Автоматизація первинної обробки молока

Молоко, особливо свіжонадоєне (при температурі 35-36°С), є сприятливим середовищем для розвитку будь-яких шкідливих і корисних мікроорганізмів. Бактеріальне забруднення молока залежить від умов утримання тварин, способу доїння, чистоти приміщень, апаратури тощо. Кількість мікроорганізмів у молоці збільшується навіть при нетривалому його зберіганні. Щоб запобігти збільшенню кількості мікроорганізмів, особливо молочнокислих, слід швидко видалити молоко з корівника, очистити і охолодити його (до температури 4- 6 °С) і, зберігати при низькій температурі, а також впровадити додержання санітарно - гігієнічних правил утримання доїльних апаратів і доїння - в окремих випадках - теплову обробку (пастеризацію).

Первинна обробка молока, яку проводять для поліпшення санітарно-гігієнічних властивостей молока, підвищення його стійкості при транспортуванні і зберіганні, полягає в очищенні молока від сторонніх домішок (фільтрування), охолодженні і пастеризації.

Для очищення молока використовують фільтри та відцентрові молокоочисники. Пастеризація молока може бути тривалою, що проходить в спеціальних ваннах та швидкісною, що проходить в проточних пластинчастих апаратах. Для охолодження молока в молочних відділеннях тваринницьких ферм використовують водоохолоджувальні установки АВ-30, УВ-10, ТХУ-14, які працюють з резервуарами охолодниками молока та проточними пластинчастими охолоджувачами.

Автоматизована пастеризаційна установка ОПФ-1 призначена для відцентрової очистки (видалення механічних і частково бактеріальних домішок), пастеризації (нагрів молока з метою стерилізації), витримки молока і його охолодження.

В автоматизованій пластинчатій пастеризаційно-охолоджувальній установці (рисунок 2.5.5.) робочий процес проходить слідуючим чином. З молокозбірника молоко поступає в зрівнювальний бак 1. Насосом 2 молоко подається в секцію І пластинчатого апарата (секцію рекуперацію), де воно нагрівається за рахунок теплообміну з горячим молоком, що йде від секції пастеризації через витримувач 5. Нагріте до 37…40°С молоко направляється в молокоочисник 4, а звідки подається в ІІ секцію рекуперації, де проходить його донагрів пастеризованим молоком. З другої секції молоко переходить в секцію ІІІ пастеризації, де за рахунок теплообміну з гарячою водою нагрівається до температури 76 чи 90°С (в установці ОПФ-1-300).

Після секції пастеризації молоко проходить через витримувач в І і ІІ секції рекуперації, де віддає частину тепла холодному молоку і його температура знижується до 20..25°С. Подальші це молоко послідовно проходить секції охолодження IV та V, де його температура знижується до 5…8°С в залежності від початкової температури охолоджуючої води.

Рисунок 2.5.5. Технологічна схема пастеризатора ОПФ-1: 1 – зрівнювальний бак; 2 – молочний насос; 3 – пластинчатий апарат; 4 – молокоочисник; 5 – витримувач; 6 – водяний насос; 7 – бойлер; 8 – інжектор; 9 – електрогідравлічний клапан; 10 – перепускний клапан; І – перша секція рекуперації; ІІ – друга секція рекуперації; ІІІ – секція пастеризації; ІV, V – секції охолодження.

Холодне молоко направляється в танки для зберігання. Витримувач в установці служить для посилення пастеризаційного ефекту. Гаряча вода готується в бойлері 7. Вона нагрівається паром, поступаючим в систему циркуляції гарячої води через інжектор 8 паропроводу котельної установки. При зниженні температури молока, що виходить із секції пастеризації перепускним клапаном молоко направляється в вирівнювальний бак повторну пастеризацію. Регулювання подачі пару здійснюється автоматично електрогідравлічним клапаном в залежності від температури пастеризованого молока.

Згідно з принциповою електричною схемою (рисунок 2.5.6) підготовка установки до роботи здійснюється за допомогою ввідного вимикача QS. При цьому загорається сигнальна лампа HL1, яка сигналізує про подачу напруги на пульт керування. Вимикачем SA1 готується до роботи логометрична установка Р, яка служить для контролю температури охолодженого молока. Перемикачами SA2, SA3 задається ручний чи автоматичний режим керування пастеризацією молока, а перемикачем SA4 в ручному режимі здійснюється керування кількістю подаваємого пару для забезпечення необхідної температури пастеризації.

