Огляд літературних джерел

Cушіння - один із давніх способів консервування.

Одним із основних продуктів харчування людини, що забезпечує організм всіма необхідними поживними, мінеральними і біологічно-активними речовинами є молоко.

Однак, молоко представляє собою високопоживне середовище для розвитку мікроорганізмів і піддається швидкому бактеріальному і ферментативному псуванні. Період зберігання його, навіть в охолодженому стані - рахується годинами. Для підвищення стійкості молока при зберіганні його піддають консервуванню шляхом сушіння до низьких значень залишкової вологи. Ці продукти містять всі компоненти, молоко в концентрованому вигляді характеризується приємним смаком і високою поживною цінністю. Широко використовується для тривалого зберігання, що дозволяє безперебійне споживання населенням високоякісними молочними продуктами.

Самий давній спосіб консервування молока - сушіння. Ще у 19 столітті, за свідченням Марко Поло, мешканці Східної Азії вміли виробляти сухе молоко за допомогою сонячних променів. У працях „Вольного економического общества” в 1792 році була надрукована стаття Івана Ляха про виробництво сухого молока шляхом теплового сушіння, а в 1802 році в тому ж виданні Осип Книлевський напише про одержання сухого молока тривалим виморожуванням. Методами консервування харчових продуктів займався також Василь Назарович Кармазин (1779 - 1842) - засновник Харківського університету. [16]

Початок розвитку молочної промисловості приходиться на роки першої пятилітки, і з тих пір вона безперервно розвивається і розширює асортимент молочних консервів, зокрема і сухих молочних продуктів.

Ринок молока і молочних продуктів в Україні залежить від стану сировинної бази. За даними Держкомстату України виробництво молока в цілому по країні за 2007 рік зросло на 1,6 % в порівнянні з аналогічним періодом 2006 року - до 11,36 млн. тон.

При цьому в господарствах населення виробництво збільшилося на 12% (11,73 млн. тон), тоді як в сільськогосподарських підприємствах зменшилося на 26,4 % до 95,96 млн. Тон. Різний склад виробництва молока у суспільному секторі явилось однією з основних причин таких складних сировинних проблем у молоко виробників. У 18 областях виробництво молока у всіх категоріях господарств за минулий рік зменшилося на 0,3-5,6 % (Сумській - 2,9% до 1,46 млн. тон). Стабільність виробництва і деякий приріст (0,9-3,8 %) виділений у семи областях. Головними причинами є сезонні фактори і продовжуване скорочення поголівя молодого стада, особливо у сільськогосподарських підприємствах суспільного сектору із-за постійного зростання цін на корми для тварин. [17]

В 2007 році підприємствами суспільного сектору вироблено 2,677 млн. тон молока, що на 22,8 % менше показників 2007 року - 3,468 млн. тон. За минулий рік у сільськогосподарських підприємствах області виробництво молока зменшилося на 2,26 млн. тон або на 11,1 %. У грудні 2007 року підприємствами суспільного сектору було вироблено 138,3 тис. тон молока, що практично відповідає показникам листопада - 134,9 тис. тон. У порівнянні з грудневими показниками минулих літ відмічається спад виробництва молока в цьому секторі (2006 рік - 169,2 тис. тон, 2005 рік - 184,5 тис. тон).

В 2007 році виробництво молока в господарствах склало 117,32 млн. тон молока, або 12,0 % більше, ніж у 2001 році. По господарствах населення Сумської області це збільшення склало 8 тис. тон або на 2,6 %. На 1 січня 2008 року поголівя корів на Україні склало 4329,9 тис. голів, зокрема у господарствах Сумської області 182,8 тис. голів. По всім категоріям господарств спостерігається зменшення поголівя, основною причиною якого є складне фінансово-економічне становище сільськогосподарських виробників. [17]

Для господарств суспільного сектору в 2003 році спостерігалася тенденція скорочення поголівя, як в цілому по Україні (на 21,5 % в порівнянні із 2002 роком), так і у Сумській області на 9,8 % скорочення поголівя корів носить у значній мірі вимушений характер, який повязаний з проблемами забезпечення кормами, що виникають із-за поганих погодних умов. Чисельність молочного складу наблизилась до критичної точки після якої наступають незворотні процеси, подолати які у найближчу перспективу будуть необхідні великі економічні, матеріальні та трудові витрати. Продовження цієї негативної тенденції може привести до того, що на відновлення галузі необхідно буде 20-25 років, тим більше, що одночасно буде зниження продуктивності тварин. Таку ситуацію можуть змінити додаткові значні інвестиції в молочну галузь і її підтримка зі сторони держави. [18]

Показники виробництва основних видів молочних продуктів у 2007 році вказує на стабільність розвитку галузі, незважаючи на ряд проблем, які виникають на сировинному ринку. Це повязано, як із сезонними факторами, так і з негативними тенденціями в тваринництві. Скорочення чисельності поголівя корів набуло сталої динаміки і прогресу у даному становищі не передбачається. У даних умовах конкуренція на сировинному ринку, в основному, відіграла стимулюючу дію на його розвиток і особливо на ринку сухих молочних продуктів. У звязку із значною конкуренцією на сировинному ринку виробництво готової молочної продукції все в більшій мірі концентрується на великих підприємствах, які постійно розширяють свій асортимент, здатні вкладати кошти в модернізацію виробництва, мобільно реагувати на зміни конюнктури ринку. [17]

Сухі молочні продукти є молочними консервами, з яких майже повністю видалена волога. Вони містять не більш, як 3-4 % вологи, завдяки чому сухі молочні продукти добре транспортувати та зберігати. Цінність сухого залишку порівняно із свіжим молоком чи вершками в них приблизно в 10 разів більша. [19]

У незбираному сухому молоці міститься білків від 24 до 26 %, жирів біля 25 %, лактози 39 - 40 %. Кількість білків і лактози у знежиреному сухому молоці досягає відповідно 38 - 40 % і 50 - 52 %. Кількість жиру в цьому продукті не перевищує 1%.

