Техника сепарирования молока, расчёты при сепарировании

Министерство  сельского  хозяйства Российской  Федерации

РПУПВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Институт  экономики и финансов АПК

Кафедра Технологии переработки и хранения продуктов животноводства 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

Техника сепарирования молока, расчёты при  сепарировании. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 2009 

     Содержание

     Введение……………………………………………………………….………………………..3

1. Центробежная очистка, фильтрование, бактофугирование и нормализация молока…………………………………………………………………………………………………...4
2. Получение высокожирных сливок и сепарирование вторичных продуктов……….9
1. Сепарирование пахты…………………………………………………………………..12
2. Сепарирование молочной сыворотки…………………………………………………14
3. Выделение творожного сгустка……………………………………………………….17
3. Продуктовые расчёты на предприятиях при сепарировании……………………...18

Заключение……………………………………………………………………………………22

Список  литературы……………………………………………………………………………23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение. 

     Молочная  промышленность является одной из важнейших  среди пищевых отраслей народного  хозяйства. Однако, начиная с 90-х  годов прошлого века, производство молочной продукции резко снизилось. Это в первую очередь связано  с положением в животноводстве.

     В настоящее время в молочной промышленности произошли большие изменения, вызванные  в большей мере возрастающим использованием сырья немолочного происхождения. В связи с этим все продукты из молока (кроме масла и сыра) делятся на молочные и молокосодержащие. Кроме того, за последние годы разработаны  молочные продукты различного функционального  назначения с использованием витаминов, микро- и макроэлементов, бифидобактерий, различных добавок и т.д. Также  очень широко стали использоваться аналоги натуральных пищевых  добавок, т.е. вещества искусственного происхождения.

     При переработке молока по традиционным технологиям получают побочные продукты. Сепарирование даёт обезжиренное молоко, маслоделие – пахту, производство сыра, творога – молочную сыворотку. Все  побочные продукты имеют обобщающий термин – вторичное молочное сырьё.

     Объёмы  вторичного побочного сырья весьма значительны. Так, при производстве 1 т сливочного масла получают до 20 т обезжиренного молока и 1,5 т  пахты; при производстве 1 т сыра и творога – до 9 т молочной сыворотки. В своём составе вторичное  молочное сырьё (ВМС) содержит все составные  части молока, только в других соотношениях.

     Механизм  сепарирования сложен. Его основная сущность заключается в том, что  под действием центробежной силы из потока молока выделяется жировая  фаза.

     Целью данной работы является изучение техники сепарирования молока и выделение основных факторов, влияющих на эффективность сепарирования.

     В ходе работы решались такие задачи: выяснили, что такое центробежная очистка, фильтрование, бактофугирование и нормализация молока; определили, как получаются высокожирные сливки и чем отличаются сливки, полученные из молока от сливок, образованных из вторичного побочного сырья. В работе также  представлены продуктовые расчёты  на предприятиях по переработке молока. 
 
 

1. Центробежная  очистка, фильтрование, бактофугирование и  нормализация молока.

     Сепарирование — один из основных технологических  процессов в молочной промышленности. Сепарированием безальтернативно получают из молока сливки. К процессам сепарирования  относится центробежная очистка  молока, включая бактофугирование, и нормализация сливок. Сепарирование сливок позволяет получать сливочное масло методом преобразования высокожирных сливок. Обезжиривание молочной сыворотки возможность дополнительного использования компонентов молока, в первую очередь молочного жира. Центробежное разделение суспензий используется при производстве творога и осветлении молочной сыворотки, например, при производстве молочного сахара. Возможно и дополнительное извлечение жира из пахты путем сепарирования (обезжиривания) этого продукта.

     Обезжиривание молока - самый распространенный из процессов центробежного разделения в молочной промышленности. Более 80% сепараторов на молочных предприятиях это сепараторы-сливкоотделители. Для  обезжиривания молока используют как  сепараторы с ручной периодической  выгрузкой осадка, так и сепараторы с центробежной периодической выгрузкой  осадка (саморазгружающиеся).

