Текст книги "От амфоры до тетрапака"
Автор книги: Юрий Ковалёв
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 13 страниц)
V. ОХЛАЖДАТЬ ИЛИ НАГРЕВАТЬ?
Царь-девица говорит:
«Коль себя не пожалеешь,
Ты опять помолодеешь.
Слушай: завтра на заре
На широком на дворе
Должен челядь ты заставить
Три котла больших поставить
И костры под них сложить.
Первый надобно налить
До краев водой студеной,
А второй – водой вареной,
А последний – молоком,
Вскипятя его ключом».
П. П. Ершов. «Конек-горбунок»
Дальше, по сказке, лукавая невеста советует царю искупаться во всех трех котлах. Хитрый царь, опасаясь подвоха, прежде заставляет крестьянского сына Иванушку испробовать на себе столь сомнительную процедуру. И что же? Простоватый Иванушка превращается в такого пригожего добра молодца, «что ни в сказке не сказать, ни пером не написать».
Но и в самой обыденной действительности, как мы знаем, у молока немало замечательных свойств. Недаром еще древние называли его «соком жизни», «чудесной пищей», «источником здоровья». Того же мнения придерживаются и современные ученые, врачи, диетологи. Однако при всех очевидных достоинствах и молоко не без изъяна: уж очень быстро оно скисает. Создав «изумительную пищу», природа предназначила ее для немедленного, сиюминутного употребления, предоставив человеку позаботиться о сохранности «дарованного» продукта.
Люди издавна подметили, что кипячение или близкое к нему нагревание как бы «омолаживает» молоко, придает ему стойкость против скисания, порчи, позволяет дольше хранить. Видимо, неспроста автор «Конька-горбунка» наделил магическими свойствами именно кипящее ключом молоко. Но известно также, что и противоположный процесс – охлаждение – продлевает срок, в течение которого молоко не портится. Таким образом, термическая обработка, если обратиться к современной терминологии, благотворно влияет на сохранность пищевых продуктов.
Это явление, хорошо известное и широко используемое еще в глубокой древности, получило свое настоящее объяснение благодаря исследованиям великого французского ученого Луи Пастера. В начале второй половины прошлого века Луи Пастер занимался изучением микроорганизмов и вскоре пришел к выводу, что процессы брожения и гниения вызываются деятельностью микробов. Более того, он показал, что каждый вид брожения вызывается определенным возбудителем, установив тем самым понятие специфичности микроорганизмов. В 1857 году появилась первая из тех статей Пастера, посвященных этому вопросу, что составили эпоху в истории науки. Она была посвящена молочнокислому брожению. Спустя год последовало открытие сложных явлений при спиртовом брожении.
В период изучения природы брожения Пастер по просьбе французских виноделов занялся изучением «болезней вина», наносящих огромный хозяйственный ущерб. Ученый установил, что причиной порчи продукции являются опять-таки специфические микробы, нарушающие нормальный процесс брожения, и разработал действенный способ борьбы с этими мельчайшими организмами, обнаружив, что нагревание вина до 60 градусов обусловливает их гибель и обеспечивает длительный срок хранения в закрытых сосудах, куда не попадала бы микрофлора из воздуха.
Рис. 23. Диаграмма зависимости эффекта пастеризации молока от температуры процесса и длительности теплового воздействия.
Так был введен в практику метод предохранения продуктов от порчи, названный в честь исследователя пастеризацией. В общем смысле этот процесс может быть определен как «тепловая обработка, которая обеспечивает уничтожение нежелательных микроорганизмов и при этом не ухудшает потребительной ценности продукта». Эффект пастеризации зависит не только от температуры нагревания, но и от времени, в течение которого продукты выдерживают при данной температуре. Следовательно, подавление патогенных микроорганизмов в молоке возможно при различных комбинациях температуры и длительности ее действия (рис. 23).
Предложение о необходимости пастеризации молока вызывало в свое время весьма ожесточенные споры. Однако несомненный положительный эффект подобной обработки говорил сам за себя. Поэтому уже с 80-х годов прошлого века этот метод повышения стойкости молока при его хранении стал постепенно распространяться в крупнейших развитых странах мира. И сейчас пастеризация в обязательном порядке применяется в большинстве государств.
