Влияние качества сырья и технологических параметров на качество йогурта

Внутрирезервуарная пропеллерная мешалка обеспечивает эффективное смешивание порошка в резервуаре, что обеспечивается предусмотренной системой перемешивания.

Для растворения сахарного песка и стабилизатора, а также для растворения СОМ выбираем емкостные аппараты марки ВДП. Емкостные аппараты ВДП представляют собой термоизолированные резервуары из нержавеющей стали с мешалкой, снабженные устройствами для залива и слива продукта, датчиком контроля уровня, пультом управления. Пропеллерная мешалка обеспечивает однородность условий по всему объему приготавливаемого продукта. Нагрев, термостатирование продукта обеспечивается поддержанием необходимой температуры встроенными ТЭНами, которые расположены в пространстве между наружной и внутренней ваннами резервуара - водяной рубашке. Охлаждение производится проточной водой. Технические характеристики емкостных аппаратов ВДП представлены в таблице 2.19.

Таблица 2.19 Технические характеристики емкостных аппаратов ВДП

Наименование	ВДП -300	ВДП-600	ВДП-1000
Рабочая емкость, л	300	600	1000
Поверхность нагрева, м2	23	26	8
Частота вращения мешалки с /об	2,6 - 2,7
Занимаемая площадь, м2	1,2	1,8	2,0
Масса, кг	165	230	390

На производстве установлен емкостной аппарат ВДП-300, который обладают меньшей емкостью, но достаточной для данного производства, что позволяет экономить производственные площади

На стадии сквашивания установлен емкостный аппарат для производства кисломолочных напитков Я1-ОСВ-5. Резервуар состоит из корпуса, мешалки, привода, моечного устройства, крышки люка, датчиков верхнего и нижнего уровней, крана отбора проб, термометра сопротивления, стеклянного термометра и регулируемых опор. Корпус представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с днищем и крышкой, теплообменной рубашкой в виде змеевика и патрубками подвода и отвода тепло хладагента. Корпус термоизолирован фенолформальдегидным пенопластом и облицован тонколистовой сталью. К нижнему днищу приварены регулируемые опоры. Мешалка, установленная вертикально, имеет форму трубчатого контура с диагональной лопастью. В нижней части мешалка опирается на подшипник скольжения.

Привод представляет собой плиту с установленным на ней мотор редуктором. Моечное устройство состоит из двух головок, вращающихся во взаимно перпендикулярных плоскостях, каждая из которой имеет изогнутые трубки, создающие при вытекании на них жидкости реактивную силу, вращающую головки. Заполнение и опорожнение резервуара продуктом осуществляется через патрубок, расположенный в нижней части корпуса. Для контроля температуры продукта в нижней части корпуса установлены стеклянный термометр и термометр сопротивления. Для определения верхнего уровня продукта в верхней части корпуса установлены датчики верхнего уровня, для сигнализации опорожнения - датчик нижнего уровня,

Для взятия пробы продукта в целях определения его кислотности лабораторным способом в цилиндрической части резервуара предусмотрен кран. В резервуаре имеется люк, закрываемый крышкой посредством защелки. У крышки люка установлен конечный выключатель. На верхней крышке резервуара расположен патрубок для подсоединения к внешней охладительной установке.

Система охлаждения в виде замкнутой спиральной рубашки позволяет прокачивать тепло - и хладагенты под избыточным давлением, что повышает эффективность теплообмена и упрощает проектные решения по обвязке резервуаров у потребителя трубопроводами тепло хладагентов. Технологический процесс включает в себя следующие операции: заполнение резервуара продуктом до определенного уровня; введение в продукт закваски (при необходимости); перемешивание продукта; сквашивание или созревание продукта; охлаждение готового продукта. Резервуар оснащен средствами контроля, автоматического и дистанционного управления технологическими процессами, что позволяет обеспечить минимальную трудоемкость эксплуатации и высокое качество вырабатываемых продуктов /40/. Техническая характеристика емкостного аппарата для производства кисломолочных напитков Я1-ОСВ-5 представлена в таблице 2.20.

Таблица 2.20 Техническая характеристика емкостного аппарата Я1-ОСВ-5

Техническая характеристика	Показатели
Рабочая вместимость, м3	6,3
Внутренний диаметр, мм	2000
Условный проход патрубка наполнения-опорожнения, мм	50
Установленная мощность электродвигателя, кВт	0,75
Занимаемая площадь, м2	5,35
Вместимость рабочая на единицу занимаемой площади, м3/м2 не менее	1,17
Высота без привода, мм	3230
Масса, кг, не более	1500
Коэффициент автоматизации	0,8
Удельное потребление электроэнергии, кВтч/м3	0,02
Удельная материалоемкость, кг/м3	238
Удельная металлоемкость, кг/ м3	209

Заквасочники предназначены для приготовления производственной закваски чистых культур молочнокислых бактерий при производстве кисломолочных продуктов путем пастеризации молока, его сквашивания и охлаждения закваски. На производстве используется приводной заквасочник АПЗ-300. Заквасочник представляет собой цилиндрическую ванну, заключенную в корпус, покрытый с наружной стороны теплоизоляционным материалом и защитным кожухом. Для наполнения молоком внутренней ванны заквасочника имеется патрубок, а для слива - выпускной кран Dу50. В межстенном пространстве установлен змеевик, коллектор которого выведен на корпус. Под дном ванны, внутри корпуса, размещено паровое устройство. Для подъема и поворота крышки в верхней части корпуса расположен механизм, жестко соединенный с несущей пластиной. На пластине смонтирован привод двухлопастной мешалки, лопасти которой шарнирно соединены с коромыслом ведущего валика. Теплоносителем является горячая вода и пар, хладоносителем - ледяная вода /40/.

Оборудование для дробления жировых шариков

Гомогенизаторы используются главным образом для получения стабильных эмульсий типа "жир в воде", чтобы предотвратить отстой жира.

Процесс гомогенизации был изобретен Голеном в 1899 г., описавшим его как "фиксацию смеси жидкостей". Вместе с тем основное действие гомогенизатора заключается в дроблении жировых шариков и получении шариков меньшего диаметра. В результате гомогенизации уменьшается тенденция жировых шариков к слипанию и образованию скоплений. Такой результат достигается "продавливанием" с большой скоростью цельного жирного молока через узкую щель.

