Технология производства мягкого сыра. Расчет пластинчатого теплообменника ПОУ А1-ООЛ-1

apparaturka.dwg

КР 260200 68. 001 ТХ
КР 260200. 68.001 ТХ
Технология производства мягкого сыра Адыгейский
АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА МЯГКОГО СЫРА АДЫГЕЙСКИЙ
Условные обозначения м - цельное молоко; мп - молоко пастеризованное; нс -нормализованная смесь; нсз - нормализованная смесь
подвергшаяся созреванию; сз -сырное зерно; св -сыворотка; см - сырная масса;
Аппаратурно-технологическая схема
Пластинчатый охладитель
Пластинчатая пастеризационно-охлади- тельная установка
Сепаратор-молокоочисти- тель
Сепаратор-нормализатор
Пластинчатый подогреватель
Вакуум-упаковочная машина

пастеризатор.dwg

КР 260200. 68.001 ТХ
Схема пластинчатого теплообменника
СХЕМА ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
Условные обозначения
Пастеризованное молоко
Поплавковый регулятор уровня
Центробежный насос для молока
Ротаметрический регулятор
Пластинчатая пастеризационно-охлади- тельная установка
Сепаратор-молокоочисти- тель
Центробежный насос для горячей воды
Пароконтактный нагреватель
Регулирующий клапан подачи пара

Расчет пластинчатого теплообменника (курсовая работа).docx

Федерально государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет пищевых и химических производств
Кафедра «Технология продуктов питания »
Курсовая работа защищена с оценкой
подпись должность и.о. фамилия
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЯГКОГО СЫРА.
РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине «Современное оборудование тара и упаковка»
Студент гр. 8 ПЖС-31 А.И. Яшкин
подпись и.о. фамилия
Руководитель работы доцент О.В. Кольтюгина
Классификация сыров. Общая характеристика мягкого сыра 5
Описание технологии производства мягкого сыра .9
1 Технологическая схема производства мягкого сыра Адыгейский .9
2 Подготовка вспомогательных материалов и тары . .11
Подбор технологического оборудования ..16
Характеристика пастеризационно-охладительной установки ..17
1 Принцип работы ПОУ марки А1-ООЛ-1 . 17
2 Расчет ПОУ марки А1-ООЛ-1 . .19
Охрана труда техника безопасности . .30
Список использованных источников ..33
Сыр – высокобелковый биологически полноценный пищевой продукт. Пищевая и биологическая ценность сыра обусловлена высоким содержанием в нем молочного белка и кальция наличием необходимых человеческому организму незаменимых аминокислот жирных и других органических кислот витаминов минеральных солей и микроэлементов.
Энергетическая и пищевая ценность зависит от содержания и состава сухих веществ а также от влаги. Содержащиеся в сыре незаменимые аминокислоты и более простые соединения белкового и небелкового азота легче и быстрее усваиваются чем белки молока не требуют от организма больших затрат энергии на переваривание. Вкус сыра в достаточной степени зависит от содержания жира и его состояния [3].
Технологии различных видов сыров заключаются в последовательно проведенных операциях: коагуляция молока разрезка обработка сгустка формование прессование при этом качество сыра находится в прямой зависимости от качества перерабатываемого сырья технологического оборудования применяемого для производства сыра.
В молочной промышленности для пастеризации и стерилизации молока и молочных продуктов применяют пастеризационные и стерилизационные установки а также стерилизаторы. Пастеризационные установки бывают пластинчатого и трубчатого типов [5].
Пастеризационные установки пластинчатого типа или пастеризационно-охладительные предназначены для пастеризации и охлаждения в потоке молока при производстве мягких сыров сливок и смеси мороженого пастеризационные установки трубчатого типа – для пастеризации в потоке молока и сливок. Все установки снабжаются системами автоматического контроля и регулирования температуры пастеризации и стерилизации [4].
В ряде теплообменных аппаратов для пастеризации молока нагрев и охлаждение производят одновременно в непрерывном потоке. Теплота нагретого молока используется для нагрева холодного молока то есть происходит регенерация теплоты. За счет регенерации экономится до 85 % тепловых ресурсов. На теплообменных аппаратах при производстве молочных продуктов производят пастеризацию молока с выдержкой охлаждение до температуры от 22 °С до 36 °С при этой температуре выдерживают в течение определенного времени необходимого для сквашивания молока и затем – окончательное охлаждение готового продукта. Для эффективного процесса сепарирования и очистки молоко нагревают в теплообменных аппаратах до температуры от 40 °С до 45 °С.
Поверхность теплообмена пластинчатых аппаратов представляет собой набор тонких штампованных теплопередающих пластин с гофрированной поверхностью. Поток рабочей среды в каналах образованных пластинами подвергается искусственной турбулизации при сравнительно малых затратах энергии. Пластинчатый теплообменник можно использовать для тепловой обработки различных растворов кинематической вязкостью от 02·10-6 м2с до 60·10-3 м2с [6 10].
Целью данной курсовой работы является разработка проекта технологической линии по производству мягкого сыра. В ходе работы необходимо спроектировать технологическую линию подобрать современное высокоэффективное экономичное оборудование описать конструкцию и работу осуществить расчет пастеризационно-охладительной установки.
Классификация сыров. Общая характеристика мягкого сыра
Одними из первых в нашей стране были классификации А.Н. Королева И.Б. Гисина З.Х. Диланяна. Их системы постепенно устарели в связи с тем что часть сыров уже не производится недостаточно критериев для определения места сыра в классификации. Эти системы не пригодны для международного использования.
