МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ШАКАРИМА города Семей
Документ СМК 3 уровня
УМК
УМК 042-14-1-01.1.20.54/03
-2013
УМКД
Редакция №___
«Технологическое оборудование» 2 часть
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ЧАСТЬ 2»
для специальности 5В072400 –
«Технологические машины и оборудование» Часть 2
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Семей
2013
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
Содержание
1
2
3
Лекции
Лабораторные занятия
Самостоятельная работа студентов
страница 2 из 117
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 3 из 117
Лекция 1. Общая характеристика молочного оборудования
-
Молочная промышленность подразделяется на ряд отраслей:
маслоделие (около 50% всего производимого в стране молока идет на производство сливочного масла);
цельномолочная отрасль (примерно 30 – 35% от производимого молока);
сыроделие;
молочно-консервная отрасль.
Классификация молочного оборудования
1.Оборудование для транспортировки и хранения молока
и молочных продуктов.
А. Транспортные цистерны.
Б. Емкости для хранения молока и мол. продуктов.
В. Емкости технологического назначения.
Г. Емкости межоперационного назначения.
Д. Трубопроводы, насосы и пневмотранспортирующие системы.
2.Оборудование для механической и тепловой обработки молока
А. Фильтры, фильтр - прессы и мембранные фильтрующие аппараты.
Б. Гомогенизаторы и гомогенизаторы-пластификаторы.
В. Сепараторы и центрифуги.
Г. Установки для термовакуумной обработки молока (дезодораторы).
Д. Нагреватели и охладители молока.
3. Оборудование для выработки молочных продуктов
А. Пастеризационные и стерилизационные установки.
Б. Фризеры и морозильные аппараты.
В. Маслоизготовители и маслообразователи.
Г. Оборудование для выработки сырного зерна и сыров и других белковых молочных продуктов.
Д. Оборудование для сгущения, концентрации и сушки молока и др. мол. проуктов.
4.Оборудование для подготовки молочных продуктов к реализации
А. Машины для фасовки и упаковки молочных продуктов.
Б. Оборудование для подготовки тары к наполнению (бутылко- и флягомоечные машины.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 4 из 117
В. Оборудование для учета количества молочных продуктов в технологических
линиях
Лекция 2. Резервуары молочной промышленности. Транспортные цистерны
Резервуары молочной промышленности по производственному назначению
подразделяются на три группы:
- резервуары общего назначения
- к ним относятся – транспортные цистерны для доставки молока
на заводы, танки для хранения молока на заводах;
- резервуары специального назначения:
- емкости для проведения биохимических процессов и емкости
для тепловых процессов;
- резервуары межоперационного назначения
- уравнительные баки, накопительные емкости для нормализации,
кристаллизации и смешивания жидких молочных продуктов.
Транспортные цистерны различаются:
- на автоцистерны, а также
- цистерны железнодорожного и водного транспорта.
Тепловая обработка в них заключается
 в предохранении молока от перегрева летом
 и резкого охлаждения и даже замерзания зимой.
Транспортные цистерны устанавливаются:
 на автомобильных шасси, железнодорожных платформах и речных катерах.
По конструкции транспортная цистерна представляет собой емкость:
 либо цилиндрической, либо эллиптической формы.
Цилиндрическая емкость
 используется для автотранспорта небольшой вместимости,
 а также для цистерн железнодорожного и речного транспорта.
Эллиптическая форма (V > 3000 л)
 предпочтительна для автотранспорта, поскольку она способствует большей устойчивости автомобиля на поворотах.
В конструкциях любых транспортных цистерн есть ряд характерных конструктивных особенностей.
1. Материал непосредственно самой цистерны.
а) нержавеющая сталь;
б) пищевой алюминий;
в) углеродистая сталь, покрытая пищевым оловом.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 5 из 117
2. Конструкция обшивки стенки цистерны.
Стенка выполняется многослойной и состоит:
а) из самой металлической стенки;
б) плиточной теплоизоляции, назначение которой заключается в сохранении
температуры молока;
в) силового каркаса из досок, воспринимающего все нагрузки;
г) гидроизоляционного слоя из рубероида;
д) кожуха из листовой малоуглеродистой стали (жести).
3. Количество емкостей входящих в цистерну.
Транспортная цистерна состоит из 2-3 металлических емкостей – танков.
Связано это с тем, что при заполнении цистерны, если молока относительно немного, то должна быть заполнена, хотя бы одна – две емкости, но до самого верха, поскольку при движении могут возникнуть динамические нагрузки, в
результате чего автомобиль может опрокинуться.
4. Материал теплоизоляции.
Теплоизоляция цистерн выполняется в виде плит. Крошка для теплоизоляции не допускается.
В качестве материала используется:
а) мипора; б) пенопласт; в) полистирол;
г) алюминиевая фольга и т.д.
5. Толщина слоя теплоизоляции.
- у автоцистерн составляет 30 – 40 – 50 мм;
- у железнодорожных цистерн - до 200 мм.
6. Вместимость.
 У автоцистерн от 2 до 20 – 30 тысяч литров.
 Железнодорожные цистерны от 12 – 30 тыс. литров в каждый
танк, количество их может быть 2 – 3.
 Цистерны водного транспорта имеют вместимость 13 и 8 тыс.
литров (по два танка на катер).
7. Степень оснащенности цистерны.
Все цистерны оснащаются:
А) люками для осмотра, чистки и мойки;
Б) сливными устройствами для слива содержимого танков;
В) уровнемерами и сигнализаторами уровня.
Кроме того, автоцистерны могут оснащаются:
Г) устройствами для отбора проб;
Д) дистанционными термометрами;
Е) приборами для определения рН.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 6 из 117
Цистерны водного транспорта оснащаются:
Ж) Мешалками пропеллерного типа.
Последнее свойство связано с тем, что катер может относительно весьма
плавно двигаться по воде. В связи с этим, молоко может отстаиваться.
8. Способы заполнения и опорожнения цистерн.
Автоцистерны заполняются с помощью:
а) вакуума;
либо- б) специальных насосов;
Опорожнение всех цистерн происходит:
а) либо самотеком;
б) либо с помощью сжатого воздуха подаваемого компрессором в
саму цистерну для вытеснения молока;
в) либо за счет заводского насоса.
Лекция 3. Танки для хранения молока на заводах
Они предназначены для кратковременного (до суток) хранения молока и
пр. на заводах. Для них характерны следующие конструктивные свойства:
1. Расположение и форма резервуара танка:
а) горизонтальные цилиндрические танки;
б) вертикальные цилиндрические и прямоугольные танки.
В последнее время на заводах (и это мировая тенденция) стремятся использовать вертикальные цилиндрические танки, поскольку они более прогрессивные – занимают меньше заводской площади.
2. Вместимость.
Для горизонтальных танков – до 30,0 тыс. литров.
Вертикальные танки – до 200,0 тыс. литров.
3.Материалы танка.
 такие же что и для изготовления транспортных цистерн, т. е. нержавеющая сталь, алюминий, углеродистая сталь, покрытая пищевым
оловом, и т.д.
4. Конструкция обшивки танков хранения.
Она такая же многослойная, как и у транспортных цистерн.
5.Наличие перемешивающих устройств.
В транспортных цистернах за счет движения молоко само хорошо перемешивается.
В танках хранения это происходит за счет установки:
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 7 из 117
- механических мешалок пропеллерного типа с частотой вращения 100 –
300 мин-1;
- либо шнековых мешалок;
В танках вместимостью 100,0 и более тыс. литров молоко перемешиваться:
 сжатым воздухом, который должен быть тщательно очищен от пыли на
пропитанных специальным висциновым маслом фильтрах.
Пыль оседает на пластинках фильтра, а очищенный воздух поступает в
барботирующие устройства танка.
6. Степень оснащенности танков хранения молока.
Молокохранильные танки имеют в основе такое же оснащение что и
транспортные цистерны, то есть:
а) люки для осмотра, мойки, чистки и проведения ремонтных работ;
б) смотровые окна, а также молокомерные стекла и трубки;
в) устройства для охлаждения молока, расположенные как внутри танка
(змеевики, рубашки) так и снаружи (отдельно установленные пластинчатые и
трубчатые охладители);
г) приборы контроля рН;
д) автоматические устройства для запрограммированного включения мешалок для периодического перемешивания молока;
ж) поплавковые сигнализаторы уровня, подающие сигнал (звуковой либо
световой) при переполнении танка.
7. Способы заполнения и опорожнения.
Такие же, как и у транспортных цистерн. Однако при заполнении поток
молока необходимо направлять на стенку, чтобы исключить пенообразование.
Лекция 4. Резервуары специального назначения.
К ним относятся танки и ванны для проведения биохимических процессов,
например:
 танки с мешалкой и охлаждающим устройством для производства кисломолочных продуктов (кефира).
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 8 из 117
М
Рис. Танк для производства кисломолочных продуктов.
Внешне такой танк похож на резервуары для хранения молока, но вместе с
тем есть и ряд принципиальных отличий.
Прежде всего, такой танк представляет собой:
 двустенный, сварной, вертикальный резервуар со сферическими днищами;
- Резервуар снабжен вертикальной пропеллерной мешалкой.
- Пространство между двумя стенками резервуара служит теплообменной рубашкой и заполняется хладо- или теплоносителем через кран штуцера, приваренного к днищу.
- На цилиндрической части корпуса установлены:
- герметически закрываемый люк для чистки и мойки танка,
- пробоотборный кран и термометр.
- На верхней части корпуса резервуара установлены:
- привод мешалки, светильник-сигнализатор
- воздушник, кислотомер, указатель уровня и трубопровод для ввода
молока;
- На нижнем днище располагается:
- патрубок со специальным клапаном, открываемый рукояткой для слива молочных продуктов.
- Поверхность танка покрыта теплоизоляционным слоем и облицована листовой сталью.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 9 из 117
Рис. 1-6 (а) Сливкосозревательная ванна с приводным механизмом.
1 – подставки; 2 – трубопровод для пара; 3 – емкость; 4 – кожух; 5 – противовесы; 6 – цапфы мешалки; 7, 10 – коллекторы; 8 – приемник сливок; 9 – трубчатая мешалка; 11 – шиберный кран; 12 – кран спуска воды; 13 – воронка; 14
–трубопровод для воды; 15 – корпус подшипника мешалки.
-
Следующим типом резервуаров специального назначения являются
 сливкосозревательные ванны.
Они могут быть:
с теплообменной рубашкой и без мешалки;
с теплообменной рубашкой и с трубчатой либо змеевиковой мешалкой;
с подъемной крышкой (Чехословакия);
с планетарной мешалкой (Дания);
с шнековой мешалкой с увеличивающимся к низу диаметром шнека (аппарат
Гримма (ГДР) и т.д.
Наибольшее распространение получили ванны с трубчатой качающейся
мешалкой.
Такая ванна состоит:
- Из резервуара полуцилиндрической формы снабженного
- теплообменной рубашкой, куда поступает холодная вода или
рассол.
- На двух полуцилиндрических торцовых стенках резервуара установлены:
- трубчатая качающаяся мешалка.
- Мешалка состоит из последовательно соединенных труб внутрь которых
также подается холодная вода.
- Мешалка приводится в колебательное движение от привода состоящего:
- из электродвигателя, ременной передачи, червячного редуктора
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 10 из 117
- и кривошипно-шатунного механизма, предназначенного для
преобразования вращательного движения в колебательное.
- Угол качания мешалки составляет 600 - 1000; его регулируют перестановкой
пальца в прорези кривошипа.
- Для уравновешенного движения мешалка снабжается двумя противовесами.
К емкостям специального назначения относятся также
 ванны для нормализации высокожирных сливок.
Такая ванна состоит:
- из двустенного вертикального корпуса 1;
- рамной мешалки 13 и ее привода.
В нижней части ванны имеется
 перфорированный патрубок, предназначенный для ввода в двустенное
пространство (теплообменную рубашку) охлаждающей воды.
Вертикальная стойка 4 на корпусе является
 шарнирной опорой для редуктора и электродвигателя мешалки.
Рамная мешалка опирается
 на подпятник 18, установленный на дне ванны
 и крепится к валу редуктора быстросъемным соединением.
