Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Пастеризованное молоко, нормализация, гомогенизация, сепарирование, пастеризация, кислотность, Сепаратор, УПРАВЛЯЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ, СГЛАЖИВАНИЕ

В курсовой работе рассмотрен технологический процесс производства пастеризованного молока.

Сведения о состоянии данного вида деятельности на настоящее время и тенденции ее развития.

Представлены: физико-химические основы производства, характеристика сырья и готовой продукции, характеристика технологического процесса и оборудования, характеристика ТОУ как объекта управления.



Содержание

Введение

1. Анализ технологического процесса производства молока как объекта автоматизации

1.1 Текущие состояние отрасли в целом и тенденции ее развития

1.2 Характеристика сырья и готовой продукции

1.2.1 Характеристика сырья

1.2.2 Характеристика готовой продукции

1.3 Характеристики технологических процессов и оборудования

1.3.1 Технологический процесс производства пастеризованного молока

1.3.2 Характеристика используемого оборудования

1.4 Характеристика ТОУ как объекта управления

2. Обработка временного ряда данных в сглаживающих фильтрах

2.1 Постановка задачи

2.2 Теоретические сведения

2.3 Алгоритм решения задачи

2.4 Описание и анализ полученных результатов

2.4.1 Визуальный анализ и выявление аномальных значений уровней ряда

2.4.2 Метод скользящей средней

2.4.3 Метод медианного сглаживания

2.4.4 Экспоненциальное сглаживание

Заключение

Список литературы



Введение

Молоко - продукт питания, наиболее совершенный по своему составу. Ценность молока заключается в идеальной сбалансированности питательных веществ. Молочные продукты играют огромную роль в питании человека, снабжая организм необходимыми для здоровья элементами. Молоко - наименее заменимый продукт, особенно для детского питания.

По своему химическому составу молоко сложнейший продукт. В его состав входят: вода, белки, молочный жир, молочный сахар - лактоза, минеральные вещества и микроэлементы - кальций и фосфор, большинство известных витаминов, ферменты, способствующие пищеварению; гормоны, иммунные тела, газы, микроорганизмы, пигменты.[4]

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. молоко автоматизация сырье

При техническом перевооружении молочной промышленности предусматривается использование высокопроизводительного технологического оборудования, изготовления 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.

Предприятия молочной промышленности располагают современным, высокопроизводительным оборудованием, в том числе поточно-механизированными и автоматизированными линиями. Освоено производство новых видов цельномолочной продукции, сыров, мороженного, молочных консервов, масла, продуктов для детского питания, заменителей цельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных. В последнее время особое внимание акцентируется на комплексной переработке молока и рациональном его использовании путем переработки обезжиренного молока, пахты и сыворотки на различные пищевые продукты.[2]

Целью данной работы является изучение и описание технологического процесса производства пастеризованного молока как объекта управления.



1. Анализ технологического процесса производства молока как объекта автоматизации

1.1 Текущие состояние отрасли в целом и тенденции ее развития

Тысячелетиями молоко и молочные продукты были постоянной пищей человека. Промышленное производство с его машинами и механизмами, множеством рабочих долго не вторгались в эту область, - уж очень деликатными продуктами были для переработки молоко и его производные: сливки, сметана, творог, сыр.

В России товарное молочное хозяйство зародилось в конце XVIII в. С ростом городского населения увеличивается спрос на молочные продукты, в связи с чем молочное хозяйство принимает торговый предпринимательский характер. Крестьянскими артелями и скупщиками молока открываются мелкие кустарные молочные заводы, чаще всего в крестьянских избах или приспособленных помещениях с минимальным количеством оборудования.

Первые городские молочные заводы, перерабатывающие в сутки до 120 тонн молока, были построены в 1860-1864 годах. Основоположником научной постановки молочного дела в России был А.А. Калантар, работавший в Едимоновской школе с 1882 года и организовавший здесь первую молочно-испытательную лабораторию с проведением научных исследований. Им были написаны первые пособия и руководства по молочному хозяйству, сыроделию, маслоделию. В XX в. была создана молочно-консервная промышленность, освоено промышленное производство мороженого, плавленых сыров.[4]

Молочной промышленности России в XXI веке необходимо решать чрезвычайно сложные задачи, основные из которых связаны с необходимостью:

- увеличения объёмов производства и переработки молока для обеспечения населения продовольствием за счёт собственных ресурсов с целью достижения продовольственной безопасности страны;

• проведения научно-технической политики в области здорового и безопасного питания;

• создания конкурентно-способного молочного производства в условиях рынка;

• достижения устойчивого развития молочной промышленности в системе АПК;

• создания безотходных производств с глубокой и комплексной переработкой молока;

• интеграции молочной промышленности России в международное сообщество.

Для решения указанных проблем необходим системный анализ сложившейся ситуации в молочной промышленности, с учётом международного уровня, в области производства, переработки, потребления и тенденций развития.

С 1996 по 2001гг. производство коровьего молока в мире увеличилось на 5,3%, достигнув в 2002г. 501 млн. т. Лидерами в производстве коровьего молока являются страны ЕС, передовые позиции занимает Германия и Франция, причём последней принадлежит первое место в ЕС по объёмам производства сыра, масла, сухих продуктов. [12]

В большинстве стран мира наблюдается сокращение поголовья скота, сопровождающее повышением продуктивности молочного стада. Промышленная переработка молока в развитых странах в последние годы растёт незначительными темпами, что свидетельствует о насыщении рынка молочными продуктами. Потребление питьевого молока в мире достигло 102,4 млн. т. В России переходный период к рыночным отношениям оказал значительное влияние на развитие промышленности. Самоустранение государства от проблем развития перерабатывающей промышленности и перекосы приватизации предприятий привели к усилению кризисных явлений в отрасли, усилению монополизма и к разрушению сложившегося процесса интегрирования пищевой промышленности и сельского хозяйства. Появление широкого спектра импортных продуктов с одной стороны, поставило предприятия в тяжёлое положение в силу более высоких производственных затрат, с другой стороны убедило отечественных производителей в необходимости освоения новых технологий и видов продукции. Промышленность находится под давлением жесткой конкуренции и ограничением спроса на продукцию в связи с ростом цен на неё и низкой платежеспособностью населения. Инвестиции характеризуются резким снижением объёма и уменьшением удельного веса капитальных государственных вложений. Характерной чертой переходного периода является изменение структуры производства и организации поступления молока на промышленную переработку. Значительное количество цельномолочной продукции вырабатывается малыми предприятиями при сельскохозяйственных организациях. В настоящее время функционирует более 700 минизаводов и предприятий малой мощности, на которых перерабатывается до 16% ресурсов молока в стране. В 2001г. их доля в общем объёме производства цельномолочной продукции составила 19,7 %, в том числе, питьевого молока - 27,7%, творога-19,8%, сметаны-18%.

