Теоретичні відомості. Згущення молока випарюванням здійснюється шляхом видалення вологи у вигляді пари під час його кипіння під вакуумом

Згущення молока випарюванням здійснюється шляхом видалення вологи у вигляді пари під час його кипіння під вакуумом. Застосування вакуумування дозволяє значно понизити температуру кипіння молока. Оптимальною для випарювання молока є температура близька до 50 º С, так як при цій температурі добре зберігаються властивості молока. Температура випарювання повинна бути не вище 75 º С.

В процесі випарювання збільшується вміст сухих речовин молока, а кількість води в продуктові знижується. Відношення кінцевої концентрації будь-якого компоненту молока до його початкової концентрації прийнято називати ступінню згущення. При виробництві згущених консервів цей показник складає 2, 5-3, а при виробництві сухих консервів – 4-5.

Згущення молока проводять на вакуум-випарних установках різних типів: циркуляційних (періодичної дії) і пластинчатих (безперервної дії). Найбільш широко використовують вакуум-випарні установки циркуляційного типу одно- і багатокорпусні, а також плівкові багатокорпусні установки.

В однокорпусних установках молоко кипить при 55-60 º С. Для цього створюється розрідження (8, 7-8, 8)·10⁴ Па (660-670 мм рт. ст.). В багатокорпусних установках кипіння молока відбувається при різних температурах в різних корпусах. Найвища температура кипіння в першому корпусі. В послідуючих корпусах вона поступово знижується. Це відбувається в результаті виділення різної кількості пари з молока в різних корпусах, тому в кожному корпусі створюється певний рівень розрідження.

Однокорпусна вакуум-випарна установка циркуляційного типу (рис. 22) складається з нагрівача (калоризатора) і паровідокремлювача (сепаратора), які з’єднані між собою сполучною трубою.

Рис. 22. Схема однокорпусної вакуум-випарної установки циркуляційного типу:

1 – парові вентилі; 2 – манометри; 3 – поверхневий конденсатор; 4 – трубчаті піді­грівачі; 5 – паровідокремлювач; 6 – пароструйний компресор (термокомпресор); 7 – кало­ризатор (пароутворювач); 8 – кран для відбору проб; 9 – кран для випуску згущеного молока; 10 – вакуум-насос; 11 – пароструйний вакуум-насос (ежектор)

Нагрівач являє собою вертикальний кожухотрубний теплообмінник, в який вмонтовані трубки. Для підігріву молока, що заповнює трубки, в між трубний простір поступає пара, температура якої близько 75 º С. Молоко закипає в трубках, піднімається вгору і разом з парою частково відходить в паровідокремлювач. Сполучний патрубок розміщений тангенціально до паровідокремлювача, тому потік рідини при вході в паровідокремлювач закручується. Рідина в результаті дії центробіжних сил потоку відкидається до стінки, а пара збирається в центрі і, піднімаючись вгору, виходить в трубу для вторинної пари. Пара названа вторинною, оскільки отримується з молока в результаті його кипіння. Температура його відповідає температурі кипіння молока. Приблизно половина вторинної пари направляється в конденсатор для підтримання розрідження в установці, а інша частина пари поступає в термокомпресор, в якому змішується з парою з котельні, і суміш направляється в міжтрубний простір нагрівача для підтримання кипіння молока. При такому використанні вторинної пари витрати нагріваючої пари на 1 кг випареної вологи складає 0, 5 кг.

Вакуум в установці створюється в результаті конденсації вторинної пари, так як її об’єм в тисячі разів менший об’єму отриманого конденсату, а також внаслідок відсмоктування повітря, яке потрапляє в установку через нещільності і разом з продуктом.

Для відсмоктування повітря застосовують пароструйні насоси (ежектори). Частково згущене молоко з паровіокремлювача стікає по циркуляційній трубі в нагрівач, і цикл повторюється. Тривалість згущення молока становить близько 1 години.

Для згущення використовують нормалізоване молоко, кількість якого приблизно становить 60 % годинної продуктивності установки. Згущене молоко відкачується з установки спеціальним насосом. Закінчення згущення встановлюють по масовій долі сухих речовин продукту або його густині.

