Комбинированная установка ультравысокотемпературной обработки молока

Один из методов получения продуктов с длительным сроком хранения – ультравысокотемпературная обработка. Специалистами «ОКБ ОСКОН» создана оригинальная конструкция пластинчатой установки УВТ-обработки, имеющая следующие особенности:

  • обеспечение и контроль необходимого давления в секции стерилизации и контуре теплоносителя;
  • обеспечение и контроль равенства давления в секциях регенерации;
  • ускоренный разогрев при выходе на рабочий режим и режим CIP;
  • изменение производительности при согласовании работы установки с различным фасовочным оборудованием (без повторной обработки продукта) и при изменении объема упаковки (перенаправлением продукта на повторную обработку) (см. «Молочная промышленность», № 12, 2005 г.).
  • Достижение необходимых технологических показателей при УВТ-обработке возможно только при одновременном обеспечении и контроле температурных, гидравлических и временных параметров. Причем обеспечение и контроль давления даже более значимы, чем температурного режима, так как при понижении давления продукт вскипает, что приводит к пригару (браку), а его повышение может стать причиной выхода установки из строя.

    С другой стороны, для пластинчатого теплообменника критичной является не столько величина давления, сколько разность давлений теплоносителей. С целью повышения надежности и упрощения системы контроля и поддержания давления было принято решение изменить конструкцию секций высокотемпературной обработки. Конструкция должна обеспечивать герметичность потоков при высоком давлении, как при равенстве, так и при колебаниях давления теплоносителей.

    Для анализа выбрали рекуперативные теплообменные аппараты, как наиболее распространенные для тепловой обработки молочных продуктов. Передача теплоты от теплоносителя к продукту в них осуществляется через разделяющую стенку. Разделяющая стенка, определяемая как теплообменный элемент, характеризуется следующими основными показателями качества: коэффициент теплопередачи, герметичность потоков, способность выдерживать высокое давление, санитарное исполнение элементов. По конструкции теплообменные элементы можно разделить на два вида: выполненные в виде трубы и в виде пластины. В соответствии с организацией технологического процесса теплообмен может осуществляться порционно – в емкостных аппаратах, поточно – в теплообменных технологических установках. Классификация применяемых в молочной промышленности конструкций теплообменных аппаратов (табл. 1) позволила провести анализ их соответствия основным показателям, необходимым для качественной и экономичной работы теплообменного аппарата (табл. 2). Из таблицы видно, что конструкция существующих теплообменных аппаратов не обеспечивает соответствия основным показателям качества работы в условиях ультравысокотемпературной обработки. На основании проведенных анали за и классификации специалистами «ОКБ ОСКОН» была разработана конструкция теплообменного элемента, объединяющего положительные свойства трубчатого и пластинчатого аппаратов, в то же время лишенного их основных недостатков. Конструкция представляет собой пластинчатый теплообменный элемент особого профиля, свернутый в трубу. Соединение труб разного диаметра позволяет создать кольцевые зазоры или каналы, по которым движутся теплоноситель и продукт. Распределение по кольцевым каналам происходит посредством коллекторов оригинальной конструкции. Для большей эффективности теплопередачи продукт омывается теплоносителем с двух сторон. Так как движение потока в каналах за счет особого профиля тепловых элементов приближено к движению потока в межстенном зазоре пластинчатого теплообменника, при проектировании использовалась отработанная методика создания программ теплогидравлических расчетов. С применением этих расчетов был создан опытный образец многоканального теплообменного аппарата (рис. 1). Результаты теплогидравлических испытаний показали, что коэффициент теплопередачи по сравнению с конструкцией из гладких труб увеличился более чем в 2 раза. Тестовые испытания на прочность осуществлялись давлением более 1 МПа. Результаты испытаний позволили откорректировать существующую методику и создать свою систему расчета теплообменных аппаратов. С ее использованием разработан и изготовлен типовой теплообменный модуль для УВТ-обработки, состоящий из секции стерилизации и регенерации (рис. 2). Применение теплообменного модуля в совокупности с пластинчатой пастеризационно-охладительной установкой позволило создать комбинированную установку УВТ-обработки (рис. 3), которая имеет следующие преимущества: высокое давление поддерживается в многоканальных теплообменных аппаратах модуля УВТ; эффективный и экономичный теплообмен в секциях пластинчатого теплообменника, работающего при обычном давлении. Разработанный типовой модуль в совокупности с отработанной комплексной АСУТП расширяет возможности пластинчатых пастеризационно-охладительных установок, позволяя при минимальной доработке использовать их как для ультрапастеризации, так и для обычной пастеризации молочных продуктов. Конструкции теплообменного аппарата и установок УВТ-обработки защищены охранными документами. Технологическая линия производства продуктов с длительным сроком хранения разработки «ОКБ ОСКОН» награждена Гран-при международного конкурса в рамках выставки «Агропродмаш–2005». Установка УВТ-обработки на выставке «Молочная индустрия 2006» получила Гран-при техсалона «Техника третьего тысячелетия».

    Главный конструктор ОКБ ОСКОН,
    канд. техн. наук В.М.РУССКИХ;
    инженер по новой технике,
    канд. техн. наук А.С.ФИЛИНКОВ