Пастеризация должна гарантировать уничтожение в молоке не менее 99,8—99,9 процента микробов. Если оно повторно не обсеменяется бактериями и содержится при достаточно низкой (2—4 градуса) температуре, то по сравнению с сырым может храниться более чем вдвое дольше.
Для полного же уничтожения всех видов микрофлоры молока применяют другой вид тепловой обработки – стерилизацию (от латинского sterilis – бесплодный). Нагрев до 140 (а иногда и выше) градусов надежно подавляет жизнедеятельность микробов и их спор. Однако столь высокие температуры в сочетании с их продолжительным действием разрушают ряд компонентов молока, определяющих его вкусовые и питательные свойства.
При нагревании в режиме пастеризации физикохимические свойства молока претерпевают лишь отдельные изменения, которые приводят к очень незначительному понижению его питательности. Но вот повторная и тем более последующие пастеризации сказываются на качестве продукта куда сильнее, вызывая разрушение витаминов, преобразование солей, выпадение осадка. Поэтому, заботясь о максимальном сохранении питательной ценности молока, следует добиваться такой организации производства, чтобы молоко до поступления к потребителю подвергалось пастеризации лишь один раз.
По советскому ветеринарному законодательству, молоко и молочные продукты, продаваемые населению, должны быть в обязательном порядке обеззаражены, то есть подвергнуты пастеризации на предприятиях молочной промышленности. А вот на животноводческих фермах, чтобы избежать здесь предварительной пастеризации, молоко подвергают первичной обработке – очистке и охлаждению.
Для чего же свежевыдоенное молоко охлаждают? Попросту говоря – чтобы не скисало, прежде чем попадет на завод. Ведь портится оно главным образом в результате деятельности микроорганизмов, для которых оказывается прекрасной питательной средой. Микробы содержатся уже в парном молоке. Во время хранения и транспортировки число их резко возрастает. Так, при комнатной температуре количество всевозможных микробов увеличивается в течение суток в десятки тысяч раз. Для развития и размножения они используют молочный сахар, жир, белок.
Свежевыдоенное парное молоко содержит так называемые бактерицидные вещества (лактенины, лизоцимы, антитела и т. п.), в результате действия которых число микробов в начале хранения и транспортирования молока не только не увеличивается, но даже уменьшается. Природа этих веществ пока полностью не изучена. Обнаруженные еще в конце прошлого века, они до сих пор являются объектом пристального внимания ученых. К сожалению, бактерицидные вещества очень нестойки, и сохранить их можно только при быстром охлаждении молока после доения.
Период, когда в молоке под воздействием указанных веществ бактерии не размножаются, называется бактерицидной фазой. Ее продолжительность находится в очевидной зависимости от показателя бактериологической обсемененности, а также от скорости и температуры охлаждения молока. В парном и неохлажденном молоке бактерицидные свойства сохраняются в течение 2—3 часов. Чем чище свежевыдоенное молоко и ниже температура его хранения, тем дольше бактерицидная фаза. Так, при охлаждении свежевыдоенного неочищенного молока от 36 до 20—16 градусов длительность бактерицидной фазы увеличивается до 2,5—4 часов, а если молоко подвергнуть еще и очистке, то этот период увеличится вдвое. Охладив неочищенное молоко до 13—15 градусов, мы продлим бактерицидную фазу до 3—6 часов, а еще и очистив, до 6—9 часов.
Если же температуру понизить до 8—10 градусов, то неочищенное молоко можно хранить 6—9, а очищенное– 15—18 часов. Наилучших показателей удается достигнуть при охлаждении молока до 3—5 градусов: тогда неочищенное молоко хорошо сохраняется в течение 12—15 часов, а очищенное – даже более суток. Ну а замороженное, то есть превращенное в лед молоко, можно хранить очень долго, правда, при этом теряются некоторые его питательные качества.
Охлаждение молока как метод его хранения известно с давних времен. Скажем, уже в средние века в ряде стран Европы при молочных фермах стали делать специальные ледники. Это были погреба, в которые зимой свозили колотый лед, обкладывали его, чтобы не таял, опилками или сеном, а в теплое время года ставили сюда посуду с молоком или молочными продуктами. Кстати, такой ледник в «сарае с погребом» вблизи коровника устроил в своем имении в заокском селе Дворянинове Тульской губернии первый русский ученый-агроном Андрей Тимофеевич Болотов.
