Современное оборудование для сгущения молочного сырья • DMP

Уведомление об использовании COOKIES

Наш сайт использует файлы сookie. Продолжная пользоваться сайтом, вы соглашаетесь на использование нами ваших файлов сookie. Подробнее

Современный рынок молочных консервов представлен довольно широкой линейкой продукции. Мировые объемы производства сухих и сгущенных продуктов из молочного сырья остаются довольно стабильными даже при небольших колебаниях рынка отдельных видов продукции [1]. Например, аналитики отмечают незначительное снижение роста производства сухого цельного и обезжиренного молока в Европе и США в 2018 г. Тем не менее, большинство прогнозов оценивают совокупные темпы годового роста производства сухих молочных продуктов порядка 3–5 % в течение 2018– 2027 гг. [3].

Несмотря на разнообразие технологических приемов, необходимых для производства сгущенных и сухих продуктов из молочного сырья, одним из основных этапов является концентрирование или сгущение сырья методом выпаривания влаги [4, 5]. Учитывая многокомпонентный состав молочного сырья, его термолабильность, к условиям выпаривания всегда предъявлялись особые требования. Для исключения необратимых изменений свойств компонентов за счет денатурации белков, реакции меланоидинообразования и т.д. температура кипения молочного сырья должна быть пониженной, так же, как и температура греющей поверхности, контактирующей с продуктом.

Со времен изобретения первого выпарного аппарата для сгущения молока в XVIII в. процесс выпаривания осуществляется в условиях искусственно созданного вакуума и конденсации пара, выпаренного из молока [5]. Первые выпарные установки представляли собой аппараты периодического действия со встроенными трубчатыми нагревателями (рис. 1).

Емкость, заключенная в кожухе, наполнялась молоком, пока нагревательные элементы не погружались в жидкость. В процессе нагрева молока и выпаривания влаги в аппарат дозированно подавалось свежее молоко, чтобы поддерживать требуемый уровень жидкости. По достижении требуемой концентрации сухих веществ в полученном молоке нагрев прекращался, вакуум сбрасывался и сгущенный продукт удалялся из аппарата. Весь процесс выпаривания занимал несколько часов, поэтому в результате длительного температурного воздействия значительно повышалась вязкость продукта, что позволяло достигать максимально 40 % сухих веществ. Даже в более позднее время давались рекомендации не проводить сгущение более чем в 2 раза для нормальной эксплуатации выпарной установки и обеспечения качества готового продукта.

Рисунок 1. Схема вакуум-выпарного аппарата (1871 г.), размещенная в бюллетене Ассоциации американских молочных фермеров [6]

Современные вакуум-выпарные установки (ВВУ) представлены аппаратами трех типов: циркуляционные с естественной и принудительной циркуляцией; пленочные. Установки могут быть одно- или многокорпусными, периодического или непрерывного действия.

Основные элементы вакуум-выпарных установок: калоризатор, обеспечивающий подогрев сырья до точки кипения и выпаривание влаги, сепаратор для отделения полученного (выпаренного) пара от продукта, вакуумный насос для создания и поддержания вакуума, конденсатор выпаренного пара [11]. Помимо этого в зависимости от комплектации, используемого сырья установки могут быть оснащены дополнительными узлами: пастеризаторами, охладителями, устройствами для компрессии пара и т.д.

Конструкции калоризаторов в выпарных установках разнообразны и могут быть выполнены в виде трубчатых и пластинчатых аппаратов.

В России в молочноконсервном производстве главным образом используются циркуляционные вакуум-выпарные установки «Виганд» (рис. 2), внедренные в производство в 1960-х годах. Производительность одно- и двухкорпусных установок циркуляционного типа «Виганд» по испаренной влаге колеблется от 500 до 8000 кг/ч. Исходный продукт направляется в подогреватели, где нагревается до температуры сгущения или необходимой температуры пастеризации исходного продукта, а затем поступает в калоризатор, где закипает, и далее часть продукта вместе с образовавшимся паром поступает в пароотделитель. Здесь пар отделяется от продукта, который по циркуляционной трубе возвращается в калоризатор, где вновь закипает, и цикл повторяется до достижения требуемого содержания сухих веществ в сгущенном продукте.

Основной недостаток данной установки состоит в длительности цикла сгущения – 1–1,5 ч при повышенных температурах, снижающих качество продукции, и повышенном расходе острого пара – не менее 0,4 кг/кг испаренной влаги против 0,2–0,22 кг/кг для современного оборудования [9].