Сухі вершки дуже багаті жиром (42-45 %), вміст білків і лактози в них відповідно складає 15 - 25 % і 21 - 26 %. Ще більше жиру міститься у високо жирних вершках (до 75 %). У сухих молочних продуктах є деяка кількість вітамінів і багато мінеральних речовин. Споживчі властивості сухих молочних продуктів для дитячого харчування навіть вищі, ніж свіжого молока. Це досягається за рахунок різних добавок і вітамінів, мінеральних речовин, декотрим - лактози, олії, білкових та інших добавок. [20]

Сухі молочні продукти діляться на види за методами висушування (розпилювальні та плівкові), а також за призначенням (для загального вживання та дитячого харчування).

Одним з традиційних способів конвективної сушки цілісного молока, СЗМ, ЗЦМ і багатьох інших продуктів молочної промисловості є розпилювальна сушарка. У переважній більшості в промисловості використовуються розпилювальні сушарки з дисковим розпилюванням згущеного молока. При розпилювальному способі сушки, тривалість сушки і перебування матеріалу в сушильній камері складає 5-30 секунд залежно від способу видалення висушеного продукту з башти. В якості сушильного агенту в розпилювальних установках використовується повітря з температурою 140-180.С, що залежить від парових казанів встановлених в котельних станціях підприємств.

Розпилювальна сушка проходить два етапи на першому етапі попередня обробка молока, згущується до рівня вмісту твердих речовин 45-55 %. На другому етапі концентрат подаються в сушильну башту для остаточної сушки.

Процес проходит в 3 стадії:

- розпилення концентрату на дуже дрібні краплі.

- попадання розпилюваного концентрату в потік теплого повітря, в якому швидко випаровується волога.

- Відділення часток сухого молока від повітря, що висушує.

Випаровування є необхідною виробничою стадією для здобуття високоякісного молока. Сухий продукт вироблений без попередньої концентрації має дуже маленькі частки, унаслідок чого характеризується низькою стачиваемостью і коротким терміном зберігання і до того ж не економічний.

Сушка може бути одно-, двух-, три - ступінчастою. Сушарка "ВРА-4"-це вдосконалений варіант розпилювальної установки " РС-1000 ". На відміну від " РС-1000 " сушарка "ВРА-4"додатково обладнана віброконвективним апаратом для досушки і охолоджування продукту. Крім того, в ній застосований мокрий скрубер для повного очищення повітря від часток сухого молока, але вживання такого вигляду очищення підвищує гідравлічний опір (до 4000 Па) на подолання якого витрачається додаткова потужність. Вживання віброконвективного апарату дозволило виключити пневмотрасу з великою витратою повітря. Вживання такого апарату зявилося переходом до дво-стадійної сушки. Під "дво стадійною" сушкою мається на увазі видалення вологи із згущеного молока, в двох сушарках різного типа. Вперше віброконвективні сушарки в молочній промисловості були застосовані в комплекті з розпилювальною сушаркою " Hиpо-Атомайзеp-2000 " на початку 70-х років. Серед розпилювальних сушарок установка " Hиpо-Атомайзеp-2000" є найбільш досконалою як по конструктивному виконанню, так і за експлуатаційними показниками.

В даний час на підприємствах молочної промисловості широко використовуютьсярозпилювальні сушарки таких типів як: " ЦТР-500 ", виробництва Німеччини; ВРА-4 виробництва Чехословакії. Серед вітчизняних сушильних установок можна виділити установку типа форсунки " ОСВ-1 " продуктивністю 1000 кг випареної вологи в годину та інші

1. Технологічна частина

1.1 Основні тенденції розвитку виробництва сухого молока завдяки сушаркам різного типу

Сушіння використовується для одержання сухого молока, сироватки, лактози, казеїну і може розглядатися як метод консервування, оснований на принципі мінімізації дії вологи на продукт в цілому. Результатом висушування по відношенню до кінцевого продукту є:

сповільнення мікробіологічних процесів;

зниження хімічних реакцій;

зменшення витрат на зберігання і транспортування продукту. В результаті проведення процесу сушіння властивості продукту

повинні бути збережені до часу використання продукту в їжу.

Сушіння -- один із найбільш енергоємних процесів. Якщо при згущенні молока витрачається 0,1 + 0,4 кг пари на 1 кг випареної вологи, то, зокрема, в розпилювальній сушарці з цією метою використовується 3,0 3,8 кг пари.

Одним із показників, що характеризують досконалість конструкції, є величина напруженості поверхні сушарки або обєму сушильної камери -- відповідно кількість продукту, яку одержують з одиниці площі, або з одиниці обєму за годину, а також витрати енергоресурсів (пари) на 1 кг випареної вологи.

Установки для сушіння рідких молочних продуктів. Поверхнева сушильна установка

Сушильно-подрібнювальний агрегат СДА--250 (рис.1.) є сушаркою поверхневого типу і служить переважно для сушіння знежиреного молока. Агрегат має сушарку, транспортувальний пристрій, подрібнювальний пристрій.

Сушарка являє собою два порожнистих валки 9, закритих з торців кришками. До кришок приєднані цапфи, одна з яких порожниста і служить для підведення пари і відведення конденсату. Підшипники одного з вальців рухомі, і це забезпечує регулювання відстані між валками в межах 0,7-0,8 мм. У верхній частині установки розміщений жолоб з отворами, через які продукт рівномірно розподіляється по поверхні барабана.

Із зовнішніх боків валків знаходяться ножі для зрізання продукту з валиків в дробильний агрегат. Позиція ножів регулюється гвинтами так, щоб ребро кожного ножа було паралельне валкам. Зверху установки знаходиться витяжний зонд.

Рис.1 . Сушильний агрегат СДА- 250:

I -- станина; 2,5 -- повітропроводи; 3 -- електродвигун вентилятора; 4 -- електродвигун вальців; 6 -- привідний механізм; 7 -- витяжний парасоль; 8 -- механізм відводу пари; 9 -- вальці; 10 -- патрубок для впускання пари; II-- елеватор; 12 -- електродвигун дробарки; 13 -- дробарка;14--шнек;15 - конденсатовідвідник; 16 - патрубок для відводу конденсату.

При роботі установки згущене молоко з лсолоба розподіляється тонкою плівкою на обидва валки. Пара тиском 0,3 + 0,5 МП а надходить у валки і нагріває їх до температури 110 + 120 °С.

Між валками, що обертаються назустріч одне одному, утворюється ванна киплячої рідини. При виході з міжзазорного простору продукт, нанесений на вальці тонкою плівкою, висушується. Висушена плівка молока зрізається поясами і транспортується шнеками в дробильний агрегат.

