Агропрофи » Blog Archive » Охлаждение в потоке
Регистрация

��������� - �������� ��������� �������

Охлаждение в потоке

Дария Харитонова

Мгновенное охлаждение молока в потоке, еще до его поступления в танк-охладитель, позволяет сохранить качество продукта и его структуру, избежав «травмирования» при смешивании от разных доек.

Чем раньше, тем лучше

– Основная цель охлаждения молока – продлить бактерицидную фазу, при которой бактерии, присутствующие в молоке, перестают размножаться, – сообщает менеджер по роботизированному доильному оборудованию компании DeLaval Дмитрий Вигандт. – Поэтому основным залогом качества продукции на молочных комплексах является наличие высококачественного холодильного оборудования. Как правило, для этой цели используются емкостные танки-охладители, которые позволяют эффективно охладить молоко до температуры +4 0С и тем самым предупредить развитие микрофлоры до момента его переработки.

Однако шеф-монтажник компании «ГЕА Фарм Технолоджис Рус» (Gea Farm Technologies) Игорь Жахов подчеркивает, что процесс охлаждения в танках-охладителях начинается только после их заполнения примерно на 10–30% от общего объема, что может продолжаться до 3,5 ч.

– Все это время молоко, уже находящееся в танке-охладителе, не охлаждается, в результате чего бакобсемененность стремительно растет, существенно снижая сортность молока, – отмечает технический директор компании «Трансфэр-Агрохимия» Сергей Черногоров.

Увеличение количества молока и продолжительности дойки, а также высокий уровень молокоотдачи усложняют использование «стандартных» танков-охладителей.

– В таких условиях из-за снижения темпа охлаждения содержание бактерий может повыситься в 10 и более раз, – обращает внимание инженер-конструктор производственной компании «Рифинг» Алексей Потапов. – И если сами психротрофные микроорганизмы и спорообразующие бактерии в основном инактивируются при режимах тепловой обработки, принятых при производстве молочных продуктов, то их ферменты и споры отличаются термоустойчивостью. Кроме того, длительный период охлаждения означает более долгий период перемешивания, что увеличивает риск сбивания масла.

Алексей Потапов, ссылаясь на результаты проведенного Вологодской государственной молочнохозяйственной академией им. Н.В. Верещагина исследования, отмечает, что в результате смешивания молока, уже находящегося непосредственно в танке-охладителе, и добавления в него теплого молока от последующих доек происходит изменение его жировой структуры. Например, содержание свободных жирных кислот в молоке увеличивается в 20 раз (за 48 ч хранения). Происходит частичная дестабилизация эмульсии жира, что приводит к увеличению количества свободного жира, который легче атакуется липазами в первую очередь бактериального происхождения.

Именно поэтому все большее применение находит оборудование, способное предельно быстро охлаждать молоко сразу после дойки, – установки мгновенного охлаждения молока в потоке.

Залог качества

По словам Алексея Потапова, установки мгновенного охлаждения молока обеспечивают снижение температуры выдаиваемого молока с +34…36 0С до +4 0С за очень короткий промежуток времени (несколько минут), что позволяет сохранить исходное качество молока без увеличения содержания психротрофной и спорообразующей микрофлоры.

При смешивании молока одной температуры от разных доек качество молока не снижается. Такие установки не «травмируют» молоко длительным непрерывным перемешиванием, кроме того, мгновенное охлаждение не допускает изменения жировой фазы и накопления свободных жирных кислот.

– Родоначальниками подобных систем принято считать американских производителей, так как именно в США производятся большие объемы молока, – рассказывает Дмитрий Вигандт. – В дальнейшем установки мгновенного охлаждения стали активно распространяться по всему миру.

По наблюдениям поставщиков молочного оборудования для ферм, ни один крупный новый проект сейчас не обходится без установки мгновенного охлаждения молока.

Наиболее распространенная система мгновенного охлаждения в своей основе имеет пластинчатые теплообменники. Она используется в агрегатах, получивших название «чиллер» (англ. сhiller). Это холодильная машина, представляющая собой замкнутый контур, по которому с помощью компрессора осуществляется циркуляция вещества с очень низкой температурой кипения (фреоны R-22, R-404а).

Этим фреоном, как объясняет Дмитрий Вигандт, происходит охлаждение действующего хладоносителя, в качестве которого выступает, как правило, пропиленгликоль (смесь пропиленгликоля с водой). Возможны и другие варианты.

