Технологическое оборудование. Традиционное и специальное
advertisement
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ А.Ф. Сорокопуд ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТРАДИЦИОННОЕ И СПЕЦИАЛЬНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Учебное пособие Часть 2 Кемерово 2009 УДК 664.009.5 (075) Рецензенты: Зав. кафедрой "Процессы, машины и аппараты химических производств" Кузбасского государственно технического университета д-р техн. наук проф. П.Т. Петрик Кафедра техники и технологий машиностроения и пищевых производств Рубцовского индустриального института Алтайского государственного технического университета (зав. кафедрой к.т.н., доцент А.В. Шашок) Рекомендовано редакционно-издательским советом Кемеровского технологического института пищевой промышленности С65 Сорокопуд А.Ф. Технологическое оборудование. Традиционное и специальное технологическое оборудование предприятий пищевых производств: учебное пособие / А.Ф. Сорокопуд; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. — 202 с. ISBN 5-89289-443-6 Рассмотрено наиболее распространенное и типичное традиционное и специальное технологическое оборудование предприятий, хлебопекарной кондитерской, макаронной, бродильной, молочной, мясной и других отраслей пищевой промышленности. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 260600.65 «Пищевая инженерия», представляет интерес для студентов – технологов, бакалавров, магистров обучающихся по смежным направлениям, а так же, научных работников, аспирантов и инженерно-технических работников пищевой промышленности. © КемТИПП, 2009 © А.Ф. Сорокопуд, 2009 2 Оглавление Оборудование для ведения тепло-массообменных процессов 4.1. Оборудование для темперирования и повышения концентрации пищевых сред. 5 4.1.1. Аппараты для нагревания, уваривания и варки пищевых сред 4.1.2. Выпарные аппараты и установки 4.1.3. Развариватели крахмалосодержащего сырья 4.1.4. Ошпариватели и бланширователи для фруктов и овощей 4.1.5. Оборудование для пастеризации, стерилизации и термообработки пищевых сред Контрольные вопросы 4.2. Аппараты для сушки пищевых сред 4.2.1. Барабанные сушильные агрегаты 4.2.2. Вальцовые сушилки 4.2.3. Ленточные конвейерные многоярусные сушилки 4.2.4. Агрегаты с кипящим и виброкипящим слоями 4.2.5. Вакуум-сублимационные сушилки 4.2.6. Микроволновые сушильные установки 4.2.7. Распылительные сушилки Контрольные вопросы 4.3. Оборудование для выпечки и обжарки пищевых сред 4.3.1. Печи 4.3.2. Оборудование для шпарки и опаливания 4.3.3. Обжарочные аппараты и печи для запекания 4.3.4. СВЧ - установки для обработки сырья и полуфабрикатов Контрольные вопросы 4.4. Оборудование для охлаждения и замораживания пищевых сред 4.4.1. Охладительные установки и охладители 4.4.2. Оборудование для охлаждения и замораживания Контрольные вопросы 4.5. Оборудование для проведения процессов диффузии и экстракции пищевых сред 100 4.5.1. Установки для получения настоек и морсов 4. 5 5 11 25 28 31 37 38 38 43 44 48 51 55 58 65 66 67 72 77 83 87 88 88 94 99 100 3 4.5.2. Аппараты для экстракции растительного масла 107 4.5.3. Аппараты для получения экстрактов из животного сырья 111 Контрольные вопросы 115 4.6. Оборудование для процесса ректификации спирта 116 4.6.1. Брагоперегонные установки 119 4.6.2. Брагоректификационные установки непрерывного действия 122 4.6.3. Установки для получения абсолютного спирта 125 Контрольные вопросы 128 5. Оборудование для ведения биотехнологических процессов 130 5.1. Оборудование для солодоращения и получения ферментных препаратов 130 Контрольные вопросы 143 5.2. Оборудование для спиртового брожения пищевых сред 144 5.2.1. Аппараты для брожения и дображивания пива 144 5.2.2. Оборудование для сбраживания сусла при производстве спирта 151 5.2.3. Аппараты для сбраживания сусла при производстве вина 152 5.2.4. Оборудование для брожения квасного сусла 155 5.2.5. Агрегаты для брожения опары и теста 158 Контрольные вопросы 163 5.3. Аппараты для созревания молочных продуктов 164 5.3.1. Сливкосозревательные ванны и резервуары 164 5.3.2. Оборудование для свертывания молока и обработки сгустка 167 5.3.3. Оборудование для посола, мойки и обсушивания сыров 176 Контрольные вопросы 179 5.4. Оборудование для посола мяса и рыбы 180 5.4.1. Оборудование для посола мяса 180 5.4.2. Смесители для посола мяса 183 5.4.3. Оборудование для посола рыбы 185 Контрольные вопросы 186 5.5. Оборудование для созревания мяса 187 5.5.1. Машины для массирования мяса 187 5.5.2. Аппараты для созревания мяса 190 Контрольные вопросы 195 5.6. Оборудование для копчения мяса и рыбы 195 4 5.6.1. Автокоптилки и коптильные установки 195 Контрольные вопросы 199 Список литературы 200 4. Оборудование для ведения тепло-массообменных процессов Изучить самостоятельно [2, с. 719…723]: 1. Классификация тепло-массообменных процессов. 2. Научное обеспечение процессов темперирования повышения концентрации пищевых сред. 3. Классификация оборудования. и 4.1. Оборудование для темперирования и повышения концентрации пищевых сред 4.1.1. Аппараты для нагревания, уваривания и варки пищевых сред Кожухотрубные подогреватели – кожухотрубные теплообменники изготавливают следующих типов: ТН – с неподвижными трубными решетками и температурными компенсаторами; ТП – с плавающей головкой, т.е. одна трубная решетка свободно перемещается; ТУ – с V-образными теплообменными трубками; ТС – с сальником на плавающей головке. В соответствии с существующими стандартами кожухотрубные стальные теплообменники изготавливаются с площадью теплообмена до 2000 м2, для работы при давлении до 6,4 МПа при нагревании жидких и газообразных продуктов при температуре -40…+450°C. Кожухотрубные теплообменники могут быть одноходовые и многоходовые как по трубному (до 12 ходов), так и межтрубному (до 12 ходов) пространству. При разности температур сред более 40°C и при значительной длине теплообменных труб на корпусе кожухотрубного теплообменника устанавливают специальные температурные компенсаторы, компенсирующие температурные расширения трубок (теплообменник типа ТН). С этой же целью можно использовать кожухотрубные теплообменники типа ТП, ТУ, ТС. 5 Кожухотрубный подогреватель (рис. 4.1) используется для нагревания дробленой томатной массы, пасты, пульпы, фруктового пюре, фруктовых и овощных соков и т.п. Он состоит их двух трубных решеток 1, в которые завальцованы 66 трубок 2 диаметром 34/32 мм и длиной 1986 мм. Рис. 4.1. Кожухотрубный подогреватель Общая площадь поверхности нагрева аппарата составляет около 30 м2. Трубные решетки с трубками заключены в металлический кожух 3 цилиндрической формы, с торцов закрытый крышками 4, которые прикреплены к кожуху при помощи откидных болтов. Герметичность соединения обеспечивает уплотняющая прокладка. Между крышкой и трубной решеткой 1 имеются перегородки 5, образующие четыре камеры, которые объединяют один или два пучка трубок. Таким образом, пучки трубок (по 16 в каждом) последовательно соединены между собой. Пар подается в пространство между кожухом и трубками и омывает их снаружи. Конденсат отводится через патрубок 6, расположенный в нижней части кожуха. Давление пара поддерживается на уровне 0,11…0,15 МПа. Нагреваемый продукт насосом последовательно перекачивается через четыре пучка трубок. Направление движения продукта изменяется благодаря наличию камер в крышках. Путь продукта проходящего через подогреватель, равен длине одной трубки в пучке, умноженной на число ходов. 6 Реакторы предназначены для перемешивания с подогревом вязких и жидких пищевых продуктов, состоящих из нескольких компонентов. В зависимости от вместительности реакторы изготавливают различных типов. Реактор типа ИЗ2С (рис. 4.2) имеет две стойки 1, две цапфы 2, паровую рубашку 3, корпус 4, мешалку 5 и электрооборудование. В нижней части паровой рубашки 3 имеется краник для спуска воздуха и конденсата. После заполнения реактора продуктом в рубашку подается пар и начинается процесс перемешивания с подогревом. Мешалка Рис. 4.2. Реактор типа ИЗ-2С 5 представляет собой вал с лопастями. Реактор имеет два окна для осмотра внутренней полости, а также люк для периодического осмотра, очистки и ремонта. Варочные котлы бывают со стационарной и опрокидываемой чашей, открытые (без крышки) и закрытые. При необходимости в открытые варочные котлы помещают специальные переносные мешалки с электроприводом. На рис. 4.3 представлена принципиальная схема электрического пищеварочного котла. Полезный объем пищеварочных котлов составляет обычно от 12 до 200 дм3. Внутренний диаметр чаши 500…800 мм; площадь поверхности нагрева 0,23…0,75 м2; давление греющего пара 0,3…0,6 МПа; частота вращения мешалки 35…60 мин-1. Пищеварочный котел представляет собой двустенный сосуд I, расположенный в корпусе III, который покрыт кожухом V, изготовленным из листовой эмалированной стали. 7 Пространство между корпусом и кожухом заполнено теплоизоляционным материалом IV. В нижней части котла смонтирован парогенератор II. Вся конструкция котла крепится на основании VI. Пространство между внутренней и наружной поверхностями сосуда I представляет собой герметичную паровую рубашку. Для слива содержимого из варочного котла предусмотрен кран 1. Уровень воды в парогенераторе регулируется с по мощью крана 7. Парогенератор представляет собой металлический короб, в котором смонтированы электронагреватели (ТЭНы). Манометр предназначен для измерения в процессе работы давления в Рис. 4.3. Принципиальная схема паровой рубашке электрического пищеварочного котла. Чаще всего котла устанавливаются электроконтактные манометры, с помощью которых автоматически поддерживается уровень давления в рубашке котла и осуществляется управление тепловым режимом. Двойной предохранительный клапан 4 при повышении давления в греющей камере сверх допустимой величины приподнимает клапан над седлом, и избыток пара выходит в атмосферу. В нижней части двойного клапана 4 расположен вакуумный клапан, который открывается под давлением наружного воздуха, когда в рубашке образуется вакуум (давление становится ниже атмосферного). Воздух, проникая через открытый клапан в рубашку, выравнивает давление. 8 Вакуум в рубашке образуется при охлаждении котла в результате конденсации пара, поскольку удельный объем последнего больше удельного объема воды (конденсата). Воронка 6 предназначена для заполнения парогенератора водой и выпуска воздуха из паровой рубашки в начальный период работы котла (если предохранительный клапан не имеет воздушного клапана). Наполнительная воронка 6 снабжена запорным краном, фильтрующей сеткой и крышкой. Кран уровня 7 размещается в пароводяной рубашке котла на линии предельно допустимого уровня воды и служит для контроля количества воды в парогенераторе. Клапан-турбинка 3 предохраняет варочный сосуд от повышения давления сверх допустимого. Если давление превысит допустимое, пар, поступающий в корпус клапанатурбинки 3, ударяет в винтовые канавки шпинделя турбинки, приподнимая его от седла, и приводит во вращательное движение. С внутренней стороны крышки укреплен отражатель, который предотвращает попадание в турбинку мелких частиц продукта при интенсивном кипении содержимого сосуда. Котел неподвижно крепится к полу (фундаменту), крышка котла зачастую уравновешивается противовесом, позволяющим фиксировать её в любом положении. Элементы автоматического управления тепловым режимом котла и защиты ТЭНов от «сухого хода», за исключением электроконтактного манометра, смонтированы на щите управления, который устанавливается рядом с котлом. Электрический варочный котел обычно работает в двух режимах. Первый режим обеспечивает автоматическое отключение пяти из шести ТЭНов от сети при достижении давления верхнего заданного предела и включения их после снижения давления до нижнего предела; второй режим – автоматическое отключение всех ТЭНов от сети после установления в пароводяной рубашке заданного давления. Все детали котла, соприкасающиеся с продуктами, выполнены из нержавеющих марок стали. При шарнирном соединении котла со станиной нагретую массу выгружают через борт, поворотом котла вокруг 9 горизонтальной пустотелой оси при помощи маховика. Подвод пара и отвод конденсата в таких котлах может производиться через пустотелые оси. В рубашке таких котлов от пустотелой оси к наинизшей точке опускается трубка, по которой паром выдавливается конденсат. Варочные котлы используются в общественном питании для приготовления сиропов, колеров, варки круп, мясопродуктов и др. Определение энергозатрат и производительности. Расход пара D (кг/с) непрерывно действующего подогревателя (например, трубчатого) определяется из уравнения теплового баланса: Q1 Q2 Di iК или D Q1 Q2 i iК , где: Q1 – расход тепла на нагревание продукта, кВт; Q2 – потери тепла в окружающую среду, кВт; i, iK – соответственно энтальпия греющего пара и конденсата, кДж/кг. Расход тепла на нагревание продукта Q1 (кВт) находится из уравнения теплопередачи: Q1 F K T , где: F – площадь поверхности нагрева, м2; K – коэффициент теплопередачи, кВт/(м2·К); ΔT – разность температур, К. Производительность непрерывно действующего подогревателя П (кг/с) П F K T cT2 T1 , где: c – теплоемкость продукта, кДж/(кг·К); T1 и T2 – соответственно начальная и конечная температура продукта, К. Расход пара D (кг/с) подогревателя периодического действия определяется из уравнения теплового баланса: Dобщ Qобщ i i К , где: Qобщ – общий расход тепла, кДж, Qобщ Q1 Q2 Q3 Q4 , где: Q1 – расход теплоты на нагревание продукта, кДж; Q2 – потери тепла в окружающую среду, кДж; Q3 – расход тепла на 10 испарение с поверхности зеркала продукта, кДж; Q4 – расход теплоты на нагревание аппарата, кДж. Площадь поверхности нагрева, F (м2): F Qобщ K T , где: τ – продолжительность нагревания, с. Производительность периодически действующего подогревателя П (кг/с) определяется по объему продукта, перерабатываемого за один цикл П V 1 2 , где: V – объем продукта в аппарате, м3; ρ – плотность продукта, кг/м3; τ, τ1 и τ2 – соответственно время нагревания, загрузки и разгрузки аппарата, с. 4.1.2. Выпарные аппараты и установки Выпарной аппарат типа ВАГ (рис. 4.4) представляет собой цилиндрический корпус 3 сварной конструкции, внутри которого установлена греющая камера 4 и сепаратор 1 для улавливания капель выпариваемого продукта. Внизу корпус имеет съемное днище 6, на котором размещены люк и патрубок для спуска 15. Греющая камера 4 по конструкции аналогична кожухотрубному теплообменнику жесткой конструкции типа ТН с неподвижными трубными решетками. В циркуляционной трубе 9 паровой камеры смонтированы направляющая воронка 10 и труба 8 с воронкой для отвода сгущенного раствора из аппарата. Пар в греющую камеру 4 подводится через восемь штуцеров 5, расположенных в два яруса. Для лучшего распределения пара в межтрубном пространстве греющей камеры устроены проходы. Не сконденсировавшиеся газы отводятся из верхней части греющей камеры при помощи разветвленной системы труб 11. 11 Раствор, поступивший в аппарат через патрубок 16, направляется кольцевым распределителем 7 в кипятильные трубки. Выброшенный из кипятильных трубок на верхнюю трубную решетку раствор стекает по направляющей воронке 10 в раствороотводящую трубу 8. Так как последняя вследствие гидравлического сопротивления или соответствующего регулирования потока не может пропустить все количество раствора, часть раствора стекает по циркуляционной трубе 9 и вновь поднимается по кипятильным трубкам. Аппарат снабжен сепаратором 1 инерционного типа. Пар из сепаратора удаляется через патрубки 2 и 14, а отделенные капли продукта – через систему труб 13. Для наблюдения за уровнем раствора в аппарате имеются смотровые стекла 12. Выпарные аппараты типа ВЦ-1500, ВЦ-2120 состоят из тех же узлов, что и ВАГ. Широкое разнообразие конструкций выпарных аппаратов в различных отраслях пищевой промышленности связано с широким диапазоном изменения физико-химических, теплофизических, структурно-механических свойств упариваемых Рис. 4.4. Выпарной аппарат типа ВАГ продуктов. Пленочные трубчатые выпарные аппараты типа 12 ВАПП-1250, ПВА-400 и другие аналогичные работают в условиях прямотока. Процесс выпаривания происходит в тонкой пленке, толщиной 2…3 мм. Пар, образующийся в слое пленки, прорывает её и попадает в паровой поток кипятильной трубки. Пар из кипятильных трубок через трубки в специальных насадках для создания пленки поступает в верхнюю часть питающей камеры. Рис. 4.5. Пленочный прямоточный выпарной аппарат ВАПП-1250 Схемы оросительных устройств выпарных аппаратов: А) орошение по принципу кольцевого водослива; Б) кольцевой водослив с распределительными дисками; В) кольцевой водослив с распределительными дисками и цилиндрическими 13 вставками; Г) орошение при наличии столба жидкости на распределительном диске и трубной решетке. Пленочный прямоточный выпарной испаритель ВАПП-1250 приведен на рис. 4.5. Исходный продукт, подогретый до температуры кипения, поступает по патрубку 10 в приемную камеру 7, затем в трубки 6, где закипает и вместе с образовавшимся паром движется вверх по греющей камере 4. Пройдя сепарирующее устройство 2 и надставку 3, где от продукта отделяется пар, продукт далее через распределительное устройство 13 поступает в кипятильные трубки 5 пленочный части аппарата и в виде тонкой пленки стекает по внутренней поверхности. Образовавшийся пар вместе со сгущенным раствором поступает в нижний сепаратор 9. Вторичный пар по системе труб 12 из сепараторов 2 и 9 отводится в следующий корпус либо внешнему потребителю. Готовый продукт отводится из патрубка 11. Патрубок 8 служит для отвода конденсата. Аппарат отвечает технологическим и техническим требованиям, предъявляемым к выпарным аппаратам, и имеет лучшие показатели, чем достигаемые в типовых аппаратах с естественной циркуляцией. Время пребывания раствора в тонкопленочном аппарате значительно меньше чем в типовых. Аппарат может эффективно работать при малой полезной разности температур, поскольку отсутствуют потери полезной разности температур от гидростатического давления вследствие свободного стекания пленки выпариваемого раствора. Техническая характеристика выпарного аппарата ВАПП1250: площадь поверхности нагрева 1250 м2; длина греющих трубок – 7000 мм; диаметр греющих трубок – 30/33 мм; рабочее давление – до 0,3 МПа. Аппарат двустенный выпарной МЗС-320 используется в качестве вакуум-выпарного аппарата при приготовлении томатного пюре и пасты, различных соусов, для овощных и рыбных консервов, повидла, варенья, рассолов для приготовления маринадов, а также овощных и фруктовых соков. Аппарат (рис. 4.6) состоит из корпуса 4 с паровой рубашкой, крышки 1, привода мешалки 3 и ловушки 2. Корпус 4 14 представляет собой емкость, которая вместе с приваренной к нему паровой рубашкой образует паровую камеру. На сферической крышке смонтирован привод, который состоит из электродвигателя 5 и редуктора 6. Перемешивание продукта осуществляется мешалкой, которая представляет собой вертикальный вал с укрепленными на нем лопастями. К сферической крышке аппарата крепится ловушка наиболее крупных частиц продукта, уносимых вторичным паром из аппарата. 15 Рис. 4.6. Двустенный выпарной аппарат МЗС-320 Нагрев продукта в аппарате осуществляется в паровой камере, которая оборудуется предохранительным клапаном и манометром. В нижней части днища аппарата находится патрубок для отвода конденсата. Аппарат снабжен тремя окнами для осмотра внутренней поверхности и наблюдения за рабочим процессом и краном для взятия проб. Разгрузка аппарата осуществляется через спускной патрубок с пробковым краном. Техническая характеристика аппарата МЗС-320: вместительность – 3,66 м3; рабочее давление пара – 0,4 МПа; частота вращения мешалки – 57 мин-1; установленная мощность электродвигателя – 2,7 кВт. Роторно-пленочные аппараты достаточно широко распространены в различных отраслях пищевой промышленности. Они практически не создают гидравлического сопротивления при движении в них пара, что весьма существенно при работе в условиях вакуума. Роторно-пленочные аппараты имеют существенные преимущества перед трубчатыми и пленочными испарителями: выше эффективность, более высокие значения коэффициента теплопередачи, возможность упаривания до концентраций 50…60% масс, способность работать на высоковязких растворах и др. Роторно-пленочные испарители можно разделить на две основные группы: 1. Испарители, в которых процесс происходит в тонком слое жидкости, создаваемом на внутренней поверхности неподвижного корпуса с помощью вращающегося ротора. 2. Испарители, в которых процесс осуществляется в тонком слое жидкости, движущейся под действием центробежной силы на внутренней поверхности вращающихся конусов, цилиндров, спиралей, дисков и т.д. 16 Рис. 4.7. роторных устройств Типы Наибольшее распространение в промышленности получили роторно-пленочные аппараты первой группы, которые вследствие их высокой эффективности и универсальности позволяют проводить различные тепло и массообменные процессы. Корпус имеет цилиндрическую либо коническую форму. По форме и функции роторных устройств роторные испарители можно разделить на следующие основные типы (рис. 4.7): а) с жестко закрепленными лопастями; б) с шарнирно-закрепленными лопастями; в) с призматическими скребками-стирателями; г) с маятниковыми лопастями; д) с турбулизирующими элементами в виде щеток; е) с роторами разбрызгивающего типа. Наиболее известными аппаратами этого типа являются роторные пленочные испарители “Luwa” (фирма “Luwa” Швейцария). Типовая конструкция показана на рис.4.8. 17 Аппарат состоит из цилиндрического корпуса 10 с рубашкой для обогрева 11. Верхняя часть корпуса имеет больший диаметр и служит сепаратором 6. Внутри корпуса расположен вращающийся ротор 9 в виде полой многоугольной призмы с вогнутыми боковыми поверхностями. Верхний конец вала ротора крепится в подшипниковом узле, находящемся над верхней крышкой. Место выхода вала ротора герметизируется сальником или торцевым уплотнением 4. Нижний конец вала ротора крепится в подшипниковом узле 12, расположенном внутри испарителя. Ротор приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу 3 и редуктор. Исходный продукт поступает в испаритель через штуцер 7 и с помощью вращающегося ротора распределяется в виде стекающей вниз пленки по внутренней поверхности корпуса, обогреваемого паром через штуцер 8. Если толщина пленки жидкости меньше зазора между лопастями и корпусом, то лопасти оказывают на жидкость вентиляционное воздействие. Если толщина пленки жидкости больше зазора, то лопасти непосредственно воздействуют на жидкость. При этом перед каждой лопастью образуется носовая волна, и жидкость интенсивно перемешивается, что благоприятствует процессам тепло- и массообмена. По мере стекания вниз жидкость нагревается и упаривается. Сконцентрированный продукт выводится через штуцер 1. Образующийся вторичный пар проходит через сепаратор и выходит через штуцер 5. Конденсат удаляется через штуцер 2. Основные параметры роторно-пленочных испарителей “Luwa”: диаметр – 0,082…0,9 м; высота – 1,03…9,8 м; площадь поверхности теплообмена – 0,125…16 м2; давление пара – 1,1…2,6 МПа; рабочее давление в аппарате – 1,0…66,6 Па; температура теплоносителя – до 350°C; окружная скорость вращения ротора – 8…15 м/с; потребляемая мощность – 2…3 кВт на 1 м2 поверхности теплообмена. Зазор между концами лопастей ротора и внутренней поверхностью в Рис. 4.8. Роторный зависимости от размеров пленочный испаритель испарителей составляют 0,5…2,5 мм. “Luwa” Аппараты изготавливают из 18 различных марок нержавеющих кислотостойких сталей, титана и различных сплавов. В испарителях с жестко закрепленными лопастями можно перерабатывать продукты вязкостью до 103 кг/(м·с). Максимальная степень концентрирования для водных растворов – 6:1, для органических веществ – 20:1. Использование специального подпорного кольца плоской или конусообразной формы, устанавливаемого под нижним торцом лопастей ротора, позволяет повысить степень концентрирования до 50:1 и более. При наличии подпорного кольца жидкость, скапливающаяся на нем, захватывается вращающимися лопастями, и образующаяся носовая волна приобретает параболическую форму. Режим работы в нижней части роторного пленочного испарителя при этом приближается к режиму работы аппарата с перемешивающим устройством при наличии образующейся при вращении жидкости воронки. При этом возрастает задержка и время пребывания обрабатываемого продукта в испарителе. Испарители фирмы “Luwa” в пищевой промышленности применяются: 1) для концентрирования томатной пасты; молочных продуктов; экстрактов чая, кофе, пива и др.; витамина А; сахарных растворов; раствора энзима, аскорбиновой и аминокислот; декстриновых смесей и др. 2) для дистилляции органических смесей, витамина С; приправ; жиров и масел. Производство роторных пленочных испарителей, работающих по принципу аппаратов “Luwa” налажено в России, Украине, Германии, Польше, Чехии и др. странах. 19 Одним из основных условий работы роторного пленочного испарителя является обеспечение смачивания всей поверхности теплообмена при большом изменении расхода жидкости по высоте, вызываемой высокой степенью концентрирования обрабатываемого продукта за один проход. Этому требованию в значительной степени удовлетворяют роторные пленочные испарители с коническим корпусом, впервые изготовленные в Германии под названием “Sako” (рис.4.9). В коническом обогреваемом корпусе вращается конический ротор с жестко закрепленными лопастями. Ротор выполнен в виде шестиугольной призмы с выгнутыми боковыми поверхностями. Угол наклона кромок лопастей ротора и конической поверхности составляет 2 градуса. Такой угол вполне достаточен, чтобы составляющая центробежной силы вращающегося тонкого слоя жидкости, направленная вдоль образующей корпуса оказывала тормозящее воздействие на стекающую пленку жидкости, увеличивая её толщину. Аксиальным перемещением ротора можно регулировать зазор между лопастью ротора и стенкой корпуса от 0,7 до 2,2 мм, а следовательно, степень воздействия ротора на пленочное течение жидкости, и время пребывания жидкости в Рис. 4.9. Роторный пленочный испаритель “Sako” 20 аппарате, обеспечивая полное смачивание всей теплообменной поверхности. Испаритель “Sako” состоит из следующих основных элементов: 1 – электродвигатель; 2 – торцевое уплотнение; 3 – сепаратор; 4 – распределительная тарелка; 5 – ротор. Давление в аппарате от 66,5 Па до 0,1 МПа при температуре паров до 180°C, давление в рубашке – до 3,2 МПа при температуре до 350°C. Область применения аппаратов “Sako” в пищевой промышленности: 1) концентрирование соков, чайных и кофейных вытяжек, молочных продуктов, мясных и солодовых экстрактов, растворов желатина, антибиотиков, органических и растительных экстрактов. 2) дистилляция высококипящих масел, жирных кислот, органических растворителей, глицерина. 3) этерификация гликоля, эмульгаторов, жиров, глицерина и др. Однако испарители “Sako” сложны в изготовлении из-за необходимости строгого согласования конической расточки корпуса с продольным профилем лопастей ротора. Одними из самых универсальных являются испарители с шарнирно-закрепленными лопастями. Они пригодны для проведения многих процессов в пищевой и смежных отраслях промышленности, связанных с переработкой различных жидких продуктов с широким диапазоном изменения физических свойств. Способность ротора с шарнирно-закрепленными лопастями очищать поверхность теплообмена позволяет использовать эти аппараты для переработки налипающих и вязких жидкостей с большой степенью концентрирования вплоть до получения порошкообразного остатка. Змеевиковые аппараты непрерывного и периодического действия широко используют для уваривания сиропов, рецептурных смесей и т.п. Змеевиковые теплообменные аппараты представляют большую группу специальных аппаратов, они просты в изготовлении, удобны в эксплуатации, обеспечивают хорошие энергетические показатели. Однако из-за 21 слабой циркуляции раствора имеют невысокий коэффициент теплопередачи. Примером змеевикового теплообменного аппарата периодического действия является диссутор-аппарат для приготовления сахарно-паточного раствора. Диссуторы могут быть открытые и закрытые, с паровой рубашкой и без неё. Унифицированный змеевиковый вакуум-аппарат 33-2А (рис.4.10) состоит из цилиндрического сварного котла 1 со съемной крышкой 8. Через штуцер 2, расположенный в верхней части обечайки, поступает греющий пар под избыточным давлением 0,7…08, МПа. Через штуцер 10 отводится конденсат, а через кран 12 выводится готовый продукт. В паровом пространстве греющий пар омывает медный змеевик 3. Нижний конец змеевика присоединяется фланцем 11 к сиропному насосу плунжерного типа, создающего давление 0,4 МПа. Верхний конец змеевика при помощи фланца 4 присоединен к трубе 5, которая вторым концом соединена с вакуум-камерой 18. В змеевик поступает сироп или рецептурная смесь. Увариваемый продукт поднимается по внутренним спиралям вверх, а затем проходит по соединительной трубе в нижнюю спираль наружного змеевика и далее вверх по спиралям наружного змеевика. Из верхней спирали наружного змеевика увариваемый продукт поднимается по соединительной трубе 5 и из её верхнего конца поступает в вакуум-камеру 18. Масса собирается в медном конусе 16, который имеет внизу клапан 22. Верхняя кромка конуса зажата болтами 17 между фланцами вакуум-камеры и обечайки 15. Чтобы масса не застыла, конус обогревается паром, поступающим в змеевик 21. Он находится внутри обечайки 15 с крышкой 14. Вместе с карамельной массой из соединительной трубы в вакуум-камеру входит также вторичный пар и воздух, выделяющиеся из сиропа при его упаривании. Они удаляются в конденсатор через патрубок 20. Отбойник 19 препятствует уносу крупных капель карамельной массы. 22 Рис. 4.10. Унифицированный змеевиковый вакуум-аппарат 33-2А Обычно увариваемая масса накапливается в приемнике 13 при открытом клапане 22 и закрытом клапане 24. В этом случае объем вакуум-камеры получается на 80 дм3 больше. Кроме сливного отверстия вакуум-камера сообщается с приемником через кран 28 и трубопровод 27. Приемник снабжен рубашкой 23 для обогрева. В змеевик 21 и паровую рубашку 23 греющий пар подается по трубе 29. Рубашка 23 имеет продувочный кран 33. Когда в приемнике скопится достаточное количество (16…18 кг) 23 массы, закрывают рукояткой 25 клапан 22 сливного отверстия, а при помощи крана 28 разобщают приемник с вакуум-камерой. После этого, открыв кран 26, в приемник впускают воздух, и поворачивая рукоятку клапана 24 открывают выпускное отверстие. Масса сливается из аппарата. По окончанию слива закрывают отверстие клапаном 24, сообщают при помощи крана 28 приемник с вакуум-камерой. Когда в приемнике установится такое же разряжение, как в вакуум-камере, открывают выпускные отверстия, поворачивая клапан 22. Окно 32 служит для наблюдения за спуском карамельной массы из конуса в приемник. Разряжение в вакуум-камере регистрируется вакуумметром 30. Давление греющегося пара измеряется манометром 6. Через воздушный кран 7 периодически выпускают воздух из парового пространства. Предохранительный клапан 9 служит для предотвращения разрыва аппарата в случае увеличения давления греющего пара. Вакуум-камера с приемником подвешивается при помощи тяг 31 к потолку или кронштейну, прикрепленному к стене. Это удобно при ремонтах и эксплуатации. Ловушка 35 с крышкой 34 и перегородкой 36 монтируется на трубопроводе между вакуум-камерой и конденсатором. Уловленная в виде мелких капель масса выпускается периодически через кран 37. В подобном аппарате можно уваривать начинки, мармеладные смеси и т.п. В аппаратах, предназначенных для уваривания начинки, вакуум-камера имеет объем, увеличенный в 7 раз. При меньшем объеме вакуум-камеры начинка выбрасывается вторичным паром в конденсатор. Аппараты меньшей производительности имеют медный змеевик из одной спиральной трубки внутренним диаметром 40 мм. Греющая часть змеевиковых аппаратов используется также для уваривания рецептурных смесей и сиропа под атмосферным давлением. В этом случае конец змеевика соединяется с центробежным пароотделителем, который показан на рис. 4.10в. Пар и уваренная масса выходят из трубки 1 в центробежный пароотделитель. Масса стекает вниз и непрерывно выходит из 24 аппарата, а вторичный пар по центральной трубе 2 поступает в вытяжные вентиляционные трубы. Отложения сахара на внутренней поверхности трубки змеевика смывают горячей водой два раза в смену. Раз в неделю трубку протравливают горячим 2% раствором гидроксида натрия в течении 24 часов. Унифицированный змеевиковый вакуум-выпарной аппарат 33-2А выпускается производительностью 1000 и 500 кг/ч. В первом случае поверхность теплообменника составляет 7,5 м2, а во втором – 4,2 м2, объем парового пространства 570 дм3 и 330 дм3 соответственно. Определение производительности и энергозатрат. Производительность однокорпусного выпарного аппарата определяется из уравнений материального баланса: G H G K W и GH x H GK x K , где: GН – количество исходного раствора, кг/ч; GК – количество упаренного раствора, кг/ч; xН и xК – соответственно начальная и конечная концентрации раствора, мас. % Из уравнений материального баланса находят количество выпаренного растворителя и конечную концентрацию раствора. Анализ уравнения теплового баланса на работу однокорпусного выпарного аппарата показывает, что расход пара определяется главным образом расходом пара на собственно выпаривание растворителя: D W i c H tY , i i где: i, i', i" – энтальпия соответственно вторичного пара, конденсата, греющего пара; tН – начальная температура раствора, °C; cН – начальная теплоемкость раствора, кДж/(кг·град) Следует иметь в виду, что i c H t H i i . Тогда следует, что для испарения 1 кг воды требуется затратить 1,1…1,2 кг насыщенного водяного пара. 25 Уравнения материального баланса для однокорпусной выпарной установки справедливы и для многокорпусной и могут быть использованы для определения GК , W, xК. Расход греющего пара в многокорпусной выпарной установке, работающей без отбора экстра-пара приближенно может быть определен: для двухкорпусной – 0,55…0,6 кг пара на 1 кг испаренной воды, для трехкорпусной – 0,27…0,3 кг. 4.1.3. Развариватели крахмалосодержащего сырья Измельченное крахмалосодержащее сырье перед развариванием смешивается с горячей водой, и затем полученный замес нагревают вторичным паром. По схеме скоростного разваривания смешивание сырья с водой и нагревание массы производят раздельно: смешивание – в смесителях, нагревание в трубчатом теплообменнике. По схеме разваривания при пониженной температуре смешивание и нагревание замеса производят в одном аппарате – в смесителе предразварнике. Вертикальный цилиндрический смеситель (рис. 4.11) вместимостью 1,5 м3 снабжен пропеллерной мешалкой 6 для смешивания дробленного сырья с водой. Сырье подается в смеситель по патрубку 5, а вода – по трубе 4. Для распыления воды в стенках трубы просверлены отверстия диаметром 2 мм. Конец трубы 4 заглушен. Такая подача воды улучшает равномерность смешивания. Подогревание смеси производится через змеевик 2. Уровень массы в смесителе контролируется электрическим сигнализатором 6, поплавок которого расположен в трубе 7. С целью уменьшения воздействия перемешиваемой массы на поплавок сигнализатора труба 7 снизу перекрыта решеткой 8, которая стабилизирует в зоне поплавка уровень массы. Для контроля режима работы смесителя на корпусе размещены кран 3 для отбора пробы и штуцер 9 для термометра. Продолжительность смешивания при переработке зерна 15 мин, картофеля – 10 мин. 26 Вода в смеситель должна подаваться температурой не более 45°C, т.