Сепаратор молокоочиститель

СЕПАРАТОР.CDW

Линия.cdw

Нормализированное (обезжиренное)
пастеризованное молоко
Сливки нормализованные
Технологическая линия
Нормализованное молоко на томление

содержание.doc

Основные сведения молочного производства .5
1 Особенности производства и потребления готовой продукции .5
2 Стадии технологического процесса 8
Описание технологической линии производства молока .9
1 Характеристика комплексов оборудования ..9
2 Устройство и принцип действия линии 10
Описание конструкции аппарата и принципа действия 14
Основные расчеты ..15
Список литературы . ..24

чижов.docx

Молоко – биологическая жидкость секрет вырабатываемый молочной железой млекопитающих животных. В пищу чаще всего применяют коровье молоко. Натуральное сырое коровье молоко содержит многие необходимые организму человека вещества: молочный жир 2 6 % белки 2 5 % молочный сахар (лактозу) 43 53 % минеральные вещества в виде солей кальция магния калия натрия и др. - 06 09 % витамины микроэлементы различные ферменты и воду 85 89 %. Молоко представляет собой сложную коллоидно-химическую систему. Находящиеся в нем вещества имеют частицы разных размеров и разной природы. Так сахар и часть солей молока растворены в воде до мельчайших частиц не болем 1 мкм. Белки и часть других солей образуют коллоидный раствор с более крупними частицами от 1 до 100 мкм. Жир в теплом молоке находится в состоянии эмульсии а в холодном молоке в состоянии суспензии. Жировые шарики в молоке адсорбируют белки и имеют размер от 1 до 20 мкм.
Питьевое молоко как товарную продукцию разделяют по видам исходного сырья содержания жира и сухих веществ а также по видам бактерицидной обработки. По видам исходного сырья выпускают натуральное восстановленное и белковое молоко. Натуральное молоко вырабатывают из заготовляемого сырого молока. Восстановленное молоко получают из сухого молока изготовленного на предприятиях молочноконсервной отрасли. Белковым называют молоко содержащее сухие обезжиренные добавки выработанные из молока. Кроме того в молоко могут добавлять витамин С кофе и какао. По содержанию жира молоко может быть натуральным с массовой долей жира не менее 32 % или нормализованным с рецептурным жировым составом. Нормализованное молоко выпускают нежирным или с массовой долей жира 15; 25; 32; 35; 60 %. Молоко - скоропортящийся продукт представляющий собой чрезвычайно благоприятную среду для размножения микроорганизмов вызывающих кисломолочное брожение. Степень этого брожения оценивают показателем кислотности молока измеряемым в градусах Тернера. Молоко кислотностью выше 22 °Т при нагревании скисает (свертывается).
В молоке возможно наличие болезнетворных микроорганизмов поэтому питьевым может быть только молоко подвергнутое тепловой бактерицидной обработке: пастеризации или стерилизации.
Сливки - жидкообразная густая масса образованная в результате частичного
или полного выделения из натурального молока жиросодержащей фракции с пониженной плотностью. В отличие от натурального молока в сливках содержится больше жира сухих веществ а также жирорастворимых витаминов.
Сливки используют при нормализации молока производстве сметаны сливочного масла кремов и других молочных продуктов с повышенным содержанием жира. Для непосредственного употребления в пищу вырабатывают питьевые пастеризованные и стерилизованные сливки. Пастеризованные сливки выпускают с массовой долей жира 10 20 и 35 % а стерилизованные - 10 %.
Основными показателями молока как объекта технологической переработки являються состав степень чистоты органолептические физико-механические свойства а также наличие в нем болезнетворных микробов и токсических веществ. Молоко сырое при сдаче-приемке на предприятиях молочной промышленности должно иметь температуру не выше +10 °С плотность не менее 1027 кгм3 а также нормативные значения других показателей: кислотности степени чистоты по эталону массовых долей жира белка и сухих веществ бактериальной обсемененности и содержанию соматических клеток. В зависимости от этих показателей качества молоко сырое подразделяют на три сорта: высший первый и второй каждый из которых учитывается и перерабатывается отдельно.
