Линия пастеризации молока

Пастеризация молока - это способ его обработки путем нагревания до сравнительно высокой температуры, но меньше температуры кипения молока при атмосферном давлении. Цель пастеризации - уничтожить находящиеся в молоке микроорганизмы и повысить стойкость молока против порчи при его хранении.

Различают тир режима пастеризации: длительная пастеризация с выдержкой молока в течение 30 минут при температуре 63...65 ⁰С; кратковременная с выдержкой 20...30 с, при температуре 72...76 ⁰С; мгновенная, при температуре 85...95 ⁰С без выдержки.

Основной машиной в линии пастеризации молока является пастеризатор. Он должен обеспечивать уничтожение всех форм микробов. При выборе пастеризатора воспользуются известной формулой теплопередачи:

Q = F ×k × T_ср = M_п × C_п(T_к - T_н), (3.36)

где Q - тепловая производительность пастеризатора, Вт;

F - площадь рабочей поверхности пастеризатора, м²;

k - общий коэффициент теплопередачи, Вт/(кг×⁰С);

T_ср - средне логарифмическая разность температур, ⁰С;

M_п - массовая производительность пастеризатора, кг/с;

C_п - удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг×⁰С);

T_к и T_н -конечная и начальная температуры продукта, ⁰С.

Для одного и того же пастеризатора величина тепловой производительности изменяется в зависимости от температурных условий. Это указывает на необходимость выбора пастеризатора для заданных условий расчетным путем.

Преобразуя выражение (3.36) можно получить выражение для определения площади теплопередачи пастеризатора:

F = M_п × C_п × (T_к - T_н)/(k × T_ср) (3.37)

Для расчета по формуле (3.37) необходимо предварительно определить массовую производительность пастеризатора и средне логарифмическую разность температур, задаться начальной и конечной температурой продукта и определить общий коэффициент теплопередачи и удельную теплоемкость.

Массовую производительность пастеризатора определяется из условия, что молоко в количестве 712 кг пастеризуется в течение часа, тогда:

M_п =712/(1×3600)=0,20 кг/с.

При расчете средне логарифмической разности температур для паровых пастеризаторов необходимо иметь в виду, что температура греющих поверхностей одинаково как в начале, так и в конце процесса.

Тогда средне логарифмическая разность температур определяется:

T_ср=(T_max-T_min)/2,3×lg(T_max/T_min)=(T_п-T_н)-(T_п-T_к)/2,3×lg(T_п-T_н)/(T_п-T_к), (3.38)

где T_max, T_min -разность температур между греющей поверхностью и молоком в начале и в конце процесса, ⁰С;

T_п - температура греющей поверхности, равная температуре пара, ⁰С.

Принимается, что T_п =110 ⁰С, T_н =30 ⁰С, T_к =87 ⁰С.

Общий коэффициент теплопередачи молока составляет 3200 Вт/(м²×⁰С), а удельная теплоемкость при начальной температуре молока 30 ⁰С равна 3919 Дж/(кг×⁰С). При этих данных определяется средне логарифмическая разность температур:

T_ср =[(110-30)-(110-87)]/[2,3×lg(110-30)/(110-87)]=(80-23)/[2,3×lg(80/23)]=46 ⁰С.

Следовательно, площадь теплопередачи, необходимой для пастеризации молока будет равна: F =0,20×3910×(87-30)/(3200×46)=0,32 м².

Условие выбора пастеризатора заключается в том, что поверхность теплообмена выбранного пастеризатора должна быть больше или равно расчетной площади теплопередачи. Этому условию удовлетворяет охладитель-пастеризатор типа ОПФ-1-300 с поверхностью теплообмена 2,5 м².

Для решения вопроса о количестве таких машин определяют массовую производительность пастеризатора при условии, что поверхность нагрева пастеризатора равна 2,5 м² по формуле:

M_п = (F × k × T_ср)/C_п (T_к - T_н). (3.39)

Тогда M_п =(2,5 × 3200 × 46)/3919 × (87-30) = 1,65 кг/с.

Таким образом, необходима одна пастеризационно-охладительная установка типа ОПФ-1-300, так как массовая производительность машины намного больше массовой производительности линии, т.е. 1,65 > 0,20.

При выборе пастеризатора ОПФ-1-300 расчет охладителя и очистителя не производят, так как в состав этой машины входит двухсекционный пластинчатый охладитель и центробежный очиститель молока, рассчитанные для работы с этой машиной. Выбор пастеризационно-охладительной установки ОПФ-1-300 позволяет универсализировать молочное оборудование молочного цеха, т. е. использовать одно и то же оборудование для двух или нескольких операций. При этом создаются возможности для экономии производственных площадей в помещениях и средств на приобретение оборудования. Данная машина может работать в двух режимах: центробежная очистка и охлаждение молока; пастеризация и охлаждение молока и сливок.

В качестве вспомогательных машин для взвешивания, приема и очистки молока, идущего на пастеризацию, используются те же машины, что и при обработке сырого охлажденного молока. Для хранения 712 кг пастеризованного молока выбирается танк-охладитель ТОВ-1 с рабочей емкостью 1000 л, а отгрузку пастеризованного молока осуществляют во флягах типа ФН-38.