Проект технологической линии производства творога традиционным методом

Содержание Введение

1. Описание технологических процессов, осуществляемых в оборудовании проектируемой линии

2. Подбор технологического оборудования в линии

3. Описание устройства и принципа действия аналогов

4. Основные расчеты

5. Описание конструкции и принципа действия разработанной установки

6. Правила эксплуатации проектируемого технологического оборудования Заключение Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Молоко и молочные продукты относятся к незаменимым продуктам питания, используемым человеком во все периоды его жизни. Особенно важное значение молоко и молочные продукты имеют в питании детей, больных и пожилых людей, беременных и кормящих женщин. Молоко и молочные продукты являются основными продуктами диетического и лечебного питания, так как содержат необходимые организму человека пищевые вещества в легкодоступной для усвоения форме.

В настоящее время проблема эффективного использования белковых веществ молока является наиболее важной. Это обусловлено повсеместным дефицитом полноценных пищевых белков. Для построения белков в организме человека необходимо 20 различных аминокислот, которые должны присутствовать в определённом соотношении.

Отличительной особенностью молочных белков является то, что при их расщеплении образуются пептиды и другие компоненты, которые всасываются непосредственно в кровь. Усвояемость молочных белков человеческим организмом практически полная. Растительные белки таким свойством не обладают. По аминокислотному составу белки молока равноценны белкам мяса, но в отличие от них не содержат пуриновых оснований, избыток которых вредно влияет на обмен веществ в организме. Поэтому потреблять молочные продукты можно в неограниченном количестве.

Значительная часть современных людей работает с большими умственными и нервными, но минимальными физическими нагрузками. Поэтому целесообразно увеличить потребление полноценных белковых продуктов, содержащих в оптимальных количествах витамины, макро — и микроэлементы и незначительное количество жира. Наиболее полно этому требованию соответствуют молочные продукты, полученные из обезжиренного молока.

Творог — это белковый кисломолочный продукт, изготовляемый сквашиванием пастеризованного нормализованного молока. Значительное содержание в твороге жира и особенно полноценных белков обуславливает его высокую пищевую и биологическую ценность. Наличие содержащихся аминокислот — метионина и лизина, холина позволяет использовать творог для профилактики и лечения некоторых заболеваний печений, почек, атеросклероза. В твороге содержится значительное количество минеральных веществ (кальция, фосфора, железа, магния и др.), необходимых для нормальной жизнедеятельности сердца, центральной нервной системы, мозга. Особенно важное значение имеют соли кальция и фосфора, которые в твороге находятся в состоянии, наиболее удобном для усвоения. К творожным изделиям относятся различные творожные массы и сырки, кремы и т. п. При этом к творогу добавляются вкусовые и ароматические вещества (сахар, изюм, цукаты, ванилин и другие).

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫХ В ОБОРУДОВАНИИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ЛИНИИ Устройство и принцип действия линии. Молоко из емкости подается сначала в балансировочный бачок 2, а затем насосом 3 в секцию рекуперации пастеризационно-охладительной установки 5, где оно подогревается до температуры 35…40 °С и направляется на сепаратор-очиститель 4.

Нормализованное и очищенное молоко направляют на пастеризацию при 78… 80 °C с выдержкой 20…30 с. Температура пастеризации влияет на физико-химические свойства сгустка, что, в свою очередь, отражается на качестве и выходе готового продукта. Так, при низких температурах пастеризации сгусток получается недостаточно плотным, та" как сывороточные белки практически полностью отходят в сыворотку, и выход творога снижается. С повышением температуры пастеризации увеличивается денатурация сывороточных белков, которые участвуют в образовании сгустка, повышая его прочность и усиливая влагоудерживающую способность. Это снижает интенсивность отделения сыворотки и увеличивает выход продукта. Путем регулирования режимов пастеризации и обработки сгустка, подбором штаммов заквасок можно получать сгустки с нужными реологическими и влагоудерживающими свойствами. Пастеризованное молоко охлаждают в секции рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 5 до температуры сквашивания (в теплое время года до 28…30 °С, в холодное — до 30…32 °С) и направляют в специальные ванны 6 на заквашивание. Закваску для производства творога изготовляют на чистых культурах мезофильных молочнокислых стрептококков и вносят в молоко в количестве от 1 до 5%.

При ускоренном способе сквашивания в молоко вносят 2,5% закваски, приготовленной в заквасочнике 10 на культурах мезофильного стрептококка и на 2,5% термофильного молочнокислого стрептококка. Температура сквашивания при ускоренном способе повышается в теплое время года до 35 °C, в холодное — до 38 °C. Продолжительность сквашивания молока при ускоренном способе 4,0…4,5 ч, т. е. сокращается на 2,0…3,5 ч, при этом выделение сыворотки из сгустка происходит более интенсивно. [1]

Для улучшения качества творога желательно применять беспересадочный способ приготовления закваски на стерилизованном молоке, что позволяет снизить дозу внесения закваски до 0,8… 1,0% при гарантированной ее чистоте.

