Технологічне обладнання для виготовлення біо - кефіру резервуарним способом

 Рис. 10. Фасувально-пакувальний автомат М6-ОПЗ-Е  
1 - поршневий дозатор; 2 - бак молочний; 3 - сходи, 4 - рулонодержатель; 5 - формувальна трубка; 6 - рукавообразователь; 7 - механізм зварки подовжнього шва; 8, 10 - шафи електрообладнання; 9 - механізм зварювання поперечного шва; 11 - конвеєр пакетів; 12 - фотоелемент рахункового пристрою, 13 - бункер; 14 - конвеєр ящиків з пакетами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Опис аналогічного  обладнання 

Відцентрові насоси марки Г2-ОПА, Г2-ОПБ.

Основним робочим органом  насоса (рис. 1) є лопатеве колесо 2, розміщене в корпусі 1. Корпус має патрубок для підводу рідини до лопатевого колеса та патрубок для відведення потоку рідини від нього.

Найширше використовуються відцентрові насоси марки Г2-ОПА, Г2-ОПБ, Г2-ОПВ (нові марки 36-1Ц1, 8-12) (рис. 1) консольно-блочного типу, для перекачування молока температурою до 90 °С.

 

 

 

 

Рис. 1. Відцентровий електронасос Г2-0ПА (Г2-ОПБ, Г2-ОПВ):

1 — нагнітальний  патрубок; 2 — штифт; 3 — затяжний  замок; 4 — диск-відбійник; 5 — електродвигун; 6 — пружина; 7 — наконечник; 8 —  затяжне кільце; 9, 13 — ущільнювальні  кільця; 10 — диск; 11 — кришка; 12 — робоче колесо — 14 — гайка; 15 — наконечник трубний; 16 — прокладка; 17 — накидна гайка; 18 — всмоктувальний патрубок; 19 — втулка підп'ятника ущільнення; 20 — прокладка; 21 — кільце ущільнення; 22 — гайка спеціальна; 23 — манжета.

Насос монтують на фланці електродвигуна. В місці проходження  вала в корпус насоса розміщене ущільнення. Втулка 19, манжета 23, пружина 6 обертаються  разом з валом. Пружина 6 притискає  втулку підп'ятника 19 торцем до кільця 21, яке за допомогою прокладки 20 створює торцеве ущільнення. Манжета має дві робочі сторони. Для захисту електродвигуна від вологи використовують диси-відбійник 4, також є захисний кожух.

Гомогенізатори  клапанного типу.

Технологічний процес гомогенізації  молока полягає в тому, що в результаті механічної дії відбувається подрібнення жирових кульок і інтенсивна обробка білкової фракції. В результаті гомогенізації діаметр жирових кульок зменшується від 3,5-4 мкм до 0,7-0,8 мкм.

Найбільш широке використання набули гомогенізатори клапанного типу. В промисловості використовують наступні марки гомогенізаторів: А1-ОГС для розплавленої сирної маси; К5-ОГА-1,2, А1-ОГМ, К5-ОГА, А1-ОГМ-15 для гомогенізації молока і рідких молочних продуктів; А1-ОГЯ для гомогенізації в'язких рідин — сумішей морозива, замінників незбираного молока.

Основними елементами гомогенізуючої головки є сідло та клапан, котрий за допомогою зусилля пружини  притискається до сідла. Схеми гомогенізуючих головок наведені на рис. 2.

Рис. 2. Схеми гомогенізуючих головок:

а) 1 — клапан; 2 — сідло; б) клапан, обмежений стінкою; в, г) клапан з концентричними прорізами на пласкому і конусоподібному клапанах; д) клапан двократного використання; є) клапан із спресованих окремих тіл (дроту); ж) вузол з різьбою і трикутними канальчиками.

Молоко або вершки під високим тиском до 20 МПа надходять в кільцевий зазор між клапаном і сідлом. Вихід продукту можливий тільки при підніманні

клапана, який відкриває  вузьку щілину, що вимірюється декількома десятками мікрон.

 Клапан притиснений до сідла пружиною з таким зусиллям, що може переміститися тільки при досягненні в циліндрі робочого тиску. В процесі гомогенізації клапан перебуває в зваженому стані. Молоко входить у вузьку кругову щілину між сідлом і клапаном. Швидкість його різко зростає до 100 м/с, а тиск в потоці різко падає.

Сепаратор-молокоочищувач і сепаратор-вершковідділювач.

