Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние и перспективы развития пастбищного содержания коров 13
1.1 Состояние молочной отрасли животноводства в Северо-Западном регионе РФ 13
1.2 Анализ существующих технологий содержания скота в летний период 19
1.3 Анализ существующих планировочных и технологических решений летних лагерей и ПДЦ 33
1.4 Анализ средств механизации технологических процессов в ПДЦ 36
1.4.1 Анализ средств механизации машинного доения коров в летний период 36
1.4.2 Анализ технологического процесса первичной обработки молока в условиях пастбищ 43
1.4.3 Анализ технологического процесса охлаждения молока 50
1.4.4 Анализ технологий охлаждения молока с использованием источников естественного холода 62
1.4.5 Анализ существующих способов снижения бактериальной обсемененности молока 65
1.4.6 Анализ технических средств, применяемых для создания благоприятных условий при содержании коров на пастбищах 74
1.5 Краткие выводы. Цель и задачи исследования 75
2 Обоснование энергосберегающей технологии и средств механизации для пастбищного содержания коров 79
2.1 Обоснование энергосберегающих технологических процессов производства молока на пастбищах 79
2.2 Энергетическая оценка и обоснование рациона сельскохозяйственных животных 83
2.3 Биоконверсия, энергетическая оценка технологии производства молока на ПДЦ 86
2.4 Обоснование состава поточных технологических линий производства молока на ПДЦ 95
2.5 Применение Парето-метода оптимизации критериев оценки энергосберегающих технологий и средств механизации производства молока на пастбищах 101
2.6 Основные предпосылки необходимости создания ПДЦ 104
2.7 Предлагаемая технология создания окультуренных пастбищ 105
2.8 Структура разработанного пастбищного доильного центра 121
2.9 Параметрическая модель производства молока в летний период на ПДЦ 129
2.10 Разработанный способ механизированного пастбищного содержания крупного рогатого скота 131
2.10.1 Технологическая линия доения и первичной обработки молока 133
2.10.2 Повышение качества молока на ПДЦ 134
2.10.3 Первичное охлаждение молока 136
2.10.4 Система управления водокольцевым вакуумным насосом 138
Выводы 141
3 Теоретическое обоснование энергосберегающей технологии и технических средств для ПДЦ 142
3.1 Создание благоприятных условий для животных 142
3.2 Технологическая линия создания вакуума на пастбищных доильных центрах 149
3.3 Технологический процесс доения коров 152
3.4 Расчетные модели функционирования технологических линий 153
3.4.1 Расчет падения давления разрешения в шлангах и трубках доильных машин при турбулентно-пластичном течении молока 153
3.4.2 Теоретическое обоснование процесса охлаждения молока в энергосберегающей установке с использованием природного холода 175
3.4.3 Теоретическое обоснование повышения эффективности охлаждения воды при её активном распылении 184
3.4.4 Теоретическое обоснование параметров и режимов работы водокольцевого вакуумного насоса 194
3.5 Теоретический расчет процесса термизации с рекуперацией тепла 211
Выводы и задачи экспериментальных исследований 222
4 Программа и методика проведения экспериментальных исследований разработанных средств механизации 225
4.1 Программа экспериментальных исследований энергосберегающего привода водокольцевого вакуумного насоса 225
4.1.2 Описание конструкции экспериментальной энергосберегающей водокольцевой вакуумной установки с частотно-регулируемым приводом 227
4.1.3 Измерительные приборы и методика проведения эксперимента 231
4.1.4 Математическое моделирование зависимости параметров вакуумной системы на процесс создания вакуума 236
4.2 Программа и методика проведения экспериментальных исследований термизатора молока 241
4.2.1 Программа экспериментальных исследований 241
4.2.2 Описание конструкции экспериментальной установки для термизации молока 243
4.2.3 Измерительные приборы и методика проведения эксперимента 246
4.2.4 Математическое моделирование зависимости параметров термизатора молока 248
4.3 Программа и методика проведения экспериментальных исследований установки для охлаждения молока естественным холодом 252
4.3.1 Программа экспериментальных исследований 252
4.3.2 Измерительные приборы и методика проведения эксперимента 254
