Гомогенизатор клапанного типа

Гомогенизатор клапанного типа

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 И-521

Лобунов Д.В.

Проверил: доцент Кузюр В.М.

Брянск 2009

Реферат

В данном курсовом проекте описана методика технологических расчетов гомогенизатора клапанного типа, которые включают в себя расчеты подтверждающие работоспособность проектируемой конструкции машины, а также технико-экономические расчеты подтверждающие целесообразность данного усовершенствования. Также представлена линия по производству пастеризованного молока, в процессе приготовления которого участвует проектируемая машина. В приложении представлены технические документы к данной машине, а также ее характеристики и справочный материал к наиболее сложным расчетом машин и аппаратов для переработки молока.

Содержание

Введение

1. Анализ современного оборудования

2. Обзор литературных источников

3. Конструкторская разработка

4. Охрана труда и безопасность проектных решений

5. Технико-экономическая оценка проекта

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

Введение

В настоящее время, несмотря на кризис, молочная промышленность является одной из важнейших среди перерабатывающих отраслей. Тысячелетиями молоко и молочные продукты были постоянной пищей человека, но промышленное производство с его машинами и механизмами, множеством рабочих долго не вторгалось в эту область - уж очень деликатными продуктами были молоко и его производные: сливки, сметана, творог, сыр. В России товарное молочное хозяйство зародилось в конце 18 века, когда помещичьих усадьбах были организованы сыроварни с изготовлением для рынка не только сыра, но и топленого масла, сметаны творога.

Первая сыроварня начала работать в 1795 году в имении Лотошино Лотошинского уезда Смоленской области. Уже в 1866 году в селе Отроковичи Тверской губернии была открыта артельная сыроварня, а в селе Едимоново школа мастеров. С развитием капитализма в России и ростом городского населения увеличился спрос на молочные продукты, в связи, с чем молочное хозяйство принимает торговый предпринимательский характер. Крестьянскими артелями и скупщиками молока открываются мелкие кустарные молочные заводы. Развитию маслоделия и сыроделия способствовало строительство Ярославско-Вологодской и транссибирской железной дороги, а также внедрение сепараторов для получения сливок.

Первые городские молочные заводы, перерабатывающие в сутки до 120 тонн молока, были построены в 1860-1864 годах. Первый завод сгущенного молока был построен в 1891 году близ г. Оренбурга. В 20 веке была создана молочно-консервная промышленность, освоено промышленное производство мороженного, плавленых сыров. Рассмотрим историю возникновения основных технологических процессов, которые фактически определили промышленное производство молочной продукции.

Процесс	год появления и реализации
Сепарирование	1879
Пастеризация	1882
Сгущение с сахаром	1868
Сгущение со стерилизацией	1881
Культивирование микроорганизмов	1882
Получение молочного сахара	1881
Гомогенизация	1892
Ультрафиолетовое облучение	1903
Сушка молока	1885-1904

Отсюда можно считать, что процессы, определяющие современные технологии молочных продуктов, были предложены и получили промышленное использование более 90-100 лет тому назад. В настоящее время молочная промышленность России объединяет более 2230 предприятий, в том числе более 900 гормолзаводов около 600 сыродельных заводов, 592 маслозавода, более 100 заводов по производству сухого молока и ЗЦМ. [5]

Переход экономики на рыночные отношения обнажил недостатки существовавшей экономики, а отсутствие продуманной программы реформ породило множество новых негативных явлений. В настоящее время центральное место в экономической реформе принадлежит созданию рынка сырья и продовольствия, переработки молочного сырья и реализации готовой продукции. В молочной промышленности в 2007 году при уменьшении поступления молока для промышленной переработки по сравнению с 2006 годом на 22 %, производство молочных консервов увеличилось на 3 %, выработка сыров снизилась на - 13 %.сухих обезжиренных молочных продуктов - 16 %, цельномолочной - на 7 %. Сокращение сырьевых ресурсов вызвало снижение объемов производства молочных продуктов (в 2007 г. по сравнению 2006 г.). Так производство масла животного составило 89%, сыра жирного 90 %, цельномолочной продукции - 93 %. В целом по отрасли достигнут рост по производству сухого цельного молока на 109%, молочных консервов - на 105 %. Наметилась тенденция к стабилизации положения с выработкой цельномолочной продукции. Обновился и расширился ассортимент. По сравнению с 2006 годом увеличился выпуск пользующийся спросом продукции. Однако, как и в 2007-2008 годах, предприятия молочной промышленности испытывают острый недостаток в молочном сырье, необходимом для увеличения производства молочных продуктов.

Исходя из выше изложенного, можно сформулировать задачи, которые стоят перед молочной промышленностью в настоящее время. Необходима разработка индивидуальных планов структурной перестройки производства. Осуществление плана на основе лизинга, а также счет собственных и привлеченных денежных средств позволит создать уникальные производственные мощности по выработке молочных продуктов. Следует формировать принципиально новые системы заготовок молока, создавать условия по привлечению на переработку дополнительных объемов молочного сырья. Расширение рынков сбыта выпускаемой продукции, создание автомобильного транспорта с охлаждением - все это позволит сформировать местные производственные рынки молочной продукции.

Активный процесс становления новой культуры производственных отношений, изменений подходов в работе с людьми, формирование высококвалифицированной команды специалистов, несомненно, приведет к экономической стабилизации предприятий молочной промышленности.

Для выхода из сложившейся ситуации есть два пути. Один из них - государственные мероприятия, связанные с вложением больших материальных и финансовых средств в молочную промышленность и животноводство в настоящее время не реально. Второй путь наиболее реальный и целесообразный. Он заключается в том, что наука совместно с промышленностью должны определить рациональные этапы повышения эффективности функционирования предприятий. Роль науки в связи с этим приобретает особое значение.

