Расход энергии и его влияние на температуру

Подводимая электрическая мощность, необходимая для гомогенизации, выражается следующей формулой:

Пример:

Е – потребляемая энергия

Q_вх – пропускная способность, л/ч 18 000 л/ч

Р₁ – давление гомогенизации, бар 20 МПа (200 бар)

Р_вх – давление насоса, бар 200 кПа (2 бара)

η_н – кпд насоса 0,85

η_дв – кпд электродвигателя 0,95

При условиях, приведенных сверху справа, необходимая электрическая мощность составит 123 кВт.

Как уже было отмечено, часть вырабатываемой энергии давления преобразуется в тепло. Если температура поступающего молока – Твх, давление гомогенизации – Р1, давление после гомогенизации – Pвых, и если каждое снижение давления на 4 МПа (40 бар) повышает температуру на один градус, можно применить следующую формулу:

Гомогенизатор в технологической линии

Обычно гомогенизатор устанавливается в начале линии, то есть до секции окончательного нагрева в теплообменнике. В большинстве пастеризационных установок по производству питьевого молока для потребительского рынка гомогенизатор стоит после первой регенеративной секции.

При производстве стерилизованного молока гомогенизатор обычно помещается в начале процесса высокотемпературной обработки, протекающей в системе с косвенным нагревом продукта, и всегда в конце процесса, проходящего в системе с прямым нагревом продукта, т.е. в асептической части установки после участка стерилизации продукта. В таком случае используется асептический вариант гомогенизатора, оснащенный специальными поршневыми уплотнениями, прокладками, стерильным конденсатором и специальными асептическими демпферами.

Асептический гомогенизатор устанавливается после секции стерилизации установок с прямым обогревом продукта в случаях производства молочных продуктов с массовой долей жира более 6–10% и/или с повышенным содержанием белка. Дело в том, что при очень высоких температурах обработки в молоке с высоким содержанием жира и/или протеинов образуются скопления жировых шариков и мицелл казеина. Расположенный после секции стерилизации асептический гомогенизатор разрушает эти агломерированные частицы.

Полная гомогенизация

Полная гомогенизация – наиболее распространенный способ гомогенизации питьевого молока и молока, предназначенного для производства кисломолочных продуктов. Жирность молока, а иногда и содержание сухого обезжиренного остатка (при производстве йогурта, например) нормализуются до гомогенизации.

Раздельная гомогенизация

Раздельная гомогенизация означает, что основная часть обезжиренного молока ей не подвергается.

Гомогенизируются сливки и небольшое количество обезжиренного молока. Этот способ гомогенизации обычно используется для пастеризованного питьевого молока. Основное достоинство раздельной гомогенизации – ее относительная экономичность. Общий расход энергии снижается примерно до 65% вследствие меньшего количества молока, проходящего через гомогенизатор.

Поскольку наибольшая эффективность гомогенизации может быть достигнута в случае, если в молоке содержится не менее 0,2 г казеина на 1 г жира, рекомендуемая максимальная жирность составляет 12%.

Часовая производительность установки, в которой проводится раздельная гомогенизация, может быть определена по далее приведенной формуле.

Сырое молоко с массовой долей жира 4%

Сливки с массовой долей жира 35%

Обезжиренное молоко с массовой долей жира 0,05%

Сливки с жирностью 10%

Нормализованное молоко с массовой долей жира 3%

Хладагент

Теплоноситель

1. Qsm = Qp × (fcs – frm) fcs – fsm

Qh = Qsm × fsm fch

2. Формулы расчета: Пример:

Q_p = производительность установки, л/ч 10 000

Q_sm = производство нормализованного молока, л/ч

Q_h = производительность гомогенизатора, л/ч

f_rm = жирность цельного молока, % 4%

f_sm = жирность нормализованного молока, % 3%

f_cs = жирность сливок на выходе из сепаратора, % 35%

f_ch = жирность сливок, подготовленных для гомогенизации, % 10%

Производство пастеризованного нормализованного молока (Qsm) в час составит приблизительно 9690 л. Если мы подставим эту цифру в формулу 2, то получим, что часовая производительность гомогенизатора равняется примерно 2900 л, то есть около трети его полной производительности.

Схема потоков в установке для частично гомогенизированного молока приведена на рис. 6.3.10.

Влияние гомогенизированных молочных продуктов на организм человека

В начале 1970-х годов американский ученый К. Остер (K. Oster) выступил с гипотезой о том, что гомогенизация молока позволяет ферменту ксантиноксидаза проникать через кишечник в кровеносную систему. (Оксидаза – это фермент, который катализирует присоединение кислорода к субстрату веществаили отщепление от него водорода.) По утверждению Остера, оксидаза ксантина способствует процессу повреждения кровеносных сосудов и ведет к атеросклерозу.

