Охлаждение молока на производстве: ледяная вода, танки и требования по времени

В техническом предложении (ТП) мощность чиллера указана на воде в паспортной точке 12/7, а в ТЗ технолога одна строка: «довести молоко до 4 °C за 2 часа, ледяная вода +1…+2 °C», и контур идет на гликоле. Поставщики называют потери «минус 3 %» и «минус 10–12 %», то есть расходятся в 3–4 раза. Решение нужно принять до закупки: после монтажа недобор мощности, как правило, исправляют добавлением мощности (дополнительная машина или накопитель холода), а проявляется он в пик нагрузки. Ниже метод, который сводит чиллер для молочного завода к одной рабочей точке.

Граница в тексте: § — норма (цифра со ссылкой на пункт ТР ТС, ГОСТ или ISO); ◆ — справочная цифра (справочник или таблица производителя); △ — допущение (инженерный расчет по допущениям рядом, в тексте также «оценка»). Значение для вашей машины дает только расчет в ТП.

Коротко

1. Охлаждение молока: Q = m·c·ΔT/(3600·τ). Танк 5 т, 35→4 °C за 2 ч (2 ч — § ТР ТС 033/2013, п.20; 35 °C — § по таблице норм ниже): 85 кВт в среднем △, на старте до 225 △; поток 10 т/ч: 338 кВт △.
2. Ледяная вода +1 °C вместо 12/7 отнимает около 20 % мощности ◆ (по таблицам двух производителей; для вашей модели — подбор), гликоль еще 1–12 % ◆.
3. Если контур может коснуться молока, гликоль только пропиленгликоль (ПГ): это правило проектирования и ХАССП, прямого запрета этиленгликоля в ТР ТС 021/2011 нет; ПГ 25–30 % по объему △; +5 п.п. стоят 0,6–2 п.п. мощности ◆.
4. Бак «по 10 л/кВт» не закрывает пик: считайте энергию дефицита; 1 кг льда запасает холода в 16 раз больше, чем 1 кг воды при нагреве на 5 К (333 против 21 кДж/кг ◆).
5. «Минус X %» без рабочей точки и гликоля не принимать. Пришлите ТЗ и ТП: сверим рабочую точку и условия сравнения.

Охлаждение молока по ТР ТС 033/2013 и ГОСТ: как перевести «4 °C за 2 часа» в кВт

§ Норма	Что требует
ТР ТС 033/2013, п.20	сырое молоко после дойки охлаждают до 4±2 °C за 2 ч
ТР ТС 033/2013, п.21, 25	хранение до промышленной переработки не более 36 ч при 4±2 °C, включая перевозку; при перевозке и на начало переработки не выше 10 °C, теплее принимают только при немедленной переработке
ГОСТ 31450-2013, табл.2	пастеризованное молоко при выпуске — 4±2 °C (после пастеризации температуру задает продуктовый стандарт, регламент ее не задает)
ГОСТ Р 50803-2008 (резервуары для охлаждения и хранения молока), табл.1, п.3.22, п.11.3	танк: до 2,0 ч (тип I, II), до 1,0 ч (тип III, комбинированный); первая дойка — 50 % номинального объема, время считается с учетом наполнения

Документы расходятся. Хранение: 36 ч в ТР ТС 033/2013 (п.21) и в действующем тексте 88-ФЗ против 24 ч в танке по ГОСТ Р 50803-2008. Время охлаждения: 2,0 ч в ГОСТ Р 50803-2008 против 3,0 ч в ISO 5708:1983 (класс II). В прочитанных пунктах ТР ТС 033/2013 (разд. VI), 88-ФЗ (ст.6) и в пункте о скорости охлаждения ГОСТ Р 50803-2008 температуру смеси при подливе следующей дойки мы не нашли; российского норматива с цифрой не обнаружено (в ISO 5708 контрольный режим второй дойки - 10→4 °C); порядок подлива решает технолог. ГОСТ Р 50803-2008 написан для ферм, пунктов приема и предприятий малой и средней мощности, не для линии 10 т/ч.