Подрібнювальна установка дробарки складається з била, що обертається, і просіювача. Розмелений продукт висипається у вигляді порошку в мішки.

Водяні пари, утворені при сушінні продукту, відсмоктуються за допомогою системи витяжки (2, 3, 5, 7, 8).

Продуктивність установки по випареній волозі 230-250 кг/год, по сухому продукту 90 кг/год.

Витрати пари на 1 кг висушеного продукту 1,2-1,4 кг.

Розчинність продукту, що одержують на таких установках, низька -- 80-85 %, що обмежує їх використання, хоча з точки зору енергозатрат вони є економічніші, ніж розпилювальні.

Розпилювальні сушильні установки

Сухі молочні продукти, одержані на розпилювальних сушильних установках, мають високу розчинність, що обумовлює їх широке використання. Наразі їм альтернативи немає з точки зору якості продукту.

Сушіння краплин в сушильній башті можна розділити на два періоди:

період із постійною швидкістю сушіння;

період із зменшенням швидкості сушіння.

Перший період спостерігається на початку процесу сушіння, коли кількість теплоти, що надходить до частинки, витрачається на випаровування вологи, температура частинки залишається постійною і дорівнює приблизно 100 °С.

Другий період починається після деякого проміжку часу, коли кількість теплоти, що надходить до частинки, більша ніж необхідно для випарювання вологи. В цей період температура частинки починає зростати, що може призвести до небажаних фізичних та хімічних змін.

Одним із способів підвищення якості продукту і економії енергоресурсів в процесі сушіння є двостадійне і тристадійне сушіння: перша стадія у розпилювальній сушарці, друга і третя стадії -- сушіння в псевдозрідлсеному (псевдокиплячому) шарі на поверхні, котра безпосередньо розміщена в сушильній камері або винесена за її мела.

Валсливим додатковим процесом при висушуванні розпилюванням є агломерація (повторне змочування і обєднання дрібних частинок в агрегаті) молочних продуктів, що дозволяє покращити такі показники, як розчинність, спеченість, текучість.

Стадії технологічного процесу сушіння продукту в розпилювальних установках наведені в таб. 1

Таб. 1. Стадії технологічного процесу сушіння на розпилювальних установках.

7

7

Кожна з зазначених стадій сушіння вимагає певного технічного рішення з врахуванням таких особливостей молочних продуктів, як здатність грудкуватися, налипати на поверхні, самозагорятися.

Основним конструктивним елементом розпилювальних установок є сушильна камера (башта), в котру подається розпилений продукт і як сушильний агент нагріте повітря.

За способом розпилювання продукту сушарки поділяють на дискові і форсункові. В дискових розпилення продукту відбувається під дією відцентрової сили, в форсункових -- внаслідок різкого перепаду тиску при виході продукту із сопла або під дією повітря. Очевидно, що більш тонке розпилення означає більш швидке висушування. Розподіл краплин за розміром має бути максимально вузьким для забезпечення однакового процесу висушування, а отже однакової теплової обробки.

Розпилювальні сушарки також класифікують. За способом подачі повітря: прямотечійні, протитечійні, комбіновані.

До реалізації процесу сушіння в сушильній установці ставлять наступні вимоги:

достатнє використання обєму сушильної камери;

мінімальний рівень налипання порошку на стінках;

висушений продукт повторно не вступає в контакт із гарячим повітрям;

висушений продукт повинен бути вивантажений із сушильної камери за мінімальний проміжок часу.

7

7

Рис. 1.2. Спектри руху повітря в сушильній башті:

Можливі спектри руху повітря в сучасних конструкціях сушильних башт наведені на рис. 1.2:

а) дисковий розпилювач із спіральним рухом повітря; б) дисковий розпилювач із реверсивним повітряним потоком; в) форсунковий розпилювач із реверсивним повітряним потоком; г) форсунковий розпилювач із прямо-течійним рухом повітря; д) форсунковий розпилювач із реверсивним рухом повітря; е) дисковий розпилювач із реверсивним повітряним потоком.

а) дисковий розпилювач. Спіральний потік повітря. Сушка продукту біля стінок при високій концентрації порошку. Висока концентрація продукту в конусі;

б) дисковий розпилювач. Реверсивний повітряний потік. Сушка продукту в центрі башти. Відділення порошку від повітря здійснюється шляхом реверсування повітряного потоку. Верхня стінка башти охолоджується;

в) форсунковий розпилювач. Реверсивний повітряний потік. Сушка продукту в центрі башти. Відділення порошку від повітря здійснюється шляхом реверсування повітряного потоку. Верхня стінка башти охолодлсується;

г) форсунковий розпилювач. Прямотечійна подача повітря. Екрани з холодного повітря для запобігання повторного зіткнення висушеного порошку з гарячим повітрям. Порошок відділяється шляхом реверсування повітряного потоку. Верхня стінка башти охолодлеується;

д) форсунковий розпилювач. Подовжена верхня частина башти забезпечує хороший контакт повітря і продукту. Екран із холодного повітря. Порошок відділяється шляхом реверсування повітряного потоку. Вивантажується через шлюзовий затвор;

е) дисковий розпилювач. Реверсивний тепловий потік. Подача кондиціонованого повітря здійснюється через дно башти. Відведення продукту -- скребкове.

Повітря, що поступає в сушарку, нагрівають до температури 160 + 200 °С на парових калориферах або теплогенераторами прямого нагріву.

На виході із сушарки відпрацьоване повітря має температуру 70 90 °С і містить 110 + 200 мг молока в 1 кг відпрацьованого повітря. Для очистки повітря використовують матерчасті рукавні фільтри, циклонне очищення, установки з мокрим очищенням.

Відведення продукту із сушильної башти здійснюється скребковими механізмами, пневмосиситемою, стрічковим, шнековим або вібраційним транспортером.

7

Сушильний пристрій RSM - 500(Чехія) (рис.1.3.) складається із вертикальної циліндричної башти 1 з конічним дном, калорифера 12 для підігріву повітря, системи циклонів 7 для очищення повітря,бункера б для збору сухого молока, дискового розпилювача 2, системи пневмотранспорту 8.