В настоящее время считается, что уменьшение размеров жировых шариков в молоке при гомогенизации происходит благодаря турбулентности потока или кавитации. В ранее существовавшей теории предполагалось, что энергия диссипации жидкости генерирует турбулентные вихри, а высокая энергия турбулентности и разностей давления на тех или иных участках приводит к разрыву капель на куски, уменьшая их средний размер.

По другой теории (теории кавитации) из-за большого скачка давления при прохождении клапана жидкость подвергается сильной кавитации. Когда падение давления достаточно велико, давление пара в жидкости превышает давление окружающей среды, вызывая образование пузырьков пара (и образование полостей в жидкости). Когда такие кавитационные пузырьки лопаются (то есть полости разрушаются), в жидкости генерируются ударные волны, которые раздробляют жировые шарики.

Принцип работы гомогенизатора следующий. Негомогенизированный продукт из цилиндра насоса проходит через седло клапана со сравнительно низкой скоростью (например, 3,1…6,1 м/с), но при высоком давлении (20,7 МПа). Давление оказывает возвратно-поступательный насос, а сопротивление вытеканию оказывает клапан, который с силой прижимается к седлу. Возвратно-поступательный насос создает относительно постоянный поток и может обеспечить требуемое давление при открытии и закрытии клапана. При увеличении скорости потока продукта между седлом и клапаном давление резко падает (происходит скачок давления). Затем жидкость ударяется в рабочее кольцо и распыляется как гомогенизированный продукт.

Гомогенизаторы классифицируют:

высокого давления;

роторно-кавитационные;

погружные;

вертикальные многоступенчатые /7/.

Гомогенизаторы высокого давления обычно применяются, когда требуется высокоэффективная гомогенизация. В связи со значительным влиянием гомогенизации молочной основы на качество йогурта различают одно- или двухступенчатую гомогенизацию. Двухступенчатая гомогенизация применяется для высокожирных йогуртов. Поскольку большинство изготавливаемых в различных странах мира йогуртов имеют жирность не более 3,0 г/100 г, то чаще применяют одноступенчатую гомогенизацию. При одноступенчатой гомогенизации рекомендуется увеличить давление до 30 МПа; тем не менее установлено, что циркуляция молока через одноступенчатый гомогенизатор до четырех раз при давлении 20 МПа повышает стойкость гелей, а уменьшение диаметра жировых шариков с 1,8 мкм до 1,1 мкм вызывает повышение стойкости продукта в два раза;

Рекомендуют проводить гомогенизацию молочной основы после тепловой обработки. Это приводит к достижению более высокой стойкости продукта, так как во время образования новых жировых шариков гомогенизатор благодаря действию поверхностно-активных сил вызывает разрывы казеиновых мицелл; во время окисления в процессе сквашивания гидрофобные взаимодействия приводят к образованию более стабильной белковой системы /7/.

В таблице 2.21 приведена технологическая характеристика наиболее широко применяемых в молочном производстве отечественных гомогенизаторов.

Таблица 2.21 Техническая характеристика отечественных гомогенизаторов

Показатель	К5-ОГА-1,2	А1-ОГМ-2,5	К5-ОГА-10	А1-ОГМ
Производительность, л/ч Рабочее давление, МПа	1200 20	2500 20	10000 20	5000 20
Рабочее давление, МПа Температура продукта, поступающего на гомогенизацию, єС Электродвигатель: мощность, кВт частота вращения, (об/мин) Частота вращения коленчатого вала, (об/мин) Количество плунжеров Ход плунжера, мм Число ступеней гомогенизации	20 45…85 11 16,7 5,65 3 40 2 965Ч930Ч1400 850	20 45…85 18,5 12,5 4,33 3 40 2 1430Ч1110Ч1640 1610	20 45…85 75 12,5 6 5 70 2 1800Ч1500Ч1900 4000	20 45…85 37 16,7 5,85 3 60 2 1480Ч1110Ч1640 1710

Преимущества гомогенизаторов иностранного производства: широкий выбор производительностей и давления гомогенизации; низкий уровень шума; использование стали AISI316L; самоцентрирующиеся плунжеры; асептическое исполнение для UHT процессов; регулируемая производительность; исполнение узлов по IP67; автоматическая регулировка производительности в зависимости от технических требований (давление, температура, вязкость); сертификация по ISO 9001.

Гомогенизаторы YUMIX по многим параметрам превосходят зарубежные образцы и не имеет российских аналогов. Их технические характеристики представлены в таблице 2.22.

Таблица 2.22 Технические характеристики гомогенизаторов YUMIX

Наименование	YUMIX V 5,5	YUMIX V 7,5	YUMIX V 11	YUMIX V 15
Подача номинальная, м3/ч	5 - 13
Напор, м. вод ст., не менее	140	180	200
Количество ступеней	15	17	19	19
Максимальная потребляемая мощность, кВт	5,5	7,5	11	15
Рабочая температура, °С	До 120
КПД насосной части, %, не менее	50
Уровень звука, дБ	65
Число оборотов электродвигателя, (об/мин)	3000

На производстве установлен гомогенизатор А1-ОГМ, предназначенный для получения тонкоизмельченного однородного продукта. Он состоит из электродвигателя, станины, кривошипно-шутанного механизма с системами смазки и охлаждения, плунжерного блока с гомогенизирующей и манометрической головками и предохранительным клапаном.

В проекте предлагается установить гомогенизатор иностранного производства YUMIX V 5,5. Гомогенизатор YUMIX V 5,5 представляет собой многоступенчатый гомогенизатор, 15 ступеней. Продукт, переходя из ступени в ступень, постепенно измельчается и смешивается до нужной степени гомогенизации (2...5 мкм). В стандартной комплектации скорость вращения ротора может достигать до 3000 об/мин. Гомогенизатор может быть доукомплектован преобразователем частоты вращения, установка которого позволяет добиться увеличения скорости вращения до 6000 об/ мин. Более высокая степень защиты от потерь через уплотнения. Имеет возможность подключения к однофазной или трехфазной сети. Все части гомогенизатора, контактирующие с продуктом, изготовлены из высококачественной пищевой нержавеющей стали AISI 304, AISI 316, установлено импортное торцевое уплотнение, имеющее увеличенный ресурс, отсутствие быстроизнашиваемых деталей.

