КОМПЛЕКС ПО ПЕРЕРАБОТКЕ МОЛОКА И МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к молочной промышленности, и может быть использована при комплексной переработке молока.
Молоко и молочные продукты относятся к незаменимым продуктам питания. Молоко обеспечивает нормальный рост, развитие и жизнедеятельность организма. Молочные продукты составляют большую долю в рационе человечества; их годовое потребление достигает 16% всех видов пищи. Кисломолочные продукты в диетическом и лечебном питании по своим функциональным свойствам превосходят молоко. Они содержат все составные части молока в более усвояемом виде.
В питании населения во всем мире в настоящее время все больше рафинированных продуктов, прошедших жесткую технологическую переработку, подвергнутых консервированию и длительному хранению. В результате в них резко снижено содержание биологически активных веществ - витаминов, микроэлементов, фитостеринов, иммунных белков и др. Дефицит этих веществ приводит к резкому снижению сопротивляемости организма человека воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, развитию синдрома хронической усталости м т.п.
Проблемы рационального питания свидетельствуют о необходимости развития производства биологически полноценных пищевых продуктов на основе комплексного использования сырья и снижения его потерь.
Современное производство молочных продуктов - сложный комплекс последовательно выполняемых взаимосвязанных физико-химических, микробиологических, биохимических, биотехнологических, теплофизических и других процессов.
Технологические процессы производства, использования, хранения, перевозки, реализации продуктов переработки молока и образующиеся отходы производственного процесса должны соответствовать требованиям законодательства Российской Федерации в области обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, законодательства Российской Федерации о ветеринарии и законодательства в области экологической безопасности.
Производство молочных продуктов требует наличия источников водоснабжения, тепла и электроэнергии.
Вода в большом объеме необходима для очистки технологического оборудования и рабочих зон в целях соблюдения санитарных норм, а также для охлаждения и производственных целей. При водозаборе или водопользовании могут быть установлены лимиты на объем воды, чтобы его превышение не оказывало вредного воздействия на жизнедеятельность местного населения.
Большой объем образующихся сточных вод обусловлен объемом воды, потребляемой в технологических процессах, что является основной экологической проблемой молочного производства. Сточные воды молочного производства отличаются высоким содержанием органических веществ, содержат соли, моющие и дезинфицирующие средства. На заводах, расположенных вблизи населенных пунктов, стоки либо очищаются на заводе, либо сбрасываются в муниципальные системы очистки сточных вод.
Молочные заводы потребляют большое количество энергии (газ, электричество или дизельное топливо) для работы электродвигателей технологического оборудования, для нагрева, выпаривания, сушки, охлаждения и заморозки. Необходимо генерировать горячую воду и пар для технологических целей. Использование энергии напрямую связано с эксплуатационными затратами предприятия.
Известен молочный завод в модульном исполнении фирмы Actini International S.A. (Франция), который предназначен для переработки сырого молока и получения сливок или сметаны, масла, творога, пастеризованного молока и т.д. Производительность по молоку в смену 5000 л. Может использоваться для переработки молока на месте его производства. Завод состоит из металлических модулей, соединенных между собой, в которых предварительно смонтировано и подсоединено технологическое оборудование.
(Каталог "Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности по переработке сельскохозяйственного сырья", часть 1, разделы I-IV "Отечественная и зарубежная техника", Информагротех, Москва, 1992, с.160).
Известен молочный завод, включающий технологическое оборудование для производства молока и молочных продуктов, источник водоснабжения, системы подготовки воды для нужд предприятия и технологических нужд, источники тепла и электроэнергии, систему мойки технологического оборудования и систему очистки сточных вод, в том числе производственных. (Проспект "Хотеборжский машиностроительный завод", 58314 Хотеборж, Чехословакия, 1991 г.)
