Резервуары-охладители предназначены для сбора, охлаждения и хранения молока. Это один из наиболее прогрессивных и находящих все более широкое применение видов оборудования. Классификация резервуаров-охладителей представлена на рисунке .
Резервуары охладители выпускают как в открытом, так и герметичном (вакуумном) исполнении.
Охлаждение молока в резервуарах охладителях (танках) осуществляется двумя способами: непосредственно кипящим хладагентом или посредством промежуточного хладоносителя, т. е. воды от холодильной установки. В первом случае хладагент холодильной машины для своего кипения отнимает теплоту непосредственно от молока, во втором - от воды, превращая ее в лед.
По энергетическим показателям второй способ охлаждения уступает первому и характеризуется пониженным К. П.Д. холодильного агрегата. Это объясняется тем, что для аккумуляции льда требуется более низкая температура кипения хладагента. Снижение температуры кипения хладагента на 1°С уменьшает холодопроизводительность компрессоров в среднем на 3% на 1 дм3 охлажденного молока. В резервуаре с непосредственным охлаждением затрачивается приблизительно 12 Вт электроэнергии, в то время как для резервуаров с промежуточным хладоносителем -30...35 Вт/дм3.
Резервуары с непосредственным охлаждением молока выпускают как со встроенным охладителем (испарителем), так и с погружным.
По исполнению резервуары с встроенным испарителем могут иметь автономный и встроенный холодильный агрегат.,Резервуары вместимостью до 1000 дм3, как правило, имеют встроенный холодильный агрегат (рис. 7), а большей вместимости - автономный (рис. 8). В последнем случае требуются мощные холодильные агрегаты, которые выделяют в помещении молочной большое количество теплоты, в связи с чем возникает необходимость установки вентиляционного оборудования или рекуператоров.
Встроенный испаритель холодильной машины крепится к корпусу реэервуара и ого нижней части и в области наибольших скоростей движения молока. В вертикальных цилиндрических резервуарах местом крепления испарителя является днище резервуара.
Рис. Резервуар-охладитель со встроенным холодильным агрегатом:
1 - холодильный агрегат; 2-внутренний резервуар; 3 -наружный резервуар; 4 - патрубок для подвода молока; 5-электродвигатель привода; 6-редуктор; 7 - рукоятка; 8-люк; 9-автомат промывки; 10-насос; 11 -кран; 12-опора; 13 - испаритель; 14 - форсунка; 15 - мешалка; 16 - термоизоляция.
Рис.8. Резервуар-охладитель с автономным холодильным агрегатом.
1 - соединительные трубопроводы; 2 - резервуар; 3 - крышка; 4 - крышка люка; 5 - мешалка с приводом; б - пульт управляет; 7 -компрессор; 8 - конденсатор-9-вентилятор; 10 - терморегулирующий вентиль; 11 -реле температуры.
Исполнение испарителя может быть трубчатым, щелевым или капельным. Трубчатый испаритель припаивается к корпусу резервуара, а штампованный капельный с односторонним полуэлиптическим сечением и щелевой - к днищу внутреннего резервуара. Материалом трубчатого испарителя обычно служит медь, а штампованного и щелевого - никельсодержащая нержавеющая сталь. Межстенное пространство резервуара со встроенным испарителем заполняется пенополиуретановой изоляцией, плотно прилегающей к резервуару-охладителю и обшивке. Последнее придает резервуару значительную жесткость и предохраняет продукт от нагрева.
Погружной охладитель по своему конструктивному исполнению и принципу работы аналогичен фляжному погружному охладителю, но имеет несколько большие габаритные размеры и развитую теплообменную поверхность.
Резервуары-охладители с промежуточным хладоносителем имеют змеевиковую, оросительную и погружную системы охлаждения.
В резервуарах со змеевиковой системой охлаждения как двухсекционного, так и односекционного исполнения во многих случаях в качестве оросительного теплообменника применяется боковая поверхность резервуара-охладителя. При этом эффект орошения используется как со стороны молока, так и со стороны воды. Охлаждение молока в ванне достигается при отекании его тонкой пленкой из перфорированных лотков по внутренним стенкам молочного резервуара. Снаружи стенки бака охлаждаются ледяной водой от холодильной установки, поступающей противотоком к молоку по змеевиковому каналу снизу вверх. После выхода из верхнего конца винтового канала вода разливается по перфорированному распределителю, через отверстия которого орошает испаритель. Охлажденная вода стекает в нижнюю часть поляной рубашки, где засасывается насосом и вновь подается в змеевиковую систему охлаждения резервуара. Чтобы ускорить процесс, перед началом цикла охлаждения на змеевиках испарителя намораживают определенное количество льда.
