Пастеризация молока — ProfMedik Медицинский Портал
Молоко может быть инфицировано от животных, которые выделяют с молоком патогенные микроорганизмы, туберкулезными палочками, бруцеллами, золотистыми стафилококками и др. Молоко может быть инфицировано также и на всех путях продвижения от момента получения до момента потребления. Поэтому в настоящее время общепризнанным гигиеническим требованием является обязательное обеззараживание молока посредством высокой температуры. Так называемое «гарантированное» молоко, т. е. молоко, которое можно употреблять в сыром виде, на самом деле не всегда гарантировано от присутствия в нем патогенных микроорганизмов.
Гарантированным считают такое молоко, которое получено от вполне здоровых животных, находящихся под постоянным ветеринарно-санитарным надзором. Это молоко получается и обрабатывается в безукоризненных санитарных условиях и должно удовлетворять очень высоким санитарным требованиям по содержанию в нем микрофлоры. Гарантированное молоко рекомендовалось для употребления в сыром виде. Однако, несмотря на весь комплекс профилактических мероприятий, такое молоко не имеет гарантий отсутствия в нем в некоторых случаях патогенных микроорганизмов. Очень трудно исключить заболевание животных в периоды между их осмотрами. Трудно при клиническом обследовании животных диагносцировать начальные формы инфекционных заболеваний. Наконец, трудно исключить инфицирование молока на длинных путях его продвижения в населенные пункты. Поэтому только тепловая обработка дает действительные гарантии освобождения молока от патогенной микрофлоры.
Окончательное обеззараживание молока пастеризацией должно быть максимально приближено к моменту его реализации. Первичная пастеризация молока на месте получения в колхозах и молочно-товарных фермах должна рассматриваться в основном лишь как обработка с целью повышения стойкости молока перед доставкой на молочные заводы. Как сказано, в бруцеллезных хозяйствах и при получении молока от стада животных, инфицированных туберкулезом, пастеризация на месте производится по эпидемиологическим и эпизоотологичеоким показаниям.
Необходимо стремиться к такой организации получения и транспортировки молока, чтобы оно подвергалось лишь однократной термической обработке.
Повторная, в особенности троекратная обработка сильно изменяет свойства молока и снижает его пищевую ценность в отношении содержания альбуминов, кальциевых солей и витаминов.
Эффективность пастеризации зависит от количества микрофлоры. Более старые бактериальные клетки, число которых увеличивается по мере хранения, оказываются и более устойчивыми к тепловому воздействию. Это является обоснованием возможно более короткого срока хранения молока до его пастеризации.
Формы обеззараживания молока высокой температурой
Длительная, или низкая, пастеризация. Длительной пастеризацией называется нагревание молока при температуре 63° в течение 30 минут. Такая пастеризация гарантирует полное разрушение вегетативных форм патогенных микроорганизмов, в том числе и наиболее устойчивых из них — туберкулезных палочек.
Специальная комиссия, изучавшая влияние длительной пастеризации на патогенную микрофлору (дифтерийные, паратифозные, брюшнотифозные бактерии, туберкулезные бактерии разных типов и стрептококки), пришла к выводу, что пастеризация при 61,2° в течение 30 минут дает достаточную гарантию обезвреживания молока. По мнению комиссии, температура пастеризационных аппаратов на молочных предприятиях должна быть 61,7—62,2°. Эта температура выше на 2,5—3° той температуры, которая гарантирует гибель туберкулезных бактерий при нагревании в течение 30 минут.
При низкой пастеризации свойства молока меняются незначительно: осаждение термолабильного альбумина происходит лишь частично, фосфорнокислые соли кальция выпадают в малом количестве.