К недостаткам таких заводов можно отнести высокие удельные затраты энергии, воды, тепла, моющих растворов, низкую экологичность производства, невозможность создания заводов большой мощности, поскольку строительство новых заводов и реконструкция старых в настоящее время возможна только на специально подготовленных инженерных площадях. Такие площади должны иметь развитую инженерную структуру, которая либо отсутствует в местах строительства, либо ее мощности недостаточны.
Цель полезной модели - расширение технологических возможностей за счет создания автономного, малоотходного, экологически безопасного производства по переработке молока и молочного сырья.
С этой целью предложен комплекс по переработки молока и молочного сырья, включающий технологическое оборудование для производства молока и молочных продуктов, источник водоснабжения, системы подготовки воды для хозяйственно-бытовых и технологических нужд, источники тепла и электроэнергии, систему мойки технологического оборудования и систему очистки сточных вод, в том числе производственных, который снабжен установкой для регенерации отработанных моющих растворов; при этом системы подготовки воды для хозяйственно-бытовых и технологических нужд включают последовательно установленные фильтр механической очистки, аэрационную установку, фильтр обезжелезивания и деманганации, адсорбционный фильтр и установку ультрафиолетового обеззараживания; система подготовки воды для технологических нужд дополнительно содержит блок обратноосмотического обессоливания; система очистки производственных сточных вод включает блок механической очистки, блок усреднения, блок физико-химической очистки, блок мембранных фильтров и блок обратноосмотического обессоливания, при этом комплекс имеет линию возврата очищенной воды в производственный процесс и линию возврата очищенных моющих растворов в систему мойки технологического оборудования.
В качестве источника водоснабжения могут быть использованы инженерные сети и/или используют для этих целей артезианскую скважину.
Комплекс дополнительно может быть снабжен когенерационной установкой, работающей на выделяемом в системе очистки сточных вод биогазе.
Система очистки сточных вод может быть дополнительно снабжена блоком обезвоживания активного ила и блоком концентрирования отходов обратного осмоса.
Комплекс может быть снабжен линией изготовления тары.
На чертеже фиг.1 схематично изображен предлагаемый комплекс.
Комплекс содержит: источник водоснабжения 1, систему подготовки воды для хозяйственно-бытовых нужд предприятия 2, систему подготовки воды для технологических нужд 3, технологическое оборудование - линии для производства молока и молочной продукции 4, оборудованные системой мойки оборудования (на чертеже не показано), установку для регенерации отработанных моющих растворов 5, систему очистки сточных вод 6, когенерационную установку 7 и линию производства тары 8.
Системы подготовки воды для хозяйственно-бытовых нужд предприятия и воды для технологических нужд включают: фильтры механической очистки 9, аэрационные установки 10. блоки дозирования раствора гипохлорита натрия 11, емкости-накопители 12, фильтры обезжелезивания и деманганации 13, адсорбционные фильтры 14. установки ультрафиолетового обеззараживания 15.
Фильтры механической очистки 9 ограничивают попадание крупных примесей в систему, обеспечивая ее стабильную работу. Аэрационные установки 10 предназначены для насыщения воды кислородом воздуха перед подачей на фильтры обезжелезивания и деманганации 13. Дозирование раствора гипохлорита натрия в очищаемую воду перед поступлением ее в емкости-накопители 12 необходимо для создания оптимальных условий окисления двухвалентного железа и марганца, присутствующих в скважинной воде. Фильтры обезжелезивания и деманганации 13 предназначены для удаления железа и марганца до установленных норм. Фильтры 13 заполнены специальной каталитической загрузкой, которая является наиболее эффективной для удаления больших концентраций железа и марганца из воды. Адсорбционные фильтры 14 также представляют собой колонны, заполненные сорбентом - активированным углем. Обработка воды на адсорбционных фильтрах 14 не только позволяет улучшить органолептические показатели воды (удалить остаточный хлор, запах, привкус и цветность), но и снизить содержание органических веществ. Установки ультрафиолетового обеззараживания воды 15 предназначены для обеззараживания воды перед подачей на потребление.
