CC BY
92
УДК 637.132:637.1/3:664(045
Модернизация пищевой отрасли
на примере молочно-консервного предприятия
В. Г. Будрик, канд. техн. наук, А. И. Бурыкин, канд. техн. наук
Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности (ВНИМИ), Москва
Функционирование предприятий пищевой промышленности осуществляется в непростых условиях. Основными внутренними проблемами являются, сезонность производства, дефицит, низкое качество и растущая стоимость исходного сырья, а так же несбалансированность продаж, зависимость от поставок импортных комплектующих, пищевых добавок и компонентов, невысокий научно-технический потенциал пищевого машиностроения и другие негативные условия. Это вызывает наличие серьезных проблем, таких как не комплексная переработка, не эффективное ресурсо-энергосбережение и, как следствие, низкая конкурентоспособность выпускаемой продукции, существенное сокращение объемов производства, рост уровня недоиспользования производственных мощностей.
Отмечается резкое увеличение материалоемкости, фондоемко-
сти и трудоемкости производства, что является последствием снижения объемов выработки готовой продукции. Влияние данного фактора представляется наиболее значимым, поскольку обусловливает значительное увеличение удельного веса материальных затрат. Все эти факторы приводятк снижению уровня ресурсосбережения в отрасли.
Эти и другие проблемы отрасли осложняются отсутствием гарантированного сбыта готовой продукции, ростом фальсификации со стороны недоброкачественных производителей.
На фоне сложившейся ситуации предприятия пищевой отрасли сталкиваются с необходимостью вести плановую технологическую и техническую модернизацию производства и оптимизацию использования внешних и внутренних ресурсов, в т. ч. за счет укрупнения (объединения) предприятий. При этом использо-
Рис. 1. Комплексный подход при модернизации предприятий
вание инвестиций или кредитных средств на глобальное техническое перевооружение производства несет за собой серьезные риски, связанные с длительной окупаемостью использованных инноваций. Поэтому в условиях современной действительности наиболее рентабельно последовательно проводить небольшие улучшения, достигая постепенного совершенствования технологий, применяемых в производственных процессах. Работа по эффективному использованию ресурсов должна быть направлена на поиск и разрешение проблем на всех стадиях производственного цикла, оптимизацию управления производством, распределения труда, выполнения технологических операций, а так же снижения материальных затрат и рост маркетинговой и рекламной деятельности. Существенное значение играет возможность полноценного использования производственных мощностей в течение всего года за счет организации производства и сбыта продукции с привлечением незначительных инвестиций для расширения сырьевой базы и укомплектации оборудованием на производстве. Варианты таких нововведений ограничивается лишь эффективностью деятельности маркетинговых служб и отдела продаж.
Не менее важное значение, при модернизации предприятия, является повышение энергоэффективности. Основным направлением повышения энергоэффективности на предприятиях молочной отрасли следует считать внедрение менее энергоемкого оборудования и способов производства, в том числе санитарной обработки, современных безотходных технологических процессов, инновационных инженерных методов и систем [1].
Комплексный подход (рис. 1) при энергетическом и технологическом аудите предприятия позволит снизить производственные и энергетические затраты на производство пищевой продукции.
При модернизации предприятия не следует забывать о совершенствовании и внедрении новых технологических приемов при выпуске продукции. Как показывает практика проведения подобных работ, только на оптимизации организационно-управленческих функций на молоко-перерабатывающих предприятиях производственной мощностью около 30 т переработки молока в сутки без каких либо дополнительных капитальных затрат, дает возможность сэкономить до 800 тыс. руб. в год.
К таким примерам можно отнести различные технологические решения
для молочных производств, разработанные во ВНИМИ:
■ применение низкотемпературных способов снижения бакобсеме-ненности молока на стадии приемки, таких как: центробежная очистка на специальных сепараторах-молокоочистителях, мембранная очистка, бактериальная санация, ультрафиолетовая или импульсная СВЧ обработка (это позволить смягчить температурные режимы пастеризации молока при повышении безопасности продукции и увеличении сроков ее хранения);
■ применение сепараторов и сливкоотделителей при температурах обработки не более 40 °С;
■ реконструкция пастеризационно-охладительных установок (как наиболее расточительные по расходу пара и ледяной воды, путем установки дополнительных секцией регенерации тепла и оборотного охлаждения);
■ установка деаэратора для снижения пригара на теплообменных поверхностях (обеспечит повышение качества выпускаемой продукции);
■ подбор оптимальных температурных режимов при обработке молока в зависимости от качества исходного сырья и требований к готовой продукции;
■ предварительная подготовка воды и использование высокоэффективных смесительных устройств для исключения длительного (48 часов) процесса набухания белка при восстановлении сухого молока;
■ использование низкотемпературных режимов санитарной обработки и дезинфекции с использованием наиболее эффективных моющих средств и дезинфектантов под конкретный вид технологического оборудования.