Для использования теплоты конденсации перегретых паров и получения теплой воды резервуары-охладители оборудуются рекуператором (3 на рис. 9 и 6 на рис. 10) в котором вода нагревается до температуры 55...60°С. Для получения воды с более высокой температурой резервуар оснащают электронагревателями.
Рис. Резервуар-охладитель с рекуператором теплоты.
1 резервуар; 2 гибкий хладоновый трубопровод; 3 - рекуператор; 4 - термоизоляция; 5,9 - трубопроводы для хладагетта; 6 - компрессор; 7 - вентилятор; 8 воздушный конденсатор; 10,11 - трубопроводы для воды; 12 - баллон для кислоты.
Рис. Схема резервуара-охладителя с рекуператором теплоты:
1 - резервуар-охладитель; 2 - холодильный агрегат; 3 - трубопровод; 4 - теплая вода; 5 - холодная вода; 6 - рекуператор; 7 - агрегат для нагрева воды.
Резервуары с оросительной системой охлаждения под днищем и в верхней части боковой поверхности имеют оросители, через которые охлажденная вода разбрызгивается на стенки и днище внутреннего резервуара. Аккумулятор холодной воды (с температурой 1...2°С) расположен в нижней части резервуара.
Работает такой резервуар-охладитель следующим образом. Перед циклом охлаждения за 3...4 ч включают холодильную машину для того, чтобы накопить достаточное количество льда. Профильтрованное молоко стекает в резервуар, где по мере его накопления перемешивается мешалкой. Вода из аккумулятора холода засасывается насосом и через сетчатый фильтр нагнетается в оросительную систему резервуара, где нагревается, охлаждая молоко. Нагревшаяся вода орошает лед, накопленный в баке-аккумуляторе, и приобретает низкую температуру. Холодная вода вновь подается в оросительную систему и цикл повторяется.
Наряду со стационарными резервуарами-охладителямн, описанными выше, на фермах применяют и передвижные емкости для сбора, охлаждения, транспортировки и Хранения молока.
Передвижной резервуар-охладитель представляет собой двухстенную емкость, изготовленную из листовой нержавеющей стали. На боковой поверхности резервуара.1 (рис. 11) имеются кольцевые гофры 2 для прохода хладоносителя. Подача хладоносителя в змеевиковую систему охлаждения резервуара осуществляется через гибкий шланг 5, а отвод нагретой воды - через шланг 4. Резервуар закрывается съемной крышкой, уплотнение между корпусом и крышкой достигается резиновой прокладкой. Съемная крышка фиксируется на горловине резервуара с помощью двух зажимов. На боковой поверхности резервуара-охладителя имеются четыре кронштейна 7 для подвески доильных аппаратов с соединительными шлангами и стойка 3 для крепления водяного и вакуумного шлангов. Резервуар-охладитель подключается к вакуумной и водяной системам с помощью колодки 6.
Работает передвижной резервуар-охладитель так:
После подключения резервуара к водяной и воздушной коммуникациям, а также отсасывания из него воздуха до заданного предела молоко из доильных аппаратов по шлангам поступает в резервуар-охладитель, стекая тонкими слоями по его стенкам. Противотоком снизу вверх, по змеевиковой системе охлаждения резервуара, прогоняется ледяная вода от холодильной установки. Таким образом, по мере доения молоко охлаждается до 7...8°С.
Рис. Передвижной резервуар-охладитель:
1 - резервуар; 2 - Кольцевые гофры; 3 - стойка; 4,5 - шланги для отвода и подвода хладоносителях; 6 - колодка подключения к вакуумной и водяной магистрали, 7 - кронштейн.
После подключения резервуара к водяной и воздушной коммуникациям, а также отсасывания из него воздуха до заданного предела молоко из доильных аппаратов по шлангам поступает в резервуар-охладитель, стекая тонкими слоями по его стенкам. Противотоком снизу вверх, по змеевиковой системе охлаждения резервуара, прогоняется ледяная вода от холодильной установки. Таким образом, по мере доения молоко охлаждается до 7...8°С.