При сычужно-кислотном способе производства творога после внесения закваски добавляют 40%-ный раствор хлорида кальция (из расчета 400 г безводной соли на 1 т молока), приготовленного на кипяченой и охлажденной до 40…45°С воде. Хлорид кальция восстанавливает способность пастеризованного молока образовывать под действием сычужного фермента плотный, хорошо отделяющий сыворотку сгусток. Немедленно после этого в молоко в виде 1%-ого раствора вносят сычужный фермент или пепсин из расчета 1 г на 1 т молока. Сычужный фермент растворяют в кипяченой и охлажденной до 35 °C воде. Раствор пепсина с целью повышения его активности готовят на кислой осветленной сыворотке за 5… 8 ч до использования. Для ускорения оборачиваемости творожных ванн 6 молоко сквашивают до кислотности 32…35 °Т в резервуарах, а затем перекачивают в творожные ванны и вносят хлорид кальция и фермент.

Окончание сквашивания и готовность сгустка определяют по его кислотности (для жирного и полужирного творога должна быть 58…60 °Т, для нежирного −66…−70 °Т) и визуально — сгусток должен быть плотным, давать ровные гладкие края на изломе с выделением прозрачной зеленоватой сыворотки. Сквашивание при кислотном методе продолжается 6…8 ч, сычужно-кислотном — 4…6 ч, с использованием активной кислотообразующей закваски — 3…4 ч.

Чтобы ускорить выделение сыворотки, готовый сгусток разрезают специальными проволочными ножами на кубики с размером граней 2 см. При кислотном методе разрезанный сгусток подогревают до 36…38 °С для интенсификации выделения сыворотки и выдерживают 15…20 мин, после чего ее удаляют. При сычужно-кислотном — разрезанный сгусток без подогрева оставляют в покое на 40…60 мин для интенсивного выделения сыворотки. 1]

Для дальнейшего отделения сыворотки сгусток подвергают самопрессованию и прессованию. Для этого его разливают в бязевые или лавсановые мешки по 7…9 кг (на 70% вместимости мешка), их завязывают и помещают несколькими рядами в пресс-тележку 7. Под воздействием собственной массы из сгустка выделяется сыворотка. Самопрессование происходит в цехе при температуре не выше 16 °C и продолжается не менее 1 ч. Окончание самопрессования определяется визуально по поверхности сгустка, которая теряет блеск и становится матовой. Затем творог под давлением прессуют до готовности. В процессе прессования мешочки с творогом несколько раз встряхивают и перекладывают. Во избежание повышения кислотности прессование необходимо проводить в помещениях с температурой воздуха 3…6 °С, а по его окончании немедленно направлять творог на охлаждение до температуры не выше 8 °C с использованием охладителей различных конструкций; наиболее совершенным из них является двухцилиндровый охладитель 8.

2. ПОДБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЛИНИИ На производство творога направляется 55 т принятого молока. Количество сливок (К_сл, т) жирностью 35%, полученных при сепарировании молока, определяем по формуле [7]:

К_сл=, т, (2.1)

где К_м=55- количество цельного молока, перерабатываемого в смену (по заданию); Ж_м = 3,4% - жирность цельного молока;

Ж₀ = 0,05% - жирность обезжиренного молока;

П = 0,23 — нормативные потери при сепарировании

К_сл==5,26 т.

Тогда количество молока обезжиренного, полученного при сепарировании [7]:

К_о=К_м-К_сл, т, (2.2)

Ко =55−5,26 = 49,74 т.

Согласно нормам расхода для выработки 1 т обезжиренного творога требуется 7,603 т молока обезжиренного, тогда количество полученного творога равно [7]:

х==6,54 т.

Количество принятого, переработанного и накапливаемого молока рассчитывается по формулам [7]:

М_п=G_пп, т, (2.3)

М_пер=G_пер(_п-0,5), т, (2.4)

М=М_п-М_пер, т, (2.5)

где _п — время приемки, час (_п=3ч);

G_п — производительность оборудования на участке приемки, т/ч;

G_пер — производительность оборудования в аппаратном цехе, т/ч;

М_п — количество принятого молока за время приемки, т;

М_пер — количество переработанного молока за время приемки, т.

М — максимальное количество молока, накапливаемого в резервуарах, т.

М_пер=7(3−0,5)=17,5 т.

Количество молока, накапливаемого в резервуарах:

М=55−17,5=37,5 т.