Q [кВт] = m·c·ΔT/(3600·τ), где m — масса, кг; c — теплоемкость, кДж/(кг·К); ΔT — перепад температуры, К; τ — время, ч. Берем c = 3,93 (верх диапазона 3,76–3,93 по вторичным источникам, оценка; идет в запас), а не 4,19 воды: танк 5000 кг дает 81–85 кВт за 2 ч и 13,5–14,1 кВт за 12 ч, поток 10 т/ч — 324–338 кВт. Найдите свой масштаб:

Масштаб	Режим	Нагрузка, кВт
Танк 5 т, ферма	весь объем 35→4 °C за 2 ч § (ТР ТС 033/2013, п.20); в ГОСТ Р 50803-2008 2 ч относятся к первой дойке в 50 % объема §	85, старт до 225 △
Пункт приема, агрокомплекс (парное молоко сразу в охлаждение)	10 т/ч, 35→4 °C	338 (нагрузка сквозного примера ниже)
Завод, молоко из молоковозов (вход не выше 10 °C § — предельное значение по ТР ТС 033/2013, п.25)	10 т/ч, 10→4 °C (цель 4 °C принята как допущение расчета △): 10 000·3,93·6/3600	65,5 △

Пик на старте. При постоянной температуре стока T_с (хладоносителя; идеальное перемешивание, постоянная поверхность теплообмена, 35→4 °C за 2 ч): Q_старт = Q_ср·(35−T_с)/31·ln((35−T_с)/(4−T_с)), где 31 = 35−4. Для T_с = −3 / 0 / +1 °C множитель 2,1 / 2,45 / 2,7, то есть 175–225 кВт против 85 (оценка). Теплопритоки через стенку при нормативной изоляции (до 1 °C за 4 ч, ГОСТ Р 50803-2008, п.11.4) достигают 1,4 кВт на 5 т при окружающей температуре 38 °C (оценка сверху): 1,6 % от 85 кВт при цикле 2 ч, но около 10 % от 14 кВт при цикле 12 ч.

Пастеризатор. На ледяную воду идет остаток (1−R) полного перепада, R = (t_рег−t_вх)/(t_паст−t_вх), где t_вх — вход, t_рег — после регенерации, t_паст — пастеризации; у современных до 95 % (отраслевой справочник). Для 10 т/ч, 4→72 °C полный перепад 742 кВт; при R 0,90–0,95 остаток 37–74 кВт плюс запас на загрязнение. Расчет по полному ΔT завышает машину примерно в 10–20 раз при R 0,90–0,95 (742 кВт против 74…37 кВт; оценка, R для вашей линии определяют замером на линии).

Ледяная вода для молока: какую температуру подавать на пластины и при чем тут антифриз

Нижний предел задает точка замерзания молока: −0,51…−0,55 °C (Univ. Guelph). Подача ледяной воды по публикациям производителей генераторов и обзору Kiruja: +0,5…+2 °C, запас до замерзания 1–2,5 К (оценка). Аккумуляторная схема гликоль не требует: вода контактирует со льдом и ниже ~0 °C не уходит. В проточной схеме уставка +1 °C означает кипение ниже нуля: нужна защита автоматикой или раствор ПГ (+1…+3 °C); в руководстве одного из производителей чиллеров гликоль обязателен при уставке не выше +5 °C (или кипении не выше +3 °C); порог для вашей модели смотрите в ее руководстве.

На фото: чиллер воздушный КРИО-A-35 — смотреть в каталоге

Схема	Время	Лед
Рубашка танка с хладоносителем (тип II, косвенное охлаждение)	2,0 ч § (ГОСТ Р 50803-2008, табл.1)	в молоке запрещен § (п.11.5)
Прямое испарение хладагента в рубашке танка (тип I)	2,0 ч § (ГОСТ Р 50803-2008, табл.1)	в молоке запрещен § (п.11.5); лед у стенки при низком кипении возможен, нужна защита автоматикой △
Пластины + аккумулятор льда	схема «пластины + аккумулятор + танк» по ГОСТ Р 50803-2008 — тип III (комбинированный): до 1,0 ч § от первой дойки (табл.1); для молока в целом действует 2 ч § (ТР ТС 033/2013)	не возникает, пока вода не холоднее примерно 0 °C △ (по точке замерзания молока ◆); для воды, контактирующей со льдом, антифриз не нужен
Пластины + гликолевый контур	2 ч § (ТР ТС 033/2013, п.20)	△ риск намораживания: при подаче холоднее примерно −0,5 °C (точка замерзания молока ◆) без ограничения температуры и расхода; нужна автоматика