Корпус плівкової вакуум-випарної установки (рис. 23) також складається з нагрівача і паровідокремлювача, але розміщені вони дещо по-іншому. Нагрівач розміщений вище, ніж паровідокремлювач. Під час згущення молоко стікає по кип’ятильним трубкам, не заповнюючи повністю простір труби. Шар молока утворює тоненьку плівку товщиною 2-6 мм. При такій товщині шару теплообмін проходить інтенсивно і пара легко виділяється з молока. Вона відрізняється від пари циркуляційних апаратів чистотою, так як не забруднюється краплями молока. Після відділення вторинної пари від згущеного продукту в паровідокремлювачі продукт насосом подається в наступний корпус установки, а вторинна пара подається на обігрів другого корпусу. Із останнього корпусу готовий продукт відводиться на подальшу обробку, а вторинна пара – в конденсатор. Частина нагріваючої пари з другого корпусу повертається через термокомпресор на обігрів першого корпусу.

Раціональне використання вторинної пари в установках плівкового типу дозволяє зменшити витрати нагріваючої пари до 0, 4-0, 5 кг на 1 кг випареної вологи. Вакуум-випарні установки плівкового типу згущують одночасно невеликий об’єм рідини і час перебування рідини в одному корпусі складає до 1 хв. В зв’язку з цим продукт не піддається тривалому тепловому впливу, виключається піноутворення і пов’язані з цим втрати продукту. Плівкові установки мають високу продуктивність і працюють в безперервному режимі. Поряд з перевагами плівкові установки мають ряд недоліків: вони високі (більше 6 м), включають велику кількість корпусів, чутливі до зміни тиску нагріваючої пари, температури охолоджуючої води, а також до кількості води і пари, що подається. Плівкові вакуум-випарні установки використовують головним чином для згущення молока перед сушінням.

Продуктивність вакуум-випарних установок складає 400-12000 кг і більше випареної вологи за годину.

Рис. 23. Схема двокорпусної вакуум-випарної установки плівкового типу:

1 – другий підігрівач; 2 – калоризатор першого ступеню; 3 – термокомпресор; 4 – паровідокремлювач першого ступеню; 5 – калоризатор другого ступеню; 6 – паровідокремлювач другого ступеню; 7 – перший підігрівач; 8 – пусковий ежектор; 9 – ежектор першого ступеню; 10 – ежектор другого ступеню; 11 – проміжний конденсатор; 12 – конденсатор змішування; 13 – насос; 14 – молочні крани; 15 – насос для відбору конденсату; 16 – насоси для продукту; 17 – насос для подачі молока в перший підігрівач; 18 – ємкість для молока.

Специфічною операцією для виробництва всіх сухих молочних консервів є сушіння, мета якого полягає у видаленні води з продукту. Сушарки для молочних продуктів класифікують наступним чином: плівкові, або вальцьові (контактні), розпилювальні, шафові (камерні) і барабанні (повітряні). В основу їх роботи покладені два способи сушіння: контактний, при якому продукт, призначений для сушіння, дотикається з нагрітою поверхнею, і повітряний, коли волога з розпиленого продукту поглинається прохідним повітрям.

Повітряним способом молоко сушать в камерах (баштах) розпилювальних сушарок. Нагріте повітря, проходячи через камеру, передає розпиленим частинкам молока тепло, поглинає і виносить утворену пару.

Розпилювальна сушарка з дисковим розпилювачем (рис. 24) являє собою башту циліндричної форми з конічною нижньою частиною.

Безперервно поступаюче згущене молоко розпилюється диском, який швидко обертається, у верхній частині сушарки на дрібні крапельки. В зону розпилення молока подається гаряче повітря (160-180 º С), при змішуванні з яким дрібні частинки молока швидко висихають в результаті випарювання вологи. Висока швидкість сушіння обумовлена великою сумарною поверхнею крапель молока, яка складає при величині крапель 30-80 мкм близько 100-150 м² на 1 л. Під час швидкого випарювання вологи температура повітря в зоні розпилення знижується до 75-95 º С, тому продукт не піддається сильному тепловому впливові.

