Машини та обладнання для переробки молока

Машини та обладнання для переробки молока

Реферат на тему

Машини та обладнання для переробки молока

Зміст

1. Особливості технології переробки молочної продукції

2. Машини для охолодження молока

2.1 Циліндричний охолодник

2.2 Пластинчастий охолодник молока

3. Обладнання для теплової обробки молока

3.1 Пастеризатори

4. Машини для сепарування молока та молочних продуктів

4.1 Сепаратор

5. Машини для виготовлення масла

5.1 Масловиготівник періодичної дії

5.2 Масловиготівник безперервної дії

6. Обладнання для виробництва сирів і казеїну

7. Машини для гомогенізації молока

7.1 Гомогенізатор клапанного типу

Використана література

1. Особливості технології переробки молочної продукції

Сировиною для всіх молочних виробів є натуральне молоко. Його можна споживати свіжим або готувати з нього такі продукти, як молоко пастеризоване, молоко стерилізоване, вершки, кефір, сметану, різні види сирів, вершкове масло, молоко згущене і сухе та багато інших продуктів. Водночас молоко є сприятливим середовищем для розвитку найрізноманітніших мікроорганізмів.

Для збереження молока і молочної продукції у свіжому вигляді застосовують різні технологічні операції та обладнання.

2. Машини для охолодження молока

Для короткочасного зберігання та охолодження молока використовують баки і ванни без теплоізоляції, для тривалого -- вертикальні й горизонтальні резервуари, а також танки-охолодники, баки і ванни, що мають теплоізоляцію, та зрошувальні охолодники. Зрошувальні охолодники класифікують на одно- і багатосекційні. Односекційні охолодники мають трубки круглого профілю, тому їх називають круглотрубчастими, а багатосекційні охолодники -- фасонного профілю. Як холодоносій використовують воду, крижану воду, розсіл або аміак. Широко застосовують пластинчасті й трубчасті закриті охолодники, які за конструкцією і принципом дії аналогічні комбінованим (універсальним) пластинчастим, трубчастим апаратам, або трубчастим пастеризаторам.

Охолодники поділяють на одно- і двоступінчасті. В одноступінчастих охолодниках застосовують тільки один холодоагент (найчастіше воду, крижану воду або розсіл), а в двоступінчастих -- на першому етапі продукт охолоджується водою, а на другому -- розсолом або аміаком.

2.1 Циліндричний охолодник

Продуктивність циліндричного охолодника, м3/год,

де V-- об'єм резервуара, м3; k = 0,80...0,85 -- коефіцієнт використання робочого об'єму; фц -- тривалість відповідно повного циклу роботи резервуарів, хв:

де ф1 ф2 -- тривалість завантаження і вивантаження, хв; т3 -- тривалість охолодження продукту, хв.

Ефективність перемішування продукту забезпечується лопатевою мішалкою і досягається при таких співвідношеннях параметрів d = (0,3... 0,4)D; Дh = (0,5...1,0)h; h = (0,1...0,5)d.

Об'єм резервуара, м3,

Згідно з конструктивними параметрами об'єм резервуара становить:

де D -- діаметр резервуара, м; Н -- висота резервуара, м; kk = 0,80...3,0 -- коефіцієнт співвідношення висоти резервуара до його діаметра.

Діаметр резервуара, м,

Енергетичний розрахунок мішалок. Потужність для приведення мішалки в рух, кВт,

де А -- стала, яка залежить від типу мішалки (табд. 3.1); d -- діаметр мішалки, м; п -- частота обертання мішалки, хв.-1; м -- динамічна в'язкість продукту, Па.с (табл. 3.2); р -- густина продукту, кг/м3.

Таблиця 1. Стала А, яка залежить від типу мішалки

Таблиця 2. Динамічна в'язкість молочних продуктів

Ж*-- жирність продукту.