     Основным  фактором, влияющим на эффективность  процесса обезжиривания молока, является температура исходного продукта. Такое влияние - результат увеличения или уменьшения величины, так называемой разделяемости системы "молочный жир - плазма", соответственно при  повышении или понижении температуры.

     Обычно  в инструкции по эксплуатации сепаратора-сливкоотделителя указывается режим 35 … 40^oС. Однако даже в этом сравнительно небольшом диапазоне температур разделяемость системы "жир-плазма" изменяется в 1,1 … 1,2 раза и тем выше, чем больше температура. Следовательно, следует стремиться к повышению температуры сепарирования.  

     Обезжиривание молока при высоких (60 … 70^oС) температурах или, так называемое, "горячее" сепарирование имеет две стороны. С одной стороны разделяемость дисперсной системы при 70^oС больше, чем при 40^oС, в 1,5 раза, что достаточно существенно. Но с другой стороны, в потоке горячего молока, движущегося в сепараторе, наблюдается дробление жировых шариков. Кроме того, нагревание до высоких температур увеличивает количество дестабилизованного жира, что также способствует повышению содержания жира в обезжиренном молоке. Для сепарирования горячего молока могут использоваться только специальные сепараторы, имеющие более "щадящий" гидродинамический режим течения жидкости в барабане. 

     Производительность  сепаратора непосредственно связана  с размером выделяемого жирового шарика, что подтверждается как теоретически, так и практически. Номинальная  (паспортная) производительность сепаратора, как правило, ориентирована на достижение максимального результата обезжиривания. Но это не может распространяться на все сепараторы той или иной марки. И, зачастую, способом повышения эффекта обезжиривания молока является некоторое снижение производительности сепаратора от паспортного значения.

     Важным  эксплуатационным фактором, влияющим на эффективность обезжиривания, является жирность получаемых сливок. В наиболее распространенных сепараторах полугерметичного типа регулирование жирности сливок осуществляется путем изменения  их расхода (контролируется по показанию  ротаметра), а также давления на выходе обезжиренного молока (контролируется по показанию манометра). Причем, чем  больше расход сливок и больше давление на выходе обезжиренного молока, тем  меньше жирность сливок. И соответственно наоборот - уменьшение расхода сливок и давления на выходе обезжиренного  молока повышает содержание жира в  сливках. Но при регулировании жирности сливок необходимо обращать внимание на содержание жира в обезжиренном молоке. Как известно, нормативной  величиной содержания жира в обезжиренном молоке является 0,05%, но при оптимизации  работы сепаратора это значение можно  снизить до 0,03%, что дает существенную прибавку количества сливок. Как правило, понижение содержания жира в обезжиренном молоке удается получить при снижении жирности сливок и наоборот - повышенное (обычно свыше 40%) содержание жира в  сливках увеличивает жирность обезжиренного  молока. При регулировании жирности сливок следует также учитывать  и тот факт, что соотношение  количества сливок и обезжиренного  молока зависит также и от жирности исходного молока. В свою очередь, содержание жира в обезжиренном молоке пропорционально жирности сепарируемого  молока и сепарируя достаточно жирное молоко целесообразно использовать фактор регулировки жирности сливок, а также снижение производительности.

     Цикл  непрерывной работы сепаратора с  ручной периодической выгрузкой  осадка, а также время между  разгрузками сепаратора с центробежной периодической выгрузкой осадка состоит из трех этапов: неустановившегося, установившегося и ухудшающегося сепарирования.