Сухе молоко у вигляді порошку падає на дно башти, а звідти через рукав засмоктується разом з повітрям в трубу пневмотранспортера і поступає в циклони (7, 10). Повітря з циклонів відводиться вентилятором 5 і викидається в атмосферу. Сухе молоко, яке відділяється від повітря, поступає спочатку у повітровід (9, 12), а потім – у розвантажувальний циклон (7, 10).

Рис. 24. Схема прямоточної розпилювальної сушарки з дисковим розпилювачем:

1 – фільтр для повітря; 2 – калорифер; 3 – розпилювальний диск; 4 – патрубок для подачі молока; 5 – вентилятор; 6 – повітропровід; 7, 10 – циклони для відділення сухого молока від повітря; 8 – розвантажувальний поворотний шибер; 9, 12 – пневмотранспортер для подачі повітря з сухим молоком в циклони; 11 – фільтр для повітря; 13 – сушильна башта; 14 – привід очищаючого механізму; 15 – насос; 16 – щит управління

Під час руху по повітроводу 12 молоко охолоджується холодним повітрям. В залежності від напрямку руху потоку повітря і розпилювального матеріалу розрізняють прямоточні і протиточні сушарки, а також сушарки із змішаним потоком. Найкраща якість продукту досягається в прямоточних сушарках. Розчинність сухого молока продукту складає 96-98 %.

Продуктивність по випареній волозі розпилювальних сушарок 250-2000 кг за годину і більше. Витрати повітря на випарювання 1 кг вологи близько 40 кг, а пари – 2-4, 5 кг. Тривалість безперервної роботи розпилювальних сушарок складає не більше 18 годин.

Молоко контактним способом сушать на плівкових (вальцьових) сушарках. Продукт, який підлягає сушінню, наноситься тонким шаром на гарячу поверхню вальця, що обертається. Утворена при випарюванні вологи пара поглинається оточуючим повітрям і разом з ним відводиться назовні. Висушений продукт знімається з вальців ножами в приймальний жолоб і транспортуючим пристроєм відводиться до збірника.

Плівкові сушарки (рис. 25) працюють під вакуумом і при атмосферному тиску. На чавунній станині паралельно між собою і суворо горизонтально розміщені два порожнинних вальці-барабани 3. Зовнішня циліндрична поверхня вальців, на яку наноситься молоко, шліфована. Вальці-барабани обертаються з певною швидкістю. Привід здійснюється від електродвигуна через редуктор.

Рис. 25. Вальцьова (плівкова) сушарка:

1 – піддон; 2 – шнеки; 3 – вальці-барабани; 4 – ножі; 5 – жолоб; 6 – зонт; 7 – млин

Порожнинні вальці 3 продувають паром для видалення повітря і прогрівають при робочому тиску пари 0, 25-0, 5 МПа. Згущене молоко подається в розподільний жолоб 5 з дрібними отворами. Молоко поступає в сушарку зазвичай гарячим, тому при дотикові з гарячими вальцями воно швидко закипає. Проходячи крізь зазор між вальцями (0, 2-0, 5 мм), молоко залишається на поверхні їх у вигляді тонкого шару, який висихає і перетворюється в суху плівку за 1 оборот вальців (2-2, 5 с) до ножа 4, що зчищає плівку. Висушена плівка молока знімається з поверхні вальців ножами 4 і падає в жолоб, по якому передається шнеком 2 до піддону 1. звідти плівка направляється до млина, де подрібнюється в порошок, а потім подається на фасування. Пара, яка виділяється при висиханні продукту, поступає в зонт 6 і видаляється через трубопровід вентилятором.

Контрольні запитання:

1. Яка мета вакуумування?

2. Навести класифікацію вакуум-випарних установок.

3. Яка будова і принцип роботи однокорпусної вакуум-випарної установки циркуляційного типу? Що є її основними робочими органами?

4. Особливості будови двокорпусної вакуум-випарної установки плівкового типу? Як відбувається процес згущення молока в цій установці?

5. Навести класифікацію обладнання для виробництва сухих молочних продуктів.

6. Яка будова і принцип роботи розпилювальної сушарки?

7. Які основні робочі органи плівкової сушарки?

8. Як відбувається процес сушіння молока на вальцьовій сушарці?