Установка для раскисления молока

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к устройствам для раскисления молока, может быть использовано на предприятиях молочной промышленности, например, на молочных фермах и содержит как минимум одну диафрагменную электрохимическую ячейку, выполненную вертикальной, цилиндрической, с цилиндрическим анодом и стержневым катодом, установленными коаксиально, диафрагма выполнена ульрафильтрационной из керамики на основе оксида циркония и установлена таким образом, что соотношение объемов анодной и катодной камер составляет 0,7 - 0,8, приспособления для ввода и вывода молока и электролита в камерах выполнены в виде штуцеров, расположенных соответственно в нижней и верхней частях камер и соединенных с линиями подачи и отвода воды и молока, установка дополнительно содержит емкость для солевого раствора, дозатор, установленный на линии подачи воды и соединенный с емкостью для солевого раствора, регуляторы расхода, установленные на линии подачи молока и на линии подачи воды перед дозатором, и соединительный трубопровод с вентилем, соединяющий линию подачи воды между дозатором и электролизером и линию подачи молока между регулятором расхода и электролизером, а выпрямитель тока выполнен в виде двухполупериодного однофазного полупроводникового моста с ограничителем тока в виде бумажного конденсатора и подводящие и отводящие линии снабжены токосъемниками, выполненными в виде заземленных отрезков титановой трубы длиной не менее трех ее внутренних диаметров и расположенных на расстоянии L от электролизера, определяемом по формуле L = 100 d, где d - внутренний диаметр шлангов. Использование установки позволяет при упрощении процесса значительно снизить энергозатраты, повысить производительность и качество обработанного молока, получить одновременно дезинфицирующий раствор, который может найти широкое применение в технологии молочного производства. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к устройству для раскисления молока, и может быть использовано на предприятиях молочной промышленности, например, на молочных фермах.

Известно проведение раскисления молока с использованием раскисляющих агентов, в частности, щелочей и их аналогов, например, аммиака (см. авт. св. СССР N 1508145, А 23 С 7/00) или раствор соды (см. Временная технологическая инструкция N 1-15-6308, утвержденная Министерством промышленности мясных и молочных продуктов 02.09.84) с использованием емкостей и мешалок.

Недостатком известного решения является применение химических реагентов, что приводит к изменению состава молока, возможному изменению его вкусовых качеств и ограничению в возможностях дальнейшего использования раскисленного молока.

Возможно регулирование кислотных свойств молока путем обработки его ионообменными смолами (см. авт. св. СССР N 340392, А 23 С 7/00, 1970).

К недостаткам известного решения, помимо низкой регулирующей способности (в пределах 2-4Т), следует отнести большой расход ионитов, значительные затраты времени и средств на них регенерацию, низкую производительность ионообменных аппаратов.

Указанных недостатков лишен электрохимический способ раскисления молока, включающий его обработку в катодной камере диафрагменного электролизера при интенсивном перемешивании. В анодную камеру заливается слабый электролит-слабоминерализованная, например, водопроводная вода. Обработку ведут при силе тока 3-4 А, напряжении 50-90 В, в течение 1,5-10,5 мин. Обработанное молоко имеет рН 6,4-6,6 и окислительно-восстановительный потенциал минус 575-580 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения (см. В.М. Бахир. Электрохимическая активация. Часть II. М. 1992, с. 196-199) По данному способу можно проводить раскисление сырого или пастеризованного молока с исходной кислотностью до 50 Т. Раскисленное молоко имеет кислотность 16-18 Т, выдерживает пастеризацию и кипячение, а также может быть использовано для получения кисломолочных продуктов.

Раскисление молока осуществляют в диафрагменном электролизере (ЭЛХА-046), имеющем прямоугольный корпус из оргстекла, разделенный брезентовой диафрагмой на катодную и анодную камеру, с использованием графитовых анода и катода, подключенных к источнику постоянного тока, содержащего выпрямительное устройство. Электродные камеры выполнены открытыми, обеспечивающими возможность перемешивания в катодной камере. Указанная установка выбрана в качестве прототипа.

Недостатками известной установки являются сравнительная сложность, высокие энергозатраты на обработку и сравнительно большая длительность процесса (1,5-10,5 мин), что создает возможность попадания продуктов электродных реакций из анодной камеры в катодную и снижает надежность процесса. Кроме того, в известном решении не регулируются свойства электролита, протекающего через анодную камеру, и он не может использоваться ни при эксплуатации устройства, ни в технологическом цикле производства. Промывка и дезинфекция известного устройства осуществляется с помощью специально приготовленных реагентов.

Целью изобретения является упрощение устройства, повышение его эксплуатационных характеристик, ускорение процесса, повышение качества обработанного молока и обеспечение возможности одновременного получения дезинфицирующего раствора для стерилизации и дезинфекции производственных помещений и оборудования.

