Холодильные установки для молока

    Молоко – это очень востребованный продукт в пищевом рационе человечества.
    Одним из природных свойств молока является его сильно ограниченный срок для применения как натурального продукта при нормальных, окружающих нас с вами, условиях. Через некоторое время после получения молока от животных оно начинает скисать из-за наличия в нем молочных кислот и бактерий.

    Для того, чтобы увеличить действующее «товарное» время молока, как продукта или сырья для дальнейшей переработки, требуется его быстрое охлаждение, сразу же после дойки, до температуры около +4⁰С. При таком уровне температуры молока естественные процессы окисления в нём существенно замедляются и появляется достаточное время для транспортировки этого продукта к местам дальнейшей переработки в необходимые потребителям «формы» молочных продуктов, кисломолочных продуктов, сухого (порошкового) молока и прочего сопутствующего сырья и полуфабрикатов.
   В «холодопроизводстве» для продуктов питания можно выделить отдельное «подразделение» холодильной техники, которое получило свое персональное наименование именно по выполняемой функции: молокоохладитель.

    По конечной температуре охлаждения молока (+4⁰С) молочный охладитель — это среднетемпературная холодильная установка, где температура хладагента (t кипения) в испарителе находится в интервале от -5⁰С до 0⁰С.
    Изначально для технологии охлаждения молока (танк охладитель) использовали промежуточный хладоноситель – воду. Ёмкость для охлаждаемого молока помещалась в термоизолированную от окружающей среды «водяную ванну». Хладоновое холодильное устройство охлаждало воду до состояния «ледяной воды», которая, в свою очередь, отбирала излишки тепла от залитого в ёмкость молока.
    Теплоемкости молока и воды соизмеримы, и количество ледяной воды, находящейся в «охлаждающей ванне», близко по количеству к охлаждаемому молоку, поэтому процесс первоначального охлаждения от состояния парного молока происходил очень эффективно. Впоследствии холодильный агрегат выполнял лишь работу по доохлаждению продукта до нужной по технологии температуры.

 Одним из больших преимуществ «водяных» молокоохладителей была доступность ко всем узлам холодильной установки, когда проводится техническое обслуживание, также высокая ремонтопригодность.
    Охладитель молока с использованием ванн с ледяной водой имел один существенный «недостаток» — необходимость заблаговременного включения (за несколько часов) перед заполнением охлаждающей ёмкости молоком, чтобы вода-хладоноситель достигла требуемой температуры для охлаждения молока.

    В настоящее время, в связи с интенсификацией масштабов молокопроизводства, и увеличением наиболее распространены танки молокоохладители так называемого непосредственного охлаждения – испаритель хладагента «встроен» в стенки охлаждающей ёмкости.
    Такой тип охлаждения требует более тщательного наблюдения и контроля, когда осуществляется работа холодильной установки и, особенно, за температурой кипения хладагента в испарителе. Это вызвано тем, что недопустимо намерзание влаги из молочного продукта на внутренних стенках охлаждающей ёмкости, так как это кроме снижения кондиционных характеристик молока приводит ещё и к ухудшению условий теплопередачи между охлаждаемым продуктом и кипящим в испарителе хладагентом. «Ледяная корка», покрывающая изнутри молокоохлаждающую ёмкость препятствует отбору тепла от молока (существенно увеличивает время охлаждения), вызывает недостачу поступления тепла кипящему в испарителях хладагенту, что приводит к тому, что некоторое количество хладагента поступает на всасывающий терминал компрессора в жидком виде.

    Увеличение времени охлаждения молока, кроме нарушения технологии производства молочных продуктов и возможной некондиции либо порчи продукта, ведёт так же к неоправданному увеличению энергопотребления холодильной установкой, то есть к снижению экономической эффективности производства.
    Увеличение риска, когда жидкий хладагент поступает на всасывающий терминал компрессора холодильной установки – это прямой путь создания аварийной ситуации для выхода компрессора из строя при гидроударе (попадании хладагентно-масляной смеси в жидком виде в механизмы сжатия хладоновых компрессоров).
    Если во время начального периода охлаждения молока вся охлаждающая ёмкость заполнена тёплым продуктом, что естественным образом препятствует намерзанию «ледяной корки» на стенках, то при достижении температур близких к требуемым значениям охлаждения молока риск такого намерзания увеличивается многократно. В связи с этим современный молочный танк является сложным техническим устройством, оборудованным целым комплексом «следящих систем», удерживающих работу этой установки в заданных режимах, включая работу холодильного агрегата, активатора-мешалки в процессе охлаждения, а так же моечных устройств, которые обеспечивают соответствие состояния охлаждающей ёмкости санитарно-гигиеническим нормам.