• Период неустановившегося сепарирования имеет место в начале пуска в сепаратор исходного продукта или сразу после центробежной разгрузки саморазгружающегося сепаратора и может продолжаться до 2 … 3 минут. Период хотя и не продолжителен, но характеризуется повышенным содержанием жира в обезжиренном молоке. Следовательно, чем менее продолжителен этот период, тем меньше потери жира.
• Период установившегося режима работы сепаратора наиболее длительный. В этот период идет заполнение шламового пространства осадком, зазор между осадком и отбортовками тарелок уменьшается, что в конечном результате изменяет условия течения жидкости и начинает сказываться на результатах сепарирования. Причем длительность второго периода зависит от концентрации тяжелой дисперсной фазы (загрязнённости молока). Снижение эффективности центробежного разделения означает начало третьего периода - режима ухудшающегося сепарирования. Именно в этот момент необходимо останавливать для чистки и мойки сепаратор с ручной периодической выгрузкой осадка или производить центробежную выгрузку осадка саморазгружающегося сепаратора. Установить этот момент можно, контролируя содержание жира в обезжиренном молоке.
• Способ избегать наступления режима ухудшающегося сепарирования саморазгружающегося сепаратора — устанавливать меньшее время между разгрузками. Но следует учитывать, что при каждой разгрузке вместе с осадком из барабана выбрасывается некоторое количество молока, а, следовательно, увеличение числа разгрузок приводит к увеличению потерь жира.

     При обезжиривании молока следует обращать внимание на то, что эффективность  этого процесса зависит от того, каким воздействиям подвергалось молоко до сепарирования. Например, содержание жира в обезжиренном молоке увеличивает  многократное (свыше трех раз) перекачивание  молока по трубам с использованием центробежных насосов, а также хранение с интенсивным перемешиванием. Повышенная кислотность молока, как правило, также ухудшает результат обезжиривания. При подаче молока в сепаратор  следует избегать подсоса воздуха  в продукт через неплотности  коммуникаций, поскольку наличие  воздуха в молоке также отрицательно влияет на процесс обезжиривания.

     Следует также обращать внимание на техническое  состояние сепаратора, поскольку  качество сепарирования зависит  и от качества балансировки барабана и даже от износа элементов привода  в частности винтовой пары.

     Центробежная  очистка молока от загрязнений стала  применяться в молочной промышленности значительно позже, чем обезжиривание, и, по сути своей заменила применявшиеся  до этого фильтры. Однако сравнивать центробежную очистку с фильтрованием  по качеству отделения дисперсных частиц вряд ли имеет смысл - безусловное  преимущество за обработкой в сепараторе-молокоочистителе. Но, как показывает отечественная  практика, использование сепараторов-молокоочистителей  на молочных предприятиях носит ограниченный характер. Связано это с тем, что  центробежная очистка часто совмещена  с обезжириванием, а предварительная  обработка в очистителе - это дополнительные энергетические затраты. Использование  сепаратора-молокоочистителя, кроме  того, требует немалых эксплуатационных затрат. Тем не менее, центробежную очистку принимаемого молока следует рассматривать в первую очередь как способ сохранения качества этого продукта в период его переработки. Сепараторами-молокоочистителями комплектуются пастеризационно-охладительные установки для молока, что в значительной мере улучшает эффект тепловой обработки.

     Обычный для молокоочистителей температурный  режим обработки (35 … 45^oС) достигается либо использованием специального подогревателя, либо, что чаще, за счет подачи в сепаратор молока из первой секции регенерации пастеризационно-охладительной установки. Целесообразность применения более высокой температуры очистки практически не выявлена. С другой стороны, в свое время практикой была доказана не только возможность, но и эффективность так называемой холодной очистки молока или, точнее, центробежной очистки охлажденного до 5 … 10^oС молока. Эффективность такого метода связана, в первую очередь, с повышением стойкости молока при хранении.

     Однако  использование сепараторов-молокоочистителей, непредназначенных специально для холодной очистки молока, как правило, приводит к неудаче. В барабане происходит подвсбивание жира, последний в свою очередь перекрывает каналы тарелкодержателя, межтарелочные пространства и даже вызывает дисбаланс барабана. Поэтому для этой цели должны использоваться специальные сепараторы для холодной очистки молока, отличающиеся гидродинамическими параметрами течения продукта, в первую очередь, в каналах тарелкодержателя, т.е. при подводе молока к межтарелочным пространствам.