Как бы то ни было, а сохранение молока в свежем состоянии возможно более длительный срок – основная задача в борьбе за повышение качества молочных продуктов, особенно при массовом, промышленном их изготовлении. Этого необходимо добиваться, так как из поступающего на перерабатывающие предприятия молока с большим содержанием микроорганизмов и повышенной кислотностью нельзя получить высококачественные и стойкие при хранении продукты питания.
Итак, на вопрос, вынесенный в заглавие, следует ответить, что молоко еще на ферме нужно охлаждать, а затем на заводе нагревать (пастеризовать) и снова охлаждать, причем все виды термической обработки очень важно выполнять своевременно, в кратчайшие сроки.
Однако сделать это не так-то просто: ведь, скажем, на крупных животноводческих фермах промышленного типа ежесуточно надаивают по нескольку десятков тонн молока, а его поступление на перерабатывающие предприятия исчисляется уже сотнями тонн.
Для охлаждения и нагревания молока применяют теплообменные аппараты и установки фермского или производственного назначения самых различных конструкций и мощностей. В качестве тепло– или хладоно-сителей используют пар, горячую или холодную артезианскую воду, искусственный холод, получаемый в компрессорных установках, и т. д. А чтобы более понятно рассказать об устройстве и работе соответствующих технических средств, напомним краткие сведения по физическим основам теплообмена и теплопередачи, которые, впрочем, изучаются еще в школе.
Даже из повседневного опыта мы знаем, что тело (твердое, жидкое или газообразное) с высокой температурой всегда теряет тепло и охлаждается, а окружающие его тела, имеющие более низкую температуру, получая тепло, нагреваются. Следовательно, тепло может передаваться. Процесс передачи тепла от одного тела к другому или от одной его части к другой называется теплообменом. Заметим, что теплообмен всегда совершается в определенном направлении: от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкой температурой.
Теплообмен может осуществляться опосредствованно, через разделительный материал (стенку), или путем смешения теплоносителя и нагреваемого тела, как это происходит, например, в аппаратах для получения горячей воды – инжекторах, где воду нагревают, смешивая ее с паром. Пар, поступающий в инжектор, отдает свое тепло воде, конденсируется и смешивается с ней. Затем вся масса нагретой воды подается на циркуляцию в бойлер, выравнивается по температуре и далее направляется в секцию пастеризации теплообменного аппарата.
Теплообмен между двумя жидкими или газообразными средами, происходящий через разделяющую их стенку, называется теплопередачей. А поскольку применяемые для обработки молока теплообменники представляют собой аппараты, в которых молоко и тепло– или хладоноситель (пар, горячая или холодная вода, фреон и т. п.) обычно разделены металлической стенкой, принцип их действия основан на теплопередаче.
Процесс перехода тепла от более нагретой жидкой среды к менее нагретой через металлическую стенку теплообменного аппарата можно представить себе следующим образом. Тепло от горячей среды переходит к соприкасающейся с ней поверхности стенки, так как между ними существует разность температур. Далее тепло по металлу проникает на противоположную сторону стенки, поскольку и они находятся в разных температурных условиях (одна контактирует с горячей, а другая с холодной средой). Наконец, тепло передается от нагревающейся поверхности стенки к более холодной среде. Процесс продолжается, пока температуры всех элементов не выравняются.
На теплопередачу аппаратов, предназначенных для тепловой обработки молока, влияют: размеры и формы теплопередающих поверхностей, средняя разность температур теплоносителя и молока, скорости движения теплоносителя и молока, вязкость жидкостей, участвующих в теплообмене, теплопроводность металла и толщина стенок, толщина молочного пригара (осадка) и накипи (наслоений) на теплопередающих стенках.
При слоистом (ламинарном) движении теплообменных сред, которое возникает при больших вязкостях жидкости и невысоких скоростях потока, тепло передается через стенку значительно хуже, чем при вихревом (турбулентном) движении. Поэтому в теплообменных аппаратах стремятся создавать турбулентное движение молока и теплоносителя, что может быть достигнуто благодаря увеличению скорости движения жидкостей, применению перемешивающих рабочих органов, использованию волнистых и рифленых теплообменных поверхностей, способствующих образованию вихревых потоков.