    Скорость вращения активатора-мешалки – этот параметр так же подлежит слежению и управлению, чтобы не происходило эффекта взбивания молока и, в то же самое время, движение молочной массы вдоль охлаждающих внутренних стенок охлаждающей ёмкости соответствовало оптимальной скорости теплообмена между «холодом» из испарителя и «теплом» молока для сокращения процесса охлаждения загруженного количества продукта.
     В последнее время, чаще всего из неоправданных «чисто экономических» соображений («надо чем дешевле!»), в агрегате молокоохладителя стали использовать спиральный компрессор, предназначенный для систем кондиционирования воздуха, то есть компрессор холодильной установки, предназначенный для работы при высоких температурах кипения хладагента в испарителях, от +7,2⁰С и выше. Эта «первоначальная экономия» зачастую оборачивается большим разорением с течением времени: работа холодильного компрессора на границе допустимых технических условий эксплуатации и даже за пределами этих границ — происходит существенное сокращение мотор-ресурса компрессора, падает надёжность и стабильность работы холодильной машины, резко возрастает вероятность поломок и неисправностей.

    Остановка работы молокоохладителя для пользователя таким оборудованием при любой неисправности чревата не только внеплановыми затратами на проведение ремонтных работ, но и прямыми убытками от порчи молочной продукции из-за отсутствия своевременного охлаждения.
Спиральные компрессоры, как и все современные компрессоры герметичного исполнения, рассчитаны на охлаждение внутренних частей и механизмов хладагентом, поступающим со всасывающего терминала компрессора. Работа компрессора в определённом температурном режиме (низкотемпературный, среднетемпературный, высокотемпературный) сопровождается различным количеством хладагента, проходящего через компрессор за единицу времени. Чем ниже температура кипения хладагента в испарителе холодильной машины, тем с меньшим количеством хладагента приходится «бороться» компрессору. Чем разрежённее холодильный агент поступает на терминал всасывания, тем хуже условия охлаждения «внутренностей» компрессора, и если этот момент не учтён производителем (компрессор не предназначен для данного диапазона температур кипения хладагента), то более-менее допустимая эксплуатация компрессоров требует принятия дополнительных внешних мер по его охлаждению. Технологическая организация и выполнение таких дополнительных мер охлаждения просто-напросто нивелирует изначальную дешевизну самого компрессора.

    Существует ещё один «подводный камень» при эксплуатации спиральных компрессоров в качестве «агрегатного сердца» холодильных установок для охлаждения молока. Распространённые виды хладагентов для систем охлаждения молока, такие как R404А и R407С, образующие холодильный контур, в состоянии покоя (когда компрессор выключен) на стороне всасывающего терминала при давлениях уровня 6-8 бар. При таких давлениях температура конденсации этих хладагентов +5⁰С — +13⁰С для R404А, и +13⁰С — +21⁰С (!!!).

    Приведённые значения температур конденсации (обращения в жидкость) хладагента означают наличие высокого риска получения сжимающим спиральным механизмом гидроудара в момент «холодного» старта работы холодильной установки после длительного выключения.
    Во избежание подобных ситуаций, производители компрессоров настоятельно рекомендуют, чтобы температура в нижней точки картера компрессора превышала температуру конденсации находящегося в компрессоре хладагента минимум на 11⁰К, что гарантирует испарение и выпаривание жидкого хладагента из компрессорного масла. Это означает, что заблаговременно перед включением холодильной машины, за несколько часов, необходимо включить нагреватель картера компрессора.

    Если компрессор не будет предварительно разогрет, то в нём при «холодном» пуске происходят следующие, очень неблагоприятные, воздействия и перегрузки на узлы и механизмы:

• сконденсированный хладагент скапливается в нижней части компрессора;
• благодаря хорошей растворимости хладагента в компрессорном масле объём масляно-хладагентной жидкости значительно превышает уровень, допустимый при нормальной работе компрессора;
• избыток «жидкости» в картере гарантирует поступление этой самой жидкости в механизм сжатия компрессора;
• наличие жидкости в механизме сжатия – это превышение всех допустимых нагрузок, как на стенки спиралей, так и на эксцентриковый привод нижней спирали и электродвигатель компрессора;
• обогащение компрессорного масла хладагентом (разжижение) ведёт к изменению (ухудшению) смазывающих свойств масла, что вызывает «масляное голодание» трущихся в процессе работы компрессора узлов и деталей;
• перенасыщенный масляными взвесями хладагент, при своем движении через компрессор, осуществляет избыточный выброс масла в холодильный контур, что так же способствует «масляному голоданию» механизмов компрессора;
• ухудшение смазки «внутренностей компрессора» ведёт к перегреву, в том числе и образованию карбонизации (отложения горелого масла) клапанного механизма;
• карбонизация масла на поверхности клапана – потеря герметичности прилегания клапана к седлу и, соответственно, потеря производительности (снижение скорости прохождения хладагента по холодильному контуру);
• снижение скорости прохождения хладагента через компрессор – ухудшается охлаждение компрессора…

    Как видно из описания, этот процесс носит лавинно-образный характер, каждый последующий цикл сжатия хладагента, при таких условиях, многократно приумножает негативные последствия от предыдущего цикла. Один цикл сжатия хладагента компрессором – это обычно один оборот электродвигателя компрессора, стандартная скорость вращения электродвигателя составляет порядка 1400 оборотов в минуту, или 23 оборота (цикла) в секунду… десяток-другой миллисекунд и ваш компрессор разрушен «своими собственными силами», только лишь из-за того, что его поставили за пределы границ допустимых технических условий эксплуатации.