Таблица 2.1 — Оптимальный вариант подбора технологического оборудования в линию

3. ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ АНАЛОГОВ Технологическое назначение сепаратора и его место в технологической схеме Сепаратор-осветлитель, предназначенный для очистки молока после удаления грубых частиц.

Схема классификации современных сепараторов приведена на рисунке 3.1. Принципы классификации следующие: — по общему технологическому назначению; - по способу выгрузки осадка; - по типу центробежной выгрузки осадка; - по конкретному технологическому назначению. По конструкции приемно-отводящего устройства различают сепараторы открытого, полузакрытого и герметичного типа. [2]

Современные способы очистки молока Методы очистки молока Способы очистки соков Различают следующие виды очистки соков [1,2]:

а) грубое фильтрование, осуществляемое в различных фильтрах;

б) электросепарирование путем пропускания через сок постоянного электрического тока. Ток, проходя через сок, вызывает электролиз небольшой части воды, содержащейся в нем. В результате электрохимических реакций на положительном электроде выделяется кислород, на отрицательном водород. Газовые пузырьки, образующиеся на поверхности электродов, поднимаются вверх и, встречая на своем пути взвешенные частицы, адсорбируются на них и поднимают их на поверхность;

в) центрифугирование (сепарирование) применяется для удаления из соков различных взвешенных частиц. Соки с мякотью центрифугируют для удаления наиболее крупных частиц мякоти с целью придания продукту наиболее однородной консистенции;

г) фильтрование применяют для получения кристально прозрачных соков, не дающих осадка при хранении. В соковой промышленности применяют фильтрование с кизельгуром или через фильтрокартон. Первое называют предварительной фильтрацией и почти всегда проводят перед фильтрованием через фильтрокартон.

д) ультрафильтрация применяется при производстве осветленных концентрированных соков. При этом она заменяет не только сепарирование, кизелыуровый и пластинчатый фильтр-пресс, но и обработку осветляющими веществами.

Рисунок 3.1 — Схема классификации современных молочных сепараторов Современное оборудование для очистки и осветления соков Грубую очистку сока от взвесей осуществляют сразу после отжима сока, так как длительное нахождение частиц мякоти в соке способствует его окислению и ухудшению вкуса и цвета. Для грубого фильтрования используют разные ситовые устройства, различающиеся по конструкции и форме, и гидроциклоны. В Болгарии и других странах для этой цели применяют щеточные ситовые фильтры непрерывного действия, которые встраиваются в сокопровод.

Фильтры. Ситовый щеточный фильтр фирмы «Бухер» (Швейцария) представляет собой цилиндрическое сито, заключенное в кожух, внутри которого расположен ротор со щетками (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 — Ситовый щеточный фильтр фирмы «Бухер»:

1 — привод, 2 — сальник, 3 — винт деаэратора, 4 — цилиндрическое сито, 5 — конусообразный бункер для осадка, 6 — щетки, 7 — вал Сок поступает через входной штуцер, расположенный на крышке, и попадает внутрь цилиндрического сита. Здесь под действием центробежной силы, создаваемой ротором, сок отбрасывается на стенки цилиндра и проходит через отверстия сита в наружную камеру, откуда затем выводится из аппарата. Взвеси оседают на стенках сита и сбрасываются щетками ротора в нижний конусообразный бункер, откуда выводятся из аппарата. Сито дополнительно промывается ополаскивающим устройством. Аппарат выпускается двух типов производительностью по воде 300 и 100 м /ч, имеет сменные сита с перфорацией (в мм): 0,9; 1,1; 1,6; 2,0. Максимальное давление сока на входе 0,23 и 0,5 МПа, на выходе 0,15 МПа. Части, соприкасающиеся с соком, изготовлены из нержавеющей стали, скребки — из резины или тефлона, щетки — из синтетических материалов. 1]

В линию часто устанавливают последовательно два фильтра с перфорацией сит 1,6 и 0,9 мм.

Для очистки виноградного сусла от взвесей ВНИИВиПП «Магарач» и СКТБ «Дезинтегратор» предложен метод механоимпульсной обработки. Метод основан на том, что в результате такой обработки сока происходит разрыв гидрофильных связей между жидкой фазой сусла и ее коллоидными частицами и появляется четкая граница раздела фаз.

Для механоимпульсной обработки сусла разработчиками совместно с Таллиннским СКТБ изготовлен механоимпульсный реактор производительностью 5500 л/ч.

Неосветленное сусло поступает в центр рабочей камеры реактора, где взвеси, ударяясь о пальцы особой конструкции, подвергаются механоимпульсному диспергированию Одновременно в жидкости, интенсивно перемешиваемой ротором, образуются круговые потоки, которые способствуют засасыванию атмосферного воздуха через специальный ввод и образованию пузырьков газа. Взвеси сорбируются на пузырьках газа и легко, и быстро флотируются из дезинтегратора в виде мелкодисперсной пены. Наиболее эффективно механоимпульсный реактор работает в течение первого часа после запуска.