2.2 Пластинчастий охолодник молока

Загальна площа поверхні пластин охолодника, м2,

де Qт.л -- продуктивність технологічної лінії, кг/год; с = 3,86...3,96 -- теплоємність молока, кДж/(кг.К); k = 1745...2326 - коефіцієнт теплопередачі, Вт/(кг.К); t1 = 32...35 -- початкова температура молока, яке подається в охолодник, °С; t2 = 8...15 -- кінцева температура молока після охолодження, °С; Дtср -- середня логарифмічна різниця температур, °С:

де Дtmax = t1 - to.p -- різниця температур між молоком і охолоджувальною рідиною на початку процесу, °С; Дtmin = t2 -to.p -- різниця температур між молоком і охолоджувальною рідиною в кінці процесу, °С; to.p -- початкова температура охолоджувальної рідини, °С (для води to.p = 4...12).

Визначення параметрів охолодника. Кількість пластин охолодника, шт.,

де S -- площа поверхні пластин охолодника, м2; b, h -- відповідно ширина і висота пластини, м; f = 0,0043 -- площа робочої поверхні пластини, м2.

Зазор між пластинами, м,

де Re -- число Рейнольдса (для води Re > 10 000); м -- динамічна в'язкість рідини, Па.с; g -- прискорення вільного падіння, м/с2; v -- швидкість руху рідини, м/с (для води v = 0,3...1,5); р -- густина рідини, кг/м3 (для води р = 998...1000). Витрати охолоджувальної рідини, кг/год,

де kB -- коефіцієнт кратності витрати рідини (для води kB= 3...5).

Кількість холоду, потрібна для охолодження молока, Вт,

де с = 3,86...3,96 -- питома теплоємність молока, кДж/(кг.К); t1, t2 -- відповідно початкова і кінцева температура молока, °С.

3. Обладнання для теплової обробки молока

Обладнання для теплової обробки молока і рідких молочних продуктів забезпечує процеси підігрівання, пастеризації, стерилізації тощо.

У більшості апаратів відбувається теплообмін між гарячими і холодними середовищами, розділеними перегородками.

Для економії тепла і холоду, а отже, і зниження собівартості продукту при пастеризації та охолодженні застосовують регенератори. Розрізняють регенератори прямо-потокові, проти-потокові та з проміжним агентом.

Найширше застосовують пластинчасті апарати з гофрованими поверхнями (пластинами), водяним обігріванням у секції пастеризації і повною автоматизацією процесу.

Комбіновані (універсальні) пластинчасті установки бувають чотири-, п'яти- і шестисекційними. Кожна секція складається з пакетів пластин. Молоко, надходячи в ту чи іншу секцію, послідовно проходить пакет за пакетом і по всіх пластинах. Комбіновані апарати мають витримувачі.

Під час виробництва деяких молочних продуктів (згущеного молока без цукру, стерилізованого незбираного молока і вершків) для повного знищення мікроорганізмів проводять стерилізацію. Найпростішими стерилізаторами є автоклави.

3.1 Пастеризатори

Пастеризатори поділяють: за способом теплової обробки -- на термічні та холодні; за джерелом використання енергії -- на парові, електричні з нагрівом, інфрачервоною радіацією, ультрафіолетовим опроміненням і високочастотні вібратори; за характером виконання процесу -- безперервної та періодичної дії. За термічними режимами найпоширенішими є тривала, короткотривала та миттєва пастеризації молока.

Ефективність пастеризації залежить від температури нагрівання молока і тривалості витримування його за цієї температури. Досягають її тільки тоді, коли продукт перебуває за певної температури впродовж достатнього і необхідного часу:

де ф -- час перебування продукту за певної температури пастеризації, необхідний для завершення пастеризації, с; t - задана температура молока,°С.

Пастеризацію вважають завершеною, якщо ф дорівнює дійсному часу фд перебування продукту за заданої температури. Для оцінювання завершеності процесу застосовують критерій Пастера:

Ефективність пастеризації залежить також від кількісного і якісного складу мікрофлори сирого молока.

При заданих режимах залежність ефективності пастеризації від кількості мікроорганізмів оцінюється коефіцієнтом швидкості їхньої загибелі:

де N0 -- початкова кількість бактерій у 1 мл молока; NK -- кінцева кількість бактерій у 1 мл молока.

