Процесс охлаждения морса в первом случае происходит чем во второй
Задание №8 ОГЭ по физике
Тепловые явления
Для решения задания № 8 необходимо понимание процессов, происходящих с веществом (с физическим телом) на молекулярном уровне. В условии задания речь может идти: о броуновском движении молекул, о силах, связывающих молекулы в веществе, о скорости их перемещения, о видах теплопередачи в физ.теле и т.д. Вся полезная для решения информация содержится в разделе теории к данному заданию.
Теория к заданию №8 ОГЭ по физике
Броуновское движение
Броуновским называют хаотичное (беспорядочное) движение частиц газа или жидкости. Броуновское движение имеет место как для взвешенных, видимых микроскопических частиц, так и для молекул. Это движение имеет тепловую природу, оно никогда не прекращается. Скорость движения частиц при этом напрямую зависит от их размера и, соответственно, от массы (чем крупнее частица, тем меньше скорость).
Хаотичность траекторий частиц связана с тем, что они произвольно сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда, а также с тем, что кроме поступательного движения они совершают еще и вращательное.
Скорость движения молекул
В целом скорость молекул во многом зависит от температуры физ.тела: чем выше температура, тем больше скорость, и наоборот. А поскольку эти величины напрямую связаны между собой, то движение молекул часто называют тепловым.
Скорость, которую в состоянии развивать молекулы того или иного физ.тела, зависит от его агрегатного состояния. Так, в твердых телах она ограничена и, по сути, сводится к колебательным движениям молекул в ограниченном пространстве (объеме). Такое ограничение, естественно, основано на значительной силе их взаимодействия. Молекулы жидкостей и газов имеют намного большую «свободу» движения. Соответственно, и скорость они в состоянии развивать существенно большую. Зависимость скорости молекул от агрегатного состояния можно переформулировать как зависимость от плотности вещества.
Поскольку молекулы движутся хаотично (см. Броуновское движение), то определить скорость каждой из них не представляется возможным. Поэтому всегда говорят об их средней скорости, на основании которой рассчитывают, в частности, среднюю кинетич.энергию молекул конкретного физ.тела.
Диффузия
Диффузией называют процесс взаимного проникновения веществ при их соприкосновении. Причиной диффузии является тепловое движение молекул, которое направлено в сторону снижения концентрации вещества и стремления к равномерному его распределению по всему доступному объему.
Явление диффузии свойственно веществам как в твердом, так и в жидком и газообразном состоянии. Скорость диффузии максимальна для газов. В жидкостях она меньше, а в твердых телах по сравнению с газами и вовсе минимальна. Зависит скорость в первую очередь от температуры – с повышением температуры скорость диффузии увеличивается.
Теплоемкость
Соответственно, теплоемкость может быть найдена по формуле:
В физике широко используется понятие удельной теплоемкости. Под этой величиной понимают теплоемкость единицы массы данного физ.тела. Она обозначается «с» и вычисляется из соотношения:
Плавление веществ
Плавлением называют процесс перехода вещества из твердого в жидкое. Он происходит при определенной температуре, которая разнится для различных твердых тел. Для того, чтобы плавление начало происходить, тело необходимо разогреть до этой температуры. Самый процесс плавления происходит в течение некоторого времени, и температура тела при этом не меняется. После того, как плавление завершено, а тело продолжают нагревать, его температура снова увеличивается.
В общем случае процесс плавления отображает график:
Здесь обозначение tп означает «температура плавления», а участок ВС отображает промежуток времени, в течение которого процесс плавления происходит.
Постоянная величина температуры во время плавления объясняется тем, что получаемая им при этом энергия затрачивается на разрушение кристаллической решетки тв.тела. Кроме того, часть поглощаемой энергии накапливается молекулами в виде потенциальной энергии.
Виды теплопередачи
Теплопередача (процесс обмена энергией) может осуществляться одним из 3-х способов – в виде теплопроводности, излучения или конвекции.
Под теплопроводностью при этом понимают передачу теплоты менее нагретым участкам физ.тела от более нагретых. Теплопроводность обычно имеет место в телах, характеризующихся неоднородным распределением температуры. Осуществляется она вследствие хаотического движения молекул (атомов, электронов и т.д.), которые являются носителями тепла (энергии). Механизм ее зависит от агрегатного состояния физ.тела.