     Бактофугирование (бактериофугирование) можно рассматривать  как частный случай центробежной очистки, когда за счет повышенного  разделяющего фактора сепаратора наряду с обычными загрязнениями (механические примеси, скоагулировавшие белки) выделяется значительная часть микроорганизмов. Оно применяется в качестве дополнительной операции при тепловой обработке  молока (пастеризации). Это особенно эффективно при удалении спорообразующих  бактерий, которые оказываются наиболее стойкими при пастеризации. При пропускании  молока через одну бактофугу удаляется  приблизительно 90% содержащихся в молоке бактерий, при двух последовательных бактофугированиях - до 99%, что, безусловно, влияет на качество молока.

     Бактофуги (бактериофуги), как правило, отличаются от сепараторов очистителей не только более высокой частотой вращения барабана, но и наличием в стенке основания барабана сопел для  непрерывного вывода концентрата тяжелой  дисперсной фазы (бактофугата), представляющего  собой молоко, сильно загрязнённое бактериями. Кроме того, бактофуга  может быть снабжена устройством  и для центробежной периодической  выгрузки осадка, что позволяет осуществлять разгрузку в случае накопления шлама  и промывать барабан сепаратора циркуляционным способом без его разборки.  

     Бактофугат, составляющий 2 … 3% потока молока, затем  подвергают стерилизации и могут  смешивать с очищенным от бактерий молоком.

     Ещё раз необходимо подчеркнуть, что  бактериофугирование не исключает  последующей пастеризации или стерилизации молока, так как отдельные виды микроорганизмов (в том числе  и патогенные), плотность которых  практически равна плотности  молока, не могут быть выделены в сепараторе.

     Для нормализации молока в потоке используются сепараторы-сливкоотделители полугерметичного типа. Нормализация осуществляется путем  смешения потоков обезжиренного  молока и сливок в определённом соотношении (обеспечивается переток части сливок в обезжиренное молоко) после выхода продуктов сепарирования из сепаратора. Регулировка количества сливок, поступающих  в поток обезжиренного молока, осуществляется вручную или автоматически. Ручная регулировка осуществляется трехходовым краном, установленным  на патрубке для отвода сливок от сепаратора, причем этот кран соединяется патрубком  с линией отвода обезжиренного молока. Некоторые сепараторы комплектуются  такими приспособлениями для нормализации. Приспособление можно изготовить и  непосредственно на молочном предприятии. Однако точность ручного регулирования  невелика и, как правило, окончательная  нормализация осуществляется в ёмкостях хранения.

     Более сложной, но более эффективной, является система нормализации, в которой  используется датчик содержания жира в потоке нормализованного молока, но такие системы достаточно сложны и дорогостоящи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Получение высокожирных сливок и сепарирование  вторичных продуктов.

     Получение высокожирных сливок является неотъемлемой технологической операцией в  достаточно широко используемом в нашей  стране способе производства масла  преобразованием высокожирных сливок. Высокожирные сливки получают путем  сепарирования сливок средней жирности на сепараторах специальной конструкции. К группе высокожирных сливок (ВЖС) принято относить сливки с массовой долей жира 62%. За счет повышенного  содержания жира ВЖС характеризуются  повышенной вязкостью и пониженной стабильностью жировой эмульсии. Повышение массовой доли жира в сливках  свыше 73% приводит к деформации жировых  шариков. В таких сливках содержится пониженное количество оболочечного вещества, снижается электрический заряд  жировых шариков, уменьшается их подвижность в электрическом  поле, понижается устойчивость липопротеиновых  оболочек. Часть оболочек жировых  шариков разрушается, и молочный жир находится в свободном (дестабилизированном  состоянии). Дальнейшее повышение массовой доли жира до 91 … 95% приводит к уменьшению прослойки плазмы до критической  величины и эмульсия разрушается.

     Таким образом, сепарирование сливок носит  специфический характер и это  специфическое отличие необходимо учитывать при рассмотрении процесса разделения. По сути, классическое понимание  тонкослойного разделения в межтарелочном  зазоре как направленное движение жирового шарика к поверхности тарелки, в  условиях высокой концентрации частиц должно быть заменено. Процесс получения  высокожирных сливок может рассматриваться  как центробежное прессование, т.е. "выдавливание" влаги (плазмы) из жировой фракции или как уплотнение жировой фазы в результате деформации жировых шариков.

