Урок "Охлаждение молока в полевых условиях"

УДК: 637.52.037

ОХЛАЖДЕНИЕ СЫРОГО МОЛОКА В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Новицкая М. Е.

Научный руководитель: к.т.н, доцент Гончаров С. Ю.

ФГБОУ ВО «Кeмepoвcкий гocудapcтвeнный ceльcкoxoзяйcтвeнный инcтитут»

Аннотация. При образовании молока из организма животного в него переходят иммунные тела и бактерицидные вещества, задерживающие развитие микроорганизмов. Период действия этого свойства свежевыдоенного молока называют бактерицидной фазой. Ее продолжительность зависит от санитарных условий получения молока и температуры охлаждения. При обычной температуре активность бактерицидных веществ сохраняется около 2 ч.

Ключевые слова: молоко, гранулированный лед, псевдоожижение, циркуляционный слой, охлаждение, льдогенератор.

Молоко и его продукты является очень важным элементом питания для современного человека, так как в них наиболее удачно сочетается весь комплекс необходимых веществ в хорошо сбалансированных соотношениях и в легко перевариваемой форме.

Но одновременно, по-видимому, нет ни одного продукта питания, столь деликатного и уязвимого, начинающего портиться буквально с первых минут своего появления. Поэтому сохранение молока, как исключительного по значению пищевого продукта, следует считать важной задачей.

При температуре 4–5 °С жизнедеятельность бактерий практически прекращается, что создает условия для длительного хранения. Поэтому сырое молоко после доения должно быть очищено и охлаждено до температуры 4±2 °С в течение 2 ч. Хранение его должно осуществляться при температуре 4±2 °С не более чем 24 ч с учетом времени перевозки.

Выбор того или иного способа охлаждения молока зависит от многих факторов, в частности от количества молока, наличия ледяной воды,  обеспеченности хозяйства электроэнергией для получения «искусственного» холода. Почти все способы основаны на том, что молоко отдает тепло охлаждающей жидкости через разделяющую их стенку.

Постоянно проводимые исследования по интенсификации методов охлаждения парного молока на фермах показывают, что в этом направлении существуют определенные резервы технологии, реализующей    несколько способов охлаждения молока с применением различных видов технологического оборудования. Например, наиболее простой и доступный способ охлаждения молока на фермах - во флягах. Недостатком его являются низкий коэффициент теплопередачи и большая трудоемкость. Во  флягах на воздухе даже при минусовой температуре молоко охлаждается медленно.

Значительно быстрее охлаждается оно, если флягу поместить в холодную проточную воду либо добавить колотый лед. В этом случае для охлаждения молока от 35 до 8,5 °С водой  с температурой 8 °С требуется около 3 ч.

Имеется ряд других приспособлений для охлаждения молока льдом или ледяной водой, используемых в прошлом, такие как, фригатор, плоский охладитель, охладитель молока Лукьянова и Никонова и д.р. [1].

Недостатками всех этих способов охлаждения являются – малые объемы охлаждаемого молока, длительное время охлаждения, высокая доля ручного труда, большие затраты на хранение и доставку льда.

В настоящее время большая часть молока охлаждается на молочных фермах в специальных резервуарах:    танках – охладителях. Большинство охладителей сконструировано с таким расчётом, чтобы забор молока производился через день и установка могла охлаждать объём молока, равный 25%  объёма  танка,  с  32 ⁰С  (средняя температура молока  при  поступлении  в ёмкость) до 16 ⁰С в течение 1ч и до 4 ⁰С в течении последующего часа. 

Однако большинство танков–охладителей имеют существенный недостаток в виде совмещения устройств, поскольку, как правило, на одной раме с резервуаром монтируют еще и холодильную машину, что приводит к усложнению механической системы.

Таким образом простота устройства, быстрое внедрение и правильное использование современного оборудования для охлаждения молока даёт возможность уменьшить затраты труда, повысить производительность и снизить себестоимость продукции, а также обеспечить получение молока высокого качества. Этим условиям соответствует традиционная схема двухстадийного охлаждения свежевыдоенного молока льдом.

Двухстадийное охлаждение молока имеет экономическую целесообразность. Затраты на охлаждение молока при этом в три раза ниже, чем при охлаждении свеженадоенного молока сразу машинным холодом. Сокращаются затраты на обслуживание холодильных установок и расход машинного холода.

После предварительных экспериментов установлен режим льдоохлаждения сырого молока, обеспечивающий ускоренный процесс охлаждения до заданной температуры и получение продукта необходимого качества. На основе этого разработано устройство и технология двухстадийного охлаждения молока на стадии его первичной обработки путем применения в ней гранулированного искусственного льда (рис. 1).