Основные сведения молочного производства
1Особенности производства и потребления готовой продукции.
Предприятия молочной промышленности размещаются как правило вблизи молочных животноводческих ферм. Молочная промышленность подразделяется на четыре отрасли:
- цельномолочная для производства питьевого молока кисломолочных продуктов сливок сметаны творога и др.;
- маслодельная для производства сливочного масла;
- сыродельная для производства сычужных твердых полутвердых и м’яких сыров рассольных сыров и брынзы;
- молочноконсервная для производства сгущенных молока или сливок сгущенного молока с какао кофе и др.
Во всех перечисленных производствах молоко подвергают механической и тепловой обработке. Механическая обработка заключается в очистке сепарировании нормализации и гомогенизации молока. Очистку молока проводят в два этапа:
- предварительная очистка при приеме холодного сырого молока от механических примесей с помощью фильтров;
- очистка нормализованного молока подогретого до температуры 35 45 °С от
мельчайших частиц загрязнений в том числе частицы бактериального происхождения и нетермостойких скоагулированных белковых частиц с помощью центробежных сепараторов-молокоочистителей.
Сепарирование - это процесс разделения цельного молока на сливки (с требуемой массовой долей жира) и обезжиренное молоко. На процесс сепарирования существенное влияние оказывают температура и кислотность молока. Оптимальная температура сепарирования 35 45 °С. Нарастание кислотности затрудняет процесс сепарирования молока. Обезжиренное молоко содержит менее 01 % жира и все остальные составные
части натурального сырого молока кроме жирорастворимых витаминов. Влажность этого молока 914 %. Обезжиренное молоко используется для выработки продуктов (творог нежирный молоко нежирное сгущенное молоко сухое обезжиренное) для норм'ализации молока и для производства закваски. Нормализация состоит в регулировании массовой доли жира и сухих веществ в
используемом сырье. Нормализацию молока по жиру осуществляют с таким расчетом чтобы в готовом продукте массовая доля жира была не более значения предусмотренного стандартом. Молоко по жиру нормализуют следующим образом:
- сепарируют часть молока в сепараторах-сливкоотделителях или в сепараторах-нормализаторах с целью отбора сливок или обезжиренного молока при сепарировании;
- добавляют к натуральному молоку обезжиренное молоко;
- добавляют к обезжиренному молоку сливки.
Гомогенизация - это процесс дробления (диспергирования) жировых шариков
при воздействии на молоко внешних усилий вызванных перепадом давления. Жиры в молоке находятся в виде эмульсии: множество жировых шариков взвешенных в плазме молока. Чем меньше жировые шарики тем выше вкусовые достоинства молочних продуктов жиры лучше усваиваются организмом человека а также повышается стойкость продукта от расслоения.
Гомогенизация молока и сливок используется в технологических процессах производства питьевого пастеризованного молока сливок кефира сметаны творога и др. В зависимости от вида обрабатываемого продукта поддерживают оптимальный режим гомогенизации по температуре и величине давления в клапане гомогенизатора. Тепловая обработка молока заключается в охлаждении пастеризации и стерилизации. Охлалсдение молока производят с целью сохранения его качества и ограничения роста количества микроорганизмов перед переработкой или употреблением в пищу. Молоко является хорошей средой для молочнокислых болезнетворных и других бактерий попавших в молоко из окружающей среды. Рост и развитие молочнокислих бактерий вызывающих сквашивание молока приостанавливаются при температуре около 10 °С и прекращается при 2 4 °С. Однако приостановить развитие всех микроорганизмов в молоке можно только их замораживанием. Поэтому охлажденное молоко обычно хранится не более 10 ч.