Излучение подразумевает передачу теплоты с помощью электромагнитных волн. Этот вид теплопередачи не связан с необходимостью движения материальных частиц. Количество передаваемого таким способом тепла пропорционально температуре тела.
Конвекцией называют передачу теплоты посредством струи газа либо жидкости. Т.е. при этом способе передачи происходит механический перенос частиц тела, являющихся носителями тепла (энергии).
Влияние цвета на количество теплоты
Цвет является одним из свойств физ.тел, имеющих влияние на получение и отдачу ими теплоты. Цвет способствует отражению или поглощению поверхностью светового (или теплового) излучения. Эта особенность является избирательной и различается для разных цветов. Например, оранжевая поверхность отражает оранжевые и голубые лучи, поглощая лучи всего остального видимого спектра, т.е. поглощает тепло света частично. Для большинства других цветовых лучей тоже имеет место частичное поглощение. Исключение – черные поверхности, поглощающие свет полностью, и белые, которые полностью отражают его.
Взаимодействие молекул в веществе
Между молекулами любого вещества действуют силы электромагнитного взаимодействия. Причем взаимодействие может быть выражено как силами притяжения, так и силами отталкивания. Преобладание первых или вторых зависит от расстояния между молекулами. На относительно больших расстояниях молекулы притягиваются, а при их приближении друг к другу начинают проявляться силы отталкивания. При уменьшении расстояния между молекулами примерно до 2-3-х их диаметров силы отталкивания существенно увеличиваются. Но в то же время увеличиваются и силы притяжения, поскольку уменьшается расстояние между молекулами.
Когда удается достичь расстояния, равного 1 диаметру молекул, эти силы уравновешиваются. В таком состоянии молекулы оказываются в устойчивом положении, и их движение сводится к колебаниям вокруг своего положения равновесия. Это состояние свойственно твердым телам.
В жидкостях расстояния между молекулами несколько больше, обычно они составляют несколько их диаметров, поэтому в разные моменты времени преобладание сил притяжения сменяется преобладанием сил отталкивания. Попадание в состояние равновесия осуществляется случайно, и в нем молекула не может находиться стабильно.
В газах расстояния между молекулами значительно больше диаметров самих молекул. Поэтому их взаимодействие хаотично.
Разбор типовых вариантов заданий №8 ОГЭ по физике
Демонстрационный вариант 2018
Одно из положений молекулярно-кинетической теории строения вещества заключается в том, что «частицы вещества (молекулы, атомы, ионы) находятся в непрерывном хаотическом движении». Что означают слова «непрерывное движение»?
Алгоритм решения:
2–4. Проделываем аналогичный анализа 2–4-го утверждений-ответов.
Решение:
Первый вариант (Камзеева, № 5)
В два чайника, белого (1) и черного (2) цвета (см. рис.), наливают одинаковое количество воды и ставят на одинаковые газовые горелки. Исследуют процесс нагревания и дальнейшего охлаждения воды в чайниках.
В белом чайнике по сравнению с черным при прочих равных условиях вода будет
Алгоритм решения:
Решение:
Второй вариант (Камзеева, № 13)
Для охлаждения компота в кастрюле используют лед: в первом случае лед кладут вниз, под дно кастрюли, во втором случае – вверх, на крышку кастрюли (см. рис.).
Компот в кастрюле будет охлаждаться
5 аномальных фактов о воде
Перед вами пять наиболее интересных фактов о воде.
1. Горячая вода замерзает быстрее холодной
Почему же так происходит?
В 1963 году один танзанский студент по имени Эрасто Б. Мпемба (Erasto B. Mpemba) замораживая приготовленную смесь для мороженого, заметил, что горячая смесь застывает в морозильной камере быстрее, чем холодная. Когда юноша поделился своим открытием с учителем физики, тот лишь посмеялся над ним.
К счастью, ученик оказался настойчивым и убедил учителя провести эксперимент, который и подтвердил его открытие: в определенных условиях горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.
Теперь этот феномен горячей воды, замерзающей быстрее холодной, носит название «эффект Мпемба». Правда, за долго до него это уникальное свойство воды было отмечено Аристотелем, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.
Ученые так до конца и не понимают природу этого явления, объясняя его либо разницей в переохлаждении, испарении, образовании льда, конвекции, либо воздействием разжиженных газов на горячую и холодную воду.
2. Сверхохлаждение и «мгновенное» замерзание
Все знают, что вода всегда превращается в лед при охлаждении до 0 °C … за исключением некоторых случаев! Таким случаем, например, является сверхохлаждение, которое представляет собой свойство очень чистой воды оставаться жидкой, даже будучи охлажденной до температуры ниже точки замерзания.