Когда что выбирать:

• Танк 5 т, цикл 2 ч: прямое испарение или ледяная вода; нагрузка на старте 175–225 кВт против 85 кВт средней (оценка по модели с постоянной температурой стока), поэтому подбор по среднему занижает пик, если нет аккумулятора холода.
• Поток 10 т/ч: нагрузка 338 кВт; △ оценка: при воде около 10 °C и расходе воды до 2× от молока молоко выходит на 20 °C (ориентир 17–22 °C, AHDB, данные для ферм); для 10 т/ч при 20 °C это снимает 164 кВт (48 %), и на ледяную воду остается около 175 кВт; для вашей воды цифры дает расчет.
• Пик дойки, окна разнесены на 12 ч и больше (регенерация льда 9–12 ч в примере, по каталогу 5–14 ч — сравните срок регенерации выбранного типоразмера с интервалом между окнами): лед и меньшая машина (оценка).
• Окна ближе примерно 12 ч: машина на пик (оценка).

Чиллер для молочного завода на ледяной воде: сколько кВт теряется и откуда расхождение в предложениях

Устройство контура: принцип работы чиллера. «Минус X %» состоит из трех эффектов, но мощность машины снижают первые два.

На фото: чиллер воздушный КРИО-AL-210 — смотреть в каталоге

1. Температура выхода. Доля мощности относительно воды +7 °C (=1,00). Нижнее число диапазона дают таблицы двух производителей чиллеров, верхнее — внутреннее правило КРИОКОНТ «около 3 % на градус» (0,97 на градус; для −4 °C только две таблицы):

Выход, °C	+4	+2	+1	0	−2	−4
Доля	0,89–0,91	0,83–0,86	0,79–0,83	0,745–0,81	0,67–0,76	0,60–0,63

Переход 12/7 → +1 °C стоит 20–21 % по таблицам двух производителей (по правилу 3 %/К было бы 17 %), а не 3 %; для вашей модели — подбор. Правило верно на участке +10…+5 °C, ниже +4 °C уклон 3,5–5,5 % на градус.

2. Дерейт на гликоле. Дерейт — потеря мощности самой машины на гликоле при той же температуре выхода: раствор хуже отдает тепло в испарителе, температура кипения хладагента ниже, компрессор работает в более тяжелом режиме. Этиленгликоль (ЭГ) 35 %: 0,99…0,915 от мощности на воде (интерполяция между 30 и 40 %); ПГ 40 %: 0,98…0,88. Единого коэффициента нет: разброс объясняется запасом поверхности испарителя и разной базой сравнения у производителей (оценка).

3. Свойства раствора (теплоемкость, вязкость) увеличивают расход и напор насоса, но не мощность машины: с дерейтом их не складывают.

Потери перемножаются: недобор = 1−(1−d)·(1−p)^ΔK, где d — дерейт, p ≈ 3,7 % на градус (среднее по двум таблицам), ΔK — на сколько градусов выход ниже паспорта 12/7. Номинал по воде 12/7 для нагрузки 338 кВт (поток 10 т/ч, 35→4 °C из первого раздела), кВт, до запаса на загрязнение; для другой нагрузки значения пропорциональны:

Дерейт	3 %	8 %	11 %
ΔK=0	348	367	380
ΔK=2	376	396	410
ΔK=4	405	427	442
ΔK=6 (+1 °C)	437	461	476

При ΔK=6 недобор 22,6–29,0 %, номинал примерно в 1,3–1,4 раза больше нагрузки (437 / 461 / 476 кВт). Это иллюстрация метода для ΔK=6 и трех сценариев дерейта, а не множитель для любой машины: для вашей модели — подбор.

