Разработка проекта технологической линии по производству мягкого сыра

Разработка проекта технологической линии по производству мягкого сыра

Введение

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 0,2·10^-6 м²/с до 60·10^-3 м²/с [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.

1. Классификация сыров. Общая характеристика мягкого сыра

сыр пищевой высокобелковый

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

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

2.1 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

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.

2.2 Подготовка вспомогательных материалов и тары

Подготовка 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.

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 0,5% до 1,5% 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 0,5% до 1,5% 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].

3. Подбор технологического оборудования

Перечень технологического оборудования представлен в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Сводная таблица технологического оборудования

. Характеристика пастеризационно-охладительной установки

4.1 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.

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 0,7 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.

4.2 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.

Начальные данные:

1)      начальная температура молока t₁=4 °С;

2)      конечная температура пастеризованного молока t₆=4 °С;

3)      температура пастеризации t₃=74 °С;

4)      коэффициент рекуперации ε=0,85;

)        начальная температура охлаждающей воды t^'_в=4 °С;

6)      начальная температура рассола t^'_р=-4 °С;

)        удельная теплоемкость молока с_м=3984 Дж/(кг·К);

)        удельная теплоемкость горячей воды с_г=3985 Дж/(кг·К);

)        удельная теплоемкость холодной воды с_в=1000 Дж/(кг·К);

)        удельная теплоемкость рассола c_р=3818 Дж/(кг·К);

)        кратность подачи горячей воды n_г=6;

)        кратность подачи холодной воды n_в=3;

)        кратность подачи рассола n_р=3.

Определяют недостающие значения температур по секциям.

Температура рекуперации t₂, °С, рассчитывается по формуле (4.1)

; (4.1)

Температуру молока между секциями рекуперации и водяного охлаждения t₄, °С, находим по формуле (4.2)

; (4.2)

Температура молока между секциями водяного и рассольного охлаждения t₅, °С, определяется по формуле (4.3)

; (4.3)

Начальная температура горячей воды , °С, равна (4.4)

; (4.4)

.

Температуру горячей воды , °С, при выходе из секции находим по формуле (4.5)

, (4.5)

где  - удельная теплоемкость нагреваемого продукта С_м=3890 Дж/кг·К, теплоносителя - горячей воды С_г=4190 Дж/кг·К, холодной воды С_в=4190 Дж/кг·К;

n_г, n_в, n_р - кратность подачи горячей воды, холодной воды, рассола n_г=6, n_В=3, n_р=3.

.

Температура холодной воды при выходе из секции , °С (4.6)

; (4.6)

.

Температура рассола при выходе из секции , °С (4.7)

; (4.7)

Расчет среднего температурного напора

Средний температурный напор во всех секциях Δt_ср, ⁰С, определяется по формуле (4.8)

, (4.8)

где  - меньшая и большая разность между температурами на концах секций.

) Секция рекуперации I:

t_{молока нач.}=4 ⁰С; t_{мол. кон} =45 ⁰С;

t_{мол. нач.}=74 ⁰С; t_{мол. кон.}=67,4 ⁰С;

Δt_б=74-45=29 ⁰С;

Δt_м=67,4-4=63,4 ⁰С;

.

2) Секция рекуперации II:

t_{молока нач.}=45 ⁰С; t_{мол. кон} =64,1 ⁰С;

t_{мол. нач.}=74 ⁰С; t_{мол. кон.}=67,4 ⁰С;

Δt_б=74-64,1=9,9 ⁰С;

Δt_м=67,4-4=63,4 ⁰С;

.

) Секция пастеризации:

t_{мол. нач.}=64,1 ⁰С; t_{мол. кон}=74 ⁰С;

t_{воды нач.}=76 ⁰С; t_{воды кон.}=67,4 ⁰С;

Δt_б=76-74=2 ⁰С;

Δt_м=67,4-64,1=3,1 ⁰С;

.

) Секция водяного охлаждения:

t_{мол нач}=74 ⁰С; t_{мол кон}=17,9 ⁰С;

t_{вод нач}=4 ⁰С; t_{вод кон}=19,8 ⁰С;

Δt_б=74-19,8=54,2 ⁰С;

Δt_м=17,9-4= 13,4 ⁰С;

) Секция рассольного охлаждения:

t_{мол нач}=17,9 ⁰С; t_{мол кон}=4 ⁰С;

t_{рас нач}=-4 ⁰С; t_{рас кон}=12,7 ⁰С;

Δt_б=17,9-12,7=2,2 ⁰С;

Δt_м=-4-4=-8 ⁰С;

.

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)

, (4.9)

где G - количество пастеризуемого молока - производительность установки, кг/с;

с - удельная теплоемкость нагреваемого молока, Дж/(кг·К);

t_н, t_к - начальная и конечная температуры нагреваемого молока, ⁰С;

k - общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

Δt_ср - средний температурный напор, ⁰С;

G=1000 л/ч=0,278 кг/с.

) Секция рекуперации I: t_ср=20 ⁰С; k_рек=2900 Вт/м²·К; с_мол=3900 Дж/кг·К;

) Секция рекуперации II: t_ср=54,5 ⁰С; k_рек=2900 Вт/м² К; с_мол=3850 Дж/кг·К;

) Секция пастеризации: t_ср=69,1 ⁰С; k_паст=2900 Вт/м²·К; с_мол=3850 Дж/кг·К;

) Секция водяного охлаждения:

t_ср=45,9 ⁰С; k_вод=2320 Вт/м² К; с_мол=3875 Дж/кг·К;

) Секция рассольного охлаждения:

t_ср=17,9 ⁰С; k_рас=2100 Вт/м² К; с_мол=3868 Дж/кг·К;

Общая площадь поверхности теплопередачи F_общ, м² (4.10)

, (4.10)

Расчет количества пластин в аппарате

Для расчета общего количества пластин в аппарате, необходимо рассчитать число пластин в секции по формуле (4.11)

n=F/f, (4.11)

где F - поверхность теплопередачи секции, м²;

f - поверхность теплопередачи одной пластины, м².

