Производство сухих молочных продуктов

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства России

ФГБОУ ВПО Рязанский государственный агротехнологический университет

имени П. А. Костычева

Кафедра «Технология общественного питания»

Курсовая работа по дисциплине

«Процессы и аппараты пищевых производств»

Выполнила студентка 2 курса

Сорвилова Алина Равильевна

Проверил: ст. преподаватель

Мигачёв Н. А.

Рязань 2014 г

Введение

В новых экономических условиях предприятия по переработке сырья животного происхождения и торговые предприятия находятся в стадии становления и совершенствования технологических процессов, что негативно отражается на качестве молочных продуктов питания.

Поэтому важным условием при производстве сухих молочных продуктов является качество сырья, соблюдение технологии их производства и условий хранения, использование надежной тары.

Консервирование сушкой широко применяют в молочной промышленности: сушат цельное и обезжиренное молоко, пахту, молочную сыворотку, смеси цельного молока с обезжиренным молоком, пахтой или сливками, без добавок или с добавками. Ассортимент сухих молочных продуктов довольно обширный: коровье цельное сухое молоко 20%-ной и 25%-ной жирности, сухое молоко «Домашнее», сухие сливки, сухие высокожирные сливки, сухие молочные продукты, сухие молочные продукты повышенной растворимости (сухое молоко «Смоленское», сухое быстрорастворимое молоко), сухие многокомпонентные смеси (сухие смеси для мороженого, для пудинга). Эти продукты получают методом распылительной сушки.

Молоко сухое цельное - сухой молочный продукт с массовой долей жира не менее 20%; изготовляемый из цельного или нормализованною молока.

Молоко сухое обезжиренное - сухой молочный продукт с массовой долей жира не более 1,5 %, изготовляемый из обезжиренного молока.

При производстве всех видов сухих молочных продуктов удаление свободной воды осуществляется в две ступени -- сгущением и сушкой предварительно сгущенного продукта. Сгущение выпариванием осуществляется до такой общей массовой доли сухих веществ, при которой массовая доля ККФК в воде не превышает 18…20% и продукт не утрачивает текучести (при температуре выпаривания).

Сгущенные смеси высушивают до конечной влажности, устанавливаемой в зависимости от формы связи воды с составными частями сухого вещества. Конечная влажность сухого молочного продукта, представляющая собой связанную воду, составляет не более 15% массовой доли белка в нем. На этом основано нормирование массовой доли влаги в сухих молочных продуктах, по достижении которой заканчивается процесс сушки. В конце сушки того или иного продукта должно быть обеспечено равновесие между величиной заданной массовой доли влаги в нем и относительной влажностью воздуха, окружающего его.

Сухое цельное молоко имеет следующий химический состав: СОМО - 70,9%, в том числе молочного сахара содержится 35…38, белка - 26…28, минеральных веществ - 5,8…6,2, жира - 26,1, влаги - 3, но не более 4 при герметической упаковке и не более 7% при негерметической.

2. Технология производства сухого молока

В настоящее время сухие молочные продукты в промышленности вырабатывают в широком ассортименте. Наибольший удельный вес составляют различные виды сухого цельного молока и молока обезжиренного, то же время осваиваются новые виды сухих молочных продуктов: быстрорастворимое цельное молоко и его разновидности, сухие смеси для различных видов мороженого, сухие смеси для кисломолочных напитков, сухие молочные смеси для детского питания.

Наряду с этим производят сухие сливки с сахаром и без него, сливки высокожирные сухие, масло коровье сухое.

Сухие молочные продукты представляют собой сыпучие порошки, которые характеризуются высокой массовой долей сухих веществ (от 95 до 98,5%) в зависимости от вида продукта и способа его производства.

Молочные консервы представляют собой продукты, выработанные из молока и пищевых добавок и подвергнутые тепловой обработке (выпариванию, стерилизации, сушке), при которой сохраняются их свойства в процессе длительного хранения в упакованном (закатанном) виде. Выпускаемые молочные консервы можно разделить на три группы: сгущенные с сахаром, стерилизованные и сухие. Основное сырье для молочных консервов - цельное молоко кислотностью не более 20° Т, а для стерилизованных консервов - 19°Т. Последнее должно быть термоустойчивым. Кроме того, для выработки консервов используют обезжиренное молоко, сливки и пахту, полученную при производстве сладкосливочного масла. В качестве пищевых добавок и вкусовых наполнителей применяют сахар-песок, сахар-рафинад, белковые концентраты (казеинат натрия), растительное масло, кофе, какао-порошок, витамин С, лимонную кислоту, низин и др. Для затравки при выработке сгущенного молока с сахаром используют лактозу (молочный сахар). Чтобы повысить термоустойчивость молока стерилизованных консервов, к нему добавляют соли-стабилизаторы.