Кратковременная, или высокая, пастеризация. Кратковременной пастеризацией называется нагревание молока при 85—87° в течение нескольких секунд. Однако в разных странах режимы тепловой обработки молока при кратковременной пастеризации весьма вариируют. Так, во Франции обычным способом пастеризации молока является нагревание до 82° и выдерживание при этой температуре 8—10 секунд. В США при кратковременной пастеризации молоко выдерживается в течение 15 секунд при 71,1—72,2°. При этой довольно высокой температуре происходят заметные изменения в свойствах молока: альбумин выпадает в заметном количестве, усиливается выпадение фосфорнокислых солей кальция, разрушаются ферменты. При правильном контроле за действием пастеризационной аппаратуры патогенная микрофлора полностью разрушается так же, как и при длительной пастеризации. Этот метод пастеризации обеспечивает непрерывность пастеризации молока. Молоко при такой форме пастеризации тонкой струей проталкивается через узкие пространства. Нагретые стенки, ограничивающие эти щелевидные узкие пространства, быстро, в течение нескольких секунд, поднимают температуру молока до 85—87°. При перегреве молока в нем наблюдается усиление физико-химических изменений. Недостаточное нагревание создает опасность сохранения патогенной микрофлоры. Поэтому некоторые гигиенисты высказывались за длительную пастеризацию, считая ее более надежной. На крупных молочных заводах, обеспеченных рациональной аппаратурой, квалифицированным техническим обслуживанием пастеризаторов и контролем за их работой, метод кратковременной пастеризации дает очень надежные результаты.
Кипячение молока вызывает глубокие изменения в свойствах молока. Нагревание молока до 100° сильно сказывается на его составе: белки начинают разлагаться и выделять H2S. Кроме того, при длительном кипячении выделяются летучие фосфористые соединения. При кипячении выпадают все альбумины и в значительном количестве фосфорнокислые соли кальция. Лактоза подвергается частичной карамелизации. При кипячении наблюдаются значительные изменения в состоянии всей коллоидной системы молока. Вегетативная микрофлора молока разрушается.
Стерилизация молока.
Нагревание до высокой температуры, разрушающей спороносные формы бактерий, вызывает в молоке очень глубокие изменения. Поэтому стерилизация молока в настоящее время применяется редко.Охлаждение молока после пастеризации
В молоке после пастеризации сохраняются отдельные вегетативные клетки термоустойчивых микроорганизмов. Поэтому молоко после нагревания должно быть быстро охлаждено, желательно до температуры, не превышающей 10°. Нагретое молоко охлаждается очень медленно. В результате развития остаточной микрофлоры и отдельных микроорганизмов, попадающих из внешней среды, может произойти очень значительное накопление микробов. Это накопление особенно интенсивно в период, когда температура молока снижается до 30—40°. Температура без искусственного эффективного охлаждения ниже этой температуры снижается очень медленным темпом.
Условия, предупреждающие инфицирование пастеризованного молока
После пастеризации должны быть исключены условия для инфицирования молока. Выпуск молока в бутылках резко снизил возможность его инфицирования после пастеризации.
Санитарный надзор должен добиваться дальнейшего увеличения выпуска пастеризованного молока в бутылках и рациональной их укупорки.
Фляги для пастеризованного молока должны тщательно обеззараживаться, хорошо герметизироваться при помощи обеззараженных прокладок и пломбироваться, чтобы предупредить случайное вскрытие фляг при их транспортировке и хранении.
profmedik.ru
Пастеризация молока | Домашний молзавод
Пастеризатор-охладитель молока
Основные цели процесса пастеризации молока, и дальнешей стерилизации молока — борьба с микроорганизмами, в вегетативной форме заражающих молоко (возбудителей кишечных заболеваний, бруцеллеза, туберкулеза, ящура и др.), сохраняя при этом его биологическую, питательную ценность и качество.
Цели процесса пастеризации молока
На рисунке приведены графические зависимости температуры пастеризации молока от продолжительности выдержки, полученные Г. А. Куком.