Цель достигается тем, что раскисление молока ведут в установке, содержащей как минимум одну диафрагменную электрохимическую ячейку с нерастворимыми электродами, разделенными диафрагмой на анодную и катодную камеры, источник тока с выпрямительным устройством, приспособления для подачи и отвода молока в катодную и подачи и отвода воды в анодную камеру, причем диафрагменная ячейка выполнена вертикальной, цилиндрической, с цилиндрическим анодом и стержневым катодом, установленным коаксиально, диафрагма выполнена ультрафильтрационной из керамики на основе оксида циркония и установлена таким образом, что соотношение объемов камер стержневого и цилиндрического электродов составляет 0,7-0,8, приспособления для ввода и вывода молока и электролита в камерах выполнены в виде штуцеров, расположенных соответственно в нижней и верхней частях камер и соединенных с линиями подачи и отвода воды и молока. Установка дополнительно содержит емкость для солевого раствора, дозатор, установленный на линии подачи воды и соединенный с емкостью для солевого раствора, что позволяет подавать в анодную камеру раствор хлорида натрия концентрацией 1-2 г/л. Установка также содержит регуляторы расхода, установленные на линии подачи молока и на линии подачи воды перед дозатором, и соединительный трубопровод с вентилем, соединяющий линию подачи воды между дозатором и электролизером и линию подачи молока между регулятором расхода и электролизером.

Линии подачи и отвода воды и молока могут быть выполнены из поливинилхлоридных шлангов.

Для питания установки предпочтительно использовать источник постоянного тока, имеющий разделяющий трансформатор. При отсутствии разделяющих трансформаторов выпрямительное устройство может быть выполнено, например, в виде двухполупериодного однофазного полупроводникового моста с ограничителем тока в виде бумажного конденсатора и подводящие и отводящие линии снабжены токосъемниками, выполненными в виде заземленных отрезков титановой трубы длиной не менее трех ее внутренних диаметров и расположенных на расстоянии L от электролизера, определяемом по формуле L 100 d, где d внутренний диаметр шлангов.

Осуществление процесса в вертикальной цилиндрической диафрагменной электрохимической ячейке проточного типа с использованием керамической ультрафильтрационной мембраны и нерастворимых электродов при подаче молока и раствора электролита в камерах электродов снизу вверх позволяет за счет оптимального гидродинамического режима обеспечить равномерность обработки сред в камерах и достичь требуемого результата во время однократного протекания раствора и молока через электролизер, что ускоряет процесс и ведет к снижению энергозатрат. Кроме того, не требуется установления специальных перемешивающих устройств в катодной камере, что упрощает устройство. Применение керамической ультрафильтрационной диафрагмы обеспечивает снижение энергозатрат за счет снижения падения напряжения на диафрагме и в то же время обеспечивает требуемую степень разделения потоков в электродных камерах.

При выходе за границы указанного интервала соотношений объемов камер происходит разбаланс процесса с усилением одних и угнетением других функций, т.е. при сохранении полезных свойств анолита не достигается требуемая степень раскисления, при достижении требуемой степени раскисления происходит перенасыщение анолита продуктами электродных реакций, что приводит к невозможности его использования без дополнительных операций, например, дехлорирования.

Обеспечение требуемой производительности может достигаться использованием в установке нескольких ячеек одинаковой производительности, могут быть использованы, например, электрохимические ячейки по патенту России (см. положительное решение по заявке N 5035767/26 от 03.04.92).

Размещение дозирующего устройства на патрубке подачи раствора в анодную камеру позволяет упростить процесс за счет обеспечения возможности приготовления раствора требуемой концентрации из реагентов. Использование в качестве электролита водного раствора хлорида концентрацией 1-2 г/л позволяет снизить энергозатраты за счет увеличения электропроводности электролита и получить дезинфицирующий раствор, который может быть использован в технологическом процессе для отмыва и дезинфекции оборудования, помещений (например, на молочной ферме этот раствор, разрешенный к применению Госкомсанэпидемнадзором РФ, может быть использован для обработки доильных аппаратов, обмывания вымени коров и т.п.), а также для удаления из катодной камеры, в которой обрабатывается молоко, жировых и белковых загрязнений.

Установление регуляторов расхода (вентилей) на линиях ввода водного раствора в анодную камеру и молока в катодную позволяет регулировать объем протекающих растворов через камеры в зависимости от исходных условий кислотности молока, что улучшает эксплуатационные характеристики установки, облегчает управление процессом, а также позволяет отключать электродные камеры от обрабатываемых сред при промывке или замене электролизера.

Выполнение приспособлений для подачи обрабатываемых сред в камере в виде штуцеров позволяет облегчить сборку и разборку конструкций и соединение ячеек с линиями подачи.

Линии могут быть выполнены из полихлорвиниловых шлангов, что облегчает монтаж установки, ее компоновку, а кроме того, позволяет легко регулировать производительность, обеспечивая оперативное подключение требуемого числа ячеек.