Система подготовки воды для технологических нужд 3 помимо приведенного выше оборудования включает блок обратноосмотического обессоливания первой ступени 16, блок обратноосмотического обессоливания второй ступени 17 и блок концентрирования отходов обратного осмоса 18. Блок концентрирования отходов обратного осмоса 18 представляет собой дистилляционную опреснительную установку циркуляционного или пленочного типа.
Линии производства молочных продуктов 4 включают все необходимое оборудование для выпуска данной продукции: установки для приемки молока, пастеризационно-охладительные установки, сепараторы-молокоочистители и сепараторы-сливкоотделители, танки хранения и ферментации, стерилизаторы, гомогенизаторы, деаэраторы, установки мембранной фильтрации, творогоизготовители, участок производства заквасок, установки для розлива и дозирования, упаковочные установки и установки групповой упаковки, складское оборудование, (на чертеже не показано)
Установка регенерации отработанных моющих растворов 5 включает баланс-танк для приемки и усреднения отработанных растворов и установку нанофильтрации. (на чертеже не показано)
Система очистки сточных вод 6 включает: блок механической очистки 19, блок усреднеия 20, блок физико-химической очистки 21, блок биологической очистки 22, блок мембранной фильтрации 23, блок обратноосмотического обессоливания 24, блок обезвоживания активного ила 25, блок концентрирования отходов обратного осмоса 26 и блок переработки отходов системы очистки сточных вод 27.
Система очистки сточных вод 6 позволяет снизить содержание органических загрязнителей в производственных сточных водах молокоперерабатывающего предприятия для возможности дальнейшей биологической очистки. Очистку осуществляют методом двойной напорной флотации в комбинации с предварительной реагентной обработкой сточных вод соединениями алюминия или железа и раствором полиэлектролита. Блок физико-химической очистки 21 включает флотационную установку (на чертеже не показано), позволяющую удалить из сточных вод взвешенные вещества, ПАВ, нефтепродукты, жиры, масла, смолы и другие вещества. Блок биологической очистки 22 работает по принципу мембранной фильтрации. В блоке обезвоживания активного ила 25 используется принцип центрифуги. Блок концентрирования отходов обратного осмоса 26 представляет собой дистилляционную опреснительную установку циркуляционного или пленочного типа.
Очищенная вода по линии 28 возвращается в систему мойки технологического оборудования. Очищенные моющие растворы по линии 29 возвращаются в систему мойки оборудования.
Когенерационная установка 7 может работать на биогазе, состоит из газопоршневых двигателей внутреннего сгорания, электрогенераторов для выработки электроэнергии, системы теплообменников для использования тепла системы охлаждения двигателей и тепла отходящих газов. (на чертеже не показано)
Когенерация - это комбинированное производство тепла и электроэнергии. На электростанции с применением технологии когенерации топливо используегся для получения двух форм энергии - тепловой и электрической.
Линия производства тары 8 состоит из автоматического растаривателя мешков, силосов для гранулированного полиэтилена и готовой тары, экструзионно-выдувных машин для выдува бутылок, термопластавтоматов для производства крышек и ориентаторов тары. (на чертеже не показано)
Комплекс работает следующим образом:
Воду из артезианской скважины 1 (или из инженерных сетей) глубинным насосом подают в систему подготовки воды для бытовых и хозяйственных нужд 2 и воды для технологических нужд 3. Первой стадией очистки является механическая фильтрации: вода из скважины проходит через фильтрующую сетку, размер перфорации которой составляет 100 мкм, и очищается от механических примесей, величина которых больше размера отверстий перфорации. Фильтр механической очистки 9 имеет два режима работы: фильтрация и промывка. В процессе фильтрации вода проходит через сетки и очищается. Во время промывки водный поток удаляет весь скопившийся шлам с поверхности сетки.