Однако решающая роль на рынке принадлежит всё же крупным предприятиям и компаниям, преимущество которых проявляется в более низкой себестоимости продукции, возможностями обеспечения экологической безопасности, глубокой комплексной переработке сырья при минимальных его потерях, а также инвестирования в сферу производства молока-сырья и в разработку новой техники и технологий. Укрупнение с/х производства, объединение всех звеньев продовольственного рынка является естественной тенденцией, причём не только российской, но и мировой.

В настоящее время производство молока увеличивается, но в 2010 г. объёмы его всё ещё будут ниже уровня 1990 г. даже по самым оптимистическим прогнозам. Ожидается, что РФ останется в 2012 году страной с недостаточным объёмом производства молока, который составил в 2003г.-33,3 млн. т, (по сравнению с 1991 г.-51,9 млн. т).[12]

1.2 Характеристика сырья и готовой продукции

1.2.1 Характеристика сырья

Для изготовления питьевого пастеризованного молока из натурального молока применяется молоко коровье не ниже второго сорта по ГОСТ Р 52054.

Молоко должно быть получено от здоровых сельскохозяйственных животных на территории, благополучной в отношении инфекционных и других общих для человека и животных заболеваний.

Не допускается использовать в пищу молоко, полученное в течение первых семи дней после дня отела животных и в течение пяти дней до дня их запуска (перед их отелом) или от больных животных и находящихся на карантине. Это молоко значительно отличается от нормального (натурального) молока по химическому составу, органолептическим и физико-химическим показателям.

Не допускается в молоке резко выраженных кормовых привкусов, особенно лука, чеснока, полыни, которые не исчезают и во время технологической обработки. Нельзя принимать молоко со стойким запахом химикатов и нефтепродуктов, с добавлением нейтрализующих веществ; с остаточным содержанием химических средств защиты растений и животных, а также антибиотиков; с прогорклым, затхлым привкусом, тягучей консистенции, что свидетельствует о наличии в больших количествах гнилостной и посторонней микрофлоры.

При приемке молока проводят также контроль его санитарно-микробиологического состояния один раз в декаду на механическую загрязненность, редуктазной или резазуриновой пробами на бактериальную обсемененность.[1]

Молоко в зависимости от физико-химических и микробиологических показателей подразделяют на сорта: высший, первый и второй.

По органолептическим показателям молоко должно соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.[6]

Таблица 1 - Требования к молоку коровьему

Наименование показателя	Норма для молока сорта
	высшего	первого	второго
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

По физико-химическим показателям молоко должно соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели молока

Наименование показателя	Норма для молока сорта
	высшего	первого	второго
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/куб. м, не менее	1028,0	1027,0	1027,0
Температура замерзания, °С	Не выше минус 0,520

Массовые доли жира и белка в молоке должны соответствовать базисным нормам, установленными ГОСТ Р 52054. Базисная общероссийская норма массовой доли жира в молоке - 3,4 %, базисная норма массовой доли белка -

3,0 %.

Пересчет значения фактической массы нетто молока-сырья в значения условной массы нетто по базисной общероссийской норме массовой доли жира осуществляется по формуле:

, (1)

где М_м.б., М_м.ф. - масса молока базисной и фактической жирности, кг;

Ж_м.б., Ж_м.ф. - базисная и фактическая массовая доля жира, %.

Пересчет значения фактической массы нетто молока-сырья в значения условной массы нетто по базисной общероссийской норме массовой доли белка осуществляется по формуле:

, (2)

где Мм.б., Мм.ф. - условное и фактическое значение массы нетто молока- сырья, кг;

Бм.б. , Бм.ф. - базисная и фактическая массовые доли белка, %.

Пересчет значения фактической массы нетто молока-сырья в значения условной массы нетто одновременно по базисной общероссийской норме мас-совой доли белка и по базисной общероссийской норме массовой доли жира осуществляется по формуле:

, (3)

Определение массы нетто молока-сырья осуществляют объемным или весовым методом.[5]

Кислотность молока обусловливается главным образом наличием в нем кислых солей и белков. Ее выражают в показателях титруемой и активной кислотности.

Титруемая кислотность выражается в градусах Тернера (°Т). Под граду-сом Тернера понимают количество миллилитров 0,1 н раствора гидроксида натрия, которое расходуется на нейтрализацию (титрование) 100 мл молока, разбавленного вдвое водой.

Титруемая кислотность свежевыдоенного молока в среднем составляет от 16 до 18 °Т. Кислотность свежевыдоенного молока обусловливается наличием некоторых анионов фосфорной и лимонной кислот (Н2РО4, Н2Zit и др.), бел-ков (казеин и сывороточные белки) и диоксида углерода, находящегося в рас-творенном состоянии (СО2 + Н2О - НСО3 + Н⁺). Белки дают 4-5 °Т, дигидрофосфаты и дигидроцитраты - около 11 °Т, углекислый газ (СО₂) и другие составные части молока - 1-2 °Т.