Для заводов у которых есть сушильная установка, возможны следующие направления работ в рамках энерго- и ресурсосбережения:
• тепловая подготовка сгущенного молока перед подачей на распылительный диск;
• совершенствование условий эксплуатации калорифера;
• замена паровых калориферов на газовые теплогенераторы (обеспечивают экономию до 30% природного газа);
• замена паровой турбины на распылитель с электроприводом, обеспечивающий увеличение производительности сушильной установки;
• размещение установки мокрого пылеулавливания для сокращения потерь молока в виде пылеуноса с отработанным теплоносителем.
Детально анализируя технологический цикл производства сухого
Концептуальная обобщенная организационно-технологическая модель ресурсосбережения на примере молочно-консервного предприятия.
№
Последовательность технологических операций
Центры ответственности (затрат)
Объекты Ресурсосбережения, совершенствования
Направления ресурсосбережения
1 Заготовка сырья
Приемка,
2 подготовка
и резервирование сырья
3 Нормализация состава продукта
4 Пастеризация
5 Сгущение нормализованной смеси
6 Гомогенизация сгущенной смеси
Сушка сгущенной смеси
10
Транспортировка товара
Приемно-
аппаратный
цех
Цех по производству сухого молока
Охлаждение сухого продукта
Упаковка и маркировка сухого продукта
Склад
Транспортный цех. Отдел продаж.
Здание,
Оборудование. Технологический процесс. Санитарная обработка
Сырье и материалы. Персонал
Здание, оборудование. Технологический процесс.
Оборудование.
Технологический
процесс
Персонал. Технологический процесс
Здание, транспортные средства. Персонал
Выход на постоянное качество и объемы. Снижение затрат на содержание и обслуживание. Совершенствование технологического процесса. Экономия моющих растворов.
Снижение потерь, альтернативное сырье. Автоматизация. Рекуперация тепла. Теплоизоляция.
Снижение затрат на содержание и обслуживание, использование мембранного концентрирование, энергосбережение, рекуперация тепла. Теплоизоляция. Производство сгущенных продуктов. Увеличение реализации возвратных отходов.
Снижение энергозатрат, пылеуноса, выбросов. Рекуперация тепла. Теплоизоляция. Повышение качества продукции. Расширение ассортимента.
Автоматизация, повышение сроков годности.
Снижение затрат на содержание и обслуживание, экономия ГСМ. Улучшение логистики и объемов продаж.
7
8
9
молока, можно получить следующую концептуальную организационно-технологическую модель ресурсосбережения и совершенствования на предприятии (табл. 1). Таким образом, ресурсосбережение возможно осуществлять и без дополнительных вложений капитального характера, достаточно изменить стиль управления ивсей хозяйственной деятельности, нацелить на это коллектив, мотивируя его, связав заработную плату с прибылью предприятия [2].
Для снижения простоя оборудования и повышения эффективности его использования предлагаем решения по расширению ассортимента и глубине переработки по следующим направлениям.
Возможность сушки с предварительной ферментацией (при необходимости увеличения биологической ценности и усвояемости компонентов) молочной сыворотки и другого сырья растительного и животного происхождения.
Организация производства сгущенных молочных консервов в различных комбинациях с вкусовыми наполнителями в период спада поставок молока-сырья.
Производство концентрированного или сухого заменителя цель-
ного молока для выпойки молодняка сельскохозяйственных животных; сухого жира (с массовой долей жира до 60 %); сухого молочно-картофельного пюре; сухого быстрорастворимого молока, готовых сухих смесей для мороженного или кондитерских изделий; сухих молочных каш и напитков для питания спортсменов, пенсионеров и других социальных групп населения, а так же многое другое.
Производство сухих молочных продуктов состоит из трех основных технологических процессов, являющихся объектами ресурсосбережения: резервирование сырья, сгущение и распылительная сушка.
Резервирование сырья. Одной из промежуточных технологий при получении сухого молока является его охлаждение (до 4...6 °С) перед резервированием, которое необходимо для накопления необходимого объема молока (сыворотки) перед их сгущением. Следует отметить, что получение одной единицы холода в девять раз более затратно, чем получение единицы тепла.