Объем осадков снижается на 17−20%, а их влажностьна 1,6−2,2% Хорошие результаты получены при сочетании способа механоимпульсной обработки с осветлением ферментами.

Гидроциклоны. По устройству гидроциклон несложен. Он состоит из цилиндрического корпуса диаметром от 20 до 150 мм с коническим днищем, выполненным под углом 15−20° к вертикали Сок подводится к цилиндрической части корпуса тангенциально через патрубок под углом около 4° к горизонтали При вращении сока под действием центробежной силы более крупные частицы отбрасываются к стенкам устройства и, двигаясь по спирали, отводятся через патрубок в нижней части циклона в виде сконцентрированной массы взвесей. Осветленный сок с уменьшенным содержанием взвешенных частиц выводится через патрубок в верхней части устройства. [2]

В Венгрии гидроциклоны устанавливают в линии производства соков с мякотью для удаления более крупных взвесей и попавших в сок частиц песка.

Фирма «Нивоба» (Нидерланды) выпускает разные модели гидроциклонов, которые используются в пищевой и фармацевтической промышленности Они пригодны для отделения взвешенных частиц размером от 5 до 1000 мкм.

В производстве соков с мякотью применение гидроциклона обеспечивает наличие частиц одного размера в готовом продукте, поскольку более крупные частицы удаляются. Для повышения эффективности очистки целесообразно устанавливать последовательно несколько гидроциклонов.

В группе гидроциклонов «Нивоба» имеются микро-гидроциклоны, объединенные в многоступенчатую систему, которые обеспечивают удаление мелких взвесей.

Для ускорения очистки соков применяют центрифугирование.

Фильтрующая центрифуга ФВИл-701к-04. Предназначена для извлечения сока в линии комплексной переработки яблок. Индекс марки центрифуги означает: Ф-фильтрующая, В — вертикальная, И — с инерционной выгрузкой осадка, л — лопастная.

Техническая характеристика центрифуги ФВИл-701к-04 Производительность по исходному продукту, т/ч до 10

Фактор разделения 1250−1550

Внутренний диаметр корпуса ротора, мм 700

Частота вращения ротора, мин" ¹ 1800−2000

Число лопастей 24

Ширина щели сит, мм 0,15; 0,25, 0,4, 1,1,5, 2,6

Площадь фильтрующей поверхности, м2 1

Масса, кг 1820

Центрифуга ФВИл-701к-04 состоит из ротора 6, корпуса 2, привода 5, клиноременной передачи 4 и электродвигателя 3. Ротор представляет собой корпус с установленными на нем фильтрующими лопастями и стаканом. На стакане крепится терочный диск Трубки отвода сока выведены через дно ротора Фильтрующий ротор закрыт крышкой.

Яблоки, загружаемые в центрифугу через бункер 7, попадают на терку Через кольцевые зазоры между теркой и диском измельченная масса поступает на сетки фильтрующих лопастей Профиль лопасти обеспечивает непрерывное перемещение продукта с момента поступления его до схода под действием сил, возникающих при вращении ротора Непрерывное разделение сока и твердой фракции достигается за счет того, что на лопасти происходят одновременно и непрерывно два процессаосновной: разделение плодоовощной мезги на твердую и жидкую фракции, вспомогательный: перемещение мезги по фильтрующей перегородке.

Сок, проходя через отверстие сетки, поступает в корпус лопасти, а затем по трубкам отвода сока попадает в сокосборник, а из него в циклон 7. Последний служит для выделения воздуха из сока.

Мезга, отделенная от сока, выгружается под действием центробежной силы через окна в корпусе ротора, попадает через кольцевое пространство между стенкой корпуса центрифуги и сокосборником в бункер или на транспортер.

Новым типом центрифуг являются декантеры (рисунок 1.4). Они представляют собой горизонтально расположенные шнековые центрифуги с конусным барабаном, предназначенные для непрерывного осветления жидкостей с высоким содержанием взвесей.

Декантеры выпускают фирмы «Альфа-Лаваль» (Швеция), «Вестфалия» (ФРГ) и др. Производительность декантеров NX фирмы «Альфа-Лаваль» 18 ООО л/ч, фирмы «Вестфалия» — от 8000 до 20 000 л/ч при частоте вращения барабана 5500−4000 мин^-1, ротора 3000 мин^-1. Производительность декантеров зависит от вязкости жидкой фазы, характера разделяемых компонентов, желаемой степени осветления и влажности удаляемой твердой фазы (выжимок).

