Strefa Bydło

System odzysku ciepła z mleka

Marek Gaworski*, Michał Boćkowski
*Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie

 

Cechą nowoczesnego podejścia do produkcji mleczarskiej w gospodarstwie jest umiejętność generowania korzyści wynikających ze specyfiki procesu pozyskiwania mleka. Wspomniana specyfika polega zaś na tym, że obniżenie temperatury mleka jest równoznaczne z odebraniem energii, a tą można w doskonały sposób zagospodarować do różnych celów związanych z produkcją w oborze i poza oborą.

 

 

Zainteresowanie wykorzystaniem energii pochodzącej bezpośrednio z mleka pozyskiwanego od krów jest w pełni uzasadnione. Schłodzenie jednego litra mleka pozwala na odzyskanie około 117 kJ energii, która w użyteczny sposób może zostać wykorzystana w gospodarstwie prowadzącym produkcję bydła.


Idea wykorzystania energii pochodzącej z procesu pozyskiwania mleka jest prosta. Mleko, którego temperatura bezpośrednio po doju kształtuje się na poziomie ok. 35°C trzeba doprowadzić do wymiennika ciepła, który jest w stanie odebrać z mleka ok. 60-90% ciepła. W kolejnym etapie odebrana z mleka energia wymaga zmagazynowania i zagospodarowania przy wykorzystaniu mediów pośrednich, wśród których najważniejsze zastosowanie ma woda.
Ten prosty z założenia schemat koniecznych do zrealizowania zadań inspiruje do korzystania z odpowiednio dobranej i sprawnie działającej instalacji technicznej, stanowiącej integralną część układu spełniającego funkcję wstępnego schładzania mleka, przed jego wprowadzeniem do zbiornika schładzalnika. Sprawnie działająca instalacja do odzysku ciepła jest na ogół w stanie ogrzać 50 litrów wody do temperatury około 50°C, wykorzystując do tego celu ciepło uzyskane z ok. 100 litrów świeżo wydojonego mleka o temperaturze ok. 35°C. W przypadku potrzeby korzystania z wody o temperaturze 70-75°C przewidywana jest możliwość podgrzewania wody w zbiorniku dzięki zamontowaniu dodatkowego zestawu grzałek i termostatu. Magazynowana w izolowanych zbiornikach woda o temperaturze przekraczającej 50°C może być wykorzystana do prac w gospodarstwie domowym lub po podgrzaniu do mycia instalacji udojowej.


Wymiennik ciepła

Kluczowym ogniwem instalacji do odzysku ciepła z mleka jest wymiennik ciepła instalowany w układzie wstępnego schładzania mleka.
Wymiennik ciepła stanowi pod względem konstrukcyjnym zespół bardzo cienkich płyt lub rur pełniących funkcje przestrzeni, przez które przepływa mleko ze stanowisk udojowych, tłoczone przez odpowiednio dobraną pompę. Płyty z przepływającym mlekiem mają bezpośredni kontakt z zewnętrznym płaszczem z przepływającym w przeciwnym kierunku czynnikiem chłodzącym, co w efekcie prowadzi do wymiany ciepła i obniżenia temperatury mleka. Odebrane z mleka ciepło podgrzewa czynnik chłodzący, a jeśli jest nim bieżąca woda, to może zostać wykorzystana do praktycznych celów w gospodarstwie.
W działaniu wymiennika istotną rolę pełni wspomniana wcześniej pompa mleka, której działaniu nie powinno towarzyszyć ryzyko obniżenia jakości mleka. Ryzyko takie może pojawić się w przypadku nadmiernej prędkości obrotowej pompy wirnikowej. Gdy prędkość łopatek wirnika przekracza 2800 obrotów na minutę, to w konsekwencji dochodzi do uszkodzeń w osłonkach białkowych kuleczek tłuszczu i degradacji jakości surowca, istotnej z punktu widzenia wymagań przetwórstwa. Dlatego korzystniejszym rozwiązaniem jest w tym przypadku stosowanie membranowych pomp mleka, które przetłaczają mleko z mniejszą, bardziej bezpieczną prędkością.