Между зонами А и Б расположена область кривых (нейтральная зона), где любая точка соответствует режиму пастеризации, при котором жизнедеятельность микроорганизмов подавляется, а молоко сохраняет свое первоначальное качество. Для оценки меры Г. А. Куком был введен критерий Пастера:
Зависимость температуры пастеризации
Зависимость температуры пастеризации от продолжительности выдержки завершенности пастеризации
Жир, сахар, соли, казеин
Органолептические показатели Белок
Ферменты Отстой сливок Туберкулезная палочка ■ Тифозная .палочка Стрептококки Дифтерийная
10 20 30 40 50 т. с
Ра = т/г,
Для завершения процесса пастеризации необходимо, чтобы сумма тепловых воздействий в секциях аппарата привела к полному уничтожению микроорганизмов. Это значит, что для завершенного процесса пастеризации критерий Пастера должен быть равен или больше 1.
Продолжительность выдержки и температура пастеризации связаны между собой зависимостью, при которой продолжительность выдержки уменьшается с повышением температуры пастеризации. Для цельного питьевого молока
1пт = 36,84-0,48/,
где / — температура пастеризации, ‘С.
Выдерживатель, пастеризационно-охладительная установка
Техническая реализация процесса выдержки осуществляется в специальных устройствах (выдерживателях) в пастеризационно-охладительных установках.
По конструкции выдерживатель представляет собой камеру, через которую непрерывным потоком проходит молоко в практически изотермических условиях. Камера выдерживателя может быть выполнена в виде трубы большого диаметра определенной длины, цилиндрической емкости с рубашкой, трубчатого змеевика и др.
Кроме температуры и продолжительности выдержки на эффективность пастеризации существенно влияют степень очистки, кислотность, общая обсемененность микроорганизмами, вспениваемость молока и другие факторы.
Пастеризуемое молоко должно быть предварительно очищено на фильтрах или сепараторах-молокоочистителях. При пастеризации неочищенного молока загрязняется теплопередающая поверхность аппаратов (особенно пластинчатых) и снижается эффективность действия температуры.
КИСЛОТНОСТЬ МОЛОКА ПРИ ПАСТЕРИЗАЦИИ
Для пастеризации можно использовать молоко кислотностью не более 22 °Т, так как при большей кислотности белки молока при нагревании свертываются и их часть осаждается на теплопе-редающей поверхности аппаратов, образуя слой пригара.
Молоко кислотностью более 27 °Т не подлежит пастеризации, поскольку оно полностью свертывается под действием высокой температуры.
В молоке с высокой начальной бактериальной обсемененно-стью и после пастеризации остается большое количество микроорганизмов. Обсемененность молока перед пастеризацией должна быть 106 клеток в 1 см3.
Наличие пены в молоке также отрицательно влияет на эффективность пастеризации. Это связано с тем, что теплопроводность пены значительно ниже теплопроводности молока. Поэтому при организации подачи молока на пастеризацию необходимо исключить возможность вспенивания.
В зависимости от схемы организации процесса пастеризации, особенностей технологии молочных продуктов и аппаратурного оформления в молочной отрасли применяют следующие виды пастеризации:
Виды пастеризации
длительную пастеризацию при температуре 74— 78 °С с выдержкой 30 мин,
при температуре 90—99 °С с выдержкой от 2—15 мин до 5 ч;
кратковременную пастеризацию при температуре 80, 85—87 или 90—95 °С без выдержки;
высокотемпературную пастеризацию при температуре 105—107 «С без выдержки.
В зависимости от принятых в технологической инструкции режимных параметров процесса пастеризации молока и молочных продуктов применяют соответствующее оборудование.
