ГОМОГЕНИЗАТОРЫ
1. Гомогенизатор клапанного типа.
2. Гомогенизатор пластификатор.
1. Гомогенизатор клапанного типа. Для гомогенизации любых молочных продуктов можно использовать гомогенизатор клапанного типа производительностью 5,10,25 т/час.
Устройство: Кожух станина крепится на ножках, регулируемых по высоте. С боковых сторон кожух станина имеет шарнирно открывающиеся дверцы для удобства обслуживания. Станина горизонтальной перегородкой делится на две части: в нижней части располагается привод (электродвигатель и клиноременная передача) верхняя часть называется картером, где размещен кривошипно-шатунный механизм. Сверху картер закрывается крышкой сбоку, станины крепится рабочая камера с гомогенизирующей головкой.
Рабочая камера представлена:
1. всасывающей камерой, на входе которой располагается всасывающий клапан, а на выходе нагнетательный клапан;
2. внутри всасывающей камеры находятся 3 плунжера;
3. всасывающая камера соединена с нагнетательной;
4. нагнетательная камера соединена с манометром и узкой щелью с гомогенизирующей головкой и патрубком выхода продукта;
5. узкая щель соединена с предохранительным клапаном.
Гомогенизирующая головка состоит из:
· винт
· пружина
· клапан
· седло
Принцип действия: перед началом работы проверяем уровень масла в картере.
Открываем кран на трубопроводе подачи продукта. Одновременно включаем электродвигатель. Пружина гомогенизирующей головки ослаблена, р=0. Вращаясь, кривошипно-шатунный механизм приводит плунжер в крайне левое положение. Во всасывающей камере создается разряжение, и продукт поступает в камеру. Вкручиваем винт и следим за давлением внутри нагнетательной камеры. Как только давление будет соответствовать заданному, винт оставляют в покое, идет процесс гомогенизации. Жировой шарик из нагнетательной камеры переходит в канал соединенный с гомогенизирующей головкой. Отжимает клапан от седла, образуется щель h=0,1 мм, жировой шарик вытягивается, дробится и выходит в патрубок. Если продукт подвергается длительному хранению, то применяют 2х-ступенчатую гомогенизацию. Эти гомогенизаторы имеют 2 гомогенизирующие головки установленные друг за другом. Давление во второй гомогенизирующей головке ниже, чем в первой.
2. Пластификатор предназначен для механической обработки сливочного масла, с целью придания ему однородной структуры и равномерного тонкого распределения влаги в нем.
Устройство: представлен корпусом, который установлен на специальных ножках и с помощью их гомогенизатор можно перевозить в любую точку цеха. Внутри корпуса располагается привод. Верхняя часть имеет цилиндрическую форму внутри, которой располагается 2 шнека, ротор и корпус заканчивается конусной насадкой. Над корпусом устанавливается приемный бункер для масла. Имеется маховичок для регулирования скорости вращения шнека.
Мембранные методы разделения
и концентрирования молочного сырья
В связи с переходом предприятий молочной промышленности на безотходное производство все чаще применяют мембранные методы обработки молочного сырья. Основным преимуществом мембранных процессов, наряду с невысокой энергоемкостью, является возможность разделения сложных многокомпонентных систем, в частности, белково – углеводного сырья, без фазовых превращений отдельных компонентов, возможность введения технологического процесса при низких температурах, что исключает потерю нативных свойств термолабильных компонентов. Сочетание мембранных процессов открывает неограниченные технологические возможности в получении продуктов с заданными составом и свойствами.
Важным направлением следует считать применение мембранных процессов для разработки новых видов молочных продуктов. Использование мембранных технологий, в частности, ультрафильтрации, является наиболее приоритетным направлением и в производстве детских молочных продуктов.
Физическая сущность мембранных процессов заключается в следующем.
Если два раствора различной концентрации (растворитель один и тот же) разделены между собой полупроницаемой мембраной, то под действием осмотического давления растворитель начинает переходить из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Движение растворителя будет осуществляться до тех пор, пока не наступит состояние равновесия между возникающим гидростатическим давлением и осмотическим.
Если же на раствор с большей концентрацией действовать давлением, превышающим по своей величине осмотическое давление, то перенос будет осуществляться в обратном направлении, т.е. растворитель начнет переходить из раствора с большей концентрацией в раствор с меньшей концентрацией. При этом скорость фильтрации растворителя через полупроницаемую мембрану будет зависеть от разности между приложенным и осмотическим давлением.
Осмотическое давление – избыточное давление со стороны раствора, препятствующее проникновению растворителя из менее концентрированного раствора в более концентрированный через разделяющую эти два раствора тонкую перегородку, непроницаемую для растворенных веществ.
Ультрафильтрация и обратный осмос нашли широкое применение в молочной промышленности. Как при ультрафильтрации, так и при обратном осмосе жидкость разделяется на два потока, один из которых именуется концентратом (ретенантом), а другой фильтратом (пермеатом). В первом случае – эти компоненты раствора, которые задерживаются мембраной, а во втором – те, что проходят через ее поры.
Обратный осмос – это фильтрация растворов через полупроницаемые мембраны с порами размером менее 50 нм при давлении 1-10 МПа. При обратном осмосе через мембраны проходит только вода, а все остальные части молочного сырья задерживаются мембраной. Происходит концентрирование молочного сырья. При обратном осмосе происходит разделение истинных растворов при наложении разности давлений. Отличие процесса обратного осмоса от ультрафильтрации заключается в том, что при обратном осмосе используются мембраны с гораздо мелкими порами, обеспечивающими перенос только растворителя. При разделении такой мембраной двух растворов с разными концентрациями растворенных в них веществ, будет наблюдаться самопроизвольный термодинамически обоснованный перенос растворителя от более разбавленного раствора к более концентрированному. Движущей силой обратного осмоса является избыток внешнего давления над осмотическим.
