Технологические циклы молочного завода
1 Технологические циклы молочного завода
1.1 Законченный технологический цикл
Одним из главных направлений научно-технического прогресса на современном этапе является переход на малоотходные, безотходные и ресурсосберегающие технологии, предусматривающие полное и комплексное использование сырья, экономию трудовых, энергетических и материально-технических ресурсов. Особенно важное значение это имеет для молочной промышленности, связанной с переработкой сельскохозяйственного сырья.
Под безотходной технологией понимается идеальная модель производства, работающая без отходов. На практике полностью исключить воздействие промышленности на окружающую среду в большинстве случаев пока не представляется возможным, поэтому применяется также термин «малоотходная технология». Но с развитием техники будет происходить все большее приближение процессов и производства к безотходным.
Существует два основных пути создания такого рода технологии: уменьшение количества отходов при производстве продукции; предупреждение их появления и использование отходов в качестве вторичного сырья.
На данном этапе развития техники и технологи уменьшить количество потерь и отходов позволяет анализ законченного технологического цикла молочного завода, под которым понимается совокупность всех технологических операций основного и вспомогательного производств по превращению сырья и материалов в продукцию основную и побочную, необходимую народному хозяйству.
Под основными продуктами принято понимать те продукты, для получения которых создано данное производство (сыр, масло, цельномолочные и кисломолочные продукты, молочные консервы и др.).
В процессе производства основных продуктов образуются вторичные материальные ресурсы (или вторичное сырье). Это отходы основного производства, остающиеся после использования сырья и вспомогательных материалов для получения основных продуктов, которые можно использовать в качестве сырья или дополнительной продукции. Из вторичного сырья могут вырабатываться побочные продукты.
Рекомендуемые материалы
Побочными продуктами производства считаются такие продукты, которые образуются в результате физико-химической и биологической переработки сырья наряду с основной продукцией, но не являются главной целью данного производственного процесса, их можно использовать в качестве готовой продукции (молочный сахар, заменители цельного молока, сывороточные концентраты, кормовые добавки и др.). На практике не всегда можно четко отнести конкретный продукт к основному или побочному.
Кроме того, в процессе производства основных и побочных продуктов образуются неизбежные технологические потери и отбросы.
Неизбежные технологические потери – безвозвратные потери производственных веществ, обусловленные спецификой технологии (испарение, усушка, распыление, угар и т.п.). Эти потери строго нормируются. Применение на практике различных технологических приемов и приспособлений, внедрение ряда рационализаторских предложений и изобретений позволяют значительно снизить эти потери.
Отбросы – это отходы основного и вспомогательного производств, которые на современном уровне науки и техники пока еще нельзя использовать в народном хозяйстве (различные неиспользуемые сточные воды, сбросовые шламмы, атмосферные выбросы и т.д.).
В настоящее время сделать предприятие молочной промышленности полностью безотходным пока не представляется возможным. Из-за недостаточного совершенства технологических процессов и оборудования, поточности производства, методов санитарной обработки оборудования имеются потери сырья (основного и вспомогательного), материалов и энергетических ресурсов. Размеры этих потерь достигают значительных величин.
Например, на городском молочном заводе мощностью 150 т в смену потери молока составляют почти 6 т в сутки (при двухсменной работе), или почти 2 тыс. т в год. Если рассмотреть технологическую схему современного сыродельного завода, на котором всю молочную сыворотку предусмотрено перерабатывать на молочный сахар, то такое предприятие также нельзя представлять как работающее по безотходной технологии. Из-за несовершенства оборудования и технологи образуются значительные количества неиспользованных отходов. Прежде всего выход молочной сыворотки при производстве сыра установлен в количестве 80 % объема нормализованной смеси, т.е. уже в нормах заложены потери ее до 7 %. В дальнейшем при производстве молочного сахара нормированные технологические потери лактозы составляют 66 % к количеству ее в исходном сырье. Таким образом, в готовый продукт переходит лишь третья часть содержащегося в сыворотке молочного сахара.
Несмотря на большое количество научно-технических разработок, нацеленных на достаточно полное использование молочной сыворотки, проблему нельзя считать решенной. Полное использование молочной сыворотки для пищевых и кормовых целей не достигнуто даже в странах с развитой техникой переработки молока. Это в какой-то степени объясняется тем, что промышленная переработка молочной сыворотки на достаточно высоком техническом и технологическом уровнях имеет, как правило, более низкие показатели эффективности по сравнению с выработкой основных продуктов.
При решении вопроса о выборе наиболее перспективных направлений переработки молочной сыворотки с целью совершенствовать технологические процессы и оборудование и внедрить имеющиеся научные разработки в промышленность в качестве первого приближения можно воспользоваться упрощенной моделью многофакторного оценочного решения.
