Виды емкостного оборудования в пищевых производствах

Ёмкостное оборудование – это баки, бочки, фляги, цистерны, ванны, танки и т.п., а также устройства с этими сосудами, предназначенные для технологических операций по накоплению, хранению и переработке молока. Указанное оборудование относится к системам периодического действия. Как правило, оно работает в составе технологических комплексов.

Конструкция емкостей для пищевого производства

Емкостное оборудование состоит из следующих основных узлов:

• Корпус. Он может быть одно-, двух- или трехслойным. Между слоями располагается теплоизоляция и система нагрева/охлаждения с водяной рубашкой, змеевиком или ТЭНом. Корпус состоит из обечайки (открытой с торцов цилиндрической оболочки), а также приваренных к ней нижнего и верхнего днищ. Вместо последнего часто ставится откидная крышка. Для передачи нагрузок на фундамент предусмотрены опоры. Для доступа во внутреннюю часть имеется люк, круглый либо овальный. Загрузка – выгрузка продукта и подача тепло-, хладоносителя осуществляется через патрубки. Иногда продукт заливают ведрами через крышку. Кроме того, на корпусе есть штуцера и фланцы. С их помощью крепятся кран-пробоотборник, привод мешалки, моечная головка, смотровое окно, устройства вентиляции и освещения, а также контрольные датчики.

• Мешалка с мотор-редуктором. Она может быть циркуляционно-струйной или механической. Последние делаются разной конструкции: лопастные, пропеллерные, рамные и другие. Многообразие обусловлено тем, что каждая модель создает свой вид потока, более подходящий для определенного вида и объема корпуса и вязкости сырья.

• Устройство для автоматической мойки. Обычно применяется в аппаратах закрытого типа.

• Пульт управления. С его помощью контролируют и регулируют параметры процесса.

Для обслуживания больших агрегатов, монтируются площадка и лестница. Последняя может быть стационарной (при высоте более 2 метров) или приставной, с широкой верхней ступенькой на уровне до 80 см. Для монтажа и ремонта деталей внутри корпуса применяются съемные лестницы с подпятниками и дуговыми зацепами.

Основные характеристики емкостей

К главным параметрам емкостного оборудования относятся:

• Объем корпуса: номинальный, действительный и рабочий.

• Коэффициент заполнения.

• Давление и температура продукта, тепло-, хладоносителя.

• По перемешивающему устройству: мощность привода и частота вращения вала либо ротора.

Номинальным (НО) или расчетным называется объем внутренней полости, определенный по размерам, указанным на чертежах. В него включается внутренний объем крышек. Но не входят объемы, которые образуются внутренними устройствами, люками и штуцерами. Данный параметр определяет производительность сосуда и равен максимальному количеству налитого молока, при котором обеспечивается нормальная работа установки.

Действительным (ДО) называется реальный объем изготовленной емкости. Если есть внутренние устройства, то их объемы вычитаются. Исходя из этого, ДО принимают всегда больше НО, для хранилищ на 5% – 10%, для аппаратов на 5% – 20%.

Температура и давление продукта, тепло-, или хладоносителя, а также частота вращения мешалки (у механических конструкций) или ротора насоса (у циркуляционно-струйных систем) определяется требованиями технологического процесса. Давление продукта обычно атмосферное. Температура – от 4 до 95 град С.

Частота вращения перемешивающего устройства для механических систем находится в пределах от 10 до 180 об/мин. Для циркуляционно-струйных – 2800 об/мин.

Кроме перечисленных, к основным характеристикам относятся масса емкостного оборудования и его размеры: длина, ширина и высота.

Стандарты, используемые для емкостей

Технические условия к емкостному оборудованию описаны в различных нормативных документах. В молочной промышленности основными являются следующие:

• ГОСТ 29065-91 Емкости для молока и молочных продуктов. Общие технические условия.

• ГОСТ Р 50803-2008 Машины и оборудование для пищевой промышленности. Резервуары для охлаждения и хранения молока на молочно-товарных фермах и приемных пунктах. Технические требования и параметры безопасности.