В молочной промышленности приоритетными направлениями научных исследований следует считать:

Создание ресурсосберегающих технологий по замкнутому и законченным циклам производства;

Создание комбинированных продуктов целевого и лечебно-профилактического назначения;

Использование обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки на производство продуктов питания;

Создание новых видов микробиологических препаратов;

Разработка новых видов тароупаковочных материалов и покрытий;

Автоматизация и компьютеризация основных технологических процессов производства молочных продуктов. [11]

1. Анализ современного оборудования

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 дисперсности 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. [1]

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.

Негомогенизированное молоко	Давление гомогенизации P=20атм
Давление гомогенизации P=35атм	Давление гомогенизации P=35атм(IIступень)

Рисунок 1-Микрофотографии молока

Наибольшее распределение в молочной отрасли получила гомогенизация молока при продавливании его через кольцевую клапанную щель гомогенизирующей головки машины.

Рисунок 2-Кольцевая клапанная щель гомогенизирующей головки

Жировые шарики, проходя через эту щель диспергируются. 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. [2]

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 3 - 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.

Рисунок 4 - Зависимость между диаметром жировых шариков и давлением гомогенизации

График на рис.3 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 вполне объяснимо с точки зрения гидравлических предпосылок процесса. Технологические результаты процесса гомогенизации находится, следовательно, в соответствии гидравлическим закономерностям.

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.[3]

1.1 Технологическая линия производства пастеризованного молока

Схема технологической линии приведена на листе графической части №1

Рисунок 5 - Технологическая линия производства пастеризованного молока

1 - Центробежный насос; 2 - Пластинчатая пастеризационно-охладительная установка; 3 - Терморегулятор; 4 - Автоматический возвратный клапан; 5 - Сепаратор-нормализатор-очиститель; 6 - Гомогенизатор; 7 - Резервуар для пастеризованного молока; 8 - Машина для розлива и упаковки молока; В - Выдерживатель пластинчатой установки; П - Пастеризационная секция; IP - Первая секция регенерации; ИР - Вторая секция регенерации; ВО - Секция водяного охлаждения; РО - Секция рассольного охлаждения.

Молоко, отобранное по качеству и очищенное (на сепараторах-молокоочистителях, фильтрах различной конструкции и другом оборудовании), нормализуют по массовой доле жира при выработке нормализованного пастеризованного молока и топленого молока. Для белкового молока его дополнительно нормализуют по массовой доле сухих обезжиренных веществ.

В зависимости от производственной мощности и технической оснащенности предприятий молоко нормализуют в потоке или технологических емкостях различной вместимости. Молоко нормализуют в потоке в сепараторах-нормализаторах либо путем сепарирования части цельного молока в сепараторах-сливкоотделителях для отбора сливок (если жирность нормализованного молока меньше, чем цельного) или обезжиренного молока (если жирность нормализованного молока больше, чем цельного).

С применением сепараторов-нормализаторов молоко нормализуют следующим образом. Вначале молоко подают в секцию рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладительной установки для подогрева, затем в сепаратор-нормализатор. Нормализованное до заданной жирности молоко направляют в секцию пастеризации, а затем в секцию охлаждения пастеризационно-охладительной установки. При отсутствии сепараторов-нормализаторов применяют сепараторы-сливкоотделители. В этом случае одну часть молока, подогретого в секции рекуперации пастеризационно-охладительной установки, направляют в сепаратор-сливкоотделитель, а другую - в сепаратор-молокоочиститель. Обезжиренный продукт на выходе из сепаратора-сливкоотделителя смешивается в потоке с цельным молоком, поступающим в трубопровод из молокоочистителя. Нормализованная смесь далее поступает в секции пастеризации и охлаждения пластинчатой пастеризационно-охладительной установки. Молоко следует нормализовать перед пастеризацией. Однако известны технологические схемы его нормализации в закрытом потоке, когда пастеризованное горячее цельное молоко повышенной жирности смешивают с пастеризованным горячим обезжиренным. Сырое цельное молоко после перемешивания из промежуточной емкости насосом перекачивается для подогрева в секцию рекуперации пастеризационно-охладительной установки, затем поступает в сепаратор-молокоочиститель и возвращается в секцию пастеризации. Часть горячего пастеризованного молока после выдерживателя подается по молокопроводу к сепаратору-сливкоотделителю. Для сепарирования подводят из общего потока рассчитанное количество молока (в зависимости от массовой доли жира в нем) через регулирующий кран.

Полученное горячее обезжиренное молоко отводят от сепаратора-сливкоотделителя по молокопроводу, где оно смешивается с цельным горячим пастеризованным молоком. Нормализованное молоко поступает в секции рекуперации, а затем охлаждения. Охлажденное нормализованное молоко собирают в технологических емкостях для проверки массовой доли жира. Нормализованное по жиру молоко подогревают, очищают и гомогенизируют. Гомогенизацию нормализованного молока можно проводить раздельно. Для этого нормализованное молоко сепарируют, а полученные сливки гомогенизируют на двухступенчатом гомогенизаторе. Гомогенизированные сливки смешиваются в потоке с обезжиренным молоком, выходящим из сепаратора-сливкоотделителя, и направляются в секцию пастеризации пастеризационно-охладительной установки. Сливки можно гомогенизировать также перед их смешиванием с обезжиренным молоком при составлении нормализованного молока. После гомогенизации нормализованное молоко пастеризуют. Режим пастеризации молока на предприятии выбирают в зависимости от имеющегося оборудования с учетом бактериальной обсемененности сырья и эффективности пастеризации. Пастеризованное молоко охлаждают и направляют на розлив и упаковывание (укупоривание) или для временного хранения в промежуточную емкость. Упакованное пастеризованное охлажденное молоко готово к реализации.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5