У пастеризаторах із безпосереднім паровим обігрівом визначають витрату пари, кг/с,

де Q -- продуктивність пастеризатора, м3/с; сп -- питома теплоємність продукту, Дж/(кг.К); рп -- густина продукту, кг/м3; tn -- температура пастеризації продукту, °С; tK -- температура продукту після пастеризації, °С; і -- питома ентальпія пари, Дж/кг; ск -- питома теплоємність конденсату, Дж/(кг.К).

Коефіцієнт регенерації

де tp -- температура сирого молока після нагрівання його пастеризованим (температура регенерації), °С.

Кількість теплоти, що витрачається на пастеризацію молока, попередньо нагрітого в регенераторі, Дж,

де W1 -- кількість теплоти, яка потрібна для пастеризації продукту без використання регенераторів, Дж.

Кількість холоду, яка потрібна для охолодження пастеризованого молока після регенерації, Дж,

де W1` -- кількість холоду, яка потрібна для охолодження пастеризованого, але не регенерованого молока, Дж; tпр -- температура пастеризованого молока після регенерації, °С; t0 - температура охолодження пастеризованого молока, °С.

Економію тепла і холоду в процесі регенерації оцінюють за показниками економічності витрати теплоти Ет і холоду Ех, %:

При проведенні багатьох технологічних процесів пастеризацію, регенерацію та охолодження здійснюють послідовно на різних апаратах (як мінімум на трьох), а також на комбінованих (трубчастих і пластинчастих).

Вихідне молоко надходить у секцію регенерації, звідки воно спочатку спрямовується у молокоочисник, а потім у секцію пастеризації (за наявності двох секцій пастеризації молоко проходить їх послідовно). Після цього молоко надходить у витримувач, звідки через зворотний клапан направляється в секцію регенерації. Із секції регенерації молоко потрапляє в секцію охолодження водою і секцію охолодження розсолом або крижаною водою. Оскільки молоко послідовно проходить усі секції універсального апарата, продуктивність кожної з них має бути однаковою.

Пластинчастий пастеризатор. Продуктивність кожної секції пластинчастого пастеризатора визначають за формулою

де S -- площа поверхні охолодження, м2; a = 2907...3372 -- коефіцієнт тепловіддачі, кВт/(м2.К); t2, t1 -- відповідно вища та нижча температура молока, °С.

Тепловий баланс для кожної секції пластинчастого пастеризатора

де QГ -- витрата нагрівальної чи охолоджувальної рідини, м3/с; сг -- питома теплоємність нагрівальної чи охолоджувальної рідини, Дж/(кг-К); рг -- густина нагрівальної чи охолоджувальної рідини, кг/м3; t1г, t2r -- вища та нижча температура нагрівальної чи охолоджувальної рідини, °С.

Для універсальних апаратів, у яких продукт нагрівається в секції пастеризації паром, рівняння теплового балансу має вигляд

де WП -- витрата пари, кг/с; іп -- питома ентальпія пари, кДж/кг; ск-- питома теплоємність конденсату, Дж/(кг.К); tK -- температура конденсату, °С.

Площа поверхні нагрівання кожної секції, м2,

де Sp -- площа поверхні одного рифля з одного боку, м2; т -- кількість пластин у секції; f -- площа поверхні пластини з одного боку, м2; zp -- кількість рифлів на пластині, шт.; lp -- довжина одного рифля по вертикалі, м; bр -- ширина одного рифля по горизонталі, м.

Коефіцієнт теплопередачі в пластинчастих апаратах можна визначити за формулою

де a1 -- коефіцієнт тепловіддачі від гарячої рідини до стінки, Вт/(м2.К); а2 - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до холоднішої рідини, Вт/(м2-К); термічний опір стінки, м2.К/Вт.