Многочисленные показатели, определяющие перспективность переработки и использования молочной сыворотки, можно объединить в следующие группы: назначение готовой продукции; затраты ресурсов энергии, материалов и рабочей силы; степень использования составных частей сыворотки; прибыль от реализации готовой продукции из сыворотки, качественная характеристика готовой продукции; доступность внедрения; капитальные затраты.
Для перечисленных укрупненных показателей предлагается установить следующие значения коэффициента весомости (табл.).
Таблица
| Показатель | Коэффициент весомости | |
| обозначение | значение | |
| Назначение готовой продукции | м1 | 0,9-1,0 |
| Затраты на вспомогательные материалы, энергию и рабочую силу в себестоимости | м2 | 0,8-1,0 |
| Степень использования сухих веществ в сыворотке | м3 | 0,6-0,8 |
| Прибыль от реализации готовой продукции из сыворотки | м4 | 0,6-0,8 |
| Качественная характеристика готовой продукции | м5 | 0,5-0,7 |
| Доступность внедрения | м6 | 0,5-0,7 |
| Капитальные затраты (включая очистные сооружения) | м7 | 0,5-0,7 |
Степень использования сухих веществ сыворотки представляет собой отношение количества компонентов сыворотки в единице готовой продукции к количеству сухих веществ в сыворотке, израсходованной на производство единицы готовой продукции. В зависимости от обстоятельств укрупненные показатели могут детализироваться в той или иной степени. Использование составных частей перерабатываемой молочной сыворотки может оцениваться также по отдельным макро- и микрокомпонентам. Ниже приводятся примерные значения коэффициентов весомости для такой оценки.
Сывороточные белки .0,8
Углеводы
Всего 0,6-0,7
В том числе
лактоза 0,7
олигосахариды 0,6
Жиры 0,6
Минеральные компоненты
Всего 0,6-0,8
В том числе
биометаллы 0,8
прочие 0,6
Ферменты, витамины и др. биологически
активные вещества 0,6-0,8
Биологическая вода 0,6
Так же, целесообразно ввести дополнительно коэффициенты весомости, характеризующие влияние местных условий, сложившихся в зоне функционирования завода, а также уменьшение загрязненности сточных вод при переработке молочной сыворотки и, таким образом, оценивающие благотворные влияния на состояние окружающей среды.
Предприятия молочной промышленности являются потребителями большого количества чистой воды для нужд производства. Сточные воды этих предприятий существенно загрязнены, особенно органическими соединениями, а также являются основными отходами действующих предприятий. Концентрация органических веществ в сточных водах в основном обусловлена потерями сырья и молочной продукции при производстве (молоко, кефир, творожная масса, сыворотка и т.п.). Сточные воды после мойки оборудования и помещений содержат значительное количество органических загрязнителей и относятся к производственным загрязненным сточным водам, которые должны подвергаться очистке. При сбросе 1 м3 неочищенной сточной воды загрязняется 40-60 м3 природной воды.
Таблица - Характеристика сточных вод производств молочной промышленности
| Показатель | Городские молочные заводы | Заводы сухого и сгущенного молока | Сыродельные заводы |
| Взвешенные вещества, мг/л | 350 | 350 | 600 |
| Азот общий, мг/л | 60 | 50 | 90 |
| Фосфор, мг/л | 8 | 7 | 16 |
| Жиры, мм/л | до 100 | до 100 | до 100 |
| Хлориды, мг/л | 150 | 150 | 200 |
| БПКполн, мг/л | 1200 | 1000 | 2400 |
| Кислотность, рН | 6,5-8,5 | 6,8-7,4 | 6,2-7 |
Примечание: Характеристику сточных вод маслодельных заводов и производства заменителя цельного молока ориентировочно допускается принимать по данным заводов сгущенного и сухого молока, а производства казеина и сметанно-творожных продуктов – по данным сыродельных заводов. Концентрация жиров в сточных водах цехов, выпускающих высокожирную продукцию (масло, сливки, сметану), составляет 200-400 мг/л.