Внутренняя ванна 2 имеет уклон 180.
Процесс нормализации сливок производится следующим образом:
 В начале ванну заполняют высокожирными сливками и определяют
массовую долю в них жира.
 Затем в нее добавляют пахту для нормализации, регулируют температуру продукта и тщательно перемешивают.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 11 из 117
Рис. 1- 7 Ванна для нормализации высокожирных сливок:
1 – корпус; 2 - ванна; 3 – кожух; 4 – стойка; 5 – крышка; 6 – рама; 7 – редуктор; 8 – электродвигатель; 9 – привод; 10 – соединительная муфта; 11- прижимная стойка; 12 прижимной винт; 13 рамная мешалка; 14 – дистанционный термометр; 15 – кран для выпуска сливок; 16 – сливной патрубок для
воды; 17 – ножки; 18 – подпятник; 19 – перфорированный патрубок для ввода охлаждающей воды.
Для тепловых процессов используются т.н. ванны длительной пастеризации.
Такая ванна состоит:
- из горизонтально расположенной рабочей емкости для продукта;
- рабочая емкость установлена внутри
- наружной емкости, которая с внешней стороны закрыта кожухом;
- воздушная прослойка между кожухом и наружной емкостью выполняет
функцию теплоизоляции;
- пространство между внутренней и наружной емкостями
- выполняет функцию теплопередающей рубашки, предназначенной для обогрева продукта;
- внутри рубашки находится устройство называемое барботёр
- и представляющее собой кольцо из трубы, на поверхности которой просверлены небольшие отверстия для выхода пара;
- внутри рабочей емкости установлена мешалка пропеллерного типа, которая
приводится во вращение от привода, который состоит из электродвигателя и
фрикционного редуктора
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 12 из 117
Рис. 1-7 Ванна длительной пастеризации
Лекция 5. Технологические и тепловые расчеты резервуаров.
При расчетах оборудования для доставки и хранения молока определяют:
 скорости истечения  (м/с) продукта из резервуара
    2 gH
(1.1)
 - коэффициент расхода, зависящий от вязкости [0,7 – 0,75 для молока];
g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;
Н – уровень жидкости в резервуаре, м.
Объемный расход жидкости вытекающей из выходного патрубка резервуара М (м3/с)
M  f    2 gH
(1.2)
f – площадь выходного патрубка резервуара, м2;
Продолжительность опорожнения вертикальных резервуаров
 определяется как отношение удвоенного объема к объемному расходу
жидкости.
  2V / M  2V / f   2gH c
(1.3)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 13 из 117
Если емкость имеет горизонтальную цилиндрическую форму, то
  1,7V / M  1,7V / f   2 gH c
(1.4)
Если емкость имеет горизонтальную полуцилиндрическую форму, то
  1,5V / M  1,5V / f   2 gH c
(1.5)
Для заполнения:
- с помощью вакуумной системы;
- либо опорожнения под давлением сжатого воздуха, скорость продукта определяется по формуле.
    2 g H  Pизб /   g 
(1.6)
Ризб – избыточное давление сжатого воздуха, Па.
 - плотность продукта, кг/м3;
2. Изменение температуры за время доставки и хранения молока определяется
исходя:
 из количества теплоты (Q, Дж),
 воспринимаемого продуктом во время хранения или доставки.
Q = m·c (tк – tн)
(1.7)
m – масса продукта в емкости, кг;
с – удельная теплоемкость продукта, Дж/кг·град;
(tк – tн) – изменение температуры продукта за время доставки или хранения,
град;
В тоже время,
 количество теплоты (Q, Дж),
 воспринимаемого продуктом во время хранения или доставки,
можно определить из общего уравнения теплопередачи
Q = k·F·tср·,
Дж
(1.8)
k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К, [в цистернах доставки 4-7, а в емкостях хранения 1-1,5 Вт/м2 К];
F – площадь резервуара цистерны или емкости хранения, м2;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 14 из 117
tср – средняя логарифмическая (или арифметическая) разность между температурами среды (воздуха) и продукта, град;
 - время хранения или доставки, секунд.
Средняя логарифмическая разность между температурами среды (воздуха)
и продукта определяется из температурного графика
t, 0С
t, воздуха
t, молока
τ
Рис. Температурный график
Тогда
tср = tболь - tмень/ ln(tболь/tмень)
(1.9)
Если приравнять уравнения (1.1) и (1.2), то изменение температуры продукта за время хранения или доставки
(tк – tн) = k·F·tср· / m·c = k·F·tср· / V··c,
(1.10)
V – объем резервуара цистерны или емкости хранения, м3;
 - плотность продукта, кг/м3;
1. Мощность N (кВт) перемешивающих устройств рассчитывают по формулам, выведенным на основе критериальной зависимости:
Eum = f (Rem)
Так, для мешалки пропеллерного типа
N = 0,01 А d4,36 n2,78 ρ0,78 μ0,22
А – коэффициент (1,5 – 2);
ρ – плотность жидкости, кг/м3;
d – диаметр мешалки, м;
μ – динамическая вязкость жидкости, Па·с.
N – частота вращения мешалки, мин-1;
(1.11)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 15 из 117
Вопросы для самопроверки к теме 1.
1. В чем заключается суть тепловой обработки молока в резервуарах доставки и
хранения молока на заводы? Как классифицируются резервуары молочной
промышленности по производственному назначению?
2. Какие виды транспортных цистерн используются в молочной промышленности и как они различаются по форме резервуара? Какие материалы используются для изготовления их обечаек?
3. Какова конструкция обшивки стенки транспортной цистерны? Сколько емкостей может входить в транспортную цистерну, каков порядок их заполнения, и
что используется в качестве теплоизоляции?
4. Исходя из каких условий рассчитывается толщина слоя теплоизоляции
транспортных цистерн и какова их вместимость?
Рекомендуемая литература.
1. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование
молочной промышленности». М. «Легкая и пищевая промышленность», 1983. –
431с.
2. Аболмасов Г.И. «Примеры и задачи по курсу технологического оборудования молочной промышленности». 1966 г.
3. Томбаев Н.И. «Справочник по технологическому оборудованию предприятий
молочной промышленности». 1972 г. – 295 с.
4. Липатов Н.Н. «Руководство к лабораторным и практическим занятиям по
курсу технологического оборудования предприятий молочной промышленности». 1988 г. – 100 с.
Тема 02. Лекция 6. Трубопроводы молочной промышленности.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
-
Редакция №___
страница 16 из 117
Трубопроводы и насосы должны соответствовать ряду требований:
легкая разборка и сборка;
доступность для чистки и мойки;
стойкость против воздействия продуктов и моющих растворов;
нейтральность по отношению к продуктам и моющим растворам.
Материалы на изготовление трубопроводов:
- нержавеющая сталь; - сталь, покрытая пищевым оловом; алюминий;
- термостойкое стекло; - и полимерные материалы.
Техническая характеристика труб
№
Материал
Наиболее распространенные диаметры, мм
Длина,
м
1
Металлические
трубы
Стеклянные трубы
Полимерные трубы
А) Винипласт
Б) Полиэтилен
25,35,50,75,100
2,5 –3,0
37 - 100
1,5 – 3,0
4-8
2-5· 105
6 - 60
10 - 160
Без огр.
-
2,5· 105 –
100 ·105
2
3
Тол- Наиболь
щина шее давстен- ление, Па
ки, мм
1-5
Без огр.
Каждому виду трубопроводов свойственны определенные достоинства и
недостатки.
Металлические трубопроводы обладают:
- высокой механической прочностью;
- большим диапазоном давлений перекачиваемой среды;
- достаточно высокой коррозионной стойкостью, хотя и уступают в этом
плане стеклянным и полимерным трубопроводам;
- высокой тепловой и температурной стойкостью;
- материал легко соединяется сваркой и т.д.
Недостатками же их является
- относительно высокая масса.
Стеклянные трубопроводы обладают:
- прозрачностью, что позволяет наблюдать за процессом, контролировать
санитарное состояние и т.д.;
- высокой коррозионной и химической стойкостью;
- внутренней и наружной гладкостью, что позволяет получить минимальные потери напора по длине труб и т.д.
В то же время, для этих трубопроводов характерны и ряд недостатков:
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 17 из 117
- хрупкость, низкая механическая прочность,
- относительно низкие давления перекачиваемой среды;
- низкая тепловая и температурная стойкость (температурный перепад не
должен превышать 60 – 700).
К достоинствам полимерных трубопроводов относится:
а) легкость;
б) достаточно высокая коррозионная стойкость.
Недостаток их - низкие давления в сравнении с металлическими трубами.
На трубопроводах устанавливают, как правило, арматуру. Она различается
на: основную арматуру (управляемую вручную) и автоматическую.
К основной арматуре относятся краны:
а) проходные;
б) трехходовые;
в) трехмуфтовые.
Кроме того, к основной арматуре относятся:
- тройники, соединительные муфты, отводы, повороты (колена), угольники и
т.п. Иногда все это в совокупности называется фасониной.
К автоматической арматуре относятся:
- краны с дистанционным управлением;
- сигнализаторы уровня, расхода, температуры и т.п.
Лекция 7. Устройство насосов молочной промышленности.
Насосы молочной промышленности классифицируются на четыре группы:
1. Центробежные насосы.
1.1 Центробежные лопастные насосы.
1.2 Центробежные дисковые насосы.
1.3 Центробежные самовсасывающие (или жидкостно-кольцевые) насосы.
2. Роторные насосы
2.1 Шестеренные с внешним зацеплением насосы.
2.2 Шестеренные с внутренним зацеплением насосы.
2.3 Винтовые насосы.
2.4 Шиберные (или эксцентриково-лопастные) насосы.
2.5 Кулачковые насосы
3. Мембранные насосы.
4. Поршневые и плунжерные насосы.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 18 из 117
Конструктивные особенности центробежных молочных насосов.
Эти насосы являются самыми распространенными.
Рисунок. Лопастной, дисковый и самовсасывающий насосы
Они предназначены для маловязких жидкостей. Существует две разновидности конструкций центробежных насосов, а именно:
 лопастные и дисковые.
Конструкции этих насосов весьма схожи:
 Насосы снабжены корпусом улиткообразной формы.
 В центре передней крышки насоса находится всасывающий патрубок.
 По касательной к корпусу установлен нагнетательный патрубок.
 В задней стенке корпуса имеется отверстие, в которое входит вал
электродвигателя насоса.
 Непосредственно на валу лопастного насоса установлена крыльчатка (рабочее колесо с прямыми или изогнутыми лопастями).
В дисковых насосах на валу установлен диск (сборный или сварной).
Внутри диска имеются прямые или изогнутые каналы.
Между валом электродвигателя и корпусом насоса устанавливаются:
- либо сальниковые; - либо манжетные;
- либо т.н. торцевые уплотнения.
Между передней крышкой и улиткообразным корпусом также устанавливается резиновое уплотнительное кольцо.
-
К достоинствам лопастных и дисковых насосов относится:
простота конструкции;
легкость регулировки производительности и напора;
без фундаментная установка;
консольно-моноблочная конструкция, и т.д.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 19 из 117
Главным недостатком же их является отсутствие самовсасывающей способности, в связи с этим:
 эти насосы работают под залив, т.е. их устанавливают ниже уровня
жидкости в резервуаре.
Этого недостатка лишены т.н. самовсасывающие насосы. Они обладают
следующей конструкцией:
- корпус этих насосов цилиндрический с двумя патрубками, расположенными по касательной к корпусу;
- всасывающий патрубок снабжен воронкой, служащей для залива небольшого количества продукта перед началом работы;
- патрубки врезаны в корпус со стороны задней стенки в виде эллипсообразных отверстий;
- на задней стенке корпуса эксцентрично, т.е. с небольшим эксцентриситетом расположено отверстие для вала насоса;
- на валу установлено лопастное колесо с восьмью лопастями;
- между валом и задней стенкой насоса установлены уплотнительные элементы;
- в передней части корпус насоса закрыт крышкой.