Рисунок 2. Схема однокорпусной вакуум-выпарной установки циркуляционного типа: 1 – паровые вентили; 2 – манометры; 3 – поверхностный конденсатор; 4 – трубчатые подогреватели; 5 – пароотделитель; 6 – пароструйный компрессор (термокомпрессор); 7 – калоризатор (парообразователь); 8 – кран для отбора проб; 9 – кран для выпуска сгущенного молока; 10 – вакуум-насос; 11 – пароструйный вакуум-насос (эжектор)

В мировой практике наибольшее распространение получили вакуум-выпарные установки с падающей пленкой, оснащенные механической или термической компрессией вторичного пара. Аппараты появились около 40 лет назад и постепенно вытеснили выпарные установки с естественной и принудительной циркуляцией. Одно- и многокорпусные пленочные аппараты с нисходящей пленкой подразумевают однократный проход концентрируемого сырья через греющую поверхность, что существенно сокращает время пребывания сырья в вакуум-аппарате и способствует получению продукта высокого качества.

В пленочной установке (рис. 3) сырье подается в верхнюю часть трубки греющей камеры и стекает вниз по внутренней поверхности трубки в виде тонкой пленки, во время движения сырье нагревается и влага испаряется. При этом продолжительность сгущения молочного сырья составляет не более 3–5 мин. Качество продукта в результате повышается, уменьшается расход воды и греющего пара, исключается возможность пенообразования и потерь продукта [10].

Рисунок 3. Схема двухкорпусной вакуум-выпарной установки пленочного типа с термокомпрессией вторичного пара

В верхней части калоризатора над трубной решеткой установлено распределительное устройство для равномерного распределения продукта по трубам (рис. 4).

Рисунок 4. Конструкция распределительного устройства пленочной вакуум-выпарной установки [11]

Многопроходные секции и корпуса с рециркуляционной системой продукта позволяют адаптировать вакуум-выпарные установки к одновременному использованию различного вида молочного сырья: обезжиренного молока, молочной сыворотки, пермеата и т.д. [5].

Системы механической и термической компрессии пара наряду с многокорпусными установками можно рассматривать как одну из возможностей обеспечения высокой эффективности процесса сгущения. Основная цель использования компрессии – повышение давления вторичного пара до значений, позволяющих применять его в качестве греющего.

Установки с механической компрессией вторичного пара работают по принципу теплового насоса, используя турбокомпрессоры, одноступенчатые радиальные вентиляторы или высоконапорные вентиляторы в качестве агрегатов для сжатия вторичного пара. Такой тип оборудования требует незначительного количества острого пара при пуске, но система энергообеспечения установки должна предусматривать возможность пикового потребления электроэнергии [11].

В аппаратах с термической компрессией используется энергия свежего (острого) пара в паровых эжекторах, которые работают по принципу струйного насоса. В качестве «активного потока» в данном случае используется острый пар высокого давления (до 18 бар). Такие конструкции достаточно надежны за счет отсутствия движущихся частей и не требуют больших затрат на техническое обслуживание.

С учетом специфики вырабатываемой продукции вакуум-выпарные установки для молочного сырья могут включать теплообменное оборудование (поверхностное или контактное) для обеспечения требуемых микробиологических показателей путем пастеризации сырья перед подачей на сгущение.

На выходе из вакуум-выпарного аппарата температура продукта ниже температуры кипения при сгущении и обычно составляет 50–60 °С. При производстве сухого цельного и обезжиренного молока сгущенный продукт с такой температурой подается на сушильные установки. При изготовлении сухой сыворотки сгущенный продукт поступает на направленную кристаллизацию лактозы. Для достижения температуры кристаллизации 30–35 °С в выпарных установках пленочного типа предусматриваются охладители мгновенного действия (flash-cooler). Сгущенный продукт подается в камеру при пониженном давлении, создаваемом пароструйным насосом. Происходит мгновенное выпаривание влаги с одновременным охлаждением и подсгущением продукта [8].

Практически все типы современных выпарных установок могут эксплуатироваться в автоматическом режиме. Автоматизация систем управления выпарных установок позволяет осуществлять не только эффективный контроль за стабильностью технологических режимов и работой оборудования, но также архивировать и анализировать данные для их дальнейшей оптимизации [9]. В аппаратах с падающей пленкой используется меньший поток сгущаемого  продукта, чем в циркуляционных, поэтому системы автоматизации пленочных установок быстрее реагируют на изменения основных параметров процесса [10].

Таким образом, для сгущения молочного сырья современные поставщики выпарного оборудования предлагают довольно широкий спектр оборудования, выбор которого должен опираться на анализ вида перерабатываемого сырья, конечного продукта, экономических возможностей предприятия и т.д.