Классификация емкостей

В данную классификацию емкостного оборудования входят изделия, которые применяются на предприятиях для накопления и кратковременного хранения молока и молочных продуктов, находящихся при вязкости до 0,07 Па * с и температуре до 35 град С. Молокоохладители в этой градации не рассматриваются. Все емкости делятся на горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные

• По конструкции корпуса – цилиндрические, полусферические и прямоугольные, на опорных ножках или рамах, с теплоизоляцией и без нее, с коническим, сферическим или плоским дном, с нагревательно-охладительной системой или без нее.

• По наличию перемешивающего устройства – с мешалкой (роторные, планетарные и циркулярно-струйные) и без нее.

• По расположению привода – с верхним (вертикальным либо наклонным), боковым наклонным или нижним.

• По виду привода – с одно- или двухскоростным, реверсивные и нереверсивные.

• По расположению мешалки – с верхней вертикальной (центральной или наклонной) и с горизонтальной.

Вертикальные цилиндрические

• По конструкции корпуса – на опорных ножках, с опорным поясом или на поддоне, с теплоизоляцией и без нее, с верхним сферическим или коническим днищем, с нижним коническим (при объеме до 25 куб. м.) или плоским наклонным днищем, с нагревательно-охладительной системой и без нее.

• По перемешивающему устройству, расположению и типу привода – аналогично горизонтальным.

• По расположению мешалки – с верхней (вертикальной центральной или смещенной от центра либо наклонной) и боковой наклонной.

• Мешалка делается винтовой, пластинчатой, рамной или другой.

Емкости хранения и емкостные аппараты

В ГОСТ 29065-91 классификация молочных сосудов представлена в более сжатом виде. Здесь на вопрос о том, что относится к емкостному оборудованию, дается конкретный ответ: все устройства делятся на емкости хранения и емкостные аппараты. Последние отличаются тем, что оборудованы теплообменной рубашкой и системой подготовки теплохладоносителя.

Первые бывают:

• По способу опоры – на поддоне, с опорным поясом или на ножках.

• По форме днища – с коническим или наклонным.

• По типу перемешивающего устройства – с механическим или циркуляционно-струйным.

Вторые подразделяют только по форме днища – с наклонным, коническим или сферическим.

К сказанному в ГОСТе можно добавить, что, по степени автоматизации, управление процессом может быть:

• Ручным – используются термометр и запорная арматура.

• Полуавтоматическим – с измерителем-регулятором температуры, таймером, сигнализатором уровня и управляемыми клапанами.

• Автоматизированным – с промышленным компьютером, программным обеспечением АСУ ТП и управляемыми клапанами. В этом случае система должна обеспечивать выполнение в автоматическом режиме следующих элементов процесса: заполнение, перемешивание, нагрев, выдержка, охлаждение, внесение закваски, сквашивание, хранение, опорожнение, мойка и дезинфекция. По работе с данными: регистрация событий, сохранение информации и предоставление ее в удобном виде, получение заданий (ввод параметров) в определенной очередности, с учетом изменений ассортимента и объемов продукции.

По виду и конструкции нагревательно-охладительной системы аппараты бывают электрические и паровые. У первых между внутренним и наружным баками залит теплоноситель (вода), который нагревается расположенным внизу ТЭНом. Вторые могут иметь спиральную рубашку (штрипс) или змеевик, навитый на внутренний бак. Либо барботер, через который в рубашку с теплоносителем подается пар. При необходимости охлаждения, вместо пара пускают ледяную воду.

В настоящее время разработаны аппараты, в которых, вместо традиционных вариантов подачи пара, горячей или ледяной воды предусмотрено использование универсальной теплообменной рубашки. Ее конструктивной особенностью является принудительная подача теплоносителя с распределением его тонким слоем на значительной площади. Благодаря этому, по эффективности, процесс становится аналогичным тому, который наблюдается в пластинчатом теплообменнике. Продукт можно охлаждать до 4-6 град С, или нагревать до 95-98 град С, с последующим поддержанием заданной температуры. Есть возможность прямой (без насоса) подачи теплохладоносителя.

Металлоемкость таких аппаратов в 1,56 раз ниже, чем традиционных, с трехслойными рубашками. Скорость нагрева – в 1,5 и более раз выше, охлаждения – в 1,28 раз выше. Это сокращает энергозатраты и общую продолжительность технологического процесса.