– Непосредственный обмен теплом между молоком и пропиленгликолем происходит в пластинчатом теплообменнике (промежуточное и самое главное звено между чиллером и танком), представляющем собой набор пластин с многочисленными каналами из нержавеющей стали, соединенными между собой, – рассказывает Сергей Черногоров. – Процесс теплообмена происходит через эти пластины при встречном движении молока и хладоносителя. В зависимости от мощности чиллера и количества молока, проходящего в единицу времени, таких пластин может быть от 18 до 150, реже более.

– По одной стороне такой пластины течет охлажденный пропиленгликоль, а по другой – молоко, которое, выходя из молокопровода, попадает через фильтр в пластинчатый охладитель, – дополняет Дмитрий Вигандт. – В некоторых системах молоко и хладоноситель двигаются в разных направлениях, но охлаждение происходит гораздо эффективнее, когда направление потоков воды и хладоносителя совпадают.

После прохождения теплообменника температура молока снижается до +4 0С, далее молоко перекачивается насосом в танк для хранения.

При этом Игорь Жахов замечает, что, применяя системы мгновенного охлаждения в хозяйствах с налаженным сбытом молока, можно и вовсе обходиться без танков-охладителей, заменив их на так называемые термосы. В них молоко, уже охлажденное до нужной температуры, будет храниться до сдачи переработчику, что значительно снизит расходы предприятия на оборудование, так как такой термос стоит дешевле. Кроме того, при налаженном сбыте молока можно использовать прицепные транспортные емкости-термосы.

По словам специалистов, существуют установки, также называемые чиллерами, где в качестве хладоносителя выступает ледяная вода с температурой, близкой к замерзанию. Здесь основным источником хладоносителя является так называемый льдогенератор.

Льдом или гликолем?

Как объясняет Алексей Потапов, в период между дойками в емкости генератора ледяной воды на трубках испарителя холодильной машины накапливается лед. Во время приема молока вода непрерывно прокачивается насосом по кругу через теплообменник, где, охлаждаясь, молоко отдает свое тепло воде. Далее по замкнутому кругу вода поступает в емкость со льдом, лед тает, и вода снова охлаждается.

– Молоко из молокопровода поступает в приемную емкость, оттуда насос перекачивает молоко через щелевой фильтр в теплообменник, там встречным потоком ледяной воды омываются наружные поверхности плоских спиральных каналов, по которым оно прокачивается и охлаждается до нужной температуры, – разъясняет Потапов. – Причем происходит все это за считаные минуты. После завершения приемки молока в генераторе ледяной воды вновь начинает накапливаться лед, и цикл замыкается.

Одним из минусов систем, где в качестве хладоносителя используется ледяная вода, Дмитрий Вигандт называет ограничение по температуре замерзания: вода течет при температуре +1 0С, и направить ее в теплообменник с температурой ниже нельзя. Кроме того, при большом потоке молока нужен большой объем ледяной воды. Так, для нормального теплообмена поток охлаждающей жидкости должен в два раза превышать объем молока. А вот пропиленгликоль при работе чиллера охлаждается до нужной температуры непрерывно, соответственно и нужно его значительно меньше. В итоге разница в габаритах систем не в пользу льдогенераторов.

По словам Игоря Жахова, есть и еще один важный нюанс при использовании льдогенераторов.

– Лед, намороженный между дойками, имеет ограниченные объемы, и если в начале дойки вода поступает нужной температуры (около 0 0С), так как льда много, то к концу лед тает, и вода, охлаждающая последнюю партию молока, уже не такая холодная, – комментирует специалист. – Это снижает эффективность охлаждения молока в начале и в конце дойки. Для комплексов с большими объемами производства такие системы подходят меньше, чем те, где в качестве хладоносителя служит пропиленгликоль, температура которого всегда близка к 0 0С .

Однако, как отмечает Дмитрий Вигандт, у льдогенераторов есть свои преимущества: намораживание льда осуществляется между дойками, как правило, этот процесс происходит ночью. При этом многие регионы в нашей стране имеют дифференцированный тариф оплаты электроэнергии в зависимости от времени суток. В результате предприятия, использующие льдогенераторы, получают возможность экономить на электроэнергии, так как ее основное потребление приходится на ночное время по выгодному низкому тарифу.