Cechą wyróżniającą płytowe wymienniki ciepła jest na ogół zwarta budowa. Nie zajmują tym samym dużo miejsca, co ułatwia ich instalowanie w pomieszczeniu, a także obsługę. Pomimo stosunkowo niewielkich gabarytów zewnętrznych wymienniki dysponują relatywnie dużymi czynnymi powierzchniami roboczymi, tj. powierzchniami wymiany ciepła, co jestem efektem wspomnianej już wcześniej konstrukcji obejmującej zwarty pakiet płyt lub układ rur. Przykładowo, powierzchnie wymiany ciepła w urządzeniach GEA Farm Technologies obejmują zakres od ok. 3 do ok. 9,5 m2 przy odpowiednio dobranej liczbie płyt roboczych. Wspomniana powierzchnia wymiany ciepła stanowi jeden z kluczowych czynników decydujących o wydajności pracy, wyrażanej ilością mleka, od którego odbiera się ciepło w ciągu godziny. O intensywności wymiany, poza wielkością powierzchni płyt decyduje również stan ich powierzchni, głównie zaś czystość.
Wymienniki, by niezawodnie spełniały swoje funkcje są budowane na bazie stali szlachetnych, co przekłada się na ich wydłużoną trwałość, szczególnie istotną w przypadku wysokich ciśnień w instalacji i działania wybranych składników środków myjących, w tym na bazie chloru.
Wyposażenie gospodarstwa w system wymienników ciepła planuje się na ogół na etapie zakupu urządzenia schładzającego. W instalacje do odzysku ciepła ze schładzanego mleka mogą być wyposażone zarówno stacjonarne schładzalniki zbiornikowe, jak i niekiedy schładzalniki nurnikowe.
Wymiennik ciepła, stanowiąc ogniwo łączące instalację udojową i schładzalnik spełniają funkcje urządzenia wstępnie odbierającego ciepło z mleka
bezpośrednio po jego pozyskaniu od krowy. W efekcie takiego działania, do schładzalnika trafia mleko o niższej temperaturze, co sprzyja ograniczeniu zapotrzebowania na energię elektryczną do pracy schładzalnika, a to stanowi o możliwości osiągania oszczędności w zużyciu energii elektrycznej, obniżeniu kosztów chłodzenia mleka i podniesieniu ogólnej efektywności obsługi surowca w gospodarstwie. Stosowanie płytowych wymienników ciepła montowanych w rurociągu mlecznym znacznie przyspiesza obniżanie temperatury mleka w schładzalnikach, a tym samym podnosi tak przecież ważną skuteczność procesu oziębiania wyrażaną zahamowaniem rozwoju bakterii w mleku.
Równocześnie warto zwrócić uwagę na to, że wyposażenie w wymiennik ciepła wiąże się z koniecznością poniesienia inwestycji finansowych, dlatego konieczne jest zagwarantowanie określonego wolumenu produkcji mleka w gospodarstwie, by osiągnąć próg opłacalności stosowania tego specjalistycznego wyposażenia technicznego.


Osiągnięcie pełnych korzyści wynikających z zastosowania wymiennika ciepła w gospodarstwie stanowi wypadkową właściwego doboru urządzenia i dostępu do tego typu urządzeń na rynku. W ofercie firm specjalizujących się w produkcji i wyposażaniu gospodarstw w instalacje do pozyskiwania i schładzania mleka znajduje się wiele rozwiązań wyróżniających się szeroką gamą parametrów roboczych, z zachowaniem wysokiej skuteczności działania.
Jedną z przykładowych instalacji przeznaczonych do odbioru ciepła z mleka jest propozycja jednej z firm specjalizującej się w automatyzacji doju krów. System ten ma za zadanie wstępne schłodzenie mleka do temperatury ok. 14°C. Urządzenie jest zbudowane z dwóch wężownic w taki sposób, że jedna wężownica jest umieszczona w drugiej. Każdą z wężownic wykonano z jednego kawałka rury, aby uniknąć spawów i łączeń, co sprzyja wyeliminowaniu ryzyka przedostania się wody do mleka. Sytem montuje się w układzie przemieszczania mleka, między robotem udojowym a schładzalnikiem. Do układu podłącza się również zasilanie w wodę. Zasada działania instalacji jest prosta; jedną z wężownic płynie woda, w drugiej zaś mleko. Woda odzyskuje ciepło z mleka, a następnie jest podawana przykładowo do poideł, dzięki czemu osiąga się lepsze pobieranie wody przez krowy. Wstępnie schłodzone mleko wpływa zaś do schładzalnika. Przy dużym poborze wody z poideł, mleko przepływając przez system może obniżyć swoją temperaturę z ok. 35 do ok. 14°C. Kluczową korzyścią towarzyszącą użytkowaniu instalacji do odbioru ciepła z mleka jest oszczędność w zużyciu energii elektrycznej, ponieważ mleko dostarczane do schładzalnika ma niższą temperaturę, co tym samym przekłada się na ograniczenie czasu schładzania do wymaganej temperatury 4-6°C bezpośrednio po dostarczeniu mleka do zbiornika.
Inwestycja w instalację do odzysku ciepła w gospodarstwie mlecznym jest niewątpliwie warta rozważenia w obiektach prowadzących nowoczesną produkcję mleka. Warto z tej nowoczesności korzystać, by tym samym podnieść efektywność produkcji mleczarskiej w gospodarstwie.

 

© 2020 Pro Agricola dom wydawniczy