способ непрерывного производства молока с заданным содержанием жира

Формула изобретения

1. Способ непрерывного производства молока с заданным содержанием жира, предусматривающий разделение цельного молока на фракцию сливок и фракцию обезжиренного молока в центробежном сепараторе, после чего часть фракции сливок подмешивают во фракцию обезжиренного молока с целью получения смешанной фракции молока с требуемым содержанием жира, отличающийся тем, что выпускаемый из одного выхода центробежного сепаратора весь поток полученной фракции сливок в течение определенного периода времени смешивают с помощью клапанного средства, расположенного на выходе для фракции сливок, с потоком фракции обезжиренного молока, поступающим из другого выхода центробежного сепаратора, в то время как в течение другого, промежуточного, периода времени весь поток фракции сливок отводят с помощью указанного клапанного средства для отдельного сбора, причем упомянутые периоды времени настолько коротки, что содержание жира и поток смешанной фракции в единицу времени могут рассматриваться как гомогенные.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полное время двух упомянутых периодов, т.е. время цикла, составляет максимально одну или несколько минут.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время цикла поддерживают в пределах 1 - 60 с.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве клапанного средства используют трехходовой клапан со временем переключения порядка 100 - 150 мс.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что клапанное средство приводится в действие с помощью программного регулирования по времени, причем время цикла поддерживается постоянным, а время перемешивания сливок меняется в зависимости от требуемой жирности смешанной фракции молока.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно используют регулирующие клапаны для регулировки потоков из центробежного сепаратора, расположенные на его выходе, таким образом, что сепаратор работает при постоянных условиях независимо от того, подмешивается фракция сливок, или она выгружается, причем указанные регулирующие клапаны расположены выше по потоку от указанного клапанного средства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа непрерывного производства молока с заданным содержанием жира. Цельное молоко разделяют в центробежном сепараторе на сливки и обезжиренную фракцию. Часть сливок подмешивают к обезжиренной фракции с целью получения смешанной фракции молока с требуемой жирностью.

Жирность цельного молока меняется в зависимости от кормов и времени года, но в среднем она составляет около 4%. На продажу направляют молоко, которое имеет обычно более низкую жирность порядка 3,0%, 1,5% или 0,5%. В мелкосерийном производстве снижение жирности можно осуществлять стандартизацией партий молока путем разделения цельного молока на сливки и обезжиренное молоко (обрат) в центробежном сепараторе. Заранее рассчитанные количества обрата и сливок направляются из сепаратора в общий сборный резервуар. После анализа содержания жира и, возможно, его регулирования молоко упаковывают.

На современных производствах стандартизация осуществляется как непрерывный процесс автоматической прямой стандартизации. В этом процессе цельное молоко разделяют на два потока - сливки и обезжиренное молоко с постоянным содержанием жира в соответствующем потоке. В поточной системе контролируемой количество сливок снова смешивается с обезжиренным молоком сразу после сепаратора таким образом, что получается стандартизированное молоко с требуемой жирностью.

В известных способах прямой стандартизации использовали сепаратор с двумя вручную управляемыми регулирующими клапанами, установленными на выходе для сливок. Один из клапанов был соединен с выходом для обезжиренного молока и обеспечивал подачу контролируемого количества сливок Второй клапан регулировал поток излишка сливок. Содержание жира в сливках определялось продолжительностью совместного открытия клапанов. Жирность стандартизированного молока определялась содержанием жира в возвращаемых в обезжиренное молоко сливках и регулированием клапана, подающего сливки в обезжиренное молоко. Регулирование позиций клапанов осуществлялось персоналом. Точное содержание жира могло быть определено только с помощью лабораторного анализа.

В процессах стандартизации, применяемых в настоящее время в молочных производствах, используются два регулирующих контура. Один контур регулирует поток сливок из сепаратора. Этот контур содержит расходомер для потока сливок, датчики плотности, которые измеряют содержание жира в сливках, и регулирующий клапан, расположенный после расходомера и датчика плотности. Второй контур регулирует количество сливок, смешиваемых с обезжиренным молоком, с целью получения стандартизированного молока с требуемой жирностью. Поток стандартизированного молока регулируют так же, как и поток сливок, направляемый для смешивания с обезжиренным молоком.

Различные выполнения такого способа и соответствующих аппаратов см., например, в патенте США 4,075,355, кл. A 23 C 9/14, 1978.

При мелкосерийном производстве известные способы стандартизации содержания жира предъявляют слишком высокие требования к персоналу. С другой стороны, автоматизированные способы стандартизации слишком дороги для мелкосерийного производства.