-
-
Работа насоса происходит следующим образом:
при включении насоса лопастное колесо начинает вращаться, при этом
предварительно залитая жидкость отбрасывается к периферии и распределяется в виде кольца;
благодаря эксцентричности расположения рабочего колеса лопасти погружены в это жидкостное кольцо на различную глубину;
в верхней части насоса лопасти погружены максимально и почти касаются внутренней стенки насоса;
в нижней части насоса лопасти погружены в жидкостное кольцо минимально;
объем между каждыми двумя соседними лопастями и жидкостным кольцом заполнен воздухом;
на начальном этапе насос перекачивает воздух, поскольку объем между
двумя соседними лопастями вначале уменьшается, а затем увеличивается;
далее, после того как воздух, находящийся во все всасывающем трубопроводе будет перекачан, насос начинает качать продукт.
Конструктивные особенности роторных насосов.
Шестеренчатые насосы используются для перекачивания более вязких
сред (смеси мороженого, сливки и т. п.).
Корпус шестеренного насоса с внутренним зацеплением имеет эллипсообразную форму с двумя патрубками:
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 20 из 117
 причем один из этих патрубков является всасывающим, а другой нагнетающим.
 Внутри корпуса установлены две одинаковые шестерни.
 Одна из шестерен является ведущей, – она получает вращение от двигателя.
 Вторая шестерня является ведомой.
Рисунок. Схемы шестеренчатых насосов с внешним и
внутренним зацеплением.
Работает этот насос следующим образом:
 Перенос жидкости происходит в пространстве между двумя соседними
зубьями шестерен.
 Зуб, входя в пространство между соседними зубьями другой шестерни,
вытесняет продукт в нагнетательный патрубок.
Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением
 состоят их цилиндрического корпуса с двумя патрубками, расположенными под углом 90 0.
Внутри корпуса установлены две шестерни причем –
 большая, является ведущей и получает вращение непосредственно от
электродвигателя а малая – ведомой.
 Малая шестерня установлена с эксцентриситетом.
 Между шестернями установлен серповидный вкладыш.
Вопросы для самопроверки к теме 2.
1. Какие виды трубопроводов используются для заводской транспортировки
молока?
2. Какие материалы используются для изготовления трубопроводов?
3. Каков диапазон давлений для различных трубопроводов?
4. Какова классификация молочных насосов?
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 21 из 117
5. В чем преимущества центробежных насосов по сравнению с другими?
Тема 3. Лекция 8. Общие сведения о гомогенизации в молочной
промышленности.
Гомогенизацией называется процесс раздробления жировых шариков в молоке. В результате:
- резко сокращается скорость отстаивания жировых шариков и, соответственно, увеличивается время отстаивания;
- а также, улучшаются вкусовые свойства, т.е. повышается пищевая ценность
молока.
Молочный жир представлен в виде мельчайших жировых шариков. Диаметр этих шариков:
- от 1,0 до 10,0 мкм (микронов),
- а по некоторым данным даже до 20,0 мкм.
При отстое все шарики всплывают на поверхность молока.
В свое время до изобретения сепараторов это свойство всплытия жировых
шариков использовалось для получения сливок.
Однако, при производстве цельномолочных продуктов:
 необходимо уменьшить скорость всплытия,
 и это возможно при осуществлении гомогенизации.
Скорость всплытия определяется по формуле Стокса.
υ = d2·g·(ρ1 – ρ2)/18μ,
м/с
(3.1)
d – диаметр жирового шарика, м;
g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;
(ρ1 – ρ2) – разность плотностей тяжелой и легкой фазы, кг/м3;
μ – динамическая вязкость молока, Па·с.
-
Анализ формулы Стокса позволяет сделать выводы:
чем крупнее шарик, тем больше скорость его всплытия, поскольку скорость
пропорциональна диаметру шарика в квадрате;
при диаметре шарика в 10 мкм скорость отстоя его примерно в сто раз
больше скорости шарика с диаметром 1,0 мкм,
при уменьшении диаметров всех шариков до 1,0 мкм скорость всплытия их
примерно в сто раз меньше скорости всплытия их в цельном молоке;
следовательно, и время всплытия (отстоя) гомогенизированного молоке в
сто раз меньше времени отстоя цельного молока.
Гомогенизация производится при производстве:
 питьевого пастеризованного и стерилизованного молока,
 мороженого всех видов,
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 22 из 117
 и некоторых кисломолочных продуктов.
Кроме того, гомогенизация применяется:
 для улучшения консистенции плавленых сыров и сливочного масла.
Для последних двух продуктов применяются:
- т.н. гомогенизаторы-пластификаторы,
- для всех остальных – клапанные гомогенизаторы.
Суть процесса гомогенизации заключается –
- в продавливании продукта с максимально большей скоростью
- через весьма узкие щели.
Скорость продукта в клапанных щелях достигают
- порядка сотен (100, 200 и даже 300) м/с;
- высота щели – 25… 30 мкм.
Чтобы протолкнуть молоко в узкую щель необходимо создать очень высокое давление.
В настоящее время различными учеными высказаны ряд гипотез о механизме процесса гомогенизации.
Многие исследователи склонны считать, что наиболее ясное представление
о механизме процесса гомогенизации внес профессор Барановский Н.В.
Согласно его гипотезе основным фактором, влияющим на гомогенизацию,
является скорость движения шариков в клапанной щели.
В любом гомогенизаторе существует рабочий орган, называемый гомогенизирующей головкой.
В этой головке установлены две основные детали, которые носят название:
- клапан и седло.
Между этими деталями и образуется круговая щель, в которой происходит:
 гомогенизация.
В не рабочем состоянии они плотно прижаты друг к другу мощной пружиной.
В седле имеется отверстие,
 куда под большим давлением, создаваемым плунжерным насосом гомогенизатора устремляется молоко.
 Под влиянием давления потока молока происходит отжим пружины, и
поток молока устремляется в узкую кольцевую щель.
Внутри отверстия в седле поток молока движется
 с относительно небольшой скоростью.
Далее поток молока поступает в узкую круговую расширяющуюся плоскую
щель между клапаном и седлом.
Внутри плоской круговой щели
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 23 из 117
 поток молока движется, как было установлено в результате экспериментов, с гораздо большей скоростью, чем в отверстии.
Рисунок. Круговая клапанная щель гомогенизатора.
Жировые шарики находятся внутри потока молока, поэтому они также
движутся:
- с относительно небольшой скоростью (υо ≈ 1,0 – 10,0 м/с) внутри отверстия в
седле, т.е. перед круговой щелью;
- с гораздо большей скоростью (υ1 ≈ 100 – 300 м/с) внутри круговой щели, т.е.
между клапаном и седлом.
Иными словами
 скорость внутри щели на порядок больше скорости до щели.
По давлениям, как было установлено экспериментальным путем, складывается противоположная картина:
- давление потока молока внутри отверстия в седле, т.е. перед щелью является весьма большим (около 200 – 300 кг/см2);
- внутри же щели давление резко падает до нескольких десятков атмосфер
(около 50 – 60 кг/см2).
Жировые шарики также испытывают:
- большее давление (Р0) внутри отверстия в седле;
- и относительно меньшее давление (Р1) внутри щели.
На основании полученных экспериментальным путем результатов, Барановский высказал следующую гипотезу процесса гомогенизации.
В месте перехода отверстия в седле в круговую щель имеется некое пороговое сечение.
Каждый жировой шарик подходит к этому сечению
 испытывая большое давление Р0;
 с относительно небольшой скоростью υ0.
При переходе этого сечения
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 24 из 117
 давление падает до Р1,
 а скорость резко возрастает до υ1.
Очевидно, вполне возможно,
- что передняя часть жирового шарика
- будет резко выброшена по направлению скорости υ1, возросшей в
огромной мере.
Рис. Гипотеза Барановского
В результате жировой шарик
 приобретет нитеобразную форму;
 и распадется на отдельные маленькие жировые шарики.
Далее,
- поскольку круговая щель расширяется в радиальном плане,
- скорость потока молока, а также образовавшихся мелких жировых шариков,
- несколько уменьшается до υ2 на выходе из щели.
Данная гипотеза обоснована Барановским на основании уравнения Бернулли.
Уравнение Бернулли:
 выражает общий гидродинамический напор жидкости (т.е. полную
энергию жидкости);
 имеет размерность длины;
 и состоит (для вязкой жидкости) из ряда составляющих:
- Z – геометрический или высотный напор, м;
- P/ρg – пьезометрический или статический напор, м;
- υ/2g – скоростной или динамический напор, м;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 25 из 117
- hп = ξ·υ/2g – напор, потерянный на преодоление различного рода сопротивлений, м.
В общем, для условий круговой щели гомогенизатора это уравнение можно записать:
Z0 + P0/ρg + υ0/2g = Z1 + P1/ρg + υ1/2g + ξ·υ1/2g (3.2)
Далее Барановский несколько упростил уравнение:
- геометрические напоры ввиду их равенства можно сократить, Z0=Z1
- скорость υ0 << υ1, следовательно, скоростным напором υ0/2g можно пренебречь.
Тогда уравнение Бернулли можно записать в упрощенном виде.
P0/ρg ≈ P1/ρg + υ1/2g + ξ·υ1/2g
(3.3)
Экспериментальные исследования (проф. Барановский Н.В.) по замерам
всех этих параметров привели к следующим данным.
P0/ρg = 1500 м;
-
-
P1/ρg = 127 м; υ1/2g = 1184 м; ξ·υ1/2g = 189 м.
Это означает, что:
большая часть первоначальной энергии напора жидкости (1500 м или 100%)
расходуется на сообщение потоку молока кинетической энергии (1184 м
или 79%) при огромной скорости, приобретаемой им;
напор или давление падает с 1500 до 127 м. вод. Ст., т.е. с 150 до 12,7 атм.
(кг/см2);
на создание нового давления тратится около 8,5 % первоначальной энергии;
часть же первоначальной энергии (12,5 %) приходится на потери связанные
с преодолением сопротивлений.
Поскольку большая часть энергии тратится на создание скорости, Барановский делает вывод о ее главенствующей роли в гомогенизации. То есть гомогенизация очевидно происходит под влиянием скорости потока молока.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 26 из 117
Лекция 9. Принципиальное устройство клапанных гомогенизаторов
Любой клапанный гомогенизатор состоит из таких узлов как:
- станина; - многоплунжерный насос; - привод насоса;
- и рабочий орган (гомогенизирующая головка).
Многоплунжерный насос должен обеспечивать как можно равномерную
подачу продукта и высокое давление.
В настоящее время в промышленности используются 3-х, 5-и, и даже 7-и
плунжерные гомогенизаторы.
Многоплунжерный насос имеет единый блок цилиндров, в которых установлены плунжеры, совершающие возвратно-поступательное движение. В каждом цилиндре имеется всасывающий и нагнетательный клапан.
Для плунжерного насоса характерной чертой является наличие холостого и
рабочего хода, т.е. плунжерный насос работает периодически.
Увеличение количества плунжеров позволяет обеспечить некоторую приемлемую равномерность и непрерывность работы гомогенизатора.
Плунжеры приводятся в действие от привода, который состоит
- из электродвигателя,
- ременной передачи
- и коленчатого вала с кривошипно-шатунным механизмом.
За счет этого механизма происходит преобразование вращательного движения электродвигателя в возвратно-поступательное движение плунжеров.
При холостом ходе плунжеров:
 происходит засасывание молока внутрь цилиндра.
А при рабочем ходе:
 подача продукта в гомогенизирующую головку.
В современных гомогенизаторах используются:
- либо одноступенчатые головки
- либо двухступенчатые головки.
В состав одноступенчатой гомогенизирующей головки входят ряд наиболее значимых деталей и узлов:
- клапан и седло, в котором он установлен,
- пружина и регулировочный винт, посредством которого регулируется давление гомогенизации,
- предохранительный клапан, предназначенный для установки граничного
давления и др.
Однако
 после одноступенчатой гомогенизации
 раздробленные жировые шарики могут объединяться в разрозненные
объединения подобные гроздьям винограда.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 27 из 117
В связи с этим, были предложены т.н. двухступенчатые гомогенизирующие
головки.