Плотность молока - это один из основных комплексных показателей как безопасности, так и качества молока-сырья при выработке всех молочных продуктов. Плотность молока зависит от его химического состава, породы скота, рационов кормления (при скармливании сочных кормов плотность снижается, концентрированных - увеличивается), состояния здоровья животных (при лей-козе плотность молока снижается до 1023 кг/м³).

Температура замерзания молока пропорциональна его осмотическому давлению или концентрации растворенных частиц. Температура замерзания постоянное физико-химическое свойство молока, которое обусловлено его истинно растворимыми составными частями - лактозой и солями. Определение точки замерзания - единственно надежный способ проверки натуральности молока. Температура замерзания молока в зависимости от породы животных и региона обитания животных имеет колебания от -0,525 до -0,565 °С, сборного - в пределах от минус 0,530 до -0,550 °С. Наиболее часто встречающаяся температура замерзания молока, которую можно применять в качестве величины сравнения составляет -0,540 °С. По ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко натуральное коровье - сырье. Технические условия» температура замерзания молока - не выше минус 0,520 °С. Точка замерзания молозива более низкая, чем у молока, вследствие повышенного содержания солей и имеет значения от -0,570 до -0,580 °С.

Молоко плотностью 1026 кг/м3, кислотностью 15 или 21 °Т допускается принимать на основании стойловой пробы вторым сортом, если оно по остальным показателям соответствует требованиям действующего стандарта.

При приемке молока ежедневно в каждой партии определяют органолептические показатели, температуру, массовую долю жира, плотность, группу чистоты, термоустойчивость, температуру замерзания, а также не реже одного раза в 10 дней бактериальную обсемененность, содержание соматических клеток, наличие ингибирующих веществ; не реже двух раз в месяц - массовую долю белка; при подозрении на тепловую обработку - активность фосфатазы.

Периодичность контроля показателей качества молока при приемке устанавливают в соответствии с таблицей 3.[6]

Таблица 3 - Периодичность контроля качества молока при приемке

Контролируемый показатель	Периодичность контроля	Методы испытаний при повторном контроле
		по просьбе поставщика	в спорных случаях
Органолептические показатели	Ежедневно в каждой партии	ГОСТ 28283	ГОСТ 28283
Температура, °С	Ежедневно в каждой партии	ГОСТ 26754	ГОСТ 26754
Титруемая кислотность, °Т	Ежедневно в каждой партии	ГОСТ 3624	ГОСТ 3624, (2.2)
Массовая доля жира, %	Ежедневно в каждой партии	ГОСТ 5867	ГОСТ 22760
Плотность, кг/куб. м	Ежедневно в каждой партии	ГОСТ 3625	ГОСТ 3625, раздел 3
Группа чистоты	Ежедневно в каждой партии	ГОСТ 8218	ГОСТ 8218
Бактериальная обсемененность, КОЕ/г	Не реже одного раза в 10 дней	ГОСТ 9225	ГОСТ 9225
Массовая доля белка, %	Не реже двух раз в месяц	ГОСТ 25179	ГОСТ 23327
Температура замерзания, °С	Ежедневно в каждой партии	ГОСТ 25101	ГОСТ 30562
Наличие фосфатазы	При подозрении тепловой обработки	ГОСТ 3623	ГОСТ 3623
Группа термоустойчивости	Ежедневно в каждой партии	ГОСТ 25228	ГОСТ 25228
Содержание соматических клеток, тыс./куб. см	Не реже одного раза в 10 дней	ГОСТ 23453	ГОСТ 23453, раздел 3
Наличие ингибирующих веществ	Не реже одного раза в 10 дней	ГОСТ 23454	ГОСТ Р 51600

По микробиологическим показателям сырое натуральное молоко должно соответствовать следующим требованиям: количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (МАФАнМ) не должно превышать для молока высшего сорта 3*105 КОЕ/см³, первого сорта - 5*105 КОЕ/см³, второго сорта - 4*10б КОЕ/см³; число соматических клеток для молока высшего сорта - не более 5*105 в 1 см³, для молока первого и второго сорта - не более 1 *106 в 1 см³.[8]

1.2.2 Характеристика готовой продукции

Готовый продукт на предприятии подвергается технологическому и микробиологическому контролю. В соответствии с требованиями стандарта пастеризованное молоко должно иметь вкус и запах, свойственные свежему молоку, без посторонних привкусов и запахов; белый цвет со слегка желтоватым оттенком (для цельного молока); однородную консистенцию; не иметь осадка, белковых сгустков; массовая доля жира и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО) должна соответствовать виду молока и стандарту; кислотность в мелкой упаковке должна быть не более 21 °Т (для белкового не более 25 °Т), в крупной 22 °Т, степень чистоты не ниже I группы, температура не выше 8 °С.

Принятый режим пастеризации должен обеспечить получение молока со следующими бактериологическими показателями: общее количество бактерий пастеризованного молока группы А в бутылках и пакетах не более 50 000 в 1 мл, титр кишечной палочки не менее 3 мл; молока группы Б соответственно 100 000 и 0,3 мл, молока в крупной упаковке (не подразделяется на группы) не более 200 000 и 0,3 мл. Пастеризованное молоко не должно содержать патогенных микроорганизмов.[8]

Пастеризованное молоко различается по тепловой обработке, химическому составу, с внесением или без внесения наполнителей. Оно вырабатывается в следующем ассортименте: цельное (нормализованное и восстановленное), повышенной жирности, топленое, белковое, витаминизированное и нежирное. Основным видом является цельное молоко с массовой долей жира не менее 3,2 %, но выпускается также молоко с повышенной и пониженной массовой долей жира 4,0; 6,0; 3,5; 2,5; 1,0 %.[1]

1.3 Характеристики технологических процессов и оборудования

1.3.1 Технологический процесс производства пастеризованного молока

Современное производство молочных продуктов - сложный комплекс последовательно выполняемых взаимосвязанных химических, физико-химических, микробиологических, биохимических, биотехнологических, теплофизических и других процессов. При производстве питьевого молоко используются все составные части молока. Основная задача технологии и используемого технологического оборудования - максимально сохранить пищевую и биологическую ценность исходного сырья.