Уровень потерь сырья со сточными водами (в кг О2/м3) при выполнении некоторых процессов и операций молочной промышленности приведены ниже:
Приемка молока, мойка фляг, оборудования
приемного отделения 0,26
Охлаждение сырого молока, хранение, мойка
емкостей и трубопроводных линий 0,19
Мойка цистерн 0,25
Сепарирование молока, хранение обезжиренного
молока и сливок, пастеризация сливок 0,66
Пастеризация молока и хранение 0,29
Выпаривание молока и распылительная сушка 0,74
Сушка молока на барабанных (вальцовых) сушилках 0,53
Розлив пастеризованного молока в стеклянные бутылки 0,11
Мойка бутылок 0,23
Пастеризация молока, хранение, розлив в бутылки, мойка бутылок 0,85
Сбивание и промывание масла 0,46
Производство твердых сыров 0,89
Сгущение свежей сыворотки (до низкого содержания сухих веществ) 0,25
Конденсат 0,25
Мойка оборудования 0,75
Для защиты водоемов от загрязнения сточными водами промышленных предприятий применяют комплекс мероприятий, важнейшими из которых являются следующие:
- мероприятия по снижению потерь и попадания продуктов и полуфабрикатов в сточные воды (несовершенство технологии или применяемого оборудования, длительная эксплуатация оборудования без профилактических осмотров и ремонта, несоблюдение технологического регламента и небрежная эксплуатация оборудования, изменение условий подготовки сырья или качества сырья, выпуск новой продукции без необходимой реконструкции старого оборудования, недостаточная механизация и автоматизация производственных процессов, периодичность технологического процесса, несоответствие оборудования условиям происходящих физико-химических процессов и т.п.);
- рациональное использование воды на предприятиях;
- очистка сточных вод с извлечением и использование полезных веществ;
Ополоски, получаемые после мойки технологического оборудования на молочных предприятиях (первые смывные воды), представляют собой один из видов отходов, которые в настоящее время или практически не утилизируются, или в отдельных случаях ограниченно используются. Ополоски содержат 1-4% сухих веществ, в том числе до 1% жира и белка. Рекомендуется собирать ополоски со следующего оборудования и емкостей, используемых в производстве молочной продукции: автомобильные и железнодорожные цистерны, емкости для хранения молока и молочных продуктов, трубопроводы цельного и обезжиренного молока, кисломолочных напитков, сливок и сметаны, пастеризаторы и охладители, оборудование цехов сгущения, сушки и других специфических цехов.
Экспериментальные исследования позволили установить взаимосвязь между количеством смывной воды и содержанием в ней жира на примере емкостей различной вместимости для хранения молока. В таблице показано, какое количество ополосков можно собрать из оборудования молочных предприятий
Таблица
| Оборудование | Молоко цельное обезжиренное | Кисломолочные продукты | Высокожирные продукты | ||
| Количество первых ополосков, кг на 1 т продукта | |||||
| Емкости для хранения сырья и продукции | 4-6 | 8-12 | 10-15 | ||
| Трубопроводы | 2,5-3* | 10-12* | 14-17* | ||
| Пастеризаторы | 10 | — | 35-50 | ||
| Гомогенизаторы | 2,0 | — | 16 | ||
| Автоцистерны | 6-8 | — | — | ||
| Фасовочное оборудование | 0,8-130** | 120-180** | 120-220** | ||
| Количество загрязнений, поступающих в сточные воды с ополосками (ХПК), кг/т | |||||
| Емкости для хранения сырья и продукции | 0,05-0,1 | 0,15-0,3 | 0,2-0,5 | ||
| Трубопроводы | 1,0-2,1* | 1,4-1,7* | 5-12* | ||
| Пастеризаторы | 0,15-0,2 | — | 0,8-2,2 | ||
| Гомогенизаторы | 0,03 | — | 0,12 | ||
| Автоцистерны | 0,2-0,4 | — | — | ||
| Фасовочное оборудование | 0,85-2,50** | 1,5-6,0** | 2,0-10,0** | ||
* Приведенные средние значения соответствуют количеству смывных вод, необходимых для ополаскивания 1 м трубопроводов диаметром 50 мм.
** Количество первых смывных вод, образующихся при ополаскивании различных фасовочных линий (на одну мойку).
Суммарное количество ополосков, образующихся на конкретном заводе, зависит главным образом от его мощности и ассортимента продукции. В качестве примера приводим результаты расчета количества ополосков (в кг/сут) по различным технологическим процессам для молочного завода мощностью по переработке молока 150 т в смену.
Автоцистерны 800
Емкости для хранения сырого пастеризованного
и обезжиренного молока 4500
Емкости для кисломолочной продукции (напитки,
сметана, творог, творожные изделия) 3500
Трубопроводы 2000
Пастеризаторы 2000
Фасовочное оборудование 2200
Итого 15000
Экономический эффект на молочном заводе мощностью 150 т в смену от использования ополосков на выработку топленого масла и белкового концентрата, а также от уменьшения расходов на очистку сточных вод составит в год около 150 тыс. руб.
Сбор и утилизация ополосков экономически целесообразны с точки зрения возможности получения дополнительного количества продуктов кормового или пищевого назначения. Так, на городском молочном заводе мощностью 150 т молока в смену при уровне потерь 2 % (в пересчете на молоко) в сточные воды попадает около 3 т молока в сутки, или почти 1 тыс. т в год. Около половины этого количества составляют смывные воды технологического оборудования и транспортных емкостей. Если сбор и утилизацию ополосков организовать на должном уровне, то необходимость в строительстве локальных очистных сооружений перед сбросом сточных вод в городскую канализацию в некоторых случаях может отпасть.
За рубежом ополоски сгущают в вакуум-выпарных аппаратах (до 50% сухих веществ) и направляют на кормовые цели. Сгущенный продукт предварительно сушат в распылительных сушилках.