Это явление становится возможным благодаря тому, что окружающая среда не содержит центров или ядер кристаллизации, которые могли бы спровоцировать образование кристаллов льда. И поэтому вода остается в жидкой форме, даже будучи охлажденной до температуры ниже нуля градусов по Цельсию.
Процесс кристаллизации может быть спровоцирован, например, пузырьками газа, примесями (загрязнениями), неровной поверхностью емкости. Без них вода будет оставаться в жидком состоянии. Когда процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как сверхохлажденная вода моментально превращается в лед.
Заметьте, что «сверхнагретая» вода также остается жидкой, даже будучи нагретой до температуры выше точки закипания.
3. «Стеклянная» вода
Не задумываясь, назовите, сколько различных состояний есть у воды? Если вы ответили три: твердое, жидкое, газообразное, то вы ошиблись. Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.
Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры?
4. Квантовые свойства воды
На молекулярном уровне вода удивляет ещё больше. В 1995 году проводимый учеными эксперимент по рассеянию нейтронов дал неожиданный результат: физики обнаружили, что нейтроны, направленные на молекулы воды, «видят» на 25% меньше протонов водорода, чем ожидалось.
5. Есть ли у воды память?
Альтернативная официальной медицине гомеопатия утверждает, что разбавленный раствор лекарственного препарата может оказывать лечебный эффект на организм, даже если коэффициент разбавления настолько велик, что в растворе уже не осталось ничего, кроме молекул воды.
Сторонники гомеопатии объясняют этот парадокс концепцией под названием «память воды», согласно которой вода на молекулярном уровне обладает «памятью» о веществе, некогда в ней растворенном и сохраняет свойства раствора первоначальной концентрации после того, как в нём не остается ни одной молекулы ингредиента.
Международная группа ученых во главе с профессором Мэдлин Эннис (Madeleine Ennis) из Королевского университета в Белфасте (Queen’s University of Belfast), критиковавшая принципы гомеопатии, в 2002 году провела эксперимент, чтобы раз и навсегда опровергнуть эту концепцию.
Результат оказался обратным. После чего, ученые заявили, что им удалось доказать реальность эффекта «памяти воды». Однако опыты, проведенные под наблюдением независимых экспертов, результатов не принесли. Споры о существовании феномена «памяти воды» продолжаются.
Вода обладает множеством других необычных свойств, о которых мы не рассказали в этой статье. Например, плотность воды меняется в зависимости от температуры (плотность льда меньше плотности воды); вода обладает довольно большой величиной поверхностного натяжения; в жидком состоянии вода представляет собой сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров, и именно поведение кластеров влияет на структуру воды и т.д.
Процессы охлаждения, холодильные циклы
Дросселированием называется резкое падение давления жидкости или газа при их протекании через узкие места (диафрагму, вентиль, пористую среду, капилляр и др.) в системах охлаждения.
Последние два процесса нашли применение в газовых н воздушных холодильных установках,
Несмотря на низкую эффективность, этот способ ввиду своей простоты применяют в судоремонте, металлообработке и т. д.
Известный из курса физики термоэлектрический эффект Пельтье можно использовать в электрической цепи из двух полупроводников, обладающих дырочной и электрон-
Рис. 1.2. Вихревой холодильник
Положительной особенностью эффекта Пельтье является использование электрической энергии без промежуточных преобразований для понижения температуры и переноса теплоты с низкого температурного уровня на более высокий. Термоэлектрические охлаждающие устройства используются в автономных кондиционерах, холодильных шкафах, охладителях напитков и т. д.
Машина, предназначенная для искусственного охлаждения какого-либо объекта с помощью подводимой энергии, называется холодильной (ХМ).