В молочній промисловості  переважно використовують тарілкові  сепаратори. Сепаратори класифікують за виробничим призначенням: для сепарування  молока і одержання вершків до 45 % жирності; для сепарування вершків і одержання вершків жирністю до 85 %; для сепарування, нормалізації й очищення молока; для відділення мікрофлори (бактофуги); для розділення кристалізату і одержання молочного цукру; для очищення сирної сироватки від білку і жиру; для відділення білка (творогу) із коагульованого молока.

 

 

За конструктивними  особливостями сепаратори класифікують: за виконанням підводу і відводу  продукту: відкриті — з відкритою  подачею і відведенням фракцій; напівзакриті — в котрих подача молока здійснюється відкрито, а вихід продукту закритий під тиском, який створює сепаратор; закриті, в котрих подача молока і вихід продукту ізольовані від контакту з повітрям.

За способом вивантаження осаду із сепаратора є сепаратори з ручним вивантаженням при повній зупинці сепаратора, з періодичним вивантаженням важкої фракції (осаду) без зупинки сепаратора і сепаратори з неперервним вивантаженням важкої фракції.

Барабан є основною складовою частиною сепаратора (рис. 3). В барабані під дією відцентрової сили проходить розділення продукту на дві або три фракції. Незважаючи на деякі конструктивні особливості й габарити, конструкції барабану є типовими. Барабан складається з основи барабана 1, тарілкотримача 3, пакету конусних тарілок 2, розділювальної тарілки 5, кришки барабана 4, гайок і прокладок, які забезпечують з'єднання окремих частин і герметичність сепаратора.

Рис. 3. Сепаруючі пристрої сепаратора-молокоочищувача (а) і сепаратора-вершковідділювача (б):1 — основа; 2 — пакет тарілок; 3 — тарілкотримач; 4 — розділювальна тарілка; 5 — кришка.

Барабан сепаратора обертається  зі швидкістю 5000-6000 об/хв. В сепараторах, які розділяють молоко на три фракції (вершковід-ділювачах),

тарілка має отвори, які  при складанні пакету тарілок  утворюють канали для руху і розподілення молока. Розміщення отворів і каналів відповідає приблизному місцю межі між перегоном (плазмою) і вершками.

Фільтрувальні апарати

Головним елементом  фільтрувальних апаратів плоскорамного  типу є несуча опорна пластина, що виконує  роль підставки, на якій кріпиться дрібнопориста підкладка і напівпроникна мембрана. Є багато конструкцій опорних пластин, що розрізняються між собою особливостями кріплення мембран, розмірами і геометричною формою. За своєю формою фільтрувальні пластини бувають: круглі; еліпсоподібні і прямокутні. Загальною особливістю опорних пластин є наявність в них дренажу і системи вивідних каналів, розташованих у середині пластин, через які відводиться фільтрат, що пройшов крізь напівпроникну мембрану.

Фільтрувальний плоскорамний апарат являє собою набір пластин, між якими розташовані напівпроникні мембрани, закріплені за допомогою спеціальних герметизуючих прокладок. Відстань між пластинами, а отже, і мембранами залежно від конструкції знаходиться в межах 0,5 ÷ 5 мм.

ПО «Ростпродмаш», НПО «Продмаш» та Ліпецький завод гумово-пластмасових виробів випускають ультрафільтраційні установки, призначені для концентрування молока, молочної сироватки. До складу установок А1-ОУВ входять фільтрувальні модулі з вертикальним розташуванням мембран, а в установках А1-ОУС і А1-ОУП — з горизонтальним розташуванням ультрафільтраційних мембран.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Розрахунки :технологічні, конструктивні, гідравлічні,  теплові.

Пастеризатори

(3.1)Ефективність пастеризації залежить від температури нагрівання молока і тривалості витримування його за цієї температури:

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

(3.2)Для оцінювання завершеності процесу застосовують критерій Пастера:

(3.3)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; N_K — кінцева кількість бактерій у 1 мл молока.

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

 

 

 

де Q — продуктивність пастеризатора, м³/с; с_п — питома теплоємність продукту, Дж/(кг^.К); р_п — густина продукту, кг/м³; t_n — температура пастеризації продукту, °С; t_K — температура продукту після пастеризації, °С; і — питома ентальпія пари, Дж/кг; с_к — питома теплоємність конденсату, Дж/(кг^.К).

(3.5)Коефіцієнт регенерації

де t_p — 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.

(3.6)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; t_пр — температура пастеризованого молока після регенерації, °С; t₀ - температура охолодження пастеризованого молока, °С.

(3.7)Коефіцієнт теплопередачі в пластинчастих апаратах можна визначити за формулою

де a

₁ — коефіцієнт тепловіддачі від гарячої рідини до стінки, Вт/(м^2.К); а₂ - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до холоднішої рідини, Вт/(м²-К); термічний опір стінки, м^2.К/Вт.