Сепараторы.

В значительной степени сок осветляется на сепараторах, (рисунок 3.3). Поскольку величина частиц взвесей мала и их плотность незначительно отличается от плотности сока, при конструировании сепараторов для соковой промышленности основное внимание обращают на повышение частоты вращения ротора. В современных сепараторах барабан вращается с частотой 6500 — 7000 мин^-1.

В зависимости от конструкции сепаратора его можно применять как для выделения твердых взвешенных частиц из сока, так и для разделения смеси жидкостей на два компонента.

Для очистки осветленных и неосветленных соков с содержанием взвесей до 10% применяют осветляющие сепараторы тарельчатого типа саморазгружающиеся. Наибольшее распространение в соковой промышленности получили сепараторы фирм «Альфа-Лаваль» (Швеция), «Вестфалия» (ФРГ), производства государственного предприятия Германии и др. В России выпускают аналогичные сепараторы марок Г9-КОВ, А1-ВСЗ производительностью 10 т/ч и др.

Рисунок 3.3 — Сепаратор для молока

1-станина, 2 — электродвигатель, 3 - корпус, 4 — питательно-разгрузочная камера; 5 — крышка, 6 — второй диск, 7 — неподвижная крыльчатка; 5 — цилиндры, 9 — барабан, 10 — первый диск

Сепаратор Г9-КОВ (рисунок 3.4) полузакрытого типа с пульсирующим центробежным выходом осадка. В барабане сепаратора расположен тарелкодержатель с пакетом тарелок, в средней части основания имеется 12 диаметрально расположенных разгрузочных щелей, перекрываемых верхней кромкой поршня перед подачей продукта в барабан. Производительность сепаратора до 10 м³/ч, диаметр барабана 0,6 м, зазор между тарелками 0,5 мм, частота вращения ротора 5000 мин^-1, мощность электродвигателя 13 кВт.

В саморазгружающихся тарельчатых сепараторах молоко входит в сепаратор через отверстие вблизи нижнего конца диска и под действием перепада давлений течет в каналы, образованные между тарелками, наклонно снизу вверх к внутреннему краю тарелки. Тарелки (40−150 шт.) с тонкими стенками (0,35−0,75 мм) выполнены в виде боковой поверхности конуса (угол наклона 35−45°) и отделены одна от другой ребрами высотой 0,4−2 мм. Под действием центробежной силы взвешенные частицы, имеющие большую плотность, чем сок, прижимаются к коническим тарелкам и непрерывно соскальзывают с нижней части тарелок в сборник осадка, а очищенный сок выходит из верхней части канала между тарелками. В саморазгружающихся тарельчатых сепараторах, работающих периодически, взвешенные частицы собираются в камеру для осадка с двойным конусом и через определенные промежутки времени без остановки сепаратора автоматически выбрасываются.

Рисунок 3.4 — Сепаратор Г9-КОВ:

1-станина; 2-горизонтальный вал; 3-плавающая опора; 4-гидроузел; 5-приемник шлама; 6-барабан; 7-приемно-выводное устройство; 8-крышка; 9-ванна; 10-вертикальный вал Фильтры. Основным рабочим органом любого фильтра является фильтрующая перегородка. Она может быть одинарной из различных тканей (бельтинг, лавсан и др.), керамические и металлические материалы — или состоять из двух слоев — один слой ткани и другой слой осадка из уплотненных взвешенных частиц. Уплотненный слой, или осадок, образующийся в большинстве случаев при фильтровании полидисперсных суспензий, частицы взвесей которых тиксотропны, является основным рабочим органом фильтра.

Существуют различные конструкции фильтров, работающих периодически и непрерывно. В пищевой промышленности используются в основном фильтры периодического действия. Наиболее распространен в пищевой промышленности фильтр-пресс, который используется для окончательной очистки при производстве осветленных соков.

Фильтр-пресс (рисунок 3.5) смонтирован на передвижной станине 1, на которой расположены задняя упорная плита 5, передняя нажимная плита 9 и 95 плит 6, 8, своими приливами установленные на два горизонтальных стальных стержня 7. Для облегчения конструкции плиты изготовляют из алюминия.

Рисунок 3.5 — Фильтр-пресс:

Насос 2, нагнетающий суспензию в канал 4, приводится в движение электродвигателем 3. Нажимная плита 9 перемещается винтом 10 при помощи штурвала 11. Уплотнение плит 8 производится винтом 10 с помощью рычага 12 или механическим приводом. Собранные в пакет плиты с размещенными между ними фильтрующими пластинами (асбестовыми или асбестоцеллюлозно-диатомитовыми) плотно сжимаются. При этом фильтрующие пластины делят зазор между двумя плитами на две части, что достигается благодаря ребристой поверхности плит. Поэтому различают четные и нечетные отсеки. Если исходная суспензия поступает в четный отсек, осветленный сок будет выходить из нечетного отсека.

