Обґрунтування пропонованого обладнання і технології первинної обробки молока

Згідно діючого в Україні державного стандарту до вищого і першого ґатунку відноситься молоко, якщо ступінь чистоти його за еталоном не нижче першої групи, тобто на фільтр прибору для визначення групи чистоти немає смітинок (фільтр чистий). Для досягнення такого результату користуються як способом механічного очищення на центробіжних очисниках, що більше підходять для великих ферм та к і способом фільтрації.

Наукові дослідження проведені в Естонії А. Г. Олконеном [28] показали, що молоко першої групи за чистотою можна отримувати і способом фільтрації, якщо використовувати найбільш відповідні фільтруючі матеріали при найбільш ефективному їх використанні разом з додатковим ситом.

Встановлено, що щільні неткані матеріали і бязь забезпечують очищення молока до першої групи і працюють без заміни при видоюванні 200 корів, а при збільшенні цього часу, фільтри можуть забиватись і порушувати вакуумний режим доїння.

Щоб молоко відповідало першій групі чистоти за еталоном, фільтр повинен затримувати частинки розміром більше 40 мкм. Таким вимогам відповідають два шари фланелі (проходять частинки розміром 17×25 мкм), фланель з фільтрувальною ватою (проходять частинки 21×27 мкм) та два шари фільтрувальної вати укладені в салфетки з марлі чи інших матеріалів.

Для використання таких комбінацій і застосовують додаткові сита до вакуумного фільтру (Рисунок 1). Але фільтрація молока без вакууму, а самопливом дає, кращий результат. На молочних фермах Естонії з поголів'ям 400 — 600 голів користувались саме таким способом очищення і отримували молока першої групи.

Для фермерського господарства з поголів'ям 150 корів ми вважаємо доцільним застосування саме такого способу очистки. В якості фільтруючих матеріалів можна використовувати два шари фланелі, або лавсану, або ці ж тканини з фільтрувальною ватою і марлею, або бязь, може бути марля, фланель і фільтрувальна вата. Фільтр складається так, як показано на рисунку 1.

Охолодження молока. В комплекті системи для охолодження молока перш за все треба визначитись з джерелом холоду і підібрати холодильну машину відповідної холодопродуктивності. Необхідно знати загальну кількість холоду, яка забезпечить охолодження молока до необхідної температури. Для цього за основу беруть максимальний разовий об'єм молока і максимальну різницю температур, тобто з якої максимальної до якої мінімальної температури слід охолодити молоко. Такими показниками є об'єм молока 1,6 тонн в червні місяці, максимальна температура молока в обіднє доїнні може становити 330С, а мінімальна, до якої треба буде охолоджувати молоко — 30С. Зрозуміло, що це буде потребувати великих витрат холоду, а значить і електроенергії.

Досвід кращих господарств та наукові дослідження свідчать, що економічно доцільно в теплий сезон року використовувати для попереднього охолодження проточну воду, якою можна буде охолоджувати молоко до температури 18 — 220С. Здійснювати таке охолодження молока можна за допомогою звичайного пластичного апарату, продуктивність 1500 л/год. Це може бути окремий пластинчастий апарат для малих ферм, або навісний пакет пластин 13 000-А, на 1500 — 1600 кг/год, який забезпечить таку продуктивність, або односекційний теплообмінний пластинчастий апарат марки ПОМ-1Б-1000 кг/год в комплексі з ПОМ-1ВА-500 кг/год, які разом будуть відповідати продуктивності інших апаратів. Охолоджене проточною водою молоко буде надходити в танк-охолоджувач, в сорочці якого циркулює холодна вода, як холодоносій. Такий тип танків дає можливість максимально економити витрати електроенергії на виробництво холоду в холодний період за рахунок використання природного холоду. Вода з акумулятора холоду прокачується за допомогою центробіжного насосу НМУ-І на 1,6 т/год.

Q = 1600×0,994 (22−3) = 30 217 ккал.

Розраховану за формулою величину збільшуємо на 10% для компенсації втрат холоду в трубопроводах і апаратах.

30 217 ккал + 3022 = 33 239 ккал.

За добу — 4500×0,994 (22−3) = 84 987 + 8498 = 93 485 ккал.

Пропонуємо для цього теплохолодильну установку ТХУ -14, яка крім холоду дає можливість використовувати тепло працюючого компресора установки та тепло, що виділяється при переході фреону холодильної установки з газовидного стану в рідкий. Здійснюється це за допомогою регулятора тепла установки ТХУ-14. Установка працює в автоматичному режимі і може акумулювати стільки холоду стільки буде необхідно. Але при цьому немає потреби в електронагрівачі, що знизить витрати електроенергії.

Для економії електроенергії і холодоагентів за рахунок використання природного холоду, пропонуємо установку з ємностним акумулятором — теплообмінником, схема якого представлена на рисунку 2.

Вона бути встановлена поряд з вакуумним відділенням молочного блоку. Ця установка в холодний період року дає можливість від'єднувати холодильну машину, а до резервуару охолоджувача підключати акумулятор природного холоду.