– Но, как показывает практика, льдогенераторы при трехразовом доении не всегда успевают наморозить достаточное количество льда между дойками, – возражает Игорь Жахов. – Кроме того, чиллеры с пропиленгликолем не работают между дойками и выключаются, как только прекращается поток молока, что с точки зрения экономии электроэнергии еще выгоднее. К тому же помимо ледяной воды можно использовать в чиллерах и артезианскую воду. В этом случае есть возможность значительно понизить начальную температуру молока и тем самым сократить энергозатраты на охлаждение и проектную стоимость охладительного оборудования. А вода из скважины после теплообменника может использоваться для выпойки и прочих технических нужд.

Альтернатива – коаксиальные

Альтернативой чиллерам служит другой тип системы охлаждения молока, где используется не пластинчатый, а коаксиальный теплообменник.

– Это примерно 12 м трубопровода из нержавеющей стали, закрученного в спираль и выполненного по принципу «труба в трубе», – комментирует Сергей Черногоров. – При этом молочный поток движется по внутренней трубе диаметром 40 см, а хладоноситель – по внешней диаметром 52 см.

Хладоносителем в такой системе выступает вода: либо ледяная, вырабатываемая льдогенератором, либо обычная проточная, подаваемая насосом из артезианской скважины. Как только начинается дойка, во внешнюю трубу поступает вода и охлаждает молоко. На систему, как правило, устанавливают реле времени, позволяющее после остановки молочного насоса еще какое-то время прогонять холодную воду, чтобы следующая партия молока попала на охлажденную поверхность трубы.

Кроме того, в коаксиальном теплообменнике для более длительного контакта молока с водой на молочный насос можно установить инвертор – электронное устройство, позволяющее регулировать скорость вращения молочного насоса и соответственно скорость прохождения молока через устройство охлаждения.

Плюсы и минусы

Минусом такого теплообменника Сергей Черногоров называет более медленное и менее эффективное, чем в пластинчатом, охлаждение молока. В этом случае молоко поступает в танк-охладитель, предварительно охладившись до температуры +5…8 °С в зависимости от хладоносителя.

Однако несмотря на то, что площадь теплообмена в коаксиальном теплообменнике существенно меньше, чем в пластинчатом, полное время охлаждения молока в танке-охладителе до +4 °С с использованием коаксиального теплообменника не превышает 15 минут. Кроме того, как утверждает Сергей Черногоров, с коаксиальным теплообменником также возможно сбросить температуру молока до +4 °С к моменту попадания в танк, если установить параллельно или последовательно не одну, а две такие трубопроводные системы.

Коаксиальные системы мгновенного охлаждения молока существенно дешевле чиллерных, отмечают эксперты. Так, по словам Черногорова, стоимость самого коаксиального теплообменника не превышает 2 тыс. евро. Если используется генератор ледяной воды, то к этой сумме добавляется еще около двух десятков тыс. евро. При использовании проточной воды затраты идут только на нее. В то время как чиллеры с пластинчатыми теплообменниками стоят на порядок дороже -– десятки тысяч евро.

Но главным преимуществом коаксиальных теплообменников Сергей Черногоров называет простоту конструкции, которая обуславливает не только легкость монтажа, но и эффективность промывки такого оборудования.

– Основной недостаток пластинчатых теплообменников в том, что они в силу своей конструкции являются естественным дросселем на линии промывки и промываются сложно, – поясняет эксперт. – Для соблюдения требований к качеству молока их приходиться время от времени разбирать для промывки. После трех-четырех лет эксплуатации при постоянных сборках-разборках такие теплообменники уже невозможно собрать без протечек. Коаксиальные же до крайности просты: диаметр молочной трубы, как правило, в них совпадает с диаметром самого молокопровода, поэтому промывается коаксиальный теплообменник в составе доильного оборудования и не требует никакого вмешательства в конструкцию при обслуживании. Таким образом, срок эксплуатации «коаксиалок» гораздо выше.

Минусом же коаксиальных теплообменников является больший по сравнению с пластинчатыми расход воды. И если в схемах с использованием льдогенератора этот объем фиксирован, и вода циркулирует по замкнутому кругу, то там, где в качестве хладоносителя служит проточная, взятая из скважины вода, появляется проблема ее расхода и сброса.

– Такой минус можно превратить в плюс, если отработанную воду использовать, например, для поения животных, – утверждает Сергей Черногоров. – Необходимо только предусмотреть накопительные емкости, куда будет сбрасываться такая вода.