При работе фильтра фильтруемая суспензия нагнетается в каналы четных плит, затем через отверстия в них поступает в отсеки для исходной суспензии и под давлением проходит через фильтрующие пластины, при этом частицы взвесей задерживаются, а осветленный сок попадает в отсеки для конечного осветленного сока, затем по двум каналам нечетных пластин выходит из фильтра в сборник для осветленного молока.

4. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ творог сепаратор очистка молоко

1 Технологический расчет

Расчет размеров пакета тарелок Принимаем для проектируемого сепаратора следующие параметры [1]:

R_б=0,22 м — максимальный радиус по образующей тарелки, м;

R_м=0,12 м — - минимальный радиус по образующей тарелки, м;

n=109,1 — частота вращения барабана, об/с;

б=50°- угол наклона образующей тарелки.

Производительность сепаратора-молокоочистителя определяется по формуле [1]:

М=12· 10¹⁰·n²·z·tgб·(R^з_б-R^з_м)·d²_ч·t, л/ч, (4.1)

где n — число оборотов барабана сепаратора, об/с.;

z — количество тарелок, шт.;

R_M и R₆ — минимальный и максимальный радиусы образующей тарелки, м;

б — угол наклона образующей тарелки, град.;

d_ч — диаметр расчетной частицы загрязнений, м (d_ч =1,3−1,8 мкм);

t — температура сепарирования (35−40°С), °С.

Из этой формулы определяем количество тарелок в пакете для проектируемого сепаратора:

z==8,73

Принимаем число тарелок 9 шт., толщина тарелки h_m = 0,0015 м, межтарелочный зазор h = 1,5 мм.

Определяем высоту пакета тарелок по формуле:

H_n=z· h_m+(z-1) · h, м, (4.2)

где Н_п — высота пакета тарелок, м.

Н_п = 9· 0,0015 + (9−1)· 0,0015 =0,0255 м.

Определение размеров барабана.

Определяем предельное значение наружного диаметра, D, [2]:

D=+, м, (4.3)

где d₀ = 0,055 — диаметр открытой поверхности вращающейся жидкости, м;

m=0,3 — коэффициент Пуассона для стали;

=1023 — плотность молока, кг/м³;

_с=7860- плотность стали, кг/м³;

D=+0,353²=0,42 м.

Определяем критическую и оптимальную толщины стенки барабана сепаратора:

=, м, (4.4)

==0,033 м.

_опт=(0,4ч0,5), м, (4.5)

_опт=(0,4ч0,5)=(0,013ч0,017) м.

Принимаем толщину стенки барабана _ст =0,016 м. Толщину стенки крышки барабана принимаем равной толщине стенки барабана. Толщину днища определяем из соотношения:

_дн=(1,2ч1,5) _ст, м,

_дн=(1,2ч1,5) м=(0,0192ч0,024), м.

Принимаем 0,024 м.

Проверка барабана из условия прочности.

Допустимая максимальная частота вращения барабана соответствует условию равенства действительных напряжений в материале барабана максимально допустимым [2]:

n_max=, c^-1, (4.6)

где = 250 — допускаемое напряжение, МПа;

D_H - наружный диаметр барабана, м.

n_max==120,9 c^-1.

n_max > n, следовательно, рассчитанные размеры барабана и принятая частота вращения удовлетворяет условию прочности.

Расчет соединительного кольца.

Определяем радиус соединительного кольца по формуле:

R₁?, м, (4.7)

где R₁ — наружный радиус кольца, м;

h — глубина нарезки резьбы, м;

Qсила, действующая на крышку в осевом направлении, Н;

K= - сила упругости резиновой прокладки, Н, где Rн — наружный радиус барабана, м;

б = 0°40' - угол подъема винтовой нарезки;

= 5°43' - угол трения;

Р=400 - усилие, которое рабочий прикладывает к рукоятке ключа, Н;

В=0,40 — длина ключа, м.

K==7914 Н.

Определяем силу Q по формуле [2]:

Q=31n².

Q=311 023 109,1²0,176⁴=362 191 Н.

K+Q = 7914 + 362 191 =370 105 Н.

Принимаем глубину нарезки резьбы 7 мм.

Определяем радиус кольца по формуле (5.9):

R₁?м.

Проверяем напряжение в кольце от центробежной силы по формуле [2]:

МПа, (4.8)

=91,5 МПа, что удовлетворяет условию прочности ?, т.к. =100 МПа.

Расчет напорного диска Наружный радиус напорного диска определяют по формуле [2]:

где Р = 0,25 МПа — давление молока на выходе из сепаратора;

= 0,4 — гидравлический к.п.д.

Для молока :

R==0,0084 м.

Принимаем R = 0,008 м.

Расчет мощности привода сепаратора.

Потребную мощность привода сепаратора определяем по формуле:

N=kH_бn³R⁴, кВт, (4.9)

где к = 0,006 — поправочный коэффициент;

Н_б — высота барабана, м;

R - максимальный радиус барабана, м.

Определим высоту барабана сепаратора, используя размеры аналога:

H_б=H+_дн+(R_б-R_м)tgб+H_нд, м. (4.10)

H_б=0,175++(0,22−0,12)tg50^о+0,09=0,408, м.

Принимаем H_б=0,4 м.

N=0,0060,4109,1³0,1915⁴=4,19 кВт.

Выбираем электродвигатель 4А112М4УЗ ГОСТ 19 523–74 с частотой вращения 1500 об/мин. и мощностью 5,5 кВт.

2 Кинематический расчет

Кинематическая схема привода сепаратора приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 — Кинематическая схема привода сепаратора:

1 — электродвигатель; 2 — фрикционная центробежная муфта; 3 — тормоз; 4 — колесо винтовой передачи; 5 — опора; 6 — барабан; 7 — упругая горловая опора; 8 — винтовая шестерня; 9 — нижняя опора (самоустанавливающаяся)

Рассчитываем общее передаточное число винтовой пары:

=, (4.11)

==0,23

3. Расчет винтовой передачи.

Крутящий момент на валу электродвигателя:

М=9549,3, Нмм. (4.12)

М=9549,3=6,1 Нмм.

Принимаем число зубьев шестерни z₂ =17. Тогда число зубьев колеса равно:

z₁=, (4.13)

z₁==73.

Приведенное число зубьев колеса:

z₁===100.

Рассчитываем модуль зацепления:

m=2400, м, (4.14)

где = - коэффициент;

= - коэффициент, учитывающий скорость скольжения, где — скорость скольжения, м/с.

Принимаем скорость скольжения равной 20 м/с.

==0,139.

==29,1.

m=2400=1,94 мм.

Принимаем модуль 2,0 мм.

Тогда делительный диаметр колеса равен:

D₁=mz_1н, мм. (4.15)

D₁=1,94 100=194 мм.

Тогда действительная скорость скольжения равна:

_д=, м/с. (4.16)

_д==22,4 м/с.

Действительная скорость скольжения больше принятой. Рассчитываем диаметры начальных окружностей колеса и шестерни:

D_1H= и D_2H= (4.17)

D_1H==265,26 мм;

D_2H==48,36 мм.

Межосевое расстояние равно:

A=, мм, (4.18)

A==289,44 мм.

Ширина зубчатого венца колеса и шестерни:

b₁=, мм и b₂=, мм (4.19)

b₁==28,46 мм, b₂==26,58 мм.

4. Технико-экономический расчет

Технико-экономический расчет проводится с целью оптимизации маслообразователя. Определяются суммарные затраты на маслообразователь.

Стоимость электроэнергии определяется по формуле:

(4.20)

где =250 — количество смен в году;

=3 — количество рабочих часов в смену;

=3,1 руб./кВт ч — стоимость электроэнергии.

С_N=4,19· 250·3·3,1=9741,75 руб./год.

5. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ РАЗРАБОТАННОЙ УСТАНОВКИ Предназначен для очистки молока. Входит в состав пастеризационно-охладительных установок производительностью 10 м³/ч. Осветлитель, полузакрытого типа, с частичной центробежной пульсирующей выгрузкой осадка.

1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 5.1 — Барабан сепаратора:

1 — накидная гайка; 2, 4, 10, 14, 15, 16, 17, 18 - уплотнения; 3 -горловина; 5- тарелкодержатель; 6 -тарелки; 7 — корпус; 8 — основание ротора; 9 — кольцо; 11-приемник; 12 — основание барабана; 13 — выход Очищенное молоко по наружным каналам тарелкодержателя поднимается вверх и через отверстия в крышке барабана поступает в напорную камеру, из которой выводится напорным диском по закрытым трубопроводам в производственные коммуникации. Грязевое пространство периодически очищается во время работы. В зависимости от степени загрязненности молока время между разгрузками колеблется в пределах 40…85 мин, а продолжительность разгрузки — 0,3…0,7 с.

Рисунок 5.2 — Сепаратор-молокоочиститель

1 — привод барабана; 2 — барабан; 3 — чаша для сбора осадка; 4 — корпус

6. ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Сепараторы — центробежные машины с высокой скоростью вращения. Поэтому во время их эксплуатации необходимо очень строго выполнять правила техники безопасности и рекомендации инструкции, прилагаемой к каждой машине.

Сепараторы, электродвигатели и пусковая аппаратура должны быть тщательно заземлены. Систематически следует проверять исправность заземляющих устройств.

Работа на сепараторе с неудовлетворительно отбалансированным барабаном или с нарушенной балансировкой его категорически запрещается.

При замене тарелок и посуды барабана необходимо произвести балансировку барабана заново.

Разбирать сепаратор можно только после остановки барабана. Работать на сепараторе при снятых ограждениях и защитных кожухах воспрещается. Барабан после отключения электродвигателя не рекомендуется тормозить.

Категорически запрещается пользоваться во время сборки и разборки сепаратора случайными инструментами.

Работать на сепараторе со скоростью вращения барабана выше указано в паспорте запрещается.

Обслуживать сепаратор может только специалист, изучивший машину, принцип ее работы и инструкцию по эксплуатации, а также сдавший техминимум.

Перед пуском машины необходимо вывести стопорные винты из пазов барабана и поставить тормоза в нерабочее положение. Обязательно надо проверить уровень масла в ванне.

Барабан сепаратора должен вращаться по часовой стрелке, если смотреть сверху.

После работы барабан, не останавливая, надо промыть, пропустив вначале небольшое количество обезжиренного молока или воды (для сбора оставшегося в барабане жира), затем холодную воду для охлаждения барабана. Далее, остановив барабан, разбирают машину, тщательно чистят и моют все детали, а затем просушивают.

В сепараторах для получения высокожирных сливок для удаления остатков жира пропускают через барабан вначале пахту, а затем воду.

Сепарирование надо начинать только после набора барабаном рабочей скорости.

Резиновое уплотнительное кольцо барабана надо мыть в теплой воде. Кольцо надо просушивать в горизонтальном положении, не подвешивая его, во избежание растяжения.

Станину и другие окрашенные детали сепаратора после работы надо тщательно протереть вначале влажной, а затем чистой сухой тканью.

Перед началом работы сепаратор необходимо смазать. Смазка основных частей механизма сепаратора производится разбрызгиванием масла вращающейся в масляной ванне шестерней горизонтального вала.

Масло заливают в станину через отверстие в крышке ее до уровня черты маслоуказателя.

Масло, применяемое для смазки сепаратора, должно быть чистым, бескислотным, не должно содержать воды и твердых частиц. За смазкой сепаратора следует следить постоянно. Перед работой нужно обязательно проверить, достаточно ли смазочного масла и не загрязнилось ли оно.

Во время сепарирования смазочное масло не должно попадать в молоко.

В сепараторе, пущенном в эксплуатацию после монтажа, смазочное масло необходимо заменять часто: вначале — после 5 дней работы сепаратора, далее через каждые 10 дней в течение 2 месяцев. Каждый раз после остановки необходимо слить 1/10 часть масла, предварительно дать маслу отстояться и добавить масло до требуемого уровня. В последующем масло заменяют через 600−800 ч работы машины.

При смене масла внутреннюю часть станины и приводной механизм, находящийся в станине, необходимо тщательно промыть. Не смазанный или плохо смазанный сепаратор имеет тяжелый ход, шумит и быстро изнашивается.

Регулярно, не реже 2 раз в месяц, нужно чистить накладки фрикционных колодок муфты и ее рабочие места.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения курсового проекта была спроектирована технологическая линия производства творога традиционным методом. Для этого было подобрано оборудование, соответствующее объемам перерабатываемого сырья, составлен график загрузки.

Так же были изучены конструкции и принципы действия различных аппаратов для выработки творога, их технические характеристики.

Помимо технологической линии, был разработан сепаратор-молокоочиститель. Для этого были произведены расчеты: технологический, кинематический, расчет винтовой передачи, технико-экономический. Описана конструкция и принцип действия разработанного аппарата. Так же приведены рекомендации по эффективной эксплуатации сепаратора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности./Сурков Д.В., Липатов Н. Н., Барановский Н. В. — 1970.

Крусь Г. Н., Тиняков В. Г., Фофанов Ю. В. Технология молока и оборудование предприятий молочной промышленности. — М.: Агропромиздат. — 1986.

Томбаев Н.И., Справочник по оборудованию предприятий молочной промышленности. — М.: Пищ. пром-ть. -1972.

Маслов A.M. Аппараты для термообработки высоковязких жидкостей. — Л: Машиностроение, 1980.

Стабников В.Н., Лысянский В. М., Попов В. Д. Процессы и аппараты пищевых производств. — М.: Агропромиздат, 1985.

Павлов К.Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. — Л.: Химия, 1981

Handbook of Food Science, Technology, and Engineering — 4 Volume Set./ Y. H. Hui; Frank Sherkat. — 2005