CC BY
21
УДК 631.242.32
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМИЗАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МОЛОКА НА ПАСТБИЩНЫХ КОМПЛЕКСАХ
B.А. Шилин, О.А. Герасимова,
C.Н. Ипатов, Д.В. Лифанов
При пастбищном содержании коров одной из важных задач их функционирования является сохранение и повышение качества молока. Для этой цели предлагается использовать установку для термизации молока, в которой подогрев будет осуществляться от гелиоустановки или выхлопными газами от дизельной подстанции или от гелиоустановки. Конечными операциями первичной обработки молока будут его охлаждение водой и доохлаждение в резервуаре. Ключевые слова: пастбищный комплекс, повышение качества молока, гелиоустановка, термизация.
Преобладание удаленных от ферм пастбищных угодий вызывает необходимость создания пастбищных центров. В настоящее время доминируют пастбищные центры в виде летних лагерей. В состав лагеря входят: установка для доения коров и первичной обработки молока под навесом, подсобные и вспомогательные помещения летнего типа, отделение для осеменения и др. При лагерном содержании скота недалеко от пастбищ устраивают стойбища, куда пригоняют скот для ночного отдыха, подкормки и доения.
Главная задача лагерного содержания - обеспечить животных полноценными зелеными кормами. При организации лагерного содержания скота важно установить правильный распорядок пастбищного дня, в котором должны быть точно предусмотрены часы кормления животных зеленой массой в специально оборудованных загонах, продолжительность выпаса, время поения животных, дойка и отдых животных. Если, в целом, вопросы, связанные с рациональным использованием кормовой составляющей можно считать организационно и технологически решенными, то направления связанные с доением и первичной обработкой молока в условиях пастбищ требуют дальнейшего совершенства.
Нами выполняются работы исследовательского и внедренческого плана по совершенствованию технической обеспеченности сектора, связанного с первичной обработкой молока (рис. 1). Во многом это объясняется введением Технического регламента на молоко и молочную продукцию [1], оговаривающего условия получения молока от сельскохозяйственных животных, перевозок, хранения и реализации сырого молока и сырых сливок, молочных продуктов непромышленного производства. Кроме того, при пастбищном содержании не
снимаются требованя энергосбережения, экологичности и создание условий для улучшения санитарного состояния животных.
Рис. 1. Доильно-молочный блок пастбищного комплекса:
1 - ящик запаса топлива; 2 - котел водогрейный с баком холодной воды; 3 - устройство промывки; 4 - доильные станки; 5 - молокопровод; 6 - вакуумпровод; 7 - счетчик молока; 8 - фильтр; 9 - установка герметичная для термизации; 10 - насос циркуляционный системы нагрева молока, 11 - вакуум-баллон; 12 - насос молочный; 13 - установка природного холода для охлаждения молока; 14 - циркуляционный насос подачи воды для охлаждения
молока; 15 - резервуар глубокого охлаждения молока; 16 - насос подачи молока; 17 - автомолокоцисцерна; 18 - поилка мобильная; 19 - дизельная станция; 20 - генератор; 21 - электродвигатель; 22 - преобразователь частоты; 23 - вакуумный насос водо кольцевой;
24 - преддоильная и последоильные площадки.
На рисунке 1 приведен план указанного сектора с расшифровкой позиций. В их число входят: проходные доильные станки установки УДС-3Б, пред-доильные и последоильные площадки, площадка для первичной обработки молока с сектором очистки молока и первичного охлаждения с помощью энергосберегающей установки разработанной ВГСХА, хранение с глубоким охлаждением, транспортировки агрегатом, состоящим из трактора или автомашины и прицепа в виде передвижного резервуара.
При совершенствовании системы первичной обработки молока учитывалась современная направленность - внедрение управления качеством молока (квалиметрии), для чего требуется обеспечение безопасности сырого молока в условиях пастбища при необходимости его хранения и подготовки к транспортировке.