Якщо рідина рухається по обидва боки пластини, то природа а1 та а2 є цілком однаковою, критерій Нуссельта дорівнює

де А -- експериментальний коефіцієнт; Re -- критерій Рейнольдса; Рr -- критерій Прандтля для середньої температури рідини; Рrг.ш -- критерій Прандтля для температури граничного шару; п, т, р -- показники степеня.

Коефіцієнт А та показники степеня п, т, р для кожного типу пластин визначають експериментально. У більшості випадків для сучасних типів комбінованих пластинчастих апаратів відношення Рr/Рrгш = 1. Тому в технічних розрахунках ним можна знехтувати. Критерій Нуссельта

де а -- коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2.К); dEKB -- еквівалентний діаметр, м:

h -- відстань між пластинами, м; л -- коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м.К).

Критерій Прандтля

де с -- питома теплоємність продукту, Дж/(кг.К); м -- кінематична в'язкість, м2/с; р -- густина продукту, кг/м3.

Швидкість руху рідини в зазорі між пластинами, м/с,

де z -- кількість зазорів між пластинами, в яких рухається рідина; ; т -- кількість пластин; zn -- кількість пакетів у секції.

Важливим показником роботи пластинчастого пастеризатора є тривалість перебування молока в кожній секції, с,

де L -- довжина шляху руху молока в секції, м.

При послідовному переході молока з одного пакета пластин в інший L є добутком довжини шляху руху по одній пластині на кількість пакетів:

Тривалість перебування продукту в секції витримування, с,

де LB -- довжина витримувача, м; dB -- діаметр витримувача (якщо витримувач круглотрубчастий), м; vв -- швидкість руху продукту у витримувачі, м/с.

Ефект пастеризації можна гарантувати за умови

Потрібно також, щоб критерій Ра становив не менше ніж одиниця.

Щоб установити бактерицидну ефективність пластинчастого пастеризатора, треба визначити загальний критерій Пастера Разаг, тобто для секцій регенерації, пастеризації і витримування,

де Рар1, Рар2 -- відповідно критерії Пастера в секції пастеризації на лінії холодного молока і на лінії пастеризованого молока; Рап, Рав -- критерій Пастера відповідно в секції пастеризації й у витримувачі.

У загальному вигляді для секцій регенерації та пастеризації:

Для секцій регенерації і пастеризації критерій Ра визначити дуже важко, тому на практиці обмежуються розрахунком Рав.

Сумарні, або загальні, гідравлічні опори руху продукту в універсальному апараті, м,

де Нр, Нр1 -- гідравлічний опір на лінії холодного і гарячого продукту в секції регенерації, м; Нп - гідравлічні опори в секції пастеризації, м; Нов, Нор - гідравлічні опори в секціях охолодження відповідно водою і розсолом, м;Нв - гідравлічні опори у витримувачі, м; Нт - гідравлічні опори в трубопроводах установки, м.

Гідравлічні опори в кожній секції Нс можна визначити за формулою

У суму коефіцієнтів місцевих опорів входять усі коефіцієнти, зумовлені поворотами рідини в зазорі між двома пластинами і між пакетами однієї секції. Коефіцієнт опору ооп у рифлених пластинах, незважаючи на невелике значення критерію Re, визначають, як для турбулентного режиму. Це пояснюється тим, що за рахунок рифлів, які є штучними турбулізаторами, критичне число ReKp у зазорах між пластинами становить не більше ніж 150...300.

Пастеризатор молока миттєвої дії. Площа нагрівання пастеризатора, м3,

де Q -- продуктивність пастеризатора, кг/год; с = 3,86...3,96 -- теплоємність молока, кДж/(кг.К); a = 2,90...3,37 -- коефіцієнт тепловіддачі, кВт/(м2.К); tк= 85 -- кінцева температура молока, °С;

tп -- початкова температура молока, °С (з ємкості -- tп = 5, після доїння -- tп = 37); Деср -- середня логарифмічна різниця температур, °С:

Визначення діаметра і висоти пастеризатора. Діаметр пастеризатора визначають із залежності D/hn = 0,9...1,2, звідки

Страницы: 1, 2