Для длительной пастеризации используют емкости периодического действия, а для кратковременной и моментальной пастеризации — пластинчатые, трубчатые и другие пастеризационные аппараты. Их устройство и принцип работы рассмотрены ниже.
molzavod.com.ua
| Обратная связь ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса — ваш вокал Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими Целительная привычка Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Тренинг уверенности в себе Вкуснейший «Салат из свеклы с чесноком» Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Как слышать голос Бога Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной Оси и плоскости тела человека — Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д. Отёска стен и прирубка косяков — Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу. Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) — В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар. | Пастеризация — тепловая обработка молока и др. молочных продуктов при темп-ре ниже точки кипения (<100,2°С). Цели: 1.Уничтожение патогенной микрофлоры, получение продукта безопасного для потребления в санитарно-гигиеническом отношении. 2.Снижение общей бак. обсемененности, разрушение ферментов сырого молока, которые вызывают порчу пастеризованного молока при хранении. 3. Направленное изменение физ-хим. свойств молока для получения заданных свойств готового продукта. Изменяются органолептические свойства, вязкость, плотность сгустка (ряженка, топленое молоко). 4.Паст-ция обеспечивает оптимальные температурные условия для проведения технологических операций, следующих за тепловой обработкой (заквашивание, сгущение, хранение). Режим пастеризации представляет собой комбинацию t-ры нагревания и продолжительности выдержки при данной t-ре. Продолжительность выдержки выбирается такой, чтобы достичь max-ных результатов пастеризации. Зависимость между t-рой и временем воздействия была открыта Куком. Теоретические основы режимов пастеризации разработаны Куком и исходят из положений: Зона А определяет режимные параметры, подавление жизнедеятельности м.о. молока. Зона Б характеризует режимные параметры при которых происходит биохимические, физикомеханические изменения составных частей и свойств молока. Прямым показателем эффективности пастеризации является гибель наиболее стойкого патогенного м.о.- туберкулезная палочка. Погибает в результате тепловой обработке при t=65°C не менее 30 мин. Косвенным показателем служит проба на фосфатазу. Зависимость между выдержкой и температурой записывается уравнением: lnz=36,84-0,48t. Нейтральная зона- это зона режимных параметров при которых жизнедеятельность м.о. подавляется, а молоко сохраняет свое первоначальное качество. В зависимости от схемы организации процесса пастеризации, от особенностей технологий молочных продуктов, в зависимости от оборудования, в молочной промышленности используют следующие виды пастеризации: 1) длительная с 65°C- не менее 30 мин.; либо при производстве топленного молока, ряженки 92-95°C- 3-5 ч.; 2) кратковременная (при производстве молока питьевого) 15-20с- 76±2°C; 3)моментальная (при производстве масла, пастеризация сливок) 92-95°C, без выдержки. Критерий Пастера— для определения зависимости режимов пастеризации, которая показывает отношение продолжительности выдержки пастеризации к продолжительности бактерицидного действия температуры пастеризации: Ра=i/z . Он может быть = 1, или >1. Эффективность пастеризации определяется отношением количества уничтоженных клеток в пастеризованном молоке к количеству бактериальных клеток в исходном молоке (%). Зависит не только от температуры и времени выдержки, но и от пастеризации, бакобсемененности молока. При производстве молока питьевого t=74-78°C выдержка 15-20с. Режим пастеризации топленного молока 95-99°C с выдержкой 3-5ч. Такой режим пастеризации обуславливается этим продуктом. КМП- 87±2°C, 15мин., либо 92±2°C 2-8мин. При производстве творога – не выше 80°C, т.е. 78±2°C, 8с(менее плотный сгусток, который будет отдавать сыворотку). В случае производства творога на механизированной линии Я9-ОПТ- 92±2°C, 15мин., с последующей обработкой сгустка. При производстве сыров- 72-74°C, 20-25с, чтобы сохранить белковую систему молока. Сливки, сметана применяют повышенные температуры пастеризации, при чем, чем жирнее продукт тем температура пастеризации выше. Сливки жирностью до 20% — 80±2°С, 15-30с. Сливки выше 20% — 87±2°С, 15-30с. Сметана — 86±2°С, 2-10мин., 94±2°С без выдержки (высокие температуры пастеризации связаны с низкой теплопроводностью жира). Сливочное масло, режимы пастеризации сливок: 1) 85-90°С без выдержки; 2) 92-95°С без выдержки; 3) свыше 100°С (103-115°С). Причины пастеризации: чтобы уничтожить ферменты (липаза, пероксидаза) и связаны с длительным сроком хранения. Чем выше температура пастеризации, тем больше количество сульфгидрильных групп, которые являются антиокислителями, поэтому способствуют хранению сливочного масла. Сгущенные сухие молочные продукты (консервы)- 95-105°С, для того чтобы можно было провести длительное хранение продукта. В качестве оборудования применяются ППОУ, ТПОУ, длительная пастеризация- емкости, ВДП и специальные резервуары. |
megapredmet.ru
3. Обоснование параметров и режимов аппаратов для пастеризации молока
Основными показателями работы пластинчатых теплообменных аппаратов являются их производительность, поверхности теплопередачи секций пастеризации, регенерации и охлаждения, эффективность регенерации тепла, которая характеризуется коэффициентом регенерации.
