CC BY
31
Тесленко Иван Иванович, кандидат технических наук, генеральный конструктор НПФ «Джурак»
Тесленко Иван Иванович, доктор технических наук, заведующий отделом
ГНУ Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии
The article analyzes poredstavlen technological component of different ways of milking.
Keywords: Hand milking, stationary machines, mobile machines, technological components, the performance.
УДК 637.133.3
ПАСТЕРИЗАЦИОННАЯ УСТАНОВКА С ИНДУКЦИОННЫМ НАГРЕВАТЕЛЕМ
Г.В.Макарова С.В.Соловьев
Рассмотрена возможность устранения конструктивных недостатков пастеризационной установки ПМР-02-ВТ с заменой штатного роторного нагревателя на индукционный, а также приведены основные технические характеристики модернизированной установки.
Ключевые слова: электротехнологический процесс, пастеризация, энергосбережение, индукционный нагреватель.
Тепловая обработка молока является одной из самых важных и обязательных технологических операций в производстве питьевого молока и молочных продуктов. Для достижения максимального эффекта бактериального обезвреживания с минимальным воздействием на свойства молока широкое распространение получил метод тепловой обработки при помощи пастеризационных установок.
Пастеризация осуществляется при температурах ниже точки кипения продукта (от 65 до 95 С). Выбор температурно-временных комбинаций режима пастеризации зависит от вида вырабатываемого продукта и применяемого оборудования, обеспечивающих требуемый бактерицидный эффект (не менее 99,98%), и должен быть направлен на максимальное сохранение первоначальных свойств молока, его пищевой и биологической ценности. При нагревании до 63...70°С и двадцатиминутной выдержке гибнет более 99,9 % бактерий. Такие же результаты достигаются при нагревании молока до 80...85°С без выдержки [1].
Journal of VNIIMZH №2(6)-2012
97
Обработка молока осуществляется аппаратами косвенного нагрева с использованием различных теплоносителей. В настоящее время в качестве теплоносителей применяются: водяной пар, горячая вода, инфракрасное излучение, топочные газы. Наиболее распространенными теплоносителями являются пар и горячая вода.
Применение паровых пастеризаторов на малых фермах связано с дополнительными затратами на установку и обслуживание паровых котлов и вспомогательного оборудования, сложной автоматизацией, пожаро-взрывоопасностью.
В большинстве пастеризаторов косвенного нагрева, дополнительные затраты энергии идут на перекачку вторичных теполоносителей и потери тепла через поверхности трубопроводов. Как следствие такие пастеризационные установки имеют пониженный коэффициент полезного действия, высокую энергоёмкость, ограниченные возможности плавной регулировки нагрева молока и изменения режимов работы.
В нашей академии для проведения лабораторных работ используется современная пастеризационно-охладительная установка ПМР-02-ВТ принцип работы, которой заключается в следующем: продукт из накопительной емкости подается в приемный бак. Из приемного бака продукт посредством насоса поступает в секцию рекуперации теплообменника, где подогревается встречным потоком пастеризованного продукта. Из секции рекуперации продукт поступает в роторные нагреватели. В роторном нагревателе, при вращении на больших оборотах, продукт, проходя зоны расширения и сужения, нагревается до температуры пастеризации. Далее он прокачивается через клапан возврата, выдерживатель, секцию рекуперации, секцию охлаждения и направляется в емкость для сбора и хранения.
Если в автоматическом режиме работы температура продукта ниже заданной, то клапан возврата срабатывает и направляет продукт на вход в секцию рекуперации для повторного нагрева. При этом срабатывает световая и звуковая сигнализация, предупреждая о том, что посредством регулирующего крана необходимо уменьшить производительность.
Температура пастеризации продукта индицируется и регистрируется на приборах в шкафу управления. Пастеризованный продукт из секции рекуперации поступает в секцию охлаждения, где охлаждается хладоносителем до заданной температуры и поступает в емкость для сбора и хранения. Температура выхода продукта индицируется на приборах в шкафу управления [2].
К преимуществам ПМР-02-ВТ относятся:
-сохранение высокого качества пастеризованного молока (качество сертифицировано Подольским МИС, ВНИКМИ, Гигиеническим сертификатом ЦГСЭН);
-полное подавление болезнетворных микробов;
-экономия электроэнергии до 85% за счет рекуперации. Высокий КПД; -энергетическая оптимизация путем использования роторных нагревателей;
-отсутствие самой нагруженной в тепловом отношении секции пастеризации, на которой в большей мере происходит отложение молочного камня, накипи, и которая требует постоянной разборки и чистки;
-отсутствие контура теплоносителя (насоса теплоносителя, расширительного бака, электрокотла, секции пастеризации) за счет использования роторных нагревателей.
При проведении экспериментальных исследований были выявлены следующие недостатки:
-потери тепла при работе электродвигателя; -шумность работы;
-потери тепла через корпус нагревателя.
