Сельское хозяйство

К.т.н. Герасимова О.А., к.т.н. Шилин В.А.

Великолукская государственная сельскохозяйственная академия, Россия

Первичная обработка и повышение качества молока на пастбищных комплексах

Преобладание удаленных от ферм пастбищных угодий вызывает необходимость создания пастбищных центров. В настоящее время доминируют пастбищные центры в виде лагерей. В состав летнего лагеря входят: установка для доения коров и первичной обработки молока под навесом, подсобные и вспомогательные помещения летнего типа, отделение для осеменения и др. При лагерном содержании скота недалеко от пастбищ устраивают стойбища, куда пригоняют скот для ночного отдыха, подкормки и доения. Главная задача лагерного содержания – обеспечить животных полноценными зелеными кормами.

При организации лагерного содержания скота важно установить правильный распорядок пастбищного дня, в котором должны быть точно предусмотрены часы кормления животных зеленой массой в специально оборудованных загонах, продолжительность выпаса, время поения животных, дойка и отдых животных.

Если, в целом, вопросы, связанные с рациональным использованием кормовой составляющей можно считать организационно и технологически решенными, то направления связанные с доением и первичной обработкой молока требуют дальнейшего совершенства. Во многом это объясняется введением Технического регламента на молоко и молочную продукцию /1/, регламентирующего условия получения молока от сельскохозяйственных животных, перевозок, реализации и утилизации сырого молока и сырых сливок, молочных продуктов непромышленного производства. Кроме того, условия пастбищного содержания не снимают требований энергосбережения, экологичности и создания условий для улучшения санитарного состояния животных.

Нами выполняются работы исследовательского и внедренческого плана по совершенствованию технической обеспеченности сектора, связанного с первичной обработкой молока.

Рис. 1 – Доильно-молочный блок пастбищного комплекса

1 – ящик запаса топлива; 2 – котел водогрейный с баком холодной воды; 3 – устройство промывки; 4 – доильные станки; 5 – молокопровод; 6 – вакуумпровод; 7 – счетчик молока; 8 – фильтр; 9 – установка герметичная для термизации; 10 – насос циркуляционный системы нагрева молока, 11 – вакуум-баллон; 12 – насос молочный; 13 – установка природного холода для охлаждения молока; 14 – циркуляционный насос подачи воды для охлаждения молока; 15 – резервуар глубокого охлаждения молока; 16 – насос подачи молока; 17 – автомолокоцисцерна; 18 – поилка мобильная; 19 – дизельная станция; 20 – генератор; 21 – электродвигатель; 22 – преобразователь частоты; 23 – вакуумный насос водокольцевой;

I - площадка ночного отдыха; II – ветеринарный участок; III – лаборатория; IV – склад ГСМ; V – противопожарный щит; VI – туалеты; VII – площадка хранения техники; VIII – склад концкормов; IX – душевые; X – резервуар для воды с солнечным подогревом; XI – комнаты отдыха для персонала; XII – кабинет руководства пастбищного центра, XIII – преддоильные и последоильные площадки.

На рис. 1 приведен план указанного сектора с расшифровкой позиций. В их число входят: проходные доильные станки установки УДС-3Б, преддоильные и последоильные площадки, площадка для первичной обработки молока с сектором очистки молока и первичного охлаждения с помощью энергосберегающей установки разработанной ВГСХА/2/, хранение с глубоким охлаждением, транспортировки агрегатом, состоящим из трактора или автомашины и прицепа в виде передвижного резервуара.

При совершенствовании системы первичной обработки молока учитывалась современная направленность – внедрение управления качеством молока (квалиметрии), для чего требуется обеспечение безопасности сырого молока в условиях пастбища при необходимости его хранения и подготовки к транспортировке. Наиболее целесообразным направлением является новая операция – термизация молока /3/, используемая для приостановки или замедления роста психрофилов. Термизация заключается в повышении температуры свежевыдоенного молока до 60…63 ºС с последующей выдержкой при данной температуре в течении 15с и последующим охлаждением до 4ºС. После такой обработки холодное молоко может сохраняться до 48 часов, при этом не допускается смешивание с необработанным молоком.

Кроме того, термизация снижает кислотность молока, что позволяет перевести молоко из первого сорта в высший.

Включение термизации в процесс первичной обработки молока органично вписывается в существующую схему первичной обработки молока (рис.2).