Рассмотрим принцип работы паровой компрессионной холодильной машины (рис. 1.4). Охлаждаемое помещение оборудовано змеевиком, называемым испарителем И, внутрь которого подается жидкий хлад-
Рис. 13. Схема термоэлемента Пельтье
агент. Он кипит внутри змеевика с температурой значительно ниже температуры воздуха охлаждаемого помещения, отводя от него теплоту Qo, необходимую для поддержания процесса кипения. Температура воздуха в охлаждаемом помещении понижается. Пары хладагента, образовавшиеся при кипении, отсасываются компрессором КМ и сжимаются. При этом
 |
повышаются их давление и температура. Сжатые пары с температурой, превышающей температуру охлаждающей среды (воды или воздуха), направляются в конденсатор КД. В конденсаторе КД пары хладагента передают теплоту, отведенную из охлаждаемого помещения, Qo и теплоту, эквивалентную затраченной работе на сжатие в компрессоре, охлаждающей среде. При этом сами пары хладагента конденсируются, превращаются в жидкость, отличающуюся температурой и давлением от жидкости в испарителе И. Поэтому npi переходе жидкого хладагента и конденсатора в испаритель И давление его понижается с помощь* дроссельного устройства Др. В испарителе И жидкий хладагент вследствие понижения давления начинае вновь кипеть при низкой темпера туре, образуя пар и отводя теплот из охлаждаемого помещения. Цик повторяется вновь.
Когда в холодильной машине вместо компрессора для отсоса сжатия паров хладагента используется эжектор, то ее называют паро- эжекторной (рис. 1.5).
Рабочий пар котла ПК, проходя через сопло эжектора Э, создае разряжение, в результате чего да! ление в испарителе И понижаете: При определенном давлении хла, агент в испарителе закипает, з; бирая теплоту из окружающей ср ды. Образовавшиеся пары хла, агента за счет разности давлеш поступают в камеру смешения эже тора, где смешиваются с рабоч^ паром котла. Проходя далее чер диффузор Д эжектора, скорое смешанного пара резко падае и он сжимается, повышая свое да ление и температуру. В конденс торе КД за счет повышенной темг ратуры смешанный пар отдает те лоту рабочего пара и теплоту, ОТЕ денную от охлаждаемого объею воде, а сам конденсируется. Отсю основная часть жидкости nnTaTej ным насосом Н подается в кот
Дата добавления: 2016-02-11 ; просмотров: 1266 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Охлаждение молока
Охлаждение молока на фермах
Сразу после дойки, парное молоко проходит первичную обработку. Правильное ее выполнение стабилизирует исходные характеристики продукта и способствует его сохранности, в т.ч., с эпидемической точки зрения. В комплекс воздействий входят: охлаждение и очистка молока на животноводческой ферме, а также его хранение.
Свежевыдоенное сырье поступает в молочный зал. Там его пропускают через фильтры из ваты или нетканого полотна. Затем доводят до температуры +4 град С, после чего продукт отправляется в хранилище. В качестве последнего обычно выступает танк-термос, оборудованный компрессорно-конденсаторным агрегатом. Процесс охлаждения молока на ферме должен начинаться не позднее, чем через 16 мин. (максимум – 20 мин.) после дойки.
Пластинчатые теплообменники 2000 литров в час
Цена: 88 000
Генератор чешуйчатого льда ГЛЧ-103А
Цена:
Танк охладитель молока закрытого типа на 10000 литров
Цена: 1 630 000
Генератор ледяной воды FM-3500
Цена: 735 000
Генератор ледяной воды FM-15000
Цена: 2 023 000
Генератор ледяной воды FM-12000
Цена: 1 720 000
Не менее популярным является и охлаждение молока на производстве. Поскольку завод не может сразу пустить на переработку весь объем привезенного сырья, то его приходится доохлаждать и хранить, согласно нормативным требованиям, в условиях пониженной температуры.
Белая вкусная жидкость попадает на переработку не только с ферм. Кроме них, продукт сдают частные хозяйства. Предприятию экономически не выгодно устраивать у себя приемку для большого числа клиентов. Да и владельцам коров намного удобнее сдавать продукцию на месте. Поэтому, кроме охлаждения молока на заводе, организован такой же процесс в приемных пунктах. Они могут быть мобильными и стационарными, небольшими и покрупнее (рис. 1). Все зависит от местоположения сдатчиков и количества сырья, в зависимости от которого выбирается емкость для хранения.
Цель охлаждения молока
Методы охлаждения молока
На фермах, молокозаводах и приемных пунктах применяются различные способы охлаждения молока. Все их можно разделить на две категории: естественные и искусственные.
В первом случае, обходятся без холодильных установок. Например, на небольших фермах практикуется охлаждение молока водой. Этот способ предусматривает погружение бидонов с продуктом в бассейны со льдом, через который пускают проточную воду. Лед берется в чистых водоемах, из расчета 1 куб. м. на 1 тонну молока. Зимой можно нагнетать вентилятором холодный воздух снаружи. При правильной постановке дела и небольших сроках хранения, данные технологии оказываются весьма эффективными. Например, в бассейне, через час после погружения бидонов, температура молока понижается до +5 град С.