Наиболее целесообразным направлением является новая операция - тер-мизация молока [1], используемая для приостановки или замедления роста пси-хрофилов. Термизация заключается в повышении температуры свежевыдоенно-го молока до 63°С с последующей выдержкой при данной температуре в течение 15с и последующим охлаждением до 4°С.
После такой обработки холодное молоко может сохраняться до 48 часов, при этом не допускается смешивание с необработанным молоком. Кроме того, термизация снижает кислотность молока, что позволяет перевести молоко из первого сорта в высший.
Включение термизации в процесс первичной обработки молока органично вписывается во вновь разработанную схему первичной обработки молока на пастбищах (рисунок 2). Работа проводилась на базе опытного хозяйства ЗАО «Великолукское» Псковской области [2].
Рис. 2. Первичная обработка молока в условиях пастбища с термизацией и
установкой естественного холода:
1 - станция дизельная, 2 - генератор переменного тока; 3 - электродвигатель асинхронный,
4 - преобразователь частоты; 5 - муфта; 6 - насос водокольцевой вакуумный; 7 - вакуум-провод, 8 - установка для термизации герметичная; 9 - датчики температуры; 10 - гелиоустановка; 11 - насос центробежный водяный; 12 - установка для охлаждения молока естественным холодом; 13 - резервуар для сбора и хранения молока с глубоким охлаждением; 14 - камера предохранительная.
Расчет системы термизации выполнялся в следующей последовательности. Имеем полезную разность температур при предполагаемой схеме изменения температуры сред по теплоносителю (воде), при этом диапазон изменения температуры всей массы молока должен составить от 36°С до 63°С.
Определялась тепловая нагрузка теплообменника и расход воды (кг/с) на нагрев молока. По полученному значению производен выбор насоса для циркуляции воды. Затем определен коэффициент теплоотдачи со стороны воды. При установлении средней температуры воды, выбраны технические характеристики для этой температуры.
Очевидно, для воды с циркуляционной системой активного перемешивания характерно турбулентное движение. Температуру стенки молочного резервуара находим как среднюю арифметическую температур молока и воды.
Определен коэффициент теплопередачи при основном теплопотоке от воды, нагретой змеевиком с выхлопными газами от дизельной станции, к массе молока в резервуаре.
При использовании выхлопных газов определялась необходимая теп-лоподающая поверхность выхлопной трубы и общая длина трубы, по которой движутся выхлопные газы.
Тогда возможно определить количество теплопередающих ветвей выхлопного трубопровода.
Исходя из принятой длины резервуара при определенном количестве обрабатываемого молока (соответствующего одной дойке), принимаем высоту резервуара. После этого определялась ширина резервуара, исходя из теплопода-ющей поверхности выхлопной трубы, подогревающей теплоноситель.
В предложенном устройстве создаются технические и технологические условия для термизации молока при отсутствии централизованного электрообеспечения, при этом нагрев теплоносителя осуществляется гелиосистемой или резервной системой - внедрением в рубашку трубы с выхлопными газами от ДВС генератора системы электрообеспечения доильной установки. Равномерная температура теплоносителя при нагреве молока обеспечивается циркуляционной системой с центробежным насосом, постоянная температура теплоносителя при выдерживании обеспечивается установкой на трубу с потоком газов перед резервуаром отвода с регулирующей заслонкой, изменяющей направление части газов для снижения его потока в полость рубашки, а подача молока в резервуар в процессе дойки осуществляется вакуумированием резервуара, для чего резервуар для термизации выполняется с возможностью его герметизации.
Исследования будут проведены и по другому энергоисточнику, предполагаемому как основному. Пастбищные условия характерны климатическими особенностями, которые, к сожалению, в практике пастбищного животноводства почти не применяются. Речь идет об использовании нетрадиционных возобновляемых источниках энергии и, в первую очередь, об использовании энергии солнца как весьма возможной для условий области.
Таким образом, нагрев теплоносителя, с учётом летнего сезона использования пастбищ, планируется с использованием гелиосистемы горячего водоснабжения с привлечением резервного источника теплоты - отработавших газов с силовой установки.