В таких гомогенизаторах молоко последовательно проходит через две гомогенизирующие головки:
 в первой ступени давление молока составляет, как и в одноступенчатых
гомогенизаторах, около 200 – 300 кг/см2;
 а во второй ступени достаточно 50 кг/см2 для того чтобы разбить окончательно объединения жировых шариков.
Технологические расчеты гомогенизаторов
При проектировании оборудования в качестве исходных данных задается,
как правило,
- его производительность;
- физико-химические свойства продукта (плотность, вязкость и т.п.);
- а также, некоторые конструктивные и технологические параметры.
Рассчитывается же:
- либо другие необходимые конструктивные параметры –
- прежде всего, размеры рабочего органа или рабочей камеры;
- либо некие технологические параметры.
Эти расчеты производятся на основании известной зависимости для определения производительности.
Производительность гомогенизаторов может быть определена на основании
уравнения неразрывности потока по пропускной способности:
- либо многоплунжерного насоса,
- либо круговой клапанной щели гомогенизатора.
В первом случае:
Mн= 60 ·ρ·n·z·φ·V = 60·ρ·n·z·φ·S·πd2/4
кг/час
(3.4)
ρ – плотность продукта, кг/м3;
n – число оборотов коленчатого вала, мин-1;
z – число плунжеров, шт;
φ – коэффициент заполнения плунжера;
V – объем рабочей камеры плунжера, м3;
S – ход плунжера, м;
πd2 – площадь поперечного сечения рабочей камеры плунжера, м2;
Для обеспечения безопасной работы гомогенизатора должно соблюдаться
условие:
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 28 из 117
- пропускная способность насоса должна быть равна пропускной способности щели (Мн = Мщ).
Тогда во втором случае, при условии течения молока в начальном участке
клапанной щели со скоростью υ1, производительность будет равна:
Мщ = υ1·f·ρ = υ1·πdh·ρ
кг/час
(3.5)
f – площадь сечения круговой щели на малом диаметре d, м2;
ρ – плотность продукта, кг/м3;
υ1 – скорость в начале щели, м/с;
h – высота щели, м;
Скорость υ1 может быть найдена на основании формулы Торричелли.
    2 gP /   g    P / 
(3.6)
ΔΡ – перепад давлений до щели и после щели, Па;
μ – коэффициент расхода (0,96…0,8 – для молока; 0,63…0,44 – для смеси мороженого).
Соотношение между скоростями потока:
- υ0, - в отверстии седла клапана,
- υ1, - в начале плоской круговой щели;
- и υ2 – в конце этой щели, может быть определено на основании уравнения неразрывности потока.
Одно и то же количество жидкости
- течет и в отверстии седла
- и в круговой щели, поэтому:
Мн = Мщ = fс∙υ0 = fн.щ∙υ1= fк.щ∙υ2 = πdυ0/4 = πdhυ1 = πDhυ2 ,м3/с (3.7)
fс – площадь отверстия в седле, м2;
fн.щ – площадь сечения щели, соответствующей диаметру d, м2;
fн.щ – площадь сечения конца щели, соответствующей диаметру D, м2;
h – высота щели, м;
d – диаметр начала щели или диаметр отверстия в седле, м;
D – диаметр конца щели или диаметр клапана, м.
Отсюда, после соответствующих сокращений:
dυ0/4 = dhυ1 = Dhυ2
При расчете гомогенизаторов большое значение имеет пружина гомогенизирующей головки.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 29 из 117
Она должна быть весьма жесткой, чтобы обеспечить необходимое давление
гомогенизации (ΔΡ).
Это давление зависит в свою очередь от усилия (Р), с которым пружина давит на клапан. Усилие связано с давлением следующей зависимостью.
Р = ΔΡ·fс = ΔΡ·πd2/4
,Н
(3.8)
fс – площадь отверстия в седле, м2;
ΔΡ – рабочее давление гомогенизации, Па;
d – диаметр отверстия в седле, м.
Жесткость пружины зависит от ее индекса.
Индексом пружины называется отношение ее диаметра (Dп) к диаметру
проволоки из которой она навита (dп).
Сп = Dп/dп
(3.9)
Для гомогенизаторов Сп = (4 – 5).
При работе пружины:
- наибольшие касательные напряжения, возникающие в ней
- не должны быть больше допускаемых напряжений на кручение, которые зависят от материала пружины.
Τ < [τдоп] = (300 – 600) Мпа
(3.10)
Связь
- между усилием (Р),
- параметрами пружины (Dп, dп)
- и возникающими в пружине наибольшими (τмах) касательными напряжениями выражается следующим соотношением.
Τмах = 8·k·Р·Dп/πd3п
,Па
(3.11)
k – поправочный коэффициент, зависящий от индекса пружины.
K = (4Сп +1)/(4Сп – 4) = 1,3 ÷ 1,4
(3.12)
Диаметр проволоки, из которой навита пружина, можно определить из соотношения 3.11, если заменить наибольшие касательные напряжения на допускаемые.
d П  3 8  k  P  DП /   доп  м
(3.13)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 30 из 117
Вопросы для самопроверки к теме 4
1. Что называется гомогенизацией молока?
2.
Лекция 10. Общие сведения о процессе сепарирования. Классификация
молочных сепараторов.
Сепарирование – это процесс разделения неоднородных жидкостей в поле
действия центробежных сил на машинах, которые называются сепараторы.
Жидкости могут быть однородными и неоднородными. Примером однородной жидкости служит обычная вода. Чистая вода практически неразделима.
Неоднородные жидкости,
 состоящие как минимум из двух фаз, отличающихся друг от друга
разными значениями плотности,
 разделяются как в поле действия гравитационных, так и центробежных сил.
Однако скорость разделения в поле действия гравитационных сил значительно ниже, чем в поле действия центробежных сил.
В молочной промышленности разделению подвергаются такие неоднородные жидкости как:
- молоко (на сливки – легкую фазу и обрат - тяжелую фазу, либо чистое
молоко и загрязнения);
- сливки (на высокожирные сливки и пахту);
- сквашенное обезжиренное молоко (на мягкий творожный сгусток и сыворотку) и т.д.
В теории сепарирования неоднородные жидкости принято различать на так
называемые суспензии и эмульсии.
 Суспензия - это неоднородная жидкость, состоящая из двух фаз, причем одна из них является общей или внешней и представляет собой
жидкость, а другая является внутренней и представляет собой (условно) твердое вещество.
 Эмульсия в отличие от суспензии состоит как минимум из двух фаз,
обе из которых являются жидкими.
Природа некоторых пищевых жидкостей настолько сложна, что их нельзя
отнести к какому-то конкретному типу. Обычное молоко в одном случае рассматривается как суспензия, а в другом как эмульсия, например:
- если сепарировать молоко с целью его очистки от грязи (сепараторной
слизи или шлама) на сепараторах молокоочистителях, то молоко – сус-
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 31 из 117
пензия состоящая из двух фаз – чистое молоко и загрязнения (или шлам
или сепараторная слизь);
- если же сепарировать молоко на разделителе, то оно – эмульсия, состоящая также из двух фаз – сливок и обрата.
Главным фактором при любом виде разделения является
 неравенство плотностей фаз, составляющих неоднородную жидкость
или неоднородную систему.
Неоднородная жидкость разделима лишь в том случае,
 если плотность одной фазы не равна плотности другой,
 т.е. одна фаза является относительно легкой, а другая более тяжелой,
и между ними существует т.н. разность плотностей.
Разность ( 1 - 2) плотностей называют
 движущей силой или разностью потенциала процесса сепарирования.
Сепарирование было предложено во второй половине 19 века в Швеции талантливым инженером Густавом Лавалем.
Классификация молочных сепараторов
I. По производственному назначению они подразделяются:
- на сливкоразделители и сепараторы для получения высокожирных сливок;
- молокоочистители;
- сепараторы – нормализаторы, т.е. сепараторы, приводящие молоко к
стандартному по жирности виду (1,6 или 2,5 %);
- сепараторы – кларификсаторы, т.е. сепараторы – гомогенизаторы, предназначенные для выделения из молока наиболее мелких жировых шариков;
- сепараторы – бактофуги, т.е. сепараторы, предназначенные для выделения из молока бактерии, либо сепараторы для осуществления холодной (механической) пастеризации молока;
- сепараторы для выделения белкового сгустка (мягкого диетического
творога), или т.н. сепараторы для обезвоживания творожного сгустка.
II. По способу ввода исходного сырья и вывода продуктов сепарирования:
- открытые;
- полузакрытые (полугерметические):
- закрытые (герметические) сепараторы.
III. По способу выгрузки осадка из шламового пространства:
- сепараторы с ручной выгрузкой осадка;
- сепараторы с центробежной выгрузкой осадка или саморазгружающиеся сепараторы;
В свою очередь, саморазгружающиеся разделяются:
- на сепараторы с непрерывной выгрузкой осадка;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 32 из 117
- и сепараторы с пульсирующей выгрузкой осадка.
К саморазгружающимся сепараторам с непрерывной выгрузкой осадка относятся: - бактофуги и творожные сепараторы.
К саморазгружающимся сепараторам с пульсирующей выгрузкой осадка: сливкоразделители и молокоочистители.
Лекция 11. Особенности конструкций открытых и полузакрытых
сепараторов
Современный жидкостный сепаратор состоит из следующих основных узлов:
- станина, на которой и внутри которой установлены все узлы;
- привод;
- приёмно – отводящее устройство;
- и барабан (ротор) или сепарирующее устройство.
Станины большинства молочных сепараторов всех назначений:
 чугунные литые в форме чаши. Внутри станины устанавливается
привод барабана.
Основное назначение привода
 обеспечить плавный, постепенный разгон барабана сепаратора до
рабочих чисел оборотов порядка 5,0 – 6,0 и даже больше тысяч оборотов в минуту.
Рис Кинематическая схема сепаратора
Привод состоит, как правило,
 из фланцевого электродвигателя, фрикционной муфты, горизонтального и вертикального валов и винтовой передачи.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 33 из 117
У большинства сепараторов привод устроен по такой схеме, хотя и есть
некоторые отклонения.
Например, сливкоразделитель СОМ-3-1000 имеет в приводе дополнительно клиноременную передачу.
В 70 – 80 годы ХХ века были предложены т.н. бесприводные или беспередаточные сепараторы. У этих сепараторов вместо электродвигателя расположен
только статор, а роль ротора (якоря) выполняет сам барабан сепаратора.
Причем в центре барабана установлен не вал, а полая трубчатая ось, по которой в барабан подается исходная жидкость, и по которой же удаляются продукты сепарирования. Барабан вращается на подшипниках, установленных на
полой оси.
Для того чтобы барабан вращался с необходимым числом оборотов, в статор подается электрический ток повышенной частоты. Поэтому подобные сепараторы комплектуются преобразователями частоты тока.
Рис Приемно-отводящее устройство сепаратора ОСД-500
Следующий узел сепаратора – приёмно-отводящее устройство.
У молокоочистителя оно предназначено:
- для ввода цельного неочищенного молока в барабан;
- и вывода очищенного цельного молока из последнего.
У сливкоразделителя оно выполняет три функции:
- ввод цельного молока в барабан;
- вывод сливок;
- и вывод обезжиренного молока из барабана.
Для ввода молока в барабан открытых и полузакрытых сепараторов в верхней части сепаратора имеется:
 приемная воронка, в которой установлен пустотелый поплавок.
Поплавок предназначен для поддержки определенного уровня молока в воронке. На днище воронки имеется центральная трубка. Она входит в тарелко-
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 34 из 117
держатель барабана. По этой трубке не очищенное цельное молоко попадает
внутрь тарелкодержателя барабана.
Вывод очищенного молока из барабана открытого молокоочистителя производится
 через отверстия в крышке основания барабана.
Очищенное молоко поступает в приемник, выполненный в виде двустенного полого усеченного конуса.
Полость между двумя стенками приемника предназначена для приема очищенного цельного молока. Из приемника очищенное молоко поступает самотеком во флягу либо другую подобную емкость.
Сливкоразделители имеют приемник, выполненный в виде трехстенного
полого усеченного конуса. Такой приемник имеет две полости расположенные
одна над другой. Верхняя полость предназначена для приема сливок, нижняя –
для обезжиренного молока.