На средних и крупных фермах, молокозаводах и в приемных пунктах пользуются специальными аппаратами. Они бывают трех видов. К первым относятся пластинчатые (рис. 1) и трубчатые теплообменники для охлаждения молока в потоке. За счет специальной конструкции, обеспечивается быстрое понижение температуры сырья. Эти установки обычно ставятся на предварительном этапе, потому что молоко можно охладить только до температуры, на три градуса больше, чем температура охлаждающей жидкости.
Вторая группа агрегатов обеспечивает мгновенное охлаждение молока за счет того, что емкость с продуктом орошается водой при температуре около 0 град С. Такие устройства называются льдогенераторы или льдоаккумуляторы. Их отличительно особенностью является наличие хладоносителя. В качестве последнего выступает вода или рассол. Хладагент (фреон) намораживает лед, который охлаждает воду. Эта вода потом подается к цистерне с молоком и понижает температуру сырья.
К третьей группе относятся молочные ванны и танки (рис. 3). Подобные установки, как и льдогенераторы, обеспечивают любые режимы охлаждения молока, вплоть до оптимального, когда содержимое доводится до +4 град С и хранится в таком виде в течение 72 часов. Но температура продукта понижается не «мгновенно», а в течение 3-х часов, чего вполне достаточно, чтобы сырье полностью сохранило свои кондиции.
Назначение охлаждения молока
Все выше изложенное неизбежно приводит к вопросу: зачем нужны такие ухищрения? Ведь очистка и охлаждение молока удовольствие не из дешевых. На него расходуются время и трудовые ресурсы. Для эффективности процесса, надо закупить специальное оборудование и обеспечить его электроэнергией. А в некоторых случаях – и проточной водой. И, если с очисткой все понятно, то зачем еще и охлаждать?
Ответ простой. Молоко относится к скоропортящимся продуктам потому, что это идеальная среда для размножения патогенных микробов. (Как известно, бактерии лучше всего развиваются при температуре от +25 до +40 град С и показателе кислотности среды рН = 6,8-7,4. У молока первый параметр равен 35-37 град С, а второй лежит в пределах 6,4-6,8). Из-за этих самых микробов подарок от буренки в течение нескольких часов становится непригодным для переработки. Если рассмотреть подробнее те процессы, которые происходят в нем после дойки и очистки, то получится следующая картина.
Парное молоко содержит в себе микроорганизмы двух категорий. Первые, о которых говорилось ранее, это молочнокислые и другие вредные бактерии. Они содержатся в сырье изначально, а также попадают в него с рук доярки, стаканов аппарата, вымени коровы и даже из воздуха. Из-за них молоко прокисает и портится. Другие – антибиотики. К ним относятся антитела, ферменты, молозиво, лизоцим, белки-имунноглобулины. Эти вещества не дают размножаться бактериям. Поэтому сырье, полученное от коровы, в течение 2-х часов бактерицидное. Это значит, что в течение данного времени число вредных бактерий в нем остается неизменным, или незначительно растет, или даже вообще несколько понижается.
Длительность первой фазы изменения микрофлоры в молоке, которая так и называется, бактерицидной или статической, зависит от его температуры (Т):
Каждый миллилитр парного молока обычно содержит порядка 11,5 тысяч микроорганизмов. В охлажденном до 5 град С сырье через 24 часа количество таких «невидимых вредителей» поднимается до 62 тысяч. Если температура остается на уровне 37 град С, то, за тот же период, их окажется 1 300 тысяч.
Кроме температуры, на длительность первой фазы влияет также исходное число вредных бактерий. Если, например, их количество окажется на несколько тысяч больше среднего значения, то продолжительность статической фазы, при той же температуре охлаждения молока, сократится приблизительно в 2 раза.
Антибактериальные вещества, которые изначально присутствуют в парном молоке, постепенно разрушаются. Наступает вторая фаза – смешанная микрофлора. По времени она длится в пределах 12-18 часов. В этот период одни вредные микроорганизмы уже активно размножаются. А другие все еще ингибируются «полезными» бактериями. Микробы, портящие коровье сырье, по температуре развития в фазе смешанной микрофлоры, можно разделить на несколько групп:
Окончание фазы смешанной микрофлоры характеризуется тем, что молочнокислые бактерии начинают преобладать над всеми остальными видами микроорганизмов.
