Пластинчатая пастеризационно-охладительная установка для молока производительностью 10000 лч

Курсовой проект

Пластинчатая пастеризационно-охлаждительная установка для молока производительностью 10000 л/ч

Введение

В целях значительного увеличения производства продуктов питания намечены меры по увеличению объемов переработки молока, улучшению ассортимента и повышению качества молочных продуктов. Осуществление этих мер связано с реализацией задач агропромышленного комплекса и техническим перевооружением отраслей пищевой промышленности, в том числе молочной.

При техническом перевооружении молочной промышленности предусматривается использование высокопроизводительного технологического оборудования, изготовление комплектов машин, аппаратов и поточных технологических линий, обеспечивающих повышение производительности труда, освоение нового технологического оборудования и автоматизированных линий для розлива молока и оборудования для упаковки молочных продуктов.

Одной из основных задач, поставленных Продовольственной программой, является завершение в период до 1990 года перевооружения молочной промышленности на новой технической основе, обеспечивающей повышение технического уровня, качество и надежность используемых машин и аппаратов.

В настоящее время машины и аппараты периодического действия все больше вытесняются оборудованием непрерывного действия, что позволяет увеличить объем производства и значительно повысить эффективность использования техники.

Научно-технический прогресс в молочной промышленности способствует внедрению новых способов обработки и переработки молока на основе применения прогрессивного, наиболее высокопроизводительного оборудования. При использовании такого оборудования очень важно максимально сохранить первоначальные свойства молока и его составных частей. Поэтому обязательным условием рационального технического оснащения предприятия является соблюдение технологических требований к вырабатываемому продукту.

Современная технология базируется на большом опыте развития техники переработки молока. Возрастают роль и значение мировой науки, в которую советские ученые внесли существенный вклад.

Машины и аппараты для выработки молочных продуктов, а также для проведения операций, предшествующих обработке или переработке и подготовке продуктов к реализации, должны отвечать следующим условиям:

· высокая производительность и технологически оптимальное воздействие на обрабатываемый продукт;

· минимальные затраты на единицу продукта, вырабатываемого на технологических линиях с включением соответствующих машин и аппаратов;

· герметизация процесса;

· автоматизированный контроль и регулирование рабочих процессов;

· безразборная мойка и использование стандартных моющих средств.

Технологическое оборудование разнообразно. В основу его классификации можно положить различные признаки: структуру рабочего цикла, степень механизации и автоматизации, принцип сочетания элементов машины в производственном потоке, функциональный признак.

Функциональный признак положен в основу классификации технологического оборудования в программе курса «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» и структуры настоящего учебника. Оборудование подразделяют на оборудование хранения и транспортировки, для механической и тепловой обработки молока, выработки молочных продуктов, подготовки продуктов к реализации и общезаводского назначения.

Оборудование хранения и транспортировки включает транспортные цистерны и емкости хранения молока, емкости технологического и межоперационного назначения и трубопроводы, насосы и пневматические транспортные системы. Как правило, в этом оборудовании не должно происходить каких-либо изменений в структуре продукта. Исключение составляют лишь емкости технологического назначения, в которых такие изменения задаются.

К оборудованию для механической, тепловой обработки молока относят фильтры, фильтр-прессы и мембранные фильтрационные аппараты, гомогенизаторы и гомогенизаторы-пластификаторы, сепараторы и центрифуги, а также установки для термовакуумной обработки, нагреватели и охладители. В этом оборудовании достигается определенный технологический эффект. Однако составные части остаются неизменными, т. е. при концентрации отдельных составных частей после смешивания можно получить первоначальный продукт.

К оборудованию для выработки молочных продуктов относят пастеризационные и стерилизационно-охладительные установки, фризеры и морозильные аппараты, маслоизготовители и систему машин для изготовления сыра, для сгущения и сушки молочных продуктов; к оборудованию для подготовки продуктов к реализации — машины для фасовки и упаковки молочных продуктов, оборудование для подготовки тары к наполнению (бутылкомоечные машины и др.), приборы для учета количества и оценки качества продуктов в технологических линиях.

1.
Описание технологического процесса

или

Приёмка молока и другого сырья осуществляется по массе и качеству, установленному лабораторией предприятия. Качество молока оценивается в соответствии с ГОСТ 52054 на молоко коровье-сырье.

Сразу же после приёмки молоко подогревают до температуры (35 40)С и очищают на центробежных молокоочистителях или другом оборудовании без подогрева. Для очистки сырого молока рекомендуется также использовать бактериофугу со специально встроенным герметичным сепаратором для удаления бактерий из молока. После этого молоко напрявляют на переработку или охлаждают до температуры С и хранят в резервуарах промежуточного хранения. Хранение молока, охлажденного до температуры 4 С, до переработки не должно превышать 12 ч, охлажденного до температуры 6 С – 6 ч.

Нормализация молочного сырья осуществляется с целью стандартизации состава готового продукта по массовой доле жира и/или сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО). Нормализация молока по массовой доле жира может осуществляться двумя способами : периодический способ и непрерывный способ.

После нормализации молоко подогревают до температуры (40 5) С и очищают на сеператорах-молокоочистителях. Подогрев идёт в секции рекуперации пластинчатого пастеризатора. Затем молоко вновь подогревается до температуры (60 65) С и подается на гомогенизатор, где и гомогенизируется при давлении (10 15) Мпа. Гомогенизации рекомендуется подвергать, в том числе маложирные и классические виды молока для улучшения вкуса.

После гомогенизации молоко поступает на пастеризацию в пластинчатую установку и пастеризуется при температуре (76 С с выдержкой 20 сек. При производстве топленого молака пастеризация проводится при температурах (9599) С. Затем проводится топление молока.

После пастеризации или топления молоко охлаждают до температуры С. Охлаждение идёт на пластично пастеризационно-охлаждительной установке. После этого молоко направляют в резервуар для промежуточного хранения или непосредственнона розлив. Допускается хранить пастеризованное охлажденное молоко до розлива в течение не более 6 ч. И при этой температуре молоко может храниться от 36 ч до 10 суток.

2.
Описание работы установки

Вмолочной промышленности для пастеризации и стерилизации молока и молочных продуктов применяют пастеризационные и стерилизационные установки, а также стерилизаторы.

Пастеризационные установки бывают пластинчатого и трубчатого типов. Пастеризационные установки пластинчатого типа, или пастеризационно-охладительные, предназначены для пастеризации и охлаждения в потоке питьевого молока, молока при выработке кисломолочных продуктов, сливок и смеси мороженого, пастеризационные установки трубчатого типа - для пастеризации в потоке молока и сливок.

Пастеризационно-охладительные установки для питьевого молока различают по производительности. Выпускают пастеризационно-охладительные установки производительностью 3000, 5000, 10000, 15 000 и 25 000 л/ч.

Пастеризационно-охладительные установки производительностью 3000 и 5000 л/ч имеют ряд узлов и деталей одинаковой конструкции. В этих аппаратах размещение секций по отношению к главной стойке одностороннее. В первом аппарате использованы теплопередающие пластины ленточно-поточные П-2, а во втором – сетчато-поточные АГ-2. В пастеризационно-охладительных установках производительностью 10 000, 15 000 и 25 000 л/ч применены пластинчатые аппараты с двусторонним расположением секций по отношению к главной стойке. В первых двух аппаратах использованы ленточно-поточные пластины П-2, в третьем – сетчато-поточные ПР - 0,5М.

Наиболее распространенной является пастеризационно-охладительная установка производительностью 10 000 л/ч.

Из молокохранильного отделения молоко подается в уравнительный бак 1
, который имеет поплавковый регулятор уровня 2.
При работе установки постоянный уровень в уравнительном баке поддерживается регулятором, что способствует стабильной работе центробежного насоса и предотвращает перелив молока из бака. Далее молоко центробежным насосом 3
нагнетается в первую секцию рекуперации I
пластинчатого аппарата 5.
Между центробежным насосом и пластинчатым аппаратом установлен ротаметрический регулятор 4,
который обеспечивает постоянство производительности установки. В первой секции рекуперации молоко нагревается до температуры (40 – 45)°С и поступает в сепаратор-молокоочиститель 6,
где происходит его очистка. Установка может иметь один сепаратор-молокоочиститель с центробежной выгрузкой осадка или два сепаратора-молокоочистителя без центробежной выгрузки, работающих поочередно. После очистки молоко, нагреваясь до температуры (65 – 70)°С во второй секции рекуперации II
, по внутреннему каналу переходит в секцию пастеризации III
, где нагревается до температуры пастеризации (76 – 80)°С. После секции пастеризации молоко выдерживается в выдерживателе 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 15.
Он регулирует направление потока пастеризованного охлажденного молока к фасовочным автоматам или в уравнительный бак для повгорной пастеризации при нарушении режима пастеризации.

Горячая вода для нагревания молока подается в секцию пастеризации насосом 16.
Из этой секции охлажденная вода, после того как она отдаст тепло молоку, возвращается в бачок-аккумулятор 17.
Вода нагревается до температуры (78 – 82)°С паром в пароконтактном нагревателе 21.

В пароконтактный нагреватель подается пар регулирующими клапанами подачи 18
и 19.

На выходе пастеризованного молока из секции пастеризации установлен датчик температуры 8,
который связан с автоматической системой регулирования температуры пастеризации посредством клапана 19
и возврата молока на повторную пастеризацию посредством клапана 15.
Датчик температуры 12
предназначен для контроля температуры охлажденного пастеризованного молока.

Установка снабжена показывающими манометрами для контроля давления молока после сепаратора-молокоочистителя 9,
для контроля давления холодной воды 10,
для контроля давления рассола 13,
для контроля давления греющего пара 20, 22
и 23.

3.
Расчёт

Исходные данные для расчета

:

Производительность……………………………G
1
= 2,77кг/с (10000 кг/ч)

Начальная температура молока………………………………...t
1
= 4 °С

Температура пастеризации………………….…………………..t
3
= 75 °С

Конечная температура молока…………………………….……..t
6
.= 4° С

Коэффициент рекуперации тепла………………………………..ɛ = 0,76

Начальная температура горячей воды………………….……..t
’
г
= 79 °С

Кратность горячей воды……………………………………..…..n
г
= 4

Начальная температура холодной воды……………….………..t
’
в
= 8 °С

Кратность холодной воды…………………………………….....n
в
= 3

Начальная температура ледяной воды…………………………..t
’л
= +1 °С

Кратность ледяной воды………………………………………...n
л
= 4

Температура молока после секции водяного охлаждения……..t
5
= 10°С

Общее допустимое гидравлическое сопротивление……….. Δ
P
= 500 кПа (5 кгс/см2
)

Средняя удельная теплоемкость молока………………….c
M
= 3880 Дж /(кг.°С)

Плотность молока…………………………………………..ρ
M
.
= 1033 кг/м3

Удельная теплоемкость холодной и горячей воды……… с
в
= с
г
= с
л
= 4186 Дж/(кг.°С)

Аппарат намечено изготовлять на базе пластин типа П-2 с горизонтальными гофрами ленточно-поточного вида

Основные данные пластины:

рабочая поверхность F
1
= 0,21 м2

рабочая ширина b
= 0,315 м

приведенная высота Ln
= 0,800 м

площадь поперечного сечения одного канала f
1
= 0,00075 м2

эквивалентный диаметр потока d϶
=
0,006 м

толщина пластины δ
= 0,00125 м

коэффициент теплопроводности материала пластины λCT
= 16 Вт/(м.°С)

Для пластины данного типа действительны уравнения теплоотдачи и потерь энергии:

Nu= 0,1 Rе0,7
Рг0,43
(Рг / Ргст
)0,25

и

Еu= 760 Rе-0,25
; ξ= 11,2 Re-0,25

Решение

1. Определение начальных и конечных температур, вычисление температурных напоров и параметров S:

а. Секция рекуперации тепла :

Температура сырого молока в конце секции рекуперации тепла (при входе в секцию пастеризации) :

t
2
=
t
1
+ (t
3
-
t
1
) ɛ = 4 + ( 75 – 4 ) 0,76 = 57,96°С ≈ 58°С

Температура пастеризованного молока после секции рекуперации (при входе в секцию охлаждения водой) :

t
4
=
t
1
+ (t
3
–
t
2
) = 4 + ( 75 – 58 ) = 21°С

Средний температурный напор в секции рекуперации при характерной для нее постоянной разности температур :

= t
3
–
t
2
= 75 – 58 = 17°С

Тогда симплекс :

Sрек
= °С

б. Секция пастеризации :

Температура горячей воды при выходе из секции пастеризации молока из условий баланса тепла :

t
’’
г
= t
’
г
– (t
3
–
t
2
) = 79 – ( 75 – 58 ) = 75,06°С

Средний температурный напор при :

Δ
t
б
= t
’’
г
–
t
2
= 75,06 – 58 = 17,06°С

Δ
t
м
= t
’
г
–
t
3
= 79 – 75 = 4°С

определим по формуле :

Тогда:

Sn
=

в. Секция охлажденияводой :

Температура холодной воды, выходящей из водяной секции:

t
’’
в
= t
’
в
+ (t
4
–
t
5
) = 8 + ( 21 – 10 ) = 11,4°С

Средний температурный напор при:

Δ
t
б
= t
4
–
t
’’
в
= 21 – 11,4 = 9,6°С

Δ
t
м
= t
5
–
t
’
в
= 10 – 8 = 2°С

найдем из уравнения:

Тогда симплекс :

Sn
=

г. Секция охлаждения ледяной водой:

Температура ледяной воды на выходе из аппарата:

t
’’
л
= t
’
л
+ (t
5
–
t
6
) = 1 + ( 10 – 4 ) = 2,4°С

Средний температурный напор для секции охлаждения ледяной водой при:

Δ
t
б
= t
5
–
t
’’