К качеству сырья для производства сухого молока предъявляются очень жесткие требования.

Как указанно в ГОСТ 4495 для производства сухого цельного молока жирностью 20% и 25% должно применяться в качестве сырья молоко коровье заготовляемое не ниже второго сорта по ГОСТ 13264. Требования к качеству сырья представлены в таблице 1.

Таблица 1

показатели качества молока цельного по ГОСТ 13264

Наименование показателя	Норма для молока сорта
	высшего	первого	второго
Органолептические показатели
Консистенция	Однородная жидкость без осадка и хлопьев. Замораживание не допускается
Вкус и запах	Чистый, без посторонних запахов и привкусов, не свойственных свежему натуральному молоку
		Допускается слабовыраженный кормовой привкус и запах
Цвет	От белого до светло-кремового
Физико-химические показатели
Массовая доля белка, %	Не менее 2,8
Кислотность, °Т	Не ниже 16,0 и не выше 18,0	Не ниже 16,0 и не выше 18,0	Не ниже 16,0 и не выше 21,0
Группа чистоты, не ниже	I	I	II

Плотность, кг/м1

Размещено на http://www.allbest.ru/

1028,0	1027,0	1027,0
Температура замерзания, °С	Не выше минус 0,520

Известно, что количество бактерий в 1 г сухого продукта не должно превышать 50 000, а в некоторых странах - 30 000. Это соответствует 5000 (3000) бактерий на 1 л восстановленного молока при исключении возможности повторного попадания микроорганизмов. Поскольку при распылительной сушке происходит вакуумное выпаривание, крайне важно контролировать в концентрате термостойкие бактерии, чтобы исключить возможность их роста в процессе выпаривания. Для этого в производстве сухого молока используется бактофугирование или микрофильтрация, что обеспечивает удаление спор микроорганизмов из молока и повышает, таким образом, бактериологическое качество конечного продукта.

Молоко, предназначенное для производства сухих продуктов, не должно подвергаться излишнему интенсивному тепловому воздействию перед доставкой на завод. При тепловой обработке сывороточные белки коагулируют, и растворимость, запах, и вкус сухого молока ухудшаются. Молоко должно пройти тест на наличие пероксидазы или содержание сывороточных белков, чтобы убедиться, что предварительная обработка не была слишком интенсивной. Оба эти теста позволяют обнаружить, было ли молоко ранее пастеризовано при высокой температуре.

Сухое цельное молоко должно вырабатываться в соответствии с требованиями нормативного документа по технологической инструкции с соблюдением санитарных норм и правил, утвержденных в установленном порядке.

Сухое цельное молоко выпускают следующих видов:

- молоко сухое 20%-ной жирности;

- молоко сухое 25%-ной жирности;

- молоко сухое для производства продуктов детского питания.

В зависимости от способа обработки сухое молоко 25%-ной жирности подразделяют на распылительное, получаемое высушиванием на распылительных сушильных установках; пленочное, получаемое высушиванием на вальцовых сушильных установках.

Сухое молоко 20%-ной жирности и для производства продуктов детского питания вырабатывается только на распылительных сушильных установках.

Сушка молока производится двумя методами: распылительным (воздушное) и пленочным (контактное).

При распылительном методе подготовленное нормализованное молоко пастеризуют при 90°С, а затем сгущают в вакуум-выпарных аппаратах до массовой доли в нем сухого вещества 43…52%. После этого молоко подвергают гомогенизации. Из гомогенизатора его при этой же температуре подают в форсунку или диск сушильной башни. Сухое молоко из башни шнеком подается на фасовку.

Сушилки бывают дисковые, в которых молоко поступает в диск, вращающийся с большой частотой, и форсуночные, где молоко в форсунки подается ротационным насосом под давлением. В сушильной башне молоко распыляется на мельчайшие капельки (размером 20…100 мкм), навстречу которым снизу вверх движется горячий (140…170 °С) воздух из калорифера.