В настоящее время на основе на основе интернационального подхода с учетом решающих принципов и дифференциации сыров разработана новая система их классификации по А. В. Гудкову аналогичная зарубежной классификации по Скотту [3 7]. В таблице 1.1 представлена классификация сыров по А. В. Гудкову.
Таблица 1.1 – Классификация сыров по А.В. Гудкову
Классы подклассы группы
Основные представители
А) Сыры из коровьего молока
Терочные. Т второго нагревания >50 °С В – от 37 % до 40 % ВОМ – от 42 % до 53 % термофильные мк без рисунка или с мелким рисунком
Горный терочный Кавказский терочный (Р) Пармезан Грана (И) Сбринц (Шв)
С высокой Т второго нагревания >50 °С В – от 37 % до 40 % ВОМ от 48 % до 56 % мезофильные и термофильные мк пк. Рисунок крупный. Вкус слегка сладковатый
Советский Швейцарский Швейцарский блочный Бийский Алтайский (Р) Эмменталь Грюйер Аппенцеллер (Шв) Гергардсост (Ш) Грюйер де комте Бофор (Ф) Альпийский (А) Ярлсберг (Нор)
Со средней Т второго нагревания от 46 °С до 50 °С В от 40 % до 43 % ВОМ от 57 % до 61 % мк и пк рисунок средних размеров
Горный Украинский Карпатский (Р) Азиаго Фонтина (И)
С низкой Т второго нагревания от 36 °С до 42 °С В – от 42 % до 46 % ВОМ от 58 % до 63 % мезофильные мк. Рисунок мелкий овальный или неправильный рН после прессования от 55 до 59
Голландский (круглый и брусковый) Костромской Ярославский Степной Эстонский Угличский Буковинский Сусанинский (Р) Эдам Гауда (Н) Данбо Финбои Марибо (Д) Турунмаа (Фин)
С высоким уровнем молочнокислого брожения (рН после прессования от 48 до 53). Мк в основном мезофильные
С чеддеризацией сырной массы В от 42 % до 46 % ВОМ от 52 % до 62 % без рисунка
Чеддер Чешир Лестер Глостер Данлоп Ланкашир Карфилли (ОК)
Продолжение таблицы 1.1
Без чеддеризации сырной массы В от 42 % до 43 % ВОМ от 59 % до 60 % рисунок неправильный угловатый
Российский Русский Кубань (Р) Свесия (Ш)
Полутвердые. Созревают при участии мф поверхностной слизи и мезофильных мк. В от 44 % до 46 %. Формуются наливом. Рисунок угловатый неправильный. Вкус острый аммиачный. Самопрессующиеся
Пикантный Латвийский (Р) Тильзит (Г) Брик (США)
Мягкие.В от 46 % до 82 % в основном самопрессующиеся
Свежие кисломолочные. В от 57 % до 82 % кислотное сычужно-кислотное свертывание мк не созревают
Любительский Моале Останкинский Клинковый Молдавский Чайный Домашний творог (Р) Коттедж Кембридж (ОК) Петит Суес (Ф) Фромаже фре (Бел) Кесо бланке (ЛА)
Диетические. С мезофильными мк бифидобактериями и или ацидофильной палочкой
Айболит" Славянский (Р)
Грибные. С участием плесневых грибов. Вкус острый грибной
Плесень на поверхности. Созревают от 7 до14 суток
Русский камамбер Белый дессертный (Р) Бри Камамбер Карре де'ест Невштатель Шаурс (Ф)
Плесень по всей массе сыра
Рокфор (Р) Голубой (Голубой прожилочный) Горгонзола (И) Стильтон (ОК) Данаблю Мицелла (Д) Гаммерост (Нор) Аделост (Ш) Эдельпильц (А) Тироллер-грау (Г) Кабралес (Ис)
Слизневые сыры. В от 46 % до 65 % вырабатывают с мф поверхностной слизи иили плесневых грибов. Вкус острый аммиачный
Смоленский Дорогобужский (Р) Бри Мароль Сэн-полен Мюнстер (Ф) Вашерен монт д'ор (Шв) Эрв Лимбургский (Бел) Ромадур (Г) Бель пазе (И) Трапист (П)
Сывороточные. Свертывание термокислотное
Адыгейский (Р) Рикотта (И) бруност (Нор)
Сливочные. В от 56 % до 72 % свертывание сычужно-кислотное. Концентрирование молока центробежными и ультрафильтрационными методами
Сладкий фруктовый (ягодный) "Метелица" (Р) крим (ОК)
Рассольные. Содержание соли от 3 % до 8 % В от 50 % до 55 %
Без чеддаризации и плавления. Консистенция однородная слегка ломкая
Брынза грузинский имеритинский карачаевский лиманский осетинский столовый чанах (Р) белый дессертный (Б) фета (Гр) домиати (Е) телемаа (Рум)
С чеддаризацией и плавлением. Консистенция волокнистая упругая
Сулугуни слоистый чечил (Р) качкавал (Б) моззарелла проволоне (И) касери (Гр)
Б) Сыры из молока других животных
Из овечьего молока. Твердые с плесенью рассольные
Из козьего молока. Свежие сывороточные рассольные
Из буйволиного и смеси буйволиного молока с коровьим. Рассольные свежие
Примечание – 1 Страны в которых начали вырабатывать сыр: А - Австрия; Б - Болгария; Бел -Бельгия Г - Германия; Гр - Греция; Д - Дания; Е - Египет; И - Италия; Ис - Испания; А - Латинская Америка; Н - Нидерланды; Нор - Норвегия; ОК - Великобритания; П -Польша; Р - Россия и страны ближнего зарубежья; Рум - Румыния; Ф - Франция; Фин- Финляндия; Ш - Швеция; Шв - Швейцария 2. Т - температура; В - содержание влаги в сыре; ВОМ - содержание влаги в сырной массе без жира; мк - молочнокислые бактерии; пк - пропионовокислые бактерии мф - микрофлора.
