Удосконалення процесу та обладнання для пастеризації молока інфрачервоним випромінюванням: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

Abstract

Дисертацію присвячено теоретичному та експериментальному обґрунтуванню напрямків інтенсифікації процесу пастеризації молока інфрачервоним (ІЧ) випромінюванням та розробці відповідного обладнання. Експериментально-теоретичними дослідженнями отримано закономірності, що встановлюють зв'язок між параметрами руху продукту пастеризації та геометричними розмірами камери пастеризації. Визначені раціональні параметри процесу пастеризації з узгодженням терморадиаційних характеристик молока та джерела випромінювання. Розроблена камера пастеризації, яка відрізняється способом дії ІЧ-випромінювання на молоко, а також додатково забезпечена кільцевою камерою зі змієвиковим теплообмінником для попереднього підігріву вихідного молока пастеризованим, що дозволяє значно зменшити витрати електроенергії на пастеризацію. Здійснено комплекс заходів із упровадження наукових розробок у виробництво шляхом апробації на виробничих підприємствах України.

Диссертация посвящена теоретическому и експериментальному обоснованию направлений интенсификаций процессов пастеризации молока инфра-красным (ИК) излучением и разработке соответствующего оборудования. Проанализированы существующие методы электропастеризации молока, рассмотрены возможности их применения в условиях фермерских хозяйств Украины. Определено, что наиболее приемлемыми на современном этапе развития технологии обработки молока являются электропастеризаторы инфракрасного (ИК) нагрева. Анализ литературных источников по теории и практике процесса пас-теризации позволил сделать заключение о том, что микробиологические показатели молока связаны с характеристиками оборудования. Однако для электропастеризации существующие взаимосвязи не конкретизированы в виду недостаточного изучения процесса пастеризации. На основании существующих теоретических предпосылок по пастеризации уточнены методы расчета процесса ИК-пастеризации, параметров камеры ИК-пастеризации в зависимости от режима термообработки молока. Получены закономерности, связывающие параметры камеры и источников ИК-нагрева с режимом пастеризации. Экспериментальные исследования по уточнению оптических характеристик молока, его компонентов и материалов для ИК-нагревателя в ИК-области спектра, позволили рекомендовать нагреватель с максимальной излучательной способностью при длине волны 2,25 мкм, при этом температура источника ИК-излучения составляет 1350 К. С целью повышения надежности нагревателей, повышения качества пастеризации рекомендовано на наружную поверхность ИКнагревателей наносить пленку из фторопласта-3. На основании исследований теплообмена в камерах ИК-пастеризаторов рекомендовано использовать камеру в форме цилиндра с размещенным внутри источником ИК-нагрева, который омывается пастеризированым молоком. Это обеспечивает максимальную площадь теплообмена, уменьшение потерь ИКизлучения и повышение равномерности температурного поля по всему объему камеры пастеризации. Экспериментальными исследованиями установлены рациональные значения параметров ИК-пастеризации, при этом скорость движения молока в камере составляет 0,4 м/c, диаметр камеры –14 мм. При этих значениях достигается равномерный прогрев всего молока с температурным перепадом по диаметру канала 0,5 оС. На основании проведеных экспериментально-аналитических исследований предложен комбинированный ИК-пастеризатор. Установлено, что для обеспечения равномерности нагрева режим движения молока в камере должен быть турбулентным с числом Рейнольдса Rе > 10000, при этом молоко находится в зоне ИК-нагрева не меньше 3 с, скорость движения молока при длине зоны ИК-излучения 1,5 м не должна превышать 0,4 м/с. Камера ИК-пастеризации состоит из вертикального корпуса, в котором установлена кольцевая камера. Внутри данной камеры закрепляются ИК-нагреватели, причем с целью равномерного заполнения цлиндрической камеры они устанавливаются по вершинам правильного шестигранника и в центре в количестве семи штук. С целью повышения турбулентности в камере с ИК- нагревателями устанавливаются перфорированные смесители. Для утилизации тепла пастеризованого молока предложено использовать в комбинированном пастеризаторе секцию регенерации, которая состоит из змеевикового теплообменника, навитого на внешнюю поверхность внутренней камеры. Сырое молоко заливается в змеевиковый теплообменник комбинированного пастеризатора с температурой 10 оС, где подогревается пастеризованным молоком до температуры 52 оС и с этой температурой попадает в кольцевую камеру для пастеризация ИК- излучением, после чего поступает для отдачи тепла исходному молоку в зону между вертикальным корпусом и кольцевой камерой, где заканчивается процесс пастеризации. Производственные испытания ИК-пастеризаторов в ООО „Сахновщинский завод продтоваров ” Сахновщинского района Харьковской области, ЧСП „Проминь” Сахновщинского района Харьковской области показали: установки обеспечивают эффект пастеризации 99,85…99,98 %. Пастеризационный эффект, полученый на ИК-пастеризаторе, соответствует требованиям к режиму обеззараживания, утвержденным Главным управлением ветеринарной медицины Украины № 15-1-1-2/129 от 06.04.94 как мероприятия по уничтожению возбудителей туберкулеза в молоке. Экономическая эффективность (в ценах на 01.10.2001г.) на 100кг пастеризованного молока составляет 2,5 грв. Социальный эффект внедрения ИК-пастеризаторов определяется более полным удовлетворением возрастающей потребности населения Украины в молоке и молочных продуктах, а также в существующей потребности в продуктах для детского, оздоровительного и профилактического питания.

The thesis is devoted to the theoretical and experimental substantiation of directions of intensification of milk pasteurization processes by infrared (IR) and development of appropriate equipment. The regularities which feature the relationship between parameters of motion of the object of pasteurization and geometrical dimensions of the pasteurization chamber have been installed with the help of experimental and theoretical investigations. The optimum parameters of the pasteurization process regarding with thermal radiation characteristics of milk and source of an irradiation are determined. The pasteurization chamber have been designed which differs by a way of action of IR radiation on milk, and also is additionally equipped with the ring chamber with a coil heat exchanger for a preliminary heating of crude milk by milk been pasteurized, that allows reducing consumption of services for pasteurization. The complex of measures for introducing of scientific developments in manufacturing have been implemented by approbation them on firms of Ukraine.