По наблюдениям эксперта, коаксиальных теплообменников в России пока еще мало, но простота в эксплуатации и дешевизна положительно влияет на их распространение в нашей стране

Что касается выбора систем мгновенного охлаждения молока, то животноводам есть над чем подумать. В России подобное оборудование выпускается компаниями «Рифинг», «Прогресс» (торговая марка Fresh Milk) и др. Среди зарубежных поставщиков наиболее активны на рынке GEA Farm Technologies (Германия), DeLaval (Швеция), Bou-Matic (США), «САК» (Дания), Wedholms (Швеция), Frigomilk (Италия), «Pаско» (Бельгия) и Serap (Франция). В основном все они предлагают чиллерное оборудование для охлаждения молока в потоке, и только последние две компании имеют в своем ассортименте коаксиальные системы.

Комментарии практиков:

Племенной завод «Гомонтово»

(Ленинградская обл.)

Главный инженер

Владимир Кравцов:

– Наш молочный комплекс рассчитан на содержание 1200 голов дойного стада. Раньше для мгновенного охлаждения молока у нас была установлена система с пластинчатым теплообменником компании SAC (Дания). В качестве хладоносителя использовалась артезианская вода. К сожалению, после нескольких лет применения нам пришлось эту систему демонтировать, так как хорошо ее промыть без разбора у нас не получалось – постоянно забивались труднопроходимые места. В итоге после бесконечных сборок и разборок для промывки теплообменник стал протекать.

Поэтому полтора года назад мы установили систему на основе коаксиального теплообменника Serap (Франция). Конструкция простейшая – труба в трубе, закрученная пружиной. Материал изготовления – нержавеющая сталь. Снаружи по трубе течет вода, внутри – молоко. При подаче молока в трубу установлен автоматический клапан для включения воды, чтобы избежать ее лишнего расхода. Как только начинается дойка и молоко поступает в трубу, одновременно подается вода температурой +4 0С.

Падение температуры парного молока составляет 20–25 0С. Конечно, после коаксиального теплообменника молоко не охлаждается до +4 0С, кроме того, используя артезианскую воду, этого достичь невозможно. Но даже после снижения температуры до +14…10 0С подаваемое в танк молоко охлаждается до температуры +4 0С за 7–10 минут. Главное, что нет проблем с промывкой: отсутствуют затруднения при прохождении жидкостей в этой конструкции. В отличие от пластинчатого теплообменника нет ни стыков, ни поворотов под 900, где обычно скапливался непромываемый осадок.

Есть, конечно, и минусы: с использованием коаксиального теплообменника сильно возрос расход воды, так как система труб стала длиннее. Сейчас мы хотим использовать эту воду в хозяйстве. Для этого устанавливаем накопительные емкости, куда будет сбрасываться отработанная вода, которая пойдет на поение животных.

Ферма-кооператив Westrup

(Германия, земля Нижняя Саксония),

Дирк Веструп, совладелец:

– На нашей ферме содержится 620 голов КРС. Систему мгновенного охлаждения молока мы установили в 2009 году сразу при постройке нового здания. Все молочное оборудование на ферме – компании Bou-Matic (США). Поэтому и холодильное оборудование решили закупать там же. Речь идет о чиллере с пластинчатым теплообменником, где в качестве хладоносителя используется вода из артезианской скважины, которая охлаждает молоко с +36 0С до +14…10 0С. Затем прошедшая по контуру теплообменника вода попадает в баки, а оттуда поступает для поения молодняка и дойного стада.

Я слышал, что возникают проблемы с промывкой такого оборудования, но у нас на ферме такие случаи бывают очень редко, мы не часто разбираем его, и пока протечек после этого не наблюдалось. Может быть, потому, что у нас не жесткая вода и мы соблюдаем все правила приготовления промывочного раствора.

К тому же разбирается он довольно легко – просто расщелкиваются и защелкиваются пластины. Бывает, что из строя выходят резиновые прокладки, но их можно всегда докупить.

Благодаря использованию чиллера нам удалось сохранить высокое качество молока и поставлять свою продукцию для изготовления детского питания.

Что касается выбора систем мгновенного охлаждения молока, то животноводам есть над чем подумать. В России подобное оборудование выпускается компаниями «Рифинг», «Прогресс» (торговая марка Fresh Milk) и др. Среди зарубежных поставщиков наиболее активны на рынке GEA Farm Technologies (Германия), DeLaval (Швеция), Bou-Matic (США), «САК» (Дания), Wedholms (Швеция), Frigomilk (Италия), «Pаско» (Бельгия) и Serap (Франция). В основном все они предлагают чиллерное оборудование для охлаждения молока в потоке, и только последние две компании имеют в своем ассортименте коаксиальные системы.

Отправить ссылку другу
Оставить отзыв