Сыр Адыгейский относится к мягким сывороточным сырам. Свертывание осуществляется термокислотным способом [3]. Особенности технологии – повышенные зрелость и кислотность перерабатываемого молока высокий уровень молочнокислого процесса использование определенных видов заквасок продолжительность созревания [7].
В зависимости от способа коагуляции белков при получении сгустка мягкие сыры подразделяют на сычужные сычужно-кислотные и кислотные. Видовые особенности мягких сыров определяет микрофлора применяемая при их выработке и созревании. От состава микрофлоры зависят направленность микробиологических биохимических процессов протекающих в молоке и сырной массе а следовательно формирование специфических органолептических характеристик и физико-химического состава мягких сыров. Мягкие сыры подразделяют на следующие группы:
- сыры созревающие при участи молочнокислых бактерий и белой плесени развивающейся на поверхности сыра;
- сыры созревающие при участи молочнокислых бактерий и голубой плесени развивающейся в сырной массе;
- сыры созревающие при участи молочнокислых бактерий белой плесени и микрофлоры сырной слизи развивающейся на поверхности сыра;
- сыры созревающие при участи молочнокислых бактерий и микрофлоры сырной слизи развивающейся на поверхности сыра;
- сыры свежие без созревания вырабатываемые при участии молочнокислых бактерий.
Широкое распространение получили кисломолочные сыры реализуемые в свежем виде без созревания. Технология этих сыров близка к технологии творога. При их производстве используют кислотную или кислотно-сычужную коагуляцию белков молока. В эту группу мягких сыров входит адыгейский сыр. Особенность его производства в отличие от других кисломолочных сыров заключается в использовании термокислотного способа коагуляции белков молока. Этот способ коагуляции обеспечивает комплексную коагуляцию казеинаткальцийфосфатного комплекса и сывороточных белков.
Использование термокислотного способа коагуляции белков молока позволяет не только увеличить выход продукта но и повысить его биологическую ценность так как сывороточные белки по содержанию незаменимых аминокислот превосходят казеин [6].
Описание технологии производства мягкого сыра
1 Технологическая схема производства мягкого сыра Адыгейский
Сыр Адыгейский изготавливается из пастеризованного молока с использованием кисломолочной сыворотки для осаждения белков молока выделением сырной массы ее обработкой и созреванием. Технологическая схема производства сыра Адыгейский представлена в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Технологическая схема производства сыра Адыгейский
ФЗ № 88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» ГОСТ Р 52054-2003 Молоко натуральное коровье-сырье [1]
Технологический процесс
Параметры и показатели
Подготовка молока к выработке сыра
Пластинчатый охладитель
T=(4±2) °С не более 24 ч
Пластинчатый подогреватель
Сепаратор-молокоочиститель
Сепаратор-нормализатор
T=от 72 °С до 74 °С =от 20 до 25 с
Секция охлаждения ПОУ
T= (8±2) °С =12 ч кислотность=21 °Т
Продолжение таблицы 2.1
Секция пастеризации ПОУ
Подготовка молока к свертыванию
Сыворотка молочная с добавлением Lactobacillus bulgaricus от 8 % до 10 % кислотность от 85 °Т до 100 °Т
T= (90±2) °С =от 5 мин до 10 мин
Количество сыворотки=70 % Ксыв=от 30 °Т до 35 °Т
= от 15 ч до 2 ч количество переворачиваний= 3
=от 15 мин до 20 мин Тр= от 8 °С до 12 °С концентрация= от 18 % до 20 %
= 14 ч φ= от 80 % до 85 % Т= от 8 °С до 12 °С
Упаковка в пленку термоусадка
Вакуум-упаковочная машина
T=(4±2) °С; φ = (85±5) % 33 сут
Аппаратурно-технологическая схема производства мягкого сыра Адыгейский представлена на листе 1. Приемка молока на заводе происходит согласно 88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» [1] ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко натуральное коровье-сырье». Молоко центробежным насосом (л.1 поз.1) подается на пластинчатый охладитель (л.1 поз.4) а затем в емкость (л.1 поз.5) на хранение. Затем молоко через уравнительный бак (л.1 поз.6) направляется в секцию регенерации пастеризационно-охладительной установки (л.1 поз.7) после чего на сепаратор-молокоочиститель (л.1 поз.8) или сливкоотделитель (л.1 поз.9) Молоко пастеризуют охлаждают до температуры (8 ± 2) ºС в пастеризационно-охладительной установке для созревания молока (л. 1 поз. 5) и хранят при этой температуре не более 12 ч до достижения кислотности 21 °Т.