Эти показатели могут быть определены из основных уравнений теплового баланса и теплопередачи расчетным путем.
Количество теплоты Qm (Дж), необходимое для нагревания определенной массы молока от начальной температуры tH до температуры пастеризации tП определяется
(14.1)
Эту теплоту передает молоку через стенки пластин горячая вода, поступающая противотоком в секцию пастеризации с температурой tГ. и выходящая из секции с температурой tH. Количество теплоты, передаваемое водой молоку:
(14.2)
где М – масса молока, проходящего через пастеризатор в единицу времени (или производительность), кг/с;
В – расход воды на пастеризацию этого молока, кг/с;
сМ и сВ – соответственно теплоемкость молока и воды, Дж/кг °С.
В установившемся процессе в аппаратах непрерывного действия тепловые потери в окружающую среду минимальны, и ими в практических расчетах можно пренебречь. При этом уравнение теплового баланса имеет вид
QМ= QB или М·сМ·(tП – tH) = В·сВ·(tГ – tВ). (14.3)
Расход горячей воды берется кратным массе молока: В = n·М,
где n – коэффициент кратности или водное число, равное от 3 до 7.
Тепловая производительность пастеризатора, как и всякого другого теплообменника, зависит от величины его поверхности нагрева F (м2), коэффициента теплопередачи k (Вт/м2·°С) и средней логарифмической разности температур ΔtCP (°C) между водой и молоком в процессе теплообмена
Q = F·k·ΔtCP или М·сМ·(tП – tH) = F·k·ΔtCP (14.4)
Средняя логарифмическая разность температур определяется как
(14.5)
где Δtmax = tВ – tH и Δtmin = tГ – tП – соответственно максимальная и минимальная разность температур между горячей водой и молоком в начале и в конце процесса, (см. график теплообмена на рисунке 14.11). Температуры молока tH и tП заданы технологическим процессом. Температуру воды tГ на входе в секцию пастеризации принимают на 2…18°С выше tП, a температуру воды на выходе определяют из уравнения теплового баланса (14.3), задаваясь водным числом n.
Рисунок 14.11 – График теплообмена между молоком и горячей водой в пастеризаторе непрерывного действия
Из уравнения теплопередачи (14.4) определяются:
1) Поверхность нагрева F (м2) для заданной производительности М (кг/с) пастеризатора при определенных температурных режимах
(14.6)
2) Производительность пастеризатора М (кг/с) по заданной поверхности нагрева при изменении режимов пастеризации (если, например, молоко идет на пастеризацию не парное, а охлажденное, или температуру пастеризации необходимо повысить до 90…97°С).
(14.7)
Для практических расчетов можно принять: теплоемкость молока сМ = 3900 Дж/кг°С; значения коэффициентов теплопередачи k (Вт/м2°С) по таблице 14.3.