4.3.3 Результаты экспериментальных исследований процесса охлаждения молока в охладителе с использованием естественного холода 263
4.3.4 Влияние факторов на конечную температуру воды при её охлаждении в процессе воздушно-капельного распыления 264
4.3.5 Влияние факторов на понижение температуры воды при её охлаждении в процессе воздушно-капельного распыления 274
4.4 Программа и методика проведения экспериментальных исследований движения молочновоздушной смеси по молокопроводу 279
4.4.1 Программа экспериментальных исследований 279
4.4.2 Описание экспериментальной установки 280
4.4.3 Измерительные приборы и методика проведения эксперимента 282
4.4.4 Результаты экспериментальных исследований процесса транспортировки молока 285
Выводы 288
5 Энергетическая, экологическая, технико-экономическая оценка технологии и средств механизации при пастбищном содержании коров 291
5.1 Моделирование энергосберегающих технологий производства молока на пастбищах 291
5.2 Производственные испытания технических средств производства молока на пастбищных доильных центрах 306
5.2.1 Производственные исследования энергосберегающего электропривода водокольцевого вакуумного насоса 311
5.2.1.1 Программа и методика производственных исследований 311
5.2.1.2 Результаты опытно-производственных исследований 315
5.2.2 Производственные исследования процесса доения коров на ПДЦ 316
5.2.2.1 Программа и методика производственных исследований 316
5.2.2.2 Результаты опытно-производственных исследований 316
5.2.3 Производственные исследования процесса повышения качества молока 320
5.2.3.1 Программа и методика производственных исследований 320
5.2.3.2 Результаты опытно-производственных исследований 321
5.2.4 Производственные исследования технологического процесса охлаждения молока в процессе доения 332
5.2.4.1 Программа и методика производственных испытаний 332
5.2.4.2 Результаты апробации установки для охлаждения молока 335
3 5.3 Расчет экологичности производства молока на пастбищах 336
5.4 Экономическая эффективность разработанного комплекса машин 362
Выводы 369
Общие выводы и рекомендации 372
Литература 376
Приложения 393
- Анализ средств механизации машинного доения коров в летний период
- Структура разработанного пастбищного доильного центра
- Влияние факторов на конечную температуру воды при её охлаждении в процессе воздушно-капельного распыления
- Результаты опытно-производственных исследований
Анализ средств механизации машинного доения коров в летний период
Вопросы доения и обслуживания коров на ПДЦ сформулированы в работах [6,14,80,83.112,132,206]. При этом следует отметить, что обоснование и организация ПДЦ в Псковской области, имеет большое хозяйственное значение. В технологическом процессе производства молока на операции по доению коров, охлаждению и хранению молока затрачивается более 30% рабочего времени по обслуживанию молочного стада. Поэтому правильный выбор технологии и технологических линий доения и содержания коров в условиях пастбищ влияет не только на производительность труда, но и на продуктивность и состояние здоровья животных, качества продукции.
При содержании коров на пастбищах их доение может осуществляться в передвижных доильных установках с проходными станками. Широкое распространение получили доильные установки с параллельными станками серии УДС [58,64,100,123]. Они предназначены для машинного доения коров на пастбищах в летних лагерях (таблица 1.2). Выпускается в двух исполнениях: основное исполнение обеспечивает доение в молокопровод и первичную обработку молока, а исполнение УДС-ЗБ-01 - возможность доения со сбором молока в доильные ведра.
Разработана стационарная доильная установка УДЛ-Ф-12, которая входит в комплект оборудования блочного исполнения для летних лагерей на 200 коров К-Р-10 [100,193]. Комплект оборудования К-Р-10 предназначен для доения при содержании коров на открытых площадках, первичной обработке молока при стойлово-лагерном и стойлово-пастбищном содержании коров. Выпускается в двух модификациях: К-Р-10 - для модернизации действующих летних лагерей и пастбищ до 200 голов дойного стада, без ограждений и навесов; К-Р-10-1 - при новом строительстве летних лагерей [136].