Площадь поглощающей поверхности А, м2 гелиоустановки при наличии резервного источника теплоты определяется по формуле [3]
А = 1,16м, (г -, )/(у£ де ),
где Мг - расход горячей воды в системе горячего водообеспечения, кг/сутки;
принимаем Мг = 60...70 и до 100 л/сутки;
Т - КПД установки солнечного горячего водообеспечения
V = 0,8[в - 8у\о,5(г1 + г2) - гн ]/ X чи ],
в - оптическая характеристика коллектора, принимаем в = 0,73;
V — приведенный коэффициент теплорасхода, у = 8 Вт/( м2 К);
tн — средняя дневная температура наружного воздуха (согласно климатическим условиям Великолукского района);
ци - интенсивность падающей солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/ м2;
принимаем ц и = 500.900 Вт/ м2;
V = 0,8[0,73 - 8 ■ 8[0,5(10 + 20) -14,2] /900] = 0,47
А = 1 , 16 ■ 100(75 - 50) / (0,47 ■ 900) = 6,85
Эффективный плоский гелиоколлектор сейчас работает со средним КПД 60-70%, но величина эта не стабильна и может определяться только для конкретных условиях эксплуатации в отдельный момент времени.В частности чем ниже температура нагрева, тем выше КПД гелиоколлектора. А применение более эффективного поглощающего покрытия: войлочное покрытие, позволяет увеличить эффективность коллектора практически в 1,5 раза. Также на эффективность коллектора сильно влияет разница между температурой поверхности панели и окружающей среды. Чем разница меньше, тем выше КПД из-за понижения теплопотерь.
Нами гелиоустановка планируется к выполнению по двухконтурной схеме (рисунок 3).
Рис. 3. Двухконтурная схема гелиоустановки:
1 - плоский солнечный коллек-
тор;
2 - трубчатый теплообменник;
3 - насос центробежный с приводом от силовой установки; 4 - система подачи теплоносителя к потребителю; 5 - резервный источник теплоты
В двухконтурных системах имеется специальный теплоноситель, антиза-мерзающая жидкость, при этом тепловая энергия от теплоносителя воде передается с помощью специального теплообменника. Обычно с помощью змеевика. Преимущества: повышенная надежность системы, поскольку в коллектор нет попадания солей, как в случае применения воды, возможность безопасной работы системы при минусовых температурах, отсутствие необходимости в дополнительном обслуживании и длительный гарантированный срок эксплуатации: до 50 лет. Недостатки: немного меньше эффективность работы системы из-за присутствия дополнительных теплопотерь и необходимость периодически замены теплоносителя примерно в 5-7 лет.
На наш взгляд, предложенные альтернативные варианты отвечают современным требованиям. Однако представленные в виде идеи варианты должны быть научно углублены и проверены в экспериментальных установках, что и планируется выполнить в лаборатории Великолукской ГСХА.
Литература:
1. Технический регламент на молоко и молочную продукцию: федер. закон Российской Федерации от 30 мая 2008г. №88.
2. Герасимова О.А. Первичная обработка и повышение качества молока на пастбищных комплексах // Materialy VIII Miçdzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji. 2012. V.9.
3. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х. Проектирование систем теплоснабжения сельского хозяйства. Краснодар, 2001. 200с.
Шилин Владимир Александрович, кандидат технических наук, профессор Герасимова Ольга Александровна, кандидат технических наук, ассистент Ипатов Сергей Николаевич, аспирант Лифанов Дмитрий Викторович, студент
Великолукская Государственная сельскохозяйственная академия
Тел.(81153) 7-16-22
E-mail : olga-gerasimova@rambler.ru
Ofpasturable complexes thus one of the most important problems of their functioning is preservation and milk improvement of quality. For this purpose it is offered to use installation for termisation milk to which having warmed up it will be carried out from a solar power plant or exhaust gases from diesel substation. Final operations of a preprocessing of milk will be its cooling by water.
Keywords: a pasturable complex, milk improvement of quality, a solar power plant, termisation.
