От амфоры до тетрапака
Шрифт:
Кроме того, выяснилось, что обработка молока в мешалочных пастеризаторах заведомо сопряжена с изменениями качества продукта. К тому же следует отметить, что во всех описанных выше теплообменных аппаратах (ванны длительной пастеризации, паровые пастеризаторы с вытеснительными барабанами и мешалками, оросительные охладители и рекуператоры) молоко не защищено от соприкосновения с окружающей средой, а значит, в него из воздуха могут попадать посторонние частицы, микробы, да и сами процессы нагревания или охлаждения молока в контакте с воздухом, как показала практика, отрицательно отражаются на качестве продукта.
Дальнейшее совершенствование процессов пастеризации и охлаждения в молочном хозяйстве связано с созданием трубчатых и пластинчатых теплообменных аппаратов для высокотемпературной кратковременной тепловой обработки молока в потоке.
В 1926 году во французском специализированном
На основе теплообменных аппаратов данного типа были разработаны автоматизированные трубчатые пастеризационные установки, в состав которых дополнительно входят насосы, инжектор, бойлеры, клапаны, терморегулятор, уравнительный молочный бак, пульт управления с приборами, трубопроводы и другое оборудование, благодаря чему удалось полностью автоматизировать процесс обработки молока.
Рис. 28. Трубчатая пастеризационная установка (устройство пастеризационного аппарата):
1 — патрубок для входа молока; 2 — внутренняя труба; 3 — соединительный калач; 4 — патрубок для выхода молока; 5 — патрубок для входа теплоносителя, 6 — наружная труба.
Но и трубчатые теплообменные аппараты оказались не лишенными отдельных недостатков. Один из них, весьма осложняющий эксплуатацию, заключается в том, что трубчатую систему очень трудно прочистить, да к тому же со стороны торцов необходимо значительное свободное пространство, чтобы при очистке пользоваться длинными ершами. Поэтому одновременно с улучшением трубчатых аппаратов велись работы и по созданию теплообменников других типов.
Стремление интенсифицировать процессы конвективного теплообмена, повысить технологические, эксплуатационные и экономические показатели аппаратов привело к созданию, последовательному совершенствованию и широкому внедрению в практику теплообменных аппаратов пластинчатого типа. Их отличительная особенность — разборная конструкция, позволяющая быстро и качественно проводить чистку аппарата и другие операции технического обслуживания. Но изготовление таких установок потребовало применения многих новых конструктивных материалов, в том числе специальной резины для прокладок — одного из важнейших элементов пластинчатых теплообменных аппаратов.
Первые же сведения о принципах устройства пластинчатых аппаратов для нагревания и охлаждения жидкостей в тонком слое относятся к концу XIX века (предложения Драхе, Брейтвиша, Мальвизина). В 1917 году Гаррисон сконструировал теплообменную пластину с четырьмя угловыми отверстиями и зигзагообразными каналами с обеих сторон.
Рис. 29. Теплообменная пластина аппарата Зелигмана.
Но широкое практическое применение разборных пластинчатых аппаратов началось только с 1923 года, после существенных усовершенствований, предложенных Зелигманом, который использовал в конструкции пластинчатого теплообменника принцип устройства фильтр-пресса. В таком аппарате имеются теплообменные пластины двух видов (рис. 29): толстые бронзовые с фрезерованными каналами с обеих сторон и тонкие медные. По контуру пластины сделана канавка для резиновой прокладки, охватывающей всю рабочую поверхность и угловые отверстия. В сборе толстые и тонкие пластины расположены строго поочередно и установлены в вертикальном положении на станине,
Достоинства разборных пластинчатых теплообменных аппаратов оказались настолько существенными, что они затем нашли самое широкое применение не только в молочном деле, но и в ряде других отраслей промышленности.
Рис. 30. Современный пластинчатый теплообменный аппарат: а — схема: 1 — передняя стойка; 2 — верхнее угловое отверстие; 3 — кольцевая резиновая прокладка, 4 — граничная пластина; 5 — штанга; 6 — нажимная плита, 7 — задняя стойка; 8 — винт; 9, 10, 14, 15 — штуцера; 11 — большая резиновая прокладка; 12 — нижнее угловое отверстие, 13 — теплообменная пластина; б — группа пластин в рабочем положении
Первые отечественные пластинчатые теплообменники для обработки молока были изготовлены еще в 1940 году. Разработка же основ теории, расчета и конструирования пластинчатых теплообменников для жидких пищевых продуктов связана в нашей стране с именем профессора Н. В. Барановского. Под его руководством были проведены широкие исследования по изучению закономерностей движения жидкостей между пластинами и процессов теплопередачи в этих аппаратах.
В пластинчатом теплообменном аппарате (рис. 30, а) пластины 13 нанизаны на горизонтальные штанги, концы которых заделаны в стойках 1 и 7. При помощи нажимной плиты 6 и винта 8 пластины в собранном состоянии плотно сжаты и образуют пакет (на схеме для более понятного изображения потоков жидкостей показаны только пять пластин в разомкнутом положении). Зазоры между пластинами зависят от толщины резиновых прокладок 11 (обычно 3—6 миллиметров). Система резиновых уплотнительных прокладок такова, что после сборки и сжатия пластин в аппарате образуются два изолированных друг от друга канала — для потока молока (сплошная линия) и потока жидкостного теплоносителя (штриховая линия). Группа таких пластин в рабочем положении показана на рисунке 30, б.
Штампованные из тонких листов нержавеющей стали, они обеспечивают достаточно высокий теплообмен между соседними потоками жидкостей. Отметим, что выпускаемые серийно пластинчатые теплообменные аппараты обычно выполняются по более сложным компоновочным схемам.
Большое распространение получили двух- и многосекционные аппараты этого типа. Примером комбинированного теплообменника, осуществляющего комплексную тепловую обработку жидких пищевых продуктов, может служить пластинчатый аппарат для пастеризации и охлаждения молока, который входит в состав автоматизированной пластинчатой пастеризационной установки (рис. 31). Он состоит из четырех секций (пакетов) теплообменных пластин, установленных на общей раме. Каждая секция подобна по устройству рассмотренной ранее конструкции (см. рис. 30). Кроме теплообменных пластин, в комбинированном аппарате устанавливают промежуточные плиты, расположенные между секциями и имеющие патрубки для подвода и вывода молока и теплоносителя.
Рис. 31. Автоматизированная пластинчатая пастеризационно-охладительная установка (принципиальная схема):
1 — комбинированный пластинчатый теплообменный аппарат; 2 — насос горячей воды; 3 — бойлер; 4 — инжектор; 5 — шкаф управления, 6 — трубчатый выдерживатель молока; 7 — клапан автоматического возврата недопастеризованного молока; 8 — танк; 9, 11 — молочные насосы, 10 — уравнительный бак, 12 — стабилизатор потока; 13 — секция пастеризации, 14 — секция рекуперации, 15 — секция охлаждения водопроводной водой, 16 — секция охлаждения ледяной водой; 17 — сепараторы-молокоочистители; 1 — неочищенное молоко; 11 — очищенное молоко; III — пастеризованное молоко; IV — недопастеризованное молоко; V—горячая вода, VI — водопроводная вода; VII — ледяная вода.