Она включает в себя 12 доильных станков параллельно - проходного типа с кормораздатчиками, оборудование для учета и приема молока, молочного насоса, пластинчатого охладителя, емкости для хранения, а также систему автоматической промывки. Все оборудование поставляется в виде блоков, позволяющих значительно снизить затраты на монтаж и наладку оборудования.
Комплект оборудования обеспечивает выполнение следующих технологических операций и процессов: содержание и поение коров в загонах по 100 голов; доения; группового и индивидуального учета надоя молока; фильтрации охлаждения, сбора и хранения охлажденного молока; промывки и дезинфекции молочных линий и доильной аппаратуры; приема, хранения и выдачи концентрированных кормов коровам; получения горячей (до 70С) и теплой (до 40С) воды для технологических нужд; ветеринарной и санитарной обработки животных; автономного энергоснабжения при наличии резервного источника энергии.
Для ферм с привязным содержанием коров применяются летние лагеря с привязным содержанием животных в навесах и доением на установках АДМ-8 [129,186].
Для ферм и комплексов с беспривязным и комбинированным способами содержания коров с доением в залах на установках типа «Тандем» УДА-8 и УДА-16 «Елочка» применяют в летних лагерях те же доильные установки, чтобы сохранилось соответствие по их производительности и потребному количеству доярок [185]. В установках УДС-ЗБ [192], происходит кормление коров концентрированными кормами, подмывают вымя и доят коров, определяют количество надоенного молока от каждого животного, очищают и охлаждают его, хранят и перекачивают в транспортную емкость, моют и дезинфицируют доильную аппаратуру и молочное оборудование (рис. 1.9).
Доильные станки этой установки выполнены в виде разборных секций, смонтированных на трубчатых полозьях. В передней части станков имеются дверки для выпуска животных, открываемые пневматически. Фиксация коров осуществляется опусканием дуг. Станки укомплектованы бункерами для хранения концентрированных кормов и кормушками.
В силовом агрегате электродвигатель, бензодвигатель и вакуум-насос установлены параллельно на общей раме и соединены центробежными муфтами. Поэтому переключение привода происходит мгновенно. Здесь же установлен водяной насос для охлаждения молока.
Система водоснабжения состоит из бака с холодной водой, водогрейного котла, смонтированных на салазках, насоса-смесителя, водопровода и четырех сеток распылителей для обмыва вымени. Насос-смеситель и водопровод установлены на доильных станках. Для нагрева воды используется твердое или жидкое топливо.
Для подачи воды к распылителям служит насос-смеситель, приводимый в действие с помощью вакуума. Насос подает теплую воду через трубы водопровода к пластмассовым распылителям с шариковым клапаном, который в наклонном или горизонтальном положении распылителя пропускает воду, а в вертикальном автоматически прекращает подачу.
Качество работы современных доильных аппаратов определяется, в основном, интенсивностью стимуляции, воспроизводящей нейрогормональный рефлекс молокоотдачи, и безопасностью доения.
Современный этап развития систем машинного доения можно характеризовать интенсивным повышением технического уровня доильного оборудования, появлением принципиально новых конструкций доильных машин, расширением использования автоматизированных элементов в традиционном оборудовании.
Рассмотрение процесса машинного доения с позиций системного анализа показывает, что это сложный биотехнологический процесс, в котором участвуют оператор-доильная машина-животное-внешняя среда (0-М-Ж-С), где рабочие органы доильной машины непосредственно контактируют и взаимодействуют с выменем животного [83].