Рис. Схемы барабанов разделителей и очистителей
Основной узел сепаратора – барабан. Несмотря на обилие конструкций сепараторов для барабанов характерны общие конструктивные признаки.
Барабаны открытых и полузакрытых сепараторов–очистителей и разделителей с ручной выгрузкой осадка состоят
 из основания имеющего форму цилиндра и конической крышки.
Эти две основные детали барабана соединяются
 посредством большой гайки, а стык между ними надежно герметизируется посредством резинового уплотнения.
Примерное соотношение между диаметром основания и общей высотой
крышки и основания составляет примерно 1:1.
В центре днища основания имеется прилив с коническим отверстием. Основание барабана посредством этого отверстия посажено на вертикальный вал
привода сепаратора.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 35 из 117
Внутри основания барабана установлен
 держатель конических тарелок.
Держатель тарелок имеет форму перевернутой воронки. На держателе молокоочистителя в нижней части образующей конуса имеются питательные отверстия, предназначенные для подачи неочищенного молока в пространство
между кромкой пакета тарелок и внутренней стенкой.
Это пространство носит название шламового или периферийного либо грязевого пространства. Вначале весь поток сырого молока поступает в шламовое
пространство.
Процесс очистки где-то на 80 % происходит именно здесь. Загрязнения
(шлам) перемещаются к вертикальной внутренней стенке основания барабана и
откладываются на ней.
Частично очищенное молоко через наружную кромку пакета тарелок проникает внутрь пространств между тарелками. Здесь происходит окончательная
очистка молока.
Полностью очищенное молоко движется к центру барабана. Далее оно поступает в зазор между тарелкодержателем и внутренней кромкой пакета и движется:
- к отверстиям выгрузки – в открытых сепараторах;
- либо к напорному диску в полузакрытых сепараторахмолокоочистителях.
Тарелки молокоочистителя установлены на держателе с зазором до 2 мм.
Этот зазор образован радиальными планками, приваренными на боковой поверхности тарелок. На тарелках очистителей нет отверстий.
В полузакрытых очистителях, дополнительно в верхней части крышки барабана имеется т.н.
 напорная камера.
В ней установливается:
 неподвижный напорный диск, внутри которого имеются криволинейные каналы для удаления очищенного молока.
Этот диск по конструкции напоминает крыльчатку центробежного насоса.
Очищенное молоко под напором поступает в каналы этого диска, двигаясь при
этом от периферии к центру барабана, и по зазору между трубкой диска и трубкой приемно-отводящего устройства удаляются из барабана сепаратора.
В разделителях поток сырого молока поступает в тарелкодержатель. В конической части тарелкодержателя имеются 3 либо 4 отверстия, которые совпадают с отверстиями на боковой поверхности тарелок.
Эти три отверстия расположены примерно на 1/3 длины образующей конуса
от меньшего радиуса под углом в 1200 друг относительно друга, а в сепараторах большой производительности четыре отверстия под углом в 900.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 36 из 117
Вместе эти отверстия образуют питательные вертикальные каналы, по которым цельное молоко растекается в зазорах между тарелками. В каждом зазоре образуется два потока:
- первый направлен к оси вращения сепаратора – поток сливок, причем
он движется вдоль верхней поверхности тарелки;
- второй направлен к периферии барабана – поток обезжиренного молока,
при этом он движется вдоль нижней поверхности тарелки.
Тарелки сливкоразделителя устанавливаются с зазором до 0,45 мм. Зазор
между тарелками образован с помощью шипов в виде небольшого цилиндрика.
Верхняя тарелка носит название разделительной тарелки. Она в отличие от
нижних тарелок не имеет питательных отверстий. В верхней её части приварен
цилиндрический стакан, а на боковой поверхности – три разделительных ребра.
Поток сливок, вытекая из каждого зазора между тарелками, попадает в зазор между внутренней кромкой пакета тарелок и тарелкодержателем.
Далее сливки, поднимаясь по этому зазору, попадают в пространство под
разделительной тарелкой и вытекают через отверстия в приемник сливок.
Поток обезжиренного молока, также вытекая из каждого зазора между тарелками, попадает в шламовое пространство, и далее в зазор между разделительной тарелкой и крышкой барабана.
Удаление обезжиренного молока в соответствующий приемник происходит
через отверстия в крышке барабана сепаратора.
В барабанах полузакрытых сливкоразделителей имеются две напорные камеры, расположенные одна над другой, причем:
 верхняя камера предназначена для удаления обезжиренного молока,
 нижняя – сливок, при этом они удаляются не в приемники, а в закрытые трубопроводы.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 37 из 117
Лекция 12. Особенности конструкций саморазгружающихся сепараторов
Основной недостаток открытых и полузакрытых сепараторов заключается в
необходимости
 периодической остановки сепаратора для ручного удаления из барабана осадка (загрязнений иди шлама).
Этого недостатка лишены саморазгружающиеся сепараторы. Они могут работать безостановочно в течение смены. В молочной промышленности используются два вида таких сепараторов:
- с пульсирующей выгрузкой осадка;
- и непрерывной выгрузкой осадка через сопла.
Сепараторы с непрерывной выгрузкой через сопла используются:
- для удаления бактерий из молока – бактофуги (бактериофуги);
- и для обезвоживания творожного сгустка – творожные сепараторы.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 38 из 117
Творожный сепаратор с непрерывной выгрузкой отличаются от открытых
рядом конструктивных признаков:
- основание барабана имеет биконическую (сдвоенную коническую)
форму, т.е. внутренние боковые стенки основания выполнены под углом 45 – 500;
- такая форма стенок основания позволяет осадку (творожному сгустку)
легко скользить к соплам установленным на вершине конического основания;
- как правило, творожные сепараторы имеют 4 сопла с маленькими отверстиями диаметром 0,4-0,6 мм, через которые постоянно выгружается
творожный сгусток;
- приемно-отводящее устройство этого сепаратора имеет одну напорную
камеру с установленным в ней одним напорным диском, который придает напор удаляемой из барабана творожной сыворотке;
- пакет тарелок по конструкции схож с молокоочистительным пакетом.
Сепараторы бактофуги по конструкции похожи на творожные сепараторы.
Сопла их имеют меньшие диаметры - 0,1 мм. Через эти сопла в этих сепараторах выгружается концентрат бактерий. Числа оборотов их барабанов на 10%
больше чем у сепараторов молокоочистителей.
Саморазгружающиеся сепараторы с пульсирующей выгрузкой осадка (очистители и разделители) имеют следующие конструктивные и эксплуатационные
отличия:
- основания барабанов этих сепараторов выполнены биконическими;
- на вершине конического основания имеются удлиненные отверстия –
окна для выгрузки, скапливающегося в шламовом пространстве осадка
– грязи;
- внутри основания барабана установлена деталь, которая называется
кольцевым поршнем;
- этот кольцевой поршень по форме соответствует внутренней части основания барабана, т.е. боковые стенки поршня также наклонены под углом 45 – 500, что способствует легкости перемещения осадка к окнам
для выгрузки;
- поршень установлен с возможностью осевого перемещения вверх-вниз;
- когда поршень находится в верхнем положении, – он перекрывает окна
для выгрузки осадка;
- при перемещении в нижнее положение поршень открывает окна и скопившийся в шламовом пространстве осадок под воздействием центробежной силы выбрасывается из барабана;
- перемещение поршня вверх осуществляется под влиянием давления создаваемой т.н. буферной жидкостью;
- когда поршень находится в верхнем положении - эта буферная жидкость (вода) подается форсункой в пространство между нижней поверхностью поршня и внутренней поверхностью основания барабана;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 39 из 117
- при сбросе буферной жидкости из этого пространства поршень перемещается вниз;
- сброс буферной жидкости осуществляется с помощью специального
клапана.
С помощью этого клапана и системы автоматики эти сепараторы настраиваются на пульсирующий режим. При этом поршень на очень малые промежутки времени опускается вниз и вновь поднимается вверх, т.е. как бы пульсирует. Окна при этом открываются и вновь закрываются, но этого достаточно
для выброса осадка из шламового пространства. Причем осадок не успевает
скопиться в большом количестве.
Лекция 13. Основы теории процесса центробежного разделения
Одним из наиболее важных параметров при расчете сепараторов является
расчетный диаметр жирового шарика (d), выделившегося из молока и содержание жира (ж) в обезжиренном молоке.
Точной зависимости между ними не установлено, поэтому при расчетах
можно ориентироваться на экспериментальные данные (Бремер, Лукьянов,
Аболмасов) либо использовать для аналитического расчета эмпирическую
формулу В.Д Суркова. По Суркову, содержание жира в обрате:
ж = 0,04 (d - 0,5)
или диаметр шарика
d = (ж / 0,04) + 0,5
, %
, мкм
(1)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 40 из 117
Наиболее совершенные современные жидкостные сепараторы обеспечивают содержание жира в обрате от 0,04 до 0,02 %. Минимальный же диаметр
жирового шарика выделяемого из молока примерно составляет 1,0 – 2,0 мкм.
Комплекс величин, характеризующих жидкую систему (суспензию или
эмульсию) и ее способность отстаиваться в гравитационном или центробежном
поле, называют в теории процесса сепарирования разделяемостью жидкой системы.
 = (1 - 2 ) d 2 / 18 
,c
(2)
d - диаметр расчетного шарика, м, ( 1 мкм = 1·10-6 м);
(1 - 2) - разность плотностей фаз, кг/м3;
 - динамическая вязкость среды, Па·с.
При расчете процесса большое значение приобретает так называемый средний логарифмический радиус от оси вращения, на котором факторы, характеризующие процесс сепарирования, имеют среднее значение.
Rср = (Rб - Rм) / ln Rб / Rм
,м
(3)
Rб , Rм- больший и меньший радиусы тарелки, м.
Зная средний логарифмический радиус, можно определить другие параметры процесса, первым из которых является скорость выделения сливок. Скорость перемещения частиц, или скорость всплытия жировых шариков, составляющих легкую фазу, либо скорость выделения сливок можно определить по
так называемой формуле Стокса:
 = 2 Rср d2 (1- 2) / 18
,м/с
- угловая скорость барабана, рад/с, (=2 n)
n - частота вращения барабана сепаратора, об/с
2 Rср - ускорение центробежного поля, м/с2;
d - диаметр жирового шарика, м;
(1- 2) - разность плотностей тяжелой и легкой фаз, кг/м3;
 - динамическая вязкость продукта, Па*с;
 - скорость выделения жировых шариков из молока, м/с.
(4)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 41 из 117
Скорость движения жировых шариков между тарелками складываются из
двух скоростей:
- скорости всплывания , и - скорости потока vп.
Скорость потока уменьшается по мере удаления от оси вращения барабана,
так как увеличивается сечение потока.
Скорость всплывания  при удалении от оси вращения возрастает, так
как увеличивается радиус вращения, вместе с тем увеличивается и центростремительное ускорение.
Вследствие этого направление скорости движения жирового шарика изменяется в сторону оси вращения. В результате жировые частицы в межтарелочном пространстве перемещаются от нижней поверхности одной тарелки к верхней поверхности другой. Скорость потока определяется:
vп = М д о / z 2 Rср h
,м/с
(5)
М д.о - действительная производительность сепаратора, м3/с;
z - количество тарелок;
2 Rср - длина окружности кольцевой щели , м
h - расстояние между тарелками, м
Движение молока в межтарелочных пространствах должно быть спокойным
(ламинарным). При повышенном биении барабана, неровных поверхностях тарелок ламинарный режим потока нарушается. Кроме того, изменяется процесс
всплытия жировых шариков. Мелкие шарики не выделяются и попадают в
обезжиренное молоко (обрат).
Характер течения жидкости в межтарелочном пространстве определяется
по критерию Рейнольдса
Re = vп. dэкв./ =vп.2h/
Один из значимых показателей в теории сепарирования является фактор
разделения.
Фактор разделения или центробежный критерий Фруда есть отношение
центробежного ускорения к ускорению свободного падения.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 42 из 117
Он показывает степень интенсивности процесса разделения происходящего
в барабане сепаратора.