Таким образом, существует потребность создания способа стандартизации, для осуществления которого требуются небольшие капиталовложения, низкие эксплуатационные расходы, и который может использоваться в мелкосерийном производстве. Эта задача решается тем, что в способе по изобретению весь поток фракции сливок, выходящий из центробежного сепаратора, смешивают в течение некоторого периода времени с потоком фракции обезжиренного молока, выходящей из сепаратора, с помощью клапанных средств, расположенных на выходе сепаратора для фракции сливок, тогда как в течение второго ("промежуточного") периода времени цельный поток фракции сливок отводят с помощью указанных клапанных средств и отдельно собирают. Упомянутые периоды времени настолько коротки, что содержание жира и поток смешанной фракции в единицу времени рассматриваются как гомогенные, т.е. однородные.

С помощью предложенного способа использование только клапанного устройства, действующего периодически, приводит к радикальному снижению стоимости процесса стандартизации молока и позволяет достичь удовлетворительной стандартизации. Отсутствует также необходимость в применении любого управляющего оборудования или сложных режимов, что упрощает работу персонала по осуществлению стандартизации.

Для того чтобы содержание жира и поток смешанной фракции в единицу времени могли рассматриваться как гомогенные, периоды времени для смешивания и отведения должны поддерживаться короткими. Предпочтительно общая длительность двух упомянутых периодов времени составляет максимально одну или несколько минут. Приемлемый период времени цикла зависит от оборудования, расположенного после центробежного сепаратора. Если какой-либо тип уравнительной емкости для кратковременного промежуточного хранения устанавливается после сепаратора, но перед, например, упаковочной машиной цикл времени может быть продолжительнее, чем в случае, если бы стандартизированное молоко пастеризовалось сразу после центробежного сепаратора. Цикл времени может с успехом поддерживаться с длительностью от 1 до 60 секунд.

Клапанные средства, используемые для осуществления способа по изобретению, представляют собой трехходовой клапан с периодом переключения около 100-150 миллисекунд. Другое устройство, которое может быть использовано, состоит, например, из двух отсечных клапанов.

Перемещение клапанных средств между позициями клапана с успехом осуществляется посредством регулирования времени, при котором цикл времени поддерживается постоянным, в то время как период, в течение которого примешивают сливки, зависит от требуемой жирности смешанной фракции.

Предпочтительно центробежный сепаратор снабжен двумя клапанами, которые поддерживают постоянные потоки у обоих выходов таким образом, чтобы сепаратор работал при постоянных условиях, независимо от того, подмешивается фракция сливок или отводится для сбора, причем указанные клапаны расположены выше по потоку от упомянутых клапанных средств.

Способом по изобретению обеспечивается точная стандартизация, на которую очень незначительно влияет то, куда направляется поток сливок. Для сепаратора с подрезающими дисками внешним показателем постоянных рабочих условий является то, что противоположные давления, действующие на диск, являются постоянными. Неожиданно было обнаружено, что противодавление на диск может поддерживаться удовлетворительно постоянным в течение коротких периодов времени цикла без точного регулирования наружного противодавления. Конечно, стремятся поддерживать одинаковые давление в трубе для отводимого для сбора потока сливок и в возвратной трубе, связанной с трубой для обезжиренного молока, но могут быть и отклонения. Если давления всегда должны быть точно одинаковыми, то возникает сложная проблема регулирования. Для сепаратора, который вместе с пастеризатором обрабатывает 1000 литров молока в час при времени цикла, составляющем порядка 40 секунд, и величине подмешивания, составляющей порядка 50%, измеренное отклонение давления у подрезающего диска составило 30 килопаскалей (0,306 кгс/см²), когда поток сливок составлял 1/10 часть подводимого потока молока. При времени цикла порядка 5 секунд отклонения давления составляли менее 5 килопаскалей (0,051 кгс/см²) при других факторах постоянных условий, которые могут рассматриваться как удовлетворительные.

Если давления в обеих позициях клапана квалифицируются как равные настолько, что уровни в сепараторе не изменяются, содержание жира в стандартизированном молоке будет зависеть только от содержания жира подводимого молока и распределения времени нахождения клапанных средств в соответствующем открытом положении.

Содержание жира в цельном молоке зависит, кроме всего прочего, от питания коров. Это хорошо известно производителю молока, который может контролировать содержание жира каждую неделю или через более длительное время.

В соответствии со способом по изобретению молоко различной жирности может быть получено только путем регулирования таймера, который в пределах времени установленного цикла регулирует период времени, в течение которого осуществляется подмешивание сливок. Определенное время соответствует тогда определенному содержанию жира в стандартизированном молоке.

Если снятые сливки отводят с жирностью 40%, то поток сливок составляет около 10% потока подводимого молока. Следовательно, поток стандартизированного молока будет составлять между 90 и 100% потока подаваемого молока.

Способ по изобретению описан далее со ссылкой на чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - центробежный сепаратор, снабженный клапанными средствами, выбранными в качестве примера, используемыми в установке для производства молока с заданной жирностью;

фиг. 2 - центробежный сепаратор по фиг. 1, являющийся частью пастеризационной установки;

фиг. 3 - вариант установки по фиг. 1.

