Насосы для пищевой промышленности: сферы применения и особенности конструкии насосов

Вакуум позволяет выполнять процессы, которые было бы невозможно выполнить в атмосферных условиях. Кроме того, это дает огромное преимущество при обработке материалов, чувствительных к теплу и кислороду. В пищевой промышленности существует множество применений, в которых используется вакуум. Вакуум, необходимый в пищевой промышленности, находится в диапазоне абсолютного вакуума 1-600 мбар (вакуумное давление, измеряемое относительно абсолютного идеального нулевого вакуума) и применяется при транспортировке, обработке, наполнении и упаковке пищевых продуктов, при очистке и создании соответствующих гигиенических условий.

Далее рассмотрим различные сферы применения вакуума в пищевой промышленности и какое при этом используются вакуумное оборудование.

Вакуумное потрошение

В вакуумном оборудовании для потрошение птиц используется водокольцевой насос. Для этого процесса достаточно давление около 100-150 мбар. Воздух, всасываемый в водокольцевой насос очень сильно загрязнен микробиологическими веществами, что означает необходимость регулярного слива уплотнительной воды в насосе, что создает большие нагрузки на установку очистки воды.

Вакуумное потрошение рыбы

Для вакуумного потрошении рыбы необходим низкий вакуум, очень часто используется вакуумный водокольцевой насос. Он должен быть большой производительности, который способен обеспечивать давление 400-500 мбар при высокой скорости откачки, для того чтобы преодолевать перепад высот в два метра. Из-за перепада давления требуется уровень вакуума на 100 мбар ниже, чем требуется для преодоления разницы в высоте.

Ультрапастеризованная обработка – вакуумное охлаждение молока

Предварительно нагретое молоко в загрузочном баке обогревателя с мешалкой подвергается воздействию пара 4-5 бар (без химических примесей и насыщенного пара, для того чтобы избежать чрезмерного разбавления продукта) для достижения температуры 140-145°C всего за три–пять секунд. В конце ультрапастеризованной обработки продукт поступает в высокотемпературную трубку для выдержки, где его выдерживают в течение нескольких секунд. Затем продукт перемещается под действием перепада давления из высокотемпературного резервуара для хранения в вакуумную камеру. В этой асептической среде добавленная вода удаляется путем мгновенного охлаждения, которое включает в себя резкое снижение давления и температуры продукта до 75-80 °C.

Вместе с добавленной водой мгновенное охлаждение также удаляет вызванные нагревом летучие компоненты, например, сероводород и низкомолекулярные серосодержащие соединения, которые отвечают за вкус молока. Водяной пар и летучие соединения в конечном итоге конденсируются. Чтобы избежать попадания капель молока в конденсатор, камера должна быть снабжена перегородками или проволочными сетками вблизи выхода пара.

Успешная работа зависит от поддержания постоянного вакуума около 50-100 мбар, поскольку емкость для мгновенного охлаждения работает при температуре кипения ультрапастеризованного молока. Как только в вакуумной камере достигается желаемый уровень, продукт поступает по трубопроводу к нагнетательному насосу камеры испарения, мгновенное охлаждение завершается, и продукт может быть отправлен в асептический дозатор.

Помимо охлаждения молока, также этот процесс может быть применен для других продуктов, таких как соусы, рагу, пасты, кремы и супы и т.д. Обычно используемыми источниками вакуума при мгновенном охлаждении являются пароструйные эжекторы или водокольцевые вакуумные насосы.

Сгущение молока путем вакуумного выпаривания

Концентрирование жидких пищевых продуктов (молока, сахарного сока и т.д.) путем выпаривания под вакуумом в вакуумном поддоне периодического действия или испарителе является обычной практикой. Испарение в вакууме снижает температуру кипения и, следовательно, тепловое повреждение пищевого продукта. Испаритель с вакуумным поддоном периодического действия представляет собой самый простой тип испарителя, состоящий из емкости с паровой рубашкой, снабженной мешалкой, и линии отвода пара (в верхней части вакуумного поддона), которая направляет водяные пары в конденсатор, подключенный к источнику вакуума.

Характеристики теплопередачи вакуумного поддона периодического действия довольно плохие, что требует длительного времени пребывания продукта. В испарителе с падающей пленкой пищевая жидкость движется под действием силы тяжести в тонкой пленке жидкости вниз по трубам длиной 8-12 метров диаметром 30-50 миллиметров. Благодаря короткому времени выдержки, составляющему всего 20-30 секунд, испаритель с падающей пленкой позволяет концентрировать термочувствительные продукты в непрерывном режиме практически без привкуса варки.

Концентрат пищевого продукта отделяется от водяных паров в пароотделителе, расположенном внизу и за испарителем с падающей пленкой. Линия отвода отработанных паров в головке пароотделителя отводит водяные пары в конденсатор или к следующему эффекту многоэффектного испарителя (серия последовательно работающих испарительных агрегатов), где они могут выступать в качестве источника тепла. Выпаривание молока обычно производится при температуре 40-45°C, при этом требуется давление не менее 75 мбар. Водокольцевые насосы или пароструйные эжекторы с высокой производительностью обычно работают при давлении 50 мбар и поэтому они подходят для этой цели.

Дезодорация растительного масла

При переработке пищевых масел и жиров требуется стадия дезодорации для удаления нежелательных соединений, таких как свободные жирные кислоты и летучие вещества, которые влияют на вкус, запах, стабильность и цвет конечного продукта. Перед этим процессом дезодорации масло деаэрируется под вакуумом, чтобы защитить качество продукта, предотвращая окисление. Кроме того, рекомендуется удалять неконденсирующиеся газы из раствора, так как, если их не удалять, они часто выходят пузырями из раствора на поверхностях, снижая скорость теплопередачи. После деаэрации масло нагревается и транспортируется в колонну дезодорации и подвергается процессу вакуумной паровой дистилляции, в котором пар пропускается через масло.

Для того чтобы предотвратить перенос очищенных свободных жирных кислот и летучих веществ в вакуумную систему, их необходимо утилизировать в конденсаторе. Вакуумная система обычно состоит из первой ступени, эжектора пара второй ступени и, наконец, водокольцевого насоса, работающего при 3 мбар на входе и 15 мбар на выходе, 15 мбар на входе и 50 мбар на выходе и 50 мбар на входе и выходе при атмосферном давлении, соответственно.

Сублимационная сушка

Чтобы продлить срок годности продуктов и сохранить основные питательные вещества, применяется сублимационная сушка (при которой вода замораживается, а затем сублимируется) с помощью вакуума. Начальный вакуум должен составлять около 20-50 мбар, чтобы избежать внезапного образования толстого слоя льда, который делает дальнейшую сублимацию практически невозможной. Затем абсолютный вакуум можно постепенно снижать, увеличивая производительность обычно используемого сухого вакуумного насоса (винтового насоса).