Движение теплоносителя и молока в теплообменных аппаратах относительно друг друга может быть попутным (прямоток) или встречным (противоток) .
Анализ конкретных кривых изменения температур жидкостей для охладителей одинаковой производительности и при одних и тех же расходах молока и хладоносителя показывает, например, что в противоточной системе молоко, нагретое до 85 градусов, можно охладить водой с начальной температурой 10 градусов до 22 градусов, в то время как в прямоточной системе при тех же условиях его температура снижается только до 32 градусов. Это происходит потому, что при прямотоке продукт и теплоноситель поступают с одной стороны аппарата и движутся в одном направлении. Вначале теплообмен между жидкостями весьма интенсивен, затем разность температур между ними уменьшается, причем на первых порах резко, а потом медленнее. Следовательно, в такой системе эффективность теплообмена невелика.
При противотоке же продукт и теплоноситель поступают в аппарат с разных сторон и движутся навстречу друг другу. Температурный перепад здесь сначала несколько меньше, чем при прямотоке, но все же значительный. По мере продвижения жидкостей перепад температур становится гораздо большим по сравнению с ранее рассмотренной системой. Значит, запас холода (в нашем примере) и вообще тепла в противоточных устройствах используется значительно лучше, благодаря чему можно добиться необходимого эффекта с меньшей подачей теплоносителя. Поэтому в настоящее время для тепловой обработки молока на животноводческих фермах и предприятиях молочной промышленности выпускаются теплообменные аппараты только противоточного типа.
Основные конструктивные идеи и принципы, послужившие основой последующего развития и совершенствования пастеризационных аппаратов, сложились уже в прошлом столетии.
В 1827 году французский изобретатель Жервэ сделал аппарат для консервирования плодового сока (рис. 24, а). В этом аппарате сырой сок из верхней емкости можно направить с помощью соответствующего крана в трубчатый теплообменник-рекуператор, где сок отбирает тепло от уже нагретого продукта, затем проходит по змеевику, помещенному в водогрейном котле, и подвергается тепловой обработке при более высокой температуре, после чего опять попадает в рекуператор, но уже в охладительный тракт, отдавая часть тепла вновь поступающему продукту, и, наконец, поступает в нижний сборный резервуар. Если же открыть левый кран на верхней емкости, сок потечет в змеевик водогрейного котла, потом пройдет по наружному тракту трубчатого теплообменника и поступит прямо в нижний резервуар, минуя тракт рекуперации. Аппарат Жервэ послужил прототипом целого ряда трубчатых теплообменных аппаратов для пастеризации и охлаждения различных пищевых жидкостей, в том числе молока и его производных.
Рис. 24. Первые конструкции пастеризационных аппаратов: а – аппарат Жервэ – прототип трубчатых пастеризаторов: / – резервуар с сырым продуктом, 2 – термометр; 3 – водогрейный котел; 4 – трубчатый теплообменник-рекуператор; 5 – резервуар с пастеризованным продуктом; б – аппарат Пастера – прототип устройств для пастеризации в тонком слое: 1 – пастеризатор; 2 – рекуператор; 3 – топка; 4 – вода; 5 – дымоход; в – аппарат Россиньоля – прототип установок для длительной пастеризации: 1 – пастеризуемый продукт; 2—теплоноситель (вода); 3 – топка, 4 – термометр.
Знакомясь с работой этого простого аппарата, нетрудно понять, что рекуперацией тепла называют непрерывный процесс обратной его передачи от прежде нагретой, а теперь охлаждаемой среды к первичному продукту, поступающему на подогрев, с целью дополнительного использования (утилизации) тепла. Способ рекуперации (или регенерации) тепла нашел в дальнейшем самое широкое применение в разнообразных термических установках, в том числе и в аппаратах для тепловой обработки пищевых жидкостей. Предназначенные для утилизации тепла поверхностные теплообменники называют рекуператорами или, если они входят в целый теплообменный комплекс, секциями рекуперации (регенерации). В схеме теплообменного аппарата Луи Пастера (рис. 24, б) также осуществлялась рекуперация тепла.