Технологический процесс - это непрерывный поток, в котором исходные материалы преобразуются в готовые изделия. Технологический процесс по производству молока, представленный на рисунке 1 имеет линейную структуру.[7]



Рисунок 1 - Технологическая схема производства молока пастеризованного

Нормализация

Нормализация - это регулирование состава сырья для получения готового продукта, отвечающего требованиям стандарта.

При нормализации исходного (цельного) молока по жиру могут быть два варианта: жира в цельном молоке больше, чем требуется в производстве, и жира в цельном молоке меньше, чем требуется. В первом варианте жир частично отбирают путем сепарирования или к исходному молоку добавляют обезжиренное молоко. Во втором варианте для повышения жирности исходного молока добавляют к нему сливки. Массы сливок и обезжиренного молока, необходимых для добавления к исходному молоку, рассчитывают по уравнениям материального баланса, который можно составить для любой составной части молока.

Один из простейших способов нормализации по жиру - нормализация путем смешивания в емкости рассчитанных количеств нормализуемого молока и нормализующего компонента (сливок или обезжиренного молока). Нормализующий компонент добавляют при тщательном перемешивании смеси в емкости.

Очистка молока

Очистку проводят для того, чтобы удалить механические загрязнения и микроорганизмы. Осуществляют очистку способом фильтрования под действием сил тяжести или давления и центробежным способом на сепараторах-молокоочистителях. При фильтровании молоко должно преодолеть сопротивление, оказываемое перегородкой фильтра, выполненной из металла или ткани. При прохождении жидкости через фильтрующую перегородку на ней задерживаются загрязнения в количестве, пропорциональном объему жидкости, прошедшей через фильтр.[2]

Периодически через каждые 15...20 мин необходимо удалять загрязнения из фильтра. Эффективность очистки в значительной мере зависит от давления, при котором происходит фильтрование. Обычно в цилиндрические фильтрационные аппараты молоко поступает под давлением 0,2 МПа. Фильтрационные аппараты с тканевыми перегородками имеют ряд недостатков: кратковременность безостановочной работы; необходимость частой разборки для промывки; возможность прорыва ткани; уменьшение производительности фильтров в зависимости от продолжительности работы.

Наиболее эффективна очистка молока с помощью сепараторов-молокоочистителей. Центробежная очистка в них осуществляется за счет разницы между плотностями частиц плазмы молока и посторонних примесей. Посторонние примеси, плотность которых больше, чем у плазмы молока, отбрасываются к стенке барабана и оседают на ней в виде слизи.

Молоко, подвергаемое очистке, поступает по центральной трубке, показанной на рисунке 2, в тарелкодержатель, из которого направляется в шламовое пространство между кромками пакета тарелок и крышкой. Затем молоко поступает в межтарелочные пространства и по зазору между тарелкодержателем и верхними кромками тарелок поднимается вверх и выходит через отверстия в крышке барабана. Процесс очистки начинается в шламовом пространстве, а завершается в межтарелочных пространствах.

Традиционно в технологических линиях центробежная очистка молока осуществляется при 35...45 °С, так как в этих условиях осаждение механических загрязнений более эффективно вследствие увеличения скорости движения частиц.

При центробежной очистке молока вместе с механическими загрязнениями удаляется значительная часть микроорганизмов, что объясняется различием их физических свойств. Бактериальные клетки имеют размеры 0,8...6 мкм, а размеры белковых частиц молока значительно меньше: даже наиболее крупные из них - частицы казеина - достигают размера 0,1...0,3 мкм.

Сепарирование

Сепарирование - это процесс разделения продукта на фракции с различной плотностью во вращающемся сепарирующем устройстве - барабане. Применение сепарирования позволяет получать сливки; высокожирные сливки; творог из смеси сыворотки и творожного сгустка; кристаллы лактозы из маточного раствора; биомассу бактерий, находящихся в молоке.

Физическая сущность процесса сепарирования молока, как и любой гетерогенной системы, заключается в осаждении дисперсной фазы в поле действия гравитационных и центробежных сил. Дисперсной фазой в молоке являются частицы молочного жира сферической формы.

Жировые шарики имеют меньшую плотность, чем молоко, поэтому онистремятся всплыть на поверхность. Процесс разделения, учитывающий микроскопические размеры и сферическую форму жировых шариков, хорошо моделируется уравнением Стокса в поле действия центробежных сил.

, (4)

где V - скорость подъема жирового шарика, м/с;

r - радиус жирового шарика, м;

p_п и p_ж - плотности плазмы и жирового шарика, кг/м³;

µ - вязкость молока, Па*с;

n - частота вращения барабана, с -¹;

R - средний радиус рабочей части тарелки сепаратора, м.

В соответствии с этим законом скорость выделения жировой фракции из молока находится в прямой зависимости от размеров жировых шариков, плотности плазмы молока, габаритов и частоты вращения барабана и в обратно пропорциональной зависимости от вязкости молока. С увеличением размеров жировых шариков и плотности плазмы молока ускоряется процесс сепарирования и отделения сливок. Чем выше содержание сухих обезжиренных веществ в молоке, тем выше плотность плазмы и цельного молока. Следовательно, молоко большей плотности будет иметь лучшие условия для сепарирования. Повышение вязкости молока приводит к снижению скорости выделения жировой фракции.[2]

Кроме того, существенное влияние на сепарирование оказывают кислотность и температура молока.

Повышение кислотности молока приводит к изменению коллоидного состояния его белков, сопровождающемуся иногда выпадением хлопьев; в результате нарастает вязкость, что затрудняет сепарирование.

Повышение температуры молока способствует снижению его вязкости и переходу жира в жидкое состояние, что улучшает сепарирование. Оптимальная температура сепарирования 35...45 °С. Нагревание молока до этой температуры обеспечивает хорошее обезжиривание. Схема работы сепарирующего устройства показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема работы сепарирующего устройства: а - молокоочистителя; б - сливкоотделителя

1 - исходное молоко; 2 - легкая фракция (очищенное молоко или сливки); 3 - частицы, образующие осадок; 4 - осадок (слизь); 5 - тяжелая фракция (обезжиренное молоко).

