CC BY
156
УДК 637.3
Разработка нового способа производства молочного сахара
КАЧАЛОВА Елена Александровна, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина
е-таіі: techoblab@molochnoe.ru
ШЕВЧУК Владимир Борисович, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина
КУЛЕНКО Владимир Георгиевич, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина
ФИАЛКОВА Евгения Александровна, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина
Аннотация: разработан новый высокоэффективный способ производства лактозы, апробированный на специально изготовленной модельной установке, которая предполагает замену дорогостоящего водяного охлаждения на воздушное.
Ключевые слова: лактоза, кристаллизация, кристаллизатор, переработка сыворотки.
Как известно, главная проблема молочной промышленности России - это молочная сыворотка - побочный продукт при производстве сыра и творога. Практически каждое молокоперерабатывающее предприятие сливает её в канализацию, нанося огромный ущерб окружающей среде. Однако, при грамотной организации её переработки, сыворотка будет приносить предприятиям не миллионные штрафные санкции, а миллионные доходы. Наиболее перспективным направлением переработки сыворотки, без сомнения, является производство
молочного сахара, т. к. свыше 70 % её сухих веществ составляет лактоза. Обладая высокой пищевой, биологической и лечебной ценностью, лактоза широко востребована во многих отраслях промышленности и на неё всегда был, есть и будет высокий спрос.
Ежегодное производство лактозы в мире достигло 660 тыс. т., тогда как объём производства лактозы в нашей стране снижается, а потребность в ней чаще всего обеспечивается дорогостоящими поставками из-за рубежа. Единственная причина падения производства лактозы
а 6
Рисунок 1. Модельная установка: а - фотография; б - схема: 1 - труба для кристаллизации; 2 - барботер; 3 - вихревое устройство; 4, 5 - штуцер для заливки кристаллизата; 6 - штуцер для удаления крупных кристаллов; 7, 8 - отверстие для отвода воздуха и удержания пены; 9 - труба для «холодного» кристаллизата; 10, 11 - верхняя крышка; 12 - труба для «теплого» кристаллизата
- несовершенство существующих кристаллизационных аппаратов, имеющих большую продолжительность процесса кристаллизации и значительные потери кристаллизуемого вещества, остающегося в маточном растворе. Кроме того, они требуют немалых производственных площадей и значительных энергозатрат. Поэтому разработка высокоэффективного способа производства молочного сахара является актуальной и своевременной задачей, а также полностью со-
ответствует приоритетам Национальных проектов в области АПК.
Нами предлагается новый высокоэффективный способ производства лактозы, апробированный на специально изготовленной модельной установке, которая предполагает замену дорогостоящего водяного охлаждения на воздушное, что практически в 2 раза снижает энергозатраты, исключает инкрустацию поверхности теплообмена, уменьшает потери продукта и сокращает про-
а
№
Рисунок 2. Вихревое устройство для получения холодного и горячего воздуха: а - фотография; Ь - схема: D - диаметр камеры энергетического разделения; DС - диаметр сопла; DД - диаметр диафрагмы;
L - длина камеры энергетического разделения.
должительность процесса. Установка компактна и не требует больших производственных площадей. Весомым достоинством предложенной конструкции является принципиальная возможность проведения поточной кристаллизации и полной автоматизации процесса.
На рис. 1 представлена схема модельной установки. Она представляет собой двухкорпусный кристаллизатор с воздушным охлаждением и подогревом и внутренней циркуляцией раствора. В одном копрусе осуществляется охлаждение путём непосредственного бар-ботирования холодного воздуха в кри-сталлизат, а во втором - подогрев для увеличения степени насыщения раствора. При этом происходит интенсивное перемешивание без специально предназначенного для этого устройства. Для получения горячего и холодного воздуха разработано специальное вихревое устройство, основанное на эффекте Ранка-Хильша (рис. 2).
соответственно. Кристаллизат, увлекаемый потоком барботируемого воздуха, циркулирует, перемещаясь из колонны I в колонну II и наоборот.