Путь от режима до письма (поток 10 т/ч):

1. Режим молока: 35→4 °C, парное молоко сразу в охлаждение.
2. Нагрузка по формуле из первого раздела: 338 кВт.
3. Рабочая точка: выход +1 °C при паспорте 12/7, то есть ΔK=6.
4. Номинал, который должен стоять в ТП (вода 12/7): 437 кВт при дерейте 3 %, 461 кВт при 8 %, 476 кВт при 11 %.
5. Что запросить письменно: расчет на эту точку и два подбора одной модели (шаблон письма в последнем разделе).

Откуда расхождение «минус 3 %» и «минус 10–12 %». Пример из открытой ветки форума АВОК (ноябрь 2022, 1000 кВт, ЭГ 35 % как условие кейса); оба числа могут быть верны, если поставщики считали для разных точек:

Число из ветки	Возможная причина (в ветке не раскрыта) △	Гликоль	Итог
«Минус 3 %»	та же температура выхода, таблица с запасом поверхности испарителя	ЭГ 35 %	−3 %
«Минус 10–12 %»	выход ниже примерно на 2 К	ЭГ 35 %	−10–12 % (△ оценка: около −13 % (дерейт ЭГ 35 % около −6 % по таблице одного из производителей плюс выход ниже на 2 К около −7 %))
Другая ветка (январь 2023), 250 кВт, паспорт 7/12 °C	причина не раскрыта	ПГ 40 %	в ветке названы цифры от −5 до −35 %; по таблицам производителей дерейт ПГ 40 % при той же температуре выхода от −2 до −12 %

На 1000 кВт разница между ними составляет 70–90 кВт.

Проверка на примере:

1. Поставщик пишет «−3 %».
2. Уточните уставку и гликоль.
3. «Минус 3 %» без указанной уставки, вероятно, посчитан для выхода, близкого к паспортному (△ предположение, уточните у поставщика). Для 12/7 → +1 °C ожидайте не меньше 17–21 % до гликоля (17 % по правилу 3 %/К, 20–21 % по таблицам двух производителей; для вашей модели — подбор).
4. Если поставщик называет −3 % на +1 °C, требуйте два подбора одной модели и источник поправки.

Четыре условия честного сравнения ТП (должны совпасть):

• температура выхода;
• ΔT паспорта (12/7 или 13/7);
• тип и процент гликоля;
• наружная расчетная температура.

Паспорт 12/7 при уставке +1 °C отнимает у машины около 20 % мощности еще до гликоля (по таблицам двух производителей; для вашей модели — подбор), и в пик молоко может не выйти на 4±2 °C за нормативное время. Проверка: два подбора одной модели. Запас ×1,2 (внутреннее правило КРИОКОНТ) поправку на уставку не заменяет; не дублируйте его, если запас на пик лета уже учтен.

Пропиленгликоль или этиленгликоль в молочном контуре и сколько процентов нужно на самом деле

Если контур может коснуться молока (пластины, рубашка танка, аккумулятор льда с контактом), применяют только ПГ: руководство производителя теплоносителя допускает ПГ при случайном контакте с продуктом, а ЭГ с «умеренной острой пероральной токсичностью» — только там, где контакта быть не может. ТР ТС 021/2011 требует исключить загрязнение продукции средой, охлаждающей емкости при термообработке (ст.12, ч.3, второй пункт), и применять процедуры ХАССП (ст.10–11). Прямого запрета этиленгликоля и перечня допустимых хладоносителей в ТР ТС 021/2011 нет: «только ПГ» — правило проектирования и ХАССП, а не цитата нормы. Допустимость промежуточного теплообменника как развязки решают ХАССП и технолог, а в расчете холода он остается как 1–2 К напора: около 4–7 % мощности на +1 °C (оценка по уклону 3,7 % на градус).

На фото: модульный чиллер КРИО-M-100 — смотреть в каталоге

Концентрацию считают от самой низкой ожидаемой температуры: по руководству производителя теплоносителя замерзание должно быть не менее чем на 3 °C ниже нее, рекомендуемый минимум 25 % из-за ингибитора. В испарителе самая низкая температура — кипение, а не подача (инженерный вывод △). Для выхода +1…+2 °C и кипения −4…−7 °C нужно замерзание −7…−10 °C, то есть ПГ около 19–26 % по объему (линейная интерполяция таблицы); с минимумом 25 % разумно 25–30 % (оценка; кипение −4…−7 °C — инженерный вывод). Замерзание по таблице производителя теплоносителя (ПГ, % по объему): 18,8 % — −7 °C; 30,4 % — −12 °C; 37,7 % — −18 °C; 44,0 % — −23 °C.