Fr = 2 R / g
(9)
Другой важный параметр - разделяющий фактор. Это есть совокупность
конструктивно-механических параметров сепаратора:
F= 2  2 z (R3б -R3м) tg  / 3 Мд.о
(10)
М д.о. - объемная действительная производительность, м3/с;
- остальные обозначения раскрыты выше
Объемная теоретическая производительность сепараторов может быть
определена по формуле Н.Я. Лукьянова выведенной на основании первой стадии движения жирового шарика в зааоре между тарелками:
М т о = 2 2z g (R3б- Rм3) d2 (1 - 2) / 54  ,м3/с
(11)
Здесь, и далее в последующих формулах:
 - угловая скорость барабана сепаратора, рад /с;
z- количество тарелок, шт;
- угол наклона тарелки, 500 - 550 ( g500 = 1,192: g550 =1,428)
(Rб- Rм) - разность между большим и меньшим радиусами тарелки, м;
d - диаметр жирового шарика, м; (1,0 - 1,5 мкм, т.е. 1.0 - 1,5 * 10-6м)
(1 - 2) - разность плотностей фаз, кг/м3 ;
- динамическая вязкость среды, Па*с .
Либо, если провести некоторые математические преобразования, а именно,
2 / 54 = 0,116; то теоретическую производительность сепаратора можно определить по формуле проф. Г.И. Бремера:
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 43 из 117
М т о = 0,116 2z g (R3б- Rм3) d2 (1 - 2) /  , м3/с
(12)
Однако, расчет по этим зависимостям несколько неудобен тем, что размерность производительности весьма мала. Поэтому для расчета можно использовать иные формулы, полученные в результате преобразования предыдущих.
Так, весьма широко в технической и научной литературе (Липатов, Волчков, Лукьянов) встречается формулы:
М т о = 16540 n2 z g (R3б- Rм3) d2 (1 - 2) /  , м3 / час
(13)
М т о = 16,54 n2 z g (R3б- Rм3) d2 (1 - 2) /  , л / час
(14)
Эти формулы отличаются от предыдущих постоянными коэффициентами,
которые получены следующим образом:
- если учесть, что
= 2n, где n- число оборотов барабана в секунду, с-1;
и что 1 час = 3600 с,
в формуле (3) можно провести следующую замену
3600·2·(2)2 / 54 = 3600·6,28·4·3,1412 / 54 = 16540
Таким путем получен коэффициент формулы (13);
Поскольку, в 1 м3 содержится примерно 1000 л молока, разделив полученный постоянный коэффициент на 1000, получим коэффициент формулы (14)
16540 /1000 = 16,54
Однако, вопрос о производительности сепаратора рассматривался многими
исследователям. В результате в научно-технической литературе встречаются и
другие зависимости для расчета этого параметра.
Все эти зависимости весьма похожи друг на друга, но имеют отличия, в основном, в виде постоянных коэффициентов и размерностей параметров, входящих в эти формулы.
Поэтому, чтобы внести ясность в происхождение тех или иных зависимостей, продолжим их анализ.
Так Н.Я. Лукьянов (Теория и расчет молочных сепараторов М. Пищевая
промышленность, 1977. ) предлагает следующую зависимость для расчета теоретической производительности сепаратора:
М т о = 48 ·106 n2 z g (
3
б-
3
м )
d2 ,
Эта зависимость отличается наличием:
м3 / час
(15)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 44 из 117
- , - температуры молока в градусах Цельсия;
- и постоянным коэффициентом 48·106.
Происхождение этих параметров следующее:
- Лукьянов экспериментально установил, что
(1 - 2) / = 2900
- Если в формуле (5) умножить
16540·2900 = 47966000 = 48·106
Аболмасов Г.Ф. и др. в «Примеры и задачи по курсу технологическое оборудование молочной промышленности» М., Машиностроение,1966 приводят
следующую формулу
М т о = 121·104 2z g (R3б- Rм3) d2
м3 / час
(16)
Эта зависимость получена из формулы Бремера (4), с учетом экспериментальной поправки проф. Лукьянова:
0,116·3600·2900 = 1211040 = 121· 104
Однако, круг известных зависимостей для нахождения теоретической производительности сепаратора этим не ограничивается. Мы рассмотрели лишь
формулы выведенные из, так называемой первой стадии движения жирового
шарика в межтарелочном пространстве сепаратора сливкоразделителя, причем
не все, а только те из них где размерности всех параметров включенных в
формулу соответствует в основном системе СИ ,( -рад/с, -Па*с , -кг/м3, -м,
-м, ) или широко используются в расчетной практике ( -об/с, 0С) .
Лекция 14. Общая характеристика теплообменников молочной
промышленности
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 45 из 117
В молочной промышленности используются следующие виды тепловой
обработки молока:
- охлаждение (до температуры хранения 4-5 0С);
- нагревание (до оптимальной температуры сепарирования - примерно
30-40 0С);
- пастеризация (т.е. нагрев до 63 – 90 0С с последующей выдержкой при
этой температуре);
- стерилизация (т.е. нагрев до 110 – 140 0С без выдержки).
Основная цель тепловой обработки молока – обезвредить продукт в микробиологическом отношении и в сочетании с охлаждением предохранить его от
порчи в процессе хранения.
 Главными из этих видов тепловой обработки молока являются пастеризация (П) и стерилизация (С).
Нагревание до оптимальной температуры сепарирования в настоящее время
проводится как промежуточная операция при осуществлении (П) или (С).
Охлаждение же является конечной целью любого вида тепловой обработки,
т.е. после (П) или (С) молоко в обязательном порядке подвергается охлаждению.
Основой для техники и технологии обработки молока при температурах
ниже кипения послужили работы французского ученого Пастера.
По режимам (П) делится:
- на длительную (П), т.е. нагрев до 63 - 650 С при выдержке 30 минут;
- кратковременную (П), т.е. нагрев до 74 - 780 С при выдержке 20 секунд;
- моментальную (П), т.е. нагрев до 85 - 870 С без выдержки;
При проведении (П) не происходит полного уничтожения микрофлоры молока:
 вегетативные (болезнетворные) микроорганизмы погибают полностью,
 а термофильные погибают частично,
 часть же из них лишь инактивируются, т.е. теряют способность к размножению.
При стерилизации погибают все виды микроорганизмов.
Классификация аппаратов
для охлаждения, нагрева и пастеризации молока
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 46 из 117
I.
По производственному назначению.
1. Охладители. 2. Нагреватели.3. Регенераторы.
4. Аппараты комплексной тепловой обработки молока (Пастеризационноохладительные и стерилизационно-охладительные установки).
II.
По структуре рабочего цикла.
1. Периодически действующие аппараты.
2. Непрерывно действующие аппараты.
III. По виду тепло и хладоагента.
1. Обогреваемые горячей водой.
2. Обогреваемые паром.
3. Охлаждаемые холодной водой.
4. Охлаждаемые рассолом.
По взаимному направлению движения жидкостей обменивающихся теплом.
1. Противоточные. 2. Прямоточные. 3. Перекрестно-поточные.
4.Смешанного тока.
IV.
V.
По конструкции теплопередающей поверхности.
1. Рубашечные емкостные (ванны и т.п.) и рубашечные с мешалками.
2. Змеевиковые.
3. Пластинчатые.
4. Трубчатые.
5. Оросительные – (устаревшие).
VI. По количеству рабочих органов или секций
1. Одноцилиндровые.2 . Двухцилиндровые. 3. Многосекционные.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 47 из 117
Лекция 15. Основные требования к теплообменникам молочной промышленности. Особенности пластинчатых и трубчатых теплообменников
Ко всем без исключения теплообменникам можно отнести следующие основные требования:
- Разделяющие поверхности должны быть герметичными.
- Теплоизоляция должна предохранять наружные поверхности от нагрева
выше 30 – 35 0С и охлаждения ниже 10 – 15 0С.
- Теплообменники должны быть снабжены приборами контроля и автоматического регулирования температур продукта, теплоносителя и
охлаждающей среды.
Основные конструктивные особенности пластинчатых
теплообменников.
В настоящее время основу
 охладителей, нагревателей,
 пастеризаторов или аппаратов комплексной тепловой обработки молока, сливок, смесей мороженого
 составляют пластинчатые теплообменники.
Они получили широкое распространение в промышленности.
- Достоинством их является универсальность.
- В одном аппарате можно выполнять весь комплекс тепловой обработки
и даже раздельно подвергать тепловой обработке два и более разных
продукта.
- Пластинчатый аппарат в случае необходимости может быть легко перекомпонован с целью изменения теплового режима.
Достоинствами пластинчатых аппаратов являются:
 большая производительность при сравнительно небольших габаритах,
 отсутствие движущихся деталей, непрерывность потока продукта,
 небольшой температурный перепад (3-4 0С) между теплоносителем и
продуктом
 и, вследствие этого, сравнительно незначительный пригар на пластинах
 и, одно из главных достоинств, возможность легкой регенерации тепла.
Следует также отметить, что для пластинчатых аппаратов характерны небольшие скорости потока, что:
- позволяет, с одной стороны, использовать их для тепловой обработки
сравнительно вязких молочных продуктов;
- а с другой стороны вызывает необходимость искусственной турбулизации потока с помощью рифлей на пластинах.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 48 из 117
Но наряду с достоинствами им свойственны и недостатки, а именно, большое количество резиновых прокладок.
В результате:
- в аппарате возможны относительно невысокие давления, поскольку в
противном случае возникает вероятность утечек продукта;
- возможен износ этих прокладок;
- возникают определенные ограничения по термоустойчивости прокладок, поскольку температура в аппарате не может быть более 140 0С.
Конструктивные особенности трубчатых
теплообменников.
Трубчатые теплообменники занимают второе место по значимости в молочной промышленности. Как правило, они используются для (П) молока и
сливок.
Эти теплообменники отличаются
 простотой конструкции
 и минимальным количеством резиновых прокладок, что исключает
возможность протечек молока.
Для них характерны высокие скорости движения потока (до 3,0 м/с), что
позволяет получить высокий уровень турбулентности, а, следовательно, и
большие значения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.
Однако, им характерен и ряд недостатков:
- так они более габаритны по сравнению с пластинчатыми аппаратами
одинаковой производительности;
- у них, как правило, отсутствует регенерация тепла, что заставляет использовать их там, где не требуется охлаждать продукт, например при
пастеризации высокожирных сливок;
- для чистки и мойки труб необходима свободная площадь около аппарата, поскольку мойка проводится при помощи ерша;
- нагрев молока осуществляется в толстом слое, что способствует интенсивному образованию пригара в трубах.
Наиболее распространенным является
 двухцилиндровый трубчатый пастеризатор.
Он состоит из двух одинаковых горизонтальных цилиндров, установленных
один над другим.
В цилиндрах имеются две трубные решетки, в которых установлены трубки. Все трубки соединены между собой так, что молоко последовательно перетекает
 из первой трубки во вторую, затем в третью и т.д.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 49 из 117
В передней решетке первая трубка установлена в круглое отверстие.
Сливки текут по этой трубке
 от передней решетки к задней.
В задней же решетке эта трубка соединяется со второй трубкой эллиптическим отверстием-пазом.
Поэтому сливки во второй трубке
 текут в обратную сторону, т.е. от задней решетки к передней решетке.
Здесь вторая трубка соединена с третьей таким же эллиптическим отверстием-пазом,
 поэтому направление потока сливок вновь меняется, т.е. они текут от
передней к задней решетке.
Таким образом, сливки каждый раз меняя направление течения, последовательно протекают по всем 24 трубкам нижнего цилиндра, а затем и верхнего
цилиндра.
В межтрубное же пространство цилиндра подается пар или горячая вода.
Рекомендуемая литература.
1. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование
молочной промышленности». М. «Легкая и пищевая промышленность», 1983. –
431с.
2. Аболмасов Г.И. «Примеры и задачи по курсу технологического оборудования молочной промышленности». 1966 г.
3. Томбаев Н.И. «Справочник по технологическому оборудованию предприятий
молочной промышленности». 1972 г. – 295 с.
4. Липатов Н.Н. «Руководство к лабораторным и практическим занятиям по
курсу технологического оборудования предприятий молочной промышленности». 1988 г. – 100 с.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 50 из 117
Лекция 16. Пластинчатые установки для пастеризации молока
Рисунок. Схема пластинчатой установки для пастеризации молока.