Секция рекуперации I: n=7,9/0,4=19,75;

Секция рекуперации II: n=1,23/0,4=3,08;

Секция пастеризации: n=1,59/0,4=3,98;

Секция водяного охлаждения: n=4,5/0,4=11,34;

Секция рассольного охлаждения: n=4,37/0,4=10,9.

Общее количество пластин в аппарате определяется по формуле (4.12)

N=∑n_i; (4.12)

N=20+3+4+11+11=50 шт.

Число пакетов N в секции определяется формулой (4.13)

N=n/2m, (4.13)

где m - число параллельных каналов.

Секция рекуперации I: N=20/2=10;

Секция рекуперации II: N=3/2=1,5;

Секция пастеризации: N=4/2=2;

Секция водяного охлаждения: N=11/2=5,5;

Секция рассольного охлаждения: N=11/2=5,5.

Расчет и подбор насоса

Производительность насосов М_х, м³/с, выражается формулой (4.14)

, (4.14)

где V - объем продукта, подаваемого насосом за один оборот, м³;

n - частота вращения (число ходов поршня), с^-1;

η - 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 0,4 до 0,5.

V=0,0788 м³;

n=20 с^-1;

η=0,47;                  

Создаваемый центробежным насосом напор М, м, можно рассчитать по формуле (4.15)

, (4.15)

где φ - коэффициент напора, φ=0,83;

V - окружная скорость вращения рабочего колеса или диска, м/с;

m - количество последовательно расположенных дисков.

V=πn/30=3,14 20/30=2,09с^-1;

.

Потребляемая насосами мощность N, кВт, определяется по формуле (4.16)

, (4.16)

где η_м - КПД насоса, η_м=0,47;

р-р₀=9,81·10⁴ Па;

По полученным характеристикам подбираем центробежный насос марки П8-ОНВ-10.

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, м/с, определяют по формуле (4.17)

, (4.17)

где α_м - коэффициент теплоотдачи от стенки к молоку α_м=5000 Вт/м²·К;

t_ср.ст - средняя температура стенки в секции, ⁰С, среднеарифметическая величина от значений начальных и конечных температур обрабатываемой и рабочей жидкости в секции;

ΔР_секц - гидравлическое сопротивление секции, Па;

ρ_м - плотность молока, кг/м³;

ε_секц - коэффициент гидравлического сопротивления секции.

ε=11,2·Re=11,2·42372=0,78.

Найдем t_ср.ст для секции рекуперации I:

t_ср.ст=(4+45+74+67,4)/4=47,6 ⁰С;

Для секции рекуперации II:

t_ср.ст=(45+64,1+74+67,4)/4=62,6 ⁰С;

Для секции пастеризации:

t_ср.ст=(74+64,1+76+67,4)/4=70,4 ⁰С;

Для секции водяного охлаждения:

t_ср.ст=(74+17,9+4+19,8)/4=29 ⁰С;

Для секции рассольного охлаждения:

t_ср.ст=(17,9+4-4+12,7)/4=15,3 ⁰С.

Плотность молока ρ_м определяется в зависимости от температуры. Для секции рекуперации I плотность ρ_м=1020,9 кг/м³, для секции рекуперации II ρ_м=1011,1 кг/м³, для секции пастеризации ρ_м=1000,3 кг/м³, для секции водяного охлаждения ρ_м=1024,8 кг/м³, для секции рассольного охлаждения ρ_м=1031,7 кг/м³.

Гидравлическое сопротивление одной секции ΔР_секц, Па, определяется по формуле (4.18)

 (4.18)

где ε - коэффициент гидравлического сопротивления;

L_П - приведенная высота пластины, м, L_П=F/b, где F - рабочая поверхность пластины, м²;

b - ширина пластины, м;

d_э - эквивалентный диаметр, м.

Эквивалентный диаметр d_э, м, определяется формулой (4.19)

d_э=2b·h/(b+h), (4.19)

где b - рабочая ширина пластины, м;

h - расстояние между пластинами, м.

По справочным данным b=0,3 м; h=0,0028 м.

.

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 рекуперации I:

Секция рекуперации II:

Секция пастеризации:

Секция водяного охлаждения:

Секция рассольного охлаждения:

Скорости в каналах всех секций должны иметь одинаковые значения. Это наблюдается при расчете максимально допустимой скорости потока продукта.

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 L_в, м, определяют по формуле (4.18)

, (4.18)

где ω_max - максимальная скорость потока по его оси, м/с;

Θ_выд - необходимая продолжительность выдержки молока при температуре пастеризации, с.

Максимальную скорость потока по оси выдерживателя находят по формуле (4.19)

, (4.19)

где М - количество молока, проходящего через выдерживатель, м³/с;

D - внутренний диаметр выдерживателя, м. D=0,075 м берется в соответствии с нормативными требованиями на трубы из нержавеющей стали.

М=1000 л/ч=1 м³/ч=0,00027 м³/с;

Θ_выд=20 с;

м/с.

Таким образом, длина выдерживателя равна

L_выд=0,052·20=1.

Заключение

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

1)  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.

2)      Гребнюк, С.М. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств / С.М. Гребенюк. - М.: Агропромиздат, 1987. - 304 с.

3) Гудков, А.В. Сыроделие: технологические, биологические и физико-химические аспекты / А.В. Гудков, С.А. Гудков. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 804 с.

4)      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.

8)  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.

9) 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.