Как правило, перед началом сгущения, в зависимости от мощности сушильной установки (500 или 1000 кг испаренной влаги в час),
объем зарезервированного молочного сырья должен составлять от 15-20 до 30-40 т.
Еще в начале 80-х гг., в связи с существенным и ежегодным увеличением объемов поступающего на предприятия молока (особенно в весенне-летний период), руководство заводов столкнулось с проблемой нехватки холодильных мощностей, необходимых в первую очередь при производстве сливочного масла (в т. ч. хранение масла и другой продукции в холодильных камерах). Это было связано с тем, что расширение холодильных компрессорных установок и увеличение их мощности требовало значительных капитальных затрат, а также получения дополнительных лимитов на потребление электроэнергии. Поэтому на многих предприятиях эту проблему (хотя бы частично) пытались решить за счет исключения использования хладоно-сителей в технологиях, не связанных с производством масла и его хранением. Одним из таких резервов экономии холода явилось исключение охлаждения молока при его резервировании перед сгущением. Охлаждение молока заменялось его нагревом, т. к. уже при 65 °С развитие микроорганизмов значительно подавляется, а при 75 °С - практически прекращается.
Такая технология резервирования сырья перед сгущением и сейчас применяется на предприятиях. При этом начальный нагрев молока до температуры сепарирования очень часто производится за счет вторичных энергоресурсов, например, использования теплового потенциала конденсата пастеризаторов и выпарных установок.
Сгущение молока. Это одна из основных технологий при производстве сухих молочных продуктов, в процессе которой из молока удаляется до 80% влаги.
На интенсификацию процесса вакуумного сгущения молока влияют такие факторы как глубина вакуума, создаваемого конденсатором, температура продукта, поступающего в первую ступень сгущения, чистота (качество мойки) теплообменных поверхностей. Глубина вакуума, в свою очередь, определяется такими условиями как площадь теплопередающей поверхности конденсатора, ее чистота, температура и объем оборотной воды, поступающей от градирни.
Если признать такой факт, что практически все выпарные установки эксплуатируются только со штатным конденсатором (редко на каком предприятии выпарные установки оснащаются дополнительными конденсаторами),
и чистота его теплообменных поверхностей не вызывает сомнений, то эффективность работы конденсатора будет определяться только расходом и температурой воды, поступающей на его охлаждение. Именно эти два параметра и могут быть достаточно легко оптимизированы с целью улучшения работы конденсатора.
На подавляющем большинстве молочных предприятий РФ эксплуатируются циркуляционные выпарные установки «Виганд» производительностью 4000 и 8000 кг испаренной влаги в час. В соответствии с их техническим описанием для охлаждения конденсатора должна подаваться вода температурой 15...20 °С. Однако в летний период, когда перерабатывается максимальное количество сырья, температура воды в градирне, как правило, превышает 20 °С и может достигать 23.25 °С.
Очень важным условием эффективной эксплуатации градирни, в первую очередь, глубины охлаждения оборотной воды, является принудительное продувание через градирню атмосферного воздуха, за счет ее оснащения осевыми вентиляторами. Встречаются предприятия, на которых градирни эксплуатируются без принудительного воздухообмена. Это приводит к тому, что при повышении температуры атмосферного воздуха до 30 °С и более значительно ухудшается охлаждение оборотной воды в градирне (и ее температура может достигать 25.28 °С), что резко снижает теплоотвод на конденсаторе. Это препятствует интенсивной конденсации вторичного пара, образующегося при испарении в пароотделителях, что часто сопровождается остановкой и прекращением циркуляции молока и выпаривания в целом.
В данном случае только снижение давления пара на инжекторе (иногда с 8 атм до 3-4 атм) позволяет исключить образование избыточного вторичного пара, который не в состоянии сконденсироваться на тепло-обменной поверхности конденсатора, и обеспечить работу выпарной установки. При этом потеря производительности может составить 40-60% от номинальной. А любое снижение производительности, тем более такое существенное, неизбежно сопровождается увеличением удельного потребления энергоносителей (и пара, и электроэнергии), и вместе с уменьшением выхода готовой продукции в единицу времени приводит к увеличению ее себестоимости.
Распылительная сушка. Этот процесс является самым энергоемким при переработке молока. В отличие от вакуумного выпаривания, где удельный
расход пара составляет 0,3-0,42 кг пара на кг испаренной влаги, при сушке этот показатель равен 2,5-3,2. Для сушилок производительностью 1000 кг испаренной влаги в час расход пара в среднем составляет около 3000 кг/час. Для получения такого количества пара в паровых котлах (в зависимости от их типа) затрачивается в среднем 260-300 м3 газа в час.