Водяний насос марки ВКС-2/26 відкачує нагріту молоком воду з між стінного простору резервуару і подає її в нижню ванну 7 акумулятора холоду. В ній тепла вода надходить спочатку в секцію Б, змішується з холодною, а потім під поперечною перегородкою ванни протікає в секцію А, де повністю перемішується, охолоджується і по вхідному трубопроводу 2 самопливом надходить в резервуар охолоджувач молока. Якщо температура зовнішнього повітря доходить до 00С, чи близького значення, вентиль 4 закривають, а вентиль 5 відкривають і в роботу включається весь акумулятор. В цьому випадку вода нагріта в резервуарі-охолоджувача молока водяним насосом подається до верху по вихідному трубопроводу для води 6 і стікає на тарілку 9 верхньої ванни для охолодженої води 8. Ця тарілка розпилює воду у верхній ванні, вона змішується з холодною водою ванни і поступово також охолоджується. Охолоджена вода під перегородкою 10 протікає в другий відсік ванни, потім під кожухом 12, за допомогою зливної трубки 13 діаметром 100 мл в середню ванну для охолодженої води 16, а потім в нижню ванну. З нижньої ванни вода надходить в резервуар-охолоджувач молока після чого весь цикл повторюється. Для випуску води з ванни є вентилі.

Щоб вода в нижній і верхній ваннах не замерзала, монтований на них кожух заповнюють ізоляційним матеріалом, а вхідний і вихідний трубопроводи для води також утеплюють стікловатою і засипають тирсою на ділянках між акумулятором холоду і стінками машинного відділення молочного блоку. Кожух 12 роблять з труб діаметром 150 — 200 мм і приварюють до ванни на опорах на висоті 100 — 150 мм від днища ванни. Стійки 14 і горизонтальні перемички 15 (10×10×400 см) роблять із профільної сталі. Нижня і верхня ванни для охолоджуваної води мають розміри 400×200×100 см., але вони призначені для охолодження 3,5 тонн молока за 1 добу. В нашому випадку добовий об'єм молока в холодний період майже в два рази менший, то і розміри ванн можуть в два рази менші (в залежності від перспективи розвитку ферми). Товщина стального листа повинна бути 1,5 — 3 мм.

Це є найбільш ефективна установка серед ємностних і інших типів установок, що використовують природній холод. При використанні акумулятора природного холоду, довести температуру молока до 4−50С, що в зимовий період достатньо для зберіганні його на протязі доби, можна при температурі зовнішнього повітря 7 — 80С. За 1 годину можна охолодити як було сказано до 3,5 тонн молока при вказаних стандартних розмірах ванн. Розміри ванн змінюються пропорційно змінам об'єму молока, що охолоджується. При мінусових температурах молоко легко охолоджується до 2 — 30С без холодильної машини. На охолодження 1 об'єму молока використовується 2 — 3 об'єми води.

Для збереження молока на протязі доби офіційно пропонується температура його зберігання на рівні 3 — 40С, але вона передбачає виконання санітарно-гігієнічних правил отримання молока, правил санітарного догляду за молочним обладнанням. При недотриманні цих правил краще охолоджувати молоко до 30С, та господарству ми пропонуємо організовувати технологію виробництва і доїння, а також трудову дисципліну, так щоб забезпечити з самого початку сучасні вимоги до молока. Це є не відворотнім поступом в умовах ринкової економіки, інтеграції країни до СООП і навіть для використання країною російських ринків, де поступово впроваджується міжнародні стандарти на молоко.

Схема первинної молока представлена на рисунку 3.

Молоко надходить в приймальну ванну об'ємом на 1 тонну, яка встановлена на платформі з молочними вагами. Після зважування молоко самопливом надходить в корпус вакуумного фільтру об'ємом на 70 — 100 л. За допомогою центробіжного насосу, продуктивністю 1500/год подається в проміжний бак.

З бака більша частина молока надходить в пластинчастий охолоджувач з проточною водою де воно охолоджується до 18 — 220С, а з охолоджувача пластинчатого — в резервуар-охолоджувач. Там воно доохолоджується до 40С. Температура молока практично повинна знизитись на 16 — 180С за годину. В сучасних резервуарах повинна бути саме такою швидкість охолодження молока за годину. Саме така швидкість і глибина охолодження забезпечує високу якість молока і збереження його на рівні вищого і першого ґатунку.

В резервуарах охолоджувачах молоко буде зберігатись до транспортування на переробні підприємства при підтриманні заданої температури.

В холодний період року охолодження молока проводиться за допомогою акумулятора ємнісного типу за вищою приведеною схемою без холодильної машини. Пропонована нами технологія є енергозберігаючою крім того тепла вода, що накопичується за допомогою ТХУ-14 використовуватиметься для санітарного догляду за обладнанням та для обмивання вимені корів.

Технічна характеристика установки для акумуляції холоду ємнісного типу представлені в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 — Технічна характеристика акумулятору холоду ємнісного типу.

За кліматичною характеристикою тривалість періоду, коли зовнішня температура повітря не перевищує 7 — 80С в даній зоні триває 170 — 185 днів.

В цей період середньодобовий об'єм молока, що потребує первинної обробки становитиме близько 1,2 тони. Всього за цей період виробляється до 180 т молока.

Для того, щоб розрахувати витрати електроенергії за окремі сезони року, з використанням акумулятору холоду і без нього, слід враховувати технічні характеристики обладнання тривалість їх роботи на протязі доби і на протязі року (табл. 3.3.).

Таблиця 3.3 — Споживання електроенергії на первинну обробку молока та вартість обладнання.

Як свідчать розрахунки, при запропонованій нами технології витрати електроенергії за рік становитимуть близько 27,552 тис. кВт, — 2,5 кВт/год. на 1 тонн молока.