ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Производство установки для УВТ-обработки молока и молочных продуктов»

Рекомендуемая область пременения

Небольшие и средние молокоперерабатывающие предприятия (городские и районные молочные заводы).

Назначение, цели и задачи проекта

Ультравысокотемпературная обработка является на сегодняшний день одним из наиболее совершенных методов получения продуктов с длительным сроком хранения. Продукт перед розливом нагревается в потоке до температуры выше 135 °С с кратковременной выдержкой, а затем охлаждается. Скорость разрушения витаминов и белков при этом значительно ниже скорости уничтожения микроорганизмов.

Проведенными исследованиями установлено, что молоко после такой обработки незначительно отличается от пастеризованного по показателям, влияющим на качество продукта. В то же время, надо заметить, что при стерилизации в автоклаве, где необходим более длительный срок температурной обработки,  потеря витаминов значительно больше. Причем особенности организации производства УВТ?обработанного молока в отличие от стерилизации в автоклаве позволяет создать автоматизированное поточное производство с высокой производительностью.

УВТ?обработанный продукт, при соответствующей упаковке, способен храниться до 6 месяцев при обычной температуре. Производитель получает более широкий рынок сбыта за счет упрощенной транспортировки продукта. В розничной торговле исчезает необходимость его хранения и транспортировки при низкой температуре.

По уровню потребления молочных продуктов Россия в 1,5-2 раза отстает от европейских стран. Например, в Испании доля питьевого молока, разлитого в асептическую упаковку составляет 90%.

Необходимо отметить, что практически весь объём перерабатываемого по УВТ-технологии молока производится на импортном оборудовании, имеющем очень высокую стоимость.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Достижение необходимых технологических показателей при УВТ-обработке возможно только при одновременном обеспечении и контроле температурных, гидравлических и временных параметров. Причем обеспечение и контроль давления даже более значимы, чем обеспечение и контроль температурного режима, так как при понижении давления происходит вскипание продукта, что приводит к пригару (браку), а повышение давления может привести к выходу установки из строя.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Установка УВТ?обработки является сложной многопараметрической системой, состоящей из взаимосвязанных элементов ? насосов, теплообменников, регуляторов, а также устройств для механической обработки продукта.

Используемая методика создания программ теплогидравлических расчетов позволила в короткий срок создать установку УВТ?обработки. На ее основе разработана автоматизированная технологическая линия производства продуктов с длительным сроком хранения (рис.1).

Отличительные особенности УВТ?установки в составе автоматизированной линии:

- обеспечение и контроль необходимого давления для исключения кипения в секции стерилизации при температуре свыше 135 °С;

- обеспечение и контроль необходимого давления в контуре теплоносителя;

- обеспечение и контроль равенства давления в секциях регенерации для исключения смешивания стерилизованного и необработанного продукта;

- ускоренный разогрев при выходе на рабочий режим и режим CIP;

- плавное изменение производительности при согласовании работы установки с различным фасовочным оборудованием (без повторной обработки продукта);

- автоматическое изменение производительности за счет перенаправления продукта на повторную обработку при изменении дозы фасовки.

Рисунок 1. Общий вид установки ультравысокотемпературной обработки (а) и схема установки в составе автоматизированной линии (б)

Система управления на базе промышленного компьютера обеспечивает комплексную АСУТП линии в различных режимах (рис. 2).

Рисунок 2. Экран регистрации работы исполнительных механизмов (а) и экран регистрации основных технологических параметров (б)

Возможность адаптации установки к различным фасовочным аппаратам позволяет применять наиболее распространенные виды упаковки для молочных продуктов с длительным сроком хранения.

Комбинированная установка ультравысокотемпературной обработки

Передача тепла от теплоносителя к продукту в теплообменных аппаратах осуществляется через разделяющую стенку.

Разделяющая стенка, определяемая как теплообменный элемент, характеризуется следующими основными показателями качества:

- коэффициент теплопередачи,

- герметичность потоков,

- способность выдерживать высокое давление,

- санитарное исполнение элементов.

По конструкции теплообменные элементы можно разделить на два вида:

- выполненные в виде трубы,

- выполненные в виде пластины.

В соответствии с организацией технологического процесса теплообмен может происходить:

- порционно – в емкостных аппаратах,

- поточно – в теплообменных технологических установках.

Проведенная классификация применяемых в молочной промышленности конструкций теплообменных аппаратов (табл. 1), позволила провести анализ их соответствия основным показателям, необходимым для качественной и экономичной работы теплообменного аппарата (табл. 2).

Таблица 1. Классификация теплообменных аппаратов

Из таблицы 2 видно, что конструкция существующих теплообменных аппаратов не обеспечивает соответствия основным показателям качества работы в условиях ультравысокотемпературной обработки.