Расчет пластинчатого охладителя или секции охлаждения пастеризационно-охладительной установки проводится аналогично, но с учетом, что молоко при охлаждении отдает тепло, а вода или рассол его отбирают (см. графики на рисунке 14.10).
Уравнение теплового баланса при охлаждении будет иметь вид
М·сМ·(tH – tК) = В·сВ·(tВ – t0). (14.8)
где tH и tК – соответственно начальная и конечная температуры молока, °С;
t0 и tВ – температуры воды соответственно на входе в секцию охлаждения и на выходе из секции, °С.
Средняя логарифмическая разность температур подсчитывается с учетом графика теплообмена при охлаждении (рисунок 14.11) по формуле (14.5).
С целью экономии теплоты (энергии) пастеризационно-охладительные установки оснащают секциями регенерации или рекуперации. Эффективность регенерации тепла характеризуется коэффициентом регенерации Е – отношением количества теплоты QP, отданной горячим молоком или принятой холодным (сырым), к общему количеству теплоты Qn для нагревания молока от начальной температуры до температуры пастеризации
(14.9)
при допущении, что сМ = const; ΔtCP = const, а потери теплоты в окружающую среду незначительны, и ими можно пренебречь, тогда
(14.10)
где tH – температура сырого молока, поступающего в секцию регенерации, °С;
tР – температура подогретого молока на выходе из секции регенерации, °С;
tП – температура пастеризации, °С.
Уравнение (14.10) может использоваться для определения температур жидкостей при заданном значении коэффициента регенерации Е.
Таблица 14.3 – Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи k аппаратов для тепловой обработки молока (по Н.В.Барановскому)
Условия теплообмена | k, Вт/м2·оС |
Охлаждение | |
Молоко в ушатах, флягах и ваннах | 120…180 |
Молоко в ваннах с качающейся мешалкой | 480…600 |
Молоко на оросительных трубчатых охладителях: для секций водяного охлаждения для секций охлаждения ледяной водой | 1200…1450 840…1100 |
Молоко в современных пластинчатых аппаратах при поперечном обтекании рифлей: для секций водяного охлаждения для секций охлаждения ледяной водой | 1800…2400 1400… 1800 |
Молоко в трубчатых закрытых охладителях: для секций водяного охлаждения для секций охлаждения ледяной водой | 1200… 1400 840… 1100 |
Нагревание | |
Молоко в ушатах и в ваннах длительной пастеризации при работе мешалок | 250…350 |
Холодное молоко, нагреваемое горячим молоком на оросительных прямоточных и противоточных рекуператорах | 1100…1400 |
Холодное молоко в рекуперативных секциях современных пластинчатых аппаратов при поперечном обтекании рифлей горячим молоком | 2400…3000 |
Молоко в пастеризационных секциях современных пластинчатых пастеризаторов при поперечном обтекании рифлей горячей водой или паром | 3000…3600 |
Молоко в пастеризаторах с вытеснительным барабаном при нагревании паром : от 5 до 40 °С от 5 до 85 °С от 40 до 85 °С | 2400 3000 3600 |
Молоко в трубчатых пастеризаторах при нагревании паром от 5 до 85°С | 1400 |
При расчете пастеризационных установок (рисунке 14.12) следует принимать следующие параметры:
— заданный температурный режим пастеризации и охлаждения молока;
— температура сырого молока на входе в секцию регенерации 1-й ступени может быть в пределах от 10 до 35 °С;
— сепаратор-молокоочиститель установки обеспечивает качественную очистку молока, выходящего из секции регенерации 1-й ступени при температурах 37…45 °С;
— температуру горячей воды на входе в секцию пастеризации устанавливают на 2…18 °С выше температуры пастеризации молока с учетом точки кипения;
— молоко охлаждают до температуры 4…10 °С с учетом времени года и местных условий;
— при расчете установки в зависимости от режима пастеризации, охлаждения молока и климатических условий температура охлаждающих жидкостей может быть: артезианской воды – 4…10 °С; водопроводной воды – 5…16 °С; ледяной воды –1…4 °С; рассола – 0…–5 °С.