Вместе с тем, как показывает практика машинного доения, с повышением уровня механизации доения число случаев заболевания вымени, у коров от машинного доения увеличилось. Чаще всего возникают маститы [57,74] от нарушения технологии машинного доения, а также у коров непригодных к машинному доению. Перевод молочного животноводства на промышленную основу остро ставит задачу безопасного машинного доения. Задача приспособления доильной техники к анатомическим и физиологическим особенностям животных - это сложная биотехническая проблема, от эффективности контактов и взаимодействия между ними зависят полнота извлечения молока из вымени коров, последующая их молочная продуктивность.
При осуществлении процесса машинного доения происходит реализация двух взаимообусловленных процессов - молоковыделения и молоковыведения. Первый процесс обусловлен реакцией молочной железы вымени коровы на стимулирующие преддоильные и доильные воздействия, при которых она активно "припускает" и отдает молоко, отвечая интенсивной молокоотдачей. Второй процесс обусловлен тем, что поступившее молоко из альвеолярного отдела вымени в молочные цистерны сосков извлекается доильной машиной.
Структура разработанного пастбищного доильного центра
В связи с преобладанием упрощенных лагерей на естественных пастбищах, вопрос необходимости проектов лагерей, отвечающих требованиям интенсивного производства молока в исследуемом хозяйстве, стал наиболее актуальным.
Для условий конкретного хозяйства максимальная концентрация коров в лагере зависит также от конфигурации пастбищной площади и места расположения лагеря. В комплект летних лагерей входят: навесы для доения коров с доильной установкой и примыкающей к нему преддоильно-последоильной площадкой, молочный блок, лечебно-санитарный пункт с пунктом искусственного осеменения, жижесборник, бытовое и подсобное помещения, автопоилки.
При выборе наиболее рациональных планировочно - конструкционных решений ПДЦ важную роль играют функциональное зонирование и взаимосвязи всех подразделений. В соответствии с этим получение молока на пастбище характеризуется наличием различных производственно эксплуатационных взаимосвязей.
Функционально - технологические требования к проектированию и эксплуатации ПДЦ предусмотрены нормами технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота [150]. Согласно требованиям этих нормативных документов в числе обязательных объектов для получения, первичной обработки молока на летних доильных площадках предусматривается доильно-молочные помещения.
Состав и размеры помещений летних доильных площадок определяются конкретными хозяйственными условиями производства в летнем лагере, его размерами, технологией содержания скота, продуктивности коров, типом и качеством доильных установок, применяемых способов первичной обработки и переработки молока.
Проведенные исследования позволили обосновать технологию, структуру и режимы работы ПДЦ для хозяйств и условий Псковской области Северо-Западного региона РФ.
Прототипом разработанного ПДЦ, служит ПДЦ, созданный на базе доильной установки УДС-ЗБ, разработанный Туваевым В.Н. для Северного региона РФ [185,186], приведенный на рисунке 2.5.
В состав ПДЦ входят: облегченное помещение I с доильной установкой УДС-ЗБ 1 с расположенной внутри станка навозной решеткой 3 и примыкающей к нему преддоильно-последоильной площадками XIV. На площадке имеется кормовая линия XIV. Здесь же расположен ветеринарный блок с пунктом осеменения V, жижесборник XI, молочное и моечное отделение II, профилакторий VI, бытовое помещение III, помещение для хранения концентрированных кормов IV, родильное отделение VII, помещение для выдержки коров VIII, лаборатория IX, вакуумная и силовая X с вакуумным насосом 7, туалет XII, проезды XV и кормушки XVI. Для сбора молока предусмотрена емкость 2, рядом с которой расположена моечная ванна 4. Для нагрева воды предусмотрен электроводонагреватель 5. Подгон животных осуществляется с помощью механического подгонщика 6. Поение животных происходит из групповых поилок 8.
Аналогичные по принципу работы пастбищные центры, отличающиеся по планировке преддоильно-последоильных площадок, доильно-молочных блоков разработаны с доильными установками типа УДС-3Б на 100 и 200 голов, и доильными установками типа «Тандем» на 400 коров. Оборудование аналогично описанному выше.
