125907 (Разработка гомогенизатора молока)

БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА ».

Выполнил: студент группы Лобунов Д.В.

Проверил: доцент

Брянск 2009

Содержание

Введение

1. Основные сведения о процессе гомогенизации и способах его осуществления

2. Описания конструкции и работы гомогенизатора

3. Расчет основных параметров гомогенизатора

4. Определения конструктивных параметров насосного блока и расчет мощности на привод

5. Выбор и расчеты вспомогательного оборудования

6. Расчет привода

Заключение

Приложение

Литература

Введение

Молочная промышленность (включая маслосыродельную) в 2003 г. насчитывала 3200 молокоперерабатывающих предприятий в том числе крупных и средних – 1151 (с проектной мощностью более 50 т. в сутки).

Структура отрасли была ориентирована на мелкие предприятия районного масштаба. Каждое пятое предприятие пищевой и перерабатывающей промышленности в России относится к молочной (в среднем приходится около 10 предприятий на субъект федерации).

Мощности предприятий молочной промышленности в настоящее время позволяет переработать большое количество молока – более 250 000 т. в сутки и выработать масло животного 3317 т. в смену, сыра сычужного 672 т., цельномолочной промышленности – 33 556 т., сухих молочных продуктов – 227 т. В тоже время в 2003 г. переработано около 17 мил. тонн молока т. е. не многим больше 20 % от возможного. Уровень использования мощностей составляет: 37 % по производству цельномолочной продукции, 27 % масла у животного, 59 % сыра сычужного, 44 % сухого цельного молока, 37 % СОМ, ЗЦМ и сухой сыворотки, 53 % консервов молочных.

Особенно тяжелое положение на рынке молочных продуктов сложилось в производстве и реализации масла животного. В 2003 г. его производство составило 278 тыс. т., что составляет 1/3 от произведенного в 1880 г. В тоже время резко вырос импорт масла животного, который составляет до 1/3 от объема рынка. 2003 г. в результате применения защитных мер удалось несколько снизить импорт, однако, за последние годы Российские производители в целях удешевления своей продукции стали все больше производить животно-растительные продукты вместо масла животного. Потребитель же, столкнувшись с резким ухудшением качества продукта одного предприятия, перестает доверять всем Российским предприятиям производителя этого продукта. В этой связи большую роль может сыграть Молочный Союз, обеспечивая контроль качества и соответствия стандартам на все продукты производимые отечественными предприятиями.

Одной из основных задач, стоящей перед пищевой промышленностью и пищевым машиностроением, является созданием высоко эффективного технологического оборудования, которое на основе использования прогрессивной технологии, значительно повышает производительность труда, сокращает негативное воздействие на окружающую среду и способствует экономии исходного сырья, топливно – энергетических и материальных ресурсов.

Задача данной курсовой работы является изучение конструкции аппаратов пищевой промышленности и протекающих в них процессов, а также обзор аппаратов, соответствующей тематики, их анализ, выявления преимуществ и недостатков, разработка более современных конструкций и аппаратов технологических процессов.

1. Основные сведения о процессе гомогенизации и способах его осуществления [6, 3, 2, 8]

Гомогенизация это – раздробление (диспергирование) жировых шариков путем воздействия на молоко или сливки значительных внешних усилий. В процессе обработки уменьшается жировых шариков и скорость всплывания. Происходит перераспределение оболочечного вещества жирового шарика, стабилизируется жировая эмульсия. Этот способ механической обработки молока и жидких молочных продуктов, служит для повышения дисперстности в них жировой фазы, что позволяет исключить отстаивание жира во время хранения молока развитие окислительных процессов, дестабилизацию и при интенсивном перемешивании и транспортировании. Гомогенизация сырья способствует: 1) при производстве пастеризованного молока и сливок – приобретению однородности (вкуса, цвета, жирности); 2) стерилизованного молока и сливок – повышению стойкости при хранении; 3) кисломолочных продуктов (сметаны, кефира, йогурты и др.) – повышению прочности и улучшении консистенции белковых сгустков и исключения образования жировой пробки на поверхности продукта; 4) сгущенных молочных консервов – предотвращения выделения жировой фазы при длительном хранении; 5) сухого цельного молока – снижению качества свободного молочного жира, не защищенного белковыми оболочками, что приводит к быстрому его окислению под действием кислорода атмосферного воздуха; 6) восстановленных молока, сливок и кисломолочных напитков – созданию наполненности вкуса продукта и предупреждению появлению водянистого привкуса; 7) молока с наполнителями (какао и др.) – улучшению вкуса, повышению вязкости и снижению вероятности образования осадка.

Диспергирование жировых шариков, т.е. уменьшение их размеров и равномерное распределение в молоке, достигается воздействием на молоко значительного внешнего усилия (давления, ультразвук, высокочастотная электрическая обработка и др.) в специальных машинах – гомогенизаторах.