Система подготовки теплоносителя в аппаратах новой конструкции может быть с прямой или принудительной подачей. В первом случае конструкция более простая и скорость нагрева продукта выше, но расход пара больше. Во втором – дополнительно применяется паяный пластинчатый теплообменник и насос. КПД работы пара выше, нагрев продукта более «мягкий». В замкнутом контуре горячая вода образовывается без газоводяного эффекта, поэтому насос работает в более щадящем режиме. При такой схеме можно подключать к одному блоку подготовки несколько аппаратов.

Молочные танки

Согласно ГОСТ Р 50803-2008, молочные танки и ванны могут быть вертикальными и горизонтальными, в открытом или закрытом исполнении. Этим же документом предусмотрено три вида данного емкостного оборудования.

Тип I – непосредственного охлаждения. Здесь испаритель холодильной системы находится в прямом контакте с внутренним резервуаром или молоком. Тип II – косвенного охлаждения. Для переноса тепла от продукта к хладагенту применяется охлаждающая среда (промежуточный теплоноситель – вода или рассол). Сюда относятся схемы с льдогенератором.

Тип III – комбинированный. Это охлаждение в потоке. Используется теплообменник, в котором, кроме сырья, движется противотоком еще и охлаждающая среда. Он может быть с плоскими пластинами, трубчатым, со спиральной обечайкой или другой конструкции. Такое устройство обычно ставится на общую станину с молочным танком и, при необходимости, предусматривает доохлаждение молока в танке.

Кроме указанных в ГОСТе, может встретиться Тип IV. В этом случае для нагревания продукта и его охлаждения применяется выносной теплообменник. Теплохладоноситель через него прокачивается насосом. По сравнению с первыми тремя видами, эта система более эффективна. Особенно – если используется крупная цистерна. В данном случае сокращается продолжительность цикла, снижается потребление воды и холода.

Встречаются также смешанные системы I + III типа, оборудованные теплообменной рубашкой для нагрева и змеевиком для охлаждения.

Фактически, молочные ванны и танки относятся к упоминавшимся в классификации по ГОСТ 29065-91 емкостным аппаратам.

Требования к молочным танкам

Общие требования к хранилищам и аппаратам, а также к молочным танкам, что тоже относятся к емкостному оборудованию, изложены в ГОСТах и других нормативных документах. Основные из них следующие.

По надежности работы (средние значения): наработка на отказ – от 500ч., полный срок службы – от 15 лет, из них до капремонта – от 5 лет. Конструкция должна обеспечивать контроль температуры и уровня продукта, равномерное перемешивание без пенообразования, централизованную мойку и дезинфекцию, полный слив. Среди оснащения обязательно должны быть устройства для перемешивания и подключения к централизованной мойке, датчики уровня и прибор измерения температуры, кран-пробоотборник, устройства строповки и система вентиляции. При необходимости – смотровые окна, люки, осветители, лестницы и площадки, пульты ДУ.

Пространство между внутренней стенкой и облицовкой заполняется теплоизоляцией. При перемешивании не должны изменяться свойства продукта. Мешалка обязана функционировать при заполнении от 25% до 100% номинального объема. После 20 мин ее работы, разность содержания жира в разных местах массы продукта не должна быть более 0,1%. Вентиляционное устройство делается так, чтобы предотвращать образование в баке вакуума или избыточного давления.

Длина патрубка (от стенки емкости до соединительного узла) должна быть в пределах DN - 1,5DN. Если номинальный объем устройства превышает 0,63 куб. м., оно оборудуется лестницей и/или площадкой для обслуживания. Если группа аппаратов располагается в ряд, для них можно сделать общую площадку с одной лестницей.

Внутренние поверхности делаются из стали, разрешенной Министерством здравоохранения. Наружные – с коррозионно-устойчивой облицовкой. Металлические необработанные наружные поверхности красятся. Если бак заполнен минимум на 25% объема, то, при разности температур окружающей среды и продукта от 20 град С, теплоизоляция за 24 часа должна обеспечивать изменение температуры содержимого не более чем на 2 град С. Для молочных танков – не более 1 град С за 4 часа (без учета работы компрессорно-конденсаторного агрегата), при температуре молока +4 град С, окружающей среды +38 град С. При заполнении от 10% до 100% и температуре окружающего воздуха от +5 до +38 град С, в продукте не должен образовываться лед.