к. в противном случае мука измельченного продукта образует комочки, которые затем не провариваются. Из смесителя замес подается в трубчатый теплообменник, где нагревается вторичным паром до температуры 70…75°C. Теплообменник типа «труба в трубе» изготавливается из Рис. 4.11. Вертикальный стальных труб цилиндрический смеситель диаметром 180 мм (наружные трубы) и 108 мм (внутренние трубы). Контактная головка с двухсторонним подводом пара (рис. 4.12) предназначена для спиртовых заводов производительностью 1700…2500 дал/сутки. В корпусе 3 расположены трубы 4 и 5, в которых просверлены отверстия диаметром 5 мм. В каждой трубе по высоте имеется 10 рядов по 13 отверстий в каждом. Замес подается в контактную головку по патрубку 1. В головке замес течет в кольцевом зазоре. Пар, подаваемый по патрубкам 2 и 6, пронизывает слой замеса с двух сторон. Такой подвод пара обеспечивает быстрое и равномерное нагревание замеса. Определенный уровень массы на выходе из варочного аппарата поддерживается поплавковым регулятором. 27 Определение производительности и энергозатрат. Количество замеса, развариваемого в течении часа П (кг) определяется по формуле П G m 24 , где: G – условная производительность завода, дал/сутки; m – количество замеса, м3/дал (m = 0,133); ρ – плотность замеса, кг/м3. Необходимый объем варочного котла V (м3) определяется как V П , где: τ – продолжительность разваривания, ч (для колонного аппарата τ = 0,75…0,66, для трубчатого τ = 0,03…0,05); φ – коэффициент заполнения (для колонного аппарата φ = 0,75…0,8, для трубчатого φ = 0,32). Количество теплоты, необходимой для разваривания массы Q (кВт), Q П cМ t 2 t1 3600 , Рис. 4.12. Контактная головка с двусторонним подводом пара где: cМ – удельная теплоемкость массы, кДж/(кг·К), t1 – начальная температура массы, поступающей на разваривание, °C; t2 – температура разваривания в аппарате (для колонного аппарата t2 = 140°C, для трубчатого – t2 = 168…165°C). 28 Расход пара в контактной головке для подогревания замеса до температуры разваривания D (кг/с) определяется по формуле D Q i iК , где: i – удельная энтропия пара, кДж/кг; iК – удельная энтальпия конденсата, кДж/кг. Мощность потребная для работы мешалки, в установившемся режиме, без учета сопротивления змеевиков – N К N n 3 d 3 , кВт. где: КN – критерий мощности, который зависит от интенсивности перемешивания, характеризующийся центробежным критерием Рейнольдса; ρ – плотность среды, кг/м3; n – частота вращения мешалки, мин-1; d – диаметр мешалки, м. Установленная мощность приводного электродвигателя Nуст (кВт) с учетом коэффициента запаса мощности 20% и КПД редуктора (ηР): N уст 1,2 N Р Р 4.1.4. Ошпариватели и бланширователи для фруктов и овощей Закрытый ошпариватель (дигестер), представленный на рис. 4.13, в своей конусной части 7 имеет перфорированное днище 6. Пар давлением 0,2 МПа подводится через два штуцера 5 в пространство между корпусом аппарата и ложным днищем 6. Пар давлением 0,2 МПа подводится через два штуцера 5 в пространство между корпусом аппарата и ложным днищем 6. Пройдя через отверстия в днище, пар попадает в рабочую часть аппарата. На вертикальном валу 4 укреплены лопастная мешалка 3 и шнек, перемешивающие обрабатываемый продукт. Во время работы шпарителя через бункер 1 загружают до 2000 кг сырья. Задвижку плотно закрывают и через штуцер подают пар при одновременном выпуске воздуха через кран до появления струи пара. После этого кран закрывают и доводят давление пара в аппарате до 0,2 МПа. Когда в ошпаривателе достигнута нужная температура (105…110°C), запускают мешалку 3. 29 Собственно шпарка продолжается 15…25 минут в зависимости от вида сырья, его зрелости и размеров, а также от вида изготавливаемых консервов. По окончанию шпарки закрывают вентили, через которые подавался пар, открывают задвижку 8 и выгружают массу в протирочную машину. Барабанные бланширователи (рис. 4.14) содержат в своем комплекте вращающийся барабан 3, изготовленный из листовой стали с отверстиями по поверхности 4 (диаметр отверстий 3…4 мм) и размещенный на стальных кольцах 2. При вращении барабана продукт при помощи спирали 4 перемещается в горячей воде от места загрузки в загрузочный бункер 1 к месту выгрузки. Продолжительность бланширования регулируется частотой вращения барабана. В месте выгрузки продукта спираль заканчивается лопастями, захватывающими продукт и выбрасывающими его в разгрузочный желоб 5. Рис. 4.13. Закрытый ошпариватель (дигестер) 30 При частоте вращения барабана 3,5 мин-1 производительность бланширователя составляет 0,7…0,84 кг/с при потребляемой мощности 1,5 кВт. Недостатки бланширователя: отсутствие устройств автоматически регулирующих и поддерживающих требуемую температуру воды, неудобство очистки отверстий в барабанах, механическое повреждение продукта при выгрузке из барабана, увеличивающие потери, особенно когда толщина слоя продукта в барабане увеличивается. Рис. 4.14. Барабанный бланширователь В последних конструкциях барабанных бланширователей предусмотрено автоматическое регулирование температуры применением электронных автоматических трехпозиционных регуляторов. Барабанный бланширователь имеет разъемный барабан, что позволяет производить очистку. Бланширователь снабжен терморегулятором 5, поддерживающим заданную температуру воды. Вариатор частоты вращения барабана позволяет менять время бланширования с 1,5 до 12 мин. Расчет производительности и энергозатрат. Расход пара D (кг/с) определяется зависимостью D Q0 i i К , где: Q0 – общий расход теплоты, кВт; i и iК – энтальпия греющего пара и конденсата, кДж/кг. Общий расход теплоты Q0 (кВт) при водяной тепловой обработке за счет нагрева воды барботированием пара Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 , 31 где: Q1 – расход теплоты на нагрев продукта, кВт; Q2 – расход теплоты на испарение влаги с поверхности зеркала воды, кВт (в закрытых бланширователях этот расход теплоты не учитывается); Q3 – расход теплоты на подогрев доливаемой в ванну бланширователя воды, кВт; Q4 – расход теплоты на нагрев транспортирующего органа, кВт; Q5 – потери теплоты в окружающую среду, кВт. Общий расход теплоты Q0 (кВт) при ошпаривании и бланшировании в среде пара Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 , Q1 – расход теплоты на нагрев продукта, кВт; Q 2 – расход теплоты на нагрев транспортирующего органа, кВт; Q3 – расход где: теплоты на компенсацию потерь от стенок аппарата, кВт. Производительность периодически действующего закрытого ош паривателя П (кг/с) П V , где: V – полный объем аппарата, м3; φ – коэффициент заполнения аппарата (φ = 0,8); ρ – насыпная плотность продукта, кг/м3; τ – продолжительность цикла работы аппарата, с. Производительность барабанного бланширователя П (кг/ч) по зеленому горошку определяется как П 60h R 2 R h 2 S n , где: h – ширина полосы спирали, м; R – наружный радиус барабана, м; S – шаг спирали, м; n – частота вращения барабана, мин-1; ρ – плотность продукта, кг/м3; φ – коэффициент, учитывающий отклонения (φ = 0,95). 4.1.5. Оборудование для пастеризации, стерилизации и термообработки пищевых сред Автоклав Б6-КАВ-2 (Б6-КАВ-4) предназначен для стерилизации герметически укупоренных банок с продуктом при температуре свыше 100°C. Автоклав Б6-КАВ-2 (рис. 4.15) 32 состоит из корпуса 3, крышки 4, корзин 10 и штуцера 9 для подключения регулятора, арматуры для соединения с магистралями пара, воды, воздуха и для спуска конденсата. Сварной корпус автоклава состоит из цилиндрических обечаек толщиной 6 мм и днища толщиной 8 мм. На корпусе установлены манометры 8, термометр 7 и датчики регулятора. Внизу корпуса расположены паровой барботер 11 и сливной патрубок со стаканом. Рис. 4.15. Автоклав Б6-КАВ-2 Фланцы, крышки и корпуса прижимаются один к другому с помощью быстродействующего зажима 2, состоящего из пятнадцати секторных захватов, укрепленных на кольце из пружинной полосовой стали, и рычажной системы для стягивания и разведения поясного зажима. На крышке имеются штуцера для предохранительного клапана 5 и пробно-спускного крана 6. Крышка имеет уравновешивающее устройство 1, облегчающее открывание и закрывание её. 33 Наполненные банками корзины устанавливаются в автоклаве одна на другую, после чего крышка закрывается. Сосуд наполняется водой, а через барботер подается пар. Воздушным компрессором создается и поддерживается в системе постоянное давление. По истечении времени, необходимого для стерилизации, пар и горячая вода постепенно вытесняется из аппарата холодной водой. После охлаждения корзины с банками выгружаются из аппарата. Инжекционный стерилизатор применяется для асептического консервирования, при котором продукт подвергается кратковременной стерилизации при высоких (до 140°C) температурах. Затем он быстро охлаждается и фасуется в асептических условиях. Стерилизацию проводят в пластинчатых или трубчатых теплообменниках, а также в пароконтактных стерилизаторах. В этих аппаратах продукт смешивается с инжектируемым паром высокого давления и затем охлаждается в вакуум-камере. Преимуществом таких стерилизаторов является отсутствие пригорания продукта, значительное сокращение продолжительности нагрева по сравнению с пластинчатыми теплообменниками. Рис. 4.16. Принципиальная схема Охлаждение продукта в инжекционного вакуум-камере происходит стерилизатора практически мгновенно. 34 Принципиальная схема инжекционного стерилизатора представлена на рис. 4.16. Продукт насосом 1 нагнетается в инжекционную головку 2, в которой он смешивается с острым паром, проходящим через отверстие 3. Благодаря интенсивному перемешиванию мешалкой, установленной на валу 4, продукт равномерно нагревается до температуры, соответствующей давлению пара. При этой температуре продукт находится в трубе 5 необходимое для стерилизации время. После вторичного перемешивания мешалкой 6 продукт поступает в вакуум-камеру 9 через обратный клапан 7. За счет резкого сброса давления происходит самоиспарение воды из продукта и охлаждение его до 35…37°C. Образовавшиеся в вакуум-камере вторичные пары по трубе 8 направляются в конденсатор, соединенный с вакуум-насосом. Продукт по барометрической трубе 10 перемещается к продуктовому насосу 11 и нагнетается им в наполнитель или асептическую емкость. Температура стерилизации регулируется давлением и количеством острого пара, подаваемого в инжекционную головку. Пастеризаторы. Для пастеризации отдельных видов консервов используют ленточные или конвейерные установки, у которых транспортирующий механизм перемещает продукцию в банках или бутылках через тоннель, разделенный на три зоны: подогрева, пастеризации, охлаждения. Пастеризация жидких продуктов (молока, сливок, соков, пива, пюре и т.п.) зачастую осуществляется в специальных проточных пластинчатых или трубчатых установках, в которых продукт последовательно проходит через три секции: нагрева, пастеризации, охлаждения. Пастеризаторы непрерывного действия могут иметь в своем составе устройства для: – экстрагирования пастеризуемого продукта, т.е. для прогрева паровоздушной смеси в незаполненном пространстве банки, с целью снижения давления в банке и ликвидации брака от срывания крышек; 35 – деаэрирования пастеризуемого продукта, что достигается распределением его тонкой пленкой по перфорированной поверхности; – дезодорации пастеризуемого продукта, т.е. удаление нежелательных запахов и вкусов; – очистки и гомогенизации пастеризуемого продукта. Устройства для термовакуумной обработки жидких пищевых продуктов. В некоторых технологиях применяют различные устройства для удаления нежелательных запахов и привкусов из сырья и полуфабрикатов (молока, сливок, растительных масел и т.п.). Эти устройства носят названия дезодораторов и широко различаются по конструктивному исполнению (вертикальные емкости, в которых размещают различные вращающиеся конусы, диски, барабаны, устройства, аналогичные барометрическим конденсаторам и т.п.). Задача таких устройств - обеспечивать необходимую поверхность контакта фаз для эффективного проведения дезодорации. Рис. 4.17. Термовакуумная установка: 1 – вакуум-насос; 2 – обратный клапан; 3 – конденсатор; 4 – термометр; 5 – воздушный клапан; 6 – вакуумметр; 7 – обратный клапан; 8 – крышкаотражатель; 9 – перфорированная камера; 10 – шарообразные тела; 11 – вакуум-камера; 12 – насос для продукта; 13 – электродвигатель вакуум-насоса. 36 Наиболее эффективная термовакуумная обработка молочных продуктов достигается при температуре порядка 70…80°C. Это связано с тем очевидным фактом, что несоответственные вкус и запах создают легкокипящие жидкости. Для повышения эффекта дезодорации устанавливают последовательно две дезодорационные колонки. В ряде установок, в том числе и зарубежных, для улавливания стойких запахов в продукт при небольших давлениях инжектируют пар. При этом продукт поступает в смесительную камеру, где создается небольшой вакуум. Здесь молочный продукт нагревается и поступает в верхнюю часть циклонного отделителя. Выделившиеся пары и газы частично удаляются в эжекторный конденсатор, а частично дезодорированный продукт отводится в промежуточную емкость. Более полная дезодорация осуществляется во втором циклонном отделителе, работающем аналогично. В вакуумный дезодоратор для молока и молочных продуктов (рис. 4.17) предварительно нагретый продукт подается в перфорированную камеру с отражателем. В вакуум-камере поддерживается разряжение (50…60 кПа) в результате чего продукт вскипает. Вторичный пар и выделившиеся газы удаляются из камеры с помощью вакуум-насоса. Откачивается продукт специальный насосом. Установка, представленная на рис. 4.17, может применяться как в комплектах технологического оборудования, так и самостоятельно. Расчет производительности и энергозатрат. Автоклавы, стерилизаторы и пастеризаторы рассчитываются на основе уравнения теплового баланса. Производительность автоклава ПА (шт/мин) определяется по формуле П А nБ , где: nБ – количество банок, загружаемых в автоклав; τ – продолжительность полного цикла работы автоклава, мин. Уравнение теплового баланса автоклава имеет вид 37 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 , Дж/с. где: Q1 – расход тепла на нагрев автоклава, Дж/с; Q2 – расход тепла на нагрев сеток, Дж/с; Q3 – расход тепла на нагрев банок, Дж/с; Q4 – расход тепла на нагрев продукта, Дж/с; Q5 – расход тепла на нагрев воды в автоклаве, Дж/с; Q6 – потери тепла в окружающую среду, Дж/с. Производительность стерилизатора непрерывного действия ПM , где: M – количество банок одновременно находящихся в стерилизаторе, шт; τ – продолжительность цикла стерилизации, с. Для стерилизатора с цепным транспортирующим органом П V a nК , где: V – скорость движения цепей транспортера, м/с; a – расстояние между центрами банок, м; nК – число банок в одном банкодержателе, шт. Тепловой баланс стерилизатора непрерывного действия Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 , где: Q1 – расход тепла на нагрев банок, Дж/с; Q2 – расход тепла на нагрев продукта, Дж/с; Q3 – расход тепла нагрев транспортирующих средств, Дж/с; Q4 – расход тепла на подогрев доливаемой вода, Дж/с; Q5 – расход тепла на компенсацию потерь в окружающую среду, Дж/с. Контрольные вопросы 1. 2. 3. Как осуществляется передача теплоты в процессе темперирования и повышения концентрации пищевых сред? Какое оборудование предназначено для изменения температуры вязких и жидких пищевых сред? Как классифицируется оборудование для темперирования и повышения концентрации пищевых сред? 38 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Какие функции выполняет двойной предохранительный клапан в пищеварочном котле? Каково устройство и принцип действия оборудования, представленного в разделе 4.1? Какие факторы и как влияют на интенсивность и эффективность работы рассмотренного теплообменного оборудования? В чем сущность расчета производительности и энергозатрат рассмотренного оборудования? Какие преимущества имеют многокорпусные выпарные установки перед однокорпусными аппаратами? В какой последовательности происходит уваривание сиропов и рецептурных смесей в змеевиковом аппарате непрерывного действия? В чем преимущество роторно-пленочных испарителей перед трубчатыми и пленочными? С какой целью и как осуществляется дезодорация жидких пищевых продуктов? С какой целью проводится ошпаривание и бланширование картофеля, овощей и фруктов? Какие виды оборудования применяются для стерилизации и пастеризации? 4.2. Аппараты для сушки пищевых сред Изучить самостоятельно [2, с. 792…796]: 1. Способы сушки. 2. Научное обеспечение процесса сушки. 3. Классификация оборудования 4.2.1. Барабанные сушильные агрегаты Барабанные сушилки применяются для сушки семян подсолнечника (одно- и двухбарабанные), зерна (СЗСБ-8), 39 сахара-песка (СБУ-1), молочного сахара (СБА-1), отжатого жома (А2-ПСА), витаминной муки (АВМ) и других сыпучих материалов. Основным элементом барабанных сушилок является горизонтальный или наклонный (под углом α= 3…50, рис 4.19) вращающийся цилиндрический барабан, внутри которого перемещается по длине, перемешивается и сушится сыпучий продукт. Внутри барабана установлены различного типа насадки (рис. 4.18), способствующие повышению эффективности процесса сушки. Конструкции насадок (внутренних устройств) выбираются в соответствии с требованиями технологического процесса (подъемно-лопастные – а, б, в; распределительные – д, е; концентрические – в, з; перфорированные – г, ж; канальные – ж, з, и и др.) Основной характеристикой сушильного барабана является его влагонапряжение по испаренной влаге A = 6…44 кг/(м3·ч), величина которого зависит от степени заполнения и частоты вращения барабана, теплофизических свойств и размеров продукта, а также от температуры, влажности и скорости движения сушильного агента. Барабан приводится во вращение при помощи зубчатого венца, надетого на него. Венец находится в зацеплении с зубчатым колесом редуктора. Частота вращения барабана 1…8 мин-1. Диаметр барабана зависит от производительности сушилки и составляет 600…2800 мм. Представленная на рис. 4.19 барабанная сушилка работает следующим образом. Влажный материал поступает в сушилку через питатель. При вращении барабана высушиваемый 40 материал пересыпается и движется к разгрузочному отверстию. За время пребывания материала в барабане происходит его Рис. 4.18. Насадки сушильных высушивание при барабанов взаимодействии с теплоносителем – в данном случае топочными газами, которые поступают в барабан из топки. Сушильные газы и материал могут двигаться прямотоком или противотоком. При прямотоке удается избежать перегрева материала, так как при этом горячие газы взаимодействуют с материалом с высокой влажностью. Чтобы исключить большой унос пыли, газы просасываются через барабан вентилятором со скоростью 2…3 м/с. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются в циклоне. Барабанная зерносушилка СЗСБ-8 предназначена для сушки различных зерновых культур любой степени влажности и засоренности без предварительной очистки (рис.4.20). Сушильный барабан шестисекционный с подъемнолопастной системой внутренних устройств. В передней (конусной) части барабана шесть винтовых дорожек, подводящих материал к секторам. Сушильный барабан заканчивается конусным патрубком, к наружному фланцу которого присоединено съемное подпорное кольцо с шестью люлькам, и имеет два бандажа, которыми опирается на металлические ролики, приводящие барабан в движение за счет приводного механизма 9. Зерно выгружается непрерывно при помощи шлюзового затвора разгрузочной камеры 3 и разгрузочного элеватора 5. 41 Рис. 4.19. Схема барабанной сушилки: 1 – топка; 2 – бункер; 3 – барабан; 4 – бандажи; 5 – зубчатое колесо; 6 – вентилятор; 7 – циклон; 8 – приемный бункер; 9 – шлюзовый питатель; 10 – опорные ролики. Охладительная колонка 4 вертикальная, образована из двух концентрических цилиндров, нижняя часть которой перфорирована, верхняя – сплошная. Кольцевое пространство между цилиндрами служит емкостью для зерна, в которой происходит охлаждение. К верхней части внутреннего цилиндра присоединен всасывающий патрубок вентилятора 6, который отводит отработанный воздух. Зерно через загрузочную камеру 10 поступает в сушильный барабан 2, где лопатки барабана и крестовины подхватывают зерно и поднимают его вверх, откуда оно ссыпается вниз. При каждом таком ссыпании под действием воздушного напора и подпора загрузки зерно перемещается вдоль барабана. Агент сушки, выходя из топки 1 и проходя через барабан 2, омывает ссыпающийся с пола материал, высушивает его и отводится вентилятором 7. 42 Зерносушилка работает под разряжением во избежание утечки агента сушки через неплотности. Сочленение вращающегося барабана с загрузочной и разгрузочной камерами Рис. 4.20. Барабанная зерносушилка СЗСБ-8 осуществляется через скользящие лабиринтовые уплотнения. Регулирование пропускной способности зерносушилки осуществляется с пульта управления 8. Техническая характеристика: производительность по пшенице – до 8 т/ч; установленная мощность 28,2 кВт; расход условного топлива 95 кг/ч; испарительная способность – 560 кг испаренной влаги в час. Расчет производительности и энергозатрат. Уравнение, связывающее основные параметры работы сушилки с вращающимся барабаном, имеет вид: G 4 3 n cos sin R 2 r 2 32 , где: G – объемная пропускная способность барабана, м /с; n – частота вращения барабана, с-1; φ – угол наклона барабана, рад; ψ – угол наклона материала к оси барабана, рад; α – угол 3 43 естественного откоса сыпучего продукта, рад; R – внутренний радиус барабана, м; r – радиус, касающийся слоя материала, м. Производительность барабанной сушилки по готовому продукту, кг/ч: П 2 VП , где: VП – объем продукта, находящегося в барабане, м3; ρ – насыпная плотность продукта, кг/м3; τ – время пребывания сыпучего продукта в барабане, с. Частота вращения барабана n (с-1) при заданном угле n k L D tg , наклона барабана φ равна: где: k – эмпирический коэффициент; L, D – длина и диаметр барабана, м. Мощность N (кВт) электродвигателя привода барабана N 0,078 D 3 L k3 n , где: kЗ – коэффициент, зависящий от вида насадки и степени заполнения барабана; 4.2.2 Вальцовые сушилки Вальцовые сушилки предназначены для сушки жидких и пастообразных материалов, например казеин, лактоза, кормовые дрожжи, различные пасты и другие материалы. Греющий пар поступает в вальцы, вращающиеся навстречу друг другу. Один из барабанов находится в подвижных подшипниках, что позволяет регулировать зазор между барабанами, а, следовательно, и толщину пленки высушиваемого материала. Продукт, подлежащий сушке, подается питателем на рабочую поверхность барабанов и образует на их поверхности тонкую пленку. По мере вращения барабана продукт высушивается и снимается ножом, а затем шнеком отводится за пределы сушилки. В случае необходимости досушки материала вальцовая сушилка снабжается гребковым досушивателем. 44 Рис. 4.21. Вальцовая сушилка: 1 – досушиватель; 2 – корпус; 3 – привод; 4 – ведущий валец; 5 – сифонная трубка; 6 – нож; 7 – ведомый валец. Расчет производительности и энергозатрат. Производительность вальцовой сушилки П (кг/с) П DВ h n , где: DВ – диаметр вальцов, м; h – ширина слоя продукта на вальцах, м; n – частота вращения вальцов, с-1; δ – толщина слоя продукта на вальцах, м; ρ – плотность продукта, кг/м3. Мощность привода вальцовой сушилки (кВт) N DВ n P L z 1 tg , 1000 где: P – сила, потребная для срезания слоя на 1 м длины ножа, Н/м (P = 300 Н/м); L – длина вальца, м (L = 1 м); z – число вальцов(z = 2); μ – коэффициент трения ножа о вальцы (μ = 0,18); α – угол наклона ножа к касательной вальца (α = 30…45°); η – КПД передачи (η = 0,8…0,85). 4.2.3. Ленточные конвейерные многоярусные сушилки 45 Ленточные многоярусные конвейерные сушилки применяют для сушки макаронных изделий, сухарей, фрухтов, овощей, крахмала и др. Число конвейерных лент может достигать пяти. Каждый транспортер ленточной сушилки (рис. 4.22) имеет индивидуальный привод, свободное сечение сетчатой ленты транспортера порядка 50%. Между ветвями транспортеров расположены калориферы – трубчатые ребристые подогреватели, обогреваемые паром. Воздух в сушилку подается вентилятором и проходит перекрестным по отношению к материалу потоком через ленты транспортеров. Отработанный воздух удаляется через зонт в трубу в верхней части сушилки. Скорость движения ленты транспортера регулируется вариатором в пределах 0,1…0,7 м/мин. К конвейерным сушилкам относятся Г4-КСК-90 (для сушки картофеля и овощей), СКО-90 (для сушки овощей и фруктов), СПК-4Г и ЛС-2А (для сушки короткорезанных и длинных макаронных изделий), 4СП (для сушки скрученного чайного листа) и др. Конвейерная ленточная сушилка Г4-КСК-90 (рис. 4.23) имеет сварной металлический корпус 3, внутри которого расположены пять ленточных транспортеров. Продукт загружается транспортером 2 на верхнюю ленту, последовательно перемещается с одной ленты на другую сверху вниз и выходит с нижней ленты со стороны, противоположной месту загрузки продукта в сушилку. На транспортере установлен раскладчик 1 скребкового типа, который приводится в движение от автономной приводной станции 12. Для нагрева воздуха между линиями транспортера установлены подогреватели, каждый из которых снабжен собственным подводом пара и отводом конденсата. Воздух поступает под нижнюю ленту, а затем последовательно проходит через подогреватели и все вышерасположенные ленты. Влажный воздух удаляется через вытяжные камеры 4 с помощью осевых вентиляторов 6 через воздуховоды 9. Вытяжные камеры снабжены клапанами 7 для регулирования отвода сушильного агента. 46 Для перемешивания продукта с целью равномерной сушки и предотвращения слипания в начале верхнего ленточного конвейера установлен ворошитель-разравниватель, приводимый в движение от автономного привода 5. Рис. 4.22. Ленточная сушилка: 1 – корпус; 2 – ленточный конвейер; 3 – ведущие барабаны; 4 – ведомые барабаны; 5 – калориферы; 6 – бункер с загрузочным устройством. Для привода ленточных конвейеров сушильной камеры служат две станции 10, одна приводит в движение первый, третий и пятый, а другая – второй и четвертый конвейеры. Для удобства обслуживания сушилка комплектуется лестницей 8, а также предусмотрен щит управления 11. Техническая характеристика: производительность по сухому картофелю – 0,046 кг/с; производительность по испаренной влаге – 670 кг/с; площадь рабочей поверхности – 90 м2; ширина ленты – 2 м; число конвейеров – 5; скорость движения конвейера – 0,1…0,6 м/мин; общая площадь поверхности подогревателей – 1465 м2; общий расход пара 2400 кг/с; мощность электродвигателей – 14,7 кВт. 47 Рис. 4.23. Конвейерная ленточная сушилка Г4-КСК-90 Расчет производительности и энергозатрат. Масса высушенного продукта, выходящего из ленточной сушилки П (кг/ч) рассчитывается по формуле П G100 u1 100 u2 , где: G – пропускная способность по влажному продукту, кг/ч; u1 и u2 – начальная и конечная влажность продукта, %. Расход пара на сушку D (кг/с) рассчитывается по формуле D Q i iК , где: Q – расход теплоты в воздухоподогревателе, Дж/кг; i и iК – энтальпия греющего пара и конденсата, Дж/кг. Камерные сушилки являются простейшими конвективными сушилками и представляют собой корпус, внутри которого находятся вагонетки. На полках вагонеток размещают влажный материал (сухари, овощи, фрухты, макароны и т.п.). Теплоноситель нагнетается в сушилку вентилятором, предварительно подогретый в калорифере и проходит над поверхностью высушиваемого материала или пронизывает слой материала снизу вверх. Часть отработанного воздуха смешивается со свежим. Эти сушилки периодического действия работают под атмосферным давлением. Они применяются в малотоннажных производствах для сушки материалов при невысоких температурах в мягких 48 условиях. Камерные сушилки имеют низкую производительность и отличаются нера вномерностью сушки материала. Туннельные сушилки применяются для сушки техже продуктов, что и камерные. По организации процесса они относятся к непрерывнодействующим. Сушилки представляют собой удлине нный прямоугольный корпус, в котором по рельсам перемещаются тележки с высушиваемым материалом, расположенным на полках. Время пребывания тележек в сушильной камере равняется продолжительности сушки за один проход тележки. Сушильный агент подается вентилятором через калорифер в сушильную камеру. Перемещение тележек происходит с помощью толкателя. Сушилка имеет самоотворяющиеся двери. Горячий воздух взаимодействует в сушилках с материалом в прямотоке либо в противотоке, в ряде случаев осуществляется рециркуляция воздуха и его промежуточный подогрев в сушильной камере. Калориферы и вентиляторы могут устанавливаться на крышке сушилки, сбоку или в тоннеле под сушилкой. Отработанный воздух из сушилки выбрасывается через газоход. 4.2.4. Агрегаты с кипящим и виброкипящим слоями Агрегаты с кипящим и виброкипящим слоями используются для сушки различных мелкозернистых продуктов. Внутри сушилок на одной или нескольких ступенчатых решетках продукт высушивается в кипящем или виброкипящем состояниях. Для обеспечения равномерного кипения частиц продукта сушильный агент подается под решетку равномерно и с соответствующей скоростью распределяется по всей площади. Сушка в виброкипящем слое характеризуется высокой интенсивностью, но сопряжена с повышенным расходом электроэнергии и высокими зарядами статического электричества. 49 Агрегаты с кипящим слоем могут иметь прямоугольную или цилиндрическую форму, коническую форму с фонтанирующим или вихревым слоями, а также с локальным фонтанированием. По способу теплоотвода конструкции агрегатов можно разделить на агрегаты с подводом теплоты только с псевдоожижающим агентом, с перегретым распыливаемым растровом и кондуктивно – через теплообменник в слое. Сушилки Р3-0СС применяются для сушки молочного сахара, сушилки А1-КВР-12 – для сушки круп и хлебопекарных дрожжей, сушилки А1ОГК – для сушки казеина, установки А1-ФМУ – для сушки меланжа. Сушилка Р3-0СС (рис. 4.24) состоит из сушильной камеры 6, виброколонки для подсушивания продукта 7, зоны 5 интенсивной сушки, зоны 4 охлаждения. Продукт загружается питателем 8, Рис. 4.24. Сушильная установка для выгружается через сушки молочного сахара Р3-0СС выпускное устройство в нижней части охладителя. Воздух засасывается вентилятором 2 через фильтр 1 из атмосферы, нагнетается в калорифер 3 и отводится через скруббер 9. Молочный сахар питателем подается в виброподсушиватель 7, затем попадает в зону сушки и далее в зону охлаждения. Техническая характеристика: производительность по сухому продукту влажностью 3% – 200…250 кг/ч; начальная влажность продукта 10…13%; расход пара – 50 кг/ч; установленная мощность – 8,3 кВт. Сушилка А1-ОГК (рис. 4.25) содержит сушильную камеру 3 с питателем 2 для подвода исходного сырья, 50 калориферно-вентиляционные станции первого и третьего коробов 1 и второго и четвертого коробов 4, циклонную установку 5 и отсасывающий вентилятор 6. Вибропривод 8 сушильной установки расположен между вторым и третьим коробами сушилки. Рис. 4.25. Сушилка А1-ОГК для сушки казеина Короба сушилки попарно крепятся между собой при помощи стяжек 10. Привод осуществляется от электродвигателя 13, соединенного ременной передачей с промежуточным валом, который при помощи конических передач соединен с двумя эксцентриковыми валами 11, расположенными перпендикулярно продольным осям коробов. Эксцентриковые валы снабжены маховиками, установленными в подшипниках и при помощи двух пар эксцентриков (сдвинутых по фазе на 180°) шатунов 9 и пальцев передают вибрацию парам коробов, соединенных с 51 пластинчатыми и роликовыми направляющими 7, благодаря чему обеспечивается вертикальная вибрация. Обслуживающие площадки 12 вынесены наружу, а стенки сушильной камеры приближены к стенкам коробов. Шатуны снабжены резинометаллическими шарнирами, что повышает надежность работы соединений. Техническая характеристика: производительность по высушенному казеину – 200 кг/ч; поверхность решет – 7,2 м2; амплитуда колебаний – 8 мм; частота колебаний – 6 Гц; расход пара – 950 кг/ч; максимальный расход воздуха – 25000 м3/ч; установленная мощность – 35 кВт. Производительность и энергозатраты. Средний объемный расход воздуха в сушилке, м3/ч L F V , где: F – площадь газораспределительной решетки аппарата, м2; V – средняя скорость сушильного агента в аппарате, м/с. Теплота, полезно используемая в сушилке, кДж/ч, Q 3,6 S t , где: S – поверхность дисперсного продукта в сушилке, м2; α – коэффициент межфазового теплообмена, Вт/м2·К; Δt – средний температурный напор теплоносителя, °C. Производительность сушилки, кг/ч П [d / 1 V ] S , где: d – средний диаметр частиц продукта, м; φ – коэффициент формы частиц продукта; ε – средний коэффициент порозности слоя (φ = 0,55…0,7); V – объем слоя высушиваемого продукта, м3. 4.2.5. Вакуум-сублимационные сушилки Обезвоживание в глубоком вакууме пищевых продуктов производится при остаточном давлении в сушильной камере 13,3…133,3 Па (0,1…1,0 мм.рт.ст.). При этом давлении сублимационная сушка протекает при отрицательных температурах, а вода находится в состоянии льда. Процесс сублимации льда и десублимации паров воды происходит при давлении и температуре ниже тройной точки фазового 52 равновесия воды, которой соответствует температура 0,098°C и парциальное давление водяных паров 613,2 Па (4,58 мм.рт.ст.). При сублимационной сушке продукты сначала быстро замораживают, а потом помещают в вакуумную камеру, где производится откачка давления остаточных газов до 2,7…8,0 Па. В вакууме происходит интенсивное испарение льда с поглощением теплоты. Испаряемая влага не откачивается насосами, а конденсируется на десублиматорах, охлаждаемых до температуры ниже -55°C. При сушке сублимацией в период охлаждения и самозамораживания (первый период) испаряется 5…20% влаги, в период сушки сублимацией (второй период) из продукта в замороженном состоянии удаляется 75…80% влаги, тепловой сушкой (вакуумная досушка) удаляется 5…15% влаги. Продолжительность Рис. 4.26. Сублимационная сублимационной сушки сушилка периодического длительная и колеблется 8…20 действия ч (в зависимости от режима сушки). Затраты теплоты на испарение 1 кг воды при сублимационной сушке (кДж/кг): при замораживании воды – 334,9; при сублимации льда (-15°C) – 269,2; при десублимации пара (-30°C) – 334,9; суммарные затраты – 6442,3. Сублимационные сушилки применяются для сушки ценных пищевых продуктов, когда к высушенному продукту предъявляются высокие требования в отношении хранения (мясо в замороженном состоянии, овощи, фрукты и т.