Подогрев происходит в подогревателе (л.1 поз.10) до температуры 90 ºС. Созревшая смесь поступает в сыродельную ванну (л.1 поз.11) в нее вносят молочную сыворотку с добавлением закваски Lactobacillus bulgaricus. Количество сыворотки составляет от 8 % до 10 % от массы молока кислотность от 85 °Т до 100 °Т. Образующийся хлопьевидный сгусток отстаивают и выдерживают при температуре (90±2) °С до 10 мин. При этом происходит частичный отлив сыворотки в количестве до 70 %. Кислотность сыворотки должна быть равна 30 °Т.
Сырную массу выкладывают сетчатыми ковшами в блок-формы (л.1 поз.12). Затем ее подвергают самопрессованию до 30 мин. За это время сыр переворачивают около трех раз слегка встряхивая форму. После самопрессования сыр для посолки перемещают в солильный бассейн (л.1 поз.13). Время посолки составляет от 15 мин до 20 мин температура рассола от 8 °С до 12 °С концентрация – от 18 % до 20 %.
После посолки сыр взвешивается на весах (л.1 поз.14) подвергается обсушке в аппарате для обсушки сыра (л.1 поз.15) в течение 2 ч при относительной влажности воздуха от 80 % до 85 % и температуре воздуха от 8 °С до 12 °С.
Готовый продукт упаковывают в полимерную пленку в вакуум-упаковочной машине (л.1 поз.16) и хранят до реализации при температуре (4±2) °С при относительной влажности (85±5) % в течение трех суток.
2 Подготовка вспомогательных материалов и тары
Для удобства потребителя на предприятиях производят фасование мягких сыров мелкими порциями в герметически упакованные пакеты из полимерных материалов в которых они и реализуются.
Сыр отгружают с предприятия-изготовителя в упакованном виде. Мягкие сыры должны быть упакованы в дощатые ящики по ГОСТ 13361-84 или деревянные барабаны по ГОСТ 9525-74 если другое не предусматривается нормативной документацией на конкретный вид сыра. Для реализации сыра внутри области края в которых они выработаны и для иногородних перевозок допускается упаковывание сыров в картонные ящики отвечающие требованиям нормативной документации. При перевозках сыров с заводов на оптовые базы допускается использование многооборотной тары или специальных контейнеров.
В каждый ящик или барабан помещают сыры одного наименования сорта одной даты выработки и одного номера варки. Допускается упаковывание сыров разных дат выработки в один ящик с маркировкой «сборный». Тара для упаковки сыров должна быть чистой не имеющей посторонних запахов влияющих на качество продукции. Влажность древесины должна быть не более 20 % плесень на дощечках и планках не допускается. Транспортирование сыров должно производиться всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозки скоропортящихся грузов действующими на соответствующем виде транспорта а в пакетированном виде — по ГОСТ 21929-76 и ГОСТ 24579-81.
Для некоторых видов сыров допускается перевозка продукта открытым автомобильным транспортом при условии обязательного укрытия ящиков брезентом или материалом заменяющим его.
2.2 Приготовление моющих растворов
Для изготовления продукта хорошего качества следует уделить особое внимание обеспечению соответствия производственного оборудования и упаковочных материалов санитарным требованиям. Свести загрязнения к минимуму можно за счет использования следующих операций:
–удаление остатков продукта и других материалов с поверхностей оборудования которые могут стать питательной средой для микроорганизмов;
–санитарная обработка оборудования для уничтожения микроорганизмов сохранившихся после удаления остатков пищевых продуктов;
–удаление остатков дезинфицирующих веществ которые могли бы послужить причиной химического загрязнения продукта;
–хранение неиспользуемого оборудования в условиях препятствующих росту микроорганизмов [7].
Процесс мойки оборудования осуществляется с помощью специальных моющих средств которые могут быть в жидком или порошкообразном виде.
В качестве моющих средств используют как индивидуальные моющие средства – кальцинированная и каустическая сода тринатрийфосфат технический стекло натриевое жидкое каустическое мыло хозяйственное азотная и сульфаминовая кислоты так и технические моющие средства (ТМС) «Вимол» «РОМ-АЦ-1» «Триас-А». ТМС «Вимол» и «Триас-А» применяются для мойки технологического оборудования взамен кальцинированной соды. Для очистки оборудования поверхность которого соприкасается с денатурированным белком и жиросодержащими добавками применяют препараты со сбалансированным содержанием щелочных компонентов и ПАВ. Это моющее средство «Стекломой» моющие дезинфицирующие средства «Катрил-Д» «Катрил-СМ» и «Агросил-101» которые особенно эффективно устраняют загрязнения с поверхностей резервуаров ВДП смесительных и пастеризационных установок [3].
Системы безразборной мойки СIР. Безразборная мойка подразумевает циркуляцию промывочной воды и растворов моющих средств через емкости трубопроводы и технологические линии без разборки оборудования. СIР можно определить как циркуляцию моющих жидкостей через машины и другое оборудование в контуре мойки. Поток жидкости проходящий с высокой скоростью по поверхности оборудования оказывает на него эффективное механическое воздействие очищая от слоя загрязнений. Это применимо только к потокам в трубопроводах теплообменниках насосах клапанах сепараторах.
Традиционным способом мойки резервуаров большой вместимости является распыление моющего средства на верхние части их поверхности с последующим произвольным стеканием вниз по стенкам. В этом случае часто не оказывается достаточное механическое воздействие но эффективность может быть повышена при использовании специально предназначенных распылительных устройств. Для мойки танков требуются большие объемы моющего средства которое должно циркулировать с высокой скоростью [7].