После окончания доения резервуар-охладитель передвигают в молочное отделение, где проводят его наружный обмыв и открывают крышку люка. Молоко перемешивают мешалкой, определяют его количество и берут пробы для контроля жидкости.
Наиболее распространены на Украине резервуары-охладители с рубашечной системой охлаждения. Их характеристики приведены в таблице.
Соединение такой системы охлаждения с водоохлаждающей холодильной установкой показано на рисунке.
Рис. 12. Схема соединения резервуара с системой охлаждения воды проточной водоохлаждающей холодильной установкн: 1 - резервуар; 2 - патрубок для выпуска воздуха из полости системы охлаждения; 3 - компенсационный бак; 4 - испаритель водоохлаждающей холодильной установки; 5 - насос; 6 - трубопровод подачи теплой воды; 7 - трубопровод подачи холодной воды.
Перемешивание - важнейший технологический процесс при охлаждении молока в резервуарах-теплообменниках. При этом обеспечивается равномерное распределение жировой фазы по всему объему продукта, ускоряется охлаждение, предотвращается примораживание продукта к стенкам при непосредственном охлаждении его кипящим при низких температурах хладагентом.
Существует несколько способов перемешивания молока в резервуарах-охладителях. Среди них наибольшее применение получил способ механического перемешивания с помощью мешалок. По устройству лопастей мешалки подразделяют на лопастные, пропеллерные и специальные.
В резервуарах-охладителях молока открытой формы наибольшее распространение получили мешалки лопастного типа.
Это объясняется прежде всего тем, что они просты по устройству и при небольших затратах энергии и низких скоростях обеспечивают достаточно эффективнее перемешивание продукта. Лопастные мешалки в силу их тихоходности не оказывают заметного механического воздействия на жировую фазу свежевыдоенного молока.
Ванны длительной пастеризации и универсальные молочные танки оборудуют высокоскоростными мешалками пропеллерного и турбинного типов. Частота вращения указанных мешалок находится в пределах 2,33...23,3 с"1.
При перемешивании свежевыдоенного молока использование мешалок, имеющих высокую частоту вращения, приводит к нежелательным для дальнейшей его обработки нарушениям оболочек жировых шариков.
Передача энергии от двигателя на вал мешалки осуществляется одним из следующих способов: через зубчатый или фрикционный редуктор, непосредственным соединением вала мешалки с валом электродвигателя, через клиноременную передачу.
Использование при обработке молока открытых клиновых приводных ремней для работы мешалок в резервуарах не отвечает требованиям гигиены.
Теми же недостатками обладают и фрикционные редукторы, в которых, кроме того, сравнительно быстро изнашивается и требует замены фрикционная лента. Недостатки зубчатых редукторов - их громоздкость, металлоемкость и шум при работе.
Двигатели непосредственного привода мешалок как постоянного, так и переменного тока получили преимущественное применение в резервуарах-охладителях. Механические мешалки с приводом от двигателя постоянного тока работают в диапазоне 0,33... 15с-1 и используются как для перемешивания молока в процессе его охлаждения и хранения, так и для промывки внутренней поверхности резервуара.
Из двигателей переменного тока наиболее приемлем многополюсный электродвигатель, с помощью которого можно изменять частоту вращения мешалки в широких пределах.
Крепление вала мешалки в таком электродвигателе осуществляется в полом валу ротора, которой допускает значительный ее вылет (до З...3,5 м).
Промывка молочных резервуаров выполняется вручную (с помощью ершей и щеток) или механизированной системой промывки.
В качестве рабочих органов механизированной системы промывки используют перфорированные шаровые и цилиндрические головки, валы (как в стационарном, так. и подвижном исполнении), скоростные мешалки, а также шприцы, вводимые в резервуар через сливной патрубок.
В случае применения перфорированных головок моющий раствор приготовляют в баках с электроподогревом или непосредственно в резервуаре 2 (рис. 13),Через рукава 14 и 17 раствор подается в моющую головку 3 и разбрызгивается на стенки резервуара. Отражаясь от крышек и стенок резервуара, он собирается у днища и засасывается насосом 13. Таким образом осуществляется циркуляция моющего раствора, обеспечивающая хорошее качество промывки. Количество заливаемой жидкости - 70... 100 дм3. Очередность операций цикла промывки следующая: ополаскивание теплой (25...30°С) водой в течение 2...3 мин, промывка горячим (55...60°С) 0,5%-ным раствором дезмола в течение 10 мин; ополаскивание холодной водой в течение 2...3 мин.