Башта має внутрішній діаметр 5,5 м, висоту 3 м при загальній висоті 7,55 м. Внутрішня поверхня башти виготовлена з нержавіючої сталі. Із зовнішньої поверхні башта покрита ізоляцією і облицьована листовим алюмінієм. На зовнішній поверхні башти знаходяться молотки.

При періодичному ударі молотка по поверхні корпусу проходить струшування молока з поверхні. Це запобігає налипанню, а з часом утворенню пригару, а також можливому самозагорянню.

В центрі башти розміщений розпилювач. Частота обертання розпилювача 200-250 c-¹.

Повітря в сушарку подається нагнітальним вентилятором 11 через паровий калорифер 12. На виході із калорифера температура повітря становить 180-200 °С і повітря подається в зону розподілу, з напрямом закрутки протилежним напряму обертання диску, а відповідно руху частинок. Частинки втрачають свою швидкість і рухаються по спіралі вниз башти. Витяжний вентилятор відсмоктує повітря з сушарки. Продуктивність витяжного вентилятора дещо більша ніж нагнітального, внаслідок цього в башті створюється невелике розрідження (біля 5 мм. рт. ст.), це такояс спричиняє уповільнення руху частинок і збільшує їх час перебування в башті. Молочний порошок надходить в систему пневмотранспорту. В цей же пневмопровід надходить сухе молоко із батареї циклонів, і транспортується повітрям, що подається вентилятором 10 безпосередньо із цеху. В процесі транспортування молоко охолоджується, а повітря із пневмосистеми надходить на циклони.

Рис. 1.4. Установка А1-ОР2Ч:

1 -- калорифер; 2 -- шнек; 3 -- дно камери; 4 -- повітряний фільтр; 5,16 -- вентилятори; 6 -- нагрівач повітря; 7 -- насосна одногвинтова установка; 8 -- тепловий апарат; 9 -- гомогенізатор; 10 -- бачок; 11 -- талька електрична; 12 -- повітророзподілювач; 13 -- розпилювач молока; 14 -- сушильна камера; 15 -- батарея циклонів; 17 -- швейна машина для зашивання паперових мішків; 18 -- ультразвуковий пристрій для зварювання поліетиленових вкладок; 19 -- ваговий автоматичний дозатор; 20 -- бункер; 20а -- просіювач; 21 -- циклон-розвантажувач; 22 -- головний вентилятор; 23 -- пневмотранспортна лінія; 28 -- молоко згущене; 29 -- молоко сухе; 1п -- вода промивочна; Зг -- повітря гаряче; Зх -- повітря холодне; Зп -- повітря пневмотранспортне; Зот -- повітря відпрацьоване; 26 -- протипожежний трубопровід.

Установка А1--ОР2Ч (рис.1.4.) служить для сушіння перегону і незбираного молока і складається із сушильної камери 14, системи подачі продукту, нагрівана повітря 6, батареї циклонів 15, пневмотранспорту сухого продукту 23, насосного одногвинтового пристрою П8-ОНТ 7, гомогенізатора для молока К5-ОГА-1,2 9, розпилювача молока Н7-ОРБ 13, теплового агрегату марки МЗС-320, агрегату для фасування і упаковування сухих молочних продуктів. Установка прямотечійного типу. Сушильна камера 14 складається із сушильної башти циліндричної форми, скребкового механізму, розподілювача повітря 12, шнека 2.

Згущене молоко проходить через гомогенізатор, надходить в проміжний резервуар, звідки гвинтовим насосом 7 подається на розпилювальний диск. Частота обертання розпилювального диску 200 с^_1. Повітря надходить в сушильну башту нагрітим до 160 °С, пря-мотечійно з продуктом.Висушене молоко скребковим механізмом подається в шнек 2 і транспортується ним в пневмотранспортну систему. Використання скребкового механізму дозволяє зменшити висоту камери за рахунок конічного дна. Транспортуючи молоко, повітря його одночасно охолоджує. Після циклона розвантажувача 21 повітря надходить на друге очищення в батарею циклонів 15. Молоко відводиться періодично в пневмотранспортну магістраль. Продуктивність установки 500 кг випареної вологи в годину.Напруження обєму сушильної башти по випареній волозі 5 кг/м³ год. Витрати пари на 1 кг випареної вологи становлять 0.3кг. Висота установки 12.5

Рис. 1.5. Установка ОСВ-1:

1 -- камера з форсунками; 2 -- гранулятор вібраційний ГВ-1/8,5; 3(1,2) -- сушарка вібраційна конвективна СВ-1/8,2; 4, 11-елеватор стрічковий

ковшовий; 5 -- сито вібраційне СВІ-0,9; 6-розподілювач; 7, 10 -- конвеєр вібраційний КВІТ-0,3; 8(1-3) -- бункери з активатором; 9 -- бункер; 10 -- вібраційний конвеєр; 14 -- живильник -- затвор вібраційний ПЭВ-0,3; 17 -- резервуари Я1-ОСВ-6,3, Я1-ОСВ -- 2,5; 18 -- насос молочний відцентровий; 19 -- електронасосний агрегат (гомогенізатор); 8, 11, 15 -- калорифери -- вентилятори -- фільтри повітря.

Розпилювальна вібраційна установка ОСВ--1 (рис. 1.5)

Служить для сушіння незбираного молока і перегону. Сушіння відбувається протягом двох стадій. Перша стадія сушіння, що характеризується великою швидкістю процесу, відбувається в сушильній башті, друга, під час якої швидкість процесу значно знижується, -- у вібраційній конвективній сушарці. Така організація процесу сушки запобігає грудкуванню молока при підвищеній вологості з одночасним її досушуванням. Згущене молоко подають на форсунки, диспергують і висушують в камері 1 в потоці гарячого повітря. Одерлсаний молочний порошок виванталсується гранулятором 2 і надходить для кінцевої досушки і охолодження в вібраційні конвективні сушарки 3, потому елеватором подається для класифікації на вібраційне сито 5. Кондиційний порошок за допомогою конвеєрів через розподілювач 6 потрапляє в бункери для тимчасового зберігання, а далі направляється на фасу-вання.

В комплект сушильного пристрою входить обладнання для миття внутрішніх поверхонь камери, циклонів і бункерів за допомогою гідромоніторів, змонтованих на цих апаратах. Передбачена подача до установки насиченої пари в випадку самозагоряння молока.