Достоинства данного гомогенизатора:

уменьшения размеров жировых шариков, что предотвращает отстой сливок, йогурт получается более насыщенного цвета, повышенной сопротивляемости масложировой эмульсии к расслоению, увеличения срока хранения молочных и кисломолочных продуктов.

Оборудование для пастеризации

Как нагревание молочной основы, так и охлаждение сгустка основываются на одном и том же фундаментальном явлении термодинамики - передаче теплоты. В общем случае теплота передается от более теплой среды к более холодной, и чем выше разность температур между этими двумя средами, тем интенсивнее передается теплота. Теплопередача может происходить за счет теплопроводности, конвекции или излучения (табл.2.23).

Таблица 2.23 Виды теплопередачи и факторы, влияющие на теплопроводность

Способ передачи тепла	Факторы, влияющие на эффективность процесса
Теплопроводность - это передача тепловой энергии от одной молекулы к другой; этот процесс происходит в твердых телах или в находящихся в покое слоях жидкости, где отсутствует течение или перемешивание в направлении передачи тепла	Площадь Толщина слоя Разность температур
Конвекция - это передача тепловой энергии за счет перемещения массы; это происходит, когда частицы с высокими температурами смешиваются с частицами с низкими температурами	То же, что указано выше Движение жидкости Параметры жидкости (толщина слоя, вязкость, турбулентность, скорость потока и температура)
Излучение - это испускание тепловой энергии в виде излучения (горячего или холодного) через абсолютный	Поверхностные свойства тела Температура тела
вакуум, в котором электромагнитное излучение тела заставляет молекулы колебаться и испускать лучевую энергию

В молочной промышленности наибольшее значение имеют первые два процесса. Передача тепла может быть либо непосредственной, либо косвенной, однако на практике второй способ распространен более широко.

Оборудование, которое может быть использовано для тепловой обработки, предназначено для ведения:

периодических процессов (например, емкостные пастеризаторы или универсальные резервуары), в которых молоко может быть нагрето путем непосредственного введения пара в молоко, или косвенно одним из следующих методов: а) вводом пара в рубашку (что обеспечивает отличную теплопередачу, но может привести к значительному денатурированию белков молока из-за местного нагрева в пристенном слое), и б) вводом пара в водяную рубашку (эта система нагрева широко распространена); можно применить также другой способ нагрева воды - с помощью газа или электричества, причем такой способ весьма распространен на малых предприятиях;

непрерывных процессов (пластинчатые, трубчатые теплообменники) в которых молоко нагревается косвенным методом с использованием в секции нагрева теплообменника либо пара (при пониженном давлении), либо горячей воды /7/.

По виду источника энергии различают паровые, электрические и комбинированные аппараты; по профилю поверхности рабочих органов - трубчатые и пластинчатые; по конструкции - однорядные и многорядные (пакетные); по числу секций - односекционные и многосекционные; по конструкции пластин - ленточно-поточные и сетчато-поточные /8/.

Технические характеристики некоторых типов пастеризационных установок приведены в таблице 2.24.

Таблица 2.24 Техническая характеристика установок

Показатель	А1-ОПК-5	ТПУ-5	ОПЛ-10
Производительность, л/ч Температура молока, °С: поступающего в аппарат пастеризации охлаждения Время выдержки при температуре пастеризации, с Коэффициент регенерации, % Вид теплоносителя: Первичный Вторичный Давление пара в магистрали, МПа Расход пара, кг/ч Температура горячей воды, °С Рабочее давление в аппарате, МПа Поверхность теплообмена пластины, м2 Поверхность теплообмена, м2 Число пластин в секциях, шт.: регенерации I регенерации II пастеризации нагрева Общее число пластин в аппарате, шт. Количество цилиндров Потребление за час работы: пара, кг электроэнергии, кВт Мощность установленных электродвигателей, кВт	5000 5…10 90…95 22…50 300…340 87 пар горячая вода 0,3 186...112 93...98 0,3 0,2 22,2 46 18 38 9 111 86 12,0 13,0 18 2100x700x1450	5000 80…95 5 60 пар пар 700 4,5 2 1,5 7,2	10000 5…10 90…95 20…50 0,7 пар горячая вода 350 93…98 0,35 0,4 15 49 9 121 21,2 2500Ч1800Ч1600

На производстве установлена трубчатая пастеризационная установка ТПУ-5. Преимуществами трубчатых пастеризационных установок, по сравнению с пластинчатыми, являются значительно меньшее количество и размеры уплотнительных прокладок, а недостатками - большие габариты и высокая металлоемкость. Трубчатые установки эффективны в том случае, если последующий процесс обработки молока проводят при температуре, незначительно отличающейся от температуры пастеризации. На производстве гомогенизация происходит после пастеризации при температуре пастеризации, но высокая температура при гомогенизации молока отрицательно отражается на качестве продукта.

В данном диплом проекте предлагается использовать установку пастеризационно-охладительную пластинчатую А1-ОПК-5. Она предназначена для тепловой обработки молока при производстве кисло-молочных продуктов. Пластинчатый аппарат смонтирован на станине, установленной на ножке, и имеет четыре секции: две секции регенерации, пастеризации и нагрева. Секции собраны из теплообменных рифленых пластин из листовой нержавеющей стали. Каждая секция отделена от другой разделительной плитой. Герметичность в аппарате создается за счет поджатая пластин зажимным устройством, установленным на нажимной плите. Сырое молоко подается в секцию регенерации, в которой нагревается пастеризованным горячим молоком до 55...60° и поступает в сепаратор-молокоочиститель. После очистки молоко поступает в секцию регенерации и затем в гомогенизатор. Гомогенизированное молоко возвращается в секцию пастеризации, где нагревается горячей водой до 90...95 °С. Молоко, нагретое до температуры пастеризации, подается на охлаждение в секции регенерации и далее в секцию нагрева, где температура молока приводится в соответствие с оптимальной температурой в пределах 20...50 °С /37/.

Пастеризационно-охладительная пластинчатая установка по сравнению с трубчатой пастеризационной установкой, имеет ряд преимуществ:

малая рабочая вместимость, что позволяет приборам автоматики более точно отслеживать ход технологического процесса;

способность работать эффективно при минимальном тепловом напоре;

минимальные теплопритоки и потери теплоты и холода;

экономия теплоты в секциях регенерации;

малая установочная площадь;

возможность менять число пластин в каждой секции, что позволяет адаптировать аппарат к конкретному технологическому процессу;

возможность безразборной циркуляционной мойки аппаратуры /8/.