После механических фильтров вода поступает в аэрационную установку 10. Подготовленный воздух, подаваемый с помощью компрессора, интенсивно перемешивается с водой, насыщая ее кислородом.
Далее в водовоздушную смесь в блоке 11 дозируют раствор гипохлорита натрия. При введении раствора гипохлорита натрия повышается рН воды, что создает оптимальные условия окисления железа и марганца. Для обеспечения необходимого времени контакта раствора гипохлорита натрия с обрабатываемой водой предусмотрена установка контактной емкости 12, выступающей так же как резервуар-накопитель исходной воды перед подачей на дальнейшую очистку.
Из контактной емкости 12 воду подают на фильтры обезжелезивания и деманганации 13. Фильтрующий материал, которым заполнены фильтры обезжелезивания и деманганации, представляет собой гранулированный, пористый материал с развитой удельной поверхностью, содержащий в порах высокодисперсный каталитически активный диоксид марганца. Диоксид марганца выступает в роли катализатора доокисления железа и марганца, а зерна загрузки выступают в качестве основы для осаждения гидроксида железа и диоксида марганца. Промывку фильтров осуществляют очищенной водой для технологических нужд при подаче воздуха. Промывные воды фильтров обезжелезивания и деманганации направляют в производственную канализацию и далее в систему очистки сточных вод 6.
Следующей стадией очистки является адсорбционные фильтры 14. При прохождении воды через слой активированного угля органические примеси, а также остаточный хлор удаляются за счет адсорбции на гранулах угля.
Перед подачей на потребление вода проходит через установку ультрафиолетового обеззараживания 15, в результате чего достигаются требования, предъявляемые к очищенной воде по микробиологическим показателям.
При обработке воды в системе подготовки воды для технологических нужд 3 после адсорбционных фильтров 14 ее направляют на блоки обратноосмотического обессоливания первой 16 и второй 17 ступени. Принцип обессоливания методом обратного осмоса состоит в том, что под действием давления, превышающего осмотическое, вода проходит через мембрану, образуя поток пермеата, а соли практически нет. Получаемый пермеат смешивают с водой, прошедшей адсорбционную очистку, для достижения оптимального минерального состава.
Образующийся на установках обратноосмотического обессоливания концентрат подают на блок концентрирования отходов обратного осмоса 18. Здесь путем выпаривания отходы обратного осмоса концентрируют для снижения объемов образующихся сточных вод.
Воду, подготовленную в системе 2, используют для хозяйственно-бытовых нужд, в системе 3 - для технологических нужд на линиях производства молочных продуктов 4.
Линии производства молочных продуктов 4 обеспечивают выпуск: цельномолочных продуктов, продуктов на основе сыворотки, сливок и продуктов на основе сливок. В качестве сырья используют: молоко - сырье, сыворотку творожную, сыворотку подсырную, сухое обезжиренное молоко, сухое цельное молоко. Молоко - сырье и сыворотку, поступающие на завод, принимают и определяют их качество. Во время приемки проводят дегазацию, охлаждение до нужной температуры, учет количества поступившего сырья. Во время приемки сыворотки проводят удаление крупной казеиновой крошки с помощью вибросита. Далее сырье резервируют в тапках с мешалками и рубашками для поддержания необходимой температуры до дальнейшего использования. При работе с сухим молоком проводят операцию восстановления путем растворения порошка в воде при температуре 50°С с последующим набуханием. Сухое молоко, в основном, используют в зимний период из-за дефицита натурального молока. В зависимости от того, какой продукт выпускается в ту или иную смену для дальнейшей обработки молока используют следующее оборудование: пастеризационно-охладительные установки, сепараторы молокоочистители и сливкоотделители (последние могут быть выполнены как для горячего так и для холодного сепарирования), стерилизаторы, гомогенизаторы, танки ферментации, установки мембранной фильтрации (обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация, микрофильтрация, электродиализ), творогоизготовители. Закваски для производства кефира готовят на заводе на участке производства заквасочных культур. Для внесения в конечный продукт различных ингредиентов используют установки дозирования в потоке. Фасовку и розлив продукции проводят на соответствующих фасовочных установках и установках для розлива в тару. При этом во время фасовки в продукт так же могут вносить различные добавки.