В сточные воды предприятий молочной промышленности попадают такие ценные компоненты, как молочные белки и жир. Решение вопросов об очистке вод и извлечении белково-жирового комплекса имеет большое народнохозяйственное и экономическое значение. Извлеченные компоненты после соответствующей обработки можно использовать в качестве ценных добавок, а также при производстве технических продуктов (мыло, технические смазочные материалы и др.). Так, в Болгарии разработана установка для первичной очистки сточных вод на основе применения метода электрофлотокоагуляции в сочетании с реагентной коагуляцией. Обработка сточных вод позволяет достигнуть высокой степени их очистки, при которой получается осадок, богатый белком и жиром. Первичная очистка сточных вод позволяет снизить биологическую потребность в кислороде с 2284 до 28,6 мг О2/дм3, сбрасывать их в городские канализационные сети без нарушения режима работы городской очистной станции. Кроме того, при этом не теряются ценные белково-жировые компоненты.
Химический анализ осадка, полученного при первичной очистке, приведен в таблице.
Таблица
| Номер опыта | Массовая доля, % | ||||||||
| влаги | жиров | общего азота | сырого протеина | золы | железа | алюминия | |||
| 1 | 51,10 | 40,60 | 3,38 | 21,13 | 2,43 | 0,93 | 1,12 | ||
| 2 | 61,77 | 38,82 | 2,59 | 16,22 | 2,29 | 0,86 | 1,30 | ||
| 3 | 57,55 | 36,12 | 1,84 | 11,51 | 1,87 | 0,79 | 0,94 | ||
| 4 | 57,38 | 39,24 | 2,02 | 12,56 | 2,18 | 0,82 | 1,25 | ||
Опыты показали, что влажность полученного осадка легко снизить до 21,5 % центрифугированием, затем его можно подвергать сушке.
Определенное количество воды и моющих средств (каустическая сода, азотная кислота) теряется с отработавшими моющими растворами при санитарной обработке вакуум-выпарных установок. Большой интерес имеет повторное использование этих растворов для мойки оборудования. На некоторых молочно-консервных комбинатах в целях экономии моющих средств рабочие растворы используют 2-3 раза, но с точки зрения санитарии и гигиены это считается недопустимым, т.к. они сильно загрязнены белковыми и жировыми веществами и могут явиться причиной вторичного бактериального обсеменения молочного оборудования. Наблюдения показали, что очистка малозагрязненных моющих растворов методом отстоя малоэффективна и неприемлема, т.к. процесс проходит очень медленно и не во всех случаях достигается необходимый эффект очистки, а степень загрязнения моющих растворов непостоянна. Для экономии моющих средств признано целесообразным в системе мойки предусмотреть узел центробежной очистки отработавших моющих растворов в целях их повторного использования.
Предприятия молочной промышленности являются источниками различных выбросов в атмосферу, которые можно подразделить следующим образом:
- выбросы, образующиеся при производстве энергии и в результате использования транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания;
- выбросы, сопутствующие основным технологическим процессам;
- выбросы, вспомогательных цехов и производств.
Основными источниками загрязнений воздушного бассейна в молочной промышленности являются производство сухого молока и молочных продуктов (сушильные установки, огневые калориферы); жестяно-баночное производство (лужение, лакировка, травление, пайка); производство казеина (дробилки, казеиносушилки); мойка тары и оборудования; производство мороженого (печь для выпечки вафель); сыродельное производство (парафинеры, коптилки колбасного сыра) и др.
Количество веществ, выбрасываемых в атмосферу и загрязняющих ее, можно сократить путем применения различного рода газо- и пылеулавливающих систем (циклонов, пылеосадительных камер, рукавных фильтров, абсорберов).
Некоторые рекомендации по методам очистки вентиляционных выбросов и технологических газов для предприятий молочной промышленности приведены в таблице.
Таблица
| Цех, производство | Краткая характеристика выбросов | Рекомендуемые методы и аппараты очистки |
| Отделения коптильные | Дымовые газы, содержащие сажу, неприятно пахнущие вещества | Рукавные фильтры (от сажи) Каталитический дожиг |
| Котельные | Зола | Циклоны |
| Производство сухого молока и молочных продуктов | Пыль сухих продуктов | Циклоны, рукавные фильтры, скрубберы «Вентури» |
| Производство казеина | Пыль казеина | Рукавичные фильтры |
| Ремонтно-механический цех | Пыль металлическая и абразивная | Циклон |
| Жестяно-баночный цех | Пыль металлическая | Циклоны |
В настоящее время для очистки отработавшего в распылительных сушилках воздуха применяются в основном циклоны. Однако эффективность очистки в них не достигает 100 % и в выбрасываемом воздухе остается некоторое количество продукта. Так, при сушке обезжиренного молока на сушилках производительностью 1000 кг испаренной влаги в час потери продукта с воздухом могут достичь 10-12 кг. Потери сухого молока на распылительных сушилках могут составлять 23 кг/ч, и отработавший воздух содержит 170-400 мг продукта в 1 м3. Общие потери продукта достигают 30-50 т в год на сушилке производительностью 1000 кг испаренной влаги в час. При существующем объеме производства сухих молочных продуктов подобные потери могут составлять 3-5 тыс. т в год.