Выбор вспомогательного оборудования

Оборудование для сепарирования

Сепарирование молочного сырья в целях выделения жира происходит в сепараторах-сливкоотделителях. Конечные продукты сепарирования - сливки с различной массовой долей жира и обезжиренное молоко.

Сепараторы подразделяют по способам подачи молока в сепаратор и отвода продуктов сепарирования - открытые - молоко свободной струей льется в горловину барабана, продукты сепарирования через отверстия в барабане выбрасываются в кольцевые приемники - посуду сепаратора; полузакрытые - вход свободный, выход продуктов сепарирования - по закрытым коммуникациям под давлением; герметические - оборудованные системами подвода и отвода, полностью изолирующими молоко и продукты сепарирования от контакта с окружающим воздухом.

На линии производства биойогурта предлагаем установит сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С с использованием автоматической системы нормализации.

Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С состоит из станины с приводным механизмом, приемно-отводящего устройства, гидроузла, чаши станины с приемником осадка, глушителя, пробки спуска масла, указателя уровня масла, горизонтального вала, тахометра, пробки залива масла, трубки подвода воды в сепарирующее устройство, зажима, крышки, штуцера подвода воды, вертикального вала, а также пульта управления.

Молоко подается по трубопроводу и центральной трубке приемно-отводящего устройства во вращающееся сепарирующее устройство. 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 /40/.

Система регулировки параметров сливок - расходомер поддерживает постоянную массовую долю жира в сливках, выходящих из сепаратора. Регулятор соотношения в необходимой пропорции смешивает сливки с постоянной массовой долей жира с обезжиренным молоком. В результате получается нормализованное молоко с заданной массовой долей жира.

Оборудование для эмульгирования

Эмульгаторы и диспергаторы используются для улучшения растворения сухого молока, а также для лучшего перемешивания сырья. По принципу действия различают вихревой, центробежный, ультразвуковой эмульсоры, роторный и роторно-пульсационный диспергаторы /41/.

Диспергатор, он же роторно-пульсационный аппарат предназначен для приготовления высокодиспергированных, частично гомогенизированных жидких эмульсий и суспензий, многокомпонентных составов из трудно смешивающихся жидкостей.

Принцип действия диспергатора - создание высокодиспергированных сред из различных компонентов продукта из-за возникновения в процессе прохождения продукта через ротор/статор гидродинамического, кавитационного и акустического эффектов. Типичная схема подключения диспергатора - контур: диспергатор - молочная емкость. Такая схема позволяет растворять и перемешивать последовательно сухие компоненты с жидкими в различных молочных производствах.

Несомненное преимущество диспергаторов по отношению к гомогенизаторам - низкое энергопотребление, низкая стоимость. Недостаток - низкий уровень дробления жировых шариков молочного продукта.

Эмульгаторы и диспергаторы используются для улучшения растворения сухого молока, а также для лучшего перемешивания сырья. По принципу действия различают вихревой, центробежный, ультразвуковой эмульсоры, роторный и роторно-пульсационный диспергаторы.

В таблице 2.26 приведены технические характеристики диспергаторов.

Таблица 2.26 Техническая характеристика диспергаторов

Марка	Техническая характеристика
	Производительность, м3/час	Мощность, кВт	Диаметр патрубков, мм	Напор, м
РПА-0.8	0,8	3,0	35	8
РПА-1.5	1,5	3,0	35	8
РПА-5	5,0	4,0	35	8
РПА-15	15,0	7,5	50	10
РПА-25	25,0	11,0	50	10

На линии производства биойогурта установлен роторно-пульсационный диспергатор РПА-15.

Температура продукта в диспергаторе до 95 °С. Уплотнение вала двойное торцовое с подводом затворной жидкости от постороннего источника и ее отводом. Исполнение по материалу - сталь 12Х18Н10Т. Давление на входе в аппарат 0,05...0,5 кгс/см2. Роторно-пульсационные аппараты (РПА) сочетают в себе принципы работы диспергатора, гомогенизатора и центробежного насоса. Путем пульсационных, ударных и других гидродинамических воздействий, происходящих в РПА, изменяются физико-механические свойства производимых продуктов, снижается энергопотребление за счет интенсификации технологических процессов.

Высокий спрос на РПА обусловлен как высочайшей эффективностью процессов диспергирования и эмульгирования, так и оптимальным соотношением важнейших технических параметров (малые габариты и масса, широкий диапазон производительности, умеренная стоимость, простота конструкции и технического обслуживания, высокое качество проточной мойки и санитарной обработки, взаимозаменяемость пар трения торцевых уплотнений с насосным оборудованием) /42/.

Оборудование для удаления газов из сырья

Для удаления газов из сырья применяют воздухоотделители и деаэраторы. Деаэрация проводится с целью исключения попадания воздуха в пастеризационные установки, гомогенизаторы. Воздух, поступая с молочной смесью по давлением и повышенной температуре, может вызвать коррозию металла аппаратов.

В молочной промышленности в связи с ограничением по нагреву продукта и спецификой технологической обработки применяются исключительно деаэраторы вакуумного типа. В них состояние кипения продукта создается вакуумированием парогазовой смеси до давления насыщения и ниже при соответствующей температуре подачи продукта в деаэратор. Организация процесса распыления продукта в деаэраторе в основном выполняется по двум схемам:

при тангенсальной подаче в деаэратор, обеспечивающей образование пленки продукта, которая вращается по стенке аппарата (центробежно-пленочный деаэратор);

при подаче продукта в виде струй, распадающихся на капли (струйно-капельный деаэратор).

Центробежно-пленочный деаэратор обладает большими преимуществами по сравнению со струйно-капельным деаэратором: движение пленки по стенке аппарата и вращение столба продукта в нижней части корпуса обеспечивают перемешивание слоев продукта, что способствует более эффективному выделению растворенных газов; центробежный эффект обеспечивает отделение газовой фазы, образуемой в результате дисперсного механизма деаэрации /43/.