п.). Сублимационная сушилка периодического действия (рис. 4.26) состоит из сушильной камеры (сублиматора) 1, в которой расположены пустотелые плиты и конденсаторы 53 вымораживатели 4. В плитах 2 циркулирует горячая вода. Высушиваемый материал в противнях 3 размещается на плитах 2. Противни имеют специальные бортики, которые обеспечивают воздушную прослойку между плитами и противнями. Образовавшаяся при сушке паровоздушная смесь из сублиматора поступает в конденсатор-вымораживатель – кожухотрубный теплообменник, в межтрубном пространстве которого циркулирует хладагент – аммиак. Конденсатор-вымораживатель включается в циркуляционный контур с испарителем аммиачной холодильной установки, и соединяется с вакуум-насосом, предназначенным для откачивания несконденсировавшихся газов. В трубах конденсатора происходят конденсация и вымораживание водяных паров. Обычно сублимационные сушилки имеют два поочередно работающих конденсатора. В то время как в одном конденсаторе происходит конденсация и замораживание, другой размораживается для удаления льда. Вакуум-сублимационная установка УСС-5 предназначена для сушки пищевых продуктов широкого ассортимента (творог с фруктовыми добавками, лук репчатый, шампиньоны, закусочные блюда, соки, напитки, первые и вторые кулинарные готовые блюда и др.) путем замораживания и последующего перехода в пар (минуя жидкую фазу) при нагревании под вакуумом. Установка (рис. 4.27) состоит из трех блоков-модулей, каждый из которых включает в себя сублиматор 3 и выносной десублиматор 7. Системы холодоснабжения, вакуумирования, подачи жидкого теплоносителя, автоматического контроля, регулирования и управления процессом являются общими для всей установки. Сублиматор представляет собой цилиндрический горизонтально установленный корпус с полусферическими крышками на торцах, внутри которого размещены горизонтальные нагревательные элементы 2 в виде набранных в секции плит в количестве 256 шт, по которым циркулирует высокотемпературный органический теплоноситель – дефинильная смесь (ДФС). В сублиматор по подвесным путям одновременно загружается восемь тележек, выполненных в виде 54 двусторонних консольных этажерок, на которых помещаются противни с продуктами. Крышки сублиматоров всех трех блоков открываются при помощи гидропривода. Десублиматор установки – выносного типа, он выполнен в виде горизонтального цилиндрического аппарата с вертикальной перегородкой, разделяющей его объем на две половины. В каждой из них размещены по четыре вертикальных трубных секции, рабочая поверхность которых позволяет удалить влагу в течении 1…2 циклов сушки. Жидкий аммиак может подаваться последовательно в любую секцию. Предусмотрена возможность Рис.4.27. Вакуум-сублимационная установка УСС-5 55 работы одной половины десублиматора в режиме оттаивания, а второй – в режиме вымораживания водяных паров. Оттаивание секций осуществляется путем заполнения водой соответствующего объема десублиматора. Каждый из отсеков соединен с сублиматором двумя вакуум-приводами диаметром 1200 мм, с установленными на них вакуумными затворами. Вакуум-насосная станция включает три насоса 5, работающих только в пусковой период, три основных и три резервных насоса 4, вакуумный коллектор 6, группу вакуумных затворов 1, обеспечивающих возможность работы насосов 4 и 5 на один блок и на всю систему. Система холодоснабжения включает пять аммиачных двухступенчатых агрегатов общей холодопроизводительностью 3142500 кДж/ч. Каждый агрегат комплектуется компрессором с электродвигателем. Питание жидким аммиаком потребителей холода предусмотрено аммиачно-циркуляционной системой с нижней подачей жидкого аммиака. Техническая характеристика: загрузка – 2700…3900 кг; продолжительность цикла сушки – 10…15 ч; количество циклов в сутки – 2; производительность по сухому продукту – 1,5 т/сут; температура нагревателей – 180°C; рабочая площадь поверхности десублиматора – 176 м2; рабочее давлении в сублиматоре – 60 Па; установленная мощность 310 кВт. Расчет производительности и энергозатрат. Общее количество влаги, удаленной из продукта за время сублимационной сушки Wоб (кг), определяется как Wоб G1 1 n m G2 u1 u 2 100 u 2 , где: G1 – масса загружаемого продукта, кг; G2 – масса сухого продукта, кг; n и m – начальное и конечное содержание сухих веществ в продукте, %; u1 и u2 – начальная и конечная влажность продукта, %. Количество влаги, испарившейся в период самозамораживания W1 (кг), рассчитывается по формуле W1 Wоб C ж t1 t 0 W C а t 0 t 2 W rп G2 C 0 t1 t 2 rисп 56 где: Cж, Са и Со – соответственно теплоемкость влаги, льда и сухого продукта, Дж/(кг·К); t0, t1 и t2 – температура затвердевания, начальная и конечная температура продукта, К; W' - количество самозамораживающейся влаги при температуре 15°C, кг (W` = 0,8 Wоб); rп и rисп – теплота плавления льда и испарения при средней температуре продукта, Дж/кг. Количество влаги, испарившейся в период сушки сублимацией W2 (кг), составляет W2 0,75...0,85 Wоб . Количество влаги, удаляемой в период вакуумной сушки W3 (кг), равно W3 Wоб W1 W2 . Расход теплоты за время сублимации и период тепловой сушки Q (Дж) Q W2 rc W3 rисп , где: rc – теплота сублимации, Дж/кг. 4.2.6. Микроволновые сушильные установки Все пищевые продукты – диэлектрики, имеющие высокую диэлектрическую проницаемость и низкую электропроводность. Поэтому пищевые среды могут подвергаться диэлектрическому нагреву, связанному с дипольной поляризацией. Эффекты поляризации в переменных высокочастотных электромагнитных полях связанны с затратой энергии поля, поскольку непрерывное изменение направления поляризации сопровождается выделением тепловой энергии в веществе. Диэлектрический нагрев пищевых сред и их обезвоживание наиболее эффективны в СВЧ-диапазоне электромагнитных волн длиной 0,3…0,003 м. Для промышленного применения микроволновой сушки пищевых продуктов разрешено использование СВЧ-диапазона волн с частотами 915±25 и 2450±50 МГц. Причем для различных пищевых материалов глубина проникновения электромагнитной 57 волны зависит от её частоты, диэлектрической проницаемости и тангенса угла магнитных потерь. Микроволновая вакуумная сушилка (барабанного типа) (рис. 4.28) предназначена для сушки штучных материалов, где удаление влаги производится с помощью градиента давления, температурного градиента и градиента влагосодержания. При этом кипение воды в материале достигается при температуре 50…60°C. Установка состоит из сушильной камеры 1 барабанного типа, штабелирующего устройства 2, магнетронов 3 (расположенных на обечайке барабана), вакуум-насоса 4 и системы контроля и управления 5. Техническая характеристика: производительность – 3,0 м3/сут; объем загрузки – 3,0 м3; объем рабочей камеры – 6,2 м3; время сушки – 10…15 час; энергозатраты – 220 кВт·ч/м3; мощность СВЧ-генератора – 34 кВт; глубина вакуума – 0,06 МПа; установленная мощность – 70 кВт. Рис. 4.28. Микроволновая вакуумная (барабанного типа) сушилка Микроволновая сушилка (шнекового типа) (рис. 4.29) предназначена для сушки сыпучих материалов (зерно, крупы и др.). Установка состоит из корпуса 6, внутри которого размещен шнек 7, приводимый во вращение от привода 8. Над шнеком 7 размещены магнетроны 5, обеспечивающие микроволновое воздействие на движущийся продукт и состоящие из воздуховода магнетрона 2 и внешнего воздуховода 3. На выходе корпуса 6 размещен вентилятор 4, продувающий движущийся слой 58 высушиваемого продукта. На входе установлены загрузочная камера 1 и блок управления. Техническая характеристика: производительность 200…250 кг/ч; влажность продукта, начальная – 10…12%, конечная – 5…6%; потребляемая мощность – 15,0 кВт. Определение энергозатрат. Удельная мощность P (Вт/м3), выделяемая в единице объема диэлектрика (пищевого сырья), определяется по формуле P 0,555 10 10 " f E 2 , где: ε” – фактор потерь, равный произведению относительной диэлектрической проницаемости вещества ε' на тангенс угла потерь tg δ; f – частота электромагнитного поля, Гц; E – напряженность электромагнитного поля, Вт/м. Рис. 4.29. Микроволновая сушилка (шнекового типа) Длина волны λ (м) рассчитывается по формуле c f , где: с – скорость света в вакууме, м/с; ε' и μ – относительная диэлектрическая и магнитная проницаемость среды. Глубина проникновения электромагнитного поля Δ (м) в пищевой продукт определяется по формуле 9,55 107 f tg . 59 4.2.7. Распылительные сушилки Распылительные сушилки используются для сушки жидких и пастообразных продуктов (молоко, меланж, соки, экстракты, ферменты, витамины и др.). По способу распыления они подразделяются на дисковые и форсуночные. Вследствие распыления продукта на мелкие частицы в этих аппаратах создается большая поверхность контакта продукта с горячим воздухом, при этом процесс сушки протекает в течении нескольких секунд, а продукт при высушивании находится во взвешенном состоянии. Распыление может осуществляться с помощью гидравлических (механических) и пневматических форсунок или центробежных (дисковых) распылителей. Другие способы распыления применяются редко. Механические форсунки работают по принципу истечения из отверстия струи жидкости, подаваемой в форсунку под давлением 2…20 МПа. Производительность механических форсунок достигает 4000 кг/ч и более. Достоинства механических форсунок – простота изготовления и обслуживания, низкие энергозатраты на распыление, невысокие эксплуатационные расходы. Основной недостаток – трудность регулирования производительности и ненадежная работа при распылении суспензий, вследствие забивания канавок твердыми частицами и эрозионного износа сопла. Для уменьшения эрозионного износа применяются сопловые вкладыши из твердого материала (карбида, вольфрама, рубина, сапфира). В высокопроизводительных форсунках с соплом большего диаметра эрозионный износ мало влияет на показатели работы. Механические форсунки непригодны для распыления высоковязких растворов и паст. Пневматические форсунки работают по принципу распыления жидкости высокоскоростной струей газа или пара, подаваемого под давлением 0,1…1,0 МПа. Производительность пневматических форсунок достигает 12000 кг/ч. Они отличаются высокой универсальностью в отношении регулирования формы факелы, 60 производительности, дисперсности распыла и возможностей распыления высоковязких паст и суспензий. В центробежных дисках распыление жидкости происходит вследствие выброса её в виде пленки или струек в относительно неподвижный воздух. Частота вращения дисков – 4000…20000, но может достигать 50000 мин-1 и более. По конструкции диски могут быть лопаточными и сопловыми диаметром от 50 до 350 мм. Производительность промышленных центробежных распылителей достигает 40000 кг/ч и более. Пневматические и механические форсунки могут быть установлены по одной или объединены в блоки (до 50 шт.). Центробежные распылители всегда устанавливаются по одному. Рис. 4.30. Схемы сушильных камер: Г – газ; М – исходный материал; П – высушенный продукт. Конструктивное оформление сушильных камер зависит от типа, числа и места установки распылителей, а также от места и способа ввода газа или материала (рис. 4.30). Использование той 61 или иной конструкции сушилки обусловлено технологическими требования и свойствами высушиваемого материала. На рис. 4.30, а, б, представлены конструкции прямоточных сушилок с форсуночным распылом и движением газа и материала сверху вниз. Более удачна конструкция с равномерным распределением газа и раздельным выводом газа и продукта (а). Тангенциальный подвод газа и совместный вывод отработанного теплоносителя и сухого продукта нельзя признать удачным по следующим причинам. При закручивании всего потока газа в камере возникают значительные перепады давлений с понижением давления в направлении к осевой линии и верхней части сушилки. Вследствие этого в камере создаются мощные циркуляционные потоки выносящие сухой продукт в зону высоких температур в верхней части камеры, где возможны перегрев и деструкция продукта. На рис. 4.30, в, показана схема сушилки с противоточным движением фаз, когда сушильный агент движется снизу вверх, а диспергированный материал – сверху вниз. Такое движение потоков достигается при условии достаточно грубого распыла, обеспечивающего получение частиц, скорость витания которых превышает скорость газа. Противоток применяется для достаточно термостойких продуктов, когда требуется увеличить насыпную плотность порошка или совместить сушку и прокалку продукта, а также при необходимости глубокой сушки материалов с трудноудаляемой влагой. На рис. 4.30, г, представлена сушилка с восходящим прямотоком. При распылении материала происходит фракционирование частиц в восходящем потоке сушильного агента, причем мелкие частицы увлекаются вверх и удаляются из камеры вместе с отработанным теплоносителем, а крупные оседают на дно камеры. Характер движения потоков диспергированного материала достаточно сложен. Средние по размерам частицы перемещаются сначала вниз, а после высушивания – вверх. Частицы, оседающие на дно камеры попадают в зону высоких температур и подвергаются тепловому воздействию таким же образом, как и в противоточных камерах. Частицы, движение которых направлено снизу вверх, находятся в 62 более благоприятных температурных условиях достаточно охладившегося сушильного агента. Скорость подъема крупных частиц меньше, а время пребывания их в камере больше времени пребывания мелких частиц. В результате все частицы подвергаются приблизительно одинаковому тепловому воздействию со стороны сушильного агента, что обеспечивает широкие возможности при сушке термолабильных продуктов. Сушилка, представленная на рис. 4.30, д, характеризуется тем, что движение распыленного материала осуществляется фонтанообразно, навстречу подаваемому сверху сушильному агенту. При этом объем сушильной камеры используется как бы дважды: при движении материала вверх (противоток) и при движении его вниз (прямоток). Таким образом, камеры данного типа обеспечивают максимальное время пребывания материала в зоне сушки и высокие напряжения камеры по испаренной влаге. Вследствие сепарации частиц различного размера мелкие частицы проходят меньший путь и быстрее покидают зону сушки. Тем самым достигается равномерная и интенсивная сушка материала, что особенно важно для термолабильных продуктов. Сушилки представленные на рис. 4.30, г, д, широко применяются для сушки высококонцентрированных суспензий. Сушилки с центробежными дисковыми распылителями, рис. 4.30, е-и, работают как правило по прямоточной схеме. Применение дискового распылителя обуславливает большой диаметр сушильной камеры и, как следствие – высокую скорость газа по сечению камеры. В этом случае способ ввода и распределения сушильного агента в камере существенно влияет на процесс сушки дисперсного материала. Специфику процесса в данном случае составляет создание интенсивных радиальных потоков газа от диска к стенкам камеры и от стенок к диску за счет вентиляционного эффекта последнего. При этом в плоскости факела возникают разряжения, вызывающие подсосы и циркуляцию газа как из зоны над факелом, так и из нижней зоны. Если диск расположен вблизи от потолка камеры, то при недостаточном подводе сушильного агента в зону между потолком и факелом, там создается 63 разряжение, вызывающее искривление траектории полета капель и частиц и отложение материала на потолке камеры. Наиболее благоприятные условия возникают при движении газа к корню факела распыла, так как при этом максимально используется горизонтальный участок полета капель с большой скоростью, сокращается диаметр факела и обеспечивается подача газа к диску для компенсации эффекта самовентиляции. Такая схема газоввода стала в настоящее время классической. При сушке термолабильных продуктов газ подводят к нижней стороне факела распыла (рис. 4.30, з) или же охлаждают потолок, подавая в специальную полость холодный воздух или воду. Как при верхнем, так и при нижнем способе ввода газа поток его закручивается с помощью распределительных лопаток. Направление закручивания должно совпадать с направлением вращения диска, в противном случае получается неблагоприятная форма факела распыла за счет резкого отклонения траектории капель от горизонтальной плоскости вверх или вниз. Большой диаметр камер с дисковыми распылителями влечет за собой значительное увеличения габаритов конической части, что вызывает неудобства при размещении в производственном помещении и удорожает конструкцию. В связи с этим днища сушильных камер высокой производительности стремятся обычно делать плоскими или с небольшим углом конуса, используя специальные устройства для эвакуации осевшего сухого продукта. На рис. 4.30, и, показана конструкция сушилки, в которой сухой продукт отводится с помощью гребковых элементов, установленных на вращающихся штангах. Иногда сбор продукта с плоского днища камеры осуществляется с помощью вращающегося пылесоса. Распылительным сушилкам присущи существенные недостатки, связанные со спецификой процесса: сравнительно небольшая удельная производительность, большой удельный расход сушильного агента, высокая дисперсность высушиваемого продукта, обуславливающая большие 64 капитальные затраты на сооружение установок пылеулавливания и высокие эксплуатационные расходы. Проблему получения непылящегося сухого продукта решают различными путями агломерирования продукта в процессе сушки. Наиболее распространен метод вдува в факел распыла мелкой пыли продукта, взятой из первой ступени пылеулавливания. Оригинальная вихревая распылительная сушилка с устройством для одновременной агломерации продукта разработаны в Московском технологическом институте мясной и молочной промышленности Ю.В. Космодемьянским. Принципиальная схема сушильной камеры представлена на рис. 4.31. Сушильная камера 1 разделена горизонтальной перегородкой 3 на две зоны: верхнюю цилиндрическую и нижнюю – коническую. Сушильный агент подается в верхнюю зону закрученным потоком через газоподводящее устройство 8 навстречу фронтальнообразно распыленному форсункой 2 материалу. Высушенный продукт за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам камеры и ссыпается через зазор между корпусом и перегородкой 3 в коническую часть сушилки. В нижней зоне вращению потока газа препятствуют Рис. 4.31. Вихревая демпфирующие лопатки 4. распылительная сушилка Вследствие разности статических составляющих напора газ из нижней зоны через 65 центральную трубу 5 рециркулирует в верхнюю зону, увлекая с собой мелкие фракции продукта, которые таким образом доставляются непосредственно к факелу распыла и агломерируются. Дополнительно продукт сепарируется в сепарационной трубе 7 за счет подсоса через неё дополнительного количества воздуха, которое можно регулировать в зависимости от скорости витания частиц требуемого предельно минимального размера. Агломерированный сухой материал в виде готовой продукции выгружается через секторный затвор 6, а мелкий продукт возвращается на факел распыла. Достоинствами аппарата является закручивание потока (элементы с активной гидродинамикой), эффективное использование объема камеры (фонтанообразный факел распыла) и отсутствие уноса пыли. Сочетание всех этих положительных качеств делает сушилку Ю.В. Космодемьянского перспективной для применения в производстве гранулированных (размером 2…5 мм) сухих продуктов молока, дрожжей, сухого бульона и т.п. Расчет производительности и энергозатрат. Продолжительность распылительной сушки τс (с) определяется по формуле с 0,167 Q П d ср tср 1 , где: Q – количество теплоты, отдаваемой продукту воздухом, Дж/с; α - коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности частицы, Вт/(м2·К); Δtср – средняя разность между температурами продукта и воздуха, К; tср t1 t2 ln t1 t М t2 t М , где: t1 и t2 – начальная и конечная температура воздуха, К; tМ – средняя температура мокрого термометра, К. Средний диаметр частиц продукта dср (м), получаемый при дисковом распылении d ср 1 R П , 66 где: ω – угловая скорость вращения диска, рад/с; σ – поверхностное натяжение продукта, Н/м; R – радиус диска, м; ρП – плотность продукта кг/м3. при форсуночном распылении d ср 8 k G g В VП , где: k – коэффициент, зависящий от свойств распыляемого продукта; ρВ – плотность воздуха, кг/м3; VП – скорость струи продукта, входящего в сопло, м/с. Количество теплоты Q (Дж/с), передаваемой от воздуха к продукту Q W r G1 C1 T2 T1 , где: W – количество испаренной влаги, кг/с; r – теплота испарения влаги, Дж/кг; C1 – теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); T1 и T2 – начальная и конечная температура продукта, К. Напряжение объема сушильной камеры по испаренной влаге A [кг/(м2·с)] определяется по формуле A V tср r , где: αV – объемный коэффициент теплообмена, Вт/(м3·К); V F VК , где: VК – объем сушильной камеры, м3. Общая площадь поверхности частиц F (м2) в конце распылительной сушки определяется как F 6 G1 d ср П . Производительность испаренной влаге распылительной сушилки по W A VК . Контрольные вопросы 67 Какие основополагающие законы используются при анализе процессов сушки? 2. Какие способы обезвоживания применяются в пищевой технологии, их особенности, преимущества и недостатки? 3. Устройство оборудования, представленного в данном разделе? 4. Каков принцип работы сушилок и сушильных установок, описанных в данном разделе? 5. Какие факторы и как влияют на интенсивность и эффективность работы рассмотренного сушильного оборудования? 6. От чего зависят производительность и энергозатраты рассмотренного сушильного оборудования? 7. Какие условия необходимы для создания кипящего и виброкипящего слоев? 8. Какие пути повышения производительности сушилки с виброкипящим слоем без увеличения потребляемой мощности? 9. Какова область применения распылительных сушилок и какие типы распылительных устройств вы знаете? 10. Как классифицируются сушильные установки, применяемые в пищевой промышленности? 11. От каких параметров зависит продолжительность процесса распылительной сушки? 12. В чем различие характеристик сушилок с кипящим слоем и распылительных сушилок? 13. В чем различие характеристик вальцовых и барабанных сушилок? 14. В чем особенность схем сушильных камер, представленных на рис. 4.30? 15. За счет чего происходит агломерация высушенного материала в сушилке, представленной на рис. 4.31? 16. В чем заключается сущность, особенность и механизм процесса сублимационной сушки? 17. В чем особенность сушки термолабильных продуктов в распылительных сушилках? 18. Почему пищевые продукты подвергаются диэлектрическому нагреву, связанному с дипольной поляризацией? 1. 68 19. Что такое глубина проникновения электромагнитной волны и как она определяется? 4.3. Оборудование для выпечки и обжарки пищевых сред Изучить самостоятельно [2, с. 839…851]: 1. Классификация процессов выпечки и обжарки. 2. Научное обеспечение процессов выпечки и обжарки пищевых сред. 3. Классификация оборудования. 4. Пекарная камера, устройства для сжигания газообразного и жидкого топлива. 4.3.1. Печи Печь ФТЛ-2-66 (рис. 4.32) относится к группе конвейерных люлечных тупиковых печей средней мощности с 69 канальным Рис. 4.32. Печь ФТЛ-2-66 обогревом пекарной камеры. Эта печь по вырабатываемому ассортименту универсальная и предназначена для выпечки хлебобулочных, бараночных и сухарных изделий всех наименований, а также многих видов мучных кондитерских изделий. Печь состоит из топки 1, пекарной камеры 2, цепного конвейера 3 с люльками 4 и приводного механизма. Топка печи приспособлена для сжигания дров, угля, мазута и газа. При сжигании угля применяется воздушное дутье. Воздух от центробежного вентилятора поступает под колосники и через отверстия в них проникает в слой топлива. Горячие газы направляются из топки 1 по нижнему кирпичному каналу, передающему тепло пекарной камере 2 через свод, по двум вертикальным каналам, расположенным в боковых стенках печи, и далее направляются в металлический радиатор, а затем поднимаются в каналы верхнего газохода. Цепной конвейер представляет собой две пластинчатые шарнирные цепи с шагом 140 мм, перекинутые через три пары блоков 5, укрепленных на валах. Между цепями подвешены люльки 4. Для выпечки формового хлеба люльки делают из уголковой стали в виде рамок, в которые вставляются секции из форм, а для готовых изделий применяются люльки с подиками из листовой стали с бортиками с трех сторон. Всего в печи имеется 24 люльки шириной 1920 мм и длиной 350 мм. Для выпечки формовых изделий на конвейере размещаются 36 люлек длиной 220 мм, с шагом их подвески 280 мм. На такой люльке устанавливаются 16 форм размером 235х115 мм (поверху). Конвейер с люльками приводится в движение от электродвигателя, соединенного клиноременной передачей с редуктором, а последний через цепную передачу соединен с приводным валом. Движение конвейера печи прерывистое. Регулировка продолжительности выпечки осуществляется реле времени в 70 пределах от 7 до 100 мин за счет изменения времени остановки (выстоя) печного конвейера. Для увлажнения среды пекарной камеры в верхней зоне над четырьмя люльками установлена гребенка трубок 6 диаметром 50 мм, с отверстиями, обращенными в сторону конвейера. Пар поступает из двух трубчатых парогенераторов диаметром 200 мм, установленных в газоходах, расположенных внизу боковых стен кладки печи, или из котельной предприятия. Избыток пара из пекарной камеры удаляется через канал 7, перекрываемый шибером, ручка 8 которого выходит к месту посадки. Паровытяжной канал соединен с боровом печи. Посадка тестовых заготовок или форм с тестом и выем готовых изделий производится через посадочное отверстие. Включив электродвигатель привода печи, следят, когда загорится сигнальная лампа реле и, открыв дверцу, производят посадку тестовых заготовок на подошедшую к посадочному отверстию люльку. По истечении установленного времени реле автоматически включает электродвигатель привода, а загруженная тестом люлька передвигается в верхнюю зону пекарной камеры. Последующая загрузка печи производится в той же последовательности до момента, когда первая загруженная люлька подойдет к отверстию под разгрузку. Сняв готовые изделия, люльку загружают вновь. Рис. 4.33. Печь Брувера-Салихова 71 Туннельная печь с газовым обогревом конструкции Брувера-Салихова (рис. 4.33) предназначена для выпечки национальных сортов хлеба и других специальных изделий и состоит из туннельной пекарной камеры 1, обогреваемой верхним 15 и нижним 5 каналами, двухниточного цепного конвейера 14 с пластинчатым подом, приводного 10 и натяжного 4 валов, посадочного механизма 2 и ленточного транспортера 9 для готовой продукции. Для снятия лепешек с пода предусмотрен нож-скребок 8. Пекарная камера обогревается газовой горелкой 16, вставленной в торцевую стенку верхнего канала, и двумя газовыми горелками 7, подогревающими керамические плитки пода в нижнем канале. Для определения температуры среды пекарной камеры и газа в верхнем канале предусмотрены термопары 6. Увлажнение осуществляется путем испарения воды в металлической емкости 12, расположенной в пекарной камере, и паром от котелка 13. Кроме этого для опрыскивания заготовок предусмотрена перемещаемая поперек пода форсунка 11. Конвейерный под состоит из 50 металлических рамок 2 размером 1920х230 мм с прикрепленными к ним керамическими плитками. Рабочая площадь пода 9,1 м2. Движение конвейера осуществляется от электродвигателя через ременную передачу, редуктор и цепную передачу на приводной вал печи. Движение пода прерывистое. Остановка пода осуществляется концевым выключателем у приводной звездочки, а пуск – от реле времени. Длительность выпечки регулируется в пределах от 5 до 57 мин. Расстойно-печные агрегаты – представляют собой конструкцию, состоящую из расстойного шкафа и печи, объединенных общим конвейером. Агрегаты предназначены для выработки формового хлеба из ржаной и пшеничной муки и обеспечивают полную механизацию производственных процессов на данном участке поточной линии. Определение энергозатрат и производительности печей. Тепловой баланс пекарной камеры составляют на 1 кг горячего 72 хлеба (в момент выхода его из пекарной камеры), поэтому уравнение теплового баланса пекарной камеры имеет вид: q q1 q 2 q3 q4 q5 q6 q7 q8 , кДж/кг, где: q – количество теплоты, переданное в пекарную камеру на выпечку 1 кг готовой продукции; q1 – теоретический расход теплоты на выпечку 1 кг продукции; q2 – расход теплоты на испарение воды и перегрев пара поступающих в пекарную камеру на увлажнение тестовых заготовок; q3 – расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха; q4 – расход теплоты на нагрев транспортных устройств; q5 – расход теплоты наружными поверхностями стенок пекарной камеры; q6 – расход теплоты через нижнюю стенку пекарной камеры; q7 – расход теплоты излучением через посадочные и разгрузочные отверстия; q8 – расход теплоты на аккумуляцию элементами печного агрегата. Производительность печи, кг/ч: П 60 n Л nФ g Х , где: nЛ – количество рабочих люлек конвейера, nФ – количество форм с хлебом на люльке; gХ – масса одной буханки хлеба, кг; τ – продолжительность выпечки, мин. При непрерывной работе для установившегося теплового режима q8 = 0. Тепловой поток от системы обогрева в пекарную камеру QПК (кВт) будет равен QПК q П 3,6 , КПД пекарной камеры hПК (%) определяется как hПК q1 q ПК 100 , Производительность хлебопекарных печей зависит от количества хлебных изделий, находящихся на поду или в люльке, массы изделий и продолжительности выпечки. Производительность конвейерной печи с ленточным или стационарным подом определяется по формуле 73 П 60 N g , кг/ч, где: N – общее количество изделий на поду или в люльке; g – масса изделия, кг; τ – продолжительность выпечки, мин. Производительность конвейерной люлечно-подиковой печи определяется по формуле П 60 N m g , кг/ч, где: m – число рабочих подиков печи. При расчете печи для выпечки кондитерских и бараночных изделий используется формула П g уд f П , кг/ч, где: gуд – удельная производительность печного конвейера, кг/(м2·ч); fП – рабочая площадь пода, м2. Установочная мощность печи определяется Pуст QПК K , кВт, где: K – коэффициент запаса мощности печи, K=1,3…1,6. 4.3.2. Оборудование для шпарки и опаливания Оборудование этой группы предназначено для обработки поверхности мясного сырья с целью подготовки к дальнейшей переработке. Шпарка – кратковременная тепловая обработка поверхности туш свиней, шерстных и слизистых субпродуктов при температуре теплоносителя (воды, пара) 51…83°C с целью ослабления связи между подлежащими удалению частями (волосом, щетиной, слизистой оболочкой, эпидермисом) и самим объектом. Свиные туши в шкуре подвергают шпарке а том случае, если свинину направляют на выработку бекона и ветчинных изделий, частично – для снятия крупона. Шпарку проводят в воде или пароводяной смеси температурой 63…65°C в течении 3…5 мин. Её цель – ослабление луковиц щетины, 74 которую потом удаляют машинами и вручную. Режим шпарки субпродуктов зависит от их вида. Оборудование для шпарки бывает периодического и непрерывного действия, горизонтальным (шпарильные чаны и ванны) и вертикальным (шпарильные камеры). Шпарильный чан В2-ФК4 предназначен для полной или частичной шпарки туш и состоит из трех секций, привода, а также парораспределителей, нагревателей, насосов (2 шт.), четырех оросителей и шкафа управления. В чане установлен конвейер, каждая ветвь его образована четырьмя секциями цепи, к которым крепятся люльки. Последние имеют индивидуальные фиксаторы, препятствующие всплытию туш при погружении в воду. Для удаления пара над чаном расположен зонт, присоединенный к системе вентиляции. Температура на небольшом уровне поддерживается автоматически при помощи датчиков и приборов. Свиные туши после мойки и поддувки свежего воздуха конвейером направляются на участок загрузки. Автоматически при помощи вилочного приспособления происходит расфиксация путовой цепи и туши попадают на ленточный конвейер, которым подаются на приемный стол загрузочного устройства шпарильного чана. С помощью толкателя загрузочного устройства с приемного стола они направляются в люльки шпарильного чана головами в одну сторону. При этом необходимо следить за правильностью загрузки туш и дополнительно ориентировать брюшной частью вниз. Туши в люльках автоматически фиксируются прижимными устройствами. После прохождения люлек вдоль чаши туши автоматически выгружаются при переворачивании люлек на нисходящей ветви цепей на загрузочное устройство скребмашины. Холостые ветви цепей, перемещаясь под днищем чана по нижним направляющим, подают люльки к месту загрузки. Техническая характеристика: производительность – 240 туш/ч; масса обрабатываемых туш – 60…260 кг; габаритные размеры – 16280×4075×2650 мм; масса – 15000 кг. 75 Ванны шпарительные (рис. 4.34) применяют для предварительной шпарки субпродуктов. Ванны имеют прямоугольную форму с внутренней 4 из нержавеющий стали и внешней 2 из черного проката обшивками. Пространство между ними заполнено теплоизоляцией 6. Геометрическая вместимость ванны составляет 400 л. Вода температурой 60…65°C подводится в ванну через патрубок 3, а отводится через патрубок 8. Для подогрева воды и поддержания необходимой температуры в ванне имеется барботер 1. Ванна рассчитана на одновременную загрузку четырех корзин 7 вместимостью до 45 кг каждая. Корзины прямоугольные, сварные, из листовой нержавеющей стали с перфорированными стенками. На торцевых поверхностях имеются цапфы, соединенные с коромыслом 5, предназначенным для переноса и опрокидывания корзины при их загрузке. Рис. 4.34 Ванна шпарильная Опаливание выполняют для удаления (сжигания) остатков волос и эпидермиса при обработке туш свиней и шерстных субпродуктов. Одновременно поверхность продукта дезинфицируется, а при обработке шерстных субпродуктов приобретает специфический приятный запах и желтоватокоричневый цвет. Процесс осуществляется при температуре 600…800°C, а температура открытого пламени достигает 1000°C. 76 Опаливанию влажных субпродуктов предшествует подсушка отходящими из опалочной зоны газами температурой 300…400°C. Для опаливания применяют опалочные печи периодического и непрерывного действия, при ручном опаливании части свиных туш используют факельные горелки. Печь опалочная К7-Ф02-Е (рис. 4.35), применяют для непрерывной опалки туш свиней полной и со снятием крупона. Она состоит из боковых пустотелых щитов 1, вытяжного зонта 2, устройства для ориентации туш 3, подвесного пути 5, водопровода 4 для его охлаждения, контрольного электрода, горелочного устройства 7 и его запальника. Газ природный или сжиженный поступает в горелочное устройство 7 печи, где за счет инжектирования образуется горючая смесь, которая, выходя из отдельных смесителей попадает в горелочный туннель, общий для вертикального ряда горелок. Туши опаливаются, проходя через печь. В пустотелых боковых щитах и двойных стенках вытяжных зонтов движется охлаждающий воздух, что препятствует перегреву стенок печи и препятствует преждевременному прогоранию зонтов. Вода, вводимая на участок подвесного пути с трубопроводом, охлаждает его направляющие для туш и используется для орошения после опалки. После опалки свиных туш со снятым 77 Рис. 4.35. Печь опалочная К7-ФО2-Е крупоном горелочные устройства печи, соответствующие его расположению, отключаются, а высота пламени регулируется по верхней границе крупона поворотными щитками. Определение производительности и энергозатрат. Расход пара в шпарителе Q (кг/с) определяется по выражению Q Qоб i В i К , где Qоб – общий расход теплоты, Вт, рассчитывается как Qоб Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 , где: Q1 – расход теплоты на нагрев продукта, Вт; Q2 – расход теплоты на нагревание аппарата, Вт; Q3 – расход теплоты лучеиспусканием и конденсацией, Вт; Q4 – потери теплоты из-за утечки пара через уплотнения, Вт; Q5 – расход теплоты с открытой поверхности аппарата, Вт; Q6 – расход теплоты на нагрев воды, добавляемой в аппарат, Вт; iП, iК – теплосодержание греющего пара и конденсата, Дж/кг. Пропускная способность шпарильного чана ПЧ (шт/мин) рассчитывается по формуле ПЧ L l , где L – рабочая длина чана, м; l – расстояние между тушами, м; τ – продолжительность обработки, мин (при температуре 62…64°C). Производительность шпарильных ванн для шерстистых субпродуктов ПВ (кг/с) определяется по формуле П В V Ц , где: V – объем шпарильной ванны, м3; ρ – плотность сырья, кг/м3; ξ – коэффициент заполнения ванны (ξ = 0,7…0,8); τЦ – продолжительность цикла, с (τЦ = τ1+ τ2+ τ3), здесь τ1 – продолжительность загрузки, с; τ2 – длительность шпарки, с; τ3 продолжительность выгрузки, с. Тепловой баланс опалочной печи в общем виде выражается зависимостью: Qоб Q1 Q2 , где Qоб – общее количество теплоты, поступающей в опалочную печь, Вт (Qоб = (17…25)·106n, здесь n – число туш); Q1, Q2 – количество полезной теплоты, используемой для опалки туш и потери теплоты, Вт. 78 Для определения потерь теплоты Q2 необходимо учитывать нагрев элементов опалочной печи, соприкасающихся с газом, нагрев охлаждающей воды и потери с уходящими газами, температура которых составляет 900…950°C. Производительность опалочных печей периодического действия ПП (кг/с) определяются по формуле П П z m t Ц , где: z – количество туш, помещаемых в печь, шт; m – масса туши, кг; t – шаг подвески туш, м; τЦ – продолжительность цикла опалки, с. Производительность непрерывно действующих опалочных печей ПН (кг/с) определяется как П Н z 0 m t Д , где z0 – количество туш, находящихся на единице длины печи, шт/м; m – масса туши, кг; t – шаг подвески туш, м; τД – продолжительность движения туши через печь, с. Мощность электродвигателя N (кВт) привода конвейера опалочной печи N F V g a 1000 , где: F – тяговое усилие привода, Н; V – скорость конвейера, м/с; ( V L Д , здесь L – длина рабочей части конвейера, м; τД = 18…20 с – продолжительность опалки), ηА – коэффициент запаса мощности (ηА = 1,2…1,25); η – КПД привода (η = 0,7…0,75). 