Наибольшее распределение в молочной отрасли получило гомогенизация молока при продавливании его через кольцевую клапанную щель гомогенизирующей головки машины. Жировые шарики, проходя через эту щель диспергируються. Необходимое давление создается насосом. При производстве цельного молока размер жировых шариков с 3 – 4 мкм уменьшается до 0,7 – 0,8 мкм. Основным узлом современных гомогенизаторов клапанного типа является гомогенизирующая головка. Она может быть одно- или двухступенчатой. Вторая ступень обычно работает при более низком давлении, чем первая. Применение одной или двух ступенчатой гомогенизации зависит от вида вырабатываемых молочных продуктов. Двухступенчатую гомогенизацию с большим перепадом давления на обеих ступенях применяют при производстве высокожирных молочных продуктов (сливки, смеси мороженного и т. п.) она позволяет рассеивать образующиеся скопления жировых шариков. Для выработки других видов молочных продуктов, в том числе для питьевого молока, можно использовать одноступенчатую гомогенизацию. На основании исследования влияния различных гидравлических факторов на степень дисперсности жира при гомогенизации молока. Барановским предложении следующая схема механизма дробления жидкой внутренней фазы эмульсии при проходе ее через рабочий орган (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема процесса гомогенизации.

В каждом гомогенизирующем клапане имеется место резкого изменения сечения потока на переходе из клапана седла в клапанную щель, а следовательно, и место резкого изменения скорости. На подходе к щели скорость потока равна V₀, а при входе – V₁, причем первая представляет собой величину порядка нескольких метров в секунду, а вторая – несколько сот метров в секунду.

При переходе жировой капли из зоны малых скоростей в зону высоких, передние части капли включаются в поток в щели с огромной скоростью V₁, вытягиваются и отрываются от нее, а оставшаяся часть, еще принадлежащая к потоку со скоростью V₀, продолжает проходить через пограничное сечение и постепенно отдать свой материал вновь образованным частицам. При большей разности V1 и V0 капля может расчленяться последовательным отрывом частиц без промежуточного растягивания всей капли в цилиндр или шнур. При малой разности V1 и V0 вся капля может миновать пограничное сечение, не успев расчлениться, но окажется деформированной до неустойчивого состояния, поэтому возвращение ее к первоначальному виду в условиях потока в щели окажется невозможным. Под механическим действием потока и сил поверхностного натяжения произойдет расчленение капли на более мелкие частицы. Такое толкование механизма дробления капель объясняет экспериментально установленную зависимость степени дисперсности эмульсии от скорости в начале клапанной щели. Чем выше скорость V1, тем интенсивнее вытягивается жидкая нить из капли в пограничной зоне, тем тоньше эта нить и мельче частица после ее распада. Зависимость дисперсности от скорости V1 объясняет связь, установленную практикой между эффектом гомогенизации и давлением, т.к. для любых данных условий скорость определяется давлением гомогенизацией. Это позволяет с достаточным основанием построить для любого гомогенизатора зависимость дисперсности гомогенизированной эмульсии от перепада давления ∆р, которое действительно для других гомогенизаторах такого же типа при условии работе на продукте с теми же свойствами. График на рис.2 показывает как зависит от давления гомогенизации дисперсность натурального молока при температуре гомогенизации 60 . Средний диаметр жировых шариков быстро уменьшается при повышении давлении до 12-14 МПа. В интервале 14-20 МПа средний диаметр уменьшается медленнее, при давлении выше 20 МПа дисперсность почти не уменьшается. Это в полнее объяснимо с точки зрения гидравлических предпосылок процесса. Технологические результаты процесса гомогенизации находится, следовательно, в соответствии гидравлическими закономерностями.

При двухступенчатой гомогенизации молоко последовательно проходит первую ступень, а затем вторую. При переходе малых скоростей молоко переходит в зону высоких скоростей. Высота клапанной щели составляет около 0,7 мм. Скорость движения жирового шарика в нагнетательной камере гомогенизирующей головке составляет 9 м/с, а в клапанной щели – 150-200 м\с. Эффективность гомогенизации молока определяется рабочим давлением, температурой, скоростью движения продукта при прохождении через гомогенизирующую головку, конструктивными особенностями последней, составом и свойствами компонентами, образующих оболочку жировых шариков, кислотностью, а также последовательностью технологических операций.

Температура молока при гомогенизации является важным параметром, влияющим на эффективность процесса. Понижение температуры гомогенизации приводит к повышению вязкости молока и образованию скоплению молочного жира и их отстаиванию. При высокой температуре гомогенизирующей головки могут образоваться белковые отложения, что отрицательно сказывается гомогенизатора. В нормативной документации температура гомогенизации при выработки большинства молочных продуктов определена в диапазоне 60 – 63 .

При повышении кислотности молока снижается эффективность гомогенизации. Это объясняется тем, что уменьшается стабильность белков и образуются белковые агломераты, затрудняющие диспергирования жировых шариков.

При выработки молочных продуктов можно использовать полную или раздельную гомогенизацию: при полной – гомогенизируют весь объем перерабатываемого молока; при раздельной – молоко сепарируют, полученные сливки гомогенизируют, смешивают с обезжиренным молоком и направляют на дальнейшую обработку. Раздельную гомогенизацию целесообразно применять при выработки молочных продуктов (питьевого молока, кисломолочных и д. р.), где требуется составление нормализованной молочной смеси.

1. Описание конструкции и работы гомогенизатора [6, 3, 2, 8]

Гомогенизаторы предназначены для дробления жировых шариков в молоке, жидких молочных продуктах и смесях мороженного. Они применяются в различных технологических линиях для молока и молочных продуктов. Для гомогенизации молока известно и другое оборудование (эмульгаторы, эмульсоры, вибраторы и др.), но оно менее эффективно.