Для удаления растворенного воздуха или мелких пузырьков выпускают вакуумные деаэрационные установки типа П8-ОДУ.

Установки серии П8-ОДУ обеспечивают кроме дегазации удаление из молока посторонних запахов и привкусов (кормовые, силосные).

Основным рабочим органом этих установок является вакуумная камера.

На линии производства биойогурта после диспергатора для исключения процесса пенообразования установлена вакуумная центробежно-пленочная деаэрационная установка типа П8-ОДУ-3-5. Она снабжена вакуумным водокольцевым насосом типа ВВН. С помощью деаэрационной установки серии П8-ОДУ-З снижается содержание кислорода до минимума.

Для удаления растворённого воздуха или мелких его пузырьков из продукта применяют метод вакуумной дегазации. Предварительно нагретый продукт подается в расширительный сосуд, в котором создаётся разрежение, соответствующее кипению при температуре на 7…8 градусов ниже температуры предварительного нагрева. В условиях вакуума происходит кипение продукта, и растворённый воздух выделяется вместе с испарениями. Воздух вместе с газами удаляется из сосуда вакуумным насосом. Техническая характеристика деаэраторов приведена в таблице 2.27 /42/.

Таблица 2.27 Краткая техническая характеристика:

Марка установки	П8-ОДУ-3-5	П8-ОДУ-3-10
Производительность, л/час:	3000…5000	6000…10000
Температурные режимы в установке, єС	55…80	55…80
Разрярежение, МПа	-0,04...-0,06
Потребляемая мощность, кВт	5	7,8
Расход воды, м3/час	0,5…0,8	1…1,5
Габаритные размеры
длина, мм	2000	2460
ширина, мм	1000	1000
высота, мм	3800	4100
Масса установки, кг	600	750

Для быстрого и максимально полного удаления пены, выработанного воздуха и неконденсирующихся газов восстановленное молоко проходит через дегазатор, укомплектованный вакуумным водокольцевым насосом типа ВВН. Насосы ВВН по своим техническим параметрам почти в 2 раза эффективнее и экономичнее различных эжекционных устройств. При правильно подобранных режимах работы дегазатора содержащиеся в молоке газы удаляются практически полностью, и восстановленное таким образом молоко может быть сразу направлено для производства йогурта.

Предлагаю установить вакуумный водокольцевой насос ВВН1-1,5. Вакуум-насосы ВВН предназначены для создания вакуума в закрытых аппаратах (емкости). Вакуум-насосы ВВН по принципу действия являются водокольцевыми агрегатами, горизонтальные с осевым направлением газа через всасывающие и нагнетательные окна. Номинальная подача рассчитана при давлении всасывания в 0,04 МПа (60 % вакуума от барометрического давления). Машина в сборе с электродвигателем, установлена на горизонтальной плите. Валы соединены упругой муфтой закрытой кожухом. Технические характеристики вакуум-насосов представлены таблице 2.28 /43/.

Таблица 2.28 Технические характеристики вакуум-насосов

Марка	Подача м3/мин	Потребл. воды, л/мин	Потр. мощность, кВт.	Габарит, мм.	Вес, кг.
ВВН1-1,5	1,57	5	2,8	800х260х500	134
ВВН1-3	3,33	7	5,16	1195х385х755	280
ВВН1-6	6,20	13	9,6	1435х598х980	590
ВВН1-12	12,20	23	18,6	1840х710х1220	890

В молочной промышленности используются различные типы насосов, причем их выбор зависит от назначения. Для простоты технологическая линия может быть разделена на следующие участки: приемка молока и его подготовка; получение сгустка и обработка; смешивание фруктов с йогуртом и фасовка.

Физические характеристики и консистенция материалов на каждом участке различаются, и при этом важно, чтобы тип насоса соответствовал выполняемой им функции. Особенно это важно после формирования сгустка, поскольку любое слишком интенсивное механическое воздействие может в конечном итоге повлиять на вязкость продукта. В больших установках по производству йогурта молочную основу перекачивают через длинные трубопроводы с многочисленными клапанами (задвижками), через теплообменники, фильтры и другое оборудование, что может привести к большим перепадам давления. Поэтому насосы монтируются в разных частях установок, и чтобы избежать проблем, важно правильно выбрать типы насосов и места установки. Следует обратить внимание на следующие аспекты при выборе насоса: тип насоса; на какой линии всасывания или нагнетания он должен быть установлен; тип и размер насоса должны выбираться с учетом скорости потока, вида перекачиваемого продукта, вязкости, плотности, температуры, давления в системе и/или материала, из которого изготовлен насос.

В зависимости от вязкости перекачиваемого сырья или продукта, применяют следующие типы насосов: для маловязких молочных продуктов - центробежные лопастные и дисковые; для высоковязких молочных продуктов - объемные насосы с возвратно-поступательным движением рабочего органа (поршневые, плунжерные, мембранные) и с вращательным движением рабочего органа (шестеренные, шиберные и винтовые). В некоторых центробежных насосах вместо дисков применяются крыльчатки с изогнутыми лопастями. Такие насосы называются лопастными.

Для перекачивания молока установлен самовсасывающий жидкостно-кольцевой насос НЦС-12/10. Самовсасывающий жидкостно-кольцевой насос состоит из корпуса, внутри которого эксцентрично установлено рабочее многолопастное колесо. Колесо, посаженное на вал электродвигателя, с торцевой части закрыто крышкой. Перед пуском в насос заливают некоторое количество жидкости. После включения электродвигателя жидкость отбрасывается лопастями колеса к периферии и начинает вращаться, образуя жидкостное кольцо. Во время вращения рабочего колеса его лопасти последовательно выходят из жидкостного кольца. В образовавшиеся между лопастями пустые камеры поступает воздух из всасывающей линии через патрубок и окно. По мере вращения колеса лопасти снизу вверх входят в жидкостное кольцо. Свободные пространства между лопастями уменьшаются, и воздух вытесняется через окно и патрубок в нагнетательную линию. Таким образом, из всасывающей линии удаляется воздух, и в ней создается вакуум, необходимый для всасывания перекачиваемого продукта. Как только необходимый вакуум будет достигнут, в насос поступает перекачиваемый продукт /41/.

Технические характеристики самовсасывающих насосов представлены в таблице 2.29.