Опыт показывает, что использование установок пленочного типа имеет целый ряд преимуществ перед установками циркуляционного типа:

снижение энергозатрат на выпаривание;

возможность использовать современные системы автоматизации;

мягкие условия процесса сгущения: низкие температурные воздействия на термолабильные компоненты молочного сырья (около 55 °С) и минимальное время воздействия на продукт; возможность получения сгущенного продукта с массовой долей сухих веществ до 62 %;

повышение качества готового сухого продукта;

конструкция выпарного аппарата позволяет снижать операционные затраты на кристаллизацию и сушку.

Сегодня ООО «ДМП» совместно с компанией «Вздухоторг» реализован целый ряд проектов по внедрению вакуум-выпарных аппаратов пленочного типа (рис. 5).

Рисунок 5. Трехкорпусная вакуум-выпарная установка пленочного типа для сгущения молочного сырья

Отечественные молокоперерабатывающие предприятия уже оценили их высокую экономическую и технологическую эффективность. Все реализуемые нами комплексные технологические линии оснащены ВВУ пленочного типа, что в совокупности с современным сушильным оборудованием позволяют предприятиям получать продукцию высокого качества с высокой рентабельностью.

Список литературы

1. Global Organic Powdered Milk Market Share, Supply, Analysis and Forecast To 2025 // Режим доступа: https://www.marketwatch.com/pressrelease/global-organic-powdered-milk-marketshare-supply-analysis-and-forecast-to-2025- 2018-07-06. – Июль, 2018.

2. Обзор мировых тенденций в марте 2018//Режим доступа: http://milkua.info/ru/post/ obzormirovyh-tendencij-v-marte-2018. – Март, 2018.

3. Global milk protein market analysis & trends – industry forecast to 2025/ACCURAY RESEARCH // MILK PRO-TEIN MARKET [REPORT]. – Режим доступа: http://www.accurayresearch.com/chemicals-and-materials/milkprotein-market-analysis-size-share-trends. – Февраль, 2017. – 331 р.

4. Чекулаева, Л.В. Технология продуктов консервирования молока и молочного сырья [Текст]: учебное пособие для вузов / Л.В.Чекулаева, К.К.Полянский, Л.В.Голубева. – М.: ДеЛи принт, 2002. – 249 с.

5. Pisecky, J. Handbook of milk powder manufacture / J.Pisecky. – Niro A/S, Copenhaguen, Denmark, 1997.

6. Annual report of the American Dairymen’s Association (1871) // https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Annual_report_of_the_America_ Dairymen%27s_Association (1871)_(18406931 476).jpg

7. Brink, R.A. Milk and milk processing / R.A.Brink // McGRAW-HILL PUBLICATIONS IN THE AGRICULTURAL SCIENCES. 1948. P. 343.

8. Вагн, В. Технология производства сухого молока. Выпаривание и распылительная сушка // Niro A/S Копенгаген, Дания. – Режим доступа: http://www.microradartest.com/ books/0112435_E9AEB_vagn_vestergaard_teh nologiya_proizvodstva_suhogo_moloka_vypa.pdf.

9. Золоторева, М.С. Модернизация оборудования для производства сухих молочных консервов / М.С.Золоторева [и др.] // Переработка молока. 2018. № 7. C. 21–23.

10. Haasbroek, A. A comparison of control techniques for dairy falling film evaporators / A.Haasbroek, L.Auret, W.H.Steyn // Preprints of the 10th IFAC International Symposium on Dynamics and Control of Process Systems The International Federation of Automatic Control December, 18–20, 2013. Mumbai, India.

11. Munir, MTajammal. Modelling of a falling film evaporator for dairy processes [online] / MTajammal Munir [et al.] // In: Chemeca 2014: Processing excellence; Powering our future. Barton, ACT: Engineers Australia, 2014: [174]– [181]. Availability: ISBN: 9781922107381.

Другие публикации по теме

Особенности использования полимерных мембран в процессе мембранного фракционирования молочного сырья

Публикация ДМП в журнале "Переработка молока" об особенностях полимерных мембран

05.02.2024

Итоги участия в выставке «DairyTech 2024»

С 24 по 26 января проходила 22-я Международная выставка оборудования для производства молока и молочной продукции DairyTech 2024.

29.01.2024

Наш стенд на выставке «DairyTech 2024»

Будем рады увидеть вас в числе наших гостей и надеемся, что посещение этого мероприятия окажется для вас всесторонне полезным!

15.01.2024

Вебинар «Эффективные технологии переработки молока и молочной сыворотки на основе мембранного фракционирования»

Будем рады увидеть вас в числе наших гостей и надеемся, что посещение этого мероприятия окажется для вас всесторонне полезным!

11.12.2023

Приглашаем на выставку «DairyTech 2024»

Будем рады увидеть вас в числе наших гостей и надеемся, что посещение этого мероприятия окажется для вас всесторонне полезным!

17.11.2023

Об итогах выставки «Агропродмаш-2023»

20.10.2023
Смотреть все новости