Программы систем СIР. Программы СIР мойки оборудования для переработки молока различаются в зависимости от наличия или отсутствия нагреваемых поверхностей в контурах предназначенных для мойки. Различают:
–программы СIР для контуров включающих пастеризационные установки и другие виды оборудования имеющего нагреваемые поверхности.
–программы СIР для контуров включающих трубопроводы резервуары и другое технологическое оборудование не имеющее нагреваемых поверхностей.
Основное различие между этими двумя типами состоит в том что циркуляция кислоты всегда должна быть включена в программы первого типа с целью удаления осажденных белков и солей с поверхностей оборудования для тепловой обработки. Программа СIР для пастеризационной установки может состоять из следующих стадий:
–ополаскивание теплой водой в течение 10 мин.;
–циркуляция раствора щелочного моющего средства от 05 % до 15 % при температуре 75 °С продолжительностью около 30 мин.
–ополаскивание теплой водой для удаления остатков раствора щелочи в течение 5 мин;
–циркуляция раствора азотной кислоты от 05 % до 15 % при температуре 70 °С в течение 20 мин;
–ополаскивание холодной водой;
–постепенное охлаждение холодной водой продолжительностью около 8 мин.
Дезинфекция пастеризаторов обычно проводится утром перед началом производства и осуществляется циркуляцией горячей воды при температуре 95 °С в течение 15 мин [10].
Подбор технологического оборудования
Перечень технологического оборудования представлен в табл. 3.1.
Таблица 3.1 – Сводная таблица технологического оборудования
Наименование оборудования
Габаритные размеры мм
электроэнергии кВт·ч
Станция приемки и учета молока
Вакуум-упаковочные машины
Характеристика пастеризационно-охладительной установки
1 Принцип работы ПОУ марки А1-ООЛ-1
Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки представляют собой пластинчатые аппараты состоящие из отдельных определенным образом скомпонованных секций. В зависимости от компоновки в установках можно выполнять различные процессы тепловой обработки – нагрев пастеризацию охлаждение. Преимуществами пластинчатых аппаратов является приспособленность к частой разборке и сборке а также относительная простота очистки теплообменной поверхности от слоев пригара или осадка.
В состав пастеризационно-охладительной установки пластинчатого типа входят уравнительный бак с клапанно-поплавковым устройством для регулирования уровня молока в баке центробежный насос для молока пластинчатый аппарат сепаратор-молокоочиститель выдерживатель возвратный клапан центробежный насос для горячей воды пароконтактный нагреватель для воды и пульт управления [9].
Пластинчатый аппарат является основной частью пастеризационно-охладительной установки. Большим его преимуществом считается то что он имеет легкообразную состоящую из отдельных сомкнутых элементов поверхность теплообмена. Пластинчатый теплообменник состоит из нескольких пластинчатых теплообменных элементов – пластин через которые тепло передается от одной среды к другой. Пластины компонуют в пакеты и из них составляют секции. В секциях с одной стороны пластины проходит молоко с другой – теплоноситель или хладоноситель. Через стенки пластины происходит теплообмен.
В пастеризационно-охладительных установках в одной из секций поступающее молоко предварительно нагревается за счет регенерации тепла пастеризованного молока затем в следующей секции пастеризуется отдает часть тепла вновь поступающему молоку охлаждается сначала в секции водяного и рассольного охлаждения [2].
Пластинчатый аппарат имеет главную переднюю стойку и вспомогательную заднюю стойку в которых закреплены концы верхней и нижней штанг. Верхняя горизонтальная штанга предназначена для подвески теплообменных пластин. По периферии каждой пластины в специальной канавке уложена большая резиновая прокладка которая на лицевой стороне пластины ограничивает канал для соответствующего потока среды.
Пластина имеет угловые отверстия вокруг которых уложены малые кольцевые резиновые прокладки. Уплотнительные прокладки после сборки и сжатия пластин в аппарате образуют две изолированные системы герметичных каналов. Одна из этих систем предназначена для горячей рабочей среды другая для холодной. Каждая из систем межпластинных каналов соединяется со своим коллектором. Холодная рабочая среда попадает в коллектор через штуцер расположенный на стойке. По коллектору рабочая среда доходит до пластины которая имеет глухой угол и растекается в межпластинных каналах. Рабочая среда собираясь в нижнем коллекторе который образован нижними угловыми отверстиями выходит из аппарата через штуцер. Горячая рабочая среда входит в аппарат через штуцер и попадает в нижний коллектор. Далее она растекается в межпластинных каналах и двигаясь снизу вверх – противотоком по отношению к холодной рабочей среде собирается в верхнем коллекторе. Из аппарата горячая рабочая среда выходит через штуцер. Уплотнительные прокладки в аппарате обеспечивают герметичность и чередование межпластинных каналов для горячей и холодной рабочих сред. Все пластины плотно сжимаются нажимной плитой и винтом [9].
В этом аппарате используются сетчато-поточные пластины АГ-2 изготовленные штамповкой из листовой нержавеющей стали 1Х18Н9Т толщиной от 07 мм до 1 мм.
Процесс тепловой обработки молока представлен на листе 2.