Данный пастбищный доильный центр имеет следующие недостатки с точки зрения его использования в Псковской области. Преддоильная и последоильная площадки должны быть параллельно-проходными, с целью увеличения пропускной способности доильной установки.
При разработке проекта ПДЦ использованы типовые проекты сооружений, применяемые в это время технологии и серийное оборудование, а также собственные разработки и учет особенностей эксплуатации ПДЦ в условиях Псковской области. Для организации рациональной пастьбы нами предлагается наиболее выгодный генеральный план на 200 голов с пастбищной площадкой из 15 загонов с каждой стороны с таким расчетом, чтобы на каждом загоне выпасалось до 100 голов. Путь до загона и путь на дойку осуществляется вне территории загонов, т.е. по определенным путепроводам - сбоку от загонов и по центру между загонами. Нами разработана схема генерального плана ПДЦ на 200 голов для условий Псковской области, приведенная на рисунке 2.6[30,41].
Для ночного отдыха животных выделен загон по периметру преддоильно - последоильной площадки с внешней стороны из расчета 2,5м2 на корову [136,151], площадь под навесом для отдыха 8 м2 на одно животное.
В качестве источника вакуума использован водокольцевой насос типа ВВН-6, обеспечивающий высокую стабильность вакуума, надежность и бесшумность в работе.
Во время доения животные получают концентрированные корма, поступающие из бункера в кормушки, установленные в станках доильной установки. Водоснабжение предусмотрено от ближайшего водоема или от водоподъемника с устройством накопительного бака на территории ПДЦ.
Удаление навоза из преддоильных и последоильных площадок, проходов с бетонным покрытием производится трактором с бульдозерной навеской на близлежащие площадки для последующего вывоза в полевые хранилища. Для исключения возможного образования загрязненных сточных вод от удаления стоков доильно-молочного блока предусмотрено подземное водоотведение с емкостью из полимерного материала, в котором собирается часть этих стоков с целью обязательной их нейтрализации перед выбросом.
Для искусственного осеменения коров служит лаборатория искусственного осеменения, для профилактических работ - ветеринарный участок со всем набором соответствующих помещений. Все производственные помещения центра изолированы. Молочное отделение спланировано так, чтобы длина труб молокопровода была минимальной.
При реконструкции генерального плана ПДЦ решался вопрос состояния основного производственного участка - участка доения и первичной обработки молока на поголовье в 200 голов.
Особой комплектации оборудованием в условиях ПДЦ требует доильно-молочный блок. Высокая значимость этого сектора несомненна и данное направление актуально с той точки зрения, что отдельные технологические операции при отсутствии централизованного электрообеспечения требуют совершенствования при постановке задач энергосбережения, экологической чистоты, минимальных трудозатрат, улучшения санитарного состояния животных. К таким операциям можно отнести доение и первичную обработку молока, низкотемпературное хранение, нетрадиционное энергообеспечение, защиту от солнечной радиации и осадков, утилизацию навоза, кормление, транспортировку молока.
Основной участок разбит на две секции для группового и последоильного выдерживания животных в расчете на 50 голов, между которыми размещается доильный блок длиной 18 м с проходными станками в глубину 6 м доильной установки УДС-3Б. В торцах размещены участки молочного блока, где размещается оборудование для обработки молока (рис. 2.7).
Площадь секции выдерживания установлена из расчета 2,5 м2 на животное [125] и составила 125 м2 (или 25 м5 м каждый). На доение животные проходят по двум переходам (скотопрогонам) шириной 0,80…0,85 м, между которыми имеется проход для скотника шириной 0,9… 1,0 м [182].
Вплотную к участку доения для основного поголовья примыкают две легкие крытые площадки ночного отдыха животных, каждая на 100 голов, разработанные с учетом привязного и беспривязного содержания в зимний период (приложение В).
Влияние факторов на конечную температуру воды при её охлаждении в процессе воздушно-капельного распыления
Согласно принятой методике были проведены эксперименты по определения влияния входных факторов на конечную температуру воды, полученные в результате в воздушно-капельного испарения.