Пастеризация - нагревание и выдержка молока при повышенной температуре
обеспечивающей требуемый бактерицидный эффект. Пастеризация предназначена для уничтожения вегетативных форм микроорганизмов находящихся в молоке (возбудители кишечных заболеваний бруцеллеза туберкулеза ящура и др.) сохраняя при этом его биологическую и питательную активность в том числе витамины. Однако при пастеризации разрушается большинство ферментов. Температура и продолжительность нагрева являются основными факторами определяющими эффективность пастеризации. В зависимости от этих факторов различают следующие режимы пастеризации:
- длительный - продолжительность выдержки 10 15 мин при температуре
± 2 °С (кефир сметана);
- кратковременный - продолжительность выдержки 20 30 с при температуре
± 2 °С (молоко пастеризованное творог молоко нежирное сгущенное с сахаром);
- моментальный - продолжительность выдержки 4 8 с при температуре
± 2 °С (молоко цельное сгущенное с сахаром какао или кофе со сгущенным молоком и сахаром молоко сухое цельное и обезжиренное сливки сухие).
При пастеризации молока уничтожается не менее 999 % микрофлоры однако в нем сохраняются споровые формы микроорганизмов и часть термофильной микрофлоры.
Стерилизация - тепловая обработка молока при температуре более 100 °С с последующей его выдержкой. При стерилизации молока уничтожается как вегетативные так и споровые формы микроорганизмов. Кроме этого стерилизованные продукты приобретают определенную стойкость при хранении. Недостатком стерилизованного молока является то что его пищевая и биологическая ценность ниже чем пастеризованного. В частности при стерилизации разрушаются некоторые витамины. Тепловую обработку также применяют для преобразования биохимических свойств молока при производстве топленого молока.
2Стадии технологического процесса.
Производство питьевого пастеризованого коровьего молока и сливок состоит из следующих стадий и основных операций:
- приемка молока сортирование по качеству и измерение количества принятого
- очистка от механических примесей и охлаждение сырого молока;
- нагревание и сепарирование молока;
- дозирование различных фракций молочной смеси и нормализация молока;
- очистка подогретого нормализованного молока и его гомогенизация;
- пастеризация и охлаждение молока и сливок;
- фасование молока в потребительскую и транспортную тару.
Описание технологической линии производства молока
1 Характеристика комплексов оборудования.
Линия производства пастеризованого молока начинается с комплекса оборудования для подготовки сырого молока к переработке включающего самовсасывающие насосы счетчики-расходомеры фильтры охладительную установку и резервуары для хранения молока. Ведущим в линии является комплекс оборудования для образования нормализованного молока и сливок включающий насосы сепаратор-нормализатор и гомогенизатор. В завершающий комплекс получения готовой продукции входят пластинчате пастеризационно-охладительные установки резервуары для хранения охлажденного пастеризованного молока и сливок фасовочные машины. Топленое молоко получают с помощью комплекса оборудования в который входят трубчатая пастеризационная установка резервуар для выдержки молока ипластинчатая охладительная установка. Машинно-аппаратурная схема линии производства питьевого молока и сливок показана на рис 1
Рис. 1 Машинно-аппаратурная схема линии производства пастеризованного питьевого молока
2 Устройство и принцип действия линии.
Доставка молока поступающего на предприятия молочной промышленности для переработки осуществляется с помощью молочных автомобильных цистерн. После проверки качества молоко с помощью центробежных самовсасывающих электронасосов 1 отбирается через трубопровод с установленным на нем счетчиком-расходомером 2 и фильтром 3. В отличие от других центробежных насосов самовсасывающий снабжен воздухоотделителем обеспечивающим работу насосов без залива всасывающего трубопровода. Счетчик-расходомер 2 предназначен для измерения объема и массымолока и молочных продуктов. По результатам измерения производится вычисление объемного расхода и объема а при наличии информации о плотности среды – массового расхода и массы. Учет принимаемого молока проводят в весовых единицах измерения (кг). При приемке молока по объему делают перерасчет объемных единиц в весовые в зависимости от его плотности.принимаемого молока может измеряться также с помощью емкостей с тензометрическим устройством или путем использования тарированных емкостей. Молоко очищается от механических примесей фильтром 3. Сразу после очистки сырое молоко охлаждают на пластинчатой охладительной установке 4. Она предназначена для охлаждения молока в непрерывном тонкослойном потоке при автоматическом регулировании процесса что исключает выход недоохлажденного молока.