Частицы сухого молока, высушенные горячим воздухом, оседают на дно сушильной башни. Температура молока в зоне сушки около 60°С, благодаря чему не происходит коагуляции белка. Воздух из сушильной башни удаляется через фильтры.

Сухое молоко из сушильной башни подается пневмотрансформатором в бункер, где оно охлаждается до 15…20°С. В зависимости от растворимости, органолептической оценки и других показателей сухое молоко подразделяют на высший и I сорт. Количество нерастворимого осадка в молоке высшего сорта, полученного при распылительной сушке, должно быть не более 0,2 мл, I сорта -0,8 мл.

Фасуют сухое молоко в мелкие и крупные жестяные банки и др. При использовании сухого молока как полуфабриката его фасуют в бочки или барабаны по 20-30 кг. Герметически упакованное молоко может храниться до 8 месяцев при температуре 1…10°С и относительной влажности воздуха в хранилище не более 85%, в негерметической упаковке - только 3 месяца.

При производстве сухого молока пленочным методом сушка осуществляется на вальцовых (барабанных) сушилках.

Качество продукта, полученного этим методом, ниже, чем при распылительном способе. Поэтому на вальцовых сушилках сушат только обезжиренное молоко и пахту. Вальцовые сушилки представляют собой два барабана, расположенных один над другим на расстоянии 0,6…1 мм. Внутрь барабана под давлением поступает пар, а на поверхность вращающихся барабанов подается сгущенное молоко.

Молоко, соприкасаясь с горячей поверхностью барабанов, высыхает. Пленку сухого молока снимают ножи, плотно прилегающие к поверхности вальцов, она поступает в желоб и шнеком подается к мельнице. В мельнице пленку измельчают в порошок. Сухое молоко, полученное на барабанных сушилках, используется в хлебопекарном и других производствах.

Производство сухого цельного молока происходит по следующей схеме (рисунок 1).

Сырое молоко, оцененное по качеству, учтенное по массе, очищенное и охлажденное, направляется в емкость для составления нормализованной смеси путем прибавления к нему обезжиренного молока или пахты (реже сливок).

Тепловая обработка нормализованных смесей перед выпариванием - в подогревателях (85…86^оС), с завершением ее подогревом острым паром до 140^оС, с последующим охлаждением в самоиспарителе. Нормализованная смесь, подвергнутая тепловой обработке, подсгущается в первых двух корпусах вакуум-выпарной установки и с массовой долей сухих веществ 46…50 % из калоризатора третьего корпуса направляется на гомогенизацию при температуре 45…60 °С в одноступенчатом аппарате и давлении 10…15 МПа, в двухступенчатом -- Р₁=11,5…12,5 МПа и Р₂=2,5…3,0 МПа. Гомогенизация обеспечивает уменьшение свободного поверхностного жира в готовом продукте в 2…3 раза. В сушильной камере распылительной сушилки (одностадийная сушка) подсгущенная и гомогенизированная нормализованная смесь высушивается воздухом (165…180 или 140…170^оС, в зависимости от вида сушилки). Частицы продукта со дна камеры через вибролоток попадают в систему пневмотранспорта. Мелкие частицы продукта выводятся из камеры вместе с отработанным воздухом (65…85 ^оС) в батарею циклонов, где из него выделяются частицы порошка размером более 10 мкм. Эффективность циклонной очистки составляет 95,0…97,4%. Частицы продукта, накапливаемые в циклонах, направляются в общую пневмотранспортную линию, подающую готовый продукт в разгрузочный циклон.



Рисунок 1 Технологическая схема производства сухого цельного молока

При подаче до разгрузочного циклона продукт охлаждается на 10…15°С ниже температуры засасываемого из цеха воздуха. Из разгрузочного циклона продукт подается в бункер-накопитель, откуда на фасование в потребительскую (пакеты с вкладышами из воздухе- и влагонепроницаемого материала) или транспортную (бумажные мешки, бочки, фанерные-барабаны с вкладышами из полиэтилена) тару. Ангидридное состояние лактозы в продукте придает ему свойство высокой гигроскопичности, поэтому при фасовании необходимо обеспечить герметичность укупоривания.