Из емкости для хранения молоко подается в уравнительный бачок (л.2 поз.1) который имеет поплавковый регулятор уровня (л.2 поз.2). При работе установки постоянный уровень в уравнительном баке поддерживается регулятором. Далее молоко центробежным насосом (л.2 поз.3) нагнетается в первую секцию рекуперации I пластинчатого аппарата (л.2 поз.5). Между насосом и аппаратом установлен ротаметрический регулятор (л.2 поз.4). В первой секции рекуперации молоко нагревается до температуры от 40 °С до 45 оС и поступает в сепаратор-молокоочиститель (л.2 поз.6). После очистки молоко нагреваясь до температуры от 65 °С до 70 оС во второй секции рекуперации II по внутреннему каналу переходит в секцию пастеризации III где нагревается до температуры пастеризации до 74 оС. После секции пастеризации молоко выдерживается в выдерживателе (л.2 поз.7) и возвращается в аппарат где предварительно охлаждается в секциях рекуперации I и II и окончательно до конечной температуры – в секциях водяного охлаждения IV и рассольного охлаждения V. На выходе из аппарата установлен возвратный клапан (л.2 поз.14). Горячая вода подается в секцию пастеризации насосом (л.2 поз.10). Из этой секции охлажденная вода возвращается в бачок-аккумулятор (л.2 поз.11). Вода нагревается до температуры от 78 °С до 82 оС паром в пароконтактном нагревателе (л.2 поз.12).
В пароконтактный нагреватель подается пар регулирующим клапаном подачи (л.2 поз.13). На выходе пастеризованного молока из секции пастеризации установлен датчик температуры (л.2 поз.13).
Установка снабжена показывающими манометрами (л.2 поз.9) для контроля давления молока после сепаратора-молокоочистителя (л.2 поз.6) для контроля давления рассола для контроля давления греющего пара.
2 Расчет ПОУ марки А1-ООЛ-1
При расчете пастеризационных установок определяют площадь поверхности теплопередачи число пластин число пакетов пластин в секциях гидравлическое сопротивление аппарата размеры выдерживателя.
)начальная температура молока t1=4 °С;
)конечная температура пастеризованного молока t6=4 °С;
)температура пастеризации t3=74 °С;
)коэффициент рекуперации =085;
)начальная температура охлаждающей воды t'в=4 °С;
)начальная температура рассола t'р=-4 °С;
)удельная теплоемкость молока см=3984 Дж(кг·К);
)удельная теплоемкость горячей воды сг=3985 Дж(кг·К);
)удельная теплоемкость холодной воды св=1000 Дж(кг·К);
)удельная теплоемкость рассола cр=3818 Дж(кг·К);
)кратность подачи горячей воды nг=6;
)кратность подачи холодной воды nв=3;
)кратность подачи рассола nр=3.
Определяют недостающие значения температур по секциям.
Температура рекуперации t2 °С рассчитывается по формуле (4.1)
Температуру молока между секциями рекуперации и водяного охлаждения t4 °С находим по формуле (4.2)
Температура молока между секциями водяного и рассольного охлаждения t5 °С определяется по формуле (4.3)
Начальная температура горячей воды °С равна (4.4)
Температуру горячей воды °С при выходе из секции находим по формуле (4.5)
где – удельная теплоемкость нагреваемого продукта См=3890 Джкг·К теплоносителя – горячей воды Сг=4190 Джкг·К холодной воды Св=4190 Джкг·К;
nг nв nр – кратность подачи горячей воды холодной воды рассола nг=6 nВ=3 nр=3.
Температура холодной воды при выходе из секции °С (4.6)
Температура рассола при выходе из секции °С (4.7)
2.1 Расчет среднего температурного напора
Средний температурный напор во всех секциях Δtср 0С определяется по формуле (4.8)
где - меньшая и большая разность между температурами на концах секций.
) Секция рекуперации I:
tмолока нач.=4 0С; tмол. кон =45 0С;
tмол. нач.=74 0С; tмол. кон.=674 0С;
) Секция рекуперации II:
tмолока нач.=45 0С; tмол. кон =641 0С;
) Секция пастеризации:
tмол. нач.=641 0С; tмол. кон=74 0С;
tводы нач.=76 0С; tводы кон.=674 0С;
) Секция водяного охлаждения:
tмол нач=74 0С; tмол кон=179 0С;
tвод нач=4 0С; tвод кон=198 0С;
) Секция рассольного охлаждения:
tмол нач=179 0С; tмол кон=4 0С;
tрас нач=-4 0С; tрас кон=127 0С;
2.1 Расчет площади поверхности теплопередачи
Площадь поверхности теплопередачи пастеризационно-охладительной установки пластинчатого типа определяется по секциям.
Для расчета площади поверхности F м2 воспользуемся формулой (4.9)
где G – количество пастеризуемого молока – производительность установки кгс;
с – удельная теплоемкость нагреваемого молока Дж(кг·К);
tн tк – начальная и конечная температуры нагреваемого молока 0С;
k – общий коэффициент теплопередачи Вт(м2·К);
Δtср – средний температурный напор 0С;
) Секция рекуперации I: tср=20 0С; kрек=2900 Втм2·К; смол=3900 Джкг·К;
) Секция рекуперации II: tср=545 0С; kрек=2900 Втм2 К; смол=3850 Джкг·К;
) Секция пастеризации: tср=691 0С; kпаст=2900 Втм2·К; смол=3850 Джкг·К;
tср=459 0С; kвод=2320 Втм2 К; смол=3875 Джкг·К;
tср=179 0С; kрас=2100 Втм2 К; смол=3868 Джкг·К;
Общая площадь поверхности теплопередачи Fобщ м2 (4.10)
2.2 Расчет количества пластин в аппарате
Для расчета общего количества пластин в аппарате необходимо рассчитать число пластин в секции по формуле (4.11)
где F – поверхность теплопередачи секции м2;
f – поверхность теплопередачи одной пластины м2.
