв, термического сопротивления трубки и термического сопротивления накипи в межтрубном пространстве и определяется по формуле
k=1/((1/бм)+(1/бв)+(дтр /лст)+(дн /лн)), (2.5)
где дтр - толщина стенки трубки, м;
лст - теплопроводность стенки, Вт/(м*°С);
дн - толщина накипи в межтрубном пространстве, м;
лн - теплопроводность накипи, Вт/(м*°С).
Коэффициент теплоотдачи от молока к стенке трубки равен
бм=Nuм*лм/l1, (2.6)
где Nuм - критерий Нуссельта для молока;
лм - коэффициент теплопроводности молока, Вт/(м*°С);
l1 - характерный линейный размер, равный для круглых трубок dвн;
dвн - внутренний диаметр трубки, м.
Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубки равен
бв=Nuв*лв/l2, (2.7)
где Nuв - критерий Нуссельта для воды;
лв - коэффициент теплопроводности воды, Вт/(м*°С);
l2 - характерный линейный размер, равный для кольцевого сечения межтрубного пространства
l2=4*Fсеч/Псеч, (2.8)
где Fсеч - площадь сечения межтрубного пространства, м2;
Псеч - смоченный периметр, м
Псеч=*(Dвн+dн), (2.9)
где Dвн - внутренний диаметр рабочего цилиндра, м;
dн - наружный диаметр трубки, м.