Гомогенизация

Гомогенизация - это обработка молока (сливок), заключающаяся в дроблении (диспергировании) жировых шариков путем воздействия на молоко значительных внешних усилий. Известно, что при хранении свежего молока и сливок из-за разницы в плотности молочного жира и плазмы происходит всплывание жировой фракции, или ее отстаивание. Скорость отстаивания жира зависит от размеров жировых шариков, вязкости, от возможности соединения жировых шариков друг с другом. Как известно, размеры жировых шариков колеблются в широких пределах - от 0,5 до 18 мкм. Согласно формуле Стокса скорость выделения (всплывания) жирового шарика прямо пропорциональна квадрату его радиуса. В процессе гомогенизации размеры жировых шариков уменьшаются примерно в 10 раз (размер - 1,0 мкм), а скорость всплывания их соответственно становится примерно в 100 раз меньше. В процессе дробления жирового шарика перераспределяется его оболочечное вещество. На построение оболочек образовавшихся мелких шариков мобилизуются плазменные белки, а часть фосфатидов переходит с поверхности жировых шариков в плазму молока. Этот процесс способствует стабилизации высокодисперсной жировой эмульсии гомогенизированного молока. Поэтому при высокой дисперсности жировых шариков гомогенизированное молоко практически не отстаивается.

Механизм дробления жировых шариков, схематично показанный на рисунке 3, заключается в следующем. В гомогенизирующем клапане на границе седла гомогенизатора и клапанной щели имеется порог резкого изменения сечения потока, а следовательно, и изменения скорости движения. При переходе от малых скоростей движения к высоким жировой шарик деформируется: его передняя часть, включаясь в поток в гомогенизирующей щели с большой скоростью, вытягивается в нить и дробится на мелкие капельки. Таким образом, степень раздробленности, или эффективность гомогенизации, зависит прежде всего от скорости потока при входе в гомогенизирующую щель, а следовательно, от давления гомогенизации, которое всегда определяет скорость.



Рисунок 3 - Схема дробления жировых шариков в клапанной щели гомогенизатора

d - диаметр отверстия в седле клапана; v₀ - скорость движения молока в клапане; v'₀ - скорость в пограничном сечении; р₀ - давление в клапане; v₁ - скорость движения в щели клапана; р₁ - давление в щели клапана; h - высота щели клапана.

С повышением давления усиливается механическое воздействие на продукт, возрастает дисперсность жира, а средний диаметр жировых шариков уменьшается. По данным ВНИКМИ, при давлении 15МПа средний диаметр жировых шариков составляет 1,43 мкм, а эффективность гомогенизации 74%, при давлении 20 МПа средний диаметр шариков уменьшается до 0,97 мкм, а эффективность возрастает до 80%. Повышения давления можно достигнуть, снабдив гомогенизатор двумя или тремя клапанами. Такие гомогенизаторы называют двух - или трехступенчатыми. Однако повышение давления приводит к увеличению расхода электроэнергии, поэтому оптимальное давление составляет 10...20 МПа. Рекомендуемое давление гомогенизации зависит от вида и состава изготовляемого продукта. С повышением содержания жира и сухих веществ в продукте следует применять более низкое давление гомогенизации, что обусловлено необходимостью снижения энергетических затрат.

Интенсивность гомогенизации возрастает с повышением температуры, так как при этом жир переходит полностью в жидкое состояние и уменьшается вязкость продукта. При повышении температуры снижается также отстаивание жира. При температурах ниже 50 °С отстаивание жира усиливается, что приводит к ухудшению качества продукта. Наиболее предпочтительной считают температуру гомогенизации 60...65 °С. При чрезмерно высоких температурах сывороточные белки в гомогенизаторе могут осаждаться.

Кроме того, эффективность гомогенизации зависит от свойств и состава продукта (вязкость, плотность, кислотность, содержание жира и сухих веществ). С повышением кислотности молока эффективность гомогенизации уменьшается, так как в кислом молоке снижается стабильность белков, и образуются белковые агломераты, затрудняющие дробление жировых шариков. При повышении вязкости и плотности молока эффективность гомогенизации также снижается.[2]

Пастеризация молока

Пастеризация молока - это тепловая обработка молока с целью уничтожения вегетативных форм микрофлоры, в том числе патогенных. Режим пастеризации должен обеспечить также получение заданных свойств готового продукта, в частности органолептических показателей (вкус, нужные вязкость и плотность сгустка). Эффект пастеризации, обусловленный степенью гибели патогенной микрофлоры, влияет на выбор режимов и способов пастеризации. Из патогенных микроорганизмов наиболее устойчивы к тепловой обработке бактерии туберкулеза. Поскольку работа по определению возбудителей туберкулеза сложна, то эффективность пастеризации принято определять по гибели не менее стойкой кишечной палочки. Эффект пастеризации зависит от температуры t и продолжительности тепловой обработки z, взаимосвязь которых установлена в виде следующего уравнения:



, (5)

где 36,84 и 0,48 - постоянные величины.

В зависимости от этих факторов различают три режима пастеризации: длительная пастеризация - при температуре 60...63 °С с выдержкой 30 мин; кратковременная - при 74...78 °С с выдержкой 20 с; моментальная - при температуре 85...87 °С или 95...98 °С без выдержки.