Ультрафильтрация – это процесс молекулярной фильтрации через мембрану, имеющую настолько мелкие поры, что через них не проходят высокомолекулярные вещества.
Ультрафильтрация – это процесс фильтрации под давлением с помощью полупроницаемых мембран, изготовляемых на основе ацетата целлюлозы и пористых полимерных материалов (полиамида, полисульфона). Для ультрафильтрации применяют мембраны с порами размером 50-100 нм. Такие мембраны задерживают молекулы с размерами большими, чем размеры пор, и пропускают мелкие молекулы. При ультрафильтрации приходится преодолевать осмотическое давление фильтруемого раствора, так как растворитель переносится в направлении, противоположным возрастанию концентрации растворенного вещества, задерживаемого фильтром, поэтому ультрафильтрация проводится под давлением 0,1–0,5 МПа. В молочной промышленности ультрафильтрацию используют для выделения белков из молока или молочной сыворотки. В процессе ультрафильтрации сыворотка под давлением движется между полупроницаемыми мембранами. Часть сыворотки проходит через мембраны (фильтрат), оставляя при этом на фильтре наиболее крупные частицы сывороточные белки. Полученный фильтрат состоит в основном из воды, лактозы, минеральных солей. Другая часть сыворотки (концентрат) проходит между мембранами, унося при этом выделившиеся белки. Таким образом, концентрат включает все сывороточные белки и ту часть воды, лактозы и минеральных солей, которая не прошла через мембраны.
К ультрафильтрации относятся:
1) Микрофильтрация – разделение компонентов протекает под давлением в проточном режиме, при скорости жидкости над мембраной 5-7 м/сек. Микрофильтрация цельного молока позволяет удалять из молока бактерии, при этом над мембраной задерживается одновременно и большая часть жира – до 99,9% (при размерах пор 0,2 мкм). Содержание бактерий снижается на два порядка. Микрофильтрация обезжиренного молока протекает при значительно большей скорости (500-700 л/м×ч). При этом удаляется 99,7% всех бактерий. Микрофильтрация сыворотки позволяет удалить из нее бактерии, фосфолипиды и казеин. Это процесс проводят перед ультрафильтрацией с целью получения сывороточно–протеинового концентрата высокого качества. Микрофильтрация обезжиренного молока через керамические мембраны с порами 0,2 мкм позволяет выделить казеиновые фракции. При этом в пермеат переходят сывороточные белки, лактоза и минеральные вещества.
2) Нанофильтрация – процесс удаления из субстрата растворителя и одновременно частичной деминерализации (удалению вместе с растворителем и некоторой части одновалентных ионов Na+ и K+, Cl-).
Электродиализ – это перенос ионов из одного раствора в другой, который осуществляется через мембрану под действием электрического поля, создаваемого электродами, расположенными по обе стороны мембраны.
Движущей силой диализа является разность концентраций солей в двух частях раствора, разграниченных полупроницаемой мембраной. Для снижения концентрации солей в растворах электродиализом предложено использовать высокоселективные мембраны. Электродиализу подвержены только те вещества, которые при растворении диссоциируют на ионы или образуют заряженные комплексы.
В молочной промышленности электродиализной обработке подвергают молочную сыворотку с целью ее деминерализации. В молочной сыворотке, кроме белков и лактозы содержится повышенное количество минеральных солей, что затрудняет ее переработку на продукты питания, особенно для детей.
Применение мембранных процессов в молочной промышленности привело к созданию малоотходного производства, позволяющего повысить эффективность использования сырья на пищевые цели. В результате применения мембранных процессов все сухие вещества молока оказываются полностью переработанными в полноценные продукты питания. Это позволяет увеличить выработку товарной продукции из единицы сырья и снизить ее себестоимость. Продукты ультрафильтрации нашли применение в производстве молочных напитков, сыров и творога.
Мембранные установки
В молочной промышленности к этому оборудованию относятся мембранные установки, которые работают на основе мембранных методов разделения жидкостных систем. С помощью мембранных установок также вырабатывают чистый молочный белок и сгущают молоко при так называемом бескоагуляционном методе производства сыра.
Мембранная установка состоит из фильтрующего аппарата, насоса для омывания поверхности мембраны струей фильтруемого раствора, соединительных трубопроводов и регулирующих вентилей.
Главной частью фильтрующего аппарата является полупроницаемая мембрана, которая представляет собой тонкую пористую пленку, размеры пор которой менее 0,5 мкм. Пленка помещается на макропористую подложку, усиливающую ее механическую прочность. Наилучшим материалом для подложки является пористая нержавеющая листовая сталь толщиной 0,5-3 мм с порами диаметром 0,5-10 мкм.
С помощью мембранных установок сыворотка перерабатывается в две стадии. На первой стадии осуществляется ультрафильтрация, в результате чего получают белковый концентрат, содержащий от 3 до 15% белка и лактозно-солевой раствор. На второй лактозно-солевой раствор пропускают через обратноосмотическую мембрану и получают концентрированный раствор лактозы (10-20%-ный) и фильтрат, который представляет собой 1%-ный раствор солей.