Мы предлагаем заменить вихревой нагреватель в составе установки ПМР-02-ВТ на индукционный, достоинствами которого являются:
-индукционные нагреватели не создают повышенную опасность поражения людей и животных электрическим током;
-в них можно нагревать и непроводящие электрический ток жидкости; -разность температур между нагревательным элементом и жидкостью не превышает 10°С, поэтому не происходит выделения накипи при нагревании воды и казеина при пастеризации молока, не происходит пригорание пищевых жидкостей;
-срок службы индукционных нагревателей при использовании оцинкованных труб - 10 лет, а при использовании в качестве материала сердечника нержавеющей стали - ограничивается сроком годности электрической изоляции обмотки индуктора [3].
На основании проведенных исследований в лаборатории ВГСХА разработан индукционный нагреватель жидкости [4], конструкция которого была модернизирована применительно к установке для высокотемпературной пастеризации жидких пищевых продуктов ПМР-02-ВТ. Предполагается его использование в качестве нагревательного устройства на молочно-товарных фермах в линии по производству питьевого молока.
Разработанный нами индукционный нагреватель (рис. 1) имеет корпус 1 с расположенным на нем индуктором 2, входной 3 и выходной 4 патрубки. Нагревательным элементом является сердечник состоящий из трубы 5 и стержня 6, которые выполнены из нержавеющей стали. Для увеличения площади теплообмена на внешней поверхности трубы и стержня расположены ребра 7. Поверх индукционного нагревателя расположена емкость рубашечного типа выполняющая функции выдерживателя 8. Нагретое до температуры пастеризации молоко подается в выдерживатель через трубу 9. Снаружи корпус защищен изоляционным материалом 10 для снижения тепловых потерь.
Лоигпа! оГ УШТ^Н №2(6)-2012
99
10
Рис. 1. Устройство индукционного нагревателя жидкости: 1 - корпус; 2 - индуктор; 3 - входной патрубок; 4 - выходной патрубок; 5 - труба сердечника; 6 - стержень сердечника; 7 - ребра;
8 - выдерживатель; 9 - труба; - слой теплоизоляционного материала
Принцип работы индукционного нагревателя на токах промышленной частоты сравним с работой трансформатора, вторичной обмоткой которого является короткозамкнутый виток, выполненный в виде металлической трубы. Под воздействием явления электромагнитной индукции в короткозамкнутом витке возникает индукционный ток, нагревающий стенки металлической трубы, а от нее тепло передается, циркулирующему в кольцевом зазоре между трубой и корпусом, молоку [4].
Для повышения теплового КПД, который составил 0,86, мы установили поверх обмотки индуктора выдерживатель 8, представляющий собой емкость рубашечного типа.
Таким образом, тепловой поток мощностью 0,9 кВт, образуемый протекающими токами через обмотку индуктора, будет осуществлять подогрев молока в выдерживателе и компенсировать тепловые потери в окружающую среду. Это конструктивное решение обеспечивает постоянство температуры молока при его движении в выдерживателе.
Снижение разности температур между нагревателем и молоком достигается увеличением площади теплообмена и снижением мощности теплового потока. Площадь теплообмена увеличена за счет приваренных к внешней поверхности нагревателя ребер 7. Это позволяет увеличить площадь поверхности в 2,5 - 3 раза. Тепловой поток при этом составляет 3 - 3,5 Вт/см2.
В процессе лабораторных исследований установки ПМР-02-ВТ с индукционным нагревателем мы получили следующие показатели: полная мощность однофазного нагревателя - 5,44 кВА; активная мощность нагревателя - 5,0 кВт; -тепловой КПД с выдерживателем рубашечного типа - 0,95;
-коэффициент мощности - 0,87;
-производительность (для температуры пастеризации 78-800С), л/ч -430...450;
-удельная мощность Вт/л - 12,65;
Для сравнения удельная мощность установки ПМР-02-ВТ составляет 13
Вт/л.
На основании проведенных экспериментов планируется в ближайшее время провести внедрение модернизированной пастеризационной установки в ООО «Птицефабрика «Борки» Великолукского района Псковской области, где налажена линия по производству питьевого молока.
Литература:
1. Крусь, Н.А. Технология производства молока и молочных продуктов / Н.А Крусь. - М.:: Колос, 2004. - 386 с.
2. Установка для высокотемпературной пастеризации жидких пищевых продуктов ПМР-02-ВТ. Паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: НТКФ «Агроживмаш-технология»,2009. - 15с.
3. Пат. RU 104806 U1. Устройство для индукционного нагрева жидких сред / Г.В.Макарова, В.А.Шилин, С.В.Соловьёв. Опубл. 28.09.2010.
4. Немков, В.С. Теория и расчет устройств индукционного нагрева / В.С.Немков, В.Б.Деми-дович. - Л.:: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.
Макарова Галина Васильевна, кандидат технических наук, профессор Соловьев Сергей Викторович, аспирант
Великолукская Государственная сельскохозяйственная академия Тел. (81153)3-77-28 E-mail: vgsha@mail.ru
Possibility of elimination of constructive shortcomings of pasterizatsionny installation of PMR-02-VT, with changeover of a standard rotor heater on induction and as the mains technical the characteristic of the upgraded installation are given is considered.
Keywords: electrotechnological process, pasteurization, energy saving, induction heater.
Journal of VNIIMZH №2(6)-2012
101