Результаты проведения эксперимента представлены в таблице 2 приложения Г. Температура окружающего воздуха во время проведения эксперимента находилась в пределах 24...26 С, влажность воздуха 75%, барометрическое давление 752,8...768,1 мм. рт. ст.
При изучении обработанных данных (Приложение Ж), а также анализе поверхностей отклика, построенных по полученной математической зависимости, следует отметить, что на конечную в процессе воздушно капельного охлаждения температуру воды ( teKp) оказывают наибольшее влияние диаметр отверстий распылителя и давление воды в системе.
Многофакторный регрессионный анализ по определению влияния таких факторов, представленных в матрице планирования эксперимента (таблица 4, Приложение Д), как давление воды, диаметр отверстия распылителя, скорость воздуха на конечную температуру воды позволил получить следующую математическую модель (в кодированном виде). После удаления незначительных коэффициентов математическая модель процесса имеет вид
После проведения повторного многофакторного регрессионного анализа, без учета незначимых эффектов, были получены результаты, представленные в приложении Е. Из представленных данных можно сделать вывод, о том, что модель (4.7) информационно способна, т.к. коэффициент детерминации параметра в модели достаточно велик (R - квадрат равен соответственно 96,57%). Полученная модель объясняет соответственно 96,57% изменения конечной температуры воды, полученной в результате воздушно-капельного испарения teKp . Рассматриваемая модель значима, т.к. существует статистически значимое отношение между переменными. Заметной корреляции между опытными значениями нет, т.к. статистика Durbin-Watson (DW) больше, чем 1,4.
Как показывает анализ представленной поверхности отклика (рис. 4.19) оптимальные уровни давления воды 0,12 МПа и скорости воздушного потока 0,56 м/с, обеспечивают уверенное снижение температуры хладагента до 10,4... 10,6 С. Этот уровень вполне обеспечивает требуемый теплообмен.
На рис. 4.20 представлена полученная поверхность отклика, устанавливающая связь между температурой хладагента и основным рабочим параметром распылителя - диаметром отверстий (мм) и скоростью воздушного потока (м/с).
Выявленные оптимальные уровни привели, по существу, к аналогичному результату: получена температура хладагента в пределах 10,6… 10,7 С.
Принимая во внимание значения коэффициентов полученной математической модели, анализируя поверхности отклика (рис. 4.23), замечаем, что наибольшее влияние на конечную температуру воды в процессе охлаждения оказывает диаметр отверстий распылителя.
Температура воды понижается с повышением диаметра отверстий распылителя до 1,54мм, что обусловлено созданием оптимального диаметра капель в воздушном потоке, так как при их оптимальных размерах происходит наибольшее удаление теплоты. Дальнейшее увеличение диаметра отверстий ведет к повышению температуры воды. Отмечено понижение температуры 10,2…10,4С со снижением скорости воздушного потока с 0,75 до 0,55… 0,57 м/с, данное явление обуславливается оптимальной работой вентилятора, при которой удаляется отработавший воздух. При дальнейшем уменьшении скорости воздушного потока от 0,5 до 0,25 м/с, температура возрастает до 13,6С.
Представляет интерес проанализировать влияние параметров по давлению в системе рв (МПа) и диаметру отверстий распылителя d p (мм)
На рисунке 4.21 анализируемые соотношения в виде поверхности отклика позволяют сказать, что давление в системе 0,126 МПа и диаметр отвег)Стий распылителя 1,2 мм, позволяют снизить температуру воды до 9,8… 10,2 С.
При значении диаметра отверстий распылителя от 1,0 до 1,26 мм его изменение приводит к снижению температуры воды до 9,8 С, однако при дальнейшем повышение данного показателя происходит увеличение температуры до 13,8С, что обусловлено повышением размера капель.
Выявлено, что при давлении воды от 0,05 до 0,128 МПа происходит снижение температуры воды, а при дальнейшем увеличении 0,128 до 0,15 МПа отмечен рост выходного показателя. Минимальные значения температуры воды достигаются при значении данного фактора в диапазоне 0,126…0,128 МПа.