Учитывая это, а также изучив зарубежный опыт, испытана установка, представляющая собой мокрый скруббер. Принцип действия установки заключается в следующем. Воздух из циклонов поступает в скруббер, где смешивается с молоком, распыливаемым под давлением 0,3-0,4 Мпа через 12 механических форсунок. Перемешиваясь с воздухом капли молока захватывают частицы молочного порошка и под действием центробежной силы отбрасываются на стенки, по которым стекают в нижнюю часть скруббера, откуда центробежным насосом через пеноотделитель поступают на дальнейшую переработку в вакуум-выпарной аппарат.
Результаты испытания скруббера показали, что наряду с высокой степенью очистки (со 170-220 до 15-25 мг в 1 м3 воздуха) скруббер позволяет рекупирировать теплоту отходящего из сушилки воздуха – его температура снижается с 75 до 50-56 °С. Достигается почти полная (до 98 %) очистка отработавшего воздуха. Высокая очистка отработавшего воздуха с помощью мокрого скруббера подтверждена также исследованиями и других организаций.
Изучение дисперсного состава молочного сахара в выбросах при его сушке и расчеты эффективности очистки отработавшего воздуха при сушке молочных продуктов показали целесообразность использования мокрых скрубберов, и в этом случае модернизация сушильной установки для сушки молочного сахара с заменой гидрофильтра циклоном позволила увеличить производительность установки до 4 % паспортной в результате улавливания мелких частиц молочного сахара, а также улучшить другие технико-экономические показатели ее работы.
Потери сырья можно уменьшить путем совершенствования технологических операций или выбора правильного направления использования образующихся вторичных (или сопутствующих) продуктов.
В целях эффективной очистки молока от бактерий при производстве молочных продуктов начали применять бактофугирование молока.
Суть его заключается в очистке молока на центробежных аппаратах.
Исследования показали, что при бактофугировании холодного (8-10 °С) молока из него было удалено 67,7 % бактерий, а нагретого до 43-45 °С молока – 85,8 %. Повторное бактофугирование позволило снизить количество бактерий в первом случае до 4,9 % количества бактерий в исходном молоке, а во втором – до 2 %. Лучший эффект дает бактофугирование в сочетании с тепловой обработкой. При бактофугировании молока, пастеризованного при 65-67 °С, эффективность очистки составила 99,26 %, а пастеризованного при 70-72°С – 99,97 %.
Вместе с тем выявлено, что при бактофугировании молока при температуре 8-10 °С массовая доля молочного жира снизилась на 0,1-0,2 %, при бактофугировании молока, нагретого до 43-45 °С, 65-67 °С и 70-72 °С, массовая доля молочного жира практически не изменилась. Массовая доля белков несколько уменьшилась (на 3,1-3,3 % при однократном и на 6,2-6,4 % при двукратном бактофугировании), а также кальция и фосфора (соответственно на 3,0-3,2 и 2,5-2,7 % при однократном и на 6,3-6,5 и 3,9-4,2 % при двукратном бактофугировании). Это происходит, по-видимому, вследствие отделения бактофугата в количестве 2-2,3 % исходного молока. Общая потеря сухих веществ при бактофугировании сырого молока составляет 0,39 %, а пастеризованного – 0,18 %. Кислотность молока снизилась на 1-2 °Т
В настоящее время одним из рациональных направления полного использования всех компонентов молочной сыворотки при производстве молочного сахара является переработка образующихся промежуточных продуктов (мелассы и альбуминного молока) в сывороточные кормовые концентраты.
Широкому внедрению малоотходных и безотходных, ресурсосберегающих технологий способствует то, что в последние годы при разработке типовых и групповых проектов сыродельных заводов различной мощности предусматривается полное использование вторичного сырья при производстве заменителей цельного молока, сухой и сгущенной сыворотки, молочного сахара и др.
1.2 Замкнутый технологический цикл
Одной из основных задач является полное и рациональное использование животноводческого сырья при минимальном загрязнении окружающей среды.
Важнейшие цели безотходной и малоотходной технологии и использовании отходов; максимальная и рациональная переработка сырья в полноценные продукты, сокращение потерь сырья в окружающую среду до уровня, при котором не происходят отрицательные изменения в этой среде, сбор отходов производства в качестве вторичного сырья и их переработка в полноценные полезные продукты, экономное использование энергетических ресурсов и воды, а также сбросного тепла.