4.3.3. Обжарочные аппараты и печи для запекания Аппарат ТНА-240 (рис. 4.36) предназначен для обжаривания кофе, ячменя, ржи, цикория, сои и т.п. Управление аппаратом ведется в автоматическом режиме по любой из шести программ. Аппарат состоит из обжарочного барабана 1, охладителя 4, дожигателя 2, загрузочного бункера 3. Охладитель представляет собой чашу круглой формы с вращающимися лопатками, перемешивающими продукт для 79 интенсивного охлаждения, оснащен вентилятором и циклономочистителем. Когда в обжарочном барабане достигается нужная температура и загрузочный бункер заполнен, продукт поступает в барабан и обрабатывается в заданном режиме. После обжаривания продукт выгружается через переднюю торцевую крышку барабана в охладитель. Процессы загрузки, обжаривания и выгрузки продукта автоматизированы. Аппарат снабжен дожигателем дыма, который установлен у выхода вентилятора всасывания и служит для очистки воздуха, выбрасываемого в окружающую среду. Чистка дожигателей осуществляется раз в семь дней. Рис. 4.36. Обжарочный аппарат ТНА-240 Техническая характеристика: производительность по зерновым – 1000 кг/ч; по кофе – 1500 кг/ч; единовременная загрузка – 7…8 кг; потребление теплоты – 838000 кДж/ч; установленная мощность – 42 кВт. Жаровня с электроподогревом масла (рис. 4.37) предназначена для обжаривания рыбных палочек. Под двойным днищем 2 ванны 1 расположены две секции электроспиралей 3, каждая мощностью по 50 кВт. Масло, подаваемое циркуляционным насосом 4 в полость двойного днища, нагревается от включенных секций электроспиралей до 180…200°C и подается через щелевой коллектор в печь. Масло, проходя через узкую щель (hЩ = 1…1,5 мм), дросселируется и 80 поступает в ванну со скоростью 12…15 м/с (скорость масла в ванне 0,2 м/с). С другой стороны ванны масло стекает через патрубок 5 в барабанный фильтр 6 для грубой очистки, а оттуда насосом 4 снова нагнетается для нагрева в полость двойного днища ванны, одновременно часть масла тонко фильтруется через бумагу. При обжаривании в печи находится одновременно около 1100 кг масла и добавляется около 65 кг свежего масла. Коэффициент сменяемости масла при двусменной работе равен 1. Продукт перемещается в ванне с помощью двух транспортеров, расположенных один над другим. Рыбные палочки, уложенные на сетчатую металлическую ленту транспортеров, при движении плотно прижимаются к ленте транспортера 7, и в таком положении вместе с лентами погружаются в горячее масло. Рис. 4.37. Жаровня с электроподогревом масла Продолжительность обжаривания в печи 1…3,5 мин. При скорости движения ленты 0,07 м/с производительность печи составляется 400 кг/ч. Обжаренные рыбные палочки непрерывно поступают в воздушный охладитель. Запекание – процесс нагревания мясопродуктов горячим воздухом или продуктами сгорания газа при температуре 80…280°C в ротационных или шахтных печах, при котором потери сока или жира ниже, чем при варке в воде, а выход готовых продуктов выше. Этот процесс применяется при производстве кулинарных изделий, колбас, мясных хлебцев, соленых мясных продуктов и др. 81 Печь ротационная К7-ФП2-Г (рис. 4.38) предназначена для запекания мясных хлебцев, буженины, карбонада и других изделий без оболочки, стерилизации условно годного мяса. Она представляет собой термоизолированную цилиндрическую камеру 9, закрепленную на опоре 12. Стенки камеры трехслойные: два внешних слоя – облицовка из нержавеющей стали, а внутренний – теплоизоляция. В камере имеется проход для загрузки и выгрузки продукта с подъемной дверцей 1 с противовесом 15 и проход с отражателем 13 для подачи горячего воздуха, получаемого при сгорании газа в горелках 11. Продукт подают на люльки 10 ротора, диски 14 которого установлены на валу 5 и соединены между собой стержням 6, несущими люльки. Электродвигатель 3 и редуктор 2 смонтированы на стойке 4, прикрепленной к каркасу печи. Газы покидают рабочую зону через трубу 7 с задвижкой 8. Рис. 4.38. Печь ротационная К7-ФП2-Г Печь относится к установкам периодического действия. Процессы подсушки, обжарки и варки мясопродуктов осуществляется один за другим. При этом продукт в формах или лотках, установленных на люльках ротора, непрерывно перемещается в камере в потоках паровоздушной смеси. Из камеры воздух по отсасывающим воздуховодам поступает в коллектор, откуда вентилятором засасывается и направляется на нагревательные элементы, а затем по промежуточному 82 воздуховоду в центральный распределительный воздуховод и дальше к продукту. Для увлажнения среды используют острый пар. Техническая характеристика: производительность – 110 кг/ч; частота вращения ротора – 0,06 с-1; установленная мощность – 43,35 кВт; занимаемая площадь – 4,7 м2. Конвейерная шахтная печь (рис. 4.39) расположена в шахте 1, внутри которой смонтированы две синхронно движущихся цепи 2, несущие люльки для установки на них форм с обрабатываемой продукцией. Шахта снабжена двумя проемами 3 и 4, в которых смонтированы звездочки 5 и 6. При обегании этих звездочек люльки выносятся в помещение и позволяют осуществлять операции загрузки и выгрузки в зоне низких температур. Ведущая станция конвейерных цепей, 83 Рис.4.39. Конвейерная шахтная печь включающая электродвигатель 7, два червячных редуктора 8 и два ведущий вала 9 со звездочками 10, снабжена специальными приборами для периодического включения электродвигателя, 84 сообщающего конвейеру пульсирующее движение. Натяжной станцией служит ось с двумя звездочками 11, остальные направляющие. Газовые инжекционные горелки 12 в количестве четырех штук смонтированы на полках 13, расположенных между тяговыми цепями в нижней части шахты. Для монтажа горелок в стене шахты сделан проем, закрытый монтажной плитой 14, в которой предусмотрены глазки 15 для ввода переносного запальника 16. Для контроля за ходом процесса предусмотрены: один тягомер 17 на давление 0…25 мм вд. ст.; три термометра 18 сопротивления на температуру от 0 до 500°C; один напоромер 19 на давление 0…400 мм вд. ст.; три манометра 20. Отвод продуктов горения производится трубой 21 диаметром 500 мм с заслонкой 22, регулируемой тросом 23. Для обслуживания горелок предусмотрены площадки 24. Техническая характеристика: производительность по мясным хлебцам – 800 кг/ч; по буженине – 300 кг/ч; по карбонаду – 420 кг/ч; средняя скорость движения цепи конвейера – 5 м/мин; габаритные размеры - 5700×3700×15300 мм. Расчет производительности и энергозатрат. Общий расход теплоты на работу обжарочного аппарата складывается из отдельных статей Qоб (кДж/с): Qоб Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 , где: Q1 – расход теплоты на нагрев продукта, кДж/с; Q2 – расход теплоты на испарение влаги при обжаривании, кДж/с; Q3 – расход теплоты на нагрев сеток, кДж/с; Q4 – расход теплоты на нагревание доливаемого масла, кДж/с; Q5 – расход теплоты на нагрев охлаждающей воды, кДж/с; Q6 – потери тепла в окружающую среду путем конвекции и лучеиспускания, кДж/с. Расход пара в обжарочном аппарате, DП (кг/с) D П Qоб i i К , где: i и iК – энтальпия пара и конденсата, Дж/кг. Производительность обжарочного аппарата П (кг/с) может быть найдена из уравнения общего расхода теплоты: 85 П F K t П t 2 Q6 [ct 4 t 3 0,001 x Н r G К ct 2 t1 G ПР 0,001M c 2 t 2 t1 c В Вt 6 t 5 ], где: К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); tП – температура греющего пара, °C; F – площадь поверхности нагрева, м2; t2 – средняя температура активного слоя масла, °C; c – удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг·К); t3 и t4 – начальная и конечная температура продукта, °C; xН – истинный процент ужарки; r – теплота испарения, кДж/кг; GК – масса одной сетки, кг (GК = 3…6 кг); c1 – удельная теплоемкость стали, кДж/кг; t1 – начальная температура масла, °C; GПР – масса продукта в одной сетке, кг; M – расход масла на обжаривание сырья, % к массе сырья; c2 – удельная теплоемкость масла, кДж/кг; cВ – удельная теплоемкость воды, кДж/кг; B - удельный расход охлаждающей воды, кг на 1 кг сырья. Производительность печи для запекания ПЗ (кг/с) определяется в виде: П З z m a З , где: z – количество рам; a – количество изделий, навешиваемых на одну раму; m – масса одного изделия, кг; τЗ – продолжительность запекания, с. 4.3.4 СВЧ-установки для обработки сырья и полуфабрикатов СВЧ-нагрев позволяет значительно интенсифицировать технологические процессы пищевых производств, особенно комбинируя его с традиционными способами энергоподвода, такими как выпечка, обжарка, запекание, размораживание, сублимация, пастеризация, стерилизация, бланширование и др. Эффективность СВЧ-аппарата зависит от работы генератора СВЧ-магнетрона и определения сферы его использования в технологической линии. 86 Для промышленной обработки сырья и полуфабрикатов разрешено использовать только отдельные участки СВЧдиапазона волн f = 900±15 МГц и f = 2400±50 Гц. В пищевой промышленности широко распространены пастеризация и стерилизация пищевых продуктов (пива, соков, компотов и т.п.) в таре. Для этих целей разработана специальная СВЧ-установка (рис. 4.40). Из-за сравнительно высокой стоимости СВЧ-энергии экономически выгоднее применять предварительный подогрев обрабатываемого пищевого продукта перед пропусканием его через электромагнитную систему (ЭС). Осуществление СВЧпастеризации и СВЧ-стерилизации в ЭС целесообразно при температурах близких к температурам пастеризации и стерилизации соответствующих материалов. Установка (рис. 4.40) состоит из ЭС, изготовленной на основе прямоугольного волновода сечением 0,22×0,104 м, внутри которого с помощью цепного конвейера 6 перемещается обрабатываемый продукт 1 в таре. Цепной конвейер выполнен из фторопласта, что обеспечивает малое поглощение энергии элементами конвейера. При установке элементов конвейера иной формы можно обрабатывать пищевые продукты в таре различного типа и размеров (бутылки, банки и т.п.). Тяговая звездочка 4 цепного конвейера закреплена на выходном валу привода. В приводе 2 установлен электродвигатель постоянного тока, что позволяет изменять скорость конвейера в широких пределах и тем самым подбирать рациональный режим обработки. В качестве источника применен магнетронный генератор с выходной мощностью 25 кВт с частотой 915 МГц. Особенностью установки является то, что возбуждение электромагнитного поля в рабочем волноводе осуществляется с помощью возбудителя 3, имеющего несколько цепей связи, расположенных таким образом, что поглощение энергии пищевым продуктом происходит равномерно. В данной установке применена гребенчатая шлюзовая система 5, каждый шлюз который выполнен из специального материала, поглощающего СВЧ-энергию. Расстояние между гребенками рассчитано в зависимости от размера тары, поэтому 87 при движении конвейера в каждый момент времени одна из трех гребенок шлюзового устройства всегда закрыта. Это снижает излучение в окружающее пространство СВЧ-энергии до допустимого уровня. Соответствующее расположение щелей возбуждения обеспечивает равномерное поглощение электромагнитной энергии обрабатываемым продуктов, и на первые гребенки шлюзовых устройств выделяется не более 2…5% мощности генератора. Каркас установки имеет подъемные устройства, позволяющие выставлять уровень конвейера при встраивании, в технологические линии. Рис. 4.40. СВЧ-установка Примером модульного исполнения конвейерной установки может служить «Гигатрон-F» (рис. 4.41) предназначенный для размораживания блоков рыбы, рыбного филе, мяса от температуры -20 до -2…0°C. В этом аппарате наблюдается 88 снижение потерь массы в воде на 3…10%. Продолжительность размораживания составляет 10…15 мин. В зависимости от мощности магнетронов 6 такие гигатроны в режиме размораживания обеспечивают производительность 200…3000 кг/ч. При этом число модулей 3 колеблется от 2 до 6. Обрабатываемый продукт 1 загружают на ленту транспортера 9, снабженного плавно регулируемым приводом. Модули со стороны загрузки и выгрузки снабжены устройствами для предотвращения утечки СВЧ-энергии. Узел ввода энергии 2 обеспечивает питанием магнетроны в каждой модульной секции. Рис. 4.41. Конвейерная модульная установка "Гигатрон-30F" Понижение температуры воздушной среды осуществляется с помощью приборов охлаждения, которые являются составным элементом в холодильной установке, до -30°C и по каналу 5 поступает в рабочую камеру 7. Для санитарной обработки рабочей камеры боковые стенки 8 всех модулей выполнены откидными. Закрытое их состояние фиксируется запорами 4. Определение производительности и энергозатрат. Удельная мощность NУ (Вт/м3), расходуемая на нагрев продукта, равна NУ 4,17 с Т t , где: ρ – плотность продукта, кг/м3; c – теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); ηТ - термический КПД процесса; ∆t – приращение температуры за интервал времени ∆τ, °C; ∆t/∆τ – темп нагрева образца, °C/с. 89 Продолжительность нагрева τН (с) в СВЧ-аппарате кулинарных изделий при оптимальной загрузке составляет Н m c t Н t К N , где: m – масса продукта, кг; tН, tК – начальная и конечная температуры продукта, °C; N – мощность СВЧ-аппарата, Вт; η – КПД аппарата; ε – коэффициент поглощения. Продолжительность обработки колбасных изделий τТ (с) определяется по формуле: Т A t С 1 , где: A, β – коэффициенты, зависящие от вида продукта, (для докторской колбасы A = 137·103, β = 0,79, для чайной A = 35·103, β = 0,63); tС – температура стерилизации, °C (tС = 86°C). Контрольные вопросы Охарактеризуйте процесс выпечки тестовой заготовки в трех периодах. 2. Охарактеризуйте процесс обжаривания в двух периодах. 3. Приведите классификацию печей. 4. Охарактеризуйте основные виды хлебопекарных печей. 5. С какой целью используется оборудования для обработки поверхности мясного сырья? 6. Каково устройство и принцип работы печи ФТЛ-2-66? 7. Каково устройство и принцип работы печи Брувера-Салихова? 8. Как определяются производительность и энегрозатраты на работу печей? 9. С какой целью используется СВЧ-нагрев в пищевой технологии и каковы его преимущества? 10. Каково устройство и принцип работы СВЧ-установки для стерилизации и пастеризации 11. Каково устройство и принцип работы СВЧ-установки для размораживания пищевых продуктов? 1. 90 12. Как определяются производительность и энегрозатраты СВЧустановок? 13. С какой целью используется оборудование для обжарки в пищевой технологии? 14. С какой целью используется оборудования для обработки поверхности мясного сырья? 15. К каким выводам приводит сравнительная характеристика опалочных и ротационных печей? 16. Принцип работы опалочной и ротационной печей. 17. Из каких основных статей складывается расход теплоты в обжарочных печах? 18. Охарактеризуйте особенности устройства и работы шпарильного оборудования, рассмотренного в данном разделе. 19. На что затрачивается энергия пара в шпарителе? 20. Какова сравнительная характеристика аппаратов для обжаривания? 4.4. Оборудование для охлаждения и замораживания пищевых сред Изучить самостоятельно [2, с. 894…899]: 1. Классификация процессов охлаждения и замораживания. 2. Научное обеспечение процессов охлаждения и замораживания. 3. Классификация оборудования. 4.4.1 Охладительные установки и охладители Трубчатый охладитель П8-ОУВ/2 (рис. 4.42) предназначен для охлаждения молока в закрытом потоке после секции пастеризации пластинчатых теплообменников или трубчатых пастеризаторов. Установка состоит из верхнего 1 и нижнего 2 цилиндров, смонтированных один над другим на общей раме 3. По конструкции цилиндры не отличаются от цилиндров трубчатых пастеризаторов. Разница в том, что вместо теплоносителя подается хладоноситель: в нижнем цилиндре хладоносителем 91 служит холодная вода, а в верхнем – рассол. Молоко последовательно проходит через две трубки нижнего цилиндра, затем верхнего. Техническая характеристика: производительность – 3000·л/ч; габаритные размеры 1,5×0,5×1,2 м; масса – 230 кг. Рис. 4.42. Трубчатый охладитель П8-ОУВ/2 Пластинчатая охладительная установка АОЗ-У6 (рис. 4.43) предназначена для охлаждения сусла перед брожением и пива перед розливом. Установка состоит из собственно охладителя, пульта управления, регулирующего клапана 3 на рассольном трубопроводе и теплопередающих пластин 1, изготовленных из нержавеющей стали. Часть теплообменника, охлаждаемая одним теплоносителем и состоящая из одного или нескольких пакетов, представляет собой секцию. Пластины разбиты на две секции, отделенные одна от другой специальной плитой 4. В зависимости от наличия и расположения сквозных отверстий на углах пластин в секциях создаются пакеты пластин с одним направлением потока жидкости. Пластины прижимаются к стойке 2 с помощью нажимной плиты 5 и нажимных устройств 6 на направляющих. Горячее сусло из отстойного аппарата насосом нагнетается в первую секцию, где охлаждается холодной водой с 70 до 25°C. Из секции водяного охлаждения сусло поступает во вторую секцию, где охлаждается рассолом до 6…7°C и выводится из аппарата. Сусло движется двумя параллельными потоками между стойкой и пластинами. Охлаждающая жидкость двумя 92 параллельными потоками движется навстречу суслу между пластинами. Если за один проход между пластинами сусло не успевает охладиться до определенной температуры, то его пропускают через следующую группу пластин этого же теплообменника. Рис. 4.43. Пластинчато-охладительная установка АОЗ-У6 Конструкции теплообменных пластин приведены в [3]. Пластины типа П-1 используются для теплообменников производительностью до 5,0 м3/ч; типа П-2 – до 10 м3/ч; типа П-3 – для более высокой производительности. Техническая характеристика пластинчатых охладительных установок Показатель Производительность, л/ч Расход воды, м3/ч Расход рассола, м3/ч АОЗ-У6 АОЗ-У10 АОЗ-У25 6000 10000 25000 18,0 18,0 20,0 30,0 50,0 50,0 93 Габаритные размеры,м Масса, кг 1,9×0,7×1,2 670 1,95×0,7×1,2 650 2,0×0,8×1,53 1200 Техническая характеристика пластин теплообменников Показатель Площадь рабочей поверхности, м2 Число волн на пластине Шаг волны, мм Глубина волны, мм Зазор между пластинами, мм Ширина потока, мм Диаметр угловых отверстий, мм Габаритные размеры, мм П-1 П-2 П-3 0,145 0,198 0,43 22 23 7 2,8 270 67 29 22,5 7 2,8 270 67 38 22,5 7 2,8 270 67 800×22,5×1,2 1025×315×1,2 1170×416×1,2 Охладитель К7-ФКЕ-8 (рис. 4.44) применяется при производстве сухих животных кормов. Он представляет собой сварной корпус 1, внутри которого в подшипниках скольжения вращается вал 2 со шнеком. Корпус имеет загрузочный 3 и разгрузочный 4 бункеры. Привод шнекового вала осуществляется от электродвигателя 5, через клиноременную передачу 6, редуктор 7 и муфту 8. Размеры шнека составляют: наружный диаметр 352 мм; шаг витков – 65 мм; высота витка 26,5 мм. Высушенное сырье элеватором подается в загрузочный бункер охладителя. Сырье захватывается шнеком и транспортируется вдоль аппарата до разгрузочного бункера, одновременно с транспортированием продукт частично перемешивается и охлаждается до 30…40°C. Техническая характеристика: производительность по исходному сырью 500 кг/ч; частота вращения шнека – 0,05 с-1; мощность электродвигателя - 1,5 кВт; габаритные размеры – 6515×1400×2800 мм; масса – 2493 кг. Желатинизатор. Желатинизация это переход бульонов из состояния золя в состояние геля (застудневание). При застудневании частицы желатина, растворенные в бульоне, образуют трехмерную сетку, в которой они соединены 94 локальными связями. Температура и скорость застудневания бульонов зависит от их концентрации. Чем ближе величина рH бульона к изоэлектрической точке желатина, тем быстрее идет застудневание. Рис. 4.44. Охладитель К7-ФКЕ-8 Приведенный на рис. 4.45 желатинизатор, представляет собой охлаждающий барабан 1, корпус которого выполнен из высококачественной стали с приводом 2. Наружная поверхность барабана тонко отшлифована, а внутренняя поверхность имеет черное двухслойное покрытие. Барабан желатинизатора заполняют циркулирующим рассолом через сквозной вал, приспособленный для заполнения и отвода рассола с температурой Рис. 4.45. Желатинизатор 95 5°C. Температура бульона не должна превышать 45°C. Только при достижении этих значений желатиновый бульон подают в приемник желатинизатора до определенного уровня 6, который зависит от концентрации бульона и прочности галлерты (пленки снимаемого студня) Барабан желатинизатора наружной поверхносью захватывает слой бульона и при вращении желатинизирует его на холодной поверхности. При длине 0,7 м диаметр барабана составляет 1,6 м. На другой стороне барабана расположен подъемный валик 4, который отделяет слой галлерты от охлаждающего барабана устройством для резания 3. Толщину снимаемой галлерты регулируют на 2…3 мм. При увеличении толщины пленки необходимо снизить уровень бульона в приемнике и повысить темпера туру бульона до 45…50°C. Техническая характеристика: производительность – 500 кг/ч; частота вращения барабана – 0,8 с-1; расход рассола – 2,3 м3/ч; давление в системе – 0,05 МПа; габаритные размеры – 1,6×0,8×2,1 м. Расчет производительности и энергозатрат. Производительность установок для охлаждения продуктов П (кг/с) рассчитывается по формуле П k F t СР ct1 t 2 , где: k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); F – площадь поверхности теплопередачи, м2; ∆tСР – средняя разность температур между продуктом и теплоносителем, К; с – удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); t1 и t2 – температура продукта в начале охлаждения и в конце, К. Коэффициент теплопередачи k определяют без учета термического сопротивления стенки. Пропускная способность охладителя закрытого одноцилиндрового G (кг/с) определяется как G S n R22 R12 , где: S – шаг витков шнека, м; n – частота вращения шнека, с-1; ψ – коэффициент уменьшения площади свободного прохода; ξ – 96 коэффициент объемного перемещения; R2 – внутренний радиус рабочего цилиндра, м; R1 – наружный радиус вытеснительного барабана, м. Расход холода на охлаждение продуктов Q (Вт) рассчитывается как Q Q1 Q2 Q3 , где: Q1 – количество холода, необходимое для охлаждения продукта, Вт; Q2 - количество холода, необходимое для компенсации тепла, выделяемого в результате механического воздействия (на творог для закрытых охладителей), Вт; Q3 теплопотери, Вт. Расход хладоносителя GX (кг/с) определяют по формуле G X Q c X t X 2 t X 1 , где: сХ – теплоемкость хладоносителя, Дж/(кг·К); tX1, tX2 – начальная и конечная температуры хладоносителя, К. 4.4.2. Оборудование для охлаждения и замораживания Охлаждение продуктов может осуществляться различными способами. В частности охлаждение мяса и мясопродуктов в воздухе можно осуществить как одностадийным способом (при постоянном режиме в течении всего процесса охлаждения 36…38 часов при температуре воздуха около 0°C, относительной его влажности 87…97% и скорости его движения 0,15…0,25 м/с), так и двух- и трехстадийными способами, когда каждая стадия процесса отличается по параметрам теплоотводящей среды (на первой стадии процесса температура охлаждающего воздуха не ниже -8°C при создании скорости его движения 1,0…2,0 м/с при продолжительности процесса охлаждения 7…10 часов). Технология замораживания мяса предусматривает два способа: двухфазный, когда замораживается предварительно охлажденное мясо, и однофазный, когда замораживается парное, неостывшее мясо. В аппаратах интенсивного замораживания 97 температура воздуха поддерживается -30…-40°C, при скорости его движения около полутуши 2,0…3,0 м/с. Продолжительность замораживания в таких условиях составляет 16…24 часа, при усушке 1,5%. Рис. 4.46. Схема камеры охлаждения мяса Камеры охлаждения (рис. 4.46) с поперечным движением воздуха или с дутьем сверху вниз предназначены для охлаждения мяса и могут быть циклического (периодического) или непрерывного действия. Вместимость камер циклического действия рассчитывается не более чем на полусменную производительность цеха первичной переработки скота. Камера охлаждения с поперечным движением воздуха (рис. 4.46, а) состоит из воздухоохладителя 1, перегородок 2, охлаждаемых полутуш мяса 3, перемещаемых с помощью подвесного пути 4 (стрелки показывают направление движения воздуха). Камера охлаждения с дутьем воздуха сверху вниз (рис. 4.46, б) включает в себя воздухооладитель 1, вентилятор 2, 98 ложный потолок 4 и охлаждаемые туши 5, перемещаемые с помощью подвесного пути 3. На участке подвесного пути длиной 1 м размещают 2…3 говяжьи или 3…4 свиные полутуши. Крупные туши размещают в зоне с наиболее низкой температурой и наиболее интенсивным движением воздуха. Камеры охлаждения представляют собой теплоизолированные помещения вместимостью 15…45 т. В последнее время камеры проектируют шириной не более 6 м и длиной до 30 м. Распределение воздуха в грузовом объеме камеры охлаждения осуществляется через нагнетательные и всасывающие каналы, безканальными (струйными) системами с подачей воздуха в пространство между потолком и каркасом подвесных путей, туннельными системами с продуванием воздуха вдоль и поперек подвесных путей камеры, через щели ложного потолка с дутьем воздуха сверху вниз; вентилированием грузового объема камеры потолочными воздухоохладителями; из сопел межпутевых воздуховодов, расположенных над полутушами (методом воздушного душирования). Плоды и овощи также охлаждают в камерах или туннелях с интенсивным движением воздуха (рис. 4.47), состоящих из компрессорно-конденсаторного агрегата 1, потолочного воздухоохладителя с воздуховодом 2, штабелей из контейнеров для фруктов и овощей 3, затаренные плоды и овощи укладывают с таким расчетом, чтобы воздух свободно омывал их со всех сторон. В некоторых случаях для ускорения охлаждения пользуются передвижными воздухооладителями. Техническая характеристика камеры охлаждения фруктов и овощей: вместимость – 10 т; температура воздуха в камере – 0°C; начальная температура внутри продукта – +15°C; конечная температура внутри продукта – +4°C; время охлаждения – 18 ч; производительность вентилятора – 5400 м3/ч; мощность электродвигателя – 0,75 кВт. Камеры замораживания обеспечивают замораживание мяса и мясопродуктов и состоят из батарей и воздухоохладителей и могут быть с вынужденным и 99 естественным движением воздуха. Камеры с вынужденным движением воздуха оборудуют воздухоохладителями, а иногда и батареями в сочетании с естественным движением воздуха: пристенными, потолочными или межрядными радиационными батареями. В зависимости от организации технологического процесса камеры замораживания могут быть однофазного или двухфазного замораживания. В камерах однофазного замораживания предусмотрена большая площадь поверхности охлаждающих устройств. Конструктивно камеры замораживания выполняют проходными или тупиковыми. В проходных камерах мясо загружается и выгружается через дверные проемы, расположенные обычно в торцевых стенках камеры. В тупиковых камерах загрузка и выгрузка происходят через Рис. 4.47. Принципиальная схема камеры для охлаждения фруктов с один общий дверной проем. интенсивным движением воздуха Камеры замораживания мяса могут работать непрерывно или периодически. В камерах туннельного типа, работающих непрерывно, осуществляется поточность технологического процесса. Вместимость камер замораживания – до 10 т; температура воздуха в камере -30…-35°C; начальная температура внутри продукта +20°C; конечная температура внутри продукта -10…- 100 15°C; время замораживания – 18 ч; производительность вентилятора – 30000 м3/ч; мощность электродвигателя – 7,5 кВт. Закалочные камеры (с воздушным охлаждением) обеспечивают завершение процесса замораживания частично замороженной смеси мороженого и бывают с вертикальный конвейером (с люльками, в которые загружают брикеты мороженого) или с горизонтальным (без люлек) конвейером. Рис. 4.48. Закалочная камера Закалочная камера с вертикальным конвейером (рис. 4.48) монтируется из отдельных щитов, скрепленных стяжками. Внутри аппарата размещены испаритель, вентилятор 4 и конвейер 3. Конвейер не закреплен в камере закаливания 2 и его можно вывести из камеры по приставным рельсам. На раме 5 установлен привод. Загруженные в люльки брикеты мороженого поступают в закалочную камеру по транспортеру 1. При движении конвейера 3 в камере брикеты обдуваются холодным воздухом, поступающим от испарительных батарей. Продолжительность замораживания (закалки) составляет 30…45 мин при температуре мороженого -12…-15°C, кипении аммиака в батарее -33°C и воздуха в аппарате – 23°C при скорости движения цепи конвейера 11,7 мм/с. Техническая характеристика закалочной камеры: производительность – 220…250 кг/ч; регулирование 101 производительности – бесступенчатое; масса брикета – 100±2 г; температура закаленного мороженого -(12…15)°C; энергопотребление – 5,75 кВт/ч; холодопотребление – 18200 ккал/ч. Расчет производительности и энергозатрат. Производительность закалочных камер П (кг/с), оснащенных конвейерами (вертикальными или горизонтальными) рассчитывается по формуле П b L g l З S где: b – ширина люльки, м; L – длина рабочей части конвейера, м (L = 20…25 м); g – удельная загрузка единицы площади люльки, кг/м2; l – длина люльки, м; τЗ – продолжительность закалки, с (τЗ = 1800…2700 с); S – расстояние между люльками (шаг), м. Расход холода на закаливание мороженого Q (Вт) определяется в виде зависимости: Q П c Н t Н t З M С 100 m Н m К 100 80 c К t З t П , где: cН, cК – удельная теплоемкость мороженого до и после закаливания, Дж/(кг·К); tЗ, tП – температура мороженого при замерзании и после закаливания, °C; mН, mК – массовая доля воды до и после закаливания, %; tМ – температура мороженого, °C. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. Как определить теплоту, отводимую от продукта при охлаждении и при замораживании? Каков физический смысл образования снеговой шубы при замерзании конденсирующейся влаги? Почему происходит вымораживание воды и как объяснить процесс льдообразования в биологическом объекте? Сформулируйте основные требования к пластинчатым охладительным установкам. 102 Какие факторы влияют на интенсивность процесса теплообмена в пастеризационно-охладительных установках? 6. Каковы основные направления повышения эффективности работыв трубчатого охладителя? 7. В чем заключается сущность теплового расчета установок для охлаждения? 8. Каково устройство и принцип действия оборудования, описанного в данном разделе? 9. Чем закалочная камера отличается от камеры замораживания? 10. Каковы принципиальные отличия фризеров и эскимогенераторов? 5. 4.5. Оборудование для проведения процессов диффузии и экстракции пищевых сред Изучить самостоятельно [2, с. 957…961]: 1. Определение процессов. 2. Научное обеспечение процессов диффузии и экстракции пищевых сред. 3. Классификация оборудования. 4.5.1. Установки для получения настоек и морсов Экстракционная установка для получения настоек и морсов (рис. 4.49) состоит из экстрактора 4, напорного мерника 1 и центробежного насоса 13. Экстрактор и напорный мерник изготавливают из нержавеющей стали или листовой меди с покрытием внутренней поверхности оловом. Экстрактор имеет загрузочный и разгрузочный 10 люки и снабжен водомерным стеклом 9, патрубком 8 для залива и патрубком 12 для спуска жидкости. Напорный мерник имеет люк 3 для мойки и чистки. Спирт и вода поступают по патрубку 2, жидкость удаляется через 103 патрубок 4. Воздушные пространства экстрактора и мерника сообщены трубкой 5. Экстрагировние осуществляется при интенсивном движении водноспиртового раствора через слой сырья, укладываемого на сетчатое днище 11 экстрактора. Процесс экстракции начинается с момента поступления из мерника водноспиртового раствора в экстрактор для настаивания. Каждый час в течении 10…15 мин жидкость перекачивают из экстрактора в мерник. Из мерника раствор спускают снова в экстрактор. В такой последовательности перекачивают жидкость до тех пор, пока не получится настой с требуемой концентрацией растворимых веществ. Готовый настой насосом подают в производство. Для извлечения спирта отработанное сырье промывают водой в течение 6…20 ч. После этого экстрактор разгружают и операции повторяют со свежей порцией сырья. Продолжительность процесса приготовления спиртовых настоев в экстракционной установке составляет до 2…4 суток вместо 10…28 суток при настаивании в обычных емкостях, а потери спирта снижаются с 6…7 до 3…5%. Кроме того уменьшается потребность в емкостях и производственных площадях. Рис. 4.49. Экстракционная установка 104 Для получения морсов свежее или сушеное плодовоягодное сырье настаивают с водно-спиртовым раствором крепостью 40…50%. Настаивание производят в течении 14 суток. Процесс этот требует много времени и большого числа емкостей, что связано со значительными потерями спирта. В настоящее время морсы получают только из сушеного сырья. Из свежего плодово-ягодного сырья целесообразно получать соки. С целью интенсификации процесса экстрагирования применяют метод, который существенно снижает диффузионное сопротивление в пограничном слое за счет более высокого, целенаправленного энергетического воздействия на пограничный слой. Таким методом является испарение под вакуумом высококонцентрированного слоя жидкой фазы в пограничном слое предварительно смоченного растительного сырья. Целевые компоненты из растительного сырья извлекаются под Рис. 4.50. Принципиальная схема вакуумом методом испарения вакуумного способа экстракции непосредственно из высококонцентрированной пленки, образуемой в процессе экстракции на наружный поверхности частиц сырья, не допуская перехода основной части целевых компонентов в рабочий объем растворителя. Аппаратурное оформление технологической схемы вакуумного способа экстрагирования включает: два спаренных экстрактора 1, 2, конденсатор-холодильник 3, вакуум-насос 4, сборник 5, теплообменники 6, центробежный насос 7, ложное перфорированное днище 8, систему трубопроводов и запорной арматуры (рис. 4.50). В начале процесса в экстракторы 1 и 2 поровну загружают исходное растительное сырье и в течение 25…30 минут вакуум- 105 насосом создают разряжение. Затем в один из экстракторов подается экстрагент (водно-спиртовой раствор), в котором сырье выдерживается в зависимости от вида 2…4 ч. Затем центробежным насосом основная часть (80…90%) растворителя из экстрактора 1 циркулирует в экстрактор 2, а смоченное растворителем сырье в экстракторе 1 вакуумируется. В создавшихся технологических условиях из пленки и микропор на наружной поверхности частиц сырья интенсивно испаряется в первую очередь легко летучие фракции, т.