Продуктивність установки 900-1000 кг/год. Температура повітря, що надходить в камеру, -- 160-180 °С, на виході із камери -- 95 °С. Розрідження в камері -- 20-25 Па.

Рис. 1.6. Схема сушильного пристрою комбінованого типу фірми

«Ніро-Атомайзер»:

1 -- насос; 2 -- фільтр; 3 -- калорифер; 4 -- повітророзподілю-вач; 5 -- дисковий розпилювач; 6 -- сушильна башта; 7 -- патрубок; 8 -- вібролоток; 9 -- інстантайзер; 10 -- калорифери гарячого повітря; 11 -- повітроохолоджувач; 12 -- головний циклон;13 -- допоміжний циклон;

-- розвантажувальний циклон;15-- аерозольтранспортна лінія.

В сушильному пристрої комбінованого типу фірми «Ніро-Атомайзер» (Данія) (рис.1. 6) згущене молоко насосом подається в дисковий розпилювач 5, прямотечійно з ним подається нагріте повітря. Молочний порошок на виході із башти з вологістю 6-8 % надходить в інстантайзер 9, що являє собою розділену на три секції вібраційну конвективну сушарку. В перших двох секціях молоко досушується і агломерується, в третій охолоджується потоком повітря. Температура повітря на виході з сушарки на 10-15 °С нижча, ніж, в звичайних сушарках.

Як пристрій для досушування молочного порошку молсе бути також використаний стрічковий конвеєр з сітчастою стрічкою (рис. 1.7.).

Рис.1.7. Схема сушильного пристрою з системою досушування молочного порошку на транспортерній стрічці:

I -- вентилятор; 2 -- сушильна камера; 3 -- калорифер; 4 -- ємність; 5 -- механічна форсунка; 6 -- вібраційне сито; 7 -- охолоджувальна камера; 8 -- повітропровід для відведення холодного повітря; 9 -- повітропровід відпрацьованого повітря; 10 -- отвір для відведення відпрацьованого црвітря;11 - камера; 12 - транспортерна сітчаста стрічка.

Утворений на стрічці шар осаду запобігає виносу дрібних частинок молока з повітрям, що подається з боку продукту.

Сушарки фірми Stork форсункового і дискового типу передбачають двостадійне сушіння. (рис. 1.8.),

Сушильна башта 7 в якій встановлено форсунки 8, має подовжену форму. Сушильний агент (1, 2, 3) подається прямотечій-но з продуктом. В нижній частині камери подається кондиціоноване повітря (4, 5, 6), що дозволяє уникати осідання порошка на стінках. Реверсивний рух повітря створюється за допомогою крильчаток, які розвертають потік повітря, забезпечуючи мінімальний час перебування порошку при високій температурі.

Досушування продукту і його охолодження здійснюється на вібраційних сушарках 17, 18.

Рис.1. 8. Сушарка фірми Stork форсункового типу:

1, 4, 11, 14 -- фільтр; 2, 5, 12, 15 -- вентилятор; 3 -- калорифер; 6 -- кондиціонер; 7 -- башта; 8 -- форсунка; 9, 10 -- витяжний вентилятор; 13, 16 -- кондиціонер; 17,18 -- вібраційні сушарки; 19 -- циклони; 20 -- насос подачі продукту.

В апараті з розпилювачем дискового типу (рис. 1.9.) повітря і продукт рухаються прямотечійно і інтенсивне сушіння продукту відбувається в центрі башти, далі здійснюється реверс повітряного потоку і відпрацьоване повітря відводиться в верхній частині башти.

Рис. 1.9. Сушарка фірми Stork дискового типу

I -- система подачі гарячого повітря; 2,3 -- циклони для очистки повітря; 4 -- розпилювальний диск; 5 -- башта; 6 -- система подачі кондиціо-пованого повітря; 7 -- вібраційна сушарка; 8 -- рукавний фільтр; 9 -- насос для подачі повітря; 10, II-- витяжні вентилятори.

В установці передбачене очищення повітря на циклонах і фільтрах рукавного типу. Переваги пристрою: реверсивний потік повітря, короткі повітропроводи між баштою, циклонами і витяжнимими вентиляторами.

Система сушіння «Фільтермат» фірми «Демроу» (рис. 1.10.) дозволяє одерлсати високоякісний продукт при низьких енергозатратах. Зниження якості продукту при сушінні розпилюванням найчастіше проходить через утворення турбулентних повітряних потоків в розпилювальній камері сушарки, високих температур на виході продукту із сушарки і високих температур на другому ступені сушіння.

Рис. 1.10. Сушарка системи «Фільтермат» фірми «Демроу»:

1 -- подача продукту; 2 -- подача компонента; 3 -- перша стадія сушіння (розпилювальна сушарка); 4 -- друга стадія сушіння (транспортер); 5 -- зона витримування; 6 -- третя стадія сушіння; 7 -- ступінь охолодження; 8 -- вихід кінцевого продукту, для якого притаманна хороша змочу-ваність, розчинність, здатність до утворення дисперсій.

Перевага триступеневого процесу сушки «Фільтермат» полягає в тому, що при сушці суворо витримується рекомендовані для певного продукту режими сушки.

Сушіння продукту в установці відбувається за тристадійною схемою.

Перший ступінь установки являє собою розпилювальну сушарку, де розпилювання продукту відбувається за допомогою повітря в механічних форсунках. Повітря рухається в паралельному потоці з продуктом.

Для підвищення енерговіддачі молена використовувати високі температури продукту, оскільки продукт добре захищений вологою, що міститься в навколишньому повітрі в процесі всього періоду сушіння.

На дні розпилювальної сушарки встановлений стрічковий транспортер, на якому продукт переміщається у вигляді напівсухої маси. Коли продукт знаходиться на транспортері, здійснюється друга стадія сушіння. Сухе повітря більш низької температури проходить через шар продукту, забираючи вологу. Далі продукт на стрічковому транспортері надходить в камеру витримування, де залежно від технологічного реяшму сушіння повітря може зовсім не подаватися.

Переміщаючись транспортером, продукт надходить в камеру сушіння б, де подається гаряче повітря і в камеру охолодлсення.