Эта гипотеза была отвергнута учеными на том основании, что человеческий организм сам вырабатывает в тысячи раз большие количества этого фермента, чем теоретически могло бы привнести в него гомогенизированное молоко.

Итак, никакого вреда от гомогенизации молока быть не может. С точки зрения питательности гомогенизация никаких особых изменений не привносит, за исключением, пожалуй, того, что в гомогенизированных продуктах жир и протеин расщепляются быстрее и легче.

Тем не менее Остер прав в том, что процессы окисления могут приносить вред человеческому организму и что диета важна для здоровья.

Мембранные фильтры

Мембранная технология – это испытанный метод разделения, осуществляемого на молекулярном и ионном уровнях. За тридцать лет, прошедших с начала 70-х годов, эта технология была адаптирована применительно для молочной промышленности.

Определения

Объяснения некоторых часто употребляемых терминов:

Загрузка (исходный продукт)– раствор, предназначенный для концентрирования или разделения.

Интенсивность потока – скорость получения отфильтрованной через мембрану жидкости, измеряемая в литрах на квадратный метр поверхности мембраны в час (л/м2/ч).

Загрязнение мембраны – осаждение твердых фракций на поверхности, которые нельзя удалить в процессе обработки.

Фильтрат (пермеат) – жидкость, прошедшая через мембрану.

Концентрат (ретентат) – жидкость, не прошедшая сквозь мембрану.

Коэффициент концентрации – уменьшение объема путем концентрации,т.е. отношение первоначального объема исходного продукта к конечному объему концентрата.

Диафильтрация – модификация ультрафильтрации, при которой к загружаемой жидкости добавляется вода для вымывания компонентов, которые проникнут через мембраны (в основном это лактоза и минеральные вещества).

Мембранная технология

В молочной промышленности мембранная технология главным образом ассоциируется соследующими технологическими процессами:

• Обратный осмос (ОО)– концентрирование растворов посредством удаления воды

• Нанофильтрация (НФ)– концентрация органических компонентов посредством удаления части моновалентных ионов, например, натрия и хлора (частичная деминерализация)

• Ультрафильтрация (УФ)– концентрация крупных молекул и макромолекул

• Микрофильтрация (МФ)– удаление бактерий разделением макромолекул

О диапазоне применения процессов мембранного разделения дает представление рис. 6.4.1.

Во всех вышеназванных методах используется поперечная мембранная фильтрация потока, при которой загружаемый раствор пропускается сквозь мембрану под давлением.

Раствор проходит через мембрану, а твердая фракция (ретентат) задерживается, в то время как фильтрат (пермеат) удаляется. Мембраны классифицируются по предельному молекулярному весу пропускаемого вещества, то есть по молекулярному весу самой маленькой молекулы, которая не проникнет сквозь мембрану. Однако подбор мембраны осуществляется не только на основе этой ее характеристики.

Размер частиц, мкм 0,0001 0,001 0,01 0,1 1,0 10 100

Молекулярный вес, D 100 1 000 10 000 100 000 500 000

Характеристика частицы Ионная Молекулярная Макромолекулярная Клеточная + микрокорпускулярная

Ионы Сывороточные белки Жировые шарики Дрожжи, плесень

Соли Казеиновые мицеллы Бактерии

Лактоза/производные Витамины Агрегированные сывороточные белки, сырные частицы

ОО УФ Традиционная фильтрация

НФ МФ

Здесь следует отметить, что традиционная (общепринятая) фильтрация используется, как правило, для отделения взвешенных частиц крупнее 10 мкм, в то время как мембранная фильтрация отделяет частицы молекулярных размеров – меньше 10–4 мкм.

Назовем здесь некоторые из различий между двумя упомянутыми видами фильтрации.

• Применяемые фильтрующие средства:

Традиционные фильтры имеют большую толщину и открытую конструкцию. Материал – обычная бумага

Мембранные фильтры тонкие с возможностью контроля размером пор. Материал: полимеры или керамика, а также реже применяемый в настоящее время ацетат целлюлозы

• При традиционной фильтрации основным фактором, влияющим на отделение частиц, является сила тяжести. Давление применяется лишь с целью ускорения процесса. Поток разделяемой жидкости поступает перпендикулярно материалу фильтра. Фильтрацию можно проводить в открытых системах.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: