Расчет параметров и разработка гомогенизатора молока (стр. 1 из 4)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Брянская государственная сельскохозяйственная академия

Инженерно – технологический факультет

Кафедра: Технологическое оборудование в животноводстве и перерабатывающих производств

Курсовая работа

По дисциплине: Процессы и аппараты

На тему: "Расчет параметров и разработка гомогенизатора молока"

Содержание

Введение

1. Основные сведения о процессе гомогенизации и способах его осуществления

2. Выбор прототипа гомогенизатора молока, описания конструкции и работы гомогенизатора

3. Выбор конструкции аппарата и расчет основных его параметров

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

Заключение

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 250000 т. в сутки и выработать масло животного 3317 т. в смену, сыра сычужного 672 т., цельномолочной промышленности – 33556 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. [5]

1. Основные сведения о процессе гомогенизации и способах его осуществления

Гомогенизация — это раздробление (диспергирование) жировых шариков путем воздействия на молоко или сливки значительных внешних усилий. В процессе обработки средний размер шариков уменьшается с 3,5…4 до 0,7…0,8 мкм и уменьшается скорость всплывания. Происходит перераспределение оболочечного вещества жирового шарика, стабилизируется жировая эмульсия, и гомогенизированное молоко не отстаивается [2].

Наибольшее распространение получили клапанные гомогенизаторы, основными узлами которых являются насос высокого давления и гомогенизирующая головка [1]. Гомогенизаторы этого типа служат для обработки молока и сливок с целью предотвращения их расслаивания при хранении [2].

На рис. 1 показана двухступенчатая гомогенизирующая головка, состоящая из корпуса 3 и клапанного устройства, основными частями которого являются седло клапана 7 и клапан 2. Клапан связан со штоком, на выступ которого давит пружина 6. Сила сжатия пружины регулируется путем перемещения накидной гайки 5 со штурвалом, которая вместе с пружиной, штоком 7 и стаканом 8 образует нажимное устройство 4. Жидкость, нагнетаемая насосом под тарелку клапана, давит на тарелку и отодвигает клапан от седла, преодолевая сопротивление пружины [1].

Рисунок 1 - Двухступенчатая гомогенизирующая головка (I - первая ступень; II - вторая ступень)

Этот способ механической обработки (гомогенизация) 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 подсбивание при интенсивном перемешивании и транспортировании. Гомогенизация сырья способствует:

- при производстве пастеризованного молока и сливок — приобретению однородности (вкуса, цвета, жирности);

- стерилизованного молока и сливок — повышению стойкости при хранении;

- кисломолочных продуктов (сметаны, кефира, йогурта и др.) - повышению прочности и улучшению консистенции белковыхсгустков и исключению образования жировой пробки на поверхности продукта;

- сгущенных молочных консервов — предотвращению выделения жировой фазы при длительном хранении;

- сухого цельного молока — снижению количества свободного молочного жира, не защищенного белковыми оболочками, что приводит к быстрому его окислению под действием кислорода атмосферного воздуха;

- восстановленных молока, сливок и кисломолочных напитков — созданию наполненности вкуса продукта и предупреждению появления водянистого привкуса;

- 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 (давление, ультразвук, высокочастотная электрическая обработка и др.) в специальных машинах — гомогенизаторах. [4]

Принцип действия гомогенизаторов клапанного типа, заключается в следующем. В цилиндре гомогенизатора на молоко оказывается механическое воздействие при давлении 15...20 МПа [2]. В образующуюся между клапаном и седлом щель высотой от 0,05 до 2,5 мм проходит с большой скоростью жидкость и при этом гомогенизируется [1]. Это возможно при достижении в цилиндре рабочего давления. При проходе через узкую круговую щель между седлом и клапаном скорость молока возрастает от нулевой до величины, превышающей 100 м/с. Давление в потоке резко падает, и капля жира, попавшая в такой поток, вытягивается, а затем в результате действия сил поверхностного натяжения (рис. 2) дробится на мелкие капельки - частицы. [2]

Рисунок 2 – схема процесса дробления жирового шарика

По типу гомогенизирующей головки гомогенизаторы можно подразделить (рис. 3) на одно-, двух- и многоступенчатые. На практике применяют только одно- и двухступенчатые, так как многоступенчатые не оправдывают себя, поскольку приводят к громоздкости конструкции, неудобству в эксплуатации и незначительному улучшению эффекта гомогенизации по сравнению с двухступенчатыми [1].

Рисунок 3 - Схема гомогенизирующей головки:

а - одноступенчатой; б - двухступенчатой; 1 - кривошипно-шатунный механизм- 2 - плунжерный насос; 3-предохранительный клапан; 4, 12- гомогенизирующие клапаны первой и второй ступеней; 5 - пружина; 6-регулировочные винты; 7 - седло; 8 - манометр 9 - нагнетательная камера; 10, 11 — нагнетательный и всасывающий клапан.

При работе гомогенизатора на выходе из клапанной щели часто наблюдаются слипание раздробленных частичек и образование "гроздьев", снижающих эффективность гомогенизации. Во избежание этого применяют двухступенчатую гомогенизацию (рис. 1). На первой ступени создается давление, равное 75 % рабочего, на второй ступени устанавливается рабочее давление. Для проведения гомогенизации температура молочного сырья должна быть 60...65°С. При более низкой температуре усиливается отстаивание жира, при более высокой могут осаждаться сывороточные белки.

Промышленность выпускает гомогенизаторы различной производительности (табл. 1).

Таблица 1 - Техническая характеристика гомогенизаторов для молока и жидких молочных продуктов

Показатель	К5-ОГА-1,2	А1-ОГМ-2,5	А1-ОГМ-5
Производительность, м3/ч	1,2	2,5	5
Рабочее давление, МПа	20	20	20
Температура обрабатываемого продукта, °С	45.. .85	45.. .85	45...В5
Число плунжеров	3	3	3
Ход плунжеров, мм Частота вращения коленчатого вала, с-1	40 5,65	40 4,33	60 5,65
Число ступеней гомогенизатора	2	2	2
Мощность электродвигателя, кВт	16,7	18,5	37
Габаритные размеры, мм	965×930×1400	1430×1110×1640	1480×1110×1640
Масса, кг	850	1610	1710

В том случае, когда при гомогенизации необходимо исключить доступ микроорганизмов к обрабатываемому продукту, применяют специальные асептические гомогенизирующие головки. В таких головках в пространство, ограниченное двумя уплотнительными элементами, подается горячий пар под давлением 30...60 кПа. Эта высокотемпературная зона служит барьером, препятствующим попаданию бактерий в цилиндр гомогенизатора.