Секция рекуперации I: n=7904=1975;
Секция рекуперации II: n=12304=308;
Секция пастеризации: n=15904=398;
Секция водяного охлаждения: n=4504=1134;
Секция рассольного охлаждения: n=43704=109.
Общее количество пластин в аппарате определяется по формуле (4.12)
N=20+3+4+11+11=50 шт.
Число пакетов N в секции определяется формулой (4.13)
где m – число параллельных каналов.
Секция рекуперации I: N=202=10;
Секция рекуперации II: N=32=15;
Секция пастеризации: N=42=2;
Секция водяного охлаждения: N=112=55;
Секция рассольного охлаждения: N=112=55.
2.3 Расчет и подбор насоса
Производительность насосов Мх м3с выражается формулой (4.14)
где V – объем продукта подаваемого насосом за один оборот м3;
n – частота вращения (число ходов поршня) с-1;
– коэффициент объемного наполнения.
Объем продукта V – это объем камеры насоса или камер определяется геометрически. Привод осуществляется непосредственно от вала электродвигателя. Частота вращения рабочего органа от 15 до 30 с-1 КПД одноступенчатых насосов от 04 до 05.
Создаваемый центробежным насосом напор М м можно рассчитать по формуле (4.15)
где φ – коэффициент напора φ=083;
V – окружная скорость вращения рабочего колеса или диска мс;
m – количество последовательно расположенных дисков.
V=n30=314 2030=209с-1;
Потребляемая насосами мощность N кВт определяется по формуле (4.16)
где м – КПД насоса м=047;
По полученным характеристикам подбираем центробежный насос марки П8-ОНВ-10.
2.4 Расчет скорости потока продукта
В соответствии с допустимыми гидравлическими сопротивлениями в секциях аппарата определяется максимально допустимая скорость потока продукта в каналах всех секций.
Скорость w мс определяют по формуле (4.17)
где αм – коэффициент теплоотдачи от стенки к молоку αм=5000 Втм2·К;
tср.ст – средняя температура стенки в секции 0С среднеарифметическая величина от значений начальных и конечных температур обрабатываемой и рабочей жидкости в секции;
ΔРсекц – гидравлическое сопротивление секции Па;
ρм – плотность молока кгм3;
секц – коэффициент гидравлического сопротивления секции.
=112Re=11242372=078.
Найдем tср.ст для секции рекуперации I:
tср.ст=(4+45+74+674)4=476 0С;
Для секции рекуперации II:
tср.ст=(45+641+74+674)4=626 0С;
Для секции пастеризации:
tср.ст=(74+641+76+674)4=704 0С;
Для секции водяного охлаждения:
tср.ст=(74+179+4+198)4=29 0С;
Для секции рассольного охлаждения:
tср.ст=(179+4-4+127)4=153 0С.
Плотность молока ρм определяется в зависимости от температуры. Для секции рекуперации I плотность ρм=10209 кгм3 для секции рекуперации II ρм=10111 кгм3 для секции пастеризации ρм=10003 кгм3 для секции водяного охлаждения ρм=10248 кгм3 для секции рассольного охлаждения ρм=10317 кгм3.
Гидравлическое сопротивление одной секции ΔРсекц Па определяется по формуле (4.18)
где – коэффициент гидравлического сопротивления;
LП – приведенная высота пластины м LП=Fb где F – рабочая поверхность пластины м2;
b – ширина пластины м;
dэ – эквивалентный диаметр м.
Эквивалентный диаметр dэ м определяется формулой (4.19)
где b – рабочая ширина пластины м;
h – расстояние между пластинами м.
По справочным данным b=03 м; h=00028 м.
Скорость потоков холодной воды w принимают равной скорости молока. Скорость циркулирующей горячей воды принимают равной двойной величине скорости молока. По формуле (3.25) найдем ΔР для каждой секции.
Секция рекуперации I:
Секция рекуперации II:
Секция пастеризации:
Секция водяного охлаждения:
Секция рассольного охлаждения:
По формуле (4.17) найдем среднюю скорость потока продукта в каждой секции.
Секция водяного охлаждения:
Секция рассольного охлаждения:
Скорости в каналах всех секций должны иметь одинаковые значения. Это наблюдается при расчете максимально допустимой скорости потока продукта.
2.5 Определение размеров выдерживателя
Нагретое в аппарате до температуры пастеризации молоко необходимо выдержать в течение определенного времени при этой температуре с тем чтобы в полной мере завершить бактерицидное действие тепла. Для этой цели пастеризационно-охладительная установка снабжается выдерживателем.
При расчете выдерживателя определяют основные конструктивные размеры его длину и внутренний диаметр связывая их с продолжительностью необходимой для выдержки молока при температуре пастеризации.
Длину выдерживатель Lв м определяют по формуле (4.18)
выд – необходимая продолжительность выдержки молока при температуре пастеризации с.
Максимальную скорость потока по оси выдерживателя находят по формуле (4.19)
где М – количество молока проходящего через выдерживатель м3с;
D – внутренний диаметр выдерживателя м. D=0075 м берется в соответствии с нормативными требованиями на трубы из нержавеющей стали.