Формирование состава и свойств сухого цельного молока происходит в две ступени. На первой при сгущении массовая доля сухих веществ увеличивается от 11,5 до 48…50% и на 2-й, в процессе сушки,-от 48…50 до 96%. На второй ступени происходит увеличение кислотности от 18…20 до 70…80^оТ, вязкости от 2 по 120мПа-с, плотности от 1028 до 1130…1140 кг/м³. При температуре выпаривания продукт текуч. В процессе сушки сгущенная нормализованная смесь переходит в сухое состояние, характеризующееся сыпучестью.

Молоко цельное сухое должно соответствовать по всем показателям качества (таблица 2, таблица 3), указанным ГОСТ 4495. Контроль проводится в соответствии с методами, описанными так же в нормативном документе.

Таблица 2

требования к органолептическим показателям качества молока цельного сухого

Наименование показателя	Характеристика сухого цельного молока
	Высший сорт	Первый сорт
Вкус и запах	Свойственные свежему пастеризованному молоку при распылительной сушке и перепастеризованному (кипяченому) молоку при пленочной сушке, без посторонних привкусов и запахов	То же, что и для высшего сорта. Допускается слабый кормовой привкус, а для молока распылительной сушки - привкус перепастеризации
Консистенция	Мелкий сухой порошок или порошок, состоящий из агломерированных частиц сухого молока
	Допускается незначительное количество комочков, легко рассыпающихся при механическом воздействии	Для пленочного молока - сухой порошок из измельченных пленок
Цвет	Белый, с легким кремовым оттенком для распылительного молока; кремовый для пленочного молока
		Допускаются отдельные пригорелые частички

Таблица 3

требования к физико-химическим показателям качества молока цельного сухого

Наименование показателя	Норма для сухого цельного молока
		25 %-ной жирности
		распылительного	пленочного
	20%-ной жирности в транспортной таре	в потреби- тельской таре	в транс- портной таре	в транс- портной таре	для производства продуктов детского питания
Массовая доля влаги, %, не более	4,0	4,0	4,0	5,0	3,0
Массовая доля жира, %, не менее	20,0	25,0	25,0	25,0	25,0
Массовая доля белка, %, не менее	-	-	-	-	23,0

Индекс растворимости, см 1

Размещено на http://www.allbest.ru/

для высшего сорта	0,3	0,2	0,3	0,3	-
для первого сорта	0,4	-	0,4	1,5	-
для детского питания	-	-	-	-	0,2
Кислотность, °Т, не более	21	19	21	21	18
Чистота, группа, не ниже	II	I	II	II	I

3. Механизм протекания процесса выпаривания

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях.

Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара -- некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др. Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и воду используют для питьевых или технических целей.)

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.

Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение).

Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим, или первичным.

Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин.

Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.

Тепло, необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.

Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.

Выпаривание под вакуумом имеет определенные преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды).

При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. Кроме того, при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях). В случае одинаковой полезной разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких рабочих параметров (температура и давление). Вследствие этого выпаривание под вакуумом широко применяют для концентрирования высококипящих растворов, например растворов щелочей, а также для концентрирования растворов с использованием теплоносителя (пара) невысоких параметров.

Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы.

При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд, не связанных с процессом выпаривания.

Вторичной пар, отбираемый на сторону, называют экстра-паром. Отбор экстра-пара при выпаривании под избыточным давлением позволяет лучше использовать тепло, чем при выпаривании под вакуумом. Однако выпаривание под избыточным давлением сопряжено с повышением температуры кипения раствора. Поэтому данный способ применяется лишь для выпаривания термически стойких веществ. Кроме того, для выпаривания под давлением необходимы греющие агенты с более высокой температурой.

При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.

Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и выпаривание под вакуумом проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого раствора) корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в данном корпусе, т. е. создать необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. Следовательно, в многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.

В процессе выпаривания увеличивается концентрация раствора и, как следствие, изменяются его теплофизические свойства.

Рассмотрим некоторые свойства растворов, представляющих особый интерес для расчета, конструирования и эксплуатации выпарных установок.

