Лекция 8 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ Большинство технологических процессов на перерабатывающих предприятиях осуществляется в условиях подвода или отвода теплоты. В таких процессах тепловой поток направлен от тела с более высокой температурой к телу, температура которого ниже. При переработке сырья растительного или животного происхождения наиболее широкое распространение получили следующие виды теплообменных процессов: нагревание и охлаждение, испарение и выпаривание, замораживание и размораживание. В некоторых случаях пищевые среды обрабатывают для повышения концентрации входящих в них компонентов. Для этой цели служат массообменные процессы, в основе которых лежит избирательный обмен компонентами между фазами многокомпо­нентных систем посредством поверхностного контакта фаз. К массообменным процессам относятся: экстракция, кристаллизация, абсорбция, адсорбция и др. Совмещенные процессы переноса теплоты и массы в капиллярно пористых телах получили название тепломассообменных. Характерная черта таких процессов заключается в том, что они протекают с изменением физического состояния распределяемого компонента и сопровождаются поглощением или высвобождением значительного количества теплоты. В перерабатывающих производствах широкое распространение получили такие тепломассообменные процессы, как варка, сушка, обжарка, выпечка, ректификация.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДОГРЕВА, ПАСТЕРИЗАЦИИ И СТЕРИЛИЗАЦИИ Тепловую обработку в перерабатывающей промышленности проводят при разной температуре на различном оборудовании. Нагревание сырья интенсифицирует многие технологические операции. Уничтожение не только вегетативных, но и споровых форм микроорганизмов обеспечивает стерилизация пищевых продуктов, позволяющая значительно увеличить срок их хранения. Тепловую обработку пищевых продуктов можно осуществлять между горячими и холодными средами, разделенными перегородками, а также путем непосредственного воздействия на них пара или инфракрасных лучей. Оборудование классифицируют: по характеру соприкосновения продукта и окружающего воздуха открытые и закрытые; по форме рабочих органов плоские и круглые; по профилю поверхности рабочих органов трубчатые и пластинчатые; по конструкции однорядные и многорядные (пакетные); по числу секций односекционные и многосекционные; по направлению движения охлаждающей жидкости относительно охлаждаемого продукта прямоточные и противоточные. Кроме этого, оборудование для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов в зависимости от характера выполнения данных операций делится на аппараты непрерывного и периодического действия. В зависимости от источника энергии, необходимой для выполнения этих технологических процессов, аппараты под­ разделяются на паровые, электрические и комбинированные. Для нагрева молока и других жидких пищевых продуктов применяют подогреватели резервуарного, трубчатого и пластинчатого типов.

Для изменения температуры вязких и жидких пищевых про­дуктов широкое распространение получили кожухотрубные подогреватели. Кожухотрубный подогреватель состоит из двух трубных решеток 1, в которые завальцованы 66 трубок 2 диаметром 34/32 мм и длиной 1986 мм. Общая площадь поверхности нагрева аппарата около 13 м 2. Трубные решетки с трубками заключены в металлический кожух 3 цилиндрической формы, с торцов закрытый крышками 4, которые прикреплены к кожуху откидными бол­тами. Герметичность соединения обеспечивает уплотняющая прокладка. Перегородки 5, установленные между крышкой и трубной решеткой 1, образуют четыре камеры, которые объединяют один или два пучка трубок. Таким образом, пучки трубок (по 16 в каждом) последовательно соединены между собой. Пар подается в пространство между кожухом и трубками и омывает их снаружи. Конденсат отводится через патрубок 6, расположенный в нижней части кожуха. Давление пара поддерживается на уровне 0, ,15 Мпа. Кожухотрубный подогреватель: 1-трубные решетки; 2-рубки; 3-кожух; 4-крышки; 5- перегородки; 6-патрубок.

Пластинчатые установки для нагревания молока почти не отличаются от пастеризаторов молока подобного типа. В связи с тем что разность начальной и конечной температур обрабатываемого продукта сравнительно невелика ( °С), общая площадь поверхности теплопередачи у пластинчатых нагревателей молока обычно в 1,5...2 раза меньше, чем у пастеризационных при одинаковой производительности. Это достигается в основном уменьшением числа пластин в аппарате. Для пастеризации молока и молочных продуктов предназначены пастеризационные установки резервуарного и трубчатого типов, а также пастеризационно-охладительные установки пластинчатого типа. К оборудованию резервуарного типа для пастеризации молока относятся емкости для производства кисломолочных продуктов, ванны длительной пастеризации и универсальные. Молоко в ваннах длительной пастеризации или универсальных тепловых аппаратах нагревается путем подачи в теплообменную рубашку резервуара горячей воды или пропускания через воду, находящуюся в рубашке, пара. Ванны длительной пастеризации В них отсутствует орошающая перфорированная труба для подачи хладоносителя. Теплообменная рубашка снабжена переливной трубой и парораспределительной головкой, к которой через трубопровод подается пар. Для охлаждения продукта, находящегося в ванне, в теплообменную рубашку подается холодная вода, а для нагревания и пастеризации пар. Ванны оборудованы мешалкой пропеллерного типа.