е. эфирные ароматические вещества. Таким образом, с учетом высокой концентрации эфирных масел в пленке, высокого коэффициента испарения и коэффициента ректификации эфирных масел в паровой фазе, полученной из пленки, образуется фракция с высокой концентрацией эфирных масел, которая в конденсаторехолодильнике охлаждается и конденсируется. Полученный конденсат направляется в сборник. За время прохождения сырья под вакуумом для интенсификации процесса экстракции сырье, смоченное растворителем и находящееся на ложном днище, подогревают до 40…45°C через теплообменник. По истечении определенного периода выдержки смоченного растворителем сырья под вакуумом в первом экстракторе экстрагент из экстрактора 2 подается в экстрактор 1. В экстракторе 2 сырье, смоченное растворителем, вакуумируется с подогревом до 40…45°C и отводят с наружной поверхности сырья пары, содержащие ароматические вещества, т.е. повторяют весь технологический цикл. Полученные фракции направляют в сборник. Периоды выдержки сырья и циркуляции растворителя повторяют многократно до полного извлечения ароматических веществ из сырья. В нижних слоях сырья, находящихся в жидкой фазе, для поддержания температуры и процесса испарения по всей высоте слоя сырья, через теплообменники подводится соответствующее количество теплоты. При движении потока паров снизу вверх через слой сырья, не заполненного жидкой фазой, происходит 106 процесс многократного испарения и конденсации паров на поверхности сырья. Более тяжелые пары, имеющие более высокую температуру кипения, конденсируются и стекают вниз, более летучие пары, с высокой концентрацией эфирных масел многократно испаряются и двигаются вверх, т.е. происходит процесс ректификации. В данном случае экстрактор работает как насадочная ректификационная колонка, роль насадки выполняют частицы сырья. Это позволяет увеличить скорость паровых потоков, исключить их обратное перемещение, интенсифицировать процесс повышения концентрации эфирных масел в паровой фазе. По окончании процесса экстрагирования и откачки настоя в реакторе осуществляется выпарка этанола из отработанного сырья, а затем гидроспособом осуществляется удаление из реактора отработанного и выпаренного сырья. Вибрационные экстракторы. Одним из способов интенсификации процесса экстрагирования плодово-ягодного сырья является наложение вибрационного поля низкочастотных механический колебаний на взаимодействующие фазы. При это создается активный гидродинамический режим, значительно сокращается металло и энергоемкость оборудования. При воздействии низкочастотных механический колебаний в процессе экстрагирования участвует практически вся поверхность экстрагируемого вещества, происходит интенсивное обновление межфазной поверхности в условиях интенсивного перемешивания обеих фаз. Аппараты, в которых используются низкочастотные колебания, характеризуются высокой эффективностью массообмена при большой удельной производительности. Это связано с тем, что подводимая внешняя энергия равномерно, или в заранее заданном режиме, распределяется по поперечному сечению и высоте аппарата и нужным образом влияет на поле скоростей взаимодействующих фаз. Низкочастотные взаимодействия создаются колебательным движением насадки (тарелки) в аппарате либо наложением колебаний на корпус аппарата. Вибрационные насадки 107 изготавливают перфорированными, одно- и многодисковыми, с отверстиями цилиндрической или конической формы. Для создания колебаний используют электромеханические приводы, генерирующие колебательное движение и передающие его штанге с насадками. На рис. 4.51 представлен экстрактор с вибрационной насадкой периодического действия для экстрагирования плодово-ягодного сырья, свежего, замороженного, отжатого и сушеного. Он состоит из рабочей емкости 1, рамы 2, штока 3, подшипников 4, электродвигателя 5, диска 6, кривошипношатунного механизма 7, подшипникового узла 8, разъема 9, крышки 10, зубчатого колеса 11, перфорированной тарелки 12. Аппарат работает следующим образом. Исходное плодовоягодное сырье загружается в емкость 1, куда затем вставляется тарелка 12, установленная на шток 3, Шток 3 с помощью винтового разъема 9 соединяется с кривошипношатунным механизмом 7, затем в емкость 1 в заданном количестве заливается экстрагент и устанавливается крышка 10 с прорезью для штока 3. Включается электродвигатель 5 и с помощью диска 6 кривошипно-шатунного механизма 7 приводят тарелку 12 в возвратнопоступательное движение в Рис. 4.51 Экстрактор с насадкой вертикальной плоскости. По вибрационной окончании времени периодического действия экстрагирования отключается электродвигатель, снимается крышка 10, разбирается разъем 9, вынимается тарелка 10. Поскольку емкость 1 и элементы привода размещены на раме 1, причем емкость 1 подвешена на полуосях, установленных в подшипниках 4, для 108 разгрузки емкости 1 используется электропривод с редуктором, которые с помощью шестерни на выходном конце вала соединяется с зубчатым колесом 11. Угол подъема и опускания емкости 1 ограничивают концевые выключатели, сблокированные с приводом механизма подъема и опускания. Диаметр перфорированной тарелки 0,94…0,98 диаметра аппарата, диаметр отверстий в тарелке 3…5 мм, площадь свободного сечения тарелки 14…20%, толщина диска тарелки 3…4 мм, высота юбки на тарелке 10…18 мм, расстояние от дна емкости до диска тарелки 0,3 диаметра аппарата, расстояние от диска тарелки до свободной поверхности жидкости 0,25…03 диаметра аппарата. Частота колебаний тарелки 550…650 мин-1. Расход энергии на системе «вода – замороженные плоды красной рябины» - 1350 Вт/м2. Время экстрагирования: на системе «вода – замороженные плоды красной рябины» - 10…30 мин. В экстракторе периодического действия вспомогательные операции (загрузка, разгрузка) в 1,5…4 раза превышают время собственно экстрагирования, что является недостатком данного способа. Экстрактор непрерывного действия с вибрационными тарелками (рис. 4.52) предназначен для экстрагирования плодово-ягодного сырья сухого, свежего, замороженного, а так же жома плодов и ягод, растительного сырья. Экстрактор (рис. 4.52) состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, с устройствами ввода 5, 6, 7 и вывода 8 фаз. В корпусе установлен с возможностью возвратнопоступательного движения в вертикальной плоскости шток 3 с жестко закрепленными на нем перфорированными тарелками 2, снабженными по периферии бортами. Аппарат работает следующим образом. Экстрагент поступает в аппарат через устройства 6 и 7, твердая фаза (плодово-ягодное сырье и др.) подается через Рис. 109 4.52 Принципиальная схема экстрактора непрерывного действия с вибрационными тарелками устройство 5, установленное под углом к корпусу аппарата. Непрерывность подачи и дозирования твердой фазы осуществляется шнековым питателем 9, установленным в устройстве 5. Твердая фаза и экстрагент, поступая в нижнюю часть аппарата, интенсивно перемешиваются под действием вибрационного поля, создаваемого пакетом тарелок 2, который вместе со штоком 3 совершает возвратно-поступательные движения. В результате снизу и сверху каждой тарелки создается виброожиженный слой, который обеспечивает разрушение агломератов твердой фазы до начальных размеров частиц и их последующее измельчение, участие в контакте с жидкой фазой всей поверхности твердой фазы, интенсивное омывание и проникновение жидкой фазы в твердую фазу. Образовавшаяся в виброожиженном слое суспензия движется снизу вверх за счет вытеснения свежими объемами экстрагента и твердой фазы, постоянно поступающих в нижнюю часть аппарата, и выводится через устройство 8. Продолжительность процесса в данном экстракторе зависит от скорости подачи фаз и определяется временем извлечения полезных компонентов из конкретного вида сырья. Крышка 4 на устройстве 5 открывается при чистке и ремонте аппарата. Для повышения степени извлечения полезных компонентов и увеличения движущей силы процесса предусмотрено устройство 7 для дополнительного ввода экстрагента. 4.5.2. Аппараты для экстракции растительного масла Процесс экстракции масла с применением растворителя обеспечивает практически полное извлечении масла из подготовленного соответствующим образом масличного материала, чаще всего прошедшего предварительное обезжиривание прессованием. Вследствие достаточно невысоких температур как на стадии экстракции, так и на других стадиях экстракционного производства создаются предпосылки сохранения качества продукта (масла и шрота). 110 Одним из показателей интенсивности процесса является продолжительность, которая в различных аппаратах колеблется от одного до нескольких часов. Двухъярусный роторный карусельный экстрактор (рис. 4.53) представляет собой аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса 2 и двух вращающихся роторов (верхнего и нижнего 3), имеющих собственные валы 14 и 18. У каждого ротора внешняя 15, 20 и внутренняя 16, 19 обечайки образуют кольцевое пространство, которое разделено вертикальными радиальными перегородками 4, 13 на 18 камер. В поперечном сечении эти перегородки имеют сужающуюся к низу форму, что способствует перегрузке материала на нижний ярус или разгрузочный бункер без зависания в камере. Привод обоих роторов общий, причем вращение они получают через зубчатоцепные передачи 5 и 9, которые, в свою очередь, получают вращение через валы с шарнирами. 111 Рис. 4.53. Двухъярусный роторный карусельный экстрактор На обоих ярусах экстрактора по два днища: верхнее 1, 7 – зеерное (щелевое) и нижнее 6, 21 – сплошное, имеющие угол 12° к внешнему периметру экстрактора. На каждом сплошном нижнем днище расположены вертикальные радиальные перегородки, выгораживающие камеры для сбора мисцеллы (мисцеллосборники) и направления ее к рециркуляционным насосам. Загрузка исходного экстрагируемого материала происходит через загрузочный бункер 11 двумя параллельно расположенными шнеками 10 разной длины, что обеспечивает равномерность загрузки камер экстрактора. Загрузочные шнеки имеют индивидуальные приводы. На вертикальном ярусе материал перемещается радиальными лопатками ротора по неподвижному зеерному днищу и проходит восемь ступеней орошения мисцеллой, подаваемой рециркуляционными насосами через орошающие трубы 12 (разбрыгиватели). Система рециркуляции мисцеллы обеспечивает общее противоточное движение экстрагируемого материала и мисцеллы, т.е. по направлению к месту ввода растет концентрация рециркулируемой мисцеллы. Совершив практически полный круг по верхнему ярусу, экстрагируемый материал через шахту перегрузки 17 пересыпается из разгружаемой камеры верхнего яруса в загружаемую камеру нижнего яруса. На нижнем ярусе материал также перемещается радиальными лопатками нижнего ротора и проходит еще восемь ступеней орошения мисцеллой понижающейся концентрации. Непосредственно перед выходом из экстрактора материал на последней ступени орошается чистым растворителем и проходит зону стока растворителя. Материал выгружают через разгрузочный шнек 22, который имеет индивидуальный привод. Чистый растворитель перед подачей в экстрактор подвергают сепарации для отделения воды в водоосадителе и нагревают в теплообменнике до рабочей температуры 50…60°C. Орошение материала как на нижнем, так и на верхнем ярусе производится с помощью рециркуляционных насосов через разбрызгиватели, и смещение разбрызгивателей по отношению к 112 связанным с ними соответствующими мисцеллосборниками способствует общему противоточному движению материала и мисцеллы. Этому же способствует то, что перегородки, разделяющие мисцеллосборники нижнего и верхнего ярусов экстрактора, имеют вырезы, высота которых по отношению к смежным перегородкам обеспечивает противоточный поток по отношению к движению материала. Для отвода мисцеллы на рециркуляцию из мисцеллосборника обоих ярусов экстрактора имеются соответствующие патрубки. В нижней части экстрактора имеется патрубок, через который мисцелла отводится с нижнего яруса экстрактора и с помощью насоса подается в орошающие трубы верхнего яруса. В связи с тем, что в загружаемом материале содержится много мелких частиц, которые попадают в фильтрующую часть через слой мисцеллы, выводить ее из экстрактора на данной ступени нецелесообразно. Данная мисцелла из последнего мисцеллосборника подается насосом через разбрызгиватель на материал в третьей по ходу его движения в камере. После фильтрации через слой материала на третьей ступени конечная мисцелла отводится из реактора. Техническая характеристика: производительность (в зависимости от вида семян и способа подготовки материала) 280…600 т/сутки; масличность 0,5…1%; диаметр внутренний, корпуса – 5400 (6500) мм; ротора – 5000 (6000) мм; высота слоя материала в роторе – 1800 мм; мощность привода, загрузочного шнека – 4,6 кВт, разгрузочного шнека – 6,7 кВт; частота вращения загрузочного шнека – 10…60 (15…67) мин-1, разгрузочного шнека – 10…44 (0…125) мин-1; частота вращения ротора – 20…173 (34,5…208) мин-1; расход пара давлением 0,15 МПа для нагрева мисцеллы – 700 (850) кг/ч. Расчет производительности. Производительность вертикального шнекового экстрактора П (кг/ч) НД – 1250 определяется по формуле 2 П 60 k f Dш 4 S n , 113 где: k – коэффициент заполнения загрузочной колонны (k = 0,7…0,8); DШ - диаметр шнека, м; S – шаг верхнего приемного витка шнека загрузочной колонны, м; n – частота вращения шнека, мин-1; ρ – плотность экстрагируемого материала, кг/м3. Производительность роторного карусельного экстрактора П (т/сут) определяется по формуле П 1103 n z m , где: n – частота вращения ротора, мин-1; z – число камер ротора, m – масса семян, находящихся в камере, т. 4.5.3. Аппараты для получении экстрактов из животного сырья Жир экстрагируют (вытапливают) из жиросодержащего сырья различными способами: мокрым (с добавлением 20…50% воды к массе сырья) и сухим (без смешивания жира с водой). Вытопку жира в открытых аппаратах периодического действия проводят в два этапа: на первом – измельченное сырье нагревают до 65…75°C, на втором – до 80…90°C. Высшие сорта говяжьего, свиного и бараньего жира получают при открытой крышке аппарата (при температуре 65…80°C в течение 1,5 ч). Все виды жиров первого сорта, сборный и свиной высшего сорта получают при закрытой крышке (температура 120°C и время 3 ч.). Аппарат для экстракции желатина (рис. 4.54) состоит из корпуса 1 с паровой рубашкой 2 и перфорированным дном 6, на котором установлен перфорированный стакан 4. Корпус аппарата снабжен штуцером для воды 3 и штуцером для манометра 5. Сырье температурой 18…20°C подают в аппарата в смеси с водой. По окончании подачи сырья воду полностью 114 Рис. 4.54. Аппарат для экстракции желатина спускают в канализации и подают воду температурой 70…80°C. В паровую рубашку постепенно пускают пар; pH вывариваемых бульонов для оселина 5,8…6,2, для мягкого коллагеносодержащего сырья 5,8…6,6. В период ведения процесса экстракции (варки) замеряют температуру в различных точках экстрактора. О готовности бульона судят по его способности желатинизироваться и крепости студня. Бульоны сливаются самотеком или их откачивают насосом. При медленном спуске масса сырья в аппарате является своеобразным фильтром и адсорбирует на своей поверхности жир. Оставшееся в аппарате сырье заливают горячей водой для экстракции (варки) второй фракции и т.д. Концентрация последних бульонов обычно не превышает 2%, при этом желатина в них содержится мало и такие бульоны упаривать невыгодно. Целесообразно направлять их вместо свежей воды для варки фракций в другие варочные аппараты. Расход горячей воды для заливки сырья 1500…1600 кг на 1т готового желатина. Аппарат для обезжиривания костей (рис. 4.55) применяют в производстве желатина. Корпус аппарата цилиндрический, в нижней части которого установлено перфорированное днище 8, штуцер для спуска жидкости 9, шлюзовой затвор 6 и разгрузочный люк 7. На крышке аппарата установлен загрузочный люк 1, штуцер для пара 2, перфорированный карман 3 и штуцер для слива жира 4. По обечайке конической части аппарата установлены 115 штуцеры для воды 5 и пара 2. В аппарат через Рис. 4.55. Аппарат для загрузочный люк 1 обезжиривания костей загружают предварительно измельченную до 30…40 мм кость, которая обезжиривается при температуре 90…95°C. Через штуцер 5 заливают воду на 150…200 мм выше уровня кости, которую нагревают до кипения острым паром, а нагревание воды поддерживают в течении 4…6 ч. Жир, выделившийся на поверхности жидкости, через перфорированный карман 3 и штуцер 4 непрерывно самотеком сливается в резервуар для приема и обработки. Полученный бульон с концентрацией белковых веществ 2..3% направляют на выработку клея. Для обезжиривания свежих порций кости вместо свежей воды целесообразно использовать вторичные бульоны. Бульон, полученный в первом аппарате, применяют для обезжиривания новой партии кости во втором аппарата, а бульон из второго аппарата – для обезжиривания кости в третьем аппарате. При этом содержание клеевых белковых веществ повышается до 6%, вместо трех бульонов поступает один, в результате чего в 2…2,5 раза уменьшаются затраты воды, пара и электроэнергии на одну единицы массы получаемого клея. Окончание процесса обезжиривания характеризуется прекращением выделения жира из кости, легкой отделяемостью прирезей мяса от кости. Костный бульон спускают через штуцер 8 и направляют на сгущение до 25…30%, а обезжиренную кость после охлаждения холодной водой до 50…60°C выгружают через люк 7. Степень обезжиривания кости горячей водой составляет 50…60%, что является недостатком этого метода. Выход жира из тазовой кости 7…9%, лопатки и челюстной кости – 2…3%, ребра – 5…6%. В среднем выход жира при обезжиривании горячей водой составляет около 6% массы кости. Диффузор типа К7-ФВ1-Г-3 (рис. 4.56) предназначен для обесклеивания костного шрота и представляет собой стальной сварной цилиндр 1 с верхним и нижним днищами, на которых расположены люки загрузки и выгрузки костного шрота. Люки 116 снабжены затворами 2 для открытия и закрытия. Верхний и нижний люки имеют блокировочные устройства 3, предотвращающие подачу пара в диффузор при неплотно закрытых люках. Раздробленную кость загружают через верхний люк, который герметично закрывают. Затем открывают вентиль подачи пара в диффузор и варят кость согласно технологии. По окончании варки прекращают подачу пара, жир и бульон сливают, выпускают пар, а кость выгружают через нижний разгрузочный люк. Техническая характеристика диффузоров: производительность по сухому клею – 450…700 кг/смену; вместимость диффузора – 3 или 5,5 м3 (в зависимости от типа); рабочее давление – 0,294 МПа; расход пара – 125…175 или 188…313 кг/с; расход воды – 0,6…07 м3/ч. Расчет энергозатрат. Концентрирование биологических жидкостей мясного производства (бульонов, желатина и т.п.) производят в экстракторах различных конструкций, отличающихся режимными и Рис. 4.56. Диффузор типа конструктивными К7-ФВ1-Г-3 параметрами. Для расчета интенсивности теплоотдачи в экстракторах, имеющих различные геометрические размеры корпуса, используется обобщенное уравнение вида 117 Nu 2,110 4 Re0n,17 Re ö0,43 Pr 0,43 z 0,33 Gr 0,05 , где: Nu – критерий Нуссельта; Re n n d Л2 – критерий Рейнольдса центробежный; Pr c – критерий Прандтля; z – число лопастей; Gr d – геометрический симплекс; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К); δ – толщина пленки продукта, м; λ – теплопроводность продукта, Вт/(м·К); Г линейная плотность орошения поверхности, кг/(м·с); μ – динамический коэффициент вязкости продукта, Па·с; ρ – плотность продукта, кг/м3; dЛ – диаметр лопасти мешалки, м; с – удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); d – диаметр рабочей поверхности аппарата, м; Δ – зазор между пальцами лопастей и стенкой корпуса, м. Уравнение рекомендуется для инженерных расчетов в следующих пределах: Re n =600…10500; Pr = 4,5…7,5; линейная скорость концов лопастей ν = 1,1…2,0 м/с; количество лопастей z = 1…4; зазор Δ = 0,001…0,004 м. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. 6. В чем заключается сущность процесса экстракции и что является движущей силой диффузионного процесса? Какие основные требования должны быть выполнены при конструировании диффузионных аппаратов? Чем диффузионные аппараты отличаются от экстракционных? По какому принципу работают экстракционные установки для получения спиртовых настоек и морсов? Каково устройство и принцип действия оборудования рассмотренного в данном разделе? Чем определяется производительность диффузионных аппаратов? 118 Какими способами ведется экстракция растительных масел и в чем их особенность? 8. Что отражает коэффициент молекулярной диффузии? 9. Что отражает коэффициент конвективной диффузии? 10. Каков принцип обесклеивания костного шрота в диффузоре? 11. Чем отличаются расчеты производительности экстракторов для полученя растительного масла? 7. 4.6. Оборудование для процесса ректификации спирта Изучить самостоятельно [2, с. 987…989]: 1. Основные понятия и определения. 2. Научное обеспечение процесса ректификации спирта. 3. Классификация оборудования. Полная колонна 1 (рис. 4.57, а) состоит из отгонной (исчерпывающей) и концентрационной частей, в состав которых входит дефлегматор 2 и холодильник дистиллята 3. Греющий пар подводится в нижнюю часть колонны, а вода проходит через дефлегматор и холодильник. Питание в полную колонну вводится в среднюю часть (на верхнюю тарелку отгонной части колонны). Дистиллят отводится из холодильника дистиллята. Отгонная колонна 1 (неполная) (рис. 4.57, б) имеет только отгонную часть, в ней отсутствует дефлегматор 2, а питание подается на ее верхнюю тарелку. В этой колонне поступающее питание истощается низкокипящим компонентом. Р и с . 4 . 5 7 . 119 Принципиальные схемы ректификационных колонн:а – полная; б – неполная отгонная; в – неполная концентрационная Концентрационная колонна 1 (неполная) (рис. 4.57, в) снабжена дефлегматором 2, а питание поступает под нижнюю тарелку в парообразном виде. В полной ректификационной колонне 1 создается возможность для получения практически в чистом виде обоих компонентов разделяемой бинарной (двухкомпонентной) смеси. В неполной отгонной колонне из нижней части отводится практически чистый труднолетучий компонент, а из верхней – пар, несколько обогащенный легколетучим компонентом. Из верхней части неполной концентрационной колонны отводится практически чистый легколетучий компонент, а из нижней – остаток S, несколько обогащенный труднолетучим компонентом. Контактное устройство – основной элемент ректификационной колонны, на котором осуществляется процесс массообмена между паром и жидкостью. Интенсивный массообмен на контактном устройстве достигается путем создания развитой поверхности контакта фаз и активной гидродинамической обстановки. В спиртовой промышленности, как правило, применяют тарельчатые контактные устройства, на которых осуществляется последовательно ступенчатый контакт фаз. Тарелки ректификационных колонн могут быть (рис. 4.58): колпачковыми, сетчатыми (решетчатыми), клапанными, чешуйчатыми, ситчатоклапанными, жалюзийно-клапанными и др. Во всех случаях на тарелке удерживается слой жидкости, через который проходит пар, в результате чего осуществляется массообмен. Простейшая одноколпачковая тарелка одинарного кипячения используется в бражных колоннах установок малой производительности (для разделения жидкостей со взвешенными частицами или способных выделять осадки). В одноколпачковой тарелке двойного кипячения барботаж происходит из под краев колпачка и воротника. Благодаря этому создаются встречные потоки пара, улучшающие контакт пара и жидкости. 120 Многоколпачковые (капсульные) тарелки применяют в колоннах для разделения жидкостей, не содержащих взвешенных частиц. Они имеют большой периметр барботажа и более эффективны.Ситчатые (решетчатые) тарелки с отверстиями диаметром 2,5…3,5 мм (для разгонки жидкостей, способных выделять осадки) и 8…12 мм (для разгонки жидкостей со взвешенными частицами). В провальной тарелке (решетчатого типа) нет сливных стаканов и жидкая фаза сливается через те же отверстия, через которые поступает на тарелку пар. Тарелки изготовляются из стальных или медных листов толщиной 2,5…6 мм. Щели тарелки выполняются штамповкой или фрезеровкой с живым сечением 10…15%. Расстояние между тарелками составляет 300…600 мм. Такие тарелки применяются в бражных колоннах при перегонке паточной и зернокартофельной бражки. Рис. 4.58. Тарелки ректификационных колонн: а – одноколпачковая одинарного кипячения; б – одноколпачковая двойного кипячения; в – многоколпачковая; г – ситчатые (решетчатые); д – провальная; е – клапанная; ж – чешуйчатая 121 В клапанных тарелках распределительным устройством для пара являются клапаны (пластины той или иной формы), которые перекрывают отверстия тарелки и под давлением пара поднимаются, пропуская пар. Предельная высота подъема клапана определяется высотой ограничительного устройства. Клапанные тарелки обладают способностью к самоочищаемости. Они используются в ректификационных и эпюрационных колоннах. Чешуйчатые тарелки относятся к группе однонаправленных, где пар и жидкость движутся в одном направлении, причем пар способствует движению жидкости. Их целесообразно устанавливать в бражных колоннах, работающих на паточной и зернокартофельной бражке. Чешуйчатые тарелки обеспечивают высокую эффективность и производительность при работе в струйном режиме, когда скорость пара в щелях превышает 12 м/с. Работу тарелок оценивают по пропускной способности по пару и жидкости, по способности разделять рабочую смесь, по диапазону устойчивой работы, по гидравлическому сопротивлению и др. Пропускная способность по пару и жидкости характеризует производительность колонн (удельный объем конечного продукта с единицы поперечного сечения колонны). Способность разделять перегоняемую смесь называют эффективностью контактного устройства или колонны в целом. Обычно определяют число теоретических тарелок (ступеней изменения концентраций) или число единиц переноса и по нему оценивают эффективность тарельчатых колонн. Под теоретической тарелкой понимают такое устройство, которое обеспечивает контакт пара и жидкости, в результате покидающие его потоки, достигают фазового равновесия. Практически на реальных тарелках такое равновесие почти никогда не достигается. Теоретическая тарелка служит эталоном для установления эффективности реальных тарелок. 4.6.1. Брагоперегонные установки 122 В спиртовой промышленности применяются брагоперегонные установки двух типов – одноколонные и двухколонные (рис. 4.59). В одноколонной установке бражка, предварительно подогретая в дефлегматоре 4, поступает на верхнюю тарелку колонны 1. Нижняя часть колонны называется бражной, куда снизу подводится греющий пар. Из бражной колонны водно-спиртовые пары направляются в нижнюю часть спиртовой колонны 2; здесь пары укрепляются. Из колонны 2 укрепленные пары поступают в межтрубное пространство дефлегматора 4. Конденсируясь, пары отдают теплоту бражке, протекающей в трубах дефлегматора. Конденсат водноспиртовых паров возвращается в колонну 2 в виде флегмы. Несконденсировавшиеся пары направляются в холодильник 5, где они конденсируются и образуют спирт-сырец. Спирт-сырец содержит не только воду и спирт, но и другие летучие продукты, входящие в состав бражки. Рис. 4.59. Принципиальные схемы брагоперегонных установок В двухколонной установке подогретая в дефлегматоре 4 бражка поступает в бражную колонну 7, где из бражки 123 испаряется спирт. Водно-спиртовые пары через ловушку 6 попадают во вторую колонну. В ловушке отделяется жидкость, увлеченная парами; отсюда она возвращается в колонну 1. Верхняя часть колонны 2 служит для укрепления паров спиртом; нижняя часть колонны 3 предназначена для истощения (вываривания) стекающей флегмы, откуда отводится лютерная вода. Таким образом, в этой установке из бражки и флегмы спирт испаряется раздельно, вследствие чего повышается концентрация сухих веществ в барде. Гидравлический предохранитель 6 предотвращает образование в колонне вакуума. Жидкость из пробного холодильника поступает в сборник 3. Колонна изготовляется из меди. При приемке она испытывается под давлением 0,1 МПа. Техническая характеристика одноколонной брагоперегонной установки: производительность при переработке бражки крепостью 7,5 об.% – 500 дал/сут; избыточное давление – до 0,05 МПа; средняя температура, – 100°C; общее число тарелок – 27; в том числе в укрепляющей части: многоколпачковые – 7; ситчатые – 2; в истощающей части одноколпачковые – 18; диаметр колонны (внутренний) – 700 мм; высота колонны – 8240 мм. Горизонтальный дефлегматор (рис. 4.60) состоит из двух барабанов 1. Он имеет две трубчатые многоходовые поверхности охлаждения 2. В одной из них по трубам протекает бражка, в другой – охлаждающая вода. Бражка и вода делают в дефлегматоре несколько ходов, что обеспечивается соответствующим расположением перегородок в распределительных коробках. 124 Рис. 4.60. Двухбарабанный горизонтальный дефлегматор Для направления потока пара в межтрубном пространстве дефлегматора установлены поперечные перегородки. Бражные трубы дефлегматоров изготовляют из меди, водяные трубы – из стали. Дефлегматор испытывают гидравлическим давлением 0,4 МПа для трубного пространства и 0,15 МПа для межтрубного пространства. Корпус дефлегматора, коробки, крышки, решетки, фланцы, патрубки и трубы водяной секции изготовляются из углеродной стали; трубы бражной секции – из меди; обечайки, фланцы, днище и решетки – из стали. Техническая характеристика дефлегматора двухбарабанного горизонтального: диаметр (внутренний) барабана – 600 мм; длина – 3465 мм; общая площадь поверхности теплообмена – 32 м2; масса – 495 кг. Комбинированный холодильник (рис. 4.61) предназначен для конденсации и охлаждения спирта-сырца в верхней части I имеет прямые медные трубы, по которым движется вода; в нижней части холодильника II установлены медные змеевики. Вода поступает сначала в нижнюю часть холодильника и омывает 125 наружную поверхность змеевиков, затем она направляется в межтрубное пространство верхней части. Трубы змеевиков имеют малое сечение, поэтому скорость конденсата в них и коэффициент теплопередачи значительны. Техническая характеристика комбинированного холодильника для спирта-сырца: диаметр внутренний – 600 мм; высота – 3806 мм; площадь поверхности охлаждения трубной части – 20 м2, змеевиковой части – 5 м2; масса – 1037 кг. Рис. 4.61. Комбинированный холодильник для спирта-сырца 4.6.2. Брагоректификационн ые установки непрерывного действия Брагоректификационные установки предназначены для получения спирта-ректификата непосредственно из бражки. Брагоректификационные установки непрерывного действия являются основным типом оборудования для выделения и очистки спирта на предприятиях спиртовой промышленности. Бражка в этих установках разделяется на спиртректификат, эфироальдегидную фракцию, сивушное масло и барду. В них же отбираются промежуточные продукты (сивушные спирты). Брагоректификационные установки полупрямого и косвенного действия. бывают прямого, 126 В установках прямого действия (рис. 4.62) эпюрации (выделению головных примесей) подвергается бражка. Бражка представляет собой слабоконцентрированный раствор спирта и примесей. При низких концентрациях спирта коэффициенты ректификации примесей имеют большие значения; следовательно, их удаление будет более интенсивным. Установка состоит Рис. 4.62. Принципиальная схема из эпюрационной колонны брагоректификационной установки 3 с концентрационной прямого действия частью 4 и ректификационной колонны 9, в состав которых входят дефлегматоры 5 и 7, а Рис. 4.63. Принципиальная схема также конденсаторы 6 и 8. брагоректификационной установки Бражка поступает в полупрямого действия бражную колонну 1. Здесь из бражки выделяются этиловый спирт, хвостовые примеси и остатки головных и промежуточных примесей. Основную массу паров из бражной колонны 1 направляют в ректификационную колонну 9. Некоторая часть паров из бражной колонны 1 поступает в эпюрационную колонну 3 для ее обогревания. Для этой цели служит труба 2, снабженная дроссельным клапаном. Количество пара, поступающего в эпюрационную колонну, регулируется дроссельным клапаном. Хвостовые и промежуточные продукты, а также остатки головных продуктов отбирают в ректификационной колонне. Ректификат отводят в жидком виде с одной из верхних тарелок ректификационной колонны. 