Выбор режимов пастеризации предопределяется технологическими условиями и свойствами продукта. При содержании в продукте компонентов, отличающихся низкой термоустойчивостью, следует применять длительную пастеризацию. Процесс длительной пастеризации хотя и обеспечивает надежное уничтожение патогенных микробов и наименьшее изменение физико-химических свойств молока, однако требует больших затрат, связанных с использованием малопроизводительного оборудования.[2]

Охлаждение молока

Качество молока, особенно его бактериологические показатели, в значительной степени зависит от длительности и температуры его хранения. Известно, что свежевыдоенное молоко содержит особые бактерицидные вещества, которые не только препятствуют росту бактерий, но и уничтожают их. В неохлажденном молоке быстро развиваются микроорганизмы, вызывающие его скисание. Так, при температуре 32 °С через 10 ч кислотность молока повышается в 2,8 раза, а число бактерий возрастает в 40 раз. В молоке, охлажденном до 12 °С, в течение 10 ч кислотность не увеличивается, а общее число бактерий изменяется несущественно. Значит, охлаждение молока - один из основных факторов, способствующих подавлению развития нежелательной патогенной микрофлоры и сохранению качества молока.

Размножение большинства микроорганизмов, встречающихся в молоке, резко замедляется при охлаждении его ниже 10 °С и почти полностью прекращается при температуре около 2...4 °С.

Оптимальные сроки хранения молока, охлажденного до 4...6 °С, не более 12 ч. При более длительном хранении молока в условиях низких температур возникают пороки вкуса и консистенции.

Технологическая схема производства питьевого молока в аппаратурном оформлении представлена на рисунке 3.

Рисунок 4 - Машинно-аппаратурная схема линии производства пастеризованного молока

1 - насос для молока, 2 - счетчик для молока, 3 - резервуар для молока, 4 - пластинчатая охладительная установка, 5 - уравнительный бачек, 6 - пластинчатая пастеризационное -охладительная установка, 7 - сепаратор, 8 - гомогенизатор, 9 - трубчатая пастеризационное - охладительная установка, 10 - резервуар для смешения.

При производстве цельного пастеризованного молока производят его очистку, нормализацию, гомогенизацию, пастеризацию, фасование.

Начальные стадии технологического процесса производства пастеризованного молока выполняются при помощи комплексов оборудования для приема, охлаждения, переработки, хранения и транспортирования сырья. Для хранения принимаемого молока используют металлические емкости (танки). Молоко и продукты его переработки перекачиваются насосами. Приемку сырья осуществляют при помощи весов (молокосчетчиков), сепараторов-молокоочистителей, пластинчатых охладителей, фильтров и вспомогательного оборудования.[3]

Ведущий комплекс линии состоит из подогревателей, сепараторов-сливкоотделителей, гомогенизаторов, пастеризаторов, охладителей и емкостей для хранения полуфабрикатов.

Завершающий комплекс оборудования линии обеспечивает фасование, упаковывание, хранение и транспортирование готовых изделий.

Устройство и принцип действия линии:

Вначале оценивается качество молока и производится его приемка, в процессе которой молоко перекачивается центробежными насосами 1 из автомолцистерн. Для определения количества молока на заводах используют устройства для измерения массы весы и объема расходомеры-счетчики 2. Масса принимаемого молока может устанавливаться также за счет использования емкостей 3 с тензометрическим устройством или путем использования тарированных емкостей.

Принятое молоко проходит первичную обработку, в процессе которой оно сначала очищается от механических примесей на фильтрах или сепараторах-молокоочистителях, а затем оно охлаждается до 4...6 °С на пластинчатых охладителях 4 и насосами 1 по трубам через уравнительный бачок 5 направляется в емкости хранения 3. Молоко с температурой не выше 10 °С допускается принимать без охлаждения. Охлажденное молоко хранится в емкостях 3 и нормализуется.[3]

С помощью нормализации доводят до требований стандарта содержание в молоке жира или сухих веществ. В зависимости от жирности исходного сырья и вида вырабатываемого молока для нормализации по содержанию жира используют обезжиренное молоко или сливки, по содержанию сухих веществ сухое обезжиренное молоко. На практике, как правило, приходится уменьшать жирность исходного молока.

Нормализацию молока проводят двумя способами: в потоке или путем смешивания. Для нормализации в потоке используют сепараторы-нормализаторы, в которых непрерывная нормализация молока совмещается с очисткой его от механических примесей.

Перед поступлением в сепаратор-нормализатор молоко предварительно нагревается до 40...45 °С в секции рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 6.

На предприятиях небольшой мощности молоко обычно нормализуют смешиванием в резервуарах 3. Для этого к определенному количеству цельного молока при тщательном перемешивании добавляют нужное количество обезжиренного молока или сливок, рассчитанное по материальному балансу. При производстве белкового молока используют сухое молоко, которое предварительно растворяют в емкости 10.

Для предотвращения отстоя жира и образования в упаковках сливочной пробки при производстве молока топленого, восстановленного и с повышенной массовой долей жира (3,5...6,0 %) нормализованное молоко подогревают до 40...45 °С и очищают на центробежных сепараторах-молокоочистителях 7 и обязательно гомогенизируют в гомогенизаторах 8 при температуре 45...63 °С и давлении 12,5... 15 МПа. Затем молоко пастеризуют при 76 °С (±2 °С) с выдержкой 15.. .20 с и охлаждают до 4...6°С с использованием пластинчатых пастеризационно-охладительных установок 6. Эффективность пастеризации в таких установках достигает 99,98 %.

При выработке топленого молока нагрев осуществляют при температуре 95...99 °С в трубчатых или пластинчатых пастеризаторах 9. Процесс топления молока проводят в закрытых емкостях 3 в течение 3.. .4 ч. После топления молоко охлаждают в пластинчатых пастеризационно-охладительных установках до температуры 4...6 °С.

Затем молоко при температуре 4.. .6 °С поступает в промежуточную емкость 5, из которой направляется на фасование. Перед фасованием выработанный продукт проверяют на соответствие требованиям стандарта.[3]

Пастеризованное молоко выпускают в стеклянных бутылках и бумажных пакетах, мешках из полимерной пленки, а также во флягах, цистернах с термоизоляцией, контейнерах различной вместимости. Фасование молока в мелкую упаковку проводится на автоматических линиях большой производительности, состоящих из нескольких машин, соединенных между собой конвейерами.