Резервуары универсального типа, так же как и ванны длительной пастеризации, позволяют как нагревать, так и охлаждать молоко или продукт его переработки. Пастеризационная установка трубчатого типа состоит из двух центробежных насосов (рис. 8.3), трубчатого аппарата, возвратно­го клапана, конденсатоотводчиков и пульта управления с прибо­рами контроля и регулирования технологического процесса. Технологическая схема пастеризатора ПМР-0,2 ВТ: 1 пульт управления; 2 термометр сопротивления; 3 автоматический клапан возврата; 4 вход молока; 5 приемный бак; 6 молочный насос; 7 фильтр; 8 пластинчатый теплообменный аппарат; 9 выход молока; 10 выдерживатель; 11 кран проходной; 12 роторный нагреватель К оборудованию для стерилизации пищевых продуктов относятся установки для стерилизации жидких и аппараты для стерилизации консервированных продуктов. Для стерилизации жидких продуктов применяют установки трубчатого и пластинчатого типов, а также различные устройства для пароконтактного нагрева пищевых сред. Консервы стерилизуют в автоклавах и гидростатических стерилизаторах. Установки для стерилизации трубчатого и пластинчатого типов имеют много общего с оборудованием для пастеризации пищевых продуктов.

Основные их различия связаны с теплообменным аппаратом, наличием гомогенизатора и температурой применяемого пара. Например, в автоматизированной установке для стерилизации молока А1-ОПЖ пластинчатый аппарат состоит из семи секций: трех секций регенерации, секций пастеризации и стерилизации и двух секций охлаждения. Двухсеточный вертикальный автоклав представляет собой цилиндрический корпус со сферическим днищем, оборудованный откидывающейся крышкой с противовесом. Герметичность крышки достигается за счет уплотнительной прокладки и барашкавых гаек. Пар подается через барботер, находящийся в придонной части. Над барботером располагаются корзины с банками. Для контроля за режимом стерилизации установлены термометр и манометр, подключенные к промежуточному сосуду, кото­ рый соединяется трубкой с внутренней полостью автоклава. В верхней части автоклава расположены отверстия для установки клапана и продувного вентиля, в донной патрубок спуска конденсата. Двухсеточный вертикальный автоклав: 1 корпус; 2 противовес; 3 гнездо для термометра; 4 крышка; 5 кран; 6 барашка­ вые гайки; 7 корзины с банками; 8 циркуляционная трубка; 9 промежуточный сосуд подключения манометра и термометра; 10 уплотнительная прокладка; 11 круговой паз; 12 барботер; 13 сферическое днище.

АППАРАТЫ ДЛЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА Одна из основных технологических операций на мукомольных и крупяных заводах гидротермическая обработка (ГТО), или кондиционирование, зерна. Аппараты для гидротермической и тепловой обработки зерна по виду обрабатываемого сырья делятся на аппараты для обработки зерна злаковых, крупяных культур, а также компонентов комбикормов; по назначению на подогреватели, кондиционеры, пропариватели и сушилки. Подогреватели подразделяются на аппараты для подогрева зерна с пониженной температурой и аппараты для изменения структурно-механических и биохимических свойств зерна. Основной классификационный признак кондиционеров вид используемого теплоносителя. По этому признаку различают воздушные, водяные, воздушно-водяные и скоростные кондиционеры. В скоростных кондиционерах в качестве теплоносителя используют пар. Пропариватели делятся на аппараты непрерывного и периодического действия. Подогреватели зерна служат для повышения температуры холодного сырья. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВАРКИ И ВЫПАРИВАНИЯ Варка один из основных и наиболее распространенных процессов термической обработки пищевых продуктов. Наибольшее распространение получили первые три способа варки, которые не требуют сложного оборудования и позволяют обрабатывать большое количество продукции.