Температурная депрессия -- разность между температурами кипения раствора и растворителя . Из теории растворов известно, что при одной и той же температуре T давление паров над чистым растворителем больше, чем давление паров над раствором , и соответственно при одном и том же давлении температура кипения чистого растворителя ниже температуры кипения раствора.

Температурная депрессия зависит от свойств растворенного вещества и растворителя; она повышается с увеличением концентраций раствора и давления. Определяется температурная депрессия экспериментальным путем.

Если известна температурная депрессия при атмосферном давлении , депрессию при других давлениях можно определить по приближенной формуле Тищенко (1).

(1)

где: и -- соответственно абсолютная температура кипения (в К) и теплота испарения (в Дж/кг) для воды при данном давлении, или

,(2)

где .

Значения К в зависимости от давления приведены в таблице 4.

Таблица 4

Значение К

Абсолютное давление, кПа	6,0	8,0	10,0	15,0	20,0	30,0
Коэффициент К	0,64	0,665	0,69	0,73	0,76	0,81
Абсолютное давление, кПа	40,0	50,0	60,0	80,0	100	150
Коэффициент К	0,85	0,88	0,91	0,95	1,0	1,07

При выполнении расчетов пользуются опытными данными, которые в виде графиков и таблиц помещены в справочниках физико-химических величин.

В пищевых производствах применяют однократное выпаривание, которое проводят непрерывным способом или периодически, многократное выпаривание, проводимое непрерывно, и выпаривание с использованием теплового насоса.

Все указанные процессы проводят как под давлением, так и под вакуумом в зависимости от параметров теплоносителя и свойств выпариваемых растворов.

В качестве теплоносителя обычно используют насыщенный водяной пар. В редких случаях используют электрический обогрев, а также нагревание промежуточными теплоносителями (перегретой водой, дифенильной смесью, маслом).

Выпариваемый раствор нагревают в большинстве случаев путем передачи теплоты от теплоносителя через стенку, разделяющую их.

Однократное выпаривание проводят в установке, показанной на рисунке 2. Такие установки применяют в малотоннажных производствах. Однократное выпаривание можно проводить непрерывно или периодически. Образующийся при выпаривании вторичный пар в этих установках не используется, а конденсируется в конденсаторе.

Выпарной аппарат состоит из верхней части -- сепаратора и нижней -- греющей камеры, которая представляет собой кожухотрубный теплообменник. В трубном пространстве находится кипящий раствор, а в межтрубное подается греющий пар.

В сепараторе с отбойниками капельки отделяются от вторичного пара, которые затем конденсируются. Конденсат вместе с охлаждающей водой удаляется через барометрическую трубу в колодец. Концентрированный раствор с заданной концентрацией хк непрерывно откачивается из нижней части выпарного аппарата в хранилище готового продукта.

Рисунок 2 Установка однократного выпаривания непрерывного действия: 1, 8 - насосы; 2 - расходомер; 3 - теплообменник; 4 - выпарной аппарат; 5 - барометрический конденсатор; 6 - ловушка; 7 - барометрическая труба

Многократное выпаривание проводят в ряде последовательно установленных выпарных аппаратов. Такие установки называют многокорпусными. С целью экономии греющего пара в выпарных установках многократного выпаривания в качестве греющего пара во всех корпусах, кроме первого, используется пар из предыдущего корпуса.

Удельный расход греющего насыщенного водяного пара составляет: для однокорпусной установки 1,1... 1,2 кг пара на 1 кг выпаренной воды; для двухкорпусной установки около 0,55, для трехкорпусной -- около 0,4, для четырехкорпусной установки около 0,3 кг пара на 1 кг выпаренной воды.

Многократное выпаривание можно осуществить при использовании греющего пара высокого давления либо при применении вакуума в выпарной установке.

Давление в корпусах установки должно поддерживаться таким образом, чтобы температура поступающего в корпус пара была выше, чем температура кипения раствора в этом корпусе. Оптимальное давление греющего пара в последнем корпусе определяется технико-экономическим расчетом.

Выпаривание под избыточным давлением связано с повышением температуры кипения раствора. Поэтому требуется греющий пар более высокого давления. Этот способ выпаривания применяют при концентрировании термически стойких растворов.

При выпаривании под избыточным давлением требуется автоматическое регулирование пара и плотности упаренного раствора, но установка в целом несколько упрощается, так как отпадает необходимость в постоянно действующем конденсаторе.