Характерно, что с самого начала конструкторы теплообменных аппаратов избегали непосредственного нагревания продукта огнем. В качестве теплоносителя применялась вода. В лекции, прочитанной 11 ноября 1867 года в городе Орлеане, Луи Пастер одобрительно отозвался об аппарате для пастеризации вина конструкции местного виноторговца Луи Россиньоля (рис. 24, в). В его аппарате вино получало тепло через воду, находящуюся в полом дне, которое обогревалось огнем топки. В целом же рассмотренные выше конструкции представляют собой три разновидности теплообменных аппаратов, которые в дальнейшем получили широкое развитие.
Рис. 25. Емкостные пастеризационные аппараты:
а – паровой пастеризатор с вытеснительным барабаном. 1 – сменная вставка; 2 – воронка молокоприемника, 3 – поплавковый регулятор напора; 4 – труба подвода молока, 5 – сливная труба, 6 – патрубок подвода пара, 7 – труба переливная, 8 – кран; 9 – труба отвода молока, 10 – патрубок подвода пара в барабан; 11 – верхний сборник конденсата, 12 – винт; 13 – лопатка; 14 – паровая рубашка, 15 – труба слива конденсата, 16 – паровой клапан; 17 – воздушный клапан, 18 – ванна, 19 – капельные кольца; 20 – нижний сборник конденсата; 21 – сливной кран; б – ванна длительной пастеризации
Практическое использование принципов пастеризации применительно к молоку началось, как мы уже писали, не сразу после открытий Луи Пастера, но уже в 1882 году берлинцем Альбертом Феском была сделана заявка на конструкцию теплообменного аппарата для «консервирования молока теплом».
Первые теплообменные пастеризаторы молока серийного заводского изготовления представляли собой ванны или цистерны с двойными стенками (рис. 25, а), прототипом которых послужил аппарат Россиньоля. В межстенное пространство ванн подавалась горячая вода, нагревавшая через металлическую стенку молоко. Эти установки работали в режиме так называемой длительной пастеризации, когда молоко подогревалось до 63 градусов и так выдерживалось не менее получаса. Метод длительной пастеризации был выбран потому, что достаточно легко осуществим, предусматривает сравнительно низкие температуры, сопровождается, хотя и при медлительных темпах, исключительной устойчивостью процесса, дает возможность без особого труда ликвидировать отклонения от предписанного режима. Высокие температуры представлялись тогда опасными, медленный процесс казался более надежным, гарантирующим высокое качество продукции. Словом, метод длительной пастеризации неуклонно внедрялся в практику молочной промышленности.
Однако в начале нашего века наряду с установками для длительной тепловой обработки широкое распространение получили средства интенсивного типа: паровые пастеризаторы с мешалками или с вытеснительными барабанами (рис. 25, б). Такие аппараты долгое время применялись в цельномолочной промышленности, а в настоящее время они иногда используются при необходимости для пастеризации молока на отдельных животноводческих фермах.
Мы уже знаем, молоко надо не только нагревать, но и охлаждать, а для этого нужны свои методы и средства. Самые старые и простые в фермской практике, как отмечалось, – холодная проточная или со льдом вода, подвалы-ледники и т. п. С той же целью нередко используют ванны длительной пастеризации, в рубашку которых пускают холодную воду.
В конце прошлого века для охлаждения молока в потоке стали применять оросительные устройства. Сначала появились открытые плоские оросительные охладители Лоуренса (рис. 26, а). Они были изготовлены из двух медных, хорошо пролуженных с наружной поверхности гофрированных листов. Снизу в межстенное пространство подавалась под давлением холодная вода. Молоко наливали в верхний распределительный желоб, откуда оно сквозь мелкие отверстия в дне медленно стекало пленкой по гофрированным поверхностям, отдавая свое тепло через тонкие стенки движущейся противотоком холодной воде, и собиралось в нижнем приемном желобе. В более поздней конструкции Больда и Фогеля охладитель изготовлен не из волнообразных листов, а из горизонтальных трубок, расположенных одна под другой (рис. 26,6). При помощи перегородок в коллекторах концы трубок соединены попарно так, что образуется плоский змеевик, внутри которого перекрестным противотоком по отношению к молоку движется хладоноситель (вода или рассол).