В сушарці фірми «Ангідро» (рис.1.11.) також реалізоване триступеневе сушіння. Спочатку випарювання води проходить в верхній частині сушильної камери, потім в киплячому шарі в нижній частині тієї самої камери, і, нарешті, в окремому агрегаті в киплячому шарі. Витрати теплоти на 1 кг випареної вологи значно знижуються.

Одночасно в сушарці можна використовувати значно нижчі температури відпрацьованого повітря.

Якість продукту також підвищується, зокрема показники відносної розчинності, змочуваності і здатності диспергуватися.

Значний клас розпилювальних сушильних установок представлений установками для виробництва швидкорозчинного молока. Додатково вони оснащені пристроєм для внесення леофільних речовин в молочний порошок або гранули.

Рис. 1.11. Схема триступеневого сушіння в сушарці «Ангідро»:

1 -- сушильна башта; 2, 6, 7,8,9 -- калорифер підігріву повітря; 3 -- обманне дію для сушіння в зрідженому шарі; 4 -- конвективна, 5 - циклони.

В установці фірми «Ніро-Атомайзер» (рис. 1.12) між інстантай-зером 11 і ситом 10 додатково вставлена конусоподібна камера 9. В центральній частині розміщена форсунка. Суміш гранульованого молока і повітря надходить у камеру, де покривається ліофілі-зуючою речовиною. У вібраційному ситі відбувається вирівнювання концентрації леофілізуючих речовин на поверхні частинок молока. Внаслідок просіювання продукт розділяється на фракції. Дрібна фракція надходить у башту, а грубша на розфасовку

Рис. 1.12. Сушильна установка фірми «Ніро-Атомайзер»:

1 -- насос для подачі згущеного молока; 2 -- сушильна башта; 3 -- циклони; 4 -- ємність; 5 -- насос для подачі ліофілюзуючих речовин; 6 -- витратомір; 7 -- лінія повертання дрібних фракцій в сушильну башту; 8 -- лінія подачі стисненого повітря; 9 -- механізм для внесення ліофілюзуючих речовин; 10 -- вібраційне сито; 11 -- інстантайзер.

1.2 Асортимент продукції що виробляється

Молочна промисловість виробляє наступний асортимент сухих молочних продуктів: сухе незбиране молоко готують з незбираного молока. Воно буває 15; 20 та 25 % - ої жирності. Виготовляється без добавок або з цукром та кавою із добавками. В останній час налагоджено виробництво швидкорозчинного сухого незбираного молока.

Сухе знежирене молоко готують із свіжого знежиреного молока, можливе використання сколотин, отриманих при виробництві солодко вершкового несолоного масла в кількості, що не перевищує 20 % маси суміші і її з знежиреного молока. Зокрема, від вмісту добавок висушують сухе знежирене молоко - без добавок та з цукром. [21]

Сухі вершки виробляють з свіжих пастеризованих вершків та коровячого молока. Вони бувають 43%, 45% та 75% жирності. Виготовлять без добавок та з цукром.

Сухі кисломолочні продукти виготовляються в незначних обсягах. До них належать суха простокваша та кефір.

Суху суміш для морозива виробляють з свіжих пастеризованих вершків, цукру та фруктових наповнювачів.

Перераховані продукти являють собою сипкий порошок, масова частка сухих речовин становить 95 - 98,5%. Кінцева масова частка вологи - 1,5 - 5%. Відношення жир : СЗМЗ коливається від 0,193 до 3,3 (сухі високо жирні вершки). Форма часток продуктів залежить від способу сушіння. Суперсипку форму мають частки продуктів розпилювальної установки, поверхнево активними речовинами швидкорозчинного молока 15% жирності. Частка циклонної фракції мають розмір у середньому 20 мкм, камерних фракцій - 50 мкм, а аглосоровані - від 100 до 250 мкм. [22]

Масова частка повітря, що міститься в продукті, коливається від 10 до 60% залежно від кратності згущення. Обємна маса сухих молочних продуктів від 300 до 690 кг/м ³ .

Масова частка вільного поверхневого жиру від 0,5 до 20 %. Для всіх продуктів масова частка солей важких металів становить не більше, %: міді - 0,0008, олова - 0,01, для швидкорозчинного молока - 0,009, свинцю не допускається, як і наявність патогенних організмів та бактерій кишкової палички (в 0,1 чи 0,3 грамах продукту).

Загальна кількість мікроорганізмів в 1 грамі продукту не повинна перевищувати 50 тисяч (сухе незбиране молоко і сухі вершки вищого сорту, першого не більше 70 тисяч).

Залежно від виду продукцію розфасовують у споживчу чи транспорту тару.

Сухі продукти для дитячого харчування виготовляють на основі свіжого молока на спеціальному обладнанні.

Особливістю виробництва є необхідність значного коректування хімічного складу коровячого молока з метою наближення його до материнського. Зменшують загальну кількість білків, лактозу замінюють на альбумін та складний молочний жир частково замінюють рослинними оліями, що підвищує вміст ненасичених жирних кислот, особливо ліноленової. Збільшуючи кількість цукрів за рахунок добавлення до лактози бурякового цукру, кукурудзяної патоки. Підвищують вміст мінеральних солей кальцію, калію, міді, заліза, цинку тощо, а також вітамінів А, Д, С, Е, В₁, В₂, В₁₂, РР.

Асортимент сухих молочних продуктів для дитячого харчування досить різноманітний: сухе молоко, сухі молочні суміші, молочні каші, молочно-овочеві суміші та інше. [21]

Найбільш поширеними видами сухого молока є дитяче харчування „Віталант” та „Дітолант”. Перший застосовують для годування дітей з перших днів життя до шестимісячного віку. Різноманітність його хімічного складу забезпечують такі інгредієнти, як: незбиране молоко, вершки, суха підсирна сироватка, содовий екстракт, соняшникова олія, вітаміни А і Д.

„Дітолант” використовують для дітей з тримісячного віку до одного року. До його складу входять знежирене молоко, кукурудзяна та кокосова олія, лактоза, вітаміни ( А, Д, С, РР, В₁, В₂, В₁₂ , лактоленова кислота), мінеральні солі ( заліза, цинку, міді, марганцю).

В останні роки в Україну завозиться велика кількість молочних сумішей іноземного виробництва. У найбільшій кількості реалізуються суміші французького виробництва „Пілті” та „Болин”.[17]

Сухі молочні каші можна використовувати для годування дітей не старше пяти місяців. До їх складу, крім сухого молока для дитячого харчування, входять: рисове або гречане борошно, можна крупа.