Цельное молоко подают в центробежный сепаратор 1 по трубе 2. В сепараторе молоко разделяется на две фракции - фракцию сливок, выводимую по трубе 3, и фракцию обезжиренного молока, выводимую по трубе 4. В обоих выходах расположены клапаны 5,5", которые регулируют потоки из сепаратора. После клапана 5" в трубе для сливок установлен трехходовой клапан 6. Последний содержит элемент, который в одной из позиций клапана закрывает выход 8 в трубу для выпуска излишка сливок, причем эта позиция клапана показана на чертеже. Во второй позиции клапана упомянутый элемент закрывает выход 10, который связан с трубой для возвращения сливок в трубу 4 для обезжиренного молока. Указанный элемент клапана удерживается в одной из его позиций пружиной, а во вторую позицию он перемещается электромагнитом 11. Стандартизированное молоко с требуемой жирностью выпускают по трубе 12.

На фиг. 2 показан пример того, каким образом сепаратор с клапанами может быть скомпонован в пастеризационной установке. Цельное молоко направляют к уравнительному резервуару 13 и далее оно транспортируется с помощью насоса 14 через клапан 15, который корректирует поток молока, молочный фильтр 16 в первую регенеративную секцию 17 в пластинчатом теплообменнике. В последнем молоко предварительно нагревается продуктом, уже обработанным в пастеризационной установке с нагревом до соответствующей температуры порядка 40 - 60^oC, для разделения в сепараторе 1. Как было описано выше, цельное молоко разделяется на две фракции, и фракция сливок в течение определенного периода времени снова смешивается с фракцией 4 обезжиренного молока, а в течение второго периода времени выгружается по трубе 9. Смешанная фракция обезжиренного молока и сливок по трубе 12 направляется во вторую регенеративную секцию 18 в пластинчатом теплобменнике. После дальнейшего предварительного нагрева перед тем, как молоко нагревается до температуры пастеризации нагревающей средой на окончательном этапе 20 нагрева, давление смешанной фракции увеличивается бустерным насосом 19. В баке 21 молоко выдерживается при температуре пастеризации в течение установленного времени. Температура стандартизированного молока после бака 21 считывается термометром 22 и, если температура оказывается слишком низкой, то молоко с помощью трехходового клапана 23 возвращают в уравнительный резервуар 13. Если температура имеет требуемое значение, то молоко направляют к регенеративным секциям 17, 18 в теплообменнике для охлаждения его входящим продуктом до соответствующей температуры, при которой оно может храниться.

В схеме установки, показанной на фиг. 2, часть фракции сливок выводится без пастеризации. Пастеризация сливок может затем осуществляться на отдельном от пастеризации молока этапе.

Если излишек сливок выводится с жирностью 40%, поток сливок будет составлять 10% потока подаваемого цельного молока. Поток стандартизированного молока, который возвращается в пастеризатор, изменяется в циклах, составляя между 90 и 100% потока подаваемого молока. Также меняется и содержание жира в потоке, возвращаемом в пастеризатор. Если время цикла короткое, порядка 5-10 секунд, то оба параметра, т.е. содержание жира и указанный поток быстро уравниваются в течение последующего прохождения через пастеризатор. Если используется более короткое время цикла, чем 1 секунда, различия в превышении времени работы клапана оказывают слишком большое влияние. Время превышения должно составлять 100-150 миллисекунд.

В варианте схемы установки, показанной на фиг. 3, на выходе 3 из сепаратора 1 расположен дроссельный клапан 24. В том же выходе расположен клапан 25 постоянного давления. При такой схеме содержание жира во фракции сливок может поддерживаться постоянным на требуемом уровне. Фракция сливок снова смешивается с фракцией обезжиренного молока так же, как описано выше.

В соответствии со способом по изобретению, стандартизация молока осуществляется простым и несложным регулированием посредством простого клапанного устройства. Способ не требует дополнительной регулировки после регулирования переключающих двигателей, что могло бы задержать регулирование до достижения требуемого уровня стандартизации и не требует наличия датчиков для считывания значений содержания жира. Пуск и остановка установки осуществляются просто ручным управлением, что может осуществляться и в случае, когда используется последующее регулирование. Если требуется, сепаратор может быть соединен с выходной стороной пастеризатора так, чтобы стандартизация доводилась до конца сразу после пастеризации. По такой схеме пастеризуются также и сливки.

Возможно также использовать небольшие регулирующие средства, в качестве дополнительного признака, для регулирования содержания жира в стандартизированном молоке. Эти регулирующие средства действуют в период, в течение которого сливки возвращаются в обезжиренное молоко. В регулирующие средства должны вводиться следующие данные : содержание жира в подаваемом, несепарированном молоке, содержание жира во фракции сливок (регулируемой клапаном постоянного давления) и требуемая жирность стандартизированного молока.