Многокорпусные выпарные установки делятся по взаимному направлению движения греющего пара и выпариваемого раствора на прямоточные, противоточные и комбинированные. На рисунке 3 показана схема прямоточной многокорпусной выпарной установки. Исходный раствор в количестве с концентрацией из хранилища насосом подается в теплообменник, где подогревается до температуры кипения и поступает на выпаривание в первый корпус, в котором концентрируется до заданной концентрации хк1. При этом из первого аппарата удаляется вторичного пара. Далее раствор поступает в последующие корпуса установки, где концентрируется во втором корпусе до концентрации хк2, в третьем -- до хк3 и так до конечной заданной концентрации. Соответственно из корпусов удаляется вторичного пара. Из последнего корпуса вторичный пар поступает в барометрический конденсатор.

Как видно из схемы, выпариваемый раствор и вторичный пар движутся в одном направлении.

Преимуществом прямоточной схемы является то, что раствор самотеком перетекает из корпуса с более высоким давлением в корпус с меньшим давлением.

Недостатком прямоточных установок является более низкий средний коэффициент теплопередачи, чем в противоточных установках.

В первом корпусе слабый раствор получает теплоту от греющего пара наиболее высоких рабочих параметров, а в последнем корпусе концентрированный раствор выпаривается вторичным паром наиболее низкого давления. С увеличением концентрации раствора и падением давления от корпуса к корпусу уменьшаются коэффициенты теплопередачи, в результате чего снижается общий коэффициент теплопередачи.

Рисунок 3 Схема прямоточной многокорпусной установки

Схема противоточной выпарной установки показана на рисунок 4. Греющий пар из котельной поступает, как и в предыдущем случае, только в первый корпус, а вторичные пары обогревают все последующие корпуса. Выпариваемый раствор вводится в последний корпус и перемещается противотоком вторичному пару к первому корпусу. Вследствие того что давление от четвертого корпуса к первому постепенно возрастает, для перекачки раствора устанавливают центробежные насосы.

Противоточные установки используют в основном для выпаривания растворов, вязкость которых резко возрастает с увеличением концентрации, а также, если возможно выпадение твердого вещества из раствора в последнем корпусе.

Ряд выпарных установок работает с отбором части вторичного пара для обогрева других технологических аппаратов, отопления цехов, теплиц, бань и т. д. Эта часть вторичного пара называется экстрапаром.

Рисунок 4 Схема противоточной многокорпусной установки

Выпаривание с применением теплового насоса основано на использовании вторичного пара в качестве греющего в том же выпарном аппарате. Для этого температура вторичного пара должна быть повышена до температуры греющего пара. Повышение температуры вторичного пара достигается сжатием его в компрессоре или паровом инжекторе. В качестве компрессора обычно используется турбокомпрессор (рисунок 5). Вторичный пар давлением рвет и энтальпией, выходящий из выпарного аппарата, засасывается в турбокомпрессор, в котором сжимается до давления. Энтальпия при этом возрастает. Таким образом, за счет сжатия пар приобретает теплоту. Сжатый пар поступает из турбокомпрессора в греющую камеру выпарного аппарата.

Рисунок 5 Выпарной аппарат (1) с турбокомпрессором (2)

Выпарные установки с инжектором применяют для выпаривания растворов с низкой температурной депрессией и высоким давлением вторичного пара. С уменьшением давления вторичного пара увеличивается адиабатический перепад теплоты при сжатии и соответственно уменьшается коэффициент инжекции. При этом расход греющего пара увеличивается, и использование выпарных установок с паровым инжектором становится нерациональным.

4. Оборудование для проведения процесса выпаривания

сухой технология молоко выпаривание

Наибольшее распространение в пищевых производствах получили трубные выпарные аппараты с естественной и принудительной циркуляцией при площади поверхности нагрева 10 - 1800. В зависимости от расположения греющей камеры аппараты бывают с соосной или с вынесенной греющими камерами.

Кроме перечисленных аппаратов применяют различные конструкции пленочных выпарных аппаратов.

При выборе конструкции выпарного аппарата учитывают теплофизические свойства раствора, склонность к кристаллизации, чувствительность к высоким температурам, полезную разность температур в каждом корпусе, площадь поверхности теплообменного аппарата, технологические особенности.

