Дослідження та розробка системи автоматичного керування температурним режимом пастеризатора молока

Abstract

В наш час перспективним напрямком удосконалення технологічного процесу пастеризації молока в умовах молокопереробних підприємств України варто вважати розробку електропастеризаторів. Високий ККД перетворення електричної енергії в теплову дозволяє знизити енерговитрати на проведення процесу, за орієнтованими оцінками, до 20…40 кВт·год/т. Устаткування для електропастеризації є компактним і надійним в експлуатації, а сучасні системи автоматики дозволяють точно реалізувати заданий режим процесу. Можливі два варіанти методу електропастеризації – прямий і непрямий. При першому методі продукт нагрівається безпосередньо струмом, що проходить через нього, промислової чи підвищеної частоти, при другому продукт одержує тепло від нагрівача за допомогою ІЧ випромінювання. Розглянемо особливості цих варіантів більш детально. Перший варіант – прямий нагрів продукту струмом – має очевидну перевагу перед всіма іншими методами пастеризації – можливістю забезпечення практично рівномірного температурного поля в усьому об'єму продукту, оскільки струм проходить через весь перетин продукту. Подібний метод – електроконтактний нагрів – вже порівняно давно вважається перспективним для харчової технології, зокрема, для теплової обробки м'ясопродуктів. Однак практична реалізація даного методу сполучена з деякими труднощами. Основні труднощі полягають у неминучому порушенні контакту між електродами та продуктом внаслідок ряду електрохімічних процесів, що протікають на електродах, зокрема, відкладення молочного каменю. Для запобігання цього ефекту пропонувалося піддавати електроди спеціальній обробці, наприклад, покривати їх платиновою черню. Іншими труднощами є значна зміна електропровідності харчових продуктів, зокрема молока, за умов підвищення температури, що обумовлює нестабільність потужності нагрівання. Електропастеризатори непрямого нагріву опором з трубчастими електонагрівачами (ТЕНами) забезпечують теплообмін конвекцією і теплопровідності, що характерно для традиційних конвективних пароводяних пастеризаторів. Вони мають такі недоліки: - нерівномірний нагрів, що приводить до підвищення температури, збільшення часу пастеризації, і, в свою чергу, негативно впливає на якість молока та призводить до збільшення теплових витрат та метеріалоємності; - на поверхні ТЕНів можливий пригар за рахунок перегріву та активного відкладенню "молочного каменю". Незважаючи на простоту конструкції та достатню високу електробезпеку, вони не знайшли широкого використання в промисловості. У вітчизняній технологічній практиці вже з 80-х p. Для пастеризації молока і соків застосовували спеціальні апарати – актинизатори, в яких продукт послідовно проходив зону ІЧ нагріву і здобував температуру 70…80°С, а потім зону УФ-опромінювання для завершення пастеризації. Подібні апарати випускаються й закордонними фірмами. Зокрема, в апараті французької фірми Anti Lavall використовувався ІЧ випромінювач з λМ = 2,7 мкм, що забезпечує велику глибину проникнення в продукт, отже, більш рівномірний прогрів продукту. Крім того, зазначене випромінювання менше відбивається від продукту і поглинається його білковою фракцією в порівнянні з випромінюванням лампи КІ – 220 – 1000, що сприяє підвищенню ККД процесу та якості пастеризованого продукту. У роботі [7] встановлено, що 10…15% енергії ІЧ випромінювання в інтервалі довжин хвиль 0,6…1 мкм проникають у молоко на глибину 4 мм, але при цьому частка відбитого випромінювання складає 40…80%. Згідно з іншими літературними даними, коефіцієнт відбивання молока, що залежить від жирності продукту, знижується до 2…10% за умов збільшенні довжини хвилі понад 1,2 мкм, однак при цьому глибина проникнення значно зменшується – приблизно до 1 мм. Встановлено також, що з підвищенням температури пропускна здатність молока помітно зростає. Вибір довжини хвилі джерела випромінювання, що відповідає максимуму поглинання ІЧ променів молоком, дає можливість інтенсифікувати процес пастеризації за температурно-часовими параметрами значно нижчими, ніж в апаратах посереднього нагріву.