Жидкое молоко, как относительно стабильная ньютоновская жидкость, не доставляет много проблем при обработке. Это привело к использованию простых пластинчатых теплообменников на большинстве молочных заводов. Тем не менее, другие молочные продукты, такие как йогурт, масло, творог и сыр, могут иметь различные свойства в зависимости от температуры и, в случае неправильной обработки, могут потерять свои ключевые свойства.
Существует широкий спектр задач, для которых важен выбор оптимального теплообменного оборудования, будь то пастеризация, охлаждение или даже нагрев для транспортировки по воздуху и обработки. Консистенция и вязкость молочных продуктов – это не только важные параметры качества, но и характеристики, определяющие поведение продукта при его производстве и обработке. Они, в свою очередь, влияют на выбор теплообменного оборудования.
Процессы пастеризации отличаются друг от друга различными комбинациями значений температуры и времени выдержки. Два наиболее распространённых метода – это высокотемпературная кратковременная обработка (HTST) и обработка для увеличения сроков хранения (ESL). Анализируя факторы, определяющие эффективность пастеризации, необходимо учитывать две ключевые переменные:
Вязкость – мера консистенции, которая сама по себе является одной из ключевых качественных характеристик продуктов питания и напитков. Это величина, определяющая сопротивление вещества движению под действием приложенной силы. Её значение определяется исходя из значения силы, необходимой для смещения одного слоя вещества по отношению к другому (напряжение сдвига), и изменения скорости движения слоёв относительно друг друга (скорость сдвига). Единицей измерения вязкости является сантипуаз (сП), причём один сП равен 1 мПа с-1 (миллипаскаль в секунду).
Большинство жидкостей подразделяются на ньютоновские и неньютоновские в соответствии с характером изменения вязкости при воздействии напряжений сдвига и температуры. Ньютоновские жидкости имеют одинаковую вязкость независимо от напряжения сдвига. Наиболее распространённым их примером является вода. Вязкость неньютоновских жидкостей (которые далее делятся на пять категорий) колеблется в зависимости от приложенного напряжения сдвига.
Молочные продукты имеют широкий диапазон вязкости. Жидкое молоко характеризируется величиной 2,0 сП при 18 °С; вязкость крема с жирностью 45 % равна 48 сП, тот же параметр для йогурта доходит до 152 сП при 40 °С; вязкость сыра достигает 30 000 сП. Поэтому, несмотря на распространённость простых пластинчатых теплообменников, при выборе оборудования для промышленной пастеризации молока нельзя следовать подходу «один блок годится для всего». Он вряд ли будет лучшим вариантом для вязких продуктов, таких как крем.
Использование трубчатых теплообменников даёт целый ряд преимуществ при обработке вязких молочных продуктов. Наиболее значимым из них является деликатная обработка, позволяющая сохранить ключевые характеристики продукта, такие как консистенция и вкусовые характеристики. Но, кроме этого, имеются и другие преимущества использования трубчатых теплообменников в молочном секторе. Инновации, такие как спиральная накатка труб или скребки, поддерживают постоянство потока продукта и помогают бороться с загрязнением оборудования, облегчая безразборную мойку оборудования и сокращая время обслуживания. Следовательно, на протяжении всего срока эксплуатации трубчатые теплообменники более просты в уходе, что является важным фактором при расчёте рентабельности инвестиций.
Без советов экспертов здесь не обойтись. Они помогут учесть все ключевые факторы, в том числе подобрать диаметр труб и методы очистки, наряду с расчётом необходимой пропускной способности теплообменника и теплоёмкости. Эти данные позволят определить, нужен ли для данной задачи скребковый теплообменник или подойдёт другая конструкция, предлагаемая компанией HRS, например, со спиральной накаткой труб.
В одном недавнем примере компания HRS заменила существующий модуль, в котором жидкость проходила через несколько полудюймовых и однодюймовых труб. Разность диаметров вызывала рост давления и приводила к возникновению напряжения сдвига в жидкости. Замена модуля на теплообменник HRS UNICUS, включающий семь трёхдюймовых труб, позволила решить проблемы с давлением, в то время как система очистки возвратно-поступательного действия Unicus обеспечила более деликатную обработку продукта, чем скребковый теплообменник с вращающимися скребками.
Независимо от вида пастеризуемого молочного продукта (нагреваемого или охлаждаемого), понимание свойств вязкости является первым шагом на пути выбора системы, которая обеспечит сохранение его качества. Кроме того, необходимо убедиться, что поставщик оборудования не только располагает достаточной номенклатурой теплообменников, чтобы предложить что-то подходящее, но и знает о нюансах обработки жидкостей с различной вязкостью.