Таблица 2.29 Технические характеристики самовсасывающих насосов

Марка	Произв-ть, м3/ч	Мощность, кВт	Давление, МПа	Диаметр патрубков, мм	Габарит, мм	Вес, кг
Производства РФ и стран СНГ
НЦС-12/10	12	1,1	0,2	35	530Ч290425	30
Г2-ОПД	25	5,5	0,32	50	825Ч365Ч690	80
ОНЦ 1-12.5/10 С	12,5	2,2	0,10	35/50	620Ч300Ч550	35
ОНЦ1-20/20 С	20	5,5	0,2	50	755х358х660	55
Иностранного производства
Aspir	до 56	0,75...160	до 0.9	по запросу
LKHSP	0...85	1.5...22	0,1..0,7	по запросу

Для перекачивания готового продукта и закваски установлен винтовой насос ПВ 302. Йогурт с фруктами перемещается по непрерывному спиральному пути, не изменяя своего объема, и таким образом обращение со сгустком йогурта происходит очень осторожно, так что кусочки фруктов остаются неповрежденными. Характеристика винтового насоса ПВ 302: расход - 4,00 м3/ч; напор - 60 М; мощность - 0,75 КВт. Внутри корпуса расположен цилиндр с внутренней профилированной винтовой поверхностью, называемой обоймой. Внутри обоймы устанавливается однозаходный винт. Между обоймой и винтом образуются замкнутые полости, заполняемые в процессе работы насоса продуктом.

При вращении винта продукт перемещается вдоль его оси от всасывающего патрубка к нагнетательному. Продукт по трубам перемещается вследствие разности между давлениями, которая создается сжатым воздухом на напорном участке или разряжением в аппарате, куда поступает продукт /44/.

Оборудование для дозирования сырья

Основное назначение дозирующих устройств - обеспечить заданное количество материала по массе (или поддержание заданного расхода компонента) с определенной точностью.

К дозаторам предъявляются следующие основные требования: определенная точность дозирования компонентов; высокая производительность; простота конструкции и высокая надежность работы узлов дозатора и его системы управления; возможность создания автоматических комплексов.

По структуре рабочего цикла дозирование бывает: непрерывным; порционным (дискретным). По принципу действия: объемным и весовым.

При непрерывном объемном дозировании дозатор подает поток материала с заданным объемным расходом.

Весовой способ дозирования, как правило, обеспечивает большую точность, поэтому для дозирования основного компонента в большой мере используют весовые дозаторы.

Объемный способ дозирования конструктивно более прост, поэтому дозаторы, основанные на этом принципе работы, более надежны. Применение объемного метода существенно упрощает процесс дозирования жидких компонентов. Вместе с этим, объемное дозирование нередко характеризуется более значительной погрешностью в величине выдаваемых доз, что в отдельных случаях может ограничить его применение.

Для порционного дозирования характерно периодическое повторение циклов выпуска дозы (порции) компонента. При порционном объемном способе дозирующее оборудование обычно отмеривает порцию при помощи мерной камеры заданного объема. Порционное весовое дозирование основано на отмеривании дозы определенной массы.

При определении количества молока и молочных продуктов, сырья и вспомогательных материалов применяют весы, которые измеряют массу, счетчики и расходомеры, измеряющие объем.

Различают объемное дозирование и дозирование по массе. При определении количества молока и молочных продуктов, сырья и вспомогательных материалов применяют весы, которые измеряют массу, счетчики и расходомеры, измеряющие объем.

Весы бывают рычажные для взвешивания продукта в таре, платформенные, рычажные для взвешивания молока и молочных продуктов без тары и конвейерные для непрерывного взвешивания продута.

Счетчики измеряют суммарное количество продукта, протекающего по трубопроводу. Применяют два вида типа счетчиков: с кольцевым поршнем или с овальными шестернями.

Расходомеры бывают ротаметрические, индукционные и турбинные. Для дозирования сливок и цельного молока установлен на линии производства биойогуртов индукционный (электромагнитный) счетчик-расходомер РМ-5. Индукционный расходомер состоит из датчика и вторичного измерительного прибора. Датчик представляет собой немагнитный отрезок трубопровода, внутренняя поверхность которого покрыта электроизоляцией. Внутри трубы друг против друга размещены два электрода, соединенные с прибором. С внешней стороны трубопровода укреплен электромагнит, создающий равномерное магнитное поле. Между электродами возникает электродвижущая сила, величина которой зависит от скорости потока молока.

Отсчет проводится по шкале миллиамперметра, показания которого пропорциональны величине расхода. Счетчик обеспечивает вычисление разового и суммарного объема и расхода жидкости, ввод значения плотности жидкости, вычисление массы продукта по объему, отображение на цифровом дисплее измеряемых величин, автоматическое отключение счетчика на пустой трубе /17/.

В таблице 2.30 представлены основные технические характеристики расходомера РМ-5.

Таблица 2.30 Технические характеристики расходомера РМ-5

Характеристика	Значение
Максимальная производительность, л/час	32000
Погрешность измерения, %	0,5
Диаметр входных/выходных штуцеров, мм	32/50

Для дозирования СОМ, сахарного песка и стабилизатора предлагаю установить два автоматический весовой дозатора марки Д-20, вместо существующей на заводе ручной подачи этого сырья.

Расчет оборудования

В данном дипломном проекте на предприятии ООО "Ивмолокопродукт" г. Иваново применен периодический способ производства йогурта на линии производительностью 3,5 тонны в сутки. Расчет количества аппаратов, необходимых для выполнения годовой производственной программы по выпуску продукции, рассчитываем по формуле:

 (2.19)

где П - число аппаратов периодического действия;

Рс - суточная производительность цеха по сырью, т/сут. (Рс=3,5 т/сут.)

W - масса компонентов, загружаемых в аппарат, т;

Коб - коэффициент оборачиваемости аппарата;

Кисп - коэффициент использования аппарата;

Масса компонентов, загружаемых в аппарат, находится по формуле 2.20.

(2.20)

где Vг- геометрический объем аппарата, м3;

ссм - плотность смеси компонентов, загружаемых в аппарат в т/м3; (ссм=1,0145)

К3- коэффициент заполнения аппарата (К3<1), принимаем К3=0,8;

Коэффициент использования аппарата может быть рассчитан по формуле:

(2.21)

где ОГФРВ - общий годовой фонд рабочего времени

Тр - простои на средний и текущий ремонт

Коэффициент оборачиваемости рассчитывают по формуле:

(2.22)

где фс- время суток в часах (фс~24ч)

фц- время цикла в аппарате, ч

Рассчитаем коэффициент использования аппарата.

