Гомогенизатор клапанного типа (стр. 2 из 10)
Наибольшее распределение в молочной отрасли получила гомогенизация молока при продавливании его через кольцевую клапанную щель гомогенизирующей головки машины.
Рисунок 2-Кольцевая клапанная щель гомогенизирующей головки
Жировые шарики, проходя через эту щель диспергируются. Необходимое давление создается насосом. При производстве цельного молока размер жировых шариков с 3 – 4 мкм уменьшается до 0,7 – 0,8 мкм. Основным узлом современных гомогенизаторов клапанного типа является гомогенизирующая головка. Она может быть одно- или двухступенчатой. Вторая ступень обычно работает при более низком давлении, чем первая. Применение одной или двух ступенчатой гомогенизации зависит от вида вырабатываемых молочных продуктов.
Двухступенчатую гомогенизацию с большим перепадом давления на обеих ступенях применяют при производстве высокожирных молочных продуктов (сливки, смеси мороженного и т. п.) она позволяет рассеивать образующиеся скопления жировых шариков. [2]
Для выработки других видов молочных продуктов, в том числе для питьевого молока, можно использовать одноступенчатую гомогенизацию.
На основании исследования влияния различных гидравлических факторов на степень дисперсности жира при гомогенизации молока. Барановским предложении следующая схема механизма дробления жидкой внутренней фазы эмульсии при проходе ее через рабочий орган (рис. 1).
Рисунок 3 – Схема процесса гомогенизации
В каждом гомогенизирующем клапане имеется место резкого изменения сечения потока на переходе из клапана седла в клапанную щель, а следовательно, и место резкого изменения скорости. На подходе к щели скорость потока равна V0, а при входе – V1, причем первая представляет собой величину порядка нескольких метров в секунду, а вторая – несколько сот метров в секунду.
При переходе жировой капли из зоны малых скоростей в зону высоких, передние части капли включаются в поток в щели с огромной скоростью V1, вытягиваются и отрываются от нее, а оставшаяся часть, еще принадлежащая к потоку со скоростью V0, продолжает проходить через пограничное сечение и постепенно отдать свой материал вновь образованным частицам.
При большей разности V1 и V0 капля может расчленяться последовательным отрывом частиц без промежуточного растягивания всей капли в цилиндр или шнур. При малой разности V1 и V0 вся капля может миновать пограничное сечение, не успев расчлениться, но окажется деформированной до неустойчивого состояния, поэтому возвращение ее к первоначальному виду в условиях потока в щели окажется невозможным. Под механическим действием потока и сил поверхностного натяжения произойдет расчленение капли на более мелкие частицы. Такое толкование механизма дробления капель объясняет экспериментально установленную зависимость степени дисперсности эмульсии от скорости в начале клапанной щели. Чем выше скорость V1, тем интенсивнее вытягивается жидкая нить из капли в пограничной зоне, тем тоньше эта нить и мельче частица после ее распада. Зависимость дисперсности от скорости V1 объясняет связь, установленную практикой между эффектом гомогенизации и давлением, т.к. для любых данных условий скорость определяется давлением гомогенизацией. Это позволяет с достаточным основанием построить для любого гомогенизатора зависимость дисперсности гомогенизированной эмульсии от перепада давления ∆р, которое действительно для других гомогенизаторах такого же типа при условии работе на продукте с теми же свойствами.