Установка для термизации включает следующую технологическую последовательность, которая базируется на использовании двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в качестве энергоисточника при отсутствии централизованного энергообеспечения.

Рис. 2 – Первичная обработка молока в условиях пастбища:

1- станция дизельная, 2- генератор переменного тока; 3 - электродвигатель асинхронный, 4 – преобразователь частоты; 5 – муфта; 6 – насос водокольцевой вакуумный; 7- вакуумпровод, 8 – установка для термизации герметичная; 9 – фильтр молочный; 10,11 – насосы центробежные водяные; 12 – установка для охлаждения молока естественным холодом; 13 – резервуар для сбора и хранения молока с глубоким охлаждением; 14 – камера предохранительная; 15 – фильтр выхлопной.

Работа проводилась на базе опытного хозяйства ЗАО «Великолукское» Великолукского района Псковской области.

Расчет системы термизации выполнялся в следующей последовательности.

Имеем полезную разность температур при предполагаемой схеме изменения температуры сред по теплоносителю (воде) от 72 º С до 65 º С, при этом диапазон изменения температуры всей массы молока составит от 36 º С до 63 º С (72 º С – температура нагрева от трубопровода выхлопных газов).

Рабочие параметры системы термизации устанавливаются по следующей упрощенной методике.

Тепловая нагрузка теплообменника Q определена по формуле

,

где - количество нагреваемого молока, кг/ч; - удельная теплоемкость молока, кДж/(кг ºС); - конечная и начальная температура молока, º С; - коэффициент, учитывающий потери тепла.

Расход воды (кг/с) на нагрев молока определяем по формуле

,

где - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг º С).

По полученному значению производим выбор насоса для циркуляции воды. Затем определяем коэффициент теплоотдачи со стороны воды.

При средней температуре ºС, выбираем технические характеристики воды для этой температуры: = 968,5 кг/м³; = 0,678 Вт/(м ·ºК); ; .

Выполним расчет критерия Рейнольдса

,

где - скорость тока воды в системе непосредственного нагрева, принимаем эквивалентной скорости тока воды в трубопроводе диаметром 40мм системы циркуляции _, м/с; - внутренний диаметр трубопровода, м.

Очевидно, для воды с циркуляционной системой активного перемешивания характерно турбулентное движение, при котором

,

где - критерий Нуссельта; - критерий Прандтля.

Температуру стенки молочного резервуара находим как среднюю арифметическую температур молока и воды

ºС.

Тогда = 3,0; =2,9; ( / ) = 0,99 1.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды

_, Вт/(м²/ºС).

Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде со стороны молока. При = 48 ºС, имеем м²/с; = 0,641 Вт/(м ºС); = 3,9.

Определяем критерий Рейнольдса по молоку

,

здесь - скорость движения молока в резервуаре с перемешиванием.

Очевидно при турбулентном состоянии имеем

.

Вт/(м²/ºС).

Определяем коэффициент теплопередачи при основном теплопотоке от воды, нагретой змеевиком с выхлопными газами к массе молока в резервуаре

.

Определяем теплоподающую поверхность выхлопной трубы (м²)

.

Общая длина трубы, по которой движутся выхлопные газы

, м.

Тогда возможно определить количество теплопередающих ветвей выхлопного трубопровода.

Исходя из принятой длины резервуара при определенном количестве обрабатываемого молока (соответствующего одной дойке), принимаем высоту резервуара (м). После этого определяем ширину резервуара, исходя из теплоподающей поверхности выхлопной трубы, подогревающей теплоноситель.

Перевозка сырого молока должна осуществляться в емкостях с плотно закрывающимися герметичными крышками. Транспортные средства должны быть оборудованы холодильными системами, обеспечивающими поддержание температуры, для чего целесообразно транспортировку молока от пастбища до центральной усадьбы производить средствами типа «резервуар-термос».

Литература:

1.Федеральный закон №88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию». Принят Гос. Думой 23 мая 2008 года, одобрен Советом Федерации 30 мая 2008 года.

2. Решение о выдаче патента РФ на изобретение, заявка № 2009149787/06(073455), дата подачи заявки 31.12.2009г., авторы: Герасимова О.А., Лобачев А.В.

3. Шутов А.А. Оптимизация параметров и режимов работы установки термизации молока на фермах крупного рогатого скота: автореферат дис. …канд. техн. наук / А.А. Шутов. – Санкт-Петербург, 2011. – 20с.