Календарный фонд времени:

Тк=365·24=8760 ч/год

Число циклов капитального ремонта, приходящихся на год:

(2.23)

где n-число циклов капитального ремонта;

Тк-календарный фонд времени в часах;

Ткап- норматив времени между капитальными ремонтами в часах;

Номинальный или общий годовой фонд рабочего времени

Д = 365 - 12-(120/24·0,6) = 360 дней (2.24)

(2.25)

Расчет емкостного оборудования

1. Емкость для сквашивания.

Найдем массу компонентов, загружаемых в аппарат на один синтез по формуле:

Wапп =V • с • Кз (2.26)

Где V=6,3 м3

Кз=0,8

Wапп =6,3 • 1,033 • 0,8=5,2 т

Рассчитаем коэффициент оборачиваемости по формуле (2.22).

Длительность операций в смесителе: время сквашивания 6 часов.

ц= 6 ч,

Коб=24/6=4

Рс = 3500,1 кг/сут = 3,5001 т/сут.

Подставляя все в формулу получим

Принимаем 1 аппарат.

2. Емкость для нормализации

Т.к. в данном смесителе основным загружаемым по количеству компонентом является молоко, то плотностью остальных компонентов можно принебречь. Плотность молока равна 1033 кг/м3.

Найдем массу компонентов, загружаемых в аппарат на один синтез по формуле:

Wапп =V • с • Кз (2.27)

Где V=0,3 м3

Кз=0,8

Wапп =0,3 • 1,033 • 0,8=0,25 т

Рассчитаем коэффициент оборачиваемости по формуле (2.22). Исходные данные представлены в таблице 2.31.

Таблица 2.31 Длительность операций в смесителе

Наименование операции	Длительность, ч
Растворение СОМ	0,25
Приготовление смеси	0,25

ц= 0,5 ч,

Коб=24/0,5=48

Рс = 2562 кг/сут / 1,028 = 2492 л/сут.

Подставляя все в формулу получим

Принимаем 1 аппарат.

Расчет гомогенизатора

Если известна производительность аппарата, то число аппаратов может быть рассчитано по формуле:

(2.28)

где Р1 производительность аппарата т/ч. P1=5500 л/сут

Рц- производительность цеха, т/ч.

Рц= Рс / с=3500 / 1,028= 3405 л/сут

Тогда,

Принимаем 1 аппарат.

Расчет сепаратора-сливкоотделителя

Известна производительность аппарата, значит число аппаратов может быть рассчитано по формуле (2.28):

где Р1 производительность аппарата т/ч. P1=10000 л/сут

Рц- производительность цеха, т/ч.

Рц= Рс / с=2562 / 1,028= 2492 л/сут

Тогда,

Принимаем 1 аппарат.

2.10 Теплоэнергетические расчеты

Расчет пластинчатого теплообменника

При расчете пластинчатой теплообменной установки комбинированного типа определяют площадь поверхности теплопередачи, гидравлические сопротивления секций аппарата, размеры выдерживателя, расход пара и теплоты /40/.

Исходные данные для расчета: производительность Qm=5000 кг/ч; начальная температура молока ин=4?С; температура пастеризации ип=95?С; температура охлажденного молока ик=10?С; температура охлаждающей воды ив1=8?С; коэффициент рекуперации ерек=0,5; кратность охлаждающей воды nв=3; начальная температура горячей воды иг=99?С; кратность горячей воды nг=4; удельная теплоемкость молока сп=3880 Дж/(кг·К); плотность молока см=1028 кг/м3; удельная теплоемкость холодной и горячей воды св=4590 Дж/(кг·К); пластины типа П3.

Исходные данные для пластины П3: рабочая поверхность пластины S=0,42 м2; зазор между пластинами l=0,004 м; ширина проточной части b=0,416 м; толщина пластины д=0,0014 м; коэффициент теплопроводности л=16 Вт/(м2·К). Определение начальных и конечных температур, вычисление температурных напоров и параметров

В секции рекуперации:

температура сырого молока в конце секции рекуперации

?С (2.28)

температура пастеризованного молока после секции рекуперации

?С (2.29)

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

?С (2.30)

тогда симплекс

. (2.31)

В секции пастеризации:

Температура горячей воды при выходе из секции пастеризации молока

?С (2.32)

средний температурный напор

?С (2.33)

?С (2.34)

?С (2.35)

. (2.36)

В секции охлаждения холодной водой:

?С (2.37)

?С (2.38)

?С (2.39)

?С (2.40)

. (2.41)

Отношение рабочих поверхностей и допустимые гидравлические сопротивления по секциям

Выбираем ориентировочно следующие значения коэффициента теплопередачи по секциям (в Вт/(м2·К)): в секции рекуперации Крек=2900; в секции пастеризации Кп=2900; в секции водяного охлаждения Кв=2320.

Отношение рабочих поверхностей секции составляет

Поскольку допустимое гидравлическое сопротивление ДР=0,5 МПа и учитывая, что через секцию рекуперации молоко проходит дважды, то

2ДРрек+ ДРп+ ДРв+ ДРтр=5·105 Па.

ДРтр ориентировочно равно 0,01 МПа.

Распределение максимально допустимых скоростей продукта в межпластинчатых каналах по секциям

Средняя температура стенки будет следующей: в секции рекуперации

(2.42)

в секции пастеризации

(2.43)

в секции водяного охлаждения

(2.44)

Коэффициент общего гидравлического сопротивления: в секции рекуперации орек=1,6; в секции пастеризации оп=1,4; в секции водяного охлаждения ов=1,95.

Максимально допустимые скорости движения молока:

м/с (2.45)

в секции пастеризации

м/с (2.46)

в секции водяного охлаждения

(2.47)

Объемная производительность аппарата

м3/с (2.48)

Определяем число каналов в пакете, приняв vм=0,531 м/с

(2.49)

Округляем m до 3, уточняем величину скорости потока молока

м/с (2.50)

Скорость циркулирующей горячей и холодной воды принимаем

м/с.