Третья фаза – молочнокислая. Ее наступление обусловлено хранением при Т более 10 град С. В этот период появившиеся в сырье в большом количестве молочнокислые бактерии подавляют жизнедеятельность прочих микроорганизмов. Если попытаться обработать молоко в начале данной фазы, то, вполне возможно, оно еще окажется пригодным для дальнейшего употребления. Если же продолжить его хранение при указанной температуре, то молоко сквашивается. Теперь это уже не жидкость, а кисломолочный продукт.
Четвертая фаза, заключительная – дрожжевых грибков и плесени. Молочнокислые бактерии погибают от действия своих же продуктов жизнедеятельности. Изменяется кислотность. Белки разлагаются, сгусток исчезает. Развиваются только дрожжи и плесень. Создаются оптимальные условия для появления гнилостных бактерий.
Таким образом, вывод можно сделать однозначный. Процесс охлаждения молока является необходимым этапом производства, без которого хранения сырья в течение 3-х суток просто невозможно.
Но здесь возникает еще один вопрос. Хорошо, с парным разобрались. А зачем нужно охлаждение пастеризованного молока? Интерес не праздный. Пастеризация, как известно, представляет собой термообработку напитка без его кипячения. Там есть несколько режимов, они отличаются один от другого температурой нагрева и временем выдержки. Но суть одна – в итоге патогенные бактерии устраняются, полезные микроорганизмы остаются, органолептические характеристики не изменяются (рис. 4). Но, если вредные микробы умерли, то зачем тогда тратиться еще и на охлаждение молока?
Ответ и здесь лежит на поверхности. Пастеризация и охлаждение молока представляют собой два технологических этапа, без проведения которых никто не может дать гарантии в том, что напиток не содержит патогенные микроорганизмы в недопустимых количествах.
С одной стороны, охлаждение после дойки всего лишь позволяет хранить молоко в течение трех суток до его переработки. То есть, это во многом технологический и экономический фактор, потому что немедленная отправка сырья на завод сложна и невыгодна. Но потом подарок от буренки надо пастеризовать, потому что, при повышении температуры на разных этапах производства, микробы опять активизируются.
С другой стороны, пастеризация не уничтожает патогенную микрофлору на 100%. В молоке остаются вегетативные организмы, отличающиеся повышенной устойчивостью против нагрева. Без охлаждения они будут размножаться, что приведет к порче продукта или, как минимум, нарушению санитарно-гигиенических норм. Поэтому пастеризованное молоко охлаждают до Т менее 10 град С. Причем, делают это при помощи специальных устройств, потому что естественные методы (лед, холодная вода) не подходят, т.к. нагретое до 90 град молоко в таких условиях остывает недопустимо медленно. Сохранившиеся микроорганизмы успеют развиться до недопустимо большого количества.
Технология охлаждения молока
Агрегаты первой группы – это устройства непосредственного охлаждения. Они наиболее популярны, но не лишены некоторых недостатков. Главный из них – температура молока понижается до +4 град С не сразу, а через 3 часа. Поэтому на производстве нередко встречаются аппараты другого типа, использующие промежуточную субстанцию.
Установки для охлаждения молока с теплоносителем работают по тому же принципу, что и танки. Только здесь хладагент намораживает лед и действует не на молоко, а на воду, доводя ее почти до 0 град С (если вместо воды применить рассол, то можно добиться даже отрицательных значений). Ледяная вода орошает емкость с молоком и быстро понижает его температуру. Представители данной группы – льдогенераторы (льдоаккумуляторы)
Системы охлаждения молока в потоке работают проще. В эту категорию входят теплообменники. В них никакого изменения агрегатного состояния не происходит. Здесь продукт охлаждается за счет обычного обмена теплом, который происходит при контакте через тонкую перегородку между двумя жидкостями с разной температурой.
Все танки, ванны, льдоаккумуляторы и теплообменники для охлаждения молока объединяет то, что им требуется источник холода. В этом качестве на данный момент применяются следующие вещества.
Искусственные. Это фреоны (хладоны), синтезированные на базе насыщенных углеводородов (в основном, этана либо метана). Они безвредные для людей и безопасные в пожарном отношении, не образуют взрывчатых соединений. Главный минус, из-за которого некоторые из них (R-12, R-22) попали под запрет – разрушение озонового слоя.