     С этой точки зрения сепарирование  молока и получение высокожирных сливок отличаются между собой затратами  механической энергии, необходимой  для концентрирования жировой фракции. Если оценивать эти затраты по мощности установленных на сепараторах  электродвигателей, то удельные затраты  энергии при получении высокожирных сливок как минимум вдвое выше, чем при сепарировании молока. Поэтому целесообразно повышать жирность сливок, используемых затем  при производстве высокожирных сливок.

     Следует учитывать, что с повышением жирности сепарируемых сливок повышается жирность вторичного обезжиренного молока (пахты) при одновременном снижении количества этого продукта. В целом же отход  жира в пахту в массовом выражении  может не только не увеличиться, но даже снизиться. Повышение жирности исходных сливок, кроме того, отражается на показателях высокожирных сливок. В частности имеются сведения о том, что несколько снижается  содержание в них СОМО, но повышается степень дестабилизации жировых  шариков. Последнее явление, в свою очередь, способствует процессу маслообразования. Дестабилизация же эмульсии жира в исходных сливках является фактором, повышающим как производительность сепаратора, так и снижающим жирность вторичного обезжиренного молока. Считается, что дестабилизация в этом случае способствует образованию крупных жировых шариков, что в свою очередь благоприятствует процессу сепарирования сливок. Для этой цели даже предлагается использовать специальный дестабилизатор или специальный сливкоподготовитель.

     Для обеспечения устойчивости процесса сепарирования следует подбирать  сливки однородные по качеству, кислотностью не выше 25^oТ, одинаковой жирности и температуры, а также поддерживать постоянной частоту вращения барабана. Необходимо избегать дополнительного механического воздействия на сливки, например, в результате многократного перекачивания насосами, поскольку это, как правило, приводит к повышению степени дисперсности жира в сливках и ухудшает процесс разделения.

     Кислотность сливок, а более точно кислотность  их плазмы, оказывает существенное влияние на процесс сепарирования. При сепарировании сливок с повышенной кислотностью увеличивается отход  жира в пахту, резко возрастает степень  дестабилизации жировой эмульсии. Для  уменьшения этих показателей рекомендуется  снизить производительность сепаратора. Кроме того, следует учитывать, что  при сепарировании "кислых" сливок сокращается время непрерывной  работы сепараторов с ручной периодической выгрузкой осадка.

     Температура сепарируемых сливок может колебаться от 60 до 90^o С (предпочтительно 65 … 70^oС). При снижении температуры сепарирования сливок независимо от содержания влаги в получаемых высокожирных сливках наблюдается последовательное снижение количества СОМО, повышение содержания газовой фазы, повышение жирности вторичного обезжиренного молока, что объясняется повышением вязкости, как исходных сливок, так и получаемых высокожирных. При повышении температуры сепарирования - зависимость обратная.

     Процесс сепарирования сливок регулируют таким  образом, чтобы количество плазмы в  высокожирных сливках приближалось к нормируемому количеству её в готовом  продукте (масле), а отход жира во вторичное обезжиренное молоко не превышал бы установленных нормативов (0,4%). Регулировку  можно осуществлять, например, путем  снижения или увеличения подачи сливок в барабан сепаратора. При прочих равных условиях сепарирования уменьшение потока сливок в барабан позволяет  получить высокожирные сливки с повышенной массовой долей жира, уменьшить отход  жира в пахту. При этом в высокожирных сливках повышается и массовая доля СОМО.

     Продолжительность непрерывной работы сепаратора с  ручной периодической выгрузкой  осадка зависит от интенсивности  осаждения тяжелых дисперсных частиц в шламовом пространстве барабана. На количество образующегося осадка существенное влияние оказывает  механическая загрязненность сливок, их кислотность, кратность пастеризации сливок и её режимы. При повышенных температурах пастеризации и высокой  кислотности плазмы сливок сепараторы вынуждены останавливать уже  через 20 … 30 минут работы, поскольку  в этом случае в сепаратор поступают  сливки, в которых значительная часть  белков плазмы скоагулирована. Переработка  качественных сливок позволяет обеспечить работу сепаратора в соответствии с  его технической характеристикой.