Уровень 35–40 % из форумных кейсов (ЭГ 35 %, ПГ 40 %) по температуре замерзания соответствует защите наружных труб при остановке, а не режиму молока; назначение концентрации в ветках не указано (оценка). Для ориентира: ПГ 35 % по объему дает замерзание около −16 °C и защиту от разрыва около −36 °C (△ линейная интерполяция между 29,3 % → −23 °C и 36,6 % → −40 °C по таблице производителя теплоносителя). Каждые лишние +5 п.п. отнимают 0,6–2,0 п.п. мощности (1,5–5 кВт на 250 кВт) и добавляют 5–7 % к потере давления в испарителе. Если наружную защиту обеспечить иначе (слив, обогрев, отдельный наружный контур), достаточно 25–30 % (оценка). Процент всегда указывайте с базой, по массе или по объему: точки замерзания у производителей расходятся (ПГ 30 %: от −12 до −14 °C).

Пик дойки: чиллер на пик, буферный бак или ледяной аккумулятор

Баков два. Для компрессора: V = Q·t_цикла/(4·ρ·c·ΔT_h) (Q — мощность ступени, кВт; t_цикла — время цикла, с; ρ — кг/л; c — кДж/(кг·К); ΔT_h — гистерезис, К). Он защищает от частых пусков, но пик не покрывает.

На фото: генератор ледяной воды КРИО-ЛВ-25000 — смотреть в каталоге

Для пика считают энергию дефицита: E_деф = ∫max(0, L(t)−P)dt, кВт·ч (L — нагрузка, P — мощность машины). Вода: V = 3600·E_деф/(ρ·c·ΔT_доп); лед: m = 3600·E_деф/333 (E_деф в кВт·ч, ρ в кг/м³, V в м³, m в кг). Прием парного молока 10 т/ч, L = 338 кВт 2 ч, P = 120 кВт: E_деф = 436 кВт·ч, это 75 м³ воды при нагреве 5 К или 4,7 т льда.

Бак или лед. При нагреве на 5 К на 1 кВт·ч дефицита нужно 0,17 м³ воды или 10,8 кг льда. Бак закрывает пик, пока E_деф ≤ V_бака/0,17 (V в м³), то есть при постоянной L пока длительность пика t ≤ V_бака/(0,17·(L−P)) ч. Если такой объем воды не помещается или не может быть изолирован, нужен лед: в примере 75 м³ против 4,7 т, по массе в 16 раз меньше. Каждый киловатт, снятый с машины при окне 2 ч, добавляет 2 кВт·ч накопления (0,34 м³ воды или 21,6 кг льда).

Баки 750 л, 2,5 м³ и 4 м³ из ветки. В ветке января 2023 (250 кВт, ПГ 40 %) названы три объема; гистерезис, цикл и назначение бака не указаны. Бак для компрессора по формуле выше при одной и той же машине 250 кВт (одна ступень, вода: ρ = 1 кг/л, c = 4,19 кДж/(кг·К)) меняется только от гистерезиса ΔT_h и числа пусков:

Гистерезис ΔT_h	Пусков в час (t_цикла)	Объем по формуле △
10 К	6 (600 с)	0,9 м³
5 К	4 (900 с)	2,7 м³
2 К	6 (600 с)	4,5 м³

Вилка 0,9–4,5 м³, то есть в пять раз при неизменной мощности. Объем под пик от гистерезиса не зависит: его задает энергия дефицита (0,17 м³ воды на 1 кВт·ч при нагреве 5 К). Вывод: цифры 750 л, 2,5 м³ и 4 м³ несравнимы, пока не названы гистерезис, цикл и назначение бака; чей вариант в ветке верен, по ним не определить.