Рис. 26. Оросительные охладители молока:
а и б – схемы движения молока и хладоносителя соответственно при параллельном и перекрестном противотоках, в – двухсекционный трубчатый охладитель: 1 – секция охлаждения проточной водой; 2 – секция охлаждения ледяной водой или рассолом, г – цилиндрический охладитель 1 – распределительная воронка; 2 – регулирующий кран, 3 – крышка, 4 – рифленая охлаждающая поверхность, 5 – патрубок для отвода воды, 6 – приемный желоб; 7 – патрубок для холодной воды, 8 – внутренний цилиндр; 9 – молокосливной патрубок.
На молочных фермах чаще применялись односекционные трубчатые оросительные охладители. Предприятия же молочной промышленности преимущественно оснащались двухсекционными трубчатыми оросительными охладителями (рис. 26, в). Их верхняя секция обычно омывалась водопроводной водой, а нижняя – рассолом или водой, охлаждаемой льдом или с помощью холодильной установки. Такая система была экономичнее и позволяла доводить молоко до температур, близких к нулю. Если же возвратиться к установкам фермского назначения, имеющим необходимую производительность, следует упомянуть предложенную Шмидтом конструкцию круглого оросительного охладителя (рис. 26, г), в котором молоко распределялось по винтовой рифленой поверхности.
В 30—40-х годах нашего века были созданы многосекционные (пакетные) оросительные охладители, объединяющие несколько плоских охладителей на одной станине и под общим кожухом. Это позволило увеличить поверхность охлаждения в аппарате и добиться большей компактности конструкции: при промывке каждая секция поворачивалась на шарнирах подобно листам книги.
Несколько позже во Всесоюзном институте сельскохозяйственного машиностроения (ВИСХОМ) под руководством 3. Я. Жука были разработаны очистительно-охладительные установки ОХМ-500 и ООМ-1000 фермского назначения, в которых применялись центробежные очистители и четырехсекционные пакетные охладители оросительного типа (рис. 27). С появлением доильных установок, оснащенных молокопроводом, их стали комплектовать закрытыми оросительными охладителями, в которых молоко охлаждается, не выходя из закрытой вакуумной системы. Такие охладители получили название вакуумных. Их разработка велась под руководством Ю. В. Краснокутского.
Глубокие теоретические обоснования тепловых и гидродинамических процессов, протекающих в пастеризаторах с мешалками и с вытеснительными барабанами, а также в оросительных охладителях и рекуператорах, принадлежат видному советскому ученому Г. А. Куку, который разработал теорию движения жидкости в этих аппаратах, что позволило в 40– 50-х годах существенно улучшить подобные установки.
Рис. 27. Технологическая схема первичной обработки молока с применением многосекционного створчатого охладителя СЮМ-1000:
1 – кран, 2 – молокоприемник; 3 – сепаратор-молокоочиститель, 4 – бак со льдом, 5 – водяной насос, 6 – молочная фляга, 7 – сливной патрубок, 8 – сборный желоб; 9 – охладительные секции; 10 – распределительный желоб
Однако с развитием молочной промышленности прежние средства уже не удовлетворяли возросшим требованиям производства. Аппараты для длительной обработки молока не способны обеспечить поточную технологию, без которой невозможно представить крупное перерабатывающее предприятие, а кроме того, они громоздки, требуют больших производственных площадей и соответствующих материальных затрат. Конечно, метод высокотемпературной кратковременной пастеризации позволил во многом преодолеть эти недостатки. Но применение паровых пастеризаторов с мешалками и вытеснительными барабанами и оросительных охладителей имело свои границы в повышении интенсификации и эффективности производства. В частности, это связано с невозможностью увеличения скоростей потока молока в оросительных охладителях до пределов перехода ламинарного движения в турбулентное, так как в противном случае происходит отрыв капель жидкости, обтекающей ребристую поверхность.
Кроме того, выяснилось, что обработка молока в мешалочных пастеризаторах заведомо сопряжена с изменениями качества продукта. К тому же следует отметить, что во всех описанных выше теплообменных аппаратах (ванны длительной пастеризации, паровые пастеризаторы с вытеснительными барабанами и мешалками, оросительные охладители и рекуператоры) молоко не защищено от соприкосновения с окружающей средой, а значит, в него из воздуха могут попадать посторонние частицы, микробы, да и сами процессы нагревания или охлаждения молока в контакте с воздухом, как показала практика, отрицательно отражаются на качестве продукта.