127 В установке полупрямого действия (рис. 4.63) бражка, не подвергаясь предварительной эпюрации, поступает непосредственно в бражную колонну 1. В этой колонне выделяются спирт и все примеси. Пары направляются через ловушку-сепаратор 3 в эпюрационную колонну 2 с концентрационной частью 4, дефлегматором 5 и конденсатором 6, где из них выделяются головные примеси. Очищенный от головных примесей спирт, содержащий хвостовые и промежуточные примеси (эпюрат), в жидком виде поступает в ректификационную колонну 9, снабженную дефлегматором 8 и конденсатором 7. Отбор спирта-ректификата, сивушного масла и Рис. 4.64. Принципиальная схема промежуточных продуктов брагоректификационной установки производится так же, как и косвенного действия в аппаратах прямого действия. В установках косвенного действия (рис. 4.64) водноспиртовые пары, поднимающиеся из бражной колонны 7, полностью сгущаются в дефлегматоре 2 и конденсаторе 3, после чего в жидком виде поступают на эпюрацию в эпюрационную колонну 4 с дефлегматором 5 и конденсатором 6. Эпюрат направляется в ректификационную колонну 9, снабженную дефлегматором 8 и конденсатором 7, где выделяются промежуточные продукты, сивушное масло и спиртректификат. Данная установка принята как типовая из-за высоких эксплуатационных показателей. Общий расход теплоты Q о бщ (кДж/ч) определяется из теплового баланса ректификационной колонны 128 Q Gд R 1rд Gкскtк Gрcрtр RGдcдtд , где: rд – теплота парообразования смеси, кДж/кг (rд = 850 кДж/кг); ск, ср и сд – соответственно удельные теплоемкости кубового остатка, поступающего на ректификацию раствора и дистиллята, кДж/(кг·К) [ск = 4,19 кДж/(кг·К); ср = 4,31 кДж/(кг·К); сд = 3,6 кДж/(кг·К)]; tк, tр и tд – соответственно температуры кипения кубового остатка, поступающего на ректификацию раствора и дистиллята, °C (tк = 95°C; tр = 87°C; tд = 78°C). Потери теплоты Qп (кДж/ч) принимают в количестве 3…5% общего расхода теплоты Q п 0,03Q , Тогда Qобщ Q Qп . Расход греющего пара D (кг/ч) определяют по формуле D Qобщ i i , где: i" и i' – энтальпии греющего пара и конденсата, определяемые по давлению насыщенного водяного пара, кДж/кг (i" = 2730 кДж/кг и i'=558,9 кДж/кг). 4.6.3. Установки для получения абсолютного спирта Абсолютный спирт вырабатывают в небольших количествах для промышленности органического синтеза и для лабораторных работ. Абсолютный спирт образует устойчивые смеси с бензином и в ряде стран его используют как добавку к моторному топливу. Спирт можно абсолютировать связыванием воды твердыми или жидкими материалами (например, негашеной известью, глицерином) и ректификацией под вакуумом или в присутствии солей, при этом азеотропная точка смещается в сторону большего содержания спирта. Эти способы получили некоторое распространение в лабораторной практике. 129 В промышленности для абсолютирования обычно пользуются методом тройных нераздельно кипящих (азеотропных) смесей. Суть его заключается в следующем. К ректификованному спирту прибавляют бензол. Тройная смесь этанол-вода-бензол образует азеотропную смесь, состоящую из 19,5% (масс.) этанола, 7,4% (масс.) воды и 74,1% (масс.) бензола и кипящую при 64,85°C. Азеотропная смесь ведет себя в колонне как легколетучий компонент (ЛЛК), при охлаждении она разделяется на два слоя: верхний, состоящий в основном из бензола, и Рис. 4.65. Принципиальная схема нижний – из смеси этанола и установки для получения воды. При температуре 15°C абсолютного спирта в верхнем слое содержится (% масс): бензола 85, этилового спирта 13,3 и воды 1,7; в нижнем – спирта 49,7, воды 41,3 и бензола 9. Абсолютный спирт может быть получен как из ректификованного спирта, так и непосредственно из бражки. В обоих случаях ректификованный спирт и бензол вводят в дегидратационную колонну 1 (рис. 4.65), в которой отгоняется тройная азеотропная смесь, содержащая большее количество воды, чем исходная жидкость. Обезвоженный спирт отводят снизу колонны. Дегидратационная колонна имеет 60…65 многоколпачковых тарелок, в том числе десять в концентрационной части, и закрытый обогрев. Азеотропная смесь после охлаждения поступает в декантатор 3, где расслаивается: верхний слой возвращается в дегидратационную колонну, а нижний поступает в спиртовую колонну 2. Здесь спирт концентрируется и вместе с бензолом возвращается в дегидратационную колонну, а вода отводится из 130 нижней части. Спиртовая колонна также имеет 60…65 многоколпачковых тарелок, в том числе 40…43 в концентрационной части. В установке постоянно циркулирует определенное количество бензола, который выполняет функцию переносчика воды из дегидратационной колонны в декантатор. При получении абсолютного спирта непосредственно из бражки установку для абсолютирования связывают в единую систему с брагоректификационной установкой, в которой получают ректификованный спирт и без охлаждения сразу же вводят в дегидратационную колонну. Расчет производительности и энергозатрат. На выработку 1 дал абсолютного спирта расходуется 15…20 кг пара, около 0,25 м3 воды и 0,01 кг бензола. Потери последнего компенсируются периодическим добавлением его в дегидратационную колонну. Предельно допустимые потери спирта при абсолютировании составляют 1% исходного ректификованного спирта. Производительность П (дал/сут) брагоректификационных установок в соответствии с инструкцией по определению мощностей рассчитывают, исходя из диаметра D (м) спиртовой колонны при выработке спирта высшей очистки: П 55D 2 26,6 D 2 . При выработке спирта I сорта производительность установок увеличивается на 15%, а при выработке спирта «Экстра» снижается на 15%. Для расчета мощности по условному спирту-сырцу результат, полученный по вышеприведенной формуле, умножают на коэффициент 1,05, учитывающий спирт в побочных продуктах и потерях при ректификации. Площадь поверхности теплопередачи должна быть S (м2): при горизонтальных дефлегматорах S ≥ 0,04 П, при вертикальных S ≥ 0,028 П. Для ориентировочных расчетов сечения отдельных колонн можно пользоваться приведенными ниже зависимостями. Для бражных колонн с 22 и более тарелками двойного кипячения: при межтарелочном расстоянии 340 мм П = 1370D2; при межтарелочном расстоянии 280 мм П = 1111D2. Если в бражной колонне 24 и более ситчатых тарелок, установленных на расстоянии 500 мм, П = 2065D2, провальных – 131 П = 2500D2 и чешуйчатых – П = 3000D2. При переработке мелассной бражки с содержанием спирта более 8 об.% производительность бражной колонны увеличивается на 5…10%. Производительность колонн с многоколпачковыми тарелками ориентировочно может быть определена следующим образом: эпюрационных П = 2222D2; спиртовых при расстоянии 1400 мм П = 1500D2, при 1400…1800 мм П = 140D2, при 1800…2000 мм П = 1250D2; окончательной очистки для мелассных заводов П = 6940D2, для зернокартофельных П = 3470D2; сивушных колонн для разгонки головной фракции П = 6940D2. В спиртовых колоннах целесообразно устанавливать следующее число тарелок: при D ≤ 1200 мм 66 (50/16), при D = 1400…1800 мм 72 (54/18), при D = 2000 мм 80 (60/18). В настоящее время производят малогабаритные (высотой 1 м и диаметром 0,12 м) насадочные брагоректификационные установки производительностью 100…500 л/сут (20 теоретических тарелок). На этих установках получают спирт высшей очистки. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. Что такое ректификация спирта и на какие группы (с точки зрения очистки) подразделяются примеси этилового спирта? Что называется флегмой, флегмовым числом и с какой целью используют дефлегмацию? Чему посвящены первый и второй законы Коновалова? Какие смеси подчиняются закону Рауля? Как классифицируются брагоректификационные аппараты? 132 Что является основным рабочим элементом ректификационной колонны и какие типы тарелок используются в колонных аппаратах? 7. По каким параметрам определяется температура кипящей бражки на тарелке кипения? 8. Каково назначение сепаратора и ловушки для бражной колонны брагоректификационного аппарата косвенного действия? 9. Можно ли применением перегонки под вакуумом снизить температуру кипения высокотемпературной жидкой смеси? 10. Как составить уравнения материального баланса для верхней и нижней частей ректификационной колонны непрерывного действия? 11. Как изменяется число тарелок, расход пара и охлаждающей воды в дефлегматоре с увеличением флегмового числа? 12. Какие установки более экономичны в тепловом отношении - периодического или непрерывного действия? 13. Каково устройство и принцип действия оборудования и схем установок рассмотренных в данном разделе? 14. Каковы расходные характеристики ректификационных утановок? 15. Чем отличается расчет эпюрационной и ректификационной колонн? 16. Какова техническая характеристика брагоректификационной установки косвенного действия? 17. Как рассчитывается производительность брагоректификационной установки? 18. Как определить энергозатраты на работу брагоректификационной установки? 5. Оборудование для ведения биотехнических процессов 6. Изучить самостоятельно [2, с. 1019…1022]: 133 1. Основные определения 2. Научное обеспечение процесса солодоращения и получения ферментных препаратов 3. Классификация оборудования 5.1. Оборудование для солодоращения и получения ферментных препаратов Солодовня с передвижной грядкой – осуществляется поточный способ солодоращения, при котором проращиваемое зерно периодически перебрасывается ковшом солодоворишителем вдоль ящика от места загрузки к месту выгрузки. Солодовня с передвижной грядкой (рис.5.1.) представляет собой длинный ящик 6, подситовое пространство 9 которого разделено в поперечном направлении перегородками на несколько отделений, число которых равно или кратно числу суток ращения. На продольных стенках ящика 6 уложены рельсы, по которым вдоль ящика периодически передвигается ковшовый солодоворошитель 5 с помощью тележки 4. При рабочем ходе ворошитель 5 перебрасывает проращиваемое зерно, чем достигается не только его перемещение, но и перемешивание вдоль ящика. Рабочий ход ворошителя имеет направление от места выгрузки готового солода к месту загрузки замоченного ячменя. Замоченное зерно из замочных аппаратов 7 и 8 загружается всегда в одно и тоже место солодорастильного ящика 6. Ворошитель приводится в движение через каждые 12 или 24 ч и каждый раз перебрасывает зерно на один шаг, а на свободнодвижущуюся площадь сита вновь загружается замоченное зерно. Солод проходя к месту выгрузки, при очередном рабочем ходе ворошителя в бункер 3, откуда транспортерами 1 и 2 (шнеком, лентой, элеватором и т.п.) передается в сушилку. 134 Рис. 5.1. Солодовни с передвижной грядкой Проращенное зерно проветривается кондиционированным воздухом, который нагнетается вентилятором в центральный канал 10, проходящий вдоль всего солодорастильного ящика 6. Подача кондиционированного воздуха из этого канала в каждое отделение подситового пространства 9 регулируется шибером в зависимости от интенсивности роста, необходимости отвода выделившегося диоксида углерода и поддержания оптимальной температуры. При параллельной установке нескольких солодорастильных ящиков 6 с передвижными грядками кондиционеры размещают с таким расчетом, чтобы в каждом из них воздух готовился для определенной стадии солодоращения, в первом кондиционере – неувлажненный воздух для подсушивания влажного, только что выгруженного в ящик замоченного зерна и подвяливания свежепроросшего солода перед выгрузкой его из солодовни в сушилку; во втором кондиционере - охлажденный и увлажненный воздух для проветривания грядки на третий – четвертый день солодоращения и т.д. Статические солодовни, работающие по принципу совмещения процессов замачивания и проращивания ячменя, а 135 также сушки солода в одном аппарате (рис.5.2.), состоят из аппарата 4 для замачивания, проращивания зерна и сушки солода со шнековым ворошителем 5, теплогенератора 1 с вентилятором 2 и камеры кондиционирования 10 с вентилятором 9. Рис. 5.2. Принципиальная схема статической солодовни Отсортированный ячмень после взвешивания подается в моечный аппарат 3, предварительно наполненный до половины объема водой температурой 14…150С. Заполненный водой и зерном моечный аппарат 3 оставляют в покое на 20 …30 мин, затем смесь зерна с водой интесивно перемешивают сжатым воздухом и снимают сплав при непрерывном токе воды. После предварительной мойки зерна в аппарат 3 добавляют дезинфикатор, а затем – активатор роста. Через 5...6 ч воднозерновая смесь гидротранспортером направляется в аппарат 4 для замачивания и проращивания зерна и сушки солода. Продолжительность загрузки аппарата 4 зерном не должна превышать 1...1,5 ч. Расход воды на мойку и гидротранспортирование зерна составляет 2...4 м3. Аппарат 4 периодического действия представляет собой индивидуальную камеру с ситчатым днищем, шнековым солодоворошителем 5 для ворошения и выгрузки солода, а также транспортным оборудованием (механический конвейер 11 и нория 6). Ситчатое дно аппарата 4, на котором укладывается зерно, выполняется из плетеных решеток, изготовленных из нержавеющей проволоки. Для обеспечения равномерного 136 распределения давления сушильного агента в подситовом пространстве его высота должна составлять не менее 2 м. Для увлажнения и охлаждения воздуха, поступающего в аппарат 4 в период замачивания и проращивания зерна, под ситом дополнительно устанавливаются форсунки 12 для получения однородной пыли. Выгруженный на сита аппарата 4 ячмень оставляют в покое на 5 ч, обеспечивая при этом удаление избыточной воды и поглощение ее с поверхности зерна. Дальнейшее замачивание осуществляется воздушно-оросительным способом с периодической или непрерывной продувкой слоя кондиционированным воздухом и орошением распыленной водой. Оптимальный расход кондиционированного воздуха составляет 250...300 м3 /(ч∙т), - оптимальный расход воды – 1 м3 на 1 т ячменя. Орошение зерна водой во время его ворошения шнековым ворошителем 5, на котором установлена оросительная система, необходимо проводить в зависимости от способности ячменя к водопоглощению. Продолжительность замачивания зерна до достижения влажности 45 % составляет в среднем 30...40 ч. При достижении зерном влажности 43...46 % орошение водой прекращается. В процессе проращивания зерновую массу необходимо ворошить 2...3 раза в сутки, периодически или непрерывно продувая кондиционированным воздухом, с помощью вентилятора 9. Максимальная высота свежепроросшего солода составляет 1,5...2 м. После окончания проращивания свежепроросший солод в аппарате 4 подвергают сушке и термической обработке сушильным агентом, подготовленным в теплогенераторе 1. Сушку и термическую обработку солода проводят без ворошения в течение 20 ч. Расход сушильного агента на сушку солода составляет 4...4,5 тыс м3/(ч∙т) при давлении 1000 Па. В конце сушки расход агента уменьшается до 2 тыс м3/(ч∙т) при давлении 400 Па. В процессе сушки солода необходимо не только удалить из него избыточную влагу, но и обеспечить благоприятные условия для протекания физиологических, биохимических и 137 химических процессов, в результате которых продукт приобретает, определенные технологические свойства. Сухой солод выгружают из аппарата 4 с помощью шнекового ворошителя 5, который подает зерно на механический конвейер 11, расположенный вдоль аппарата 4, а оттуда на норию 6 в бункер 7, росткоотбойную машину 8 и далее на склад. Расчет производительности и энергозатрат. Тепловой баланс солодорастителной установки имеет вид Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 , где: Q1 – теплота, вносимая в аппарат с замоченным зерном, кДж/кг; Q2 – теплота, выделяемая при солодоращении, кДж/кг; Q3 – теплота (энтальпия) аппарата при загрузке ячменя, кДж/к; Q4 – теплота, вносимая в аппарат с кондиционированным воздухом, кДж/кг; Q5 – теплота, отводимая с солодом при выгрузке, кДж/кг; Q6 – теплота, выделяемая при солодоращении, кДж/кг; Q7 – теплота (энтальпия) самого аппарата при выгрузке солода, кДж/кг; Q8 – потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг. Производительность ящика солодовни с передвижной грядкой П (кг/ч) П F h / 36 Р , где: F – общая площадь сита ящика, м2; ρ – насыпная плотность воздушно-сухого ячменя, кг/м3; h – высота слоя ячменя в ящике,м; τР – продолжительность выращивания солода (τР = 6…8 суток). Количество теплоты, которое необходимо удалить из 1 кг солода в статической солодовне путем проветривания его кондиционированным воздухом Q (кДж/кг) равно Q Q1 Q2 Q5 Q8 , В дрожжевых аппаратах (рис. 5.3) производят периодичное культивирование дрожжей в спиртовом производстве. Это геометрически закрытый цилиндроконический аппарат, снабженный двумя змеевиками 1: один – для 138 стерилизации среды паром, второй – для охлаждения среды и поддержания постоянной температуры при размешивании дрожжей. В аппарате размещена мешалка 2, которая может быть с верхним или боковым приводом. Суть способа периодического культивирования состоит в том, что все операции – подготовка сусла, ввод посевных дрожжей, выращивание, ввод дрожжей, промывка стенок и их стерилизация, охлаждение и повторение наполнения – осуществляют последовательно. Перемешивание дрожжевой массы может быть осуществлено также сжатым воздухом, подаваемым через барботер. Воздух Рис. 5.3. Дрожжевой аппарат предварительно должен быть очищен в биологическом фильтре. Расход воздуха составляет 0,4...1 м3 на 1 м2 свободной поверхности жидкости в аппарате в минуту. Дрожжевой аппарат с воздушным перемешиванием изображен на рис. 5.4. При перемешивании мешалкой от электродвигателя принимают расход мощности из расчета 1 кВт на 1 м3 дрожжевой массы. Дрожжевые аппараты изготовляют из стали толщиной 5...6 мм. Расчет поверхности охлаждения змеевика аналогичен расчету змеевика бродильного аппарата. Площадь поверхности змеевика для воды принимают из расчета 2 м2 на 1 м3 полезной емкости аппарата; площадь поверхности парового змеевика - 0,8 м2 на 1 м3 полезной вместимости аппарата. 139 Вместимость дрожжевого аппарата составляет – 6...8 % объема бродильного аппарата, коэффициент наполнения 0,8. Дрожжерастительные аппараты предназначены для размножения дрожжей в производстве хлебопекарных дрожжей при сохранении их подъемной силы. Процесс выращивания дрожжей длится 20...36 ч, выход их составляет 70... 85% количества мелассы. В дрожжевом производстве стремятся погасить брожение и активизировать размножение дрожжей. Поэтому в современном дрожжерастительном аппарате должны обеспечиваться значительное разбавление дрожжевой суспензии (до 25 м3 на 1 т мелассы), хорошая аэрация (до 100 м3/ч воздуха на 1 м3 объема аппарата), строго определенная концентрация питательных веществ во время размножения дрожжей и определенная температура. Дрожжерастительный аппарат ВДА-100 (рис.5.5.) представляет собой сварной цилиндрический резервуар с охлаждающей рубашкой и пластинчатой аэрационной системой для насыщения суспензии кислородом во время размножения дрожжей. Резервуар 1 установлен на балках 14 и стойках 15 и имеет охлаждающую рубашку 20 из десяти секции (поясов). Рис. 5.4. Дрожжевой аппарат с Аппарат снабжен люками 18 и воздушным перемешиванием 21 для обслуживания и ремонта, смотровым окном 2, осветителем 3, гидрозатвором 11, воздухоподводящей трубой 17, коробами 13 аэрационной системы, соплами 16 для промывания коробов, коллектором 19 140 для подачи воды в секции охлаждающей рубашки и коллектором 12 для вывода воды из охлаждающей рубашки. На крышке аппарата установлена вытяжная труба 7, которая перекрывается заслонкой 10. Заслонка с помощью муфты 4 соединена со штоком 9, несущим поршень, движущийся в цилиндре 8 при помощи гидравлического привода, снабженного четырехходовым краном 5. По шлангу 6 поступает вода для промывания. Подачу воздуха регулируют задвижкой 22 через распределительный коллектор 23. Культуральная среда выводится по трубе 24. За уровнем жидкости в аппарате наблюдают через мерное стекло 25. Рис. 5.5. Дрожжерастительный аппарат ВДА-100 Пластинчатая аэрационная система ВДА включает распределительный коллектор и короба, закрытые сверху перфорированными пластинами с отверстиями диаметром 0,5 мм. В некоторых аппаратах смонтированы трубчатые системы аэрации конструкции ЦРММ. Они состоят из перфорированных трубок диаметром 51 мм, расположенных на днище аппарата на определенном расстоянии. В поперечном сечении трубки имеют 7 рядов отверстий диаметром 0,8...0,9 мм, расположенных через 15°, с шагом 5 мм. Трубки соединены с воздухораспределительным коллектором. 141 Расчет энергозатрат. Стерилизация дрожжевой массы осуществляется путем нагревания ее от t1= 50 до t2= 85 0С в течении 30 мин. Количество теплоты, затрачиваемой на стерилизацию дрожжевого затора Q (кДж) Q 1,05 VЗ с(t 2 t1 ), где: VЗ – объем дрожжевого затора в аппарате, м3; ρ – плотность затора, кг/м3; с – теплоемкость затора, кДж/(кг∙К). Тепловой баланс дрожжерастильного аппарата Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 , где: Q1 – теплота, вносимая в аппарат с питательной средой (растворами солей), кДж/кг; Q2 – теплота, выделяющаяся при брожении, кДж/кг; Q3 – теплота, вносимая в аппарат с охлаждающей водой, кДж/кг; Q4 – теплота, вносимая в аппарат с воздухом, кДж/кг; Q5 – теплота, уходящая с дрожжевой суспензией (бражкой), кДж/кг; Q6 – теплота, отводимая с охлаждающей водой, кДж/кг; Q7 – теплота, отводимая воздухом, кДж/кг; Q8 – потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг. Ферментаторы и биореакторы. Аппараты для проведения ферментативных процессов называются ферментаторами, а для создания наиболее благоприятных условий жизнедеятельности микроорганизмов – биореакторами. Оборудование, предназначенное для культивирования микроорганизмов – продуктов биологически активных веществ, называют растильными установками. Вибрационные растильные установки – основаны на динамическом методе выращивания культур грибов в непрерывно движущемся вибрационном слое. Сущность способа заключается в том, что стерильную питающую среду, смешанную с посевной культурой, в процессе выращивания подвергают вибрационным колебаниям с одновременным перемещением в непрерывном потоке. Под действием высокочастотных колебаний в пределах 10... 17,5 Гц питательная среда, находящаяся на транспортируемом органе, приобретает 142 специфические свойства: становится более подвижной, уменьшается коэффициент внутреннего трения и снижается сопротивление перемещению. Колебательные импульсы передаются слою транспортируемой среды и она переходит во взвешенное состояние. Режим вибрационного транспортирования характеризуется непрерывным обновлением поверхностного слоя: часть пути среда совершает в контакте с поверхностью грузонесущего органа, затем отделяется от нее, а через некоторое время снова падает. В результате среда интенсивно перемешивается. Каждая частица среды находится в непрерывном движении в течение 36 ч, при этом интенсивно аэрируются отдельные мельчайшие частицы среды, что в тысячи раз увеличивает активную поверхность среды по сравнению со статическим кюветным способом выращивания. Физиологическая теплота, выделяемая культурой в процессе активного роста, отводится водой, в результате чего расход кондиционированного воздуха сокращается с 20 000 до 500 м3 на 1 т культуры. Применение вибрации позволяет интенсифицировать процессы массо- и теплообмена и микробиологического синтеза, механизировать все технологические операции, повысить активность культуры и организовать высокоэффективный процесс. Вибрационная установка может быть как горизонтальной, так и вертикальной. Вибрационная установка винтового типа непрерывного действия производительностью 3,5 т/сут (рис. 5.6.) состоит из рамы 1, бункера для отрубей 2, стерилизатора 5, вибростерилизатора 3 и четырех последовательно соединенных герметизированных вертикальных вибрационных конвейеров лоткового типа 7. Собственно растильной частью установки являются первые три конвейера, составляющие соответственно первую, вторую и третью зоны роста. Четвертый конвейер предназначен для сушки культуры. Каждый виброконвейер снабжен индивидуальным приводом 8 с дебалансовыми 143 вибраторами, трубопроводами 9,10 и 11 для подачи среды соответственно на второй, третий и четвертый конвейеры. Стерильная засеянная питательная среда из вибростерилизатора 3 поступает в приемный лоток 6 первого виброконвейера и под влиянием виброимпульсов, сообщаемых желобу от вибропривода 4, перемещается снизу вверх. Из верхнего лотка первого виброконвейера среда по трубе поступает в нижний приемный лоток второго виброконвейера. Конструктивно второй виброконвейер отличается от первого только тем, что лотки его снабжены водяной рубашкой для отвода теплоты, выделяемой в период активного роста культуры. Для отвода продуктов жизнедеятельности микроорганизмов во второй виброконвейер подается кондиционированный воздух. Из верхнего лотка второго виброконвейера среда поступает по трубе в нижний приемный лоток третьего виброконвейера, устройство которого аналогично первому. Рис. 5.6. Вибрационная установка винтового типа непрерывного действия 144 Скорость движения среды по лоткам виброконвейеров составляет 2...3 мм/с, а диаметр и число витков всех виброконвейеров рассчитаны так, чтобы среда находилась в непрерывном движении в течение всего процесса роста. Из верхнего лотка третьего виброконвейера выращенная культура гриба по трубе поступает в нижний приемный лоток четвертого конвейера на сушку. Устройство этого виброконвейера идентично второму, но в рубашку лотков подают воду температурой 70°С и дополнительно подводится воздух температурой 70...80°С. Выращенная и высушенная культура гриба выгружается, а воздух после бактериальной очистки удаляется. Стерильный кондиционированный воздух, необходимый для аэрации в количестве 500...1800 м3 на 1 т культуры, подается кондиционером. Ферментаторы с механическим перемешиванием барботажного типа широко применяются для стерильных процессов выращивания микроорганизмов продуцентов биологически активных веществ. Ферментатор (рис. 5.7.) такого типа представляет собой вертикальный аппарат цилиндрической формы, изготовленный из стали Х18Н10Т или биметалла с эллиптическими 145 Рис. 5.7. Ферментатор с механическим перемешиванием барботажного типа крышкой и днищем. Отношение высоты к диаметру равно 2,6 : 1. На крышке аппарата расположен привод перемешивающего устройства, состоящий из электродвигателя 7, редуктора 2, муфты 3, подшипника 4 и сальника 5. Здесь же установлены штуцеры для загрузки питательной среды и посевного материала 18, подачи и вывода воздуха 19, смотровые окна, люки для погружения моющей механической головки; предохранительный клапан. Для выгрузки культуры в днище аппарата предусмотрен спускной штуцер 16. Внутри корпуса 7 проходит вал 6 с закрепленными на нем перемешивающими устройствами, состоящими из закрытых турбин 8. Барботер 13 соединен с трубой 11 для подвода воздуха и выполнен в виде разборного ромба из перфорированных труб. В верхней его части расположены в шахматном порядке 2000...3000 отверстий. Вал 6 и перемешивающие устройства 8, 12, 14 с муфтами 10 и 15 приводятся во вращение от мотор-редуктора 2. Ферментатор оборудован рубашкой 17, состоящей из 6...8 ярусов-секций. Каждая секция состоит из 8 навитых опоясывающих каналов, выполненных из уголкового профиля. Площадь поверхности охлаждения рубашки 60 м2, внутренняя поверхность которой состоит из змеевиков 9 диаметром 600 мм и общей высотой 2,4 м Ферментатор рассчитан для работы под избыточным давлением 0,25 МПа и стерилизации при 130...140 °С, а также для работы под разрежением. В процессе выращивания микроорганизмов давление внутри ферментатора в пределах 50 кПа; расход стерильного воздуха до 1 м3/(м3∙мин). Высота столба жидкости в аппарате 5...6 м при высоте аппарата более 8 м. Для обеспечения стерильности процесса предусмотрены торцевые уплотнения вала перемешивающего устройства с паровой защитой. Торцевые уплотнения рассчитаны для работы при давлении до 0,28 МПа и остаточном давлении не ниже 2,7 кПа, температуре 30.. .250 °С и частоте вращения вала до 500 мин-1. С помощью торцевых уплотнений удается практически полностью предотвратить утечку среды или попадание воздуха в полость аппарата в месте вывода вала. 146 Расчет производительности и энергозатрат. Коэффициент заполнения ферментатора питательной средой в зависимости от состава среды и вида выращиваемого микроорганизма составляет k=0,5…0,65. Рабочий объем аппарата VP (м3) рассчитывается по формуле V p Vоб k , где: Vоб – общий объем аппарата. Зная время рабочего производительность G (м3/с) цикла τР, определяют G VP P , При работе мешалки для перемешивания растущей культуры без учета влияния вспомогательных устройств потребная мощность NM (кВт) 5 N M K N C m3 d M , где: KN – критерий мощности, характеризующийся числом Рейнольдса; m – число мешалок. Расчетная мощность на валу мешалки Np (кВт) равна N P k1 k 2 k 1 N M , где: k1 – коэффициент заполнения аппарата; k2 – коэффициент, учитывающий увеличение потребляемой мощности на преодоление сопротивления растущей культуры (k2 = 1,1); k – коэффициент, учитывающий увеличение потребляемой мощности на преодоление сопротивления. Контрольные вопросы 1. На какие признаки базируется систематизация процессов пищевой биотехнологии? 2. Какие процессы называются биохимическими, а какие микробиологическими? 147 3. Почему изменяется скорость биохимического процесса на разных стадиях? 4. Как влияет температура на скорость ферментативных процессов? 5. Какова кинетика изменения численности и массы микроорганизмов на разных стадиях микробиологического процесса? 6. Что положено в основу классификации оборудования для солодоращения и культивирования микроорганизмов? 7. Как устроено оборудование, рассмотренное в данном разделе? 8. Каков принцип действия оборудования, рассмотренного в настоящем разделе? 9. Составить тепловой баланс для каждой единицы оборудования представленной в данном разделе? 10. Как рассчитать теплоту, затраченную на стерилизацию дрожжевого затора? 11. Чем ферментатор отличается от биореактора? 5.2. Оборудование для спиртового брожения пищевых сред Изучить самостоятельно [2, с. 1051…1054]: 1. Научное обеспечение процесса брожения пищевых сред 2. Классификация оборудования 5.2.1. Аппараты для брожения и дображивания пива Спиртовое брожение сахаров сусла под действием ферментов дрожжей является основным процессом в производстве пива. Главное брожение и дображивание пива осуществляется в основном по двум схемам: по периодической – с разделением процесса брожения на главное брожение и дображивание, а также по ускоренной – с совмещением главного брожения и дображивания в одном цилиндроконическом бродильном аппарате. 148 Способ непрерывного брожения пива заключается в перемещении с определенной скоростью сбраживаемого сусла и молодого пива в системе, соединенных между собой бродильных аппаратов и аппаратов для дображивания при непрерывном притоке свежего сусла в головной бродильный аппарат и оттоке пива из последнего аппарата. Необходимая концентрация дрожжей в сбраживаемом сусле обеспечивается непрерывным поступлением дрожжей в головной аппарат системы из дрожжегенератора и дополнительным размножением дрожжей в аппаратах брожения. Перед перекачиванием молодого пива на дображивание часть дрожжей отделяется на сепараторе. Бродильный аппарат типа ЧБ-15 используется для главного брожения сусла и представляет собой герметический прямоугольный сосуд, внутри которого имеется охлаждающий змеевик для отвода теплоты, выделяющейся при брожении. Горизонтальный цилиндрический танк Б-604 также предназначен для главного брожения пивного сусла под давлением. Танки типов ТЛА и TAB применяются для дображивания молодого пива или для хранения готового пива и представляют собой горизонтальный и вертикальный цилиндрические аппараты со сферическими днищами. Все бродильные аппараты снабжены соответствующей арматурой для отвода диоксида углерода, выделяющегося во время спиртового брожения. Бродильные аппараты, используемые для главного брожения, изготовляют открытого или закрытого типа, последние обеспечивают стерильность сусла при брожении и возможность отбора диоксида углерода для дальнейшего его использования. Бродильный аппарат ЧБ-15 (рис. 5.8) представляет собой герметический прямоугольный сосуд с закругленными углами стенок и днища. Внутри аппарата имеется змеевик 1, по которому через отверстие 7 поступает рассол или охлажденная вода. Аппарат имеет патрубок 2 для сусла, пробку 3 для слива остатков сусла, люки 4 и 5 для мойки аппарата и патрубок 6 для отвода диоксида углерода. 