После каждой смены проводят мойку и дезинфекцию технологического оборудования и трубопроводов водой и моющими растворами. Грязная вода поступает на систему очистки сточных вод 6, отработанные моющие растворы - на установку регенерации отработанных моющих растворов 5.
В этой установке отработанные моющие растворы собирают в баланс-танке для усреднения их состава и выравнивания температуры. Далее раствор подают на установку нанофильтрации. Нанофильтрационная мембрана не пропускает через себя механические частицы, жиры, белки, лактозу. (на чертеже это оборудование не показано) Очищенные моющие растворы повторно используют для мойки технологического оборудования и трубопроводов линий 4.
Грязная вода, вода после промывки фильтров, концентрированные отходы установок обратного осмоса и прочие стоки направляют на систему очистки сточных вод 6. Работа очистных сооружений организована следующим образом. Производственные сточные воды самотеком поступают на блок механической очистки 19, состоящий из жироуловителей и механических решеток, где происходит удаление твердых включений и свободных (нерастворенных) жиров, а также частиц, размер которых превышает 1 мм. Далее стоки насосами подают в усреднители 20, где происходит усреднение состава сточных вод. После усреднителей 20 смешанные сточные воды поступают в блок (физико-химической очистки 21, состоящий из последовательно расположенных флотационных установок и соответствующего реагентного хозяйства.(на чертеже не показано) После блока физико-химической очистки 21 сточные воды самотеком поступают в блок биологической очистки 22. Далее сточные воды насосами перекачивают в блок мембранной фильтрации 23, где происходит разделение иловой смеси и очищенной воды. Очищенную воду подают на дальнейшую доочистку на блок обратноосмотического обессоливания 24, иловую смесь - в блок обезвоживания активного ила 25. Пермеат, получаемый на блоке обратноосмотического обессоливания 24, повторно направляют в производство в качестве воды для технологических нужд по линии 28. Обезвоженный ил, получаемый в блоке обезвоживания 25, и солевой концентрат, получаемый после обработки отходов обратного осмоса, направляют в блок переработки отходов биологической очистки сточных вод 27. С помощью микроорганизмов в данном блоке происходит переработка ила и прочих отходов биологической очистки стоков в сельскохозяйственные органические и минеральные удобрения и биогаз.
В процессе биологической очистки сточных вод образуется биогаз, который содержит значительное количество метана. Биогаз направляют на когенерационную установку 7 для выработки тепла и электроэнергии. Когенерационная установка 7 работает по следующему принципу. Газ является топливом для газопоршневых двигателей внутреннего сгорания. Двигатели приводят в движение электрогенераторы, вырабатывающие электроэнергию. Когенерационня установка снабжена системой теплообменников, которые позволяют использовать тепло системы охлаждения двигателей и тепло выхлопных газов генераторов на нужды теплоснабжения. (оборудование когенерационной установки на чертеже не показано) В результате полной утилизации теплоты получают горячую воду с температурой 70-95°С. Получаемое таким образом тепло (горячая вода) и электроэнергию используют в производстве молока и молочных продуктов на линиях 4.
На заводе предусмотрено изготовление бутылок и крышек из полиэтилена низкого давления (линия производства тары 8). В качестве исходного сырья используют гранулированный полиэтилен, поступающий на завод в мешках. На станции растаривания гранулы извлекают из мешков и помещают в силос для хранения. Далее полиэтилен поступает в экструзионно-выдувные машины для производства бутылок. Готовую тару хранит в силосе для бутылок. Крышки производят так же из гранул полиэтилена в термопластавтоматах. (оборудование линии на чертеже не показано)