Рисунок 2.5.6. Принципова електрична схема установки ОПФ-1.

В автоматичному режимі керування за допомогою кнопкових постів SB1-SB6 вмикаються електродвигуни молочного насоса, насоса гарячої води та молоко очисника. Кнопкою SB7 вмикаються кола сигналізації режимів пастеризації. В початковий момент коли температура молока на виході з секції пастеризації менше 76 (90)°С терморегулятор А1 типу МСР-1-01 своїм замикаючим контактом подає напругу на котушку проміжного реле KL2 і електромагніт Y1 перепускного клапана.

Молоко з секції пастеризації направляється на зрівнювальний бак на повторну пастеризацію. При цьому в колах сигналізації блокується котушка проміжного реле KL1 і сигнальна лампа НL5 сигналізує про подачу молока на допастеризацію. Після первинного циклу пастеризації, якщо температура молока відповідатиме нормі А1 вимкне реле KL2 та Y1 молоко з секції пастеризації через витримувач буде направлене в секції ІІ, І і подальші через секції охолодження ІV, V в молочний танк.

В процесі пастеризації при недопустимих зниженнях температури молока, воно також відправляється на повторну пастеризацію. Схема автоматизації працюватиме аналогічно описаному вище, але крім того разом з сигнальною лампою HL5 вмикається також звукова сигналізація НА.

При незначних відхиленнях температури пастеризованого молока, яка контролюється на виході з витримувача за допомогою RK3, імпульсним регулятором А2 типу ЭР-СС-63 через вихідні реле KL3 та KL4 здійснюється автоматичне керування подачею пару в систему підігріву води, що використовується для пастеризації молока. Закриття подачі пару здійснюється електромагнітом Y2, а відкриття електромагнітом Y3.

Також принциповою електричною схемою передбачено захист силових кіл від коротких замикань який здійснюється запобіжниками, захист електродвигунів тепловими струмовими реле КК1-КК3, захист кіл керування від коротких замикань за допомогою FU, та світлова сигналізація про роботу відповідного електродвигуна, яка здійснюється лампами HL2-HL4.

Танк – охолодник молока ТОМ-2А призначений для збирання, охолодження і зберігання молока на фермі, де розміщується до 400 корів. Він складається з молочної ванни 9 (рис. 2.5.7) з мішалкою 8, фреонового компресора 1, конденсатора 2, ресивера З, фільтра - осушника 4, теплообмінника 5, випарника б, водяного насоса 7, акумулятора холоду.

За 3 - 4 год. до початку доїння вмикають компресор й здійснюють попереднє охолодження води в акумуляторі холоду та наморожування льоду на панелях випарника. Це відбувається внаслідок руху фреону по замкненому контуру. Пари фреону, які відсмоктуються з випарника 6, компресором 1 стискаються, нагріваються й нагнітаються у конденсатор 2. У ньому фреон охолоджується повітряним потоком, який утворюється за допомогою вентилятора, віддає тепло, стає рідким й зливається до ресивера 3. Під тиском він надходить до фільтра - осушника 4, очищується від парів масла, охолоджується зустрічним потоком парів фреону у теплообміннику 5 і крізь отвір у терморегулювальному вентилі впорскується у внутрішню порожнину пластин випарника 6. Опинившись у розрідженому просторі, фреон кипить (переходить з рідкої у газоподібну фазу) зі споживанням теплоти.

При цьому пластини випарника охолоджуються до мінус 8-10 С і на них наморожується вода, в яку вони занурені.

Перед початком подавання молока вмикають мішалку 8 і водяний насос 7. Холодна вода омиває днище молочної ванни та охолоджує молоко, що надходить до неї.

Рисунок. 2.5.7. Технологічна схема танка-охолодника молока ТОМ-2А:

1 — компресор; 2 — конденсатор; 3 — ресивер; 4 — фільтр - осушник; 5 — теплообмінник; 6 — випарник; 7 — водяний насос; 8 — мішалка; 9 — молочна ванна.

Принципова електрична схема керування танком-охолодником молока ТОМ-2А наведено на рис. 2.5.8, 2.5.9.

При вмиканні автоматичного вимикача QF напруга живлення подається на головні контакти магнітних пускачів КМ1 - KM 4 та на коло керування, при цьому загоряються лампи HL1, HL2. Схема передбачає три режими роботи: ручний, автоматичний, миття.