Сухі молочно-овочеві суміші готують на основі молочної суміші „Малюк”, до якої додають порошок висушених кабачків, гарбуза та борошно з рису.

При виробництві усіх видів сухих молочних продуктів вільна волога видаляється згущенням та сушінням згущеного продукту.

Сухі молочні консерви являють собою порошок із частками різної величини, що залежить від способу сушіння та виду продукту. Вміст сухої речовини коливається в межах 95 - 98 %.[21]

Сухі молочні консерви, в основному, виробляють за однією технологічною схемою:

· приймання та оцінка якості молока;

· охолодження та короткочасне його резервування;

· нормалізація молока;

· очищення, гомогенізація;

· пастеризація молочної суміші;

· згущення молочної суміші;

· сушіння;

· охолодження молочного порошку;

· фасування і пакування продукту.

Сушіння - це процес видалення вологи із різних матеріалів; воно зумовлює зміну їх технологічних властивостей. Під час сушіння повітря насичується парами висушеного матеріалу, і чим швидше вологе повітря замінюється сухим, тим інтенсивніший процес. При менших розмірах висушуваних часток інтенсивніше надходить волога із внутрішніх шарів, більша поверхня випаровується, а отже, швидкість сушіння. [22]

Молочні продукти сушать різними способами: розпилювальним сушінням, контактним, сублімаційним та сушінням у стані піни.

Сухе незбиране молоко, вершки та вершки з цукром поділяють на вищий та перші сорти. Молоко сухе незбиране та сухе напівжирне для дитячого харчування за стандартом на товарні сорти не поділяється.

Сухе молоко має білий колір з кремовим відтінком, порошкоподібну без грудок консистенцію, смак і запах, властиві пастеризованому молоку, без сторонніх присмаків та запахів. Воно однорідне за всією масою.

Сухе молоко та вершки першого сорту у продаж не допускаються, якщо в них відсутній перепастеризований присмак.

Основним фізико-хімічним показником якості сухих молочних продуктів є їх розчинність. Для сухого молочного порошку розпилювального сушіння вона досягає 98 %. Індекс розчинності визначають за кількістю мілілітрів сухого осаду, який одержують після розчинення певної кількості сухого молочного порошку у воді з наступним центрифугуванням у градуйованих пробірках. Для сухого молока розпилювального сушіння при герметичній установці для вищого сорту він становить не більше 0,2; для першого сорту не більше 0,4; при негерметичній установці - відповідно 0,6 і 0,9. Розчинність сухого молока плівкового сушіння близько 8 %.[21]

У сухих молочних продуктах відмічають види смаку (сальний та прогірклий) і кольору (потемніння). Сальний смак сухого молока спостерігають при окисленні молочного жиру, особливо вільного. Для уникнення цього необхідно запобігти дії світла на молоко.

Прогірклий смак сухого молока зявляється під впливом ферменту ліпази, яка при зберіганні готового продукту розщеплює жири з утворенням неприємних на смак альдегідів та металів. Щоб уникнути цього потрібно теплову обробку молока проводити при підвищених температурах (85 - 87 ⁰ С) з метою інактивації (розщеплення) ліпази. [21]

Потемніння сухого молока з утворенням дуже неприємного запаху спостерігають при тривалому зберіганні готового продукту в негерметичній упаковці при підвищеній вологості повітря. При цьому відбувається реакція між грудами білка й лактози з утворенням металоїдів. При зволоженні частки молока ущільнюються, а мінеральні солі розчиняються, що спричиняє часткову денатурацію білків і зниження розчинності сухого молока. З метою запобігання цій ваді необхідно фасувати сухе молоко в герметичну тару і зберігати його у відповідних умовах.

Згущені молочні консерви для роздрібної торгівлі розфасовують в герметичну тару - металеві банки з лудженої жерсті або алюмінієві туби. Консерви, розфасовані в металеві банки до 5 кілограм, повинні бути упаковані в деревяні ящики або ящики з гофрованого картону, а більше 5 кілограм - в деревяні ящики чи клітки.

Металеві банки повинні бути художньо оформлені, шляхом наклеювання етикеток або літографування. На тарі або упаковці вказують найменування підприємства, його юридичну адресу та підпорядкованість, назву консервів, масу нетто, інформацію про склад та енергетичну цінність консервів, позначення нормативно-технологічної документації.

На металеві банки наносять також маркування шляхом витиснення умовних позначень. Як правило, умовні позначення наносяться в три ряди. Перший ряд містить інформацію про дату виготовлення, тобто число, місяць та рік (по два знаки розділених крапками). У другому ряду зазначають асортиментний номер продукції та номер підприємства-виробника. Третій ряд містить наступні позначення : номер зміни (однією цифрою) та індекс промисловості (буква М). Оптимальними умовами для зберігання молочних консервів є температура не вище 10 ⁰ С і відносна вологість повітря не вище 85 %. Допускається зберігання згущених молочних продуктів при температурі 20 ⁰ С. Зберігання при температурі нижче 0 ⁰С не допускається. Зберігання сухих молочних продуктів повинно відбуватися при відносній вологості 85 %.

Для написання даної випускної магістерської роботи обирається сухе незбиране та сухе знежирене молоко, тому що воно подовжує період збереження природних властивостей молока (смаку, вітамінів, порівняно високій калорійності та засвоюваності), гальмує розвиток мікроорганізмів завдяки невеликій вологості 3ч5%, при розведені у воді - швидко відновлює свої властивості, зручне для пакування, маркування, тривалий час зберігається без псування, зручне для дальніх перевезень, високопоживне.