Линии по фасованию молока в стеклянные бутылки имеют производительность от 2000 до 36 000 бутылок в час. Заполнение молоком по уровню осуществляется с помощью фасовочной машины карусельного типа, укупоривание бутылок алюминиевыми колпачками производится на укупорочной машине. Затем бутылки автоматически укладываются в ящики.

Все шире используется для фасования пастеризованного молока тара разового потребления полиэтиленовые мешки, бумажные пакеты. Такая тара значительно легче, компактнее, исключает сложный процесс мойки, гигиеничнее, удобнее для потребителя и транспортирования, требует меньших производственных площадей, трудовых и энергетических затрат.

Бумажные пакеты имеют форму тетраэдра (тетра-пак), снаружи покрыты парафином, внутри полиэтиленом: формы бруска (брик-пак) с двусторонним покрытием полиэтиленом и применением аппликаторной ленты, что обеспечивает большую прочность швов по сравнению с пакетами тетра-пак.

В пакеты тетра-пак молоко фасуют на машинах, которые из движущейся и стерилизуемой (бактерицидной лампой) бумажной ленты сваривают рукав, заполняемый молоком. Через определенные промежутки времени зажимы с нагревателями пережимают рукав, образуя гирлянду пакетов с молоком, которые разрезают и ставят в корзину.

Для фасования молока во фляги применяют машины, работающие по принципу объемного дозирования. Цистерны наполняют молоком до специальных меток или с помощью молокосчетчиков.[3]

Тару, в которой выпускают пастеризованное молоко, обязательно пломбируют и маркируют. На алюминиевых капсулах тиснением, на пакетах, этикетках и бирках для фляг и цистерн несмывающейся краской наносят маркировку: наименование предприятия-изготовителя, полное наименование продукта, объем в литрах (на пакетах), число или день конечного срока реализации, номер ГОСТа.

Хранят пастеризованное молоко при температуре 0...8 °С в течение 36 ч с момента окончания технологического процесса. Фасованное молоко должно иметь температуру не выше 7 °С и может быть сразу, без дополнительного охлаждения, передано в реализацию или направлено на временное хранение сроком не более 18 ч в холодильные камеры с температурой не выше 8°С и влажностью 85...90 %.[3]

В торговую сеть и предприятия общественного питания пастеризованное молоко доставляют специальным автотранспортом с изотермическими или закрытыми кузовами.

1.3.2 Характеристика используемого оборудования

Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С изображенный на рисунке 3 состоит из станины 17 с приводным механизмом, приемно-отводящего устройства 12, гидроузла, чаши станины с приемником осадка 7, глушителя, пробки спуска масла 1, указателя уровня масла 2, горизонтального вала 3, тахометра 4, пробки залива масла 5, трубки подвода воды в сепарирующее устройство 6, зажима 8, гайки 9, крышки 11, штуцера подвода воды 16, вертикального вала 15, а также из пульта управления. [7]

Молоко подается по трубопроводу и центральной трубке 15 приемно-отводящего устройства во вращающееся сепарирующее устройство 10. В это время поршень сепарирующего устройства закрыт. В полости под поршнем находится вода. При работе сепаратора происходит незначительное ее вытекание из сепарирующего устройства и патрубка станины при подпитке. Для герметизации системы поршень поджимается к прокладке силой гидростатического давления. Молоко подается в сепарирующее устройство, проходит через отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы пакета, распределяется в межтарелочных пространствах, разделяясь на сливки, оттесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняемое к периферии сепарирующего устройства. Сливки и обезжиренное молоко выводятся через камеры напорных дисков 13 и 14.

Твердые частицы и тяжелые примеси, выделяющиеся из молока, поступают в периферийный объем сепарирующего устройства, где происходит их накопление и уплотнение. Во избежание потерь молока применяют только частичную выгрузку осадка при открытии каналов.[7]

Рисунок 5 Сепаратор ОСН-С с пульсирующей выгрузкой осадка

Разгрузку сепараторов осуществляют в один или два этапа. При одноэтапной разгрузке осадок выгружается без перекрытия устройства для подачи исходного продукта. Однако во избежание потерь продукта в период раскрытия сепарирующего устройства выгружается не весь осадок, а лишь его часть. При двухэтапной разгрузке сначала перекрывается устройство для подачи исходного продукта и удаляется жидкость из межтарелочного пространства, а затем уже открываются щели для выгрузки, в результате чего осадок выбрасывается из сепарирующего устройства в приемник под действием центробежной силы.

Гомогенизатор К5-ОГА-10 изображенный на рисунок 4 предназначен для дробления и равномерного распределения жировых шариков в молоке и жидких молочных продуктах, а также в смесях для мороженого.

Он представляет собой пятиплунжерный насос высокого давления с гомогенизирующей головкой. Он состоит из станины 1 с приводом, кривошипно-шатунного механизма 5 с системами смазки и охлаждения, плунжерного блока 14 с гомогенизирующей 13 и манометрической 12 головками и предохранительным клапаном. Внутри плунжерного блока 14 имеется плунтер 15, соединенный с ползуном 11. Привод гомогенизатора осуществляется от электродвигателя 17 через ведущий 20 и ведомый 21 шкивы и клиноременную передачу. Внутри станины 1 шарнирно закреплена плита 18, положение которой регулируется винтами 2. Станина установлена на шести варьируемых по высоте опорах 19.

Кривошипно-шатунный механизм 5 состоит из литого чугунного корпуса, коленчатого вала 7, установленного на двух роликоподшипниках, шатунов 8 с крышками 6 и вкладышами 9, ползунов 11, шарнирно соединенных с шатунами 8 при помощи пальцев 70, стаканов и уплотнений.[7]



Рисунок 6 Гомогенизатор К5-ОГА-10

Внутренняя полость корпуса кривошипно-шатунного механизма является масляной ванной. В задней стенке корпуса смонтированы указатель уровня масла 4 и сливная пробка 3. В корпусе, представляющем собой резервуар с наклонным дном, размещены кривошипно-шатунный механизм 5, система охлаждения, масляный сетчатый фильтр и маслонасос 22.