Пластинчатый аппарат установки 4 состоит из двух теплообменных секций. первой секции циркулирует вода с температурой 8 13 °С а во второй – рассол с температурой - 5 °С. Молоко после прохождения через секции охлаждается до температуры 4.. .6 °С и поступает в резервуар 5. В нем сырое молоко может храниться не более 12 ч. Производство питьевого молока начинается с загрузки сырого молока насосом 6 в производственный резервуар 7. В последний для приготовления белкового молока могут дозировать сухое молоко или другие добавки. Затем молоко подают насосами - дозаторами 8 через уравнительный бачок 9 на тепловую и механическую обработку. В линиях производительность 10 и 15 тч проводят нормализацию молока в потоке. Для этого в секции рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 10 сырое молоко нагревают до температуры 40 45 °С и подают в сепаратор-нормализатор 12 в котором непрерывная нормализация молока совмещается с очисткой его от механических примесей. В сепараторе 12 натуральное молоко
разделяется на две фракции: нормализованное молоко и сливки.
Нормализованное молоко поступает во вторую секцию рекуперации установки 10. Последняя снабжена пультом управления 11 со стабилизатором потока обеспечивающим равномерность подачи молока в пластинчатый аппарат. Из установки 10 нормализованное молоко нагнетается в гомогенизатор 13. При получении питьевого молока нормализованное молоко гомогенизируют при температуре 45 65 °С и давлении в клапане гомогенизатора 10 15 МПа.
Из гомогенизатора 13 молоко возвращается в пастеризационно-охладительную установку 10 для пастеризации при температуре 74 78 °С с продолжительностью видержки 20 с и последующим охлаждением до 4.. .8 °С.
Охлажденное пастеризованное молоко подается в промежуточный резервуар 14 хранение в котором допускается не более 6 ч. Из резервуара 14 молоко перекачивают в приемный бункер фасовочной машины 15 и упаковывают в потребительскую тару. Для получения топленого молока нормализованное молоко подогревают до 70 85 °С в пастеризационно-охладительной установке 10 и обрабатывают в гомогенизаторе 13. Затем молоко нагнетают в трубчатую пастеризационную установку 16 обеспечивающую нагревание до 95 99 °С а затем в резервуар 77. При выдержке молока в резервуаре 17 снабженном мешалкой происходит процесс топления. Для молока с массовой долей жира 4 и 6 % продолжительность топления 3 4 ч для молока нежирного с массовой долей жира 1 % - 4 5 ч. Чтобы предотвратить образование на поверхности слоя жира и белка молоко перемешивают каждый час в течение 2 3 мин.
В процессе топления часть влаги выпаривается и жирность молока повышается.
Молоко приобретает кремовый оттенок. Это связано с образованием меланоидинов вследствие реакции между лактозой и белками а также между лактозой и некоторыми свободными аминокислотами. Меланоидины представляют собой вещества коричневого цвета с явно выраженным привкусом карамелизации. Готовое топленое молоко нагнетают насосом - дозатором 8 через пластичный охладитель 18 охлаждая до температуры 4 6 °С и размещают в резервуаре 19. Из по- следнего топленое молоко перекачивают насосом 6 в загрузочную воронку фасовочной машины 20 и упаковывают в потребительскую тару. Сливки отделяют от натурального молока при производстве обезжиренного (нежирного) молока. При этом обезжиренное молоко из сепаратора 12 сразу направляют в установку 10 минуя гомогенізатор 13. После пастеризации и охлаждения обезжиренное молоко подают в резервуар 14 и далее в фасовочную машину 15.
Сливки из сепаратора 12 поступают в гомогенизатор 13. Сливки гомогенизируют при давлении 5 . . . 10 МПа и температуре 60 80 °С. Затем в пластичной пастеризационно-охладительной установке 21 их пастеризуют: сливки с массовой долей жира 10 % - при 78 82 °С 20 и 30 % - при 83 87 °С с выдержкой 15 20 с. Далее в этой же установке 21 сливки охлаждают до температуры не выше 6 °С и загружают в резервуар 22. Из последнего насосом 23 сливки перекачивают на переработку или на фасование в потребительскую тару. Пастеризованное молоко выпускают в стеклянных бутылках и бумажных пакетах пакетах из полимерной пленки а также во флягах цистернах с термоизоляцией контейнерах различной вместимости.