Таблица 2. Влияние конструктивных элементов теплообменных аппаратов на показатели работы

Условные обозначения:         Преимущество         Недостаток

На основании проведенных анализа и классификации была разработана конструкция теплообменного элемента, объединяющего положительные свойства трубчатого и пластинчатого, в то же время лишенного их основных недостатков. Конструкция представляет собой пластинчатый теплообменный элемент особого профиля, свернутый в трубу. Соединение труб разного диаметра позволяет создать кольцевые зазоры или каналы по которым движутся теплоноситель и продукт. Распределение по кольцевым каналам происходит посредством коллекторов оригинальной конструкции. Для большей эффективности теплопередачи продукт омывается теплоносителем с двух сторон.

Так как движение потока в каналах за счет особого профиля тепловых элементов приближено к движению потока в межстенном зазоре пластинчатого теплообменника, в процессе проектирования использовалась отработанная методика создания программ теплогидравлических расчетов.

С использованием этих расчетов был создан опытный образец многоканального теплообменного аппарата (рис. 3). Результаты теплогидравлических испытаний показали, что коэффициент теплопередачи по сравнению с конструкцией из гладких труб увеличился более чем в два раза. Тестовые испытания на прочность осуществлялись давлением более 1 МПа.

Результаты испытаний позволили откорректировать существующую методику и создать новую систему расчета многоканальных теплообменных аппаратов. С её использованием разработан и изготовлен типовой теплообменный модуль для УВТ-обработки, состоящий из секции стерилизации и секции регенерации (рис. 3в).

Рисунок 3. Многоканальный теплообменный аппарат в сборе (а) и в разобранном виде (б), модуль УВТ-обработки (в)

Применение теплообменного модуля в совокупности с пластинчатой пастеризационно-охладительной установкой позволило создать комбинированную установку УВТ-обработки (рис. 4), обладающую следующими преимуществами:

- высокое давление поддерживается в многоканальных теплообменных аппаратах модуля УВТ;

- эффективный и экономичный теплообмен в секциях пластинчатого теплообменника, работающего при обычном давлении.

Рисунок 4. Общий вид комбинированной установки УВТ-обработки молока (а), схема работы установки в автоматизированной линии производства продуктов с длительным сроком хранения (б)

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

По уровню потребления молочных продуктов Россия в 1,5-2 раза отстает от европейских стран. Потребление молока на одного человека кг/год:

- Скандинавия – 500;

- Франция – 420;

- Германия – 400;

- Австралия – 360;

- Россия - 230.

Длительный срок хранения – при обычной температуре до шести месяцев позволяет производителю получить более объемный и широкий географически рынок сбыта, упростить транспортировку, а также избежать возврата непроданных (просроченных) продуктов.

Производство молока произведенного по асептической технологии с 1999 по 2003 г. выросло более чем на 50% - с 450 млн. литров до 680 млн. литров.

По данным агентства «AC Nielsen»:

- в 2004 году рост объемов УВТ-обработанного молока в России составил 13% по сравнению с 2003 годом.

- 35% от всего упакованного питьевого молока в России составляет УВТ-обработанное молоко.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Принятые решения позволили упростить конструкцию на 10%, уменьшить металлоёмкость на 15% и снизить энергопотребление на 20% по сравнению с известными аналогами.

Новые потребительские свойства продукции

Разработанный типовой модуль в совокупности с отработанной комплексной АСУТП расширяет возможности пластинчатых пастеризационно-охладительных установок, позволяя при минимальной доработке использовать их как для ультрапастеризации, так и для обычной пастеризации молочных продуктов.
Кроме того, многоканальный теплообменный аппарат может использоваться для термизации вязких молочно-белковых продуктов, например при производстве детского и диетического творога.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Соответствуют государственным стандартам, техническим условиям на изделия, РТМ 27-72-15-82.

Стадия и уровень разработки

Созданы опытные образцы пластинчатой и комбинированной установок ультравысокотемпературной обработки. Разработана конструкторская и техническая документация.

Предлагаемые инвестиции

10 млн. руб.

Рынки сбыта

Продукция реализуется в Российской Федерации и странах ближнего зарубежья. Каждое пятое предприятие пищевой и перерабатывающей промышленности в России относится к молочной. Молочная промышленность (включая маслосыродельную) насчитывает около 3200 молокоперерабатывающих предприятий, в том числе крупных и средних – 1150 (с проектной мощностью более 50 т/сутки).

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемое в проекте оборудование, при соответствии лучшим мировым аналогам, характеризуется значительно меньшей ценой.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

29.11.2006