М=1000 лч=1 м3ч=000027 м3с;
Таким образом длина выдерживателя равна
Охрана труда и техника безопасности
Требования безопасности перед началом работы:
–надеть исправную чистую специальную одежду обувь волосы убрать под головной убор. Одежда должна быть застегнута на все пуговицы и не иметь свисающих концов. Не допускается закалывать одежду иглами булавками носить в карманах бьющиеся и острые предметы;
–проверить оснащенность рабочего места необходимым для работы оборудованием инвентарем и инструментами;
–при выполнени новых видов работ изменении условий труда получить инструктаж по безопасности труда и соответствующие средства защиты;
–подготовить рабочее место для безопасной работы;
–обеспечить наличие свободных проходов;
–проверить устойчивость производственного стола стеллажа;
–надежно установить передвижное и переносное оборудование и инвентарь на рабочем столе подставке;
–удобно и устойчиво разместить запасы сырья товаров инструменты в соответствии с частотой использования и расходованием.
Проверить внешним осмотром достаточность освещения рабочей поверхности отсутствия слепящего действия света отсутствие свисающих и оголенных концов электропроводки надежность закрытия всех токовыводящих и пусковых устройств оборудования [1].
Не приступать к работе при отсутствии или ненадежности заземления.
Рабочая поверхность производственного стола должна быть ровной без выбоин трещин с тщательной припайкой швов.
Оборудование приборы аппараты работающие от электросети включать и выключать только сухими руками.
Необходимо выполнять требования производственной санитарии своевременно включать и выключать местное освещение вентиляционные отсосы регулировать отпление.
–загромождать рабочее место проходы инвентарем тарой и т.п. иметь излишние запасы материалов;
–использовать для сидения случайные предметы;
–прикасаться к открытым к неогражденым токоведущим частям оборудования контактам электрорубильника к оголенным плохо изолированным проводам;
Поднимать и перемешать тяжести вручную следует с соблюдением установленных норм:
–для женщин: при чередовании с другой работой – массой не более 10 кг постоянно в течение рабочей смены – массой не более 7 кг;
–для мужчин: постоянно в течение рабочей смены массой не более 30 кг.
Требования безопасности по окончании работы: отключить использованное тепловое и механическое оборудование от электрической сети. Закрыть вентили на трубопроводах подводящих газ пар воду и т.п. произвести очистку используемого оборудования после отключения от электрической сети а теплового – после остывания. Используемый инвентарь приспособления и инструменты очистить от загрязнений. После работы с пищевыми продуктами произвести мойку и санитарную обработку оборудования инвентаря в соответствии с гигиеническими требованиями санитарными правилами [9].
Привести в порядок рабочее место. Не производить уборку мусора непосредственно руками а пользоваться для этого щеткой и совком. Собранный мусор вынести в установленное для него место. Снять в гардеробной специальную одежду и обувь.
Пластинчатые теплообменники используются в качестве нагревателей холодильников а также комбинированных теплообменников для пастеризации например молока и стерилизации. Эти теплообменники можно собирать в виде многоступенчатых агрегатов [2].
Пластинчатые теплообменники компактны обладают большой площадью поверхности теплопередачи что достигается гофрированием пластин.
Высокая эффективность обусловлена высоким отношением площади поверхности теплопередачи к объему теплообменника за счет высоких скоростей теплоносителей а также турбулизации потоков гофрированными поверхностями пластин и низкого термического сопротивления стенок пластин [7].
К недостаткам пластинчатых теплообменников относятся сложность изготовления возможность забивания поверхностей пластин взвешенными в жидкости твердыми частицами.
Совершенствование установок и систем для пастеризации молока связано с внедрением более производительных машин и агрегатов. Улучшение процесса пастеризации молока достигается в основном применением новых улучшенных пластинчатых теплообменных аппаратов миниатюризацией систем автоматизации комплексным использованием тепла и холода в поточных молочных и технологических линиях применением новых методов обработки молока [6].
Оборудование должно служить достаточно долгий период времени поэтому по своим технико-эксплуатационным показателям оно максимально должно отвечать возможным изменениям условий производства.
Список использованных источников
)Российская Федерация. Законы. Технический регламент на молоко и молочную продукцию: [федер. закон принят Гос. Думой 12 июня 2008 г. по стоянию на 22 июля 2010 г.] Собрание законодательства РФ. – 2008. – № 24. – ст. 2801.
)Гребнюк С.М. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств С.М. Гребенюк. – М. : Агропромиздат 1987. – 304 с.
)Гудков А.В. Сыроделие: технологические биологические и физико-химические аспекты А.В. Гудков С.А. Гудков. – М. : ДеЛи принт 2004. – 804 с.
)Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевых производств Г.Д. Кавецкий А.В. Королев. – М. : Агропромиздат 1991. – 432 с.
)Машины и аппараты пищевых производств: учеб. для вузов в 2 кн. С.Т Антипов И.Т. Кретов А.Н. Остриков и др; под ред. акад. РАСХН В.А. Панфилова. – М. : Высш. шк. 2001. – 680 с. : ил.
)Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств: учеб. для вузов В.И. Соколов. – М. : Машиностроение 1983 – 447 с.: ил.
)Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Т.3. Сыры В.В. Кузнецов Г.Г. Шиллер; под общей ред. Г.Г. Шиллера. – СПб : ГИОРД 2003. – 512 с.
)Справочник технолога молочного производства. Т. 7. Оборудование молочных предприятий (справочник-каталог) В.А. Самойлов и др.; под общ. ред. А.Г. Храмцова. – СПб. : ГИОРД 2004. – 832 с.
)Сурков В.Д. Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности В.Д. Сурков Н.Н. Липатов Ю.П. Золотин. – М. : Легкая и пищевая промышленность 1983. – 432 с.