Альтернативой паровым калориферам являются газовые теплогенераторы, в которых расход газа (в расчете на 1 час эксплуатации сушилки производительностью 1000кг / ч) равен 180-210 м3/ час. Таким образом, экономия газа от замены парового калорифера газовым теплогенератором может достигать 30% от его обычного расхода.
Другим негативным аспектом при эксплуатации распылительных сушилок являются потери сухого продукта с отработанным теплоносителем. Как показали замеры, выполнение на различных типах сушилок [3], пылеунос составляет от 110-120 мг/м3 отработанного теплоносителя (для жиросодержащих продуктов) до 400-800 мг / м3 (при сушке сыворотки). Абсолютные потери колеблются от 3-5 кг/ч до 10-15 кг/ч сухого продукта. Пылеунос - это недостаток всех сушилок, имеющих циклонную систему очистки отработанного теплоносителя. При этом по мере увеличения продолжительности эксплуатации циклонов пылеунос постепенно возрастает. Причиной чего является износ шлюзовых питателей (турникетов) и увеличение подсоса воздуха. Существенные потери сухого молока (особенно обезжиренного, а тем более сыворотки) характерны для сушилок РС-1000, А1-ОР2Ч и их модификаций, что связано с недостаточной оптимизацией конструктивных параметров применяемых циклонов.
Ликвидировать пылеунос наиболее эффективно за счет применения мокрого пылеуловителя (скруббера) [4]. Скруббер представляет собой полую емкость, в которую одновременно подаются отработанный теплоноситель, содержащий пылевидные частицы, и орошающая жидкость, распыляемая форсунками. В качестве орошающей жидкости наиболее целесообразно использовать продукт, который в дальнейшем будет подвергнут сгущению и сушке. При этом скруббер обеспечивает не только максимальное пылеулавливание (до 99,5%), но и дополнительное испарение воды в количестве, составляющем около 30-50% от производительности сушильной установки (по испаренной влаге). Температура отработанного в сушилке теплоно-
сителя снижается с 75.90 °С до 55. 57 °С. Чем больший перепад температур, тем большую испарительную способность имеет скруббер.
При наличии скруббера производительность сушилки по готовому продукту может быть увеличена на 6,5-7%.
При работе сушилки (при минимальном поступлении сырья) около 1000 часов в год, количество дополнительно полученного сухого молока составит примерно 58000 кг/год.
При его цене (примем условно) 190 руб./ кг дополнительно будет выработано продукции на 11020 тыс. руб., в т. ч. за счет ликвидации пылеу-носа - 1330 тыс. руб.
Таким образом, только ликвидация потерь сухого молока с отработанным теплоносителем в течение одного года окупит затраты на оснащение сушилки необходимым оборудованием (скруббер, воздуховоды, насосы и трубопроводы для подачи молока в скруббер и его отвода).
В настоящее время применение энерго- и ресурсосберегающих тех-
нологий и оборудования являются одним из наиболее эффективных направлений сокращения производственных издержек и, соответственно, модернизации производства. Особенно это актуально для энергоемких технологий.
Для стабильной работы любого предприятия, при все возрастающей конкуренции, необходимо постоянная модернизация производства, в т. ч. за счет снижения энерго- и ресурсопотребления и организации работы, исключающей возможные штрафные санкции.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Будрик, В. Г Повышение энергоэффективности - государственная политика или рост конкурентоспособности предприятий/В. Г. Будрик [и др.] // Переработка молока. - 2012. - № 1. - С. 24-25
2. Свешникова, О. Н. Проблемы ресурсосбережения на молокоперерабатыва-ющих предприятиях/ О.Н. Свешникова, А. В. Коннова // Молодой ученый. -2013. - № 6. - С. 418-424.
3. Куцакова, В. Е. Современное оборудование для сушки молочных про-
дуктов/В. Е. Куцакова, А. И. Бурыкин, И. А. Макеева - М.: АгроНИИТЭИ Мясо-молпром, - 1988.
4. Бурыкин, А. И. Промышленное оборудование для сокращения потерь сухого молока на распылительных сушилках/А. И. Бурыкин, В. В. Волынкин, А. М. Ветров // Молочная промышленность. - 1986. - № 6
REFERENCES
1. Budrik V. G. et al. [Improving energy efficiency - public policy or increasing the competitiveness of enterprises]. Pererabotka moloka, 2012, no. 1, pp. 24-25. (In Russ.)