Заполнение аппарата сгущённой сывороткой осуществляется через штуцера 4, 5 в крышках 10, 11. Кристаллизация осуществляется в колонне I за счёт барботажа холодного воздуха. Крупные кристаллы оседают на дно колонны I, а мелкие кристаллы, поднимаясь с потоком обеднённого раствора, перетекают по трубе 12 в колонну II, где они растворяются за счёт барботажа горячего воздуха, поступающего через барботер 2, что увеличивает степень насыщения раствора. Теплый насыщенный раствор по трубе 11 возвращается в колонну I, где кристаллы находятся во взвешенном состоянии, поддерживаемые вертикальным газожидкостным потоком. Кристаллы в колонне I растут до таких размеров, пока скорость газожидкостного потока ещё способна удерживать их во
а б
Рисунок 3. Кристаллизат из модельного (а) и традиционного (б) кристаллизаторов
Аппарат состоит из двух колонн - I, II. Внутри колонн расположены барбо-теры 1, 2, представляющие собой перфорированные цилиндрические вставки, через которые подаётся холодный воздух с температурой 0...10 оС и горячий воздух с температурой 50...70 оС,
взвешенном состоянии, затем выпадают вниз и удаляются из колонны через штуцер 6. Штуцера 7, 8 предназначены для отвода воздуха и удерживания пены.
Отбор проб из модельного и традиционного кристаллизаторов показал, что применение предлагаемого кристал-
лизатора с воздушным охлаждением и подогревом является значительно более эффективным, чем использование традиционных кристаллизаторов с охлаждением через стенку и механическим перемешиванием (рис. 3).
Сравнительная характеристика энергозатрат в модельной установке для кристаллизации лактозы и традиционном кристаллизаторе марки Р3-ОКО показала, что стоимость энергозатарат на модельной кристаллизационной установке практически в 2 раза меньше, чем на традиционном кристаллизаторе Р3-ОКО с водяным охлаждением. Экономия на каждую тонну кристаллизата составит примерно 200 руб.
Немаловажно то, что предложенный способ кристаллизации в модельной установке требует кристаллизат с концентрацией СВ 30 % вместо общепринятых 55 %, так как в «горячей» колонке идет интенсивное выпаривание и, как следствие, вместо традиционного вакуум-выпарного аппарата с огром-
ным энергопотреблением для приготовления кристаллизата можно применять нанофильтрацию, которая потребляет в десятки раз меньше энергии, что существенно снизит себестоимость готового продукта по сравнению с традиционным его производством.
Конструкция предлагаемой установки для кристаллизации лактозы защищена патентом РФ (Патент на изобретение № 2300572. Устройство для кристаллизации лактозы.).
На предлагаемый способ кристаллизации получено положительное решение (заявка №20101521190/13(075467) «Способ кристаллизации лактозы»).
Для сравнения приведена таблица сравнения прибыли от предлагаемого способа производства молочного сахара и от традиционного способа (табл. 1.)
Таблица 1. Экономическая эффективность внедрения предлагаемого способа производства
молочного сахара
Параметр Ед. измерения Кристаллизатор Р3-ОКО Модельная установка
Выход готового продукта на 1 т сыворотки кг 20 27
Выход готового продукта на 10 т сыворотки кг 200 270
Стоимость 1 кг готового продукта руб. 100
Стоимость полученного готового продукта руб. 20000 27000
Затраты на сгущение руб. 5712 812
Затраты на кристаллизацию руб. 432,5 383,7
Суммарные затраты на производство руб. 6144,5 1195,7
Себестоимость 1 кг молочного сахара руб. 30,7 4,4
Чистая прибыль от продаж молочного сахара руб. 13855,5 25804,3
Прибыль от использования мелассы в традиционных молочных продуктах руб. 0 46000
Суммарная прибыль руб. 13855,5 71804,3
New method of milk sugar production development
KACHALOVA Elena Aleksandrovna, Associate Professor, Cand. of Sc. (Technics)
The Federal State Budget Educational Institution Higher Professional Education the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
SHEVCHUK Vladimir Borisovich, Associate Professor, Cand. of Sc.(Technics)
The Federal State Budget Educational Institution Higher Professional Education the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
KULENKO Vladimir Georgievich, Associate Professor, Cand. of Sc.(Technics)
The Federal State Budget Educational Institution Higher Professional Education the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
FIALKOVA Evgeniya Aleksandrovna, Prof., Doctor of Sc. (Technics)
The Federal State Budget Educational Institution Higher Professional Education the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Abstract: A new highly efficient method of lactose production, proved on a specially made model plant, which is expected to replace expensive water cooling on air cooling, has been developed.
Keywords: lactose, crystallization, crystallizer, whey processing.
Список литературы:
1. Фиалкова Е. А., Куленко В. Г., Топал О. И., Качалова Е. А., Костюков Е. М. Патент на изобретение №2300572. Устройство для кристаллизации лактозы.
2. Фиалкова Е. А., Куленко В. Г., Качалова Е. А., Белозерова Д. А. Заявка №20101521190/13(075467) «Способ кристаллизации лактозы»