     Поскольку состав масла контролируется практически  только по содержанию влаги, следует  учитывать, что возможные колебания  СОМО в высокожирных сливках могут  быть причиной перерасхода жира (пониженное содержание СОМО) или выработки масла  с нестандартным содержанием  жира (повышенное содержание СОМО). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Сепарирование пахты.

     Жирность  пахты (вторичного обезжиренного молока), получаемой при производстве масла  методом преобразования ВЖС может  регулироваться в процессе сепарирования  сливок и в конечном итоге иметь  сравнительно небольшую величину (до 0,2%). Пахту, получаемую при производстве масла сбиванием, учитывая её достаточно высокую жирность (0,7 … 0,8%) целесообразно  сепарировать.

     Как эмульсия пахта обладает отличными  от молока свойствами. Во-первых, жировые  шарики в пахте более мелкодисперсны, во-вторых, при сбивании в плазму пахты переходит белковое оболочечное  вещество жировых шариков, что, в  свою очередь, увеличивает плотность  плазмы, и, в-третьих, сами жировые шарики в пахте имеют оболочку больше, чем в молоке. Все эти фактору  и предопределяют более низкую разделяемость (способность к центробежному  разделению) системы "жир - плазма" в пахте, чем в молоке. Кроме  того, необходимо учитывать тот факт, что в процессе сбивания пахта  интенсивно насыщается воздухом, что, безусловно, отрицательно сказывается  на эффективности обезжиривания.

     Пахту сепарируют непосредственно, в смеси  с молоком или обезжиренным молоком. Эффективность непосредственного  сепарирования пахты зависит  от её жирности, температуры процесса и производительности сепаратора. Чем  выше исходная жирность пахты, тем, естественно, процесс более эффективен, поскольку  возрастает количество получаемых сливок. Причем, жирность сливок в этом случае должна быть сравнительно небольшой, т.е. не выше 20%, а лучше даже до 15%.

     Повышение температуры сепарируемого продукта до определенного уровня положительно сказывается на эффективности разделения. Однако, так же как и при сепарировании  горячего молока, при температуре 60^oС и более происходит дробление жировых шариков, которые переходя в обезжиренный продукт снижают эффект сепарирования. Кроме того, при определении температуры сепарирования следует учитывать качество продукта, в первую очередь кислотность пахты. При кислотности не выше 18^oТ температуру пахты перед сепарированием можно устанавливать на уровне 35 … 40^oС. При кислотности пахты 19 … 20^oТ нагревать её целесообразно до температуры не выше 20^oС. В противном случае скоагулировавший при нагревании белок приведёт к быстрому забиванию шламового пространства барабана сепаратора осадком. По этой же причине крайне сложно просепарировать пахту, полученную при производстве кисло-сливочного масла. Для сепарирования пахты можно использовать сепараторы-сливкоотделители для молока, но производительность сепаратора при этом должна быть снижена, причем снижение может быть в достаточно широком диапазоне, т.е. от 20 до 80% от номинального значения.

     При нагревании пахты перед сепарированием она частично деаэрируется, что позволяет  снизить отрицательное влияние  на процесс обезжиривания наличия  воздуха в продукте. Но более эффективно проводить перед сепарированием пахты её деаэрацию, например, вакуумированием.

     Процесс сепарирования пахты в смеси  с цельным молоком несколько  отличен от непосредственного сепарирования  пахты. Во-первых, потому, что идет разделение более концентрированной эмульсии, для чего собственно и предназначен сепаратор-сливкоотделитель. Во-вторых, есть основания предполагать, что  крупные жировые шарики молока будут  агрегатироваться с мелкими частицами  пахты, что должно положительно отразиться на эффективности обезжиривания.

     Наиболее  рационально сепарировать при соотношении  молока и пахты 1:1. Причем, преимущество сепарирования пахты в смеси  с молоком позволяет получить сливки нормальной (30 … 35%) жирности, а  также использовать сепаратор без  снижения производительности.