2. Sveshnikova 0. N., Konnova A. V. [Problems of resource-saving at dairy enterprises]. Molodoi uchenyi, 2013, no. 6, pp. 418-424. (In Russ.)
3. Kutsakova V. E., Burykin A. I., Makeeva I. A. Sovremennoe oborudovanie dlya sushki molochnykh produktov [Modern equipment for drying dairy products]. Moscow, AgroNIITEI Myasomolprom Publ., 1988.
4. Burykin A. I., Volynkin V. V., Vetrov A. M. [Industrial equipment for reducing the loss of dry milk on spray dryers]. Molochnaya promyshlennost', 1986, no. 6. (In Russ.)
Модернизация пищевой отрасли на примере молочно-консервного предприятия
Ключевые слова
модернизация, молочная промышленность, производство сгущенных продуктов, технологии сбережения
Реферат
В настоящее время применение энерго- и ресурсосберегающих технологий и оборудования являются одним из наиболее эффективных направлений сокращения производственных издержек и, соответственно, модернизации производства. Особенно это актуально для энергоемких технологий. При модернизации предприятия не следует забывать о совершенствовании и внедрении новых технологических приемов при выпуске продукции. Во ВНИ-МИ разработаны технологические решения для молочных производств: применение низкотемпературных способов снижения бакобсемененности молока на стадии приемки, таких как: центробежная очистка на специальных сепараторах-молокоочистителях, мембранная очистка, бактериальная санация, ультрафиолетовая или импульсная СВЧ обработка (это позволить смягчить температурные режимы пастеризации молока при повышении безопасности продукции и увеличении сроков ее хранения); применение сепараторов и сливкоотделителей при температурах обработки не более 40 °С; реконструкция пастеризационно-охладительных установок (как наиболее расточительные по расходу пара и ледяной воды, путем установки дополнительных секцией регенерации тепла и оборотного охлаждения); установка деаэратора для снижения пригара на теплообменных поверхностях (обеспечит повышение качества выпускаемой продукции); подбор оптимальных температурных режимов при обработке молока в зависимости от качества исходного сырья и требований к готовой продукции и др. Для стабильной работы любого предприятия, при все возрастающей конкуренции, необходимо постоянная модернизация производства, в т. ч. за счет снижения энерго- и ресурсопотребления и организации работы, исключающей возможные штрафные санкции.
Авторы
Будрик Владислав Глебович, канд. техн. наук, Бурыкин Андрей Иванович, канд. техн. наук Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности
115093, г. Москва, ул. Люсиновская, д. 35, корп. 7. budrik@vnimi.org, v.g.budrik@gmail.com
Modernization of the Food Industry by the Example of a Dairy-Canning Enterprise
Key words
modernization, dairy industry, production of condensed products, saving technologies
Abstracts
Currently, the use of energy and resource-saving technologies and equipment is one of the most effective ways to reduce production costs and, accordingly, to modernize production. This is especially true for energy-intensive technologies. When modernizing an enterprise, one should not forget about the improvement and introduction of new technological methods in the production of products. In VNIMI, technological solutions for dairy productions have been developed: the use of low-temperature methods for reducing milk bakobsenemennosti at the stage of acceptance, such as: centrifugal cleaning on special separators-milk cleaners, membrane cleaning, bacterial sanitation, ultraviolet or pulsed microwave treatment (this allows to soften the temperature regimes of milk pasteurization increase product safety and increase the shelf life of its products); the use of separators and cream separators at processing temperatures of not more than 40 °C; reconstruction of pasteurization cooling plants (as the most wasteful in terms of steam and ice water consumption, by installing additional heat recovery section and recycling cooling); installation of a deaerator to reduce the fume on heat exchange surfaces (will ensure the improvement of the quality of the products); selection of optimal temperature regimes for processing milk, depending on the quality of the feedstock and the requirements for finished products, etc. For the stable operation of any enterprise, with ever increasing competition, it is necessary to constantly modernize production, incl. due to the reduction of energy and resource consumption and organization of work, which excludes possible penalties.
Authors
Budrik Vladislav Glebovich, Candidate of Technical Sciences, Burykin Andrey Ivanovich, Candidate of Technical Sciences All-Russian Research Institute of Dairy Industry
7 Building, 35 Building, Lyusinovskaya Street, Moscow, Russia, 115093, budrik@vnimi.org, v.g.budrik@gmail.com