Рисунок 4 - Зависимость между диаметром жировых шариков и давлением гомогенизации
График на рис.3 показывает, как зависит от давления гомогенизации дисперсность натурального молока при температуре гомогенизации 60
. Средний диаметр жировых шариков быстро уменьшается при повышении давлении до 12-14 МПа. В интервале 14-20 МПа средний диаметр уменьшается медленнее, при давлении выше 20 МПа дисперсность почти не уменьшается. Это вполне объяснимо с точки зрения гидравлических предпосылок процесса. Технологические результаты процесса гомогенизации находится, следовательно, в соответствии гидравлическим закономерностям.При двухступенчатой гомогенизации молоко последовательно проходит первую ступень, а затем вторую. При переходе малых скоростей молоко переходит в зону высоких скоростей. Высота клапанной щели составляет около 0,7 мм. Скорость движения жирового шарика в нагнетательной камере гомогенизирующей головке составляет 9 м/с, а в клапанной щели – 150-200 м/с. Эффективность гомогенизации молока определяется рабочим давлением, температурой, скоростью движения продукта при прохождении через гомогенизирующую головку, конструктивными особенностями последней, составом и свойствами компонентами, образующих оболочку жировых шариков, кислотностью, а также последовательностью технологических операций. Температура молока при гомогенизации является важным параметром, влияющим на эффективность процесса. Понижение температуры гомогенизации приводит к повышению вязкости молока и образованию скоплению молочного жира и их отстаиванию. При высокой температуре гомогенизирующей головки могут образоваться белковые отложения, что отрицательно сказывается гомогенизатора. В нормативной документации температура гомогенизации при выработки большинства молочных продуктов определена в диапазоне 60 – 63
. При повышении кислотности молока снижается эффективность гомогенизации. Это объясняется тем, что уменьшается стабильность белков и образуются белковые агломераты, затрудняющие диспергирования жировых шариков. При выработки молочных продуктов можно использовать полную или раздельную гомогенизацию: при полной – гомогенизируют весь объем перерабатываемого молока; при раздельной – молоко сепарируют, полученные сливки гомогенизируют, смешивают с обезжиренным молоком и направляют на дальнейшую обработку. Раздельную гомогенизацию целесообразно применять при выработки молочных продуктов (питьевого молока, кисломолочных и д. р.), где требуется составление нормализованной молочной смеси.[3]1.1 Технологическая линия производства пастеризованного молока
Схема технологической линии приведена на листе графической части №1
Рисунок 5 - Технологическая линия производства пастеризованного молока
1 - Центробежный насос; 2 - Пластинчатая пастеризационно-охладительная установка; 3 - Терморегулятор; 4 - Автоматический возвратный клапан; 5 - Сепаратор-нормализатор-очиститель; 6 - Гомогенизатор; 7 - Резервуар для пастеризованного молока; 8 - Машина для розлива и упаковки молока; В - Выдерживатель пластинчатой установки; П - Пастеризационная секция; IP - Первая секция регенерации; ИР - Вторая секция регенерации; ВО - Секция водяного охлаждения; РО - Секция рассольного охлаждения.
Молоко, отобранное по качеству и очищенное (на сепараторах-молокоочистителях, фильтрах различной конструкции и другом оборудовании), нормализуют по массовой доле жира при выработке нормализованного пастеризованного молока и топленого молока. Для белкового молока его дополнительно нормализуют по массовой доле сухих обезжиренных веществ.
В зависимости от производственной мощности и технической оснащенности предприятий молоко нормализуют в потоке или технологических емкостях различной вместимости. Молоко нормализуют в потоке в сепараторах-нормализаторах либо путем сепарирования части цельного молока в сепараторах-сливкоотделителях для отбора сливок (если жирность нормализованного молока меньше, чем цельного) или обезжиренного молока (если жирность нормализованного молока больше, чем цельного).
С применением сепараторов-нормализаторов молоко нормализуют следующим образом. Вначале молоко подают в секцию рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладительной установки для подогрева, затем в сепаратор-нормализатор. Нормализованное до заданной жирности молоко направляют в секцию пастеризации, а затем в секцию охлаждения пастеризационно-охладительной установки. При отсутствии сепараторов-нормализаторов применяют сепараторы-сливкоотделители. В этом случае одну часть молока, подогретого в секции рекуперации пастеризационно-охладительной установки, направляют в сепаратор-сливкоотделитель, а другую - в сепаратор-молокоочиститель. Обезжиренный продукт на выходе из сепаратора-сливкоотделителя смешивается в потоке с цельным молоком, поступающим в трубопровод из молокоочистителя. Нормализованная смесь далее поступает в секции пастеризации и охлаждения пластинчатой пастеризационно-охладительной установки. Молоко следует нормализовать перед пастеризацией. Однако известны технологические схемы его нормализации в закрытом потоке, когда пастеризованное горячее цельное молоко повышенной жирности смешивают с пастеризованным горячим обезжиренным. Сырое цельное молоко после перемешивания из промежуточной емкости насосом перекачивается для подогрева в секцию рекуперации пастеризационно-охладительной установки, затем поступает в сепаратор-молокоочиститель и возвращается в секцию пастеризации. Часть горячего пастеризованного молока после выдерживателя подается по молокопроводу к сепаратору-сливкоотделителю. Для сепарирования подводят из общего потока рассчитанное количество молока (в зависимости от массовой доли жира в нем) через регулирующий кран.