На фиг. 1 показано снабжение линий подачи соединительным трубопроводом; на фиг. 2 цилиндрический электрохимический реактор.

Установка содержит цилиндрический электрохимический рекатор 1, выполненный из требуемого количества электрохимических ячеек 2, подключенных параллельно по обрабатываемым потокам проточного типа с коаксиально установленными цилиндрическим электродом 3 и стержневым электродом 4, разделенный диафрагмой 5 на анодную и катодную камеры 6 и 7, дозатор 8, соединенный с емкость для солевого раствора 9 и емкостью воды 10 и с входом в анодную камеру, емкости для исходного молока 11, дезинфицирующего раствора 12 и раскисленного молока 13, соединенные соответственно с входом в катодную камеру, с выходами анодной и катодной камер, а также соединительную арматуру и регуляторы расхода 14, 15, 16, 17, установленные соответственно перед дозатором на линиях подачи солевого раствора и воды (14, 15), линии подачи и обрабатываемого молока в катодную камеру 16 и на соединительном трубопроводе между линиями ввода в катодную и анодную камеры 17.

В случае использования источника тока, не содержащего разделительного трансформатора, на патрубках установлены заземленные токосъемники 18-22, выполненные в виде отрезков трубы из титана с внутренним диаметром, равным или несколько превышающим внутренний диаметр соединительных шлангов. Длина токосъемника должна быть не менее трех его внутренних диаметров. При меньшей длине не наблюдается полное снятие статических зарядов на шлангах, а большая ведет к перерасходу материала. Расстояние от реактора до места установки токосъемника зависит от внутреннего диаметра шланга и определяется по формуле L 100 d, где L длина отрезка шланга от штуцера реактора до токосъемника, мм; a d внутренний диаметр шланга. Выбор данного расстояния определяется условиями техники безопасности.

Установка работает следующим образом.

Исходное молоко с повышенной кислотностью поступает из резервуара с молоком в катодную камеру электрохимического реактора. Расход молока регулируется вентилем. Вода из резервуара через фильтр подается в дозатор, где смешивается с солевым раствором до требуемой концентрации, и затем поступает в анодную камеру. Расход воды регулируется вентилем. После обработки молоко из катодной и раствор из анодной камер направляются потребителям или в накопительные резервуары.

Экспериментальные данные по раскислению молока представлены в таблице. В процессе раскисления использовалась электрохимическая ячейка с анодом ОРТА и титановым катодом, диафрагмой из оксида циркония с добавками оксидов иттрия (5%) и алюминия (25%). Соотношение объемов анодной камеры к катодной составляло 0,75. Использовался источник тока, не содержащий разделительного трансформатора по схеме, представленной на фиг. 1 и токосъемниками.

Процесс вели при подаче в анодную камеру раствора концентрацией 1,5 г/л при плотности тока 1000 А/м².

Применение данной установки позволяет при упрощении процесса значительно снизить энергозатраты, повысить производительность и качество обработанного молока, получить одновременно дезинфицирующий раствор, который может найти широкое применение в технологии молочного производства.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ МОЛОКА, содержащая диафрагменную электрохимическую ячейку с нерастворимыми анодом и катодом, разделенными диафрагмой на анодную и катодную камеры, источник тока с выпрямительным устройством, приспособления для подачи и отвода молока в катодную и подачи и отвода водного раствора электролита в анодную камеры, отличающаяся тем, что она содержит как минимум одну диафрагменную электрохимическую ячейку, выполненную вертикальной, цилиндрической с цилиндрическим анодом и стрежневым катодом, установленными коаксиально, диафрагма выполнена ультрафильтрационной из керамики на основе оксида циркония и установлена так, что соотношение объемов анодной и катодной камер составляет 0,7 0,8, приспособления для ввода и вывода молока и электролита в камерах выполнены в виде штуцеров, расположенных соответственно в нижней и верхней частях камер и соединенных с линиями подачи и отвода воды и молока, установка дополнительно содержит емкость для солевого раствора, дозатор, установленный на линии подачи воды и соединенный с емкостью для солевого раствора, регуляторы расхода, установленные на линии подачи молока и на линии подачи воды перед дозатором, и соединительный трубопровод с вентилем, соединяющий линию подачи воды между дозатором и электролизером и линию подачи молока между регулятором расхода и электролизером.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что линии подачи и отвода воды и молока выполнены из поливинилхлоридных шлангов.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что выпрямительное устройство выполнено в виде двухполупериодного однофазного полупроводникового моста с ограничителем тока в виде бумажного конденсатора и подводящие и отводящие линии снабжены токосъемниками, выполненными в виде заземленных отрезков титановой трубы длиной не менее трех ее внутренних диаметров и расположенных на расстоянии L от электролизера, определяемом по формуле L 100d, где d внутренний диаметр шлангов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3