Самым простым по выполнению и техническому оснащению является способ конвективной обработки продукта погружением в предварительно нагретую воду, температуру которой поддерживают, нагревая стенку варочного котла. Выпаривание концентрирование растворов при кипении путем превращения части жидкости в пар. В перерабатывающей промышленности обычно выпаривают молоко, свекловичный сок и др. К оборудованию для варки мяса и мясных продуктов относятся чаны и варочные котлы. Чаны бывают стационарными или опрокидывающимися, с паровым или огневым обогревом, с выгрузкой вручную или механизированной путем опрокидывания резервуара или корзины, расположенной внутри резервуара, открытыми или с откидывающейся крышкой. К более совершенному оборудованию для варки мясных изделий относятся варочные котлы с герметично закрывающейся крышкой. Они позволяют интенсифицировать процесс варки и исключить паровыделение в производственное помещение. На мясоперерабатывающих предприятиях малой и средней мощности применяют варочные котлы различных типов, различающиеся способом установки и обогрева, а также вместимостью и формой варочных сосудов. В зависимости от давления в варочном сосуде все котлы делятся на пищеварочные, работающие при атмосферном или незначительном избыточном давлении, и автоклавы, работающие при повышенном давлении (250 к Па), а в зависимости от источника теплоты на твердотопливные, газовые, электрические и паровые. По способу установки котлы классифицируют на неопрокидывающиеся и опрокидывающиеся со съемным варочным сосудом.

Первые оборудуют варочным сосудом вместимостью более 100, вторые менее 100 л. Вместимость котлов со съемным варочным сосудом менее 60 л. В зависимости от способа обогрева различают котлы с непос­редственным и косвенным обогревом. Котлы с косвенным обогревом работают при повышенном дав­лении в греющей рубашке (до 150 к Па). В качестве промежуточно­го теплоносителя используют воду. Аппараты, в которых сгущают продукты, называются выпарными. Они бывают атмосферными и вакуумными. По сравнению с атмосферными аппаратами вакуум- выпарные установки обладают следующими преимуществами: возможность сгущать жидкости, кипение которых при атмосферном давлении ведет к изменению физико-механических свойств и потере питательной ценности продукта; использование в рабочем цикле отработавшего и вторичного пара; эффективное использование пара благодаря значительному перепаду температур между теплоносителем (паром) и выпаривамой жидкостью. Указанные преимущества вакуум-выпарных установок обусловили их широкое применение при переработке молока. В перерабатывающей промышленности применяют выпарные установки одно- и многокорпусные; периодического и непрерывного действия; циркуляционные и пленочные; трубчатые и пластинчатые; с поверхностным и барометрическим конденсаторами; с использованием водяного пара, паров аммиака и фреона; с использованием и без использования вторичного пара.

СУШИЛКИ Сушка процесс удаления влаги из сырья или пищевых продуктов путем ее испарения и отвода образовавшихся паров. По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают следующие методы сушки: конвективный (воздушная сушка) теплота подводится при непосредственном соприкосновении сушильного агента с обрабатываемым материалом; кондуктивный (контактный) теплота передается от сушильного агента к материалу через разделяющую их стенку; диэлектрический (СВЧ-сушка) нагревание обрабатываемого материала в электромагнитном поле; сублимационный материал обрабатывается при глубоком вакууме и в замороженном состоянии. По способу подвода теплоты различают сушилки конвективные, кондуктивные (контактные), диэлектрические, радиационные и др.; по виду используемого теплоносителя воздушные, газовые и паровые; по давлению воздуха в сушильной камере атмосферные и воздушные; по состоянию слоя обрабатываемого материала плотный неподвижный, плотный малоподвижный, взвешенный, кипящий, падающий, комбинированный; по взаимному направлению движения материала и теплоносителя в конвективных сушилках прямоточные, противоточные и с пе­ рекрестным движением; по характеру движения обрабатываемого материала прямоточные и рециркуляционные; по способу организации процесса периодического и непрерывного действия; по характеру использования стационарные и передвижные.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫПЕЧКИ В кондитерском и хлебопекарном производствах применяют печи, которые классифицируют по следующим признакам: по технологическому универсальные (для выработки широ­кого ассортимента хлебобулочной, кондитерской, бараночной продукции) и специализированные (для производства ограничен­ного ассортимента продукции); по способу обогрева пекарной камеры с канальным обогревом, теплоносителем здесь являются продукты сгорания, проходящие по системе каналов, через поверхность которых теплота передается в пекарную камеру; с пароводяным обогревом, при этом теплоносителем является пароводяная смесь высокого давления, циркулирующая в толстостенных нагревательных трубках; с газовым обогревом; газ сжигается в пекарной камере; с электрообогревом, при котором используют трубчатые электронагреватели, токи высокой частоты и т. д.; по конструкции пекарной камеры тупиковые, в которых посадка тестовых заготовок и выгрузка готовой продукции производятся через одно и то же посадочное отверстие, и сквозные (тоннельные), в которых эти операции осуществляются с противоположных сторон печи; по производительности малой производительности с площадью пода до 8 м 2 ; средней до 25 м 2 и большой свыше 25 м 2 ; по степени механизации со стационарным подом, с выдвижным подом, с конвейером подачи и электроприводом.