Гомогенизатор имеет принудительную систему смазки наиболее нагруженных трущихся пар, которая применяется в сочетании с разбрызгиванием масла внутри корпуса. Охлаждение масла проводится водопроводной водой посредством змеевика 16 охлаждающего устройства, уложенного на дне корпуса, а плунжеры охлаждаются водопроводной водой, попадающей на них через отверстия в трубе. В системе охлаждения установлено реле протока, предназначенное для контроля за протеканием воды.[7]

Регулированием давления пружины на клапан достигается оптимальный режим гомогенизации для различных продуктов.

Пластинчатые теплообменники изображенные на рисунке 5 монтируют на раме, состоящей из верхнего и нижнего несущих брусов, которые соединяют стойку с неподвижной плитой. По направляющим стяжным шпилькам перемещается подвижная плита. Между подвижной и неподвижной плитами располагается пакет стальных штампованных гофрированных пластин, в которых имеются каналы для прохода теплоносителей. Уплотнение пластин достигается с помощью заглубленных прокладок, которые могут выдерживать высокие рабочие давления. Теплоносители к каналам, образованным пластинами, проходят по чередующимся каналам сквозь разделенные прокладками отверстия.[7]

Пластинчатые теплообменники используют в качестве нагревателей, холодильников, а также комбинированных теплообменников для пастеризации (например, молока) и стерилизации (мелассы). Эти теплообменники можно собирать в виде многоступенчатых агрегатов. Пластинчатые теплообменники компактны, обладают большой площадью поверхности теплопередачи, что достигается гофрированием пластин.

Рисунок 7 Пластинчатый теплообменник

1 верхний несущий брус; 2 неподвижная плита; 3 пластина; 4 подвижная плита; 5 нижний несущий брус; 6 направляющая стяжная шпилька; 7 стойкаобразными пластинами, проходят по чередующимся каналам сквозь разделенные прокладками отверстия.



Значительная эффективность обусловлена большой величиной отношения площади поверхности теплопередачи к объему теплообменника. Это достигается благодаря высоким скоростям теплоносителей, а также турбулизации потоков гофрированными поверхностями пластин и низкому термическому сопротивлению стенок пластин.

Эти теплообменники изготовляют в виде модулей, из которых может быть собран теплообменник с площадью поверхности теплопередачи, необходимой для осуществления технологического процесса.

К недостаткам относятся сложность изготовления, возможность забивания поверхностей пластин взвешенными в жидкости твердыми частицами.

Теплообменники с ребристыми поверхностями теплообмена позволяют увеличить площадь поверхности теплопередачи со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи.[7]

Оборудование, используемое для производства пастеризованного молока, и его технические характеристики представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Технологическое оборудование

Наименование оборудования	Тип марка	Производительность	Габариты, мм.	Занимаемая площадь	Количество оборудования	Общая площадь, м2
			длина	ширина	высота
Оборудование для производства пастеризованного молока
пластинчатый охладитель	ОП-1000М	1000 л\ч	850	500	1300	0,425	1	0,425
резервуар	РМ-В-2	2 м3 2000 л	1510	1510	2110	2,28	3	6,84
резервуар	РМ-В-1	1м3 1000 л	1265	1265	1845	1,61	1	1,61
насосы	Г2-ОПА	6 м3\ч 6000 л\ч	515	310	390	0,16	3	0,48
насос шестереночный							1
пластинчатая пастеризационно охладительная установка	ПМР-0,2Вт	1200 л\ч	1900	1200	1200	2,1	1	2,1
сепаратор	ОСПЦ-1,5М	1200 л\ч	700	500	1140	0,35	1	0,35
гомогенизатор	П8-ГМ-1,25/20	1,25 м3\ч 1250 л\ч	780	660	1240	0,52	1	0,52
линия по розливу молока в пакете по 1л.	РТ-УМ-21Ж	50 уп\мин	1200	720	1500	0,865	1	0,865
промежуточная емкость	10.03пр-0,6	0,6 м3 600 л				0,768	1	0,768
счетчик-расходометр РМ-5П
Всего		14,12

1.4 Характеристика ТОУ как объекта управления

Целью управления технологическим процессом производства пастеризованного молока является повышение общего его продуктивности, обеспечение нормального и безаварийного протекания данного процесса на всех его стадиях, оперативное и гибкое влияние на изменение параметров технологического процесса. Кроме того, реализация системы управления на современной элементной базе с использованием новых контроллеров позволит более гибко управлять процессом производства пастеризованного молока и также осуществлять правильный контроль над технологическими параметрами на рабочем месте.

Для характеристики технологического процесса производства пастеризованного молока приводится три группы технологических показателей:

1 группа - входные переменные. К ним относятся характеристика исходного сырья (качество коровьего молока), масса молока, массовая доля жира и белка, кислотность, плотность, вязкость, температура замерзания молока.

2 группа - переменные состояния X(t). Это такие характеристики, как температурные режимы и продолжительность процессов сепарирования, гомогенизации, пастеризации и охлаждения, скорость выделения жирового шарика, продолжительность тепловой обработки, производительность оборудования по очистке коровьего молока, частота вращения барабана сепаратора, объем резервуаров для молока.

3 группа - выходные переменные. Переменные, характеризующие готовую продукцию: заданный состав пастеризованного молока, определенные бактериологические показатели.

Выделим среди перечисленных переменных те, которые могут характеризовать состояние технологического процесса, вектор управления и вектор возмущения.

Управляющее воздействие U(t) - это воздействие, поступающее от управляющего устройства на вход объекта для обеспечения в нем желаемого процесса или для достижения цели управления. Управляющее воздействие составляют масса молока, температурные режимы, давление и продолжительности всех процессов.

Воздействие, приложенное к объекту и вызывающее отклонение управляемого параметра от заданного значения, называется возмущающим воздействием f(t), оно оказывает существенное влияние на технологический процесс. При производстве пастеризованного молока возмущающими воздействиями являются качество коровьего молока, производительность оборудования. [9].

...