Дальнейшее совершенствование процессов пастеризации и охлаждения в молочном хозяйстве связано с созданием трубчатых и пластинчатых теплообменных аппаратов для высокотемпературной кратковременной тепловой обработки молока в потоке.
В 1926 году во французском специализированном журнале появилась статья изобретателя А. Стассано «О сохранении и оздоровлении молока», где предлагалось использование трубчатого пастеризационного аппарата. Спустя три года были проведены всесторонние испытания первых образцов, которые подтвердили высокие технологические и эксплуатационные характеристики устройств этого типа. Довольно быстро трубчатые паровые пастеризаторы получили всеобщее признание специалистов и практиков. И это понятно. Они рассчитаны на поточную технологию, достаточно производительны и свободны от многих недостатков, присущих аппаратам открытого типа. Все процессы тепловой обработки происходят в закрытых каналах без доступа воздуха. Теплообменивающиеся массы движутся в них под напором, со значительными скоростями, которые обеспечивают турбулентный режим, обуславливающий интенсивную теплопередачу (рис. 28).
На основе теплообменных аппаратов данного типа были разработаны автоматизированные трубчатые пастеризационные установки, в состав которых дополнительно входят насосы, инжектор, бойлеры, клапаны, терморегулятор, уравнительный молочный бак, пульт управления с приборами, трубопроводы и другое оборудование, благодаря чему удалось полностью автоматизировать процесс обработки молока.
Рис. 28. Трубчатая пастеризационная установка (устройство пастеризационного аппарата):
1 – патрубок для входа молока; 2 – внутренняя труба; 3 – соединительный калач; 4 – патрубок для выхода молока; 5 – патрубок для входа теплоносителя, 6 – наружная труба.
Но и трубчатые теплообменные аппараты оказались не лишенными отдельных недостатков. Один из них, весьма осложняющий эксплуатацию, заключается в том, что трубчатую систему очень трудно прочистить, да к тому же со стороны торцов необходимо значительное свободное пространство, чтобы при очистке пользоваться длинными ершами. Поэтому одновременно с улучшением трубчатых аппаратов велись работы и по созданию теплообменников других типов.
Стремление интенсифицировать процессы конвективного теплообмена, повысить технологические, эксплуатационные и экономические показатели аппаратов привело к созданию, последовательному совершенствованию и широкому внедрению в практику теплообменных аппаратов пластинчатого типа. Их отличительная особенность – разборная конструкция, позволяющая быстро и качественно проводить чистку аппарата и другие операции технического обслуживания. Но изготовление таких установок потребовало применения многих новых конструктивных материалов, в том числе специальной резины для прокладок – одного из важнейших элементов пластинчатых теплообменных аппаратов.
Первые же сведения о принципах устройства пластинчатых аппаратов для нагревания и охлаждения жидкостей в тонком слое относятся к концу XIX века (предложения Драхе, Брейтвиша, Мальвизина). В 1917 году Гаррисон сконструировал теплообменную пластину с четырьмя угловыми отверстиями и зигзагообразными каналами с обеих сторон.
Рис. 29. Теплообменная пластина аппарата Зелигмана.
Но широкое практическое применение разборных пластинчатых аппаратов началось только с 1923 года, после существенных усовершенствований, предложенных Зелигманом, который использовал в конструкции пластинчатого теплообменника принцип устройства фильтр-пресса. В таком аппарате имеются теплообменные пластины двух видов (рис. 29): толстые бронзовые с фрезерованными каналами с обеих сторон и тонкие медные. По контуру пластины сделана канавка для резиновой прокладки, охватывающей всю рабочую поверхность и угловые отверстия. В сборе толстые и тонкие пластины расположены строго поочередно и установлены в вертикальном положении на станине, состоящей из двух горизонтальных направляющих и двух стоек. Весь набор пластин плотно сжат при помощи винтового зажимного механизма. Позже Зелигман и Фельдмейер предложили теплообменные пластины удлиненной формы, штампованные из тонколистовой волнистой нержавеющей стали. В дальнейшем пластинчатые теплообменные аппараты конструировались уже на базе подобных пластин различного профиля.