Совмещённый анализ всех зависимостей позволяет сделать следующий определяющий вывод:
- поверхности отклика позволяют определить значение рабочих параметров, обеспечивающих уверенную минимизацию конечной температуры воды её охлаждении в процессе воздушно-капельного распыления, как хладагента в пределах диапазона температур от 9,8 до 10,4С.
- значениями рабочих параметров являются по давлению в системе подачи воды 0,128 МПа; по скорости воздушного потока 0,56 м/с; по диаметру отверстий распылителя 1,2 мм.
С помощью программы «Statgraphics Plus» получены графические изображения поверхностей откликов, изображающих зависимость между критерием оптимизации и двумя независимыми переменными Y = f(Pe;veo3), Y = f(dp;ueoJ, Y = f(pe;d ).
Рассмотрение всех возможных зависимостей дает наглядное представление о значениях критерия оптимизации, которые он будет принимать при варьировании каждой пары факторов. При проведении анализа можно сказать, что область оптимума давления воды находится в пределах 0,116...0,120 МПа, диаметр отверстий распылителя 1,04... 1,10 мм, скорость воздушного потока 0,50...0,56 м/с. По результатам проведенных исследований конечная температура воды составила 10,6 С, при оптимальных значениях всех входящих факторов: давления воды, диаметра отверстий распылителя и скорости воздушного потока.
После раскодирования факторов модель объекта в физических величинах принимает вид t = 11,08 -0,932рв + 0,466d -0,181ивоз +0,67рв -d + 0,252d -veo3 + +0,503рв +0,79d + 0,975ивоз . Полученная математическая модель процесса охлаждения воды в результате воздушно-капельного теплообмена позволила определить оптимальные значения входящих факторов:
Рв - давление воды - 0,129 МПа;
р - диаметр отверстий распылителя - 1,1 мм;
Veo3 - скорость воздушного потока - 0,58 м/с.
Результаты опытно-производственных исследований
На основании задач исследований была сформулирована программа исследований, которая включает следующие этапы:
1) разработка методики проведения эксперимента;
2) исследование влияния термизации и охлаждения молока-сырья в процессе доения на микробиологические, физико-химические и органолептические показатели, определяющие его сортность, и сравнение этих показателей со значениями, полученными при лучшем существующем способе первичной обработки молока;
3) ВЫВОД ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕРМИЗАЦИИ И ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА-сырья сразу после доения при помощи разработанных установок для термизации и охлаждения естественным холодом с рациональными параметрами и режимами работы.
Существующей схемой первичной обработки молока-сырья, позволяющей максимально сохранить его первоначальные свойства на летней дойке, является охлаждение сразу после доения в проточном охладителе ледяной водой. В качестве объекта производственной проверки с разработанной технологией и средствами механизации были выбраны: ЗАО «Великолукское» Великолукского района, ООО «СПК-колхоз Маевский» Новосокольнического района Псковской области. На ПДЦ на 200 голов дойного поголовья в среднем за сезон производится 640…680т, которое доставляется на переработку каждый день автомолокоцисцерной на расстояние до 60 км.
За 2015 год 75% молока было сдано первым сортом и только 25% высшим [158].
Для данных хозяйств особенно в летний период на пастбищах существуют проблемы повышения сортности молока и накопления молока до более полной загрузки автомокоцисцерны и сокращения за счет этого транспортных затрат. Причиной занижения сортности молока на приемке перерабатывающего завода для хозяйств по статистическим данным приемной лаборатории является несоответствие микробиологических показателей молока требованиям «Технического регламента на молоко и молочную продукцию» [200]. При условии применения наиболее современной технологической схемы первичной обработки высокий уровень бактериальной обсемененности молока-сырья.
Существующая схема первичной обработки молока охлаждением за счет таяния льда во фригаторном ящике в летнем лагере представлена на рис. 5.23. Этот способ первичной обработки принят за базовый.