Для устранения молочного камня внутреннюю поверхность молочной ванны промывают в течение 15 мин 0,2%-ным раствором уксусной кислоты или 0,1 %-ным раствором соляной кислоты. После кратковременного ополаскивания ершами и щетками вручную промывают внутреннюю поверхность молочной вампы 0,5%-ным раствора дезмола и ополаскивают холодной водой. По окончании промывки резервуара жидкость через тройник 8, кран 9 и рукав 12 сливается в канализацию.
Рис. Схема системы промывки: 1 - сливной кран; 2 - резервуар; 3 - моющая головка; 4 - патрубок 5,11 - штуцера; 6,7,12,14 - рукава; 8 - тройник; 9 - кран; 10 - накидная гайка; 13 - насос.
Раствор дезмола приготавливают непосредственно перед применением.
Более совершенная система промывки оснащена автоматическим дозатором 7 (рис.14) моющих растворов и реле времени 6. Она позволяет промывать молочные резервуары без участия оператора.
Рис. Резервуар-охладитель с автоматической системой промывки:
1 - резервуар; 2 - моющая головка; 3 патрубок; 4,9,11,12 -шланги; 5,6, - вентиль подачи воды; 7 - автоматический дозатор моющих средств; 8 - реле времени; 10 - трап; 13 - насос; 14 - сливной кран
Аналогичный способ промывки заложен в резервуарах-охладителях с автономной системой промывки. В отличие от схемы, описанной выше, моющий раствор в резервуар подается через шприц 6 (рис. 15), имеющий на конце перфорированную поверхность. Приготовлением моющего раствора и последовательностью его подачи в резервуар управляет автомат. Для подачи моющего раствора на рабочую поверхность резервуара служит высоконапорный насос 7, установленный над шприцем. Отработанная моющая жидкость отводится из резервуара через отверстие в сливном патрубке.
Рис. Резервуар-охладитель с автономной системой проминки:
I - содиннительные трубопроводы; 2 - резервуар; 3 - крышки пока; 5 - мешалка с приводом; 6 - пульт управления; 7 - компрессор, 8 - конденсатор; 9 - вентилятор; 10 - терморегулиющий вентиль; 11 - реле температур
Преимущество такой системы - возможность последовательной обработки нескольких молочных резервуаров.
При использовании высокооборотных мешалок резервуар промывается так. Нижняя лопасть 2 (рис. ) вращающейся мешалки подхватывает частицы жидкости и бросает их на верхнюю лопасть 3, которая разбрызгивает их по стенкам резервуара 1. Отраженные от стенок капли жидкости вновь попадают на лопасти и отбрасываются к стенкам резервуара. Таким образом создается водяной вихрь, который быстро и эффективно промывает стенки резервуара. Днище резервуара моется турбулентным потоком жидкости, увлекаемым мешалкой при вращении.
Рис Схема промывки резервуара с применением высокооборотистой мешалки:
1 - резервуар; 2 - нижняя лопасть; 3 - верхняя лопасть мешалки.
Более современная автоматическая система промывки молочных резервуаров. По этой схеме моющие и дезинфицирующие растворы, циркулирующие в определенной последовательности в системе, разбрызгиваются на стенки резервуаров под давлением через моющее устройство, обычно расположенное в верхней части резервуара.
Разбрызгивающее устройство представляет собой один или два соединенных между собой шара с отверстиями по всей сферической поверхности. Установка оборудована центробежными насосами, соединенными всасывающей стороной со сливным патрубком танка, а нагнетательной - с разбрызгивающим устройством. К всасывающей стороне насоса через автоматически управляемое распределительное устройство подведены вода, пар, а также моющий и дезинфицирующий растворы от соответствующих резервуаров.
Подача того или иного моющего средства регулируется соответствующими автоматически управляемыми вентилями.
В зависимости от вместимости резервуара-охладителя устанавливают часовую производительность моющего устройства и давление разбрызгивания.
Последовательность операций промывки задается часовым механизмом с помощью программных дисков, отградуированных на определенную длительность операций. Изменение программы процесса промывки достигается сменой дисков.
Обычно применяется такая последовательность операций: ополаскивание холодной водой - циркуляция горячего моющего раствора - ополаскивание холодной водой - циркуляция раствора гипохлорита натрия или кальция - ополаскивание холодной водой.