Применительно к молочной промышленности работы по безотходной и малоотходной технологии и использованию отходов можно свести к следующим задачам:
- сокращение норм потерь сырья и продукции;
- комплексная утилизация и использование сырья молочной промышленности, в том числе вторичного.
Молочная промышленность является крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов и воды.
В связи с увеличением объемов и ростом энергоемкости производства потребность в тепловой и электрической энергии за последние годы возросла соответственно в 2,5 и 2,3 раза.
Нормы расхода воды на переработку 1 т молока или сливок в зависимости от типа и мощности предприятия приведены в таблице.
Таблица
| Производство | Среднегодовой расход воды на 1 т переработанного молока или сливок, м3 |
| 1 | 2 |
| Молокоприемные пункты и сепараторные отделения | ___ |
| Городские молочные заводы | 4,5-5,0 |
| Заводы сгущенных молочных продуктов | 5,0-5,5 |
| Заводы сухих молочных продуктов (цельного и обезжиренного молока, заменителей цельного молока), маслодельные заводы с цехами сушки | 4,5-5,0 |
| Молококонсервные комбинаты детских продуктов | 4,5-5,0 |
Продолжение таблицы
| 1 | 2 |
| Маслодельные заводы | 3,0 |
| Маслодельно-сыродельные заводы | 4,0-4,5 |
| Сыродельные заводы | 5,0-5,5 |
Таким образом, на 1 т переработанного сырья в молочной промышленности расходуется в среднем 5 м3 свежей питьевой воды. Техническая вода, как правило, не используется. Ее допускается использовать в системе оборотного водоснабжения, на наружную мойку машин, на полив территории. Эти расходы могут составить до 15 % расхода свежей воды.
В целях уменьшения расхода свежей воды на всех предприятиях молочной промышленности рекомендованы системы оборотного использования воды и повторного водоснабжения. Расход оборотной и последовательно использованной воды составляет в среднем 20-25 м3 на 1 т перерабатываемого сырья, что составляет более 80 % водопотребления. Все выпускаемые в водоемы сточные воды предприятий молочной промышленности подлежат предварительной очистке от загрязнений.
Системы оборотного использования воды могут быть едиными для всего промышленного предприятия или включать в себя отдельные циклы оборота воды для одного цеха или агрегата. Целесообразность применения того или иного варианта показывает технико-экономическое обоснование. Количество воды в системе оборотного использования воды поддерживается постоянным.
Вода подвергается охлаждению и очистке либо только охлаждению или очистке с дальнейшим использованием.
На молочных заводах образуются значительные количества малозагрязненных вод: от конденсаторов холодильных машин, пластинчатых теплообменников, вакуум-выпарных установок, сливкосозревательных ванн, охлаждаемых емкостей и резервуаров, заквасочников и др.
В системах повторного водоснабжения воду, использованную в одном производственном процессе или аппарате, направляют для повторного снабжения других производственных процессов или аппаратов без промежуточной обработки и охлаждения или с соответствующей промежуточной обработкой (очисткой) и охлаждением. После второго аппарата или процесса эту же воду передают для дальнейшего потребления либо сливают в канализацию. Число циклов использования воды обусловлено наличием соответствующих аппаратов или процессов и требованиями к степени чистоты воды.
Основными источниками условно чистой воды, пригодной для повторного использования, является вода, выходящая из секций охлаждения исправных пластинчатых теплообменников. Эту воду разрешено использовать повторно после подогрева не ниже 80 °С для мойки оборудования, ванн, цистерн и фляг, уборки производственных помещений, стирки производственной одежды (рис. 1).
Вода после пластинчатых
теплообменных установок
 |
Бойлерная (Т = 80 °С)
|
 | |||||||
 |  | ||||||
 | |||||||
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
Мойка
Оборудования емкостей ванн цистерн фляг посуды в
столовых
 |
Уборка
 |
Стирка
производственной
одежды В канализацию
Рис. 1 Схема системы повторного водоиспользования после пластинчатых теплообменников
Предприятия воду из пластинчатых теплообменников и двустенных емкостей собирают в специальные емкости и используют для нужд котельной, полива территории, пополнения системы оборотного использования воды, наружной мойки автомашин и др.
Значительные объемы условно чистой воды, пригодной для повторного использования, получаются при сборе ее в месте последнего ополаскивания бутылок, а также конденсата вторичных паров молока. Схема системы повторного водоиспользования по типовому проекту городского молочного завода показана на рисунке 2, а системы использования конденсата вторичных паров сыворотки – на рисунке 3.
В системах повторного водоиспользования обычно рекомендуется воду использовать по интегральной схеме.
При повторном использовании воды большое значение имеет контроль ее качества. Малозагрязненные воды (конденсат вакуум-выпарных аппаратов) содержат примеси основных компонентов молока (белки, жиры, углеводы), по количеству которых можно судить о степени загрязнения этих вод и возможности их использования в системе оборотного водоснабжения.