Рисунок 14.12 – Схема движения потоков молока, горячей, холодной и ледяной воды
Расчет параметров теплообменных секций
Определение рабочей поверхности секций пастеризации FП проводится решением уравнения (14.4) относительно F
(14.11)
Значения t9, t4 берутся из таблицы 14.4 в соответствии с вариантом задания.
Среднюю логарифмическую разность температур ΔtСР между нагревающей водой и пастеризуемым молоком находим по формуле (14.5) в соответствии с графиком теплообмена (рисунок 14.11), где Δtmax = tВ – tH = t10 – t3 и Δtmin = tГ – tП = t9 – t4.
Из уравнения (14.5) определяем значение температуры молока t3 на входе в секцию пастеризации по заданному коэффициенту регенерации Е.
Из уравнения баланса теплоты (14.8) определяем значение температуры воды t10 на выходе из секции пастеризации.
С учетом принятых обозначений уравнение будет иметь вид:
V·cV·(t4 – t3) = D·cD·(t9 – t10)/
Принимая В = М·n и решая уравнение, получим:
.
Определяем значение средней логарифмической разности температур Δtcp между водой и молоком по формуле (14.5).
Определяем количество теплоты, необходимой для пастеризации молока, решая уравнение: Qn = М·сМ·(t4 – t3).
Определяем рабочую поверхность секции пастеризации:
(14.12)
Определяем количество пластин:
, (14.13)
где f – рабочая поверхность одной пластины, м2.
Определение суммарной рабочей поверхности и количества пластин секций регенерации первой и второй ступеней.
Для заданного температурного режима строится график теплообмена между сырым и пастеризованным молоком в секциях регенерации (рисунок 14.13).
Рисунок 14.13 – График теплообмена между сырым (1) и пастеризованным (2) молоком
Из уравнения (14.9) находим расчетную формулу для определения суммарной площади секций регенерации FP. Для этого в уравнение
подставляем значение t4 = t3 + ΔtСР и значение теплоты Q = k·F·ΔtСР = М·сМ·(t3 – t1).
После преобразований расчетная формула для определения рабочей площади теплообмена, м2, будет иметь вид:
(14.14)
Находим количество пластин в секциях регенерации:
Z = FP/f. (14.15)
Из уравнения (14.3), по заданному значению количества пластин и коэффициента регенерации, могут быть определены температуры рабочей жидкости (пастеризованного молока) на выходе из секции регенерации.
Определение поверхности теплообмена секции водяного охлаждения.
Для расчета задаемся начальными и конечными температурами охлаждаемого молока t6 и t7, холодной воды t11 и t12 и коэффициентом теплопередачи k при охлаждении (таблицы 14.3 и 14.4).
Из графика теплообмена при противоточном режиме (рисунок 14.14, а) определяем по формуле (14.5) среднюю логарифмическую разность температур.
Определяем поверхность теплообмена FB секции водяного охлаждения, м2
(14.16)
Аналогично определяем производительность секции рассольного охлаждения. Однако с целью предотвращения примерзания молока к пластинам охладителя при использовании рассола следует применять прямоточный режим охлаждения.
Рисунок 14.14 – График теплообмена между молоком и водой в секции охлаждения при: а – прямоточном; б – противоточном режимах
Кратность циркуляции рассола или холодной воды определяется по формуле
(14.17)
где М – производительность аппарата, кг/с;
W – расход рассола или холодной воды, кг/с;
сМ и сР – удельная теплоемкость молока и рассола, Дж/кг·°С.
Для расчета можно принять теплоемкость рассола (20% раствор NaCl) при температуре 5°С: сР = 3400 Дж/кг·°С. Расход рассола при выбранной кратности nР определяется по формуле: W = М nР.
Определение производительности секции пастеризации проводится путем решения уравнения (14.3) Для расчета удельную теплоемкость молока можно принять сМ = 3938 Дж/кг·°С.