Выпарные аппараты изготовляют из углеродистой, коррозиестойкой и двухслойной стали.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией просты по конструкции и применяются для выпаривания растворов невысокой вязкости, не склонных к кристаллизации. Эти аппараты бывают с соосной и вынесенной греющими камерами (рисунок 6).

Рисунок 6 Выпарные аппараты с естественной циркуляцией раствора: а - с соосной греющей камерой; б - с вынесенной греющей камерой; 1 - греющая камера; 2 - сепаратор; 3 - циркуляционная труба; , , - диаметры соответственно сепаратора, камеры и циркуляционной трубы; - длина камеры

Выпарной аппарат состоит из сепаратора, греющей камеры и циркуляционной трубы. Сепаратор представляет собой цилиндрическую емкость с эллиптической крышкой, присоединенную с помощью болтов к греющей камере. В сепараторе для отделения капелек жидкости от вторичного пара устанавливают отбойники различной конструкции. Греющая камера выполнена в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, в межтрубное пространство которого поступает греющий пар, а в греющих трубках кипит раствор. Нижние части сепаратора и греющей камеры соединены циркуляционной трубой.

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой циркуляционной трубы и кипятильных труб. Если жидкость в трубах нагрета до кипения, то в результате выпаривания части жидкости в этих трубах образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, масса столба жидкости в циркуляционной трубе больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего происходит циркуляция кипящей жидкости по пути кипятильные трубы -- паровое пространство -- циркуляционная труба -- трубы и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и снижается образование накипи на поверхности труб.

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) достаточная высота уровня жидкости в циркуляционной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси и создать необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела, возможно, малую плотность.

Представленные на рис. 11.8 аппараты выгодно отличаются от устаревших конструкций аппаратов с центральной циркуляционной трубой. Наличие обогреваемой центральной циркуляционной трубы приводило к снижению интенсивности циркуляции.

Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и больше скорость циркуляции. Для создания интенсивной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть не ниже 10 .

Выпарные аппараты, показанные на рис. 11.8, имеют площадь поверхности теплопередачи от 10 до 1200 , длину кипятильных труб от 3 до 9 м в зависимости от их диаметра. Диаметр кипятильных труб составляет 25, 38 и 57 мм. Избыточное давление в греющей камере 0,3...1,6 МПа, а в сепараторе вакуум примерно 93,0 кПа. Соотношение площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры составляет не менее 0,3.

На рисунке 7 показано размещение кипятильных труб в трубной решетке.

Рисунок 7 Размещение кипятильных труб в распределительной решетке греющей камеры

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией характеризуются простотой конструкции и легкодоступны для ремонта и очистки.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффициент теплопередачи.

На рисунке 8 показаны такие аппараты с соосной и вынесенной греющими камерами.



Рисунок 8 Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора: а - с соосной греющей камерой; б - с вынесенной греющей камерой; 1 - греющая камера; 2 - сепаратор; 3 - циркуляционная труба; 4 - насос. Остальные обозначения см. на рис. 6

Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепаратора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхнего обреза кипятильных труб. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается лишь на преодоление гидравлических сопротивлений.

Давление в низу кипятильных труб больше, чем в верху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Из-за этого на большей части высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а подогревается. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды, поэтому отношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.

Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубах принимают равной 1,5...3,5 м/с. Она определяется производительностью циркуляционного насоса, поэтому аппараты с принудительной циркуляцией пригодны при работе с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3...5 °С) и при выпаривании растворов большой вязкости.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией имеют площадь поверхности теплопередачи от 25 до 1200 м2, длину кипятильных труб от 4 до 9 м в зависимости от их диаметров, которые составляют 25, 38, 57 мм. Избыточное давление в греющей камере составляет от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе - 93 кПа. Соотношение площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры не менее 0,9.

Преимущества аппаратов с принудительной циркуляцией: высокие коэффициенты теплопередачи (в 3...4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а следовательно, и значительно меньшие площади поверхности теплопередачи, а также отсутствие загрязнений поверхности теплопередачи при выпаривании кристаллизующихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.

Недостаток этих аппаратов -- затраты энергии на работу насоса.

Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогого металла для выпаривания кристаллизующихся и вязких растворов.