175 м3
Охладитель ООУМ Бутылкомоечная
30 м3 машина
145 м3
 |  |  |  | ||||
Ящикомоечная Добавка Полив Мойка
машина в оборотную территории автомашин
24 м3 систему 44 м3 25 м3
82 м3 В канализацию
Рис. 2. Схема системы повторного водоиспользования от последнего ополаскивания бутылок по типовому проекту городского молочного завода мощностью 6,5 т перерабатываемого молока в смену.
 |
Конденсат вторичных
паров 174 м3 в сутки
 | |||||||||||||
 | |||||||||||||
 |  | ||||||||||||
 | |  |
Централизованная Приездное Добавка в систему
мойка моечное водоснабжения оборудования отделение вакуум-аппаратов
21 м3 25 м3 84 м3
Наружный
обмыв машин
44 м3
Перелив в канализацию
Рис. 3. Схема использования конденсата вторичных паров сыворотки.
Имеются сведения, что ведущие фирмы зарубежных стран работают над созданием и внедрением технологических процессов и оборудования молочного производства, рассчитанного на минимальное потребление воды или на максимальное ее восстановление и рециркуляцию. В Великобритании разработана автоматизированная система повторного использования воды от бутылкомоечных машин, которая предусматривает очистку воды от жира, белков, углеводов, моющих средств. На предприятиях молочной промышленности ФРГ конденсат используется для питания паровых котлов. Количество конденсата контролируется специальным прибором. Автоматический контроль позволяет использовать до 90 % конденсата для питания паровых котлов и лишь 10 % конденсата сливать в канализацию.
Установлено, что экономическая эффективность систем оборотного использования воды и повторного водоснабжения зависит от себестоимости (тарифа) свежей воды, типов градирен, качества свежей воды, необходимости ее доочистки и др. Однако, как правило, эксплуатируемые системы всегда являются рентабельными и окупаются в течение 1-4 лет.
Наряду с экономией расхода воды важнейшими задачами промышленности являются повышение эффективности использования и всемерная экономия топливно-энергетических ресурсов.
Наиболее энергоемкими в молочной промышленности являются процессы сгущения, сушки, производство молочного сахар, заменителей цельного молока и др.
Экономии тепловой и электрической энергии на предприятиях молочной промышленности в настоящее время уделяется большое внимание. При разработке новых проектов заводов и цехов тепловые потери снижаются путем блокировки зданий, цехов и отдельных производств, а экономия тепловых и энергетических ресурсов достигается путем снижения расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, а также в тепловых сетях и котельных.
При разработке теплотехнической части проектов предусматриваются внедрение централизованных систем теплоснабжения с использованием для отопления и вентиляции перегретой воды температурой 150 °С закрытых систем сбора и возврата конденсата, а также совершенствование систем учета и нормирования тепловой энергии и топлива, централизованного и цехового учета расхода тепловой энергии (экономия тепловой энергии достигается до 10 %).
В электрической части проектов предусматриваются схемы, обеспечивающие максимальную загрузку силовых трансформаторов и электродвигателей и минимальные потери энергии в электрических сетях; поцеховой учет электроэнергии для контроля загрузки электродвигателей, используемых в установках.
В целях улучшения использования и экономии энергии при промышленной переработке молока проводятся исследования по следующим основным направлениям:
- совершенствование схем технологических процессов путем использования рациональных режимов тепловой обработки молока;
- разработка новых, менее энергоемких методов переработки молока и молочных продуктов, а также нового технологического оборудования с высоким тепловым КПД;
- повышение эффективности технологического оборудования вследствие интенсификации тепловых и тепломассообменных процессов;
- создание системы по использованию вторичных энергетических ресурсов в отрасли.
Резервами экономии энергии на предприятиях молочной промышленности являются экономное расходование горячей воды, понижение температур нагревания до минимально необходимого уровня, более эффективная изоляция трубопроводов, арматуры и оборудования, полная загрузка технологического оборудования и др.
Применением многоступенчатых аппаратов достигается экономия пара. Удельный расход пара на выпаривание 1 кг воды в многокорпусной установке обратно пропорционален числу корпусов. При замене однокорпусной установки двухкорпусной удельный расход пара сокращается на 50 %.
При изменении конструкции двухступенчатой установки с расходом пара 2 т/ч на черырехкорпусную экономия пара составляет не менее 950 кг/ч.
Средние данные об удельном расходе энергетических ресурсов в вакуум-выпарных установках, работающих по принципу «падающей пленки», приведены в таблице.
Таблица
| Производительность вакуум-аппарата, кг испаряемой влаги в час |
Число ступеней установки | Удельный расход на 1 кг испаряемой влаги | ||
| греющего пара (р=0,9 Мпа), кг | электроэнергии, кВт | |||
| 4000 | 3 | 0,304 | 0,0030 | |
| 5000 | 3 | 0,296 | 0,0026 | |
| 10000 | 4 | 0,209 | 0,0022 | |
| 20000 | 5 | 0,155 | 0,0017 | |
Вторичный пар, образующийся в определенном корпусе вакуум-выпарной установки, по теплосодержанию и температуре незначительно отличается от греющего пара, подводимого в камеру этого корпуса (табл.).