Все шире используется для фасования пастеризованного молоко тара разового
потребления - полиэтиленовые и бумажные пакеты. Такая тара значительно легче бутылок компактнее исключает сложный процесс мойки гигиеничнее удобнее для потребления и транспортирования требует меньше производственных площадей трудовых и энергетических затрат.
Бумажные пакеты имеют форму тетраэдра (тетра-пак) снаружи покрыты парафином внутри - полиэтиленом; формы бруска (брик-пак) с двусторонним покрытием полиэтиленом и применением аппликаторной ленты что обеспечивает большую прочность швов по сравнению с пакетами тетра-пак.
Фасованное молоко должно иметь температуру не выше 8 °С и может сразу без
дополнительного охлаждения передано в реализацию или направлено на временное хранение сроком не более 18 ч в холодильные камеры с температурой не выше 8 °С и влажностью 85 90 %. В торговую сеть и предприятия общественного питания пастеризованное молоко доставляют специальным автотранспортом с изотермическими или закрытыми кузовами.
Описание конструкции аппарата и принципа действия
Предназначен для очистки молока. Входит в состав пастеризационно-охладительных установок производительностью 10 м3ч. Осветлитель полузакрытого типа с частичной центробежной пульсирующей выгрузкой осадка.
Рисунок 2. Барабан сепаратора:
- накидная гайка; 2 4 10 14 15 16 17 18 - уплотнения; 3 -горловина; 5- тарелкодержатель; 6 -тарелки; 7 - корпус; 8 - основание ротора; 9 - кольцо; 11-приемник; 12 - основание барабана; 13 – выход.
Очищенное молоко по наружным каналам тарелкодержателя поднимается вверх и через отверстия в крышке барабана поступает в напорную камеру из которой выводится напорным диском по закрытым трубопроводам в производственные коммуникации. Грязевое пространство периодически очищается во время работы. В зависимости от степени загрязненности молока время между разгрузками колеблется в пределах 40 85 мин а продолжительность разгрузки - 03 07 с.
Рисунок - 3. Сепаратор-молокоочиститель. 1 – привод барабана; 2 - барабан; 3 – чаша для сбора осадка; 4 – корпус.
1 Технологический расчет
Расчет размеров пакета тарелок
Принимаем для проектируемого сепаратора следующие параметры [1]:
Rб=022 м - максимальный радиус по образующей тарелки м;
Rм=012 м - - минимальный радиус по образующей тарелки м;
n=1091 - частота вращения барабана обс;
α = 50°- угол наклона образующей тарелки.
Производительность сепаратора-молокоочистителя определяется по формуле [1]:
М=12·1010·n2·z·tgα·(-)··t лч(4.1)
где n - число оборотов барабана сепаратора обс.;
z - количество тарелок шт.;
RM и R6 - минимальный и максимальный радиусы образующей тарелки м;
α - угол наклона образующей тарелки град.;
dч - диаметр расчетной частицы загрязнений м (dч =13-18 мкм);
t - температура сепарирования (35-40°С) °С.
Из этой формулы определяем количество тарелок в пакете для проектируемого сепаратора:
Принимаем число тарелок 9толщина тарелки hm = 00015 м межтарелочный зазор h = 15 мм.
Определяем высоту пакета тарелок по формуле:
где Нп - высота пакета тарелок м.
Нп = 9·00015 + (9-1)·00015 =00255 м.
Определение размеров барабана.
Определяем предельное значение наружного диаметра D [2]:
где d0 = 0055 - диаметр открытой поверхности вращающейся жидкости м;
m=03 - коэффициент Пуассона для стали;
=1023 - плотность молока кгм3;
с=7860- плотность стали кгм3;
Определяем критическую и оптимальную толщины стенки барабана сепаратора:
опт=(04÷05)=(0013÷0017) м.
Принимаем толщину стенки барабана ст =0016 м. Толщину стенки крышки барабана принимаем равной толщине стенки барабана. Толщину днища определяем из соотношения:
дн=(12÷15) м=(00192÷0024) м.
Проверка барабана из условия прочности.