У положенні перемикача SA "Ручний" керування електроприводами здійснюється тумблерами S1, S2, S3, S4 у колах відповідних магнітних пускачів. Вмиканням тумблера S1 у ручному режимі здійснюється початкове наморожування льоду на панелях випарника.

У положенні перемикача SA "Автоматичний" керування технологічним циклом реалізується за допомогою блока логічного керування Е залежно від стану контакту датчика температури SK2. Блок Е призначений для вироблення тимчасових сигналів необхідної тривалості, забезпечення технологічного алгоритму та організації вихідних сигналів у вигляді "сухих" контактів герконових реле К2 і КЗ. Як датчик температури використовується термоконтакт SK2, контакт якого замкнений ртутним стовпчиком при температурі + 4 ⁰С та вище. Логічний сигнал про необхідність вмикання системи охолодження, надходячи до блока Е, викликає спрацювання вихідних реле К2 і К3. Замикаючий контакт реле К2, який увімкнено в коло котушки магнітного пускача КМ1, забезпечує роботу мішалки, а контакт К3 вмикає пускач КМ2 і подає команду на ввімкнення насоса охолодження.

Рисунок. 2.5.8. Принципова електрична схема танка-охолодника молока ТОМ-2А (силове коло).

Надалі алгоритм керування передбачає таке функціонування схеми керування:

• за умов досягнення в процесі охолодження молока температури, нижчої за + 4 С, контакт SК2 розмикається, вихідне реле К3 вимикається і відповідно розмикає свій контакт у колі котушки пускача КМ2, що викликає вимикання насоса охолодження;

• мішалка після вимикання системи охолодження працюватиме, а після закінчення часу 3 ± 1 хв. блок Е виробить команду вимикання вихідного реле К2, контакт якого вимкне пускач мішалки КМ1;

• у процесі зберігання охолодженого молока блок Е вмикає мішалку на 3 хв. через кожні 30 хв.;

• через зменшення кількості льоду на панелях випарника, який витрачається на охолодження молока, температура вихідних парів фреону з випарника підвищується, контакти температурного реле SK1 у колі магнітного пускача КМЗ замикаються і вмикається привід компресора і вентилятора;• для контролю системи мащення компресора передбачене реле РКС. При кожному запуску компресора контакт реле РКС повинен замкнутися протягом 20 с, що контролюється елементом ДА9 (J-312), який у разі успішного функціонування системи замикання контакту РКС не дозволить вимкнутися проміжному реле К1. У випадку, коли контакт РКС за 20 с від початку запуску компресора не замкнеться, електромагнітне реле в елементі ДА9 знеструмиться, контакт його розімкнеться, вимикаючим реле К1, замикаючі контакти К1 розмикаючись вимкнуть ланцюг живлення, що забезпечить аварійне вимкнення устаткування ТОМ-2А;

• за умов неприпустимого підвищення тиску, який контролюється датчиком реле тиску SP, та спрацюванні теплових реле КК1 - КК4 при можливих перевантаженнях електродвигунів M1 - М5 їх розмикаючі контакти знеструмлюють коло живлення реле К1 і відбувається аварійне вимкнення устаткування ТОМ-2А, загоряється сигнальна лампа HL2 "Аварія". Деблокування сигналу "Аварія" відбувається шляхом вимикання ввідного автоматичного вимикача QF та його повторного вмикання;• за умов неприпустимого підвищення тиску, який контролюється датчиком реле тиску SP, та спрацюванні теплових реле КК1 - КК4 при можливих перевантаженнях електродвигунів M1 - М5 їх розмикаючі контакти знеструмлюють коло живлення реле К1 і відбувається аварійне вимкнення устаткування ТОМ-2А, загоряється сигнальна лампа HL2 "Аварія". Деблокування сигналу "Аварія" відбувається шляхом вимикання ввідного автоматичного вимикача QF та його повторного вмикання;

• технологічна операція "Миття" здійснюється у відповідному положенні перемикача SA. У цьому режимі передбачається керування електроприводом насоса мийки та електроприводом мішалки. Вмикання мішалки та насоса здійснюється за допомогою тумблера S4;

• за умов підвищення температури молока контакти SK2 замикаються і робота схеми повторюється.

Захист електроприводів та електроустаткування ящика керування від струмів короткого замикання забезпечується автоматичними вимикачами.

Рисунок. 2.5.9. Принципова електрична схема танка-охолодника молока ТОМ-2А.