Сепаратор

Розрахунок барабана сепаратора. В  основу технологічного розрахунку відцентрових сепараторів покладено формулу  Стокса для швидкості осадження  дисперсної фази при ламінарному  русі рідини у відцентровому полі.

(3.8)Швидкість руху часточки, м/с,

де ω — кутова швидкість барабана, рад/с; r — відстань від часточки до осі обертання, м; d — діаметр часточки, м; р₁, р₂ — густина відповідно суцільної і дисперсної фаз, кг/м³; μ — динамічна в'язкість рідини, Па^.с.

(3.9)Тривалість осадження дисперсної фази в безтарілчастому барабані центрифуги циліндричної форми, с

де R_max — максимальний радіус внутрішньої поверхні барабана, м; R₀ — радіус вільної поверхні рідини, м.

Продуктивність центрифуги, кг/год,

де Н — висота барабана, м.

(4.0)З виразу при заданій продуктивності центрифуги визначають висоту барабана, м,

Продуктивність тарілчастого сепаратора, кг/год,

де β = 0,4...0,6 — технологічний  КПД; п — частота обертання  сепаратора, хв.^-1; d = (2...3)10^-6 — граничний найменший діаметр жирової кульки, яка вилучатиметься при сепаруванні, м; z — кількість тарілок, шт.; t = 35...40 — температура сепарування молока, °С; R_max, R_min — найбільший і найменший радіуси тарілки, м (R_min = 0,015...0,030; R_max =(2,6...4,5) R_min); a = 40...60 — кут нахилу твірної тарілки, град.

При проектуванні сепаратора відкритого типу з подачею молока самопливом найменший радіус тарілки R_min визначають за даними розрахунку живильного патрубка.

(4.1) Кількість тарілок сепаратора-вершковідокремлювача при заданій продуктивності, шт.,

(4.2) Кількість тарілок сепаратора-очисника, шт.,

(4.3) Висота тарілки, м,

(4.4)Висота барабана сепаратора, м,

де δ — зазор між тарілками, мм (для сепаратора-вершковідокремлювача — 0,35...0,50, для сепаратора-очисника — 1,00...1,50); δ₁ = 0,5 — товщина тарілки, мм.

(4.5)Об'єм грязьової камери, м³,

де τ — тривалість сепарування, год (для сепаратора-вершковідокремлювача — 2,0...2,5; для очисника — 3,5...4,0).

(4.6) Потужність, яка витрачається на придання швидкості продукту і подолання гідравлічного опору при усталеному режимі роботи сепаратора, кВт,

де k = 0,7 — коефіцієнт, який ураховує відставання продукту від барабана; η_г = 0,8 — гідравлічний ККД сепаратора.

Гомогенізатор клапанного типу

(4.7) Продуктивність гомогенізатора, м³/год,

де z — кількість плунжерів; D — діаметр плунжера, м; L — хід плунжера, м; n — частота обертання колінчастого вала, хв^-1; η_об = 0,9 — об'ємний ККД.

(4.8)Навантаження на шатун Р_ш, яке діє вздовж його осі, розраховують за формулою

де Р — _Су_Ма всіх сил, які діють на плунжер, кН:

P_p — сила від тиску рідини на плунжер, кН:

D - діаметр плунжера, м; р = (5...25)10³ - тиск на плунжер, який приблизно дорівнює тиску гомогенізації, кПа; Р_т — сила тертя в манжетному ущільненні, кН:

(4.9)f = 0,7 — коефіцієнт тертя; l = (6...10)S — довжина сальника, м; β - кут повороту кривошипу колінчастого вала; Р_i — сила інерції при обернено-поступальному русі, кН:

т — маса плунжера, кг; w — прискорення плунжера, м/с².

Таблиця 1. Показники гомогенізації

Тиск гомогенізації, МПа	5	10	15	17,5	20	25
Ступінь гомогенізації	44	60	72	77	81	87

Плунжер випускають двох типорозмірів і діаметрів — 28 мм і 45 мм.

Конструкцію вузлів ущільнення плунжерного блока виконано так, що дає можливість використовувати набивні ущільнення. їх радіальна товщина для діаметра 28 мм має становити 1,5...4,0 мм.

(5.0)У загальному вигляді її визначають за формулою

де b — мінімальна радіальна товщина ущільнення, мм; К = 1,5...2,5 — коефіцієнт ущільнення.

Хід плунжера для промислових гомогенізаторів  становить 40 мм.

(5.1)Частота обертання гомогенізатора, хв.^-1,