Определение средней температуры, числа Прандля, вязкости и теплопроводности продукта и рабочей жидкости

Число Прандтля Pr определяем из уравнения

Pr= н сс/л.

Значения вязкости н, теплопроводности л, плотности с, теплоемкости с выбираем для соответствующих значений температур молока и воды /40/.

В секции рекуперации теплоты: средняя температура сырого молока

?С (2.51)

Pr=8,2; лм=0,498 Вт/(м·К); н =1,02·10-6 м2/с;

средняя температура пастеризованного молока (сторона охлаждения)

?С (2.52)

Pr=1,99; лм=0,686 Вт/(м·К); н =0,341·10-6 м2/с;

В секции пастеризации: средняя температура горячей воды (сторона охлаждения)

?С (2.53)

Pr=0,94; лм=0,687 Вт/(м·К); н =1,42·10-6 м2/с;

средняя температура молока (сторона нагрева)

?С (2.54)

Pr=14,2; лм=0,674 Вт/(м·К); н =2,4·10-6 м2/с;

В секции охлаждения молока холодной водой:

средняя температура холодной воды (сторона нагрева)

?С (2.55)

Pr=7,07; лм=0,604 Вт/(м·К); н =0,93·10-6 м2/с;

средняя температура молока (сторона охлаждения)

?С (2.56)

Pr=22,6; лм=0,618 Вт/(м·К); н=3,48·10-6 м2/с.

Вычисление числа Рейнольдса

Число Рейнольдса (Re) определяют по формуле:

Re=хdэ/ н (2.57)

В секции рекуперации теплоты:

для холодного молока

;

для горячего молока

.

В секции пастеризации:

для молока

;

для горячей воды

.

В секции охлаждения молока холодной водой:

для молока

;

для холодной воды

.

Определение коэффициента теплопередачи

 (2.58)

Отношение (Pr/Prст)0,25 принимаем для всей секции: по стороне нагревания 1,05, по стороне охлаждения 0,95. Толщина пластин в пастеризационной установке 1,4 мм.

В секции рекуперации теплоты:

для стороны нагревания сырого молока

Вт/(м2·К);

для стороны охлаждения пастеризованного молока

Вт/(м2·К);

Вт/(м3·К) (2.59)

В секции пастеризации:

для стороны нагревания молока

Вт/(м2·К);

для стороны охлаждения горячей воды

Вт/(м2·К);

Вт/(м3·К) (2.60)

В секции охлаждения молока холодной водой:

для стороны нагревания воды

Вт/(м2·К);

для стороны охлаждения молока

Вт/(м2·К);

Вт/(м3·К).

Расчет рабочих поверхностей секции, числа пластин и каналов

В секции рекуперации теплоты: рабочая рекуперация теплоты

м2 (2.61)

число пластин в секции

(2.62)

число пакетов

(2.63)

принимаем nр=1 пакет.

В секции пастеризации молока

м2 (2.64)

; .

принимаем nр=5 пакетов.

В секции охлаждения холодной водой

 м2 (2.65)

; .

принимаем nр=3 пакета.

Зная для всей секции значения Z и n, принимаем следующую компоновку секций аппарата (в числителе дроби указано число пакетов по тракту продукта, в знаменателе - число пакетов по тракту рабочей жидкости, численное значение (3,15,9) соответствует числу каналов в пакете.

секция рекуперации

;

секция пастеризации

;

секция охлаждения холодной водой

.

Контрольный расчет общего гидравлического сопротивления

Гидравлическое сопротивление для каждой секции определяют по формуле:

(2.66)

Коэффициент сопротивления о единицы относительной длины канала будет равен 11,2Re-0,25.

В секции рекуперации теплоты:

для потока нагреваемого молока

 ;

кПа;

для потока охлаждаемого молока

;

кПа;

В секции пастеризации молока:

для потока пастеризуемого молока

;

кПа;

В секции охлаждения холодной водой

;

кПа;

Общее гидравлическое сопротивление аппарата по линии движения молока составит

кПа.

Общее гидравлическое сопротивление меньше допустимого.

Расчет расхода пара, необходимого для получения горячей воды

Принимаем начальную температуру воды ин=8?С, греющего пара 120?С, конденсата 96?С, hп=2707 кДж/кг; hк=450кДж/кг.

Расход пара определяем по формуле

 кг/с (2.67)

3. Экспериментальная часть

Контроль за качеством и безопасностью продукции осуществляется лабораторией. В лаборатории проводятся органолептические, физико-химические и микробиологические исследования сырья, заквасок и готовой продукции - ежедневно, в том числе по ходу технологии, воды - один раз в десять дней, смывы с оборудования, рук персонала, санитарной одежды, тары, инвентаря - ежедневно.

3.1 Подготовка к испытаниям

Отбор проб сырья осуществляется по ГОСТу 26809-86 "Молоко и молочные продукты. Правила приемки, методы отбора и подготовка проб к анализу". Перед отбором проб осматривают всю партию и устанавливают недостатки упаковки. Подготовку проб к физико - химическим исследованиям проводят следующим образом.

Йогурт, не содержащий фруктовых (овощных) наполнителей, нагревают на водяной бане до 30±2 єС, затем охлаждают до 22±2 єС, после чего тщательно перемешивают круговыми движениями ложкой или шпателем на всю глубину упаковки.

Йогурт, содержащий фруктовые (овощные) наполнители, нагревают на водяной бане до 30±2 єС, затем охлаждают до 22±2 єС, после чего полностью из упаковки переносят в стакан гомогенизатора и гомогенизируют в течение 2…3 мин до получения однородной массы при частоте вращения ножей от 2000 до 5000 мин-1. Во избежание расслоения пробы навеску для анализа отбирают сразу после гомогенизации.

В пробе от каждой партии в лаборатории определяют вкус, запах, консистенцию, цвет, внешний вид йогурта, содержание жира, кислотность, массовую долю общего сахара, массовую долю молочного белка, массовую долю сухих обезжиренных веществ молока, а также показатель эффективности термической обработки (определение фосфатазы).

3.2 Определение массовой доли жира в йогурте

Определение массовой доли жира в йогурте проводят по ГОСТ 5867-90/45/.Метод основан на выделении жира из йогурта под действием концентрированной серной кислоты и изоамилового спирта с последующим центрифугирова...