Машина на пик или лед + меньшая машина (10 т/ч, 2 окна по 2 ч):

Критерий	Машина на пик	Лед + меньшая машина
Мощность, кВт	338	120 (лед закрывает дефицит) или ≈64 (лед закрывает окно целиком)
Накопленная энергия, кВт·ч	нет	436 (дефицит) или 677 (окно)
Время регенерации	не нужна	9–12 ч (в примере около 10,5 ч)
Окна ближе 12 ч	закрывает	одной машиной не закрыть
Электроэнергия на кВт·ч холода	по COP машины в рабочей точке +1 °C	выше: набор льда идет при кипении около −8…−10 °C △ (допущение по каталогу и кейсу); цифру дает расчет поставщика для вашей точки

Пример по каталогу: КРИО-ЛВ-30000 (57,5 кВт, 624 кВт·ч) покрывает около 92 % окна 677 кВт·ч, остальное около 27 кВт — прямая подпитка. Танк 5 т (старт 175–225 кВт): лед на 60 % объема (ГОСТ Р 50803-2008, п.6.11) — 101,5 кВт·ч, 1,1 т; ближайший типоразмер КРИО-ЛВ-7000: 111 кВт·ч, 1200 кг.

Что требовать в техническом предложении: письменный расчет на вашу точку и чек-лист для заявки

Типовые ошибки

• Паспорт на воде 12/7 вместо рабочей точки — потери на ледяной воде.
• Подбор по средней мощности вместо пика старта — пик на старте.
• Бак «10 л/кВт» вместо энергии дефицита — бак и ледяной аккумулятор.
• ЭГ или 35–40 % «с запасом» в молочном контуре — гликоль и его процент.
• Сравнение «минус X %» без четырех совпавших условий — условия честного сравнения ТП.
• Запас ×1,2, дублирующий уже учтенный — запас и поправка на уставку.
• Расчет пастеризатора по полному ΔT — пастеризатор.

Основание расчетов: документы производителей, ТР ТС, ГОСТ; форумные ветки взяты только как пример расхождения. Письмо поставщику:

(1) Нагрузка ___ кВт при расходе ___ т/ч (35→4 °C, c = ___), пик ___ кВт, ___ ч, окон в сутки ___.

(2) Рабочая точка: подача +1 °C, возврат +5 °C (ΔT 4 К); паспорт на воде 12/7 не принимается.

(3) Теплоноситель: пищевой ингибированный ПГ ___ % (по массе или по объему); ЭГ в контуре, который может коснуться молока, не допускается.

(4) Наружная расчетная температура ___ °C (лето), конденсатор воздушный/водяной.

(5) Письменный расчет на эту точку: мощность, потребляемая мощность, кипение и конденсация, расход и потеря давления на гликоле.

(6) Два подбора одной модели (12/7 и наша точка), источник поправок, запас на загрязнение отдельной строкой, минимальный ПГ и защита испарителя.

«Минус X %» без пунктов (1)–(5) не принимайте.

Что сообщить нам:

• режим и число окон;
• схема (танк или пластины, предохлаждение, пастеризатор R);
• подача и возврат ледяной воды;
• ПГ (процент, масса или объем);
• наружная температура летом и зимой;
• мощность сети и окна ближе 12 ч;
• ваши ТП.

Пришлите эти данные через форму «Расчет по ТЗ»: сверим вашу рабочую точку с ТП, посчитаем вариант с машиной на пик и вариант с буфером или аккумулятором; мощность в вашей точке на ПГ подтверждается расчетом производителя. Онлайн-подбор дает ориентировочную оценку по каталожной мощности; поправок на ПГ и выход +1 °C в карточках каталога нет, поэтому для вашей точки переходите к заявке через «Расчет по ТЗ». Каталог: генераторы ледяной воды КРИО-ЛВ, КРИО-M, КРИО-PL; мощность в точке +1 °C на ПГ даем только по ТП.

Источники: ТР ТС 033/2013, ТР ТС 021/2011, ГОСТ Р 50803-2008, ГОСТ 31450-2013, ISO 5708:1983, опубликованные таблицы подбора производителей чиллеров, руководство производителя гликолевого теплоносителя.

Читайте также

• Охлаждение бетона: зачем массивным конструкциям ледяная вода