1.3 Характеристика сучасних технологій сушіння молока

Спроба використовувати сушильні установки зваженого шару, для сушки молочних продуктів, дала позитивні результати. Перевагою, установок вихрового шару перед останніми, є вживання великих швидкостей повітря, що особливо важливе при сушці вязких продуктів.Апарати зваженого шару, використовувані в молочній промисловості, призначені для досушки молока після розпилювальних сушарок. Недоліком таких апаратів, при сушці білкових продуктів, є те, що в процесі сушки відбувається налипання продукту і тим інтенсивніше, чим вище температура теплоносія. Як правило, такі апарати експлуатують при температурі повітря не більше 130. З, в звязку, з чим їх продуктивність і ККД дуже низькі. В даний час експлуатуються апарати киплячого шару типа: " ВС-КПІ-150 ", " ВС - КПІ - 300 ", " КС - 50 ". За останні роки створені сушильні установки типів: " СГ - 500 "Я2 - ОПЕ ", " Я2 - ОПЖ ". Сушарка " СГ - 500 " призначена для сушки і гранулювання знежиреного молока, що згущує. Вона відрізняється неможливістю здобуття сухого молока харчового призначення, що відповідає вимогам стандартів, що діють, по структурі і розчинності, збільшення початкової температури теплоносія, отже, установка має низький ККД і невисоку продуктивність.

Наступна установка цієї серії, агрегат " Я2-ОHЕ " спроектований на базі " А1-ФМУ ". Він призначений для сушки матеріалів будь-якої вязкості і здобуття, гранульованих і порошкоподібних продуктів (знежирене молоко, ЗЦМ та інші). Вихідний продукт може бути отриманий будь-яким способом концентрації, згущуванням, ультрафільтрацією, квашенням, а так само без попереднього згущування. Сухі продукти, що отримуються агрегатом "Я2-ОHЕ", відповідають вимогам до технічних і харчових продуктів вищого сорту. За результатами перевірки, СОМ і ЗЦМ, висушені в сушарці "Я2-ОHЕ", по розчинності не поступаються зразкам, отриманих при розпилювальній сушці, а по сипучості перевершують їх. Апарат може працювати як в парі з вакуум - випарним апаратом, так і без нього. Вихрова сушарка " Я2 - ОHЕ " відрізняється від інших установок такого типа тим, що в конструкції воздуховода відсутні додаткові направляючі грати, з якими стикається продукт. Це дало можливість збільшити температуру сушки до 250-300 і різко підняти ефективність використання теплоносія. Крім того, висока початкова температура сушарки дозволила оснастити сушарку, теплогенератором прямого згорання газу. Для збільшення продуктивності устаткування розроблений сушильний агрегат " Я2 - ОНЖ ", що складається з трьох сушарок " Я2-ОHЕ " (трьох модулів) встановлених паралельно. Продуктивність агрегату " Я2 - ОНЖ " складає 450 кг випареної вологи в годині

Сушильна установка "в киплячому шарі інертних тіл" (СІН)

Використовується для безперервної та періодичної сушки сипучих матеріалів,розчинів, суспензій, молока (рис. 1.13.) и т. д.

Рис.1.13. Сушильна установка «в киплячому шарі»

Сушильна установка включає в себе:

· Вдувну воздуходувку,

· Калорифер,

· Сушильну камеру з резервуаром із фторопластовими інертними часточками, приладом перемішування частинок та форсункову систему подачі (розпилення) рідкого компонента.

· Циклон - пилоутримувач із бункером для висушеного продукту.

· Скрубер із системою очистки повітря, який містить пил, водяним контуром циркуляції.

· Витяжну воздуходувку

Принцип дії установки:

Повітря , нагріте в калорифері, поступає в сушильну камеру і «продуває» знизу резервуар з фторопластовими інертними частками. На нагріті частки розпиляють сировину форсункою, а спеціальним перемішуючим приладом відбувається постійне перемішування частинок в резервуарі. Завдяки продувці горячим повітрям розчин (чи суспензія) швидко зневоднюється на поверхнях інертних тіл, утворюючи на кожному із них неміцний порошковий шар. В результаті постійного перемішування фторопластових частинок в резервуарі шар порошку на частинках легко руйнується, відокремлюючись від їх інертної поверхні і у вигляді пилу зкидується в циклон. Там готовый порошок накопичується у нижньому бункері, а повітря, яке ще насичене пилом податься в очисний скубер. В скрубері є верхній та нижній баки; вода, яка постійно зливається із верхнього в нижній, насосом подаєтся назад, утворюючи контур циркуляції. Повітря, насичене пилом, по принципу «кальяма» проходить верхній бак, при цьому очищається. Постійно росте концентрація продукту у воді контура, коли вона наближається до вихідної консистенції в сировині, воду замінюють і направляють на форсунку у робочий цикл.

ЗАТ «Ростон» виготовлена установка СІН - 04 потужністю 40 - 60 кг/год по випареній волозі,сушильна камера яка має діаметр 0,4 м та висоту до 2 м.

Завдяки високим швидкостям сушильного агенту ( від 3 до 5 м/с ) сушильна камера має мінімальні розміри, вага таких сушильних установок, одже, ціна ( з урахуванням комплектуючих ) в 3-5 разів нижче аналогічних розпилювальних сушильних установок інших типів. Якщо забезпечити шнекову подачу, в інертному шарі можна сушити порошки з високою вологістю.

Сушильна установка з “киплячим шаром” та агрегатом,який подає матеріал що висушується

Дозволяє висушувати велику кількість дисперсних матеріалів з розміром часток до Змм.

Установка включає калорифер, сушарку, пило утримувач, систему вологої очистки, газодувку, подаючий та развантажуючий агрегати.

Принцип дії установки:

Повітря ,підігріте в калорифері надходить в сушарку та псевдозріджує вологий дисперсний матеріал, який поступає до сушарки завдяки подаючому агрегату. Висушений матеріал відводиться завдяки развантажуючому вікну з регулюючим порогом. Повітря від матеріалу що видувається очищається у циклоні вологої очистки.

Сушильна установка з «киплячим шаром» - гранулятор, дозволяє переробляти розчини, суспензії, сипучі порошки з введенням гранулюючих водних добавок чи просто води. Продукт що отримують - гранули 1-4 мм. Сушильна установка з заданою зоною гранулювання, має перевагу порівняно із барабанними грануляторами (БГС):маленькі розміри та вага,відповідно даним. У порівнянні з грануляторами з киплячим шаром та розпилювальними форсунками енерговитрати на псевдозрідження в два рази нижче. Гранулятори прості в обслуговуванні, можуть працювати безперервно сотні годин без необхідності чистки окремих вузлів.

Установка включає калорифер, сушарку, пило утримувач, пневматичний класифікатор, вологу очистку, газодувку, змішувач двошнековий.