Льдоохлаждение начинается с момента, когда подготовленный продукт начинает заполнять танк (резервуар-охладитель) при этом придерживаясь в течении всего процесса следующим режимам. В течении первого часа происходит первая стадия охлаждения молока с 32 °С до 16 °С от стенки резервуара 3, которая находится в соприкосновении с ледяной водой, имеющей температуру 1¸2°С. Дойдя до определённого уровня, молоко самотёком движется по змеевику 2, находящемуся  в  воде  со льдом и расположенному между стенками кожуха и танка.  В течении последующего часа происходит вторая стадия охлаждения молока с 16 °С до 4°С, движущегося по змеевику 2, находящегося  в воде со льдом.

Рис. 1 Схема двухстадийного охлаждения молока: 1 – наружный корпус танка; 2 – змеевик; 3 – внутренний закрытый корпус танка; 4 – насос для подачи ледяной воды; 5 – бак со льдом; 6 – вентилятор; 7 – льдогенератор; 8 – гидротранспортер; –вд– направление движения ледяной воды; –гр– направление движения гранул льда; –вз– направление движения воздуха

Для поддержания постоянной температуры ледяной воды используют гранулированный лед, который постоянно пополняется льдогенератором непрерывного действия работающий в режиме твердое тело (гранулы льда)-газ (воздух) 7 (Т:Г) и в режиме твердое тело (гранулы льда)- жидкая среда (вода)-газ (воздух) 5 (Т:Ж:Г) [2]. Получение льда зависит от сезона года. Зимой в бак 5 загружается естественный или искусственный лед. Из заполненного бака течение ледяной воды осуществляют гидротранспортер 8 в зазор кожуха танка, где контур движения воды напоминает противоточный. Далее ледяная вода при помощи насоса 4 поступает обратно в бак 5 и частично в льдогенератор 7.

В летний период года схема охлаждения молока остается прежней, изменяется лишь способ подачи льда, т.к. он готовится в льдогенераторе 7 с кипящим слоем в режиме Т:Г. Источником холода служит холодильная машина.

Насос 4 подает ледяную воду в том же режиме, по тому же контуру.  Льдогенератор 7, работающий в режиме кипящего слоя Т:Г, подает в бак 5 лед, который подхватывается потоком воды из межпространства стенок кожуха и танка и направляется вдоль перегородки. На другом конце бака 5 создается трехфазный режим Т:Ж:Г с помощью вентилятора 6. Для наращивания гранул льда в льдогенераторе 7 от насоса 4 подается вода на орошение кипящего слоя. Таким образом, вода проходит два контура: льдообразования и охлаждение молока в танке.

Измеренные данные свидетельствуют о том, что процесс охлаждения более интенсивно происходит в змеевике (рис. 2), т.к. поступление тёплого молока в бак замедляет процесс охлаждения, неустойчивость которого зависит также от периодических перемешиваний молока, т.к. оно в углах бака охлаждается сильнее и при перемешивании даёт понижение общей температуры по рабочему объёму бака.

Рис. 2 Схема распределения температур по двухстадийному процессу охлаждения молока

Распределение температуры по змеевику имеет свои особенности. Поскольку интенсивность теплообмена в змеевике выше, чем в танке, даже при ламинарном движении молока, постольку падение температуры при охлаждении происходит быстрее.

Конвективные потоки от стенок танка не затрагивают поверхность змеевика, что дает выигрыш в несколько градусов в движущей силе теплового процесса. Выбор формы танка предопределен величиной  удельной  поверхности  стенок на единицу объема, которая тем больше, чем более узок последний. Отсюда корпус танка выполнен узким и высоким, в пределах роста человека для удобства обслуживания охладителя. Слив остатков охлажденного молока и промывка танка после работы проводится через дополнительный штуцер в днище корпуса.                            

Использование данной технологии позволяет использовать танк такой ёмкости, что может охлаждать 3000 л молока с 32 ⁰С до 4 ⁰С в течении двух  часов, в то время как большинства применяемых методов с такими же параметрами может охладить лишь 2000-2500 л молока.

Список литературы

1. Герхард Кильвайн. Руководство по молочному делу и гигиене молока / [Пер. с. нем.] Г. Кильвайн. – М. : Россельхозиздат 1980. – 205 с.

2. Гончаров С. Ю. Двухсторонняя кристаллизация пленки воды на поверхности гранул льда / С. Ю. Гончаров: автореф. дис. … канд. техн. наук: 02.00.04. – Кемерово, 2004. – 28с.