149 Аппараты подлежат обязательному защитному покрытию эпоксидными смолами, спиртово канифольным лаком, применяются полиэтиленовые покрытия и др. Прямоугольные бродильные аппараты наиболее полно используют помещение бродильног о цеха, заполняя всю его площадь, за исключением необходимых для обслуживания проходов. Полезная высота чанов обычно принимается до 2 м. Рис. 5.8. Бродильный аппарат ЧБ-15 Танки Б-604 (рис. 5.9), предназначенные для главного брожения пивного сусла под давлением. Аппарат главного брожения представляет собой горизонтальный цилиндрический 150 сосуд 1 со сферическими днищами, установленный на четырех опорах. Сверху аппарат имеет воздухоотводящую трубку 5, служащую для контроля за процессом брожения сусла. На одном из днищ имеются люк 3 с крышкой и кран 2 для подачи и спуска сусла Внутри танка располагается охлаждающий змеевик 6. Для отвода углекислого газа имеется специальная арматура 4. Танки для брожения типа Б-604 изготовляются вместимостью 8...50 м3. Рис. 5.9. Аппарат главного брожения пива Б-604 Танки лагерные типа ТЛА предназначены для дображивания, осветления молодого пива и хранения фильтрованного пива под давлением до 0,07 МПа и по конструкции аналогичен аппарату Б-604 (рис. 5.9). При соответствующем покрытии внутренних поверхностей танков допускается хранение в них сахарного сиропа, вина и молока. Танки для дображивания типа ТЛА изготовляются вместимостью 8...80 м3. Кроме горизонтальных танков для дображивания молодого пива изготовляют вертикальные типа ТЛА вместимостью 4...9 м3. Для изготовления бродильных аппаратов и танков для дображивания кроме углеродистой листовой стали применяют листовой пищевой алюминий марок А0 и A5 с содержанием примесей не более 0,5 %, кислотостойкую сталь марки XI8Н10Т. Поверхность аппарата из алюминия и нержавеющей стали не покрывается защитными покрытиями и легко очищается от загрязнений. Алюминиевые аппараты при установке на чугунные опоры должны иметь надежную изоляцию во 151 избежание разрушения алюминия из-за возникающего электрохимического процесса между металлами. Способ ускоренного получения Жигулевского пива в цилиндроконических бродильных аппаратах (ЦКБА) (рис. 5.10) состоит в том, что в одном сосуде большого объема (от 100 до 1500 м3 и более) с суточным заполнением его суслом (8...9 °С) и дрожжами совмещают две ступени: главное брожение и дображивание (как по способу Натана), которые продолжаются в течение 14 сут вместо положенных 28 для Жигулевского пива. Аппарат снабжен термометром сопротивления 1, моющей головкой 2, краном для отбора 3, местом для крепления шпунт-аппарата 4, гидрозатвором 5. С первым осветленным суслом (первая варка) в коническую часть задают все семенные сильносбраживающие дрожжи (300 г на 1 гл сусла, влажность 75 %). Вначале 50 % сусла аэрируют стерильным воздухом, что обеспечивает содержание 4...6 мг 02/мл сусла. В течение первых двух суток поддерживается температура брожения от 9 до 14 °С, которая сохраняется до достижения видимой конечной степени сбраживания. Температура регулируется тремя поясами 152 Рис. 5.10. Цилиндроконический бродильный аппарат выносных наружных рубашек с хладагентом, охлажденным не более чем до минус 6 °С. При достижении содержания сухих веществ в пиве 3,5...3,2 % аппарат шпунтуется при избыточном давлении. Окончание брожения определяют по прекращению дальнейшего снижения массовой доли сухих веществ в пиве в течение 24 ч. Обычно на пятые сутки достигается конечная массовая доля 2,2…2,5 % сухих веществ. После этого хладагент подают в рубашку конуса для охлаждения и образования плотного осадка дрожжей при температуре 0,5…1,5 0С. В цилиндрической части температура 13…140С сохранятся в течение 6…7 сут. Эта же температура способствует восстановлению диацетила в ацетоин. Затем температура пива (0,5…1,5 0С) выравнивается рубашками во всей цилиндрической части ЦКБА. При этом шпунтовое давление в ЦКБА поддерживается равным 0,05…0,07 МПа в течение 6…7 сут. Через 10 сут с начала брожения проводят первый съем дрожжей из штуцера конической части ЦКБА. Перед осветлением пива проводят второй съем дрожжей, а затем пиво подают на сепарирование и фильтрование. Дополнительное охлаждение готового пива (2 0С) в сборниках проводят при 0,03…0,05 МПа, выдерживают в течение 12…24 ч и разливают. С использованием ЦКБА выпускают пиво с массовой долей сухих веществ в начальном сусле 11,12 и 13 %. Таким образом, в процессе брожения в ЦКБА, благодаря большому единичному объему аппарата, совмещению главного брожения и дображивания в одном сосуде, использованию повышенных температуры брожения и объема посевных дрожжей, продолжительность процесса сокращается примерно в два раза. Наиболее экономично проводить брожение и дображивание пива ускоренным способом в одном цилиндроконическом бродильном аппарате, изготовленном из нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью. Этот аппарат имеет четыре охлаждающие рубашки в цилиндрической части и одну в конической (табл. 5.1). Таблица 5.1. Показатель Ш4-ВЦН-30 Ш4-ВЦН-50 Р3-ВЦН-95 153 Вместимость, м3: полная рабочая Площадь поверхности охлаждения, м2 Масса,кг 30 25,5 50 42,5 95 80 17,4 5380 23,2 6490 44,3 11890 Примечание. Для всех марок давление в аппарате по 0,7 МПа, в рубашках по 0,4 Па, температура хладагента -8 0С. Расчет производительности и энергозатрат. При сбраживании 1 кг мальтозы выделяется 613,8 кДж теплоты. Следовательно при главном брожении из 1 м3 сусла выделяется теплоты Q1= 42960 кДж/м3. Наряду с этой теплотой из 1 м3 молодого пива, при его охлаждении в период дображивания, необходимо отобрать в среднем теплоту Q2 = 10470 кДж/м3. Таким образом за 12…13 суток брожения и дображивания в одном цилиндроконическом аппарате от 1 м3 сбраживаемого пива через охлаждающую поверхность передается теплоты Q Q1 Q2 53430 кДж/м3, Производительность аппаратов для дображивания пива рассчитывают по формулам: –– для главного брожения брожения и П Г n Г V Г k Г / Г 0,5J Г , –– для доброжения и выдержки П Д n Д V Д k Д / Д 1 J Д . –– для ускоренного брожения пива в ЦКБА ПУ nУ VУ kУ /( У J У ); где: п Г , п Д , пУ - число рабочих суток работы аппаратов в месяц ( п Г 29,5; п Д 30; пУ 29,8 ); бродильных заполнения аппаратов, дал; V Г , V Д , VУ k Г , k Д , kУ - бродильных вместимость коэффициент аппаратов 154 ( k Г 0,94; k Д 0,98; kУ 0,85 ); Г , Д , У - продолжительность главного брожения, дображивания и ускоренного брожения, сут; J Г , J Д , J У - коэффициенты потерь молодого пива при главном брожении, дображивании и ( J Г 1,06; J Д 1,04; J У 0,98 ). ускоренном брожении 5.2.2 Оборудование для сбраживания сусла при производстве спирта Изучить самостоятельно [2, с. 1061…1062]: 1. Основные способы сбраживания сусла и их характеристики Бродильный аппарат (рис. 5.11) представляет собой цилиндр с коническим днищем, изготовленный из стали толщиной 6...8 мм. Сусло в нем сбраживается под действием ферментов дрожжей. Внутри аппарата смонтирован змеевик 1 из стальных труб диаметром 51 ...76 мм для отвода теплоты, выделяющейся при брожении массы. Масса подается через штуцер 4, дрожжи — через штуцер 3. Углекислота, выделяющаяся при брожении, отводится через патрубок 5.Для осмотра и ремонта аппарат снабжен люками 2 и 10. За процессом брожения наблюдают через смотровое окошко 8 с помощью светильника 7. Термометры устанавливают в гильзы 9. К штуцеру 6 подключают гидрозатвор, который предотвращает образование вакуума при пропаривании аппарата паром. При непрерывнопроточном способе брожения на переточных трубах устанавливают дисковый затвор, с помощью которого аппарат отключается от 155 батареи для мойки и дезинфекции. Конструкция затвора предотвращает застой бражки, что обеспечивает стерильность процесса брожения. Механизированная мойка аппарата водой и рас творами антисептиков Рис. 5.11. Бродильный аппарат осуществляется с помощью моечного аппарата. Аппарат состоит из распределительной головки и двух коллекторов (рис. 5.11), снабженных соплами. Коллекторы изготовлены из труб диаметром 50...76 мм. На коллекторах укреплены сопла 1 таким образом, чтобы выходящая из них жидкость, омывала всю поверхность аппарата, включая верхнюю крышку и змеевик. Тепловая нагрузка на один аппарат в период главного брожения Q (Вт) Q Q1 Q2 Q3 , где Q1 - общее количество теплоты, выделяемой в течение 1 ч в период интенсивного главного брожения (этому периоду соответствует снижение концентрации сухих веществ в бражке на 1%; при сбраживании 1 кг мальтозы выделяется 171 Вт); Q2 - потери теплоты в окружающую среду стенками аппарата; Q3 - потери теплоты за счет испарения и уноса углекислоты (условно принимаем Q3 = 0,06 Q1). 5.2.3 Аппараты для сбраживания сусла при производстве вина Вина получают спиртовым сбраживанием соков. В современном виноделии применяют три основных способа брожения сусла: стационарный, доливной и непрерывный. По окончании брожения и осветления полученное молодое вино снимают с дрожжевого осадка и направляют на выдержку или специальную обработку. Приготовление вина связано с жизнедеятельностью дрожжей, их развитием и обменом веществ. Одним из основных 156 факторов, ограничивающих рост дрожжей, является концентрация этилового спирта. При этом брожение ведется в анаэробных условиях, а одним из важнейших факторов является температура. Она зависит от количества выделяющейся при брожении теплоты, от потерь теплоты за счет теплоотдачи через стенки резервуаров и от температуры окружающего воздуха. Так, время, необходимое для полного выбраживания сахара при 20.. .22°С, составляет в среднем 5...6 сут, при 14...18 °С - 9...10 сут. Стационарный способ брожения сусла состоит в том, что определенный объем сусла сбраживается с начала до конца в одном резервуаре. Доливной способ брожения сусла отличается тем, что процесс идет не в постоянном объеме исходного сусла, а при периодических доливах новых его порций. В этих условиях бродящая среда периодически пополняется питательными веществами, концентрация продуктов брожения уменьшается и температура бродящего сусла понижается. Такой способ обеспечивает возможность проведения процесса в крупных резервуарах без принудительного охлаждения. Способ непрерывного брожения сусла основан на ведении процесса в условиях регламентированного потока бродящего сусла. Для осуществления этого процесса применяют установки типа БА-1, ВБУ-4Н, ВКМ-5, УНС-Э и др. Установка непрерывного брожения сусла БА-1 (рис. 5.12) производительностью 700 дал/сут представляет собой батарею из шести бродильных резервуаров 4, оснащенных рубашками 5, вместимостью по 2 тыс. дал, пяти переливных баков 10 вместимостью по 190 дал и одного сливного бака 17. В верхней части бродильные резервуары соединены между собой переливными трубами 12 для заполнения установки и выравнивания уровня бродящего сусла во всех резервуарах. Все бродильные резервуары снабжены гидравлическими клапанами 11 со сливными трубами 13. Переливные баки 10 в верхней части соединены между собой газовыми трубами 14 для прохождения диоксида углерода и трубами с соленоидными вентилями 15 для автоматического вывода диоксида углерода и 157 понижения давления в резервуарах установки. Отвод диоксида углерода осуществляется по трубе 18. Бродильный резервуар 4 (I) оснащен поплавковым реле 6 с контактами 7 для включения и выключения насоса 3, подающего исходное сусло через обратный клапан 2 и кран 7, снабженных трубными крестовинами 16, соленоидными вентилями 15. Сливной бак 17 оснащен трубой для отвода виноматериала 19 из установки. При вводе установки в работу сначала открывают кран 1 и вентиль 15 (все остальные закрыты). Резервуар 4 (I) заполняют суслом до уровня переливной трубы 12. Затем вводят дрожжевую разводку. После сбраживания 5.. .6 % сахара подачу сусла в резервуар 4 (I) возобновляют. Светлое сусло вытесняет бродящее из этого резервуара в следующий резервуар и т.д. Скорость подачи исходного сусла должна соответствовать времени заполнения всех бродильных резервуаров в течение 2.. .3 сут в зависимости от скорости брожения. Если в резервуаре 4 (VI) виноматериал имеет концентрацию сахара 3…5 %, установку переводят на непрерывный процесс брожения при периодическом движении продукта. Для этого закрывают вентили 15, открывают кран на трубе 19 и включают систему автоматического регулирования подачи исходного сусла и отвода диоксида углерода. 158 Рис. 5.12. Принципиальная схема установки БА-1 для непрерывного брожения сусла Во всех бродильных резервуарах происходит брожение сусла. Выделяющийся диоксид углерода накапливается в верхней части и создает давление, которое одинаково во всех резервуарах, так как они соединены между собой трубами 8. В результате повышения давления происходит подъем бродящей массы из бродильных резервуаров по трубам 9 в переливные баки 10. Давление и уровень жидкости во всех бродильных резервуарах одинаковы и поэтому в переливные баки 10 поступает одинаковое количество бродящей массы. Из последнего — бродильного — резервуара 4 (VI) виноматериал поднимается в сливной бак 17, а так как кран на трубе 19 открыт, виноматериал из него направляется по сливной трубе 20 в винохранилище для дображивают и отстаивания. Производительность установки непрерывного сбраживания сусла при производстве вина часовую Пч (дал/ч) и суточную Пс (дал/сут) рассчитывают по формулам ПЧ 2,63V П / С1 , П С 63V П / С1 , где: VП - полезная вместимость головного бродильного аппарата, дал; С1 - сахаристость сусла, поступающего на сбраживание, %. Холодильные установки подбираются из расчета количества теплоты, которую необходимо отвести, за вычетом теплоты, теряемой через стенки аппарата в окружающую среду, а также теплоты, уносимой диоксидом углерода и водноспиртовыми парами, которые выделяются за 1 ч наиболее активного сбраживания сусла. 5.2.4 Оборудование для брожения квасного сусла 159 Квасное сусло является благоприятной средой для дрожжей и молочно-кислых бактерий. Его состав зависит от используемого сырья и технологии получения. Сухие вещества концентрата квасного сусла содержат в среднем 74 % углеводов, из них фруктозы — 2, глюкозы — 10, мальтозы — 32, мальтотриозы — 12, декстринов — 18 %. Массовая доля аминного азота составляет 0,4...0,9 % на сухое вещество. Таким образом, сусло содержит достаточное количество сбраживаемых сахаров и аминного азота. Брожение квасного сусла проводят в бродильно-купажных, цилиндроконических бродильных и бродильных аппаратах. Бродильно-купажный аппарат (рис. 5.13) представляет собой цилиндрический сосуд 7 с коническим днищем, сферической крышкой, герметично закрытой люком 12, и опорами 2. Для регулирования температуры сусла аппарат снабжен рубашкой 6. В нижней конической части установлен дрожжеотделитель 3 с задвижкой 1 и заслонкой 21. Для перемешивания сусла при брожении и купажировании предназначена пропеллерная мешалка 4. Аппарат снабжен также штуцерами 8 и 13 для отвода воздуха из аппарата и рубашки, штуцерами 16 и 5 для подачи и отвода охлаждающего рассола, 160 Рис. 5.13. Бродильно-купажный аппарат штуцером 9 для подачи сусла и штуцером 14 для ввода сиропа, термометром 10, манометром 15, компенсатором 17, пробным краником 19, сливным штуцером 20, смотровыми стеклами 22 и отверстием для ввода автоматического датчика 11. Корпус аппарата покрыт слоем теплоизоляционного материала 18. Примерная продолжительность операций в бродильнокупажном аппарате (ч): залив сусла и охлаждение — 3, брожение —14, охлаждение кваса — 1, купажирование — 1, розлив кваса — 1, мойка, дезинфекция и подготовка аппарата— 0,5. Применение цилиндроконических бродильных аппаратов (ЦКБА) позволяет совместить те же процессы в одном аппарате, как и при использовании бродильно-купажных. Концентрат квасного сусла (ККС) для пастеризации подогревают до 75...80 °С и выдерживают 30...35 мин. Допускается пастеризовать и ККС после разведения. Разведенный концентрат охлаждают до 28 ± 2 °С. Рекомендуется ККС вносить в два приема: 70 % — на брожение и 30% — на купажирование, но можно всю массу ККС вносить на брожение. Приготовление сусла осуществляют в ЦКБА или специальном сборнике. Заполнение ЦКБА производят через трубопровод, смонтированный в нижней конической части аппарата. Смешанную закваску или подмороженные дрожжи, задают во вторую порцию разведенного концентрата квасного сусла, что ускоряет процесс брожения. 25 % сахара в виде отфильтрованного белого сиропа вносят при перемешивании, осуществляемом центробежным насосом. Брожение квасного сусла проводят при температуре 28 ± 2 °С и давлении, не превышающем 0,065 МПа. Температуру регулируют с помощью системы охлаждения, давление — шпунт-аппаратом. Во избежание оседания дрожжей через каждые 2 ч сбраживаемое сусло перемешивают в течение 30 мин центробежным насосом «на себя». Затем квас охлаждают до 5...7 °С, подключая к охлаждению все рубашки ЦКБА, сливают дрожжевой осадок и купажируют, добавляя оставшиеся полуфабрикаты, тщательно перемешивают и передают на 161 розлив. Применение ЦКБА позволяет сократить потери, улучшить качество продукции, быстро наращивать мощность квасова-ренных отделений, так как устанавливать аппараты можно на открытых площадках. Производительность П (дал/сут) бродилъно-купажного аппарата для кваса рассчитывают по формуле П 24Vбк k / , где: Vбк - емкость аппарата, дал; k - коэффициент, учитывающий потери сусла при брожении (k =0,99); - коэффициент заполнения аппарата ( = 0,9); - продолжительность занятости аппарата, ч (при Vбк = 500 дал = 16,24; при Vбк = 100 дал =13,04). 5.2.5 Агрегаты для брожения опары и теста Брожение теста (спиртовое и кислотное) сопровождается рядом физических и биохимических превращений, в результате которых оно приобретает определенную структуру и в нем накапливаются ароматические и вкусовые вещества. При этом брожение может осуществляться в несколько стадий или фаз. В процессе брожения гомогенная смесь изменяет свою плотность в результате накопления газов, выделяющихся вследствие жизнедеятельности микроорганизмов. Газообразные продукты (углекислота, спирт, молочная кислота и др.) придают тесту специфические вкус и запах. Брожение может происходить в тех же дежах, в которых осуществляется замес, а также в укрупненных емкостяхбункерах или непосредственно на лентах специальных транспортеров. Бродильные емкости комбинируют с тестомесильными машинами, дозировочным и транспортным оборудованием в тестоприготовительные агрегаты. По способу приготовления теста агрегаты делят на периодически действующие, непрерывнодействующие и комбинированные. В зависимости от схемы тестоведения их 162 подразделяют на однофазные (безопарные) и многофазные (опарные). Тестоприготовительные агрегаты типа И8-ХАГ-6 предназначены для приготовления ржаного и пшеничного теста двухфазным способом. Замес опары и теста в них осуществляется непрерывно, а брожение — в секционных бункерах. Рис. 5.14. Тестоприготовительный агрегат И8-ХАГ-6 На рис.5.14 изображен агрегат И8-ХАГ-6, предназначенный для двухфазного приготовления пшеничного теста на большой густой опаре с расположением всего оборудования на одном этаже. Агрегат укомплектован тестомесильными машинами Х-26 для замеса опары 13 и теста 14. Замешенная опара подается в шестисекционный бункер 6 по трубе 11 с помощью шнекового питателя 15. Выброженная 163 опара забирается из бункера через окно 9 и подается шнековым дозатором опары 8 по трубе в тестомесильную машину 14, в которую также дозируются мука и жидкие компоненты с помощью дозировочной станции ВНИИХП-06 3 и трубы для подачи жидкостей 4. Аналогичная станция применена и для дозирования жидких компонентов в опару. Замешенное тесто шнековым насосом 15 подается по транспортной трубе 17 в бункер 2 тестоделительной машины 1 с помощью пульта управления 16. Бункер 6 для брожения установлен на неподвижных опорах, совместно с которыми смонтировано неподвижное днище 7 с отверстиями для загрузки и выгрузки опары. С помощью пазового уплотнения днище соединено с вращающимся бункером, привод бункера осуществляется от электродвигателя 10. Рядом с бункером установлена площадка для обслуживания 5 с лестницей 12. В качестве бродильной емкости в агрегате используется конический бункер, разделенный радиальными перегородками на шесть секций. При работе агрегата замешиваемая опара сначала наполняет первую секцию бункера, после чего он поворачивается на 60 0 и под загрузку устанавливается следующая секция. Когда все секции окажутся загруженными опарой, параллельно с загрузкой производят из последней секции отбор спелой опары с помощью шнекового дозатора через окно 9. Техническая характеристика: производительность до 15 т/с; вместимость: -бункер для опары 6 м3; -бункер для теста 0,4 м3; число секций в бункере 6; суммарная мощность электродвигателей 22,4 кВт; габаритные размеры 6340 4130 308 мм; масса 6670 кг. Тестоприготовительный агрегат ФТК-1000 (рис. 5.15) предназначен для выработки ржаного и ржано-пшеничного теста для массовых сортов хлеба. Работает с применением жидкой первой фазы и интенсивного замеса как первой, так и второй фаз теста. Агрегат состоит из мучного бункера 1 и весового дозатора муки, включающего питающий шнек 2, емкость 3 с датчиками 5 164 верхнего и нижнего уровней, вибролоток 4 с электромагнитным вибратором 6 и электрическим датчиком. Последний связан с весовым устройством 7 и реагирует на изменение массы муки на взвешивающем транспортере 8. Для приготовления жидкой фазы используется дозировочная станция 13, в которую подаются самотеком вода и дрожжи из бачков 10, 11 и жидкая закваска из емкости 28. Замес жидкой фазы осуществляется в течение 40 с в гомогенизаторе 9 интенсивного действия при частоте вращения вала 400 об/мин. Жидкая фаза поступает на брожение в неподвижную цилиндрическую двенадцатисекционную емкость 28, днище которой имеет уклон к центру, где установлен двенадцатипозиционный дисковый переключатель 24, работающий синхронно с поворотным переключателем 23 заполнения секций. Выбродившая опара перекачивается двумя шнековыми насосами 25 (в бак 12 для приготовления жидкой опары) и 22 (в охладитель 20 и дозатор жидких компонентов 17). К последнему подаются из производственных емкостей 14,15 и 16 соль, солод и вода. Тесто замешивается в течение 60 с в машине 18 интенсивного действия, снабженной водяной рубашкой 19, при частоте вращения вала 200 об/мин и длительности замеса 60 с. Из месильной машины тесто выпрессовывается в виде жгута и поступает на ленточный транспортер 27, играющий роль бродильного агрегата. Длительность брожения теста 12...20 мин. 165 Рис. 5.15. Принципиальная схема приготовительного агрегата ФТК-1000 Управление работой агрегата осуществляется с центрального пульта, оборудованного показывающими и самопишущими приборами. На пульт вынесены указатели уровнемеров, положения регулирующих клапанов, указатели потребляемой мощности тестомесильной машины, указатели температуры опары, теста и др. В коммуникациях имеются краны 26 и 21, служащие для возврата жидкой опары при переполнении расходных баков. Агрегат пригоден для работы по однофазной схеме с применением 3...4 % прессованных дрожжей. При использовании жидкой опары дрожжей расходуется 0,4... 1 %. Производительность агрегата 1000 кг/ч, вместимость бункера для брожения опары 12 м3. Вместимость бродильной емкости агрегата бункерного типа V (м3) определяется по формуле V a / 600 П n / Вqn 1, 166 где: а — количество перерабатываемой муки в рассчитываемой стадии процесса на 100 кг муки (для теста а =100, для большой опары а = 70); П – производительность линии по хлебу, кг/ч; продолжительность брожения, мин (для большой опары =240…270 мин, для закваски =180...210 мин); n - число секций бункера; В - выход хлеба из 100 кг муки; q - норма загрузки муки, кг. Мощность электродвигателя N (кВт) привода бункерных и дежевых агрегатов можно определить по формуле N ( N1 N 2 N 3 ) / , где: N1 – мощность, необходимая для преодоления трения в месте соприкосновения роликов с опорным кольцом и трения в опоре роликов, кВт; N2—мощность, необходимая для преодоления сил инерции, кВт; N3 – мощность, необходимая для преодоления сопротивления трения в нижней части бункера, кВт (Nз=0,3...0,4 кВт, для дежевых кольцевых агрегатов N3=0); КПД приводного механизма. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. 6. Почему в результате распада углеводов дрожжами доставляется энергия и обеспечиваются процессы синтеза биомассы? Как представить зависимость удельной скорости роста биомассы от параметров внешней среды? Каким образом ведут процесс спиртового брожения в производстве пива, спирта, кваса и дрожжевого теста? По каким признакам классифицируется оборудование для спиртового брожения? Каким путем осуществляется главное брожение и дображивание пива? Какова сравнительная характеристика бродильных и цилиндрических аппаратов? 167 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Каково устройство оборудования, рассмотренного в данном разделе? Каков принцип действия оборудования, рассмотренного в данном разделе? В чем заключается способ ускоренного производства пива в цилиндроконическом бродильном аппарате? Какова методика расчета производительности аппаратов для брожения и дображивания пива? Как рассчитать количество теплоты, которое необходимо отвести при сбраживании сусла? От каких параметров зависит производительность оборудования, рассмотренного в настоящем разделе? Из чего складываются энергозатраты на работу оборудования, рассмотренного в данном разделе? Что представляет собой процесс брожения теста и какими превращениями он сопровождается? В чем отличие тестоприготовительных агрегатов, рассмотренных в данном разделе? 5.3 Аппараты для созревания молочных продуктов Изучить самостоятельно [2, с. 1083…1086]: 1. Основные определения. 2. Научное обеспечение процесса созревания молочных продуктов. 3. Классификация оборудования. 5.3.1. Сливкосозревательные ванны и резервуары Созревание оборудовании: сливок осуществляется сливкосозревательных в специальном ваннах и 168 сливкосозревательных резервуарах. Рис. 5.16. Резервуар ОТН-1000 Резервуар сливкосозревательный (рис.5.16) представляет собой трехстенный цилиндрический сосуд на опорах 5 с коническими (ОТН-1000 и ОТН-2000) и наклонными плоскими (ОТН-6300) нижними днищами, в которые вмонтирован трехходовой кран 1. Резервуар снабжен устройствами подогрева и охлаждения стенок внутреннего сосуда, вертикальной лопастной мешалкой 4 со скребком, моющей головкой 9, приборами регулирования автоматического режима созревания сливок (термометр 2 и датчик температуры 8). На крышке резервуара размещены двигатель 11, червячный редуктор 12, патрубок 13, светильник 10, люк с крышкой 7, а также лестница 6. Пространство между средней стенкой и облицовкой заполнено теплоизолирующим материалом. Внутренний резервуар с наружной стороны орошается холодной или теплой водой для охлаждения или подогрева сливок. Орошение осуществляется при помощи кольцевой трубы 3, расположенной в верхней части резервуара между средней и внутренней обечайками. 169 Нарушение режимов физического созревания сливок может привести к двум явлениям: сливки не дозрели или сливки перезрели. Оба случая нежелательны при выработке масла. Переработка недозрелых сливок вызывает сокращение продолжительности сбивания с одновременным увеличением отхода жира в пахту; получение излишне мягкого зерна; затруднение диспергирования влаги при обработке масла. Если сливки перезрели, то процесс сбивания также имеет отклонения: увеличивается продолжительность сбивания; зерно имеет избыточную твердость; увеличивается время обработки зерна, что часто приводит к получению масла засаленной консистенции. Характеристика сливкоотделительных резервуаров: Показатель ОТН-1000 ОТН-3000 ОТН-6300 Вместимость, л 1000 3000 6300 Частота вращения 15 15 20 мешалки, мин-1 Мощность 0,8 1,1 1,5 электродвигателя, кВт Сливкосозревательный резервуар Г2-ОТБ-500 (рис.5.17) представляет собой рабочую ванну 2, заключенную в корпус 3 с облицовкой 4, между ними создается теплообменная рубашка. Рабочая ванна выполнена из нержавеющей стали. Дно ее имеет уклон в сторону сливного крана 8. Сверху на ней расположена крышка 1 с окном для подачи продукта. К днищу корпуса приварена площадка, на которой монтируются привод 11 и мешалка 10. Переливная труба позволяет поддерживать постоянный уровень воды в теплообменной рубашке. 170 В корпус рабочей ванны врезаны датчики температуры 5, 6 и 7, которые подают сигнал на пульт управления. Система автоматического поддержания температуры продукта заключается в регулировании подачи количества хладогента или теплоагента в теплообменную рубашку через парораспределительную головку 9 и включения мешалки в заданное время. Рис. 5.17. Сливкосозревательный резервуар Г2-ОТБ-500 Расчет производительности и электрозатрат. Вместимость ванн V (м3) для созревания сливок, нормализации 171 высокожирных формуле сливок, заквасочников рассчитывается по , где: dВ – внутренний диметр ванны, м; H – высота ванны, м; VН – объем, занимаемый мешалкой, м3. Пропускную способность ванны G (кг/смену) находят по формуле , где: ρ – плотность продукта, кг/м3; τСМ, τО – соответственно продолжительность смены и цикла обработки, ч. Количество теплоты Q (Дж), расходуемой на нагрев сливок в ваннах, рассчитывают из уравнения теплового баланса где: mП, mТ – масса продукта и теплоносителя, кг; сП, сТ – теплоемкость продукта и теплоносителя, Дж/(кг·К); t1, t2 – конечная и начальная температура продукта, 0С, t3, t4 – конечная и начальная температура теплоносителя, 0С. 5.3.2. Оборудование для свертывания молока и обработка сгустка Для свертывания молока в сыроделии применяют молокосвертывающие ферменты животного происхождения: сычужный фермент и пепсин, а также ферментные препараты на их основе. Сычужный фермент получают из желудков (сычугов) молодых телят, ягнят и козлят. Он представляет собой смесь ферментов химозина (реннина) и пепсина. Молокосвертывающий препарат вносят в молоко в виде раствора, приготовленного за 25...30 мин до использования. Потребное количество ферментного препарата растворяют в пастеризованной при температуре 85 °С и охлажденной до 35 °С воде. 172 Цель обработки сгустка – удаление не связанной с белками влаги (сыворотки) с растворенными в ней составными частями молока. От количества воды в сырной массе зависит развитие биохимических и микробиологических процессов при созревании сыра. Чем больше сыворотки выделяется из сырной массы, тем меньше в ней остается молочного сахара и других веществ, являющихся питательной средой для микроорганизмов. Для удаления избыточного количества влаги из сгустка используют следующие технологические операции: разрезка сгустка, постановка зерна, вымешивание зерна, тепловая обработка сырного зерна (второе нагревание), обсушка зерна. Рис. 5.18 Сыродельная ванна Д7-ОСА-1 173 Свертывание молока и обработку сгустка проводят в специальных сыродельных ваннах различной вместимости, которые снабжены неснимаемым универсальным инструментом, позволяющим как разрезку сырного сгустка и постановку зерна, так и вымешивание. Через боковой отборник из них откачивают сыворотку. Для лучшего стока остатков сырной массы предусмотрен наклон сыродельной ванны. Сыродельные ванны марок Д7-ОСА-1, В2-ОСВ-5 и В2ОСВ-10 предназначены для выработки сырного зерна при производстве твердых и мягких сыров. Сыродельная ванна Д7-ОСА-1 (рис.5.18) состоит из следующих основных узлов: двустенной ванны 3, запорного клапана 9 для спуска зерна с сывороткой, колонн 4 и 8, мостовой конструкции 7, режуще-вымешивающего инструмента 2 и его привода 6. Сыродельная ванна имеет домкрат 1 для наклона ванны и сито для отбора сыворотки, а также мерную линейку 5. Наклон ванны марки Д7-ОСА-1 при мойке и перекачке из нее содержимого осуществляется гидравлическим домкратом 1, установленным в колонне. Режуще-вымешивающий инструмент представляет собой ножевую раму с вертикальными поворотными ножами. Привод 6 режуще-вымешивающего инструмента перемещается внутри моста на направляющих, приваренных к балкам. Весь привод монтируется на корытообразной платформе, что полностью исключает возможность попадания загрязнений с привода в ванну. Электрооборудование сыродельной ванны марки Д7ОСА-1 состоит из горизонтально расположенного четырехскоростного двигателя, перемещающегося вдоль каретки при помощи рейки и шестерни, бесступенчатого вариатора скорости, червячного редуктора и цепной передачи. Бесступенчатый вариатор скорости состоит из двух шкивов и клинового ремня. Ведомый шкив вариатора имеет постоянный диаметр. Ведущий раздвижной шкив может иметь переменный диаметр, он состоит из двух конусов, один из которых перемещается вдоль оси двигателя. Перемещение 174 конуса, а вместе с тем и изменение диаметра ведущего шкива происходит за счет изменения межцентрового расстояния клиноременной передачи путем перемещения двигателя по салазкам каретки. Ведущий вал инструмента (вертикальный вал червячного редуктора) вращается от червячного колеса. Второй вал инструмента получает вращение от ведущего через цепную передачу. Ванну наполняют молоком сверху, затем включают привод. При непрерывном перемешивании подогревают молоко до температуры свертывания. В молоко, подогретое до нужной температуры, вносят бактериальную закваску, раствор фермента и другие компоненты. При этом смесь продолжают перемешивать до получения однородной массы По окончании перемешивания отключается двигатель, после чего происходит свертывание. Когда сгусток достигает желательной плотности, включают привод и режуще-вымешивающим инструментом сырный сгусток разрезают. Для разрезки сгустка режущевымешивающий инструмент вращают по часовой стрелке. Процесс начинают с наименьшего числа оборотов инструмента. После окончания разрезки сгустка и частичной постановки сырного зерна отбирают нужное количество сыворотки. Отбор сыворотки из сыродельной ванны марки Д7-ОСА-1 проводится через патрубок, вваренный в боковую стенку ванны, трехходовой кран и сито, навешенное на борт ванны, при остановленном инструменте. После отбора сыворотки выполняют второе нагревание при вращающемся инструменте и подсушивают зерно, после чего прекращают подачу пара, и сырное зерно в смеси с сывороткой при наклонном положении ванны перекачивают насосом или самотеком в формовочные устройства или на отделители сыворотки. Отделители сыворотки. При производстве сыров, формуемых насыпью, перед заполнением форм сырным зерном его отделяют от сыворотки. Для этого чаще всего используют отделители сыворотки барабанного типа. 175 Отделитель сыворотки Я7-00-23 (рис.5.19) состоит из следующих основных узлов: отделителя 3, привода 9, каркаса 13, стойки 14 и трубы 5. Отделитель представляет собой барабан в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого выполнена в основном из перфорированной стали. На передней части барабана находится кольцо 4, опирающееся на два ролика 2. Привод состоит из электродвигателя 12 и соединенного с ним через клиноременную передачу червячного редуктора 8, на выходном валу 7 которого крепится отделитель 3. Каркас охватывает зону перфорации барабана и является сборником сыворотки. К каркасу крепится привод. Труба 5 для подачи смеси крепится к фланцу откидного кронштейна 6. В отделитель по трубе смесь сырного зерна и сыворотки подается на внутреннюю стенку барабана. Сыворотка проходит в отверстие перфорации барабана и сливается через патрубок каркаса. Сырное зерно из отделителя попадает на лоток 1, а затем в сырные формы. Лоток подвешивается к Рис. 5.19. Отделитель сыворотки Я7-ОО-23 каркасу. Опорой 15 в стоике можно регулировать угол наклона отделителя и качество отделения сыворотки. К отделителю сыворотки изготовляется местный пульт управления 11. Он подвещивается на боковой стенке кожуха привода. Местный пульт предназначен для управления и защиты привода отделителя сыворотки. 176 Характеристика отделителя сыворотки Я7-00-23: производительность 25 м3/ч; частота вращения барабана 30 мин-1; установленная мощность электродвигателя 0,37 кВт; потребляемая электроэнергия 0,27 кВт. Отделитель сыворотки Я7-ОО-23-50 (рис. 5.20) состоит из следующих основных узлов: на стойке 12 устанавливается каркас 11, на который монтируются два привода 15, два отделителя 10 и трубопровод 14. Каждый из отделителей представляет собой барабан в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого выполнена в основном из перфорированной стали. На передней части барабана находится кольцо 3, опирающееся на два ролика 2. Каркас охватывает зону перфорации барабанов и является сборником сыворотки. К каркасу крепятся два привода, заключенные в кожух 8. Привод состоит из электродвигателя 9 и соединенного с ним через клиноременную передачу 7 червячного редуктора 6, на выходном валу 5 которого крепится отделитель 10. Трубопровод для подачи смеси устанавливается во фланцы откидных кронштейнов 4. Рис. 5.20. Отделитель сыворотки Я7-ОО-23-50 В отделителе 10 по трубопроводу 14 смесь сырного зерна и сыворотки подается на внутренние стенки барабанов. Сыворотка 177 проходит в отверстия перфорации барабанов и сливается через патрубки каркаса. Сырное зерно из отделителя попадает на лотки 1 (или в воронки 16), а затем в сырные формы. Лотки (воронки) подвешиваются к каркасу. Опорами 13 в стойке можно регулировать угол наклона отделителей и качество отделения сыворотки. Техническая характеристика отделителя сыворотки Я700-23-50: производительность до 50 м3/ч; длина перфорированной части барабана 710 мм; частота вращения барабана 0,5 с-1; установленная мощность электродвигателя 0,7 кВт. Оборудование для прессования сырной массы бывает вертикального или горизонтального исполнения, причем в последнее время наметилась тенденция перехода к горизонтальным прессам туннельного типа. Вертикальные прессы Е8-ОПД (рис. 5.21) и Е8-ОПГ (рис. 5.22) предназначены для прессования всех видов сыра, удаления части сыворотки и образование поверхностного слоя. Пресс Е8-ОПД пневматический, вертикальный, двухсекционный, шестиярусный. Пресс Е8-ОПГ имеет четыре секции, что отличает его от пресса Е8-ОПД. Прессы состоят из секций с пневмосистемой 7 и траверсой 2, связанных вертикальными стойками 7, установленных на основаниях 8, по которым вверх и вниз движутся прессующие полки 6 с сырными формами. В каждой секции расположено пять полок, соединенных между собой стяжками 9. Верхний конец стяжки закреплен неподвижно, а нижний, проходящий через сквозное отверстие в полке, 178 Рис. 5.21. Пресс Е8-ОПД подвижно. Верхние прессующие полки прикрепляют стяжками к коромыслам 17, насаженным на концы штоков 14 пневмоцилиндров 3 и закрепленным прижимами 18. На пневмоцилиндрах 3 с траверсами 2 установлены крышки 12, поршни 13, втулки 15, манжеты 16, фланцы 10, кольца 11. Пресс устанавливают на полу производственного помещения на четырех регулируемых по высоте ножках. Формы с сырной массой устанавливают на полках. Прессующие полки поднимают или опускают поворотом рукоятки крана 4. Удельное давление прессования регулируют поворотом рукоятки регулятора давления 5. Наличие в каждой секции шести ярусов прессующих полок позволяет прессовать за смену 125...250 кг сыра. Для работы прессов может быть использована компрессорная установка с давлением сжатого воздуха до 0,6 МПа. Ответственные детали пресса, подвергающиеся коррозии, изготовляют из нержавеющей стали с декоративной полировкой поверхностей. Техническая характеристика вертикальных прессов (Е8ОПД/Е8-ОПГ): число одновременно установленных форм (12/24); производительность (120…125)/(240…250) кг/смену; число секций (2/4); число ярусов в секции (6/6); максимальное давление воздуха в пневмоцилиндре (0,6/0,6) МПа; максимальное давление воздуха при прессовании (0,6/0,6) МПа; диаметр поршня пневмоцилиндра (125/125) мм; ход штока пневмоцилиндра (725/725) мм. Горизонтальный пресс Е8-ОПБ (рис. 5.23) предназначен для прессования сыров унифицированной цилиндрической формы, а также голландского круглого и ярославского. Пресс Е8-ОПБ состоит из двух прессующих секций и пяти ярусов, образованных горизонтальными направляющими 2 с фиксаторами 4, передней 1, средней 3 и задней 8 рамами. Его устанавливают на полу на регулируемых в горизонтальной и вертикальной плоскостях ножках. Пресс находится в кожухе 6 и содержит поддон 5. Направление подачи воздуха регулируется краном управления 11. Один кран управляет одновременно двумя пневмоцилиндрами 9. Регулятор давления 7 обеспечивает 179 регулирование давления сжатого воздуха для всех десяти пневмоцилиндров пневмосистемы 10. Удельное давление прессования регулируется поворотом рукоятки регулятора давления. Техническая характеристика пресса Е8-ОПБ: число одновременно установленных форм 50…140; производительность Рис. 5.22.