Молоко из доильных стаканов 1 по молокопроводу 3 под действием вакуума 2 поступает в охладитель 4. Хладоносителем в данной системе является вода, перекачиваемая насосом 5 из охладительного бака 6, полученная в результате таяния льда во фригаторном ящике 7.
После охлаждения молоко подается насосом 8 в теплоизолированный резервуар охладитель 9, который позволяет сохранить температуру молока в течение суток при повышении на 1С. Затем в автомолокоцисцерне молоко доставляется на стационар. Охлаждение по представленной базовой схеме позволяет сохранить начальное качество молока и предотвратить размножение бактерий.
В разработанной схеме после фильтра тонкой очистки и резервуаром-охладителем были размещены: установка для термизации молока с рекуператором (рис. 5.24), обеспечивающая обработку молока предлагаемым способом, включающим нагрев молока до 63С, выдержку в течение 15 секунд и охлаждение до 40С, с автоматическим регулированием и поддержанием заданных температур с погрешностью ±1С. Дополнительно были установлены две теплоизолированные герметичные емкости из пищевой нержавеющей стали для приема и хранения молока, обработанного различными способами. Предлагаемый способ первичной обработки включает подачу молока насосом через фильтр в термизатор с рекуператором, где оно нагревается до 63С, выдерживается 15 с, охлаждается до 40С и подается на последующее охлаждение в установку для охлаждения молока естественным холодом до 14С. После этого молоко направляется для доохлаждения до температуры 4С и кратковременного хранения при этой температуре в резервуар-охладитель [51,52].
Качество молока-сырья регулируется национальным стандартом ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко натуральное коровье-сырье» [59] и «Техническим регламентом на молоко и молочную продукцию» [200]. В зависимости от показателей молоко-сырье делится на сорта: высший, первый и второй.
К микробиологическим показателям, определяющим сорт молока при приемке, относят количество мезофильных аэробных микроорганизмов и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) в 1 см, количество соматических клеток в 1 см и кислотность молока в Т. КМАФАнМ зависит от начальной бактериальной обсемененности молока и может изменяться в зависимости от условий первичной обработки и хранения молока до переработки. Количество соматических клеток не увеличивается в процессе хранения молока, этот показатель связан с условиями содержания коров, однако их начальное количество можно снизить при помощи фильтра тонкой очистки.
Физико-химическими показателями, определяющими сортность молока, являются массовая доля белка, кислотность, группа чистоты, плотность и точка замерзания. Массовая доля белка, плотность и точка замерзания являются величинами постоянными и не зависят от способа первичной обработки молока. Группа чистоты определяется качеством очистки молока от механических примесей. Кислотность же зависит от температуры и продолжительности хранения молока.
К органолептическим показателям молока-сырья относят консистенцию, вкус и запах, цвет. Они одинаковы для молока всех сортов, за исключением допускаемого слабовыраженного кормового привкуса и запаха для молока второго сорта в зимне-весенний период. Эти показатели зависят от кормов и условий содержания животных и не зависят от способа первичной обработки молока.
Также при приемке молока определяются массовая доля жира, наличие фосфатазы, наличие ингибирующих веществ и группа температуроустойчивости.
Жирность и наличие ингибирующих веществ являются постоянными показателями, неподверженными влиянию первичной обработки молока.
Разрушение фосфатазы происходит в результате тепловой обработки при температуре 63С в течение 30 минут. Более мягкие режимы тепловой обработки не способны нарушить целостность этого фермента.
Комплексный анализ показателей молока-сырья показывает, что внедрение операций очистки, термизации и охлаждения молока сразу после доения в технологическую схему первичной обработки мгновенным охлаждением будет влиять на КМАФАнМ, содержание соматических клеток и кислотность.
Данная продолжительность тепловой обработки не сможет нарушить целостность фосфатазы. Поэтому при сравнении базовой и предлагаемой схем первичной обработки молока исследовалось изменение микробиологических показателей, кислотности и термоустойчивости.