Таблица 14.4– Температурные режимы установки Б6-ОП2-Ф-1
Показатели | Варианты | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
t1 – температура сырого молока на входе в секцию регенерации 1 ступени, °С | 15 | 20 | 25 | 30 | 30 | 35 |
t2 – температура молока на выходе из секции регенерации 1 ступени и на входе в секцию регенерации 2-й ступени, °С | 35 | 40 | 40 | 45 | 45 | 40 |
t3 – температура подогретого молока на выходе из секции регенерации 2 ступени и на входе в секцию пастеризации, °С | – | – | – | – | – | – |
t4 — температура пастеризации, °С | 75 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 |
t5 – температура молока на выходе из секции регенерации 2-ой ступени и на входе в секцию регенерации 1 ступени, °С | 60 | 65 | 65 | 70 | 75 | 80 |
t6 – температура молока на выходе из секции регенерации 1 ступени и на входе в секцию водяного охлаждения, °С | 40 | 35 | 40 | 40 | 45 | 45 |
t7 — температура молока на выходе из секции водяного охлаждения и входе в секцию рассольного охлаждения, °С | 18 | 20 | 20 | 18 | 20 | 20 |
t8 – температура охлажденного молока на выходе из секции рассольного охлаждения | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
t9 – температура горячей воды на входе в секцию пастеризации, °С | 80 | 80 | 85 | 90 | 95 | 97 |
t10 – температура горячей воды на выходе из секции пастеризации, °С | – | – | – | – | – | – |
t11 – температура холодной воды на входе в секцию водяного охлаждения, °С | 11 | 12 | 12 | 11 | 10 | 12 |
t12 – температура холодной воды на выходе из секции водяного охлаждения, °С | 14 | 15 | 15 | 13 | 15 | 15 |
t13 – температура ледяной воды на входе в секцию рассольного охлаждения, °С | –5 | –5 | –5 | –5 | –5 | –5 |
t14 – температура ледяной воды на выходе из секции рассольного охлаждения, °С | –1 | –1 | –1 | –1 | –1 | –1 |
М – производительность (расчетная) установки Б6-ОП2-Ф-1, кг/ч | 850 | 900 | 950 | 100 | 105 | 110 |
E – коэффициент регенерации | 0,65 | 0,70 | 0,75 | 0,8 | 0,7 | 0,85 |
n – кратность теплоносителя (циркуляции нагревающей и охлаждающей жидкости) | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 7 |
Порядок выполнения работы
Изучить самостоятельно устройство, порядок работы, технические характеристики и правила эксплуатации пастеризаторов.
Включить в работу лабораторную установку и записать в журнал опытные данные: объем перекаченной жидкости и продолжительность опыта, расход молока и воды, температуру в секциях горячей, холодной воды и молока, площадь нагрева и охлаждения.
Определить параметры установки расчетным путем, используя опытные данные. Если установка не подключена к источникам энергии, молока и воды, то для проведения расчетов следует взять в соответствии с заданием необходимые показатели из таблицы 14.4.
По результатам расчетов, их соответствию технической характеристике установки и опытным данным делается вывод о работоспособности пастеризатора и верности теоретических расчетов.
Оформить отчет по работе. В него включается: название, цель, технические характеристики пастеризаторов, схемы движения потоков жидкостей (рисунки 4, 7, 8 и 12), график процесса теплообмена между молоком и горячей водой, методика и результаты расчетов, выводы.
Вопросы для контроля
1. Назовите назначение и режимы пастеризации молока.
2. Какие типы пастеризаторов и пастеризационно-охладительных установок применяют на животноводческих предприятиях и молочных заводах?
3. Что такое регенерация теплоты в процессе пастеризации молока и зачем ее проводят?
4. Как определить коэффициент регенерации?
5. Как определить количество пластин пастеризатора по заданным технологическим параметрам?
studfiles.net