Разработка и оптимизация работы аппарата для сгущения НФ-концентрата творожной сыворотки

В работе представлено виртуальное моделирование гидродинамических процессов в аппарате-концентраторе для НФ-концентрата молочной сыворотки в программе SolidWorks Flow Simulation. Выполнен анализ траекторий потоков воздуха и капель продукта в установке при концентрировании НФ-концентрата творожной сыворотки. Проведены расчеты по определению конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров концентратора для переработки 10 тонн творожной сыворотки в сутки. В настоящее время существует проблема недостаточно полного использования творожной, а часто и подсырной сыворотки на пищевые цели. Как правило, часть ее идет на корм скоту и очень много сыворотки выливается молокозаводами со сточными водами. Это относится преимущественно к творожной сыворотке, которая является отходом производства творога на малых и средних молокоперерабатывающих предприятиях [1]. Предлагаются различные идеи по решению проблемы утилизации сыворотки, однако до сих пор в промышленном масштабе они остаются нерешенными [2, 3]. В то же время сыворотка включает ценнейшие пищевые и даже лечебные ингредиенты. Она содержит до 200 наименований биологически активных веществ, все ценнейшие для организма микроэлементы (кальций, калий, фосфор, магний и др.), витамины (Е, С, группы В и т. д.). В частности, в сыворотке содержатся редкие формы витаминов: биотин, витамин Н, фермент R, холин и др. Употребляемая в пищу сыворотка очищает кишечник, выводит из организма шлаки и токсины, способствует нормальной работе печени и почек, а также деятельности головного мозга, разжижает кровь и очищает сосуды [4-7]. Доказано, что, обладая уникальными свойствами, сыворотка может быть успешно использована по разным направлениям пищевой промышленности и даже в фармакологии [8-12]. Основным недостатком сыворотки, обуславливающим проблемы с ее использованием, является избыток влаги (93-96%), минеральных веществ (0,5-0,8%), а также лактозы (3,5-4%). Для повышения ее вкусовых качеств и дальнейшего ее использования на пищевые цели из сыворотки удаляют избыточную влагу, минеральные вещества и лактозу [13-22]. Существующее оборудование для переработки сыворотки предназначено в основном для крупных сыродельных заводов с объемами сыворотки свыше 100 тонн в сутки. Это оборудование неэкономично для малых и средних предприятий с объемами сыворотки менее 50 тонн в сутки. Наиболее экономичным способом переработки сыворотки для таких предприятий является применение нанофильтрации для частичного сгущения ее до 25% сухих веществ. Применяя последующую диафильтрацию, степень сгущения можно повысить до 30% сухих веществ с сопутствующей деминерализацией до 50% от исходного содержания солей [23]. Для более глубокой переработки (удаления избыточной лактозы) полученный НФ-концентрат необходимо сгустить, выкристаллизовать избыточную лактозу и отделить ее от мелассы, чтобы полученный продукт по соотношению количества белков и лактозы приближался к коровьему молоку. Тогда его можно использовать при производстве кисломолочных продуктов, повышая при этом их пищевую и биологическую ценность. Повсеместно используемые вакуум-выпарные аппараты имеют высокую производительность и неэкономичны для указанных выше объемов сыворотки на малых и средних предприятиях. Одним из возможных способов сгущения является применение для этих целей идей, заложенных в известном концентраторе-выпаривателе. Однако этот концентратор изначально предназначен для сгущения натуральной сыворотки, обрата, или молока, но не был предусмотрен для концентрирования НФ-концентрата сыворотки.