У резервуаров, очищаемых вручную, обязаны быть такие крышки, которые бы обеспечивали доступ ко всем деталям. У прочих они должны позволять осматривать все детали, которые контактируют с молоком.

Примеры емкостного оборудования

Емкость хранения

В качестве типичного представителя указанной в ГОСТ 29065-91 емкости хранения можно назвать вертикальный резервуар-термос. Его устройство нетрудно понять по приведенной схеме. Молоко подается уже охлажденным. Сохранность продукта обеспечивается за счет теплоизоляции. В конструкции может присутствовать мешалка. Такие устройства применяются, например, в схемах с использованием проточного теплообменника для предварительного охлаждения и танка для окончательного понижения температуры сырья до +4 град С.

Емкостные аппараты

Еще один часто встречающийся представитель емкостного оборудования – ванна длительной пастеризации. Ее главное отличие от предыдущего устройства заключается в наличии системы нагрева молока. Пространство между внутренней и наружной оболочками заполняется водой до переливной трубы, после чего туда подается пар. 

Загрузка продукта может осуществляться из ведер через крышку 20, либо из молокопровода через патрубок 18. 

Резервуары для охлаждения и хранения

Резервуары для охлаждения и хранения молока, описанные в ГОСТ Р 50803-2008 – это молочные ванны и танки, системы с льдогенератором и проточные теплообменники. Они применяются для того, чтобы быстро охладить продукт до +4град С и хранить в течение двух-трех дней, пока его не отвезут на переработку.

Монтаж и эксплуатация

Главное правило по эксплуатации емкостного оборудования заключается в том, что все работы должны выполняться согласно инструкции к этому самому оборудованию. В данном документе обязаны содержаться исчерпывающие сведения по:

• Транспортировке, хранению, монтажу, пуско-наладочным работам и использованию.

• Санобработке, в том числе: допустимые средства, инструменты, методика, периодичность, температурные режимы.

• Энергетическим параметрам, как потребления, так и защиты.

• Количеству вспомогательных материалов.

• Характеристикам холодильной установки, включая вид хладагента.

• Уровням шума и вибрации.

При монтаже надо предусмотреть подключение систем централизованной мойки, подвода и отвода горячей и ледяной воды, пара, продукта, подачи сжатого воздуха. Емкости вместимостью от 50 до 100 куб. м. рекомендуется устанавливать вне помещений на фундаментах. Расчет ведется так, чтобы, кроме собственного веса, они выдерживали еще и ветровую нагрузку.

Техника безопасности

Требования по технике безопасности к резервуарам для хранения и охлаждения молока изложены в ГОСТ Р 50803-2008, ГОСТ 12027 и ГОСТ 3347. По монтажу и ремонту – ГОСТ 12.2.124. По холодильному оборудованию – ГОСТ 12.2.042. По электрооборудованию – ГОСТ 12.1.030, ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.1.019.

Танки должны иметь блокировки, которые бы автоматически отключали подачу энергии в опасных ситуациях, особенно при открытых люках. У движущихся частей ставятся защитные ограждения, достаточно прочные, чтобы выдержать возможное силовое воздействие без деформации. 

Теплоизоляция аппаратов, работающих под нагревом, должна быть достаточной, чтобы наружная поверхность не нагревалась выше +20 град С.

Конструкция внутренних объемов делается такой, чтобы исключить возникновение застойных зон, затрудняющих эффективную автоматическую мойку. Шероховатость внутренней поверхности ванны – не более 1,0 мкм.

Степень защиты основных узлов – не ниже IP 54 (ГОСТ 14254). Для защиты от воды, органы электроуправления, расположенные снаружи, оборудуются кожухами. Наружные провода прячутся в металлорукава. В местах с повышенной влагоопасностью – в заземленные металлические трубы. Минимальное сопротивление изоляции – 1МОм. Максимальное заземляющего болта – 0,1 Ом.

Не будет преувеличением сказать, что емкостное оборудование является одним из наиболее распространенных в молочной промышленности. Оно применяется на всех этапах процесса. С его помощью накапливают и хранят продукт в охлажденном виде, обеспечивая кондицию. Оно же требуется для переработки сырья. Таким образом, дальнейшее совершенствование подобных аппаратов приведет к увеличению количества и повышению качества продукции, что благотворно скажется на обеспечении населения в масштабах страны.