Природные. К ним относятся вода, аммиак, углекислота, углеводороды. Аммиак признан вредным для человека, поэтому сейчас почти не применяется. Зато вода широко используется в качестве хладагента в теплообменниках и хладоносителя в льдогенераторах.
Оборудование для охлаждения молока
Оборудование для охлаждения и хранения молока в небольших хозяйствах – это, чаще всего, открытые ванны (рис. 5, 6). Они делаются вертикальными цилиндрическими или горизонтальными полукруглыми. Объем первых, в общем случае, поменьше, где-то до 2 тыс. л. молока, обычно не больше. Вторые могут быть покрупнее, до 5 тыс. л. И те, и другие оборудованы компрессорно-конденсаторными агрегатами. Их отличительная особенность – наличие верхних открывающихся крышек. Из-за этого, на охлаждение уходит больше энергии, по сравнению с герметичными аппаратами. Но на относительно малых объемах это практически не заметно. Зато такие устройства недорогие и не сложные в эксплуатации. Моются они вручную.
В крупных комплексах и фермах средней величины для охлаждения и хранения молока применяется оборудование несколько иное. Здесь предпочитают горизонтальные и вертикальные герметичные танки (рис. 7, 8). Это закрытые цистерны разных объемов, от небольших до 20 куб. м. и выше. Вертикальные резервуары для охлаждения молока, устанавливаемые под открытым небом, могут быть и на 50 куб. м.
Конструкция герметичной емкости для охлаждения молока показана на рис. 9. и 10.
Льдогенератор (рис. 11) – это установка, в которой с помощью фреона на решетке испарителя намораживается лед. Охлажденная этим льдом почти до 0 град С вода орошает емкость с молоком, за счет чего температура продукта понижается очень быстро. Нагревшаяся вода стекает на решетку со льдом, отдает ему свое тепло и снова возвращается в рабочее состояние. После этого процесс повторяется. Один из вариантов системы с льдогенератором показан на рис. 12. Нетрудно заметить, что в нем предусматривается наличие предварительного проточного теплообменника и молочного танка.
Самые популярные теплообменники для охлаждения в потоке – пластинчатые (рис. 13, 14). Холодная вода и теплое молоко подаются противотоком по смежным каналам между тонкими металлическими пластинами. Часто используются трубчатые (рис. 15, 16). Среди них распространены две конструкции. В первом случае, аппарат представляет собой две концентрические трубы. По одной течет продукт, по другой – холодная вода. Во втором – в трубе большого диаметра (или прямоугольной) набирается кассета из множества мелких трубок, концы которых выведены на опорную плиту и развальцованы. По трубкам течет молоко, между ними – вода. Система проточного охлаждения показана на рис. 17.
Объем холодной воды, необходимой для охлаждения определенного количества молока за один проход, рассчитывается по формуле:
QВ = QМ * CМ * (TМН – TМК) / (CВ * (TВК – TВН))
Здесь Q с индексами В и М значит расход, соответственно, воды и молока. С – теплоемкость, Т – температура этих же веществ. Н и К – начальное и конечное значение.
На некоторых предприятиях используется чиллер для охлаждения молока. Он может применяться, как в агрегатах прямого действия, так и в установках с теплоносителем. Схема работы подобного устройства и его внешний вид показаны на рис. 18. и 19.
Хранение молока
В молочно-товарном производстве есть правило, которое гласит, что охлаждение и хранение молока должно проводиться в одной и той же емкости. Например, если температуру продукта понижали путем погружения заполненных фляг в бассейн со льдом и проточной водой, то, значит, надо оставить сырье на хранение в тех же флягах. Смысл заключается в том, что, во время переливания, в молоко могут попасть патогенные бактерии из воздуха, что не желательно.
Исходя из данного соображения, молочные танки, ввиду своей универсальности, являются наилучшим оборудованием, как для охлаждения молока, так и для его хранения. С их помощью можно в течение трех часов понизить температуру сырья с +36 град С до +4 град С. А затем, изменив программные настройки, поддерживать продукт в данном состоянии до 72 часов. Если температура молока повысится на 1 градус, блок управления автоматически включит в работу компрессорно-конденсаторный агрегат.
В настоящее время охлаждение молока, как и его хранение до отправки на переработку, не представляет большой проблемы. Все вопросы решены, за счет наличия на рынке широкого ассортимента специального оборудования, с помощью которого можно реализовать различные схемы, подходящие к конкретным условиям.