Таблица
Теплоноситель | Температура, °С | Теплосодержание, кДж/кг |
| Греющий пар | 75,0 | 2636 |
| Вторичный пар | 60,0 | 2608,3 |
Для того чтобы использовать вторичный пар в качестве греющего, применяют метод термокомпрессии, когда с помощью инжекции проводится сжатие вторичного пара и соответственно этому сжатию повышается его температура. При этом достигается экономия пара до 50 %.
В таблице приведены данные о работе выпарных установок с нисходящим движением жидкости термическим сжатием выпара.
Таблица
| Показатель | Пятиступенчатая установка со сжатием выпара в двух ступенях | Пятиступенчатая установка со сжатием выпара в трех ступенях | Шестиступенчатая установка со сжатием выпара в трех ступенях |
| Расход сырья (обезжиренное молоко), кг/ч | 12,500 | 12,500 | 12,500 |
| Выпаривание воды, кг/ч | 10,250 | 10,250 | 10,250 |
| Расход пара, кг/ч | 1,510 | 1,200 | 1,080 |
| Расход охлаждающей воды (26°С), м3/ч | 20 | 8 | 4 |
| Расход электроэнергии, кВт | 19 | 20 | 21 |
В некоторых конструкциях выпарных установок применяется механическая компрессия пара.
При выработке молочного сахара для сгущения сыворотки используется вакуум-аппараты в основном периодического действия различной производительности. В таких аппаратах можно перерабатывать горячую сыворотку. С сывороткой, нагретой до 80-90 °С, в вакуум-аппарат вводится дополнительная теплота, что позволяет повысить его производительность по испаряемой влаге на 10-15 %.
Экспериментально установлено, что концентрирование молочной сыворотки с применением мембранных методов до массовой доли сухих веществ 25-30 % более экономично по сравнению с методами выпаривания.
Эффективным является концентирование сыворотки методом обратного осмоса с последующим досгущение в вакуум-выпарных установках.
Сравнительный экономический анализ работы ультрафильтрационных установок для обезжиренного молока и творожной сыворотки показал их преимущества по сравнению с вакуум-выпарными аппаратами. Энергетические затраты (пар, холод, электроэнергия) достигают 55 % при вакуум-выпаривании, тогда как при обработке мембранными методами они составляют около 25 %.
Лекция "7. Культура как антропологический феномен" также может быть Вам полезна.
Важным резервом экономии тепловой энергии является использование конденсата вторичных паров. Известно, что в вакуум-выпарном аппарате производительностью 8000 кг испаряемой влаги в час с конденсатом вторичных паров и охлаждающей водой теряется до 4,1 Мкал тепловой энергии в час.
Незначительное содержание солей в конденсате и высокая его температура позволяют использовать конденсат для мойки вакуум-аппаратов и других теплообменных установок, а также для пополнения воды в градирнях.
Одним из способов получения дешевой тепловой энергии является использование теплового насоса. В настоящее время имеются тепловые насосы с коэффициентом трансформации 3-4.
В настоящее время утилизация тепловой энергии отработавшего воздуха в рекуператорах экономически целесообразна при его температуре не менее 80 °С. Наиболее эффективна система рекуперации типа «Воздух – воздух», обеспечивающая подогрев свежего воздуха от 25 до 55-65 °С (экономия тепловой энергии около 22 %). Общие капитальные затраты на рекуператор окупаются в течение 2-2,5 лет, экономия тепловой энергии в год в пересчете на условное топливо в сушилке достигает более 200 т, а экономический эффект на один рекуператор составляет около 8 тыс. руб. в год. Для экономии тепловой энергии и воды во время мойки используют паровые разбрызгивающие устройства, скребковые устройства и пульверизаторы высокого давления.
Значительная часть электрической энергии на предприятиях молочной промышленности поступает на выработку холода. В связи с этим при проектировании необходимо предусматривать рациональные системы холодоснабжения. Одним из современных направлений является использование аккумуляторов холода «ледяной» воды, что дает возможность выровнять суточный график тепловых нагрузок, уменьшить проектную мощность холодильной установки на 30-40 % и, следовательно, снизить потери электроэнергии.
Экономию энергетических ресурсов можно достичь при использовании естественного холода в зимнее время и в первую очередь для поддержания расчетных температурных режимов в камерах хранения готовой продукции. Расчеты показали, что на городских молочных заводах мощностью 35 т в смену в районах, где более 30 дней в году температура наружного воздуха ниже -5 °С, использование естественного холода дает годовой экономический эффект около 15 тыс. руб.