Допустимая максимальная частота вращения барабана соответствует условию равенства действительных напряжений в материале барабана максимально допустимым [2]:
где = 250 - допускаемое напряжение МПа;
DH - наружный диаметр барабана м.
nmax > n следовательно рассчитанные размеры барабана и принятая частота вращения удовлетворяет условию прочности.
Расчет соединительного кольца.
Определяем радиус соединительного кольца по формуле:
где R1 - наружный радиус кольца м;
h - глубина нарезки резьбы м;
Q- сила действующая на крышку в осевом направлении Н;
K= - сила упругости резиновой прокладки Н
где Rн - наружный радиус барабана м;
α = 0°40’ - угол подъема винтовой нарезки;
= 5°43’ - угол трения;
Р=400 - усилие которое рабочий прикладывает к рукоятке ключа Н;
В=040 - длина ключа м.
Определяем силу Q по формуле [2]: Q=31n2.
Q=3110231091201764=362191 Н.
K+Q = 7914 + 362191 =370105 Н.
Принимаем глубину нарезки резьбы 7 мм.
Определяем радиус кольца по формуле (5.9):
Проверяем напряжение в кольце от центробежной силы по формуле [2]:
что удовлетворяет условию прочности ≤ т.к. =100 МПа.
Расчет напорного диска
Наружный радиус напорного диска определяют по формуле [2]:
где Р = 025 МПа - давление молока на выходе из сепаратора;
= 04 - гидравлический к.п.д.
Для молока : R==00084 м.
Принимаем R = 0008 м.
Расчет мощности привода сепаратора.
Потребную мощность привода сепаратора определяем по формуле:
N=kHбn3R4 кВт (4.12)
где к = 0006 - поправочный коэффициент;
Нб - высота барабана м;
R - максимальный радиус барабана м.
Определим высоту барабана сепаратора используя размеры аналога:
Hб=H+дн+(Rб-Rм)tgα+Hнд м.(4.13)
Hб=0175++(022-012)tg50о+009=0408 м.
N=00060410913019154=419 кВт.
Выбираем электродвигатель 4А112М4УЗ ГОСТ 19523-74 с частотой вращения 1500 обмин. и мощностью 55 кВт [2].
2 Кинематический расчет.
Кинематическая схема привода сепаратора приведена на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 – Кинематическая схема привода сепаратора: 1 – электродвигатель; 2 – фрикционная центробежная муфта; 3 – тормоз; 4 – колесо винтовой передачи; 5 – опора; 6 – барабан; 7 – упругая горловая опора; 8 – винтовая шестерня; 9 – нижняя опора (самоустанавливающаяся).
Рассчитываем общее передаточное число винтовой пары:
3.Расчет винтовой передачи.
Крутящий момент на валу электродвигателя:
Принимаем число зубьев шестерни z2 =17. Тогда число зубьев колеса равно:
Приведенное число зубьев колеса:
Рассчитываем модуль зацепления:
где = – коэффициент;
= – коэффициент учитывающий скорость скольжения
где - скорость скольжения мс.
Принимаем скорость скольжения равной 20 мс.
Принимаем модуль 20 мм.
Тогда делительный диаметр колеса равен:
Тогда действительная скорость скольжения равна:
Действительная скорость скольжения больше принятой. Рассчитываем диаметры начальных окружностей колеса и шестерни:
Межосевое расстояние равно:
Ширина зубчатого венца колеса и шестерни:
b1= мм и b2= мм(4.23)
Технологическоеоборудованиепредприятий молочной промышленности.Сурков Д.В. Липатов Н.Н. Барановский Н.В. - 1970.
Крусь Г.Н. Тиняков В.Г. Фофанов Ю.В. Технология молока и оборудование предприятий молочной промышленности. - М.: Агропромиздат. - 1986.
Томбаев Н.И. Справочник по оборудованию предприятий молочной промыгпленности.—М.: Пищ. пром-ть. —1972
Машины и аппараты пищевых производств : учебник для вузов : в 3 кн. Кн. 1 М38 СТ. Антипов [и др.]; под ред. акад. РАСХН В.Н. Панфилова проф. В.Я. Грудапова. — Минск : БГАТУ 2007. — 420 с.