Пленочные выпарные аппараты применяют при концентрировании растворов, чувствительных к высоким температурам. При необходимом времени пребывания в зоне высоких температур раствор не успевает перегреться и его качество не снижается. Выпаривание в пленочных аппаратах происходит за один проход раствора через трубы.

Пленочные аппараты бывают с восходящей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой и падающей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой.



Рисунок 9 Пленочные выпарные аппараты: а - с восходящей пленкой и соосной греющей камерой; б - с падающей пленкой и вынесенной греющей камерой; 1 - сепаратор; 2 - греющая камера

Пленочные аппараты, как и описанные выше, состоят из греющей камеры и сепаратора (рисунок 9). В греющей камере расположены трубы длиной от 5 до 9 м, которые обогреваются греющим паром.

На рис. 9, а показан пленочный выпарной аппарат с восходящей пленкой и соосной греющей камерой. Исходный раствор подается в трубы снизу, причем уровень жидкости в трубах поддерживается на уровне 20...25% высоты труб. В остальной части труб находится парожидкостная смесь. Раствор в виде пленки находится на поверхности труб, а пар движется по оси трубы с большой скоростью, увлекая за собой пленку жидкости. При движении пара и пленки жидкости за счет трения происходят турбулизация пленки и интенсивное обновление поверхности. За счет этих факторов достигаются высокие коэффициенты теплопередачи и большая поверхность испарения.

На рис. 9, б показан аппарат с падающей пленкой и вынесенной греющей камерой. В таких аппаратах исходный раствор поступает сверху в греющую камеру, а концентрированный раствор выводится из нижней части сепаратора.

Пленочные выпарные аппараты изготовляют с площадью поверхности теплопередачи от 63 до 2500 с диаметром труб 36 и 57 мм. Избыточное давление в греющей камере от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе 93 кПа.

Недостаток пленочных аппаратов -- неустойчивость работы при колебаниях давления греющего пара. При нарушении режима работы аппарат можно перевести на работу с циркуляцией раствора, как в аппаратах с принудительной циркуляцией.

Роторно-пленочные выпарные аппараты применяют при концентрировании пищевых растворов, а также суспензий.

Роторно-пленочный аппарат представляет собой цилиндрический или конический корпус с обогреваемой рубашкой (рисунок 10). Внутри корпуса вращается ротор, распределяющий раствор по цилиндрической поверхности корпуса в виде пленки, а в некоторых случаях -- в виде струй и капель. Роторно-пленочные аппараты выполнены, как правило, из нержавеющей стали Х18Н10Т и углеродистой стали. Высота аппаратов достигает 12,5 м при диаметре 1,0 м, площадь поверхности теплообмена от 0,8 до 16 .



Рисунок 10 Роторно-пленочный выпарной аппарат: 1 - привод; 2 - уплотнение; 3 - ротор; 4 - флажок; 5 - корпус; 6 - рубашка

Роторно-пленочные аппараты бывают с жестким или размазывающим ротором. Жесткий ротор изготовляют пустотелым с лопастями. Зазор между лопастью и стенкой аппарата составляет от 0,4 до 1,5 мм. Исходный продукт подается в верхнюю часть аппарата и лопастями распределяется по цилиндрической стенке в виде пленки. Окружная скорость лопастей достигает 12 м/с. При работе под вакуумом (при давлении до 100 Па) вал ротора уплотняется специальным торцевым уплотнением. Нижний подшипник смазывается перерабатываемым материалом. Принципиальное отличие испарителя с размазывающим ротором заключается в применении ротора с шарнирно закрепленными на валу флажками. При вращении ротора флажки прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности корпуса и размазывают по ней продукт в виде пленки. Такие аппараты применяют также для проведения совмещенного процесса концентрирования и сушки. Диаметр аппаратов достигает 1 м, площадь - от 0,8 до 12 , окружная скорость вращения ротора с флажками -- 5 м/с.

Конструкция аппаратов позволяет благодаря осевому перемещению ротора регулировать толщину пленки и тем самым скорость процесса.

Роторно-пленочные аппараты имеют более высокие коэффициенты теплопередачи, чем аппараты с падающей пленкой, они достигают значений, равных 2300-2700 Вт(), в то время как в аппаратах с падающей пленкой - 1500-1600 Вт/().

Размещено на Allbest.ru

...