Пресс Е8-ОПГ 180 Рис. 5.23.Горизонтальный пресс Е8-ОПБ 500…1000 кг/смену; число пневмоцилиндров 10; расход сжатого воздуха 0,2 м3/г; максимальное давление воздуха прессования 4,5 кН. Определение производительности и энергозатрат. Производительность сыродельных ванн П (кг/ч) определяется по формуле где: VР – масса молока в ванне, кг; τЦ – продолжительность цикла, ч (включая наполнение, нагревание, свертывание, разрезку, вымешиванеи, образование пласта и разгрузку). Сгусток начинают резать при скорости движения режущего инструмента V=0,3...0,4 м/с, а заканчивают постановку зерна при V= 1,5...2,0 м/с. Перемешивают зерно в течение τП = 30...150 мин. Поглощаемая мешалкой мощность N (кВт) зависит от требуемой интенсивности перемешивания и определяется величиной перемешиваемого объема и энергией перемешивания. 181 Потребную мощность N (кВт), затрачиваемую лопастной мешалкой, определяют по формуле где: ρ плотность продукта, кг/м3; h высота погруженной части лопасти, м; z число лопастей; п частота вращения, с-1; RН, RВ расстояние от оси вращения до наружного и внутреннего краев лопасти, м. Полезное усилие прессования РП (Н) вычисляют по формул где: РУД – удельное давление, Н/кг; G – масса сыра, кг. 5.3.3. Оборудование для посола, мойки и обсушивания сыров Для размещения сычужных сыров высотой до 160 мм при посолке сыра в солильных бассейнах применяют контейнер Т547, который представляет собой металлический каркас, в котором устанавливаются рабочие полки. Конструкция контейнера позволяет производить загрузку его полок при помощи автопогрузчика. Машина РЗ-МСЩ (рис. 5.24) применяется для мойки поверхности твердых сыров на промышленных предприятиях. 182 Рис. 5.24. Машина Р3-МСЩ Машина состоит из следующих основных частей: ванны 2, щеточных барабанов 1 и привода 6. Ванна смонтирована на раме 9 и установлена на опорных ножках 8, регулируемых по высоте. Ванна является резервуаром для воды и каркасом, на котором смонтированы все узлы и детали машин. В нижней части ванны имеется патрубок для слива загрязненной воды. Для регулировки температуры воды в торцевой стенке ванны вмонтирован паровой смеситель 3. Переливная труба 7 обеспечивает постоянство уровня воды. 183 Валы 12 щеточных барабанов 1 опираются на подшипниковые узлы 10, которые, в свою очередь, смонтированы на торцевых стенках ванны. Привод машины состоит из электродвигателя с редуктором 11, клиноременной и шестеренной передач. Барабаны состоят из набора щеток, стянутых накидной гайкой. Для удобства обслуживания машины ванна имеет стол загрузки 5. Привод закрывается кожухом 4. Рабочие органы машины щеточные барабаны 1 вращаются в ванне с водой и формируют воздушно-водяной поток. Поверхности головок сыра моются направленно движущимся водяным потоком и ворсом щеток, изготовленных из пропиленового или капронового волокна диаметром 0,6...0,7 мм. Положение головок периодически изменяется оператором. Вода к ванне подводится через патрубок, который подключается к водопроводной магистрали через паровой смеситель, что позволяет в широких пределах регулировать ее температуру. Переливная труба поддерживает постоянный уровень воды в ванне. Загрязненная вода сливается в канализацию через патрубок с краном в нижней части ванны. Техническая характеристика машины Р3-МСЩ: производительность 100…150 головок/ч; частота вращения рабочих щеток 150 мин-1; расход воды 0,6 м3/ч; установленная мощность электродвигателя 1,1 кВт. Машина М6-ОЛА/1 (рис. 5.25) предназначена для обсушки поверхности сыров нагретым воздухом после мойки. В состав машины входят сушильная камера, тепловая станция с калориферами 7, шаговый конвейер 10 для сыров, работающий от электропривода. Сушильная камера представляет сварной каркас 1, по боковым сторонам которого в пазы вставляются легкосъемные щиты 9. Привод машины осуществляется от индивидуального электродвигателя через вариатор, клиноременную передачу и червячный редуктор. Воздух подается двумя вентиляторами 8 через калорифер 7. В нижней части калорифера имеются жалюзи 6, которые регулируют количество и направление поступающего воздуха. Отработанный влажный воздух удаляется из камеры и выбрасывается в атмосферу по воздуховоду 5. 184 Рис. 5.25. Машина М6-ОЛА/1 Транспортирующее устройство состоит из двух рам неподвижной 3 и подвижной 4. Подвижная рама соединена кронштейном 2 с эксцентриковым механизмом привода, который сообщает ей возвратнопоступательное движение. Величина вертикального перемещения подвижной рамы относительно неподвижной составляет 35 мм на сторону. Сыр укладывают на неподвижную раму 3. Подвижная рама совершает возвратно-поступательное движение относительно неподвижной и за каждый шаг переносит сыр на 70 мм. Обсушка сыра длится 4...8 мин. Техническая характеристика машины М6-ОЛА/1: время обсушки 4…8 мин; скорость транспортирования 0,35…0,66 м/мин; производительность двух вентиляторов 1000 м3/мин; поверхность нагрева калорифера 34,2 м2; температура воздуха 65…70 0С; мощность калорифера 1,2 кВт. Контрольные вопросы 1. Какой физический смысл процесса созревания молока, сливок и сыра? 2. Почему расщепление белков протекает под действием протеолитических ферментов? 185 3. По какому признаку классифицируются аппараты для созревания молока, сливок и сыров? 4. Какаво устройство оборудования рассмотренного в данном разделе? 5. Каков принцип действия оборудования, рассмотренного в данном разделе? 6. С какой целью и как прессуют сырную массу? 7. Каким образом происходит созревание сливок? 8. Чем отличаются сливкосозревательные ванны от резервуаров? 9. С какой целью используют контейнеры для посолки сыров? 10. Для чего и как осуществляют мойку твердых сыров? 11. Как и где происходит обсушка поверхности сыров нагретым воздухом? 5.4. Оборудование для посола мяса и рыбы Изучить самостоятельно [2, с. 1116…1118]: 1. Основные определения. 2. Научные обоснования процесса посола. 3. Классификация оборудования. 5.4.1. . Оборудование для посола мяса Мясо солят сухим, мокрым и смешанным способами. При сухом посоле мясопродукты натирают солью и укладывают в тару или штабеля, пересыпая каждый ряд солью. При мокром посоле мясопродукты укладывают в чаны или бочки и заливают рассолом. Для ускорения проникновения посолочных компонентов часть рассола вводят в толщу продукта шприцеванием. Рассол вводят в продукт перфорированными иглами. Смешанный посол применяют при производстве свинокопченостей и солонины. Продукты шприцуют рассолом, затем натирают посолочной смесью и укладывают в тару до 186 образования маточного рассола, после чего их заливают свежим рассолом. Выбор оборудования для посола мяса определяется технологией мясопродуктов. При производстве колбасных изделий мясо предварительно измельчают и смешивают с посолочными компонентами в мешалке или кутгере. Для посола мяса при приготовлении фарша при производстве колбасных изделий и полуфабрикатов применяют комплекс оборудования А1-ФЛБ. Его используют при горизонтальном и вертикальном потоке сырья. В комплекс оборудования Al-ФЛБ для посола мяса (рис. 5.26) входит следующее оборудование: два волчка 1 (К6-ФВЗП200), два подъемника 2 (К6-ФПГ-500), три фаршевых насоса 3 (А1-ФЛБ/3), площадка 4, основание 5, весовой бункер 6 (А1ФЛБ/2), смеситель 7 со шнековой выгрузкой А1-ФЛБ/1, рассолопровод 8, охладитель- дозатор 9 (А1-ФЛБ/4), щит контроля и управления 10, стол 11, а также насадка, релейнопневматический щит и щит питания. Оборудование комплекса может работать как в автоматическом, так и в ручном режиме. Посол мяса осуществляется следующим образом: сырье (говядина, свинина) из цеха обвалки и жиловки в напольных тележках (горизонтальный поток) транспортируется к гидроподъемнику К6-ФПГ-500, с помощью которого выгружается в приемные бункера соответствующих волчков К6ФВЗП-200. При вертикальном потоке сырье поступает в бункера волчков по спускам, выходит из них в измельченном виде и поступает в приемный бункер насоса А1 -ФЛБ/3. По мере накопления сырья в приемном бункере насоса (не менее 200 кг) включается в работу насос, который периодически по фаршепроводу подает сырье в весовой бункер для отвешивания порции, равной 125 кг. Отвешенная порция автоматически выгружается в месильное корыто смесителя А1-ФЛБ/1, куда подается из насоса дозатора пищевой рассол из расчета 10 кг на 100 кг сырья. Загрузка месильного корыта за один цикл составляет 275 кг (250 кг сырья и 25 кг рассола). 187 188 Рис. 5.26. Комплекс оборудования А1-ФЛБ для посола мяса Сырье смешивается с рассолом спиралеобразными шнеками в течение 3...4 мин. По окончании смешивания готовый продукт транспортируется шнековым выгружателем, встроенным в смеситель, в тару для созревания. Посол мяса при производстве колбасных изделий осуществляется также в посолочных агрегатах. Посолочный комплекс А1-ФЛБ независимо от исполнения имеет производительность 2,0…2,5 т/ч. Для выдержки мяса в посоле применяют различные емкости - тазы, чаны, подвесные ковши, бункера, напольные емкости и др. Производительность агрегатов для посола мяса П (кг/с) рассчитывают по формуле где: т—масса единовременной загрузки мяса, кг; р плотность мяса, кг/м3; k коэффициент сопротивления при переходе соли из рассола в ткань; степень заполнения емкости; τЦ – продолжительность цикла обработки, с (τЦ =tЗ+tП+tB), здесь tЗ, tB – продолжительность загрузки и выгрузки мяса, с; tn – продолжительность посола, с). 5.4.2. Смесители для посола мяса В производстве колбасных изделий посол состоит из двух стадий: смешивания измельченного мяса с посолочными ингредиентами до равномерного их распределения по всему объему сырья и выдержки мяса в посоле для обеспечения условий проникновения посолочных веществ в ткань сырья. Продолжительность посола и выдержки зависит от степени измельчения мяса: чем выше степень измельчения, тем меньше сроки выдержки его в посоле. Мешалка РЗ-ФИЖ для посола мяса (рис. 5.27) предназначена для перемешивания и посола измельченного жилованного мяса. Мешалка состоит из станины 2, на которой смонтированы дежа 1 с двумя перемешивающими шнеками 11, и 189 разгрузочным шнеком 10 с патрубком 9, привода 8, гидроцилиндра 7 и пульта управления 12. Станина представляет собой сварную конструкцию из профильного проката, облицованную листовым материалом. Боковые дверцы станины предназначены для технического обслуживания мешалки. Рис. 5.27. Мешалка Р3-Фиж для посола мяса Дежа изготовлена из нержавеющей стали. Фланцем ее крепят к станине мешалки. Внутри дежи смонтированы в подшипниковых узлах два перемешивающих шнека 11, вращающиеся навстречу друг другу. В донной части дежи установлен разгрузочный шнек 10 соосно с патрубком. Привод перемешивающих устройств включает в себя электродвигатель, редуктор и цепную передачу. Ведомая звездочка цепной передачи смонтирована на валу одного шнека, на котором установлена шестерня, находящаяся в зацеплении с другой шестерней, расположенной на валу второго шнека. Отдельный привод, включающий электродвигатель, редуктор и цепную передачу, вращает разгрузочный шнек. Гидроподъемник представляет собой рычажную конструкцию, поворачивающуюся при подъеме вокруг оси 4, закрепленной на станине мешалки, с помощью гидроциливдра 7. Тележка с сырьем, установленная в захвате 6 подъемника, в 190 конце подъема переворачивается над дежой благодаря двум вертикальным стойкам 3, в которые упираются ролики захвата 5. При вместимости 630 литров производительность мешалки Р3-ФИЖ-3200 кг/ч; установленная мощность 9,7 кВт. Смесители для посола измельченного мяса, а также для приготовления фарша по структуре рабочего цикла являются машинами периодического действия. Производительность смесителей П (кг/ч)определяют по формуле где: т—масса загружаемого сырья, кг; Т— продолжительность полного цикла работы смесителя, с; ρ — плотность перемешиваемого продукта, кг/м3 ; (для фарша ρ = 900 кг/м3, для шрота ρ = 850 кг/м3); φ – коэффициенты использования объема дежи при загрузке (φ =0,5÷0,7); tЗ – продолжительность загрузки смесителя, с; tO – продолжительность перемешивания с; tB – продолжительность выгрузки сырья из дежи, с. Мощность электродвигателя смесителя NДВ (кВт) равна: где: q – удельный расход энергии для перемешивания 1 т фарша (q= 2,5÷2,7 кВт·ч/кг); П- производительность смесителя, кг/ч; 𝜂 КПД перемешивающего органа (𝜂 = 0,7÷0,8); 𝜂np — КПД привода смесителя. 5.4.3 Оборудование для посола рыбы В зависимости от вида добавляемых при посоле вкусовых веществ различают:обычный посол, посол с сахаром, пряностями, маринование; в зависимости от способа обеспечения контакта рыбы с солью - сухой, тузлучный и смешанный посолы; в зависимости от температуры - теплый посол, посол с охлаждением и холодный посол; в зависимости от продолжительности соприкосновения рыбы с тузлуком законченный и прерванный посолы; в зависимости от вида применяемой емкости чановый и бочковый посолы. 191 Рыбопосолочные агрегаты типа РПА-3 (рис. 5.28) состоят из наклонного транспортера 7, соледозирующего шнека 3 с бункером 2, барабана смесителя 4 и разгрузочного лотка 5 с ковшовым шибером 6. Рис. 5.28. Рыбопосольный агрегат РПА-3 Основной элемент агрегата - комбинированный барабан 4 с горизонтальной осью вращения, выполненный из двух обечаек разного диаметра. С торцевых сторон имеются отверстия для загрузки и выгрузки рыбы. Со стороны обечайки меньшего диаметра в барабан загружается рыба с помощью наклонного ленточного транспортера 1 со скребками. Между верхней частью транспортера и барабаном имеется лоток 5, по которому рыба переходит в барабан. С боковой стороны агрегата располагается солевой бункер 2, из которого соль вертикальным шнеком с переменным шагом подается в барабан. Величина подачи соли регулируется специальным шибером. Барабан приводится во вращение с помощью цепной передачи, огибающей зубчатый конец барабана. Внутри барабана имеется шнековая навивка, с помощью которой рыба перемешивается с солью и смесь перемещается к выходу. Контрольные вопросы 1. Что представляет собой процесс посола мяса и рыбы? 2. Как происходит процесс диффузии соли в мышечную 192 ткань при посоле? 3. Каким законом описывается процесс диффузии веществ при посоле? 4. Какие признаки положены в основу классификации оборудования для посола мяса и рыбы? 5. Какими способами солят мясо и чем они отличаются друг от друга? 6. Что входит в комплекс оборудования для посола мяса? 7. Каково устройство и принцип действия оборудования, описанного в данном разделе? 8. Из каких стадий состоит посол в колбасном производстве? 9. Какие способы посола рыбы в зависимости от вида Вам известны? 5.5. Оборудование для созревания мяса Изучить самостоятельно [2, с. 1131…1133]: 1. Научное обеспечение процесса созревания мяса. 2. Классификация оборудования. 5.5.1. Машины для массирования мяса Для интенсификации процессов посола и созревания кускового мясного сырья после шприцевания применяют механическое воздействие, которое способствует объемному распределению посолочных веществ. Одним из возможных способов механического воздействия является массирование посоленного кускового сырья, которое достигается путем взаимного перемещения кусков мяса относительно друг друга и стенок движущейся емкости. Машина Я2-ФММ (рис. 5.29) предназначена для массирования кускового мясного сырья под вакуумом с использованием в качестве рабочей емкости унифицированной тележки Я1-ФЦ1В. Машина Я2-ФММ включает в себя станину 193 2, привод 4, вакуум-крышку 5, ограждение 6, вакуум-сборник 1, электрооборудование 3. Станина 2 является основным несущим элементом, определяющим взаимное расположение частей изделия, представляет собой сварную конструкцию коробчатой формы. На верхней плите станины крепят корпус установки двигателя. Внутри станины размещают привод 4, вакуум-насос, вакуумпроводы и аппаратуру пульта. В основании станины предусмотрены отверстия для крепления регулируемых опор. Для обслуживания механизмов, размещенных внутри станины, предусмотрены люки со съемной крышкой и крышкой, установленной на шарнирах. Рис. 5.29. Машина Я2-ФММ Привод предназначен для движения основного рабочего органа – вакуум-крышки 5, с закрепленной на ней тележкой Я2ФЦ1В. Привод состоит из электродвигателя и червячного редуктора, соединенных между собой клиноременной передачей. 194 На тихоходном валу редуктора размещена шестерня в зацеплении с шестерней, которая установлена на рабочем валу. Тележка с сырьем закрепляется вакуум-крышкой, которая состоит из каркаса, установленного консольно на рабочем валу привода, и снабжена механизмом подъема и поджатая тележки к резиновому уплотнению. На крышке имеется специальный вакуум-клапан, через который вакуумируют сырье. Для обеспечения безопасности обслуживания и эксплуатации машины предназначено ограждение, шарнирно установленное на опорах и снабженное блокирующим устройством. Вакуум-сборник обеспечивает защиту вакуум-насоса от попадания в него рассола и ощипков сырья. Вакуум-сборник представляет собой гильзу, в которой расположен поршень для периодической очистки сборника. Крышка вакуум-сборника снабжена смотровым стеклом. Работа машины состоит в следующем. Подготовленное для созревания сырье укладывают в тележки Я2-ФЦ1В, каждую из которых вручную устанавливают на опоры в вакуум-крышке машины и вращением рукоятки подъемного механизма поднимают в крайнее верхнее положение до краев прижима тележки к конусной крышке через резиновую прокладку. Затем включают вакуум-насос и отсасывают воздух из тележки. По достижении давления в тележке не более 0,07 МПа включают привод на вращение ее. Тележка с сырьем, совершая вращательное движение с частотой вращения 0,17 с-1, обеспечивает скользящие движения кусков мяса друг относительно друга в вакуумируемой среде. Продолжительность массирования 30...60 мин (в зависимости от размеров куска). По истечении времени массирования отключают привод вакуум-крышки вращением рукоятки, тележку опускают в исходное положение и откатывают от машины. Техническая характеристика машины Я2-ФММ: производительность150...530 кг/ч; продолжительность массирования 30...60 мин; частота вращения рабочего вала 0,17 с1 ; давление в вакуумной системе 0,07 МПа; установленная 195 мощность электродвигателей 2,2 кВт; габаритные размеры 1850x1850x1450 мм; масса 768 кг. 5.5.2. Аппараты для созревания мяса На мясоперерабатывающих предприятиях для выдержки мяса в посоле в камерах созревания используют различные тележки, ковши и другие емкости вместимостью 200...250 л. Унифицированная напольная тележка Я2-ФЦ1В (рис. 5.30) состоит из корпуса 1, ручки 2, стойки 3 и колеса 4. Использование унифицированных тележек Я2-ФЦ1В вместимостью 200 л в колбасном производстве позволило ликвидировать перевалочные операции в технологическом цикле, значительно уменьшить потери сырья и создать условия для механизации труда при транспортировании, загрузке и выгрузке сырья. Однако при применении таких тележек для выдержки мяса в посоле довольно низка эффективность использования камеры созревания Рис. 5.30. Унифицированная напольная тележка Я2-ФЦ1В 196 мяса . Техническая характеристика напольной тележки Я2-ФЦ1В: грузоподъемность 200 кг; вместимость 0,2 м3; диаметр роликов 160 мм; габаритные размеры 850x720x695 мм; масса 46,1 кг; Для увеличения коэффициента использования рабочего объема камеры созревания используются механизированные стеллажи для выдержки мяса в посоле. Механизированный стеллаж РЗ-ФВН (5.31) предназначен для штабелирования механизированным способом тележек Я2-ФЦ1В с сырьем в камере созревания мяса. В состав стеллажа входят следующие основные сборочные единицы: кран-штабелер 1, центральная секция 2, боковая секция 3, ферма 4. 197 Рис. 5.31. Механизированный стеллаж РЗ-ФВН Кран-штабелер (опорный КШО-0,25-8-4) предназначен для захвата, фиксации, перемещения и установки тележки с сырьем на настил центральных или боковых секций стеллажа. Краномштабелером управляет оператор с помощью дистанционного пульта. Центральная секция стеллажа представляет собой сварную конструкцию из профильного проката с двумя двусторонними ярусами волнистого стального настила, на котором размещается 12 тележек. Радиус каждой волны настила соответствует радиусу колеса тележки, что позволяет фиксировать последнюю в определенном месте секции. Боковая секция стеллажа имеет одностороннее расположение двухъярусного настила для шести тележек. В верхней части имеется основание из швеллера для монтажа направляющих, по которым должен перемещаться кранштабелер. В комплект стеллажа входят 12 секций, соединенных по шесть по обеим сторонам стеллажа. Четыре торцевых фермы из профильного проката предназначены для выхода крана-штабелера из зоны секций стеллажа во время приема и выдачи тележек с сырьем, а также для осмотра и ремонта. Две фермы предназначены для закрепления боковых секций стеллажа в верхней части, обеспечения жесткости 198 конструкции стеллажа и исключения возможных смещений направляющих крана-штабелера. Работа стеллажа состоит в следующем. Тележку, наполненную измельченным посоленным мясом, транспортируют к стеллажу и устанавливают в зоне торцевых ферм с любой стороны стеллажа. Вилами крана-штабелера тележка подхватывается под дно и фиксируется. Затем вилы с тележкой разворачиваются и транспортируются краномштабелером по проходу между рядами стеллажа. По достижению определенного места оператор с помощью дистанционного пульта останавливает кран-штабелер, ориентирует вилы (поворотом, подъемом, опусканием и т.д.) относительно зоны установки тележки, вводит вилы в зону установки и отпускает тележку на настил. Камеры для созревания мяса бывают трех типов щитовые, панельные и блочные. Камеры щитового типа собирают на отдельных щитах (стеновых, напольных и потолочных). Камеры панельного типа имеют стеновые плоские панели, угловые и Т-образные элементы для перегородок унифицированной конструкции. Камеры блочного типа состоят из готовых блоков: стеновых, П-образного типа, с дверью и моноблочной холодильной машиной. Сборные среднетемпературные камеры КХС (рис. 5.32) состоят из угловых, боковых, потолочных, напольных и дверных щитов, щита перегородки, испарителей, холодильного агрегата и электрощита управления. Щиты соединяют болтами, которые ввинчиваются в специальные гайки, размещенные в рамках щитов. Стыки щитов герметизированы резиновыми прокладками, закрепленными в торцах щитов. Щиты представляют собой деревянную раму, пропитанную антисептиком и облицованную стальными листами с наружной стороны и алюминиевыми листами с внутренней. Внутри щитов размещена закладная теплоизоляция (пенопласт). 199 Рис. 5.32. Камера для созревания КХС-2-6 Камеры имеют полки 5 и крюки 1 для размещения созреваемого мяса. На полу камеры размещены съемные решетки 6, на которых установлены резиновые пробки 7. Дверь 10 камеры герметизирована резиновыми прокладками 4 и снабжена затвором 11, болтовое соединение снабжено крышкой 12. Камера освещается светильником и лампой накаливания 9. В камере установлены испарители 2 с терморегулирующими вентиляторами. Под испарителями находится секционный поддон 3 для сбора талой воды, который имеет трубку для слива ее в бачок 8. Камеру обслуживает вынесенный холодильный агрегат. Техническая характеристика камеры КХС-2-6: температура воздуха в камере 0...8 °С; охлаждаемый объем 6 м3; площадь поверхности: полок 2,3, испарителя 2x8,5 м2; максимальная загрузка продуктов 600 кг; максимальный расход электроэнергии 0,66 кВт·ч; холодильный агент Всэ1250;габаритные размеры 1920x1920x2168 мм; масса 700 кг. Производительность аппарата для созревания мяса П (т/смену) определяют по формуле 200 где: V— вместимость созревателя, м3; τ см, τ с — продолжительность смены и созревания, ч; ρ — плотность кускового мяса в созревателе, кг/м3. Количество теплоты Qc (Дж), отводимое с хладоносителем при созревании мяса, определяют как где: k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ·К); S — поверхность теплообменника, м2; tП, tХ — соответственно средние температуры продукта и хладоносителя, °С; τ — продолжительность охлаждения, с. Расход хладоносителя GХ (кг/с) находят из уравнения теплового баланса где: сХ - теплоемкость хладоносителя (вода, рассол), Дж/(кг·К); tK, tH - конечная и начальная температуры хладоносителя, °С. Общее количество теплоты Q0 (Вт), поступающей в охлаждаемый объем камеры созревания, можно определить по уравнению где: QОГР – количество теплоты, приходящей через изолированные ограждения камеры, Вт; Qинф — количество теплоты, поступающей за счет инфильтрации окружающего воздуха при открывании камеры, Вт; Qрод — количество теплоты, выделяемой продуктами при хранении, Вт; QЭKC — эксплуатационные теплопритоки, Вт; QВЕН — количество теплоты, образующейся при работе вентилятора испарителя, Вт. Контрольные вопросы 201 Какие закономерности лежат в основе процесса созревания мяса? 2. Почему процессы созревания мяса протекают интенсивнее под влиянием препаратов протеаз? 3. От каких факторов зависят сроки созревания мяса? 4. Какие способы обработки мяса протеолитическими ферментами Вам известны? 5. Какова классификация оборудования для созревания мяса? 6. От каких параметров зависит производительность машин для созревания мяса? 7. Каково устройство и принцип действия оборудования рассмотренного в данном разделе? 8. Какова температура воздуха в камере для созревания мяса? 9. Приведите технико-экономические показатели оборудования, рассмотренного в данном разделе. 10. От каких факторов зависит продолжительность охлаждения при созревании мяса? 1. 5.6. Оборудование для копчения мяса и рыбы Изучить самостоятельно [2, с. 1141…1144]: 1. Основные определения. 2. Научное обеспечение процесса копчения. 3. Классификация оборудования. 5.6.1. Автокоптилки и коптильные установки Стационарная коптильная камера представляет одноэтажное или многоэтажное кирпичное сооружение. В нижней части расположена топка, где сжигают топливо для получения дыма или обогрева камеры. Она оборудована подвесными путями для подачи продукта на рамах или стойках для их навешивания. На каждом этаже камеры имеются решетки 202 на случай падения изделий. В центре топки укладывают мелко нарубленные дрова и засыпают их опилками, которые зажигают со стороны, обращенной к поддуву. Плотность дыма зависит от количества воздуха, поступающего в топку. Считают нормальным, если воздух поступает в таком количестве, что скорость его движения в коптильной камере не менее 0,12 и не более 0,25 м/с. Относительную влажность в камере поддерживают в пределах 60...65 %. Стационарная коптильная камера проста в обслуживании, ее удобно загружать, подавая продукт на рамах. Однако копчение в такой камере может быть неравномерным. Это связано с тем, что состав и свойства дыма неодинаковы по высоте. Автокоптилка малая АМ-360 (рис. 5.33) состоит из многоэтажной вертикальной кирпичной или железобетонной шахты размерами 2,52x3,2 м. Полезная нагрузка автокоптилки 12420 кг. В верхней части располагается привод, который осуществляется от электродвигателя 2 через червячный редуктор 1 и цепную передачу 3. Посредством цепной передачи вращение передается на червячные редукторы 4. На вал червячного колеса этих редукторов насажены приводные звездочки 5, на которые навешиваются две бесконечные пластинчато-шарнирные цепи 10, движущиеся в вертикальном направлении. Цепи соединены между собой траверсами 9 люлечного типа, подвешенными на шарнирах так, что они все время сохраняют горизонтальное положение и предназначены для навешивания копченостей. Скорость движения цепи 0,016 м/с, а шаг между траверсами 900 мм. Цепи автокоптилки натягиваются двумя натяжными станциями 6 грузового типа. Они состоят из оси, вращающейся в двух подшипниках скольжения, смонтированных в ползунах, и двух звездочек 7 и 8, из которых одна фиксируется шпонкой, а другая насажена по скользящей посадке. В целях предотвращения аварии транспортного механизма автокоптилки предусмотрено специальное автоматическое устройство, которое включает электродвигатель привода с одновременной световой и звуковой сигнализациями при застопоривании одной из ветвей конвейера. 203 В нижней части здания шахты расположена топка. От нее дымовоздушная смесь свободно поднимается по всей шахте, равномерно воздействуя на продукт, вывешенный на траверсе. В верхней части автокоптилки располагается дымовая камера, потолок которой снабжен шиберами для регулирования потока дымовоздушной смеси. Рис. 5.33. Автокоптилка малая АМ-360 Автокоптилка загружается и выгружается при движущейся цепи после предварительного прогрева шахты. Загрузочные и разгрузочные двери устраиваются в соответствии с расположением технологических отделений. Масса автокоптилки составляет 6300 кг. 204 Коптильная установка типа АФОС (рис. 5.34) предназначена для копчения мясопродуктов, птицы и рыбы. Основными элементами установки являются коптильная камера с циркуляционным 5 и вытяжным вентиляторами, теплообменники (основной 4 и дополнительный 10), дымоводы 2 и 6, воздуховоды, приборы контроля и управления 3. Установка может быть с одной, двумя и четырьмя одностворчатыми дверьми. Коптильная камера содержит входную 8 и выходную 11 дымораспредели-тельные решетки. Рис. 5.34. Коптильная установка АФОС В зависимости от вида продукт на рамах подвешивают или нанизывают на шомполы и устанавливают на тележках 9. Число тележек соответствует числу дверей в камере. Все основные элементы установки изготовлены из нержавеющей стали. Заданная температура циркулирующей в установке дымовоздушной смеси поддерживается с помощью основного теплообменника в верхней части установки, а при необходимости и дополнительного теплообменника, расположенного в средней части коптильной камеры. Теплообменники могут нагреваться паром, электронагревателями, а также горячей водой температурой 75 °С (только для холодного копчения). Расход пара при давлении 0,02 МПа в зависимости от модели установки составляет 32,4... 288 кг/ч. Объем подаваемой в коптильную камеру дымовоздушной смеси, а также ее влажность регулируются открытием и закрытием шиберов 7 и 12, расположенных в воздуховодах. Температура, влажность и расход 205 дымовоздушной смеси контролируются автоматически. Потребляемая мощность таких установок составляет от 29 до 187 кВт. Число дымогенераторов 1 в установке (от одного до двух) зависит от ее производительности. Для поддержания температуры топлива ниже температуры самовозгорания, а также охлаждения дыма перед подачей его в коптильную камеру дымогенератор дополнительно оборудован охладителем, который охлаждается циркулирующей холодной водой и расположен над колосниковой решеткой. Производительность коптильных установок в расчете на их площадь ПS [кг/(м2·ч)] и на их объем ПV [кг/(м3·ч)] можно определять по следующим формулам где: G – масса загружаемого сырья, кг; S – площадь, занимаемая установкой, м2; τ – продолжительность оборота, ч; , где: V1 – объем печи, м3; V2 — объем дымогенератора, м3; V3 – объем других устройств, обслуживающих установку (вентиляторы, преобразователи электрического тока, тележки, привод и др.), м3. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Что представляет собой процесс копчения? Каковы режимы копчения мясопродутов? Какое сырье используется для копчения рыбы? Какие биотехнологические изменения претерпевают мясо и рыба при копчении? Чем отличается горячее копчение от холодного? Какой принцип лежит в основе классификации оборудования для копчения мяса и рыбы? Каково устройство и принцип действия оборудования рассмотренного в настоящем разделе? Каковы достоинства и недостатки оборудования рассмотренного в данном разделе? 206 Список литературы 1. Руднев С.Д. Технологическое оборудование предприятий пищевой промышленности. Часть I, конспект лекций [Текст]/С.Д.Руднев. – Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 1997. – 116 с. 2. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн.: Учебник для вузов [Текст]/С.Т.Антипов, И.Т.Кретов, А.Н.Остриков и др.; Под ред.акад. РАСХН В.А.Панфилова. – М.: Высшая школа, 2001. 3. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. [Текст]/Г.Д.Кавецкий, А.В.Королев. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. 4. Машины и аппараты для переработки молока и мяса [Текст]/ А.А.Курочкин, В.М. Зимняков, Б.А.Чагин и др.; Под общ. ред. А.А.Курочкина. – Пенза: Пензенский технологический институт, 1999. – 454 с. 5. Драгилев А.И. Технологические машины и аппараты пищевых производств [Текст]/А.И.Драгилев, В.С.Дроздов. – М.: Колос, 1999. – 376 с. 6. Кретов И.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности: Учебник [Текст]/И.Т.Кретов, С.Т.Антипов. – Воронеж: Издательство государственного университета, 1997. – 624 с. 7. Хромеенков В.М. Оборудование хлебопекарного производства [Текст]/В.М.Хроменков.–М.: ИРПО; Изд.центр «Академия», 2000. – 320 с. 8. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленоости. Части I и II/[Текст]/В.И.Ивашов. – М.:, 2001-2006. 9. Сорокопуд А.Ф. Технологические линии и специальное оборудование для производства пищевых продуктов: учебное пособие [Текст]/А.Ф.Сорокопуд, С.Д.Руднев, В.В.Сорокопуд. – Кемерово: Кемеровский 207 технологический институт пищевой промышленности, 2006. – 168 с. 208