Промышленность оснащена, в основном, установками российского производства. Каждая из них предназначена для определенного продукта и имеет соответствующую маркировку.
Например, для пастеризации:
 питьевого молока: ОПУ-3М, ОП2У-5, ОПУ-10, ОПУ-15.
Все они предназначены для пастеризации молока при 74-78 0С с кратковременной выдержкой в течение 15-20 секунд;
 пастеризации молока при последующем производстве кисломолочных
продуктов ОПЛ-5, ОПЛ-10;
 сливок ОП1-У1, ОП1-У2;
 смесей мороженого ОПЯ-1,2; ОПЯ-2,5;
 сливок и нормализованного молока ОПН-5.
Все пластинчатые установки в принципе весьма схожи. Отличия состоят
лишь
 в температурных режимах, количестве секции, конструкциях выдерживателей, наличии или отсутствии гомогенизаторов, размерах и габаритах
и т.п.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 51 из 117
Так, например, в состав пластинчатой установки для пастеризации питьевого молока входит:
1. Уравнительный бак с поплавковым регулятором уровня.
2. Центробежный насос для молока.
3. Регулятор равномерности потока или стабилизатор потока.
4. Пластинчатый теплообменный аппарат.
5. Сепаратор для очистки молока.
6. Трубчатый выдерживатель.
7. Перепускной клапан или клапан возврата.
Установка работает следующим образом:
Сырое молоко поступает в уравнительный бак с поплавковым регулятором
уровня 1. В этом баке постоянно поддерживается определенный уровень молока.
Далее центробежным насосом 2 молоко через стабилизатор потока 3
направляется
 в первую секцию регенерации аппарата 4.
Здесь молоко нагревается до оптимальной температуры сепарирования (35
– 40 0 С) и далее поступает в сепаратор-очиститель 5.
После сепаратора очищенное от грязи молоко под напором, создаваемым
напорным диском сепаратора-очистителя, направляется
 во вторую секцию регенерации пластинчатого аппарата.
Здесь оно нагревается до 55 – 60 0 С.
Затем молоко направляется
 в секцию пастеризации, где нагревается за счет тепла горячей воды
до температуры пастеризации.
После пастеризации молоко поступает в трубчатый выдерживатель 6 для
выдержки и затем вновь в секции регенерации, но уже в качестве греющей
среды.
 То есть в секциях регенерации пастеризованное молоко отдает тепло
на нагрев сырого молока и само при этом охлаждается.
Затем молоко последовательно поступает
 в секции водяного и рассольного охлаждения, где окончательно
охлаждается до 4 – 5 0С.
На выходе из пластинчатого теплообменника молоко поступает в перепускной клапан и затем на разлив.
Конструкции отдельных узлов и аппаратов входящих
в состав пластинчатых установок.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 52 из 117
Уравнительный бак. Он представляет собой вертикальный цилиндрический
сосуд с поплавковым регулятором уровня. В баке поддерживается определенный уровень молока. В результате работы насоса уровень молока в баке понижается, поплавок при этом приоткрывает кран подачи, и бак вновь заполняется
молоком.
Стабилизатор потока, или регулятор равномерности потока.
Он предназначен для обеспечения равномерности подачи молока в пластинчатый аппарат. Связано это с тем, что в ряде секций аппарата на стенках
пластин может возникать т.н. пригар.
В результате зазор между пластинами, в котором течет молоко, уменьшается. Следовательно, увеличиваются гидравлические сопротивления течению
среды.
Стабилизатор же потока в этом случае уменьшает величину гидравлических
сопротивлений, за счет увеличения живого сечения окна для протока среды.
Пластинчатый теплообменник.
Он состоит:
- либо из двух вертикально установленных стоек (в аппаратах производительностью от 3,0 до 5,0 тыс. литров);
- либо из трех вертикально установленных стоек (в аппаратах большей
производительности).
Одна из вертикальных стоек
 является главной (т.е. опорной).
Вторая стойка или две другие
 являются вспомогательными (т.е. нажимными).
В аппаратах большей производительности вспомогательные стойки ставятся по обе стороны от главной стойки.
Между ними параллельно друг другу установлены
 верхняя и нижняя горизонтальные штанги.
Верхняя штанга служит
 для подвески секций гофрированных пластин.
Нижняя штанга
 является направляющей для пластин.
В состав пластинчатого теплообменника для пастеризации питьевого молока входит пять секции:
- первая секция регенерации (рекуперации);
- вторая секция регенерации (рекуперации);
- секция пастеризации;
- секция водяного охлаждения;
- секция рассольного охлаждения.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 53 из 117
Пластины могут быть двух типов:
- сетчато-поточные (типа АГ-2);
- ленточно-поточные (П-1, П-2, П-3).
Сетчато-поточные пластины:
 имеют гофры по рисунку напоминающие «ёлочку»,
Ленточно-поточные пластины:
 имеют горизонтальные гофры.
В четырех углах пластины расположены угловые отверстия.
По периферии пластины в специальные канавки вложена большая резиновая прокладка.
Эта прокладка ограничивает (оконтуривает) канал для потока среды (молока).
Канал для протока среды охватывает
 одно верхнее
 и одно нижнее отверстия (из четырех), т.е. два угловых отверстия и
гофрированное пространство между ними.
Среда течет в зазоре между двумя соседними пластинами.
Два других угловых отверстий ограничены малыми кольцевыми резиновыми прокладками.
Эти резиновые прокладки после сжатия пластин образуют две изолированные друг от друга системы:
- одна система предназначена для нагреваемой среды;
- вторая – для охлаждаемой среды.
В собранном виде пластины группируются в секции. Между секциями
установлены т.н. промежуточные плиты.
После сборки нажимными стойками все секции посредством винтов прижимаются к главной стойке.
Трубчатый выдерживатель. Он служит для выдержки молока при температуре пастеризации в течение 15-20 секунд.
По конструкции это, как правило, труба диаметром 75 мм, объем которой
рассчитан так, чтобы время прохождения молока было равно времени выдержки, т.е., τ = Vвыд/ Мсек.
Определив объем, можно рассчитать длину выдерживателя.
Перепускной клапан (клапан возврата). Он устанавливается после секции
пастеризации.
Он предназначен для автоматического переключения потока молока на повторную пастеризацию, если температура молока по каким-то причинам снижается.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 54 из 117
Помимо этих узлов в состав установки входит т.н. станция подготовки горячей воды, состоящая из водяного насоса, инжектора, и бойлера. Она служит
для подготовки горячей воды.
Инжектор. Вода, отдав тепло, в секции пастеризации несколько охлаждается и поступает в инжектор.
В инжекторе пара смешивается с горячей водой, циркулирующей между
бойлером и секцией пастеризации.
Пар, смешиваясь с водой, конденсируется и нагревает воду на 3-5 0С выше,
чем температура пастеризации молока.
Рисунок. Станция приготовления горячей воды.
Бойлер. Он служит для приема воды после ее нагрева в инжекторе и удаления ее излишков.
Для этого в центре бойлера установлена вертикальная переливная труба.
Т.е. вода в бойлере поднимается до уровня этой трубы.
Кроме того, в бойлере происходит выравнивание температуры отдельных
струек воды.
Секции пастеризации и рассольного охлаждения оснащены также т.н. регулировочными клапанами.
Они предназначены для автоматического регулирования подачи пара или
рассола.
В установках обычно применяются два клапана. Конструкции их одинаковы для всех видов пастеризационных установок.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 55 из 117
Лекция 17. Пластинчатые установки для пастеризации молочных
продуктов
Пластинчатые установки используются также для пастеризации и других
молочных продуктов.
1. Установки ОПЛ-5 и ОПЛ-10, для обработки молока при производстве
кисломолочных продуктов а также сыра.
На этих установках выполняются:
- нагрев в секции регенерации до 50 –55 0С;
- очистка молока на сепараторе-очистителе;
- пастеризация при заданной температуре;
- выдержка в течение 5 минут;
- гомогенизация молока;
- охлаждение до 20 – 35 0С.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 56 из 117
Рисунок. Выдерживатель установок ОПЛ и ОПЖ.
Отличия состоят
 в конструкции выдерживателя, бойлера и теплообменника.
Выдерживатели этих установок и установок для стерилизации молока имеют одинаковую конструкцию:
- основу выдерживателя составляет вертикальный цилиндрический бак
емкостью 450 литров с конической разъемной крышкой и коническим
неразъемным днищем;
- бак имеет две цапфы и устанавливается на двух вертикальных стойках с
возможностью опрокидывания;
- на крышке бака установлен кран для выпуска воздуха и соковых паров;
- внутри наружного бака находится внутренний меньший по диаметру и
высоте второй, открытый сверху бак;
- в нижней части наружного бака имеется штуцер, установленный с боку;
- внутренний бак также снабжен в нижней части штуцером, расположенным в центре аппарата.
Принцип действия выдерживателя заключается в следующем.
Молоко, нагретое до температуры пастеризации, поступает через нижний
штуцер во внутренний бак, переливается через край внутреннего бака в кольцевой зазор между баками, и вытекает через нижний боковой штуцер наружного
бака.
Устройство инжектора, уравнительного бака и клапанов такое же, как и в
установках для питьевого молока.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 57 из 117
Пластинчатый теплообменник этой установки имеет три секции:
- регенерации;
- пастеризации;
- и водяного охлаждения.
Секция рассольного охлаждения отсутствует, поскольку нет необходимости охлаждать молоко до 3–5 0С.
2. Установка ОПН-5 для пастеризации двух продуктов: сливок и нормализованного молока.
В этой установке происходят следующие операции:
- нагрев сырого молока до 60 0С в секции регенерации;
- очистка молока на сепараторе очистителе-нормализаторе;
- нормализация нагретого молока до жирности 3,2 % на сепараторе с одновременным выделением из него сливок жирностью 30 – 35 %;
- дальнейший нагрев нормализованного молока до 85 0С ±2 с последующим охлаждением до 4 0С;
- нагрев сливок до 90 0С ±2 с последующим охлаждением до 4 0С.
В связи с высокой температурой пастеризации молока в этой установке не
предусмотрена выдержка молока.
В аппаратурном плане в состав установки входит:
- уравнительный бак с регулятором равномерности потока;
- пластинчатый теплообменник;
- два сепаратора очистителя-нормализатора ОМА-Н-3М;
- бойлер, инжектор и центробежный насос для воды;
- перепускной клапан;
- два регулировочных клапана (на паропровод и рассолопровод);
Используемые в установке сепараторы-нормализаторы:
- во-первых, – очищают молоко,
- во-вторых, – нормализуют его до 3,2 %;
- в-третьих, – выделяют из молока сливки
- и далее, под давлением направляют эти два продукта в теплообменник.
Особенностью пластинчатого теплообменника является то, что он имеет две
секции пастеризации:
- одна – для моментальной без выдержки пастеризации нормализованного молока;
- вторая – для пастеризации сливок.
Рекомендуемая литература.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 58 из 117
1. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование
молочной промышленности». М. «Легкая и пищевая промышленность», 1983. –
431с.
2. Аболмасов Г.И. «Примеры и задачи по курсу технологического оборудования молочной промышленности». 1966 г.
4. Липатов Н.Н. «Руководство к лабораторным и практическим занятиям по
курсу технологического оборудования предприятий молочной промышленности». 1988 г. – 100 с.
5. Волчков И.И Теплообменники для молока и других молочных продуктов. М.
«Легкая и пищевая промышленность», 1983
Лекция 18. Классификация оборудования для стерилизации молока.
Стерилизацией называется процесс тепловой обработки молока при температуре до 140 0С с последующим быстрым охлаждением.
При стерилизации погибают все виды микроорганизмов находящихся в
молоке.
Оборудование для стерилизации молока классифицируются в зависимости
от способов стерилизации на две группы:
I.
Аппараты и установки для стерилизации молока в таре (стеклянных бутылках)
1. Автоклавы периодического действия.
2. Туннельные установки полунепрерывного действия.
3. Гидростатические стерилизаторы непрерывного действия.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 59 из 117
II.
Установки для стерилизации молока в потоке.
1. Аппараты поверхностного типа, с передачей тепла через разделяющую
стенку.
А) Пластинчатые аппараты.
Б) Трубчатые и змеевиковые аппараты.
2. Паро-контактные аппараты, в которых пар непосредственно смешивается с продуктом.
А) Инжекционные стерилизаторы, в которых пар подается в продукт.
Б) Инфузионные стерилизаторы, в которых молоко распыляется в среде
пара.
Согласно классификации стерилизация может проводиться:
- либо в одну ступень,
- т.е. в потоке с последующим асептическим разливом в тару
разового пользования;
- либо в две ступени,
- т.е. в начале в потоке при 140 0С
- и затем повторно после разлива в стеклянную тару при
температуре 110 -115 0С.
Наиболее прогрессивным способом стерилизации молока является стерилизация в т.н. УВТ- режиме (ультравысокотемпературном режиме) с последующей фасовкой молока в асептических условиях.
Лекция 19. Аппараты для стерилизации молока в таре.
Они используются для стерилизации молока разлитого в стеклянные бутылки и укупоренные металлической кронен-пробкой.
Бутылки с молоком
 помещают в сетчатые корзины (ящики), которые устанавливают в паровую камеру (стерилизатор или автоклав).
Стерилизаторы периодического действия - это
 горизонтально установленные цилиндрические или прямоугольные камеры.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 60 из 117
Рис Схема стерилизатора периодического действия.
Давление пара поступающего в стерилизатор составляет 4 – 6 кгс/см2 что
соответствует температуре около 140 – 160 0С.
С обоих торцов камера стерилизатора закрыта крышками. В нижней части
стерилизатора имеются перфорированные трубы для подачи пара, а в верхней
части установлены краны для выпуска воздуха.
В стерилизаторе корзины с бутылками молоко выдерживаются до 30 минут,
так чтобы вся масса молока в бутылке прогрелась до температуры стерилизации.
Цилиндрический стерилизатор прочнее, но в нем хуже используется внутреннее пространство.
Стерилизаторы туннельного типа полунепрерывного действия
 представляет собой горизонтальную камеру прямоугольного сечения.
 Вдоль тоннеля по полу камеры установлен транспортер.
Вход и выход тоннеля снабжены шторчатыми дверями. Тележки, на которых установлены корзины (ящики) с бутылками, разделены непроницаемыми
вертикальными стенками. Форма и размеры стенки соответствует форме и
площади сечения тоннеля.
1
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 61 из 117
Рис Схема стерилизатора туннельного типа
Таким образом, заполненный тоннель разделен стенками на отсеки.
 В первом отсеке бутылки снаружи орошаются водой.
 Во втором и третьем отсеке бутылки последовательно нагреваются горячим воздухом, подаваемым вентиляторами до 120 0С. Воздух при
этом нагревается в паровом калорифере.
 В последующих отсеках бутылки также за счет орошения охлаждаются
водой.
Применение горячего воздуха позволяет избежать полной герметизации камеры, как это сделано в автоклавах. Внутри камеры стерилизатора во время его
работа сохраняется атмосферное давление.
Аппараты для стерилизации молока в таре имеют немало недостатков.
Однако, самым пожалуй главным является то,
*…что они не могут обеспечить быстрый и равномерный нагрев молока в бутылке.
Чтобы уменьшить
 вредное воздействие выдержки молока при высокой температуре
 в Англии и Голландии был разработан и предложен фирмой «Сторк»
 способ двухступенчатой стерилизации.
Суть способа состоит в следующем:
- в начале молоко нагревается в потоке до 140 0С
- с выдержкой всего в 2-е секунды.
Затем молоко разливается в бутылки и стерилизуют при 110 –115 0С
- и выдерживают в течении 15-20 минут.
В состав установки для двухступенчатой стерилизации входит:
1. Уравнительный бак.
6. Выдеживатель.
2. Насос центробежный.
7. Охладитель.
3. Подогреватель двухсекционный.
8. Автомат для разлива молока в бу4. Гомогенизатор.
тылки.
5. Стерилизатор.
9. Гидростатический стерилизатор.
5
6
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 62 из 117
Рисунок. Схема двухступенчатой стерилизации молока фирмы «Сторк»
Молоко из уравнительного бака
 поступает с помощью центробежного насоса в трубчатый змеевиковый аппарат,
 где проходит секцию регенерации, нагреваясь при этом до 65 0С.
Затем молоко поступает в гомогенизатор. Далее молоко поступает
 во вторую секцию трубчатого змеевикового аппарата,
 где нагревается до 85 0С.
Далее молоко поступает в трубчатый стерилизатор, затем в выдеживатель,
далее в охладитель.
После охлаждения
 молоко поступает в автомат, где разливается в стеклянные бутылки,
 а затем в башенный гидростатический стерилизатор.
В нем проводится повторная стерилизация молока в бутылках.
Основу стерилизатора составляют
 две вертикальные камеры прямоугольного сечения установленные одна
в другой.
Наружная камера сверху открыта. Внутренняя камера сверху закрыта, а
снизу открыта и не доходит до дна наружной камеры.
В результате внутреннее пространство стерилизатора разделено на три
башни.
 Первая башня образована между стенками наружной и внутренней камер.
 Вторая башня образована между стенками внутренней камеры.
 Третья башня, как и первая, образована между стенками внутренней и
наружной камер.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 63 из 117
Рисунок. Принципиальная схема гидростатического стерилизатора.
В башнях установлен цепной транспортер с носителями бутылок. Бутылки в
носителях постоянно при движении транспортера занимают вертикальное положение. Транспортер совершает циклическое движение, т.е. движение с остановками. Во время остановок происходят операции по загрузке и выгрузке бутылок.
 Первая и третья башни заполнены водой и исполняют роль гидравлического затвора.
 Вторая башня заполнена паром.
Температурный режим в башнях:
- в первой башне молоко нагревается до 100 0С горячей водой;
- во второй башне молоко нагревается до 114-119 0С паром;
- в третьей башне происходит охлаждение бутылок с молоком водой.
Под башнями установлена ванна для охлаждения бутылок. Существуют
также стерилизаторы состоящие из четырех башен.
Лекция 20. Аппараты для стерилизации молока в потоке
Одними из аппаратов поверхностного типа для пастеризации с последующей стерилизацией молока является пластинчатые установки:
 А1-ОПЖ-5, А1-ОПЖ-10
В них происходит стерилизация молока без выдержки в закрытом потоке с
последующим охлаждением.
Их можно использовать только при асептическом разливе молока,
 т.е. для одноступенчатой стерилизации.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 64 из 117
На этих установках выполняются следующие операции:
- нагрев сырого молока до 40 0С;
- очистка молока на сепараторах очистителях;
- нагрев в секции пастеризации до 80 0С;
- выдержка в течение 5 минут;
- гомогенизация при давлении ΔР = 150 атм;
- стерилизация молока при нагреве до 137 0С;
- охлаждение молока в секциях регенерации и охлаждения до температуры 20 0С.
По конструкции установки состоят из таких же элементов что и предыдущие установки для пастеризации молока, однако, им свойственен ряд принципиальных отличий.
Они заключаются в том, что в состав установок включен
 гомогенизатор,
 и выдерживатель такой же, как в установках ОПЛ.
Пластинчатый теплообменник установки состоит из семи секции, а именно:
- I и II секции регенерации;
- секция пастеризации;
- III секция регенерации;
- секция стерилизации;
- секция водяного охлаждения;
- секция рассольного охлаждения
Паро-контактные установки для стерилизации молока в потоке.
К ним относятся инжекционные установки. Существует большое количество таких установок выпускаемых различными фирмами, например «АльфаЛаваль», «Сторк» и др.
В принципиальном же плане в состав паро-контактной установки входят:
1. Уравнительный бак.
2. Центробежный молочный насос.
3. Первый подогреватель.
4. Второй подогреватель.
5. Насос высокого давления.
6. Паро-контактный стерилизатор.
7. Вакуум-камера для охлаждения стерилизованного молока.
8. Асептический насос для молока.
9. Асептический гомогенизатор.
10 – Охладитель молока.
11- Конденсатор вторичного пара.
7
11
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 65 из 117
Рисунок. Схема паро-контактной инжекционной установки.
Молоко из уравнительного бака 1, центробежным насосом 2 направляется
 в первый трубчатый змеевиковый подогреватель, обогреваемый вторичным паром.
 Здесь молоко нагревается до 60 0С.
Далее молоко следует
 во второй трубчатый змеевиковый подогреватель, обогреваемый паром, поступающим из котельной, и нагревается до 75 0С.
Пар имеет давление от 300 до 600 кПа.
Далее молоко насосом высокого давления 5 направляется
 в паро-контактный стерилизатор 6,
 где смешивается с острым паром, поступающим из котельной.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 66 из 117
Рисунок. Схема инжекционного стерилизатора.
Рисунок. Схема инфузионного стерилизатора.
В результате, молоко, мгновенно нагревшись до температуры 140 0С, стерилизуется и далее поступает
 в вакуум-камеру 7.
 Здесь при пониженном давлении происходит вскипание молока при
76-77 0С.
При этом оно охлаждается, и из него удаляется избыток влаги, оказавшийся
в молоке при конденсации греющего пара
Вторичный пар,
 образующийся в результате кипения молока,
 удаляется из вакуум-камеры
 и направляется в первый трубчатый подогреватель, где используется
в качестве греющего для подогрева сырого молока.
Количество вторичного пара испаряющегося из молока в вакуум-камере
равно количеству пара смешанного с молоком.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 67 из 117
 Таким образом, количество стерилизованного молоко становится
равным количеству исходного молока.
Асептический насос 8 откачивает стерилизованное молоко из вакуумкамеры и подает в асептический гомогенизатор 9.
 Гомогенизация производится с целью раздробления небольшого количества белкового осадка, образовавшегося в молоко в результате высокотемпературной обработки.
После гомогенизации
 происходит окончательное охлаждение молока в охладителе до 25 0С.
 В качестве охлаждающей среды в охладителе используется холодная
вода.
Основу стерилизатора представляет теплообменник типа «труба в трубе»
состоящий из двух труб установленных одна в другой.
Внутренняя труба
- перфорирована мелкими отверстиями, просверленными под углом.
К наружной трубе
- приварен боковой патрубок, через который в пространство между двумя трубами подается греющий пар.
Пар проходит через мелкие отверстия и смешивается с молоком, подаваемым по внутренней трубе.
Помимо инжекционных стерилизаторов промышленности используются и
инфузионные установки.
Принципиальное отличие этих установок заключается в том,
*…что в инфузионном стерилизаторе молоко распыляется в виде струек в
среде пара.
Рекомендуемая литература.
1. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование
молочной промышленности». М. «Легкая и пищевая промышленность», 1983. –
431с.
2. Волчков И.И Теплообменники для молока и других молочных продуктов. М.
«Легкая и пищевая промышленность», 1983
3. Золотин Ю.П. Стерилизованное молоко М. «Легкая и пищевая промышленность», 1983
Лекция 21. Оборудование для производства сливочного масла.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 68 из 117
В основе производства сливочного масла лежат в основном комбинированные способы, в которых наряду с механической обработкой используются и
тепловые операции.
В промышленности используется три основных способа производства
сливочного масла:
1. Преобразование высокожирных (83-84%) сливок в сливочное масло за
счет их охлаждения.
2. Сбивание сливок обычной жирности (30 – 36%) периодическим способом.
3. Сбивание сливок обычной жирности непрерывным способом.
Для преобразования высокожирных сливок используются поточные линии и отдельные комплекты оборудования:
1.
Линия ОЛП – производительностью 600 кг/ч – в настоящее время
снята с производства, но в промышленности еще используется.
2.
Линия П8-ОЛУ – производительностью 700 кг/ч.
3.
Линия П8-ОЛФ – производительностью 1000 кг/ч.
4.
Установка Я5 – ОУБ – производительностью 2000 кг/ч, а также ряд
других установок российского и зарубежного производства.
Для сбивания сливок периодическим способом используются:
1. Комплект оборудования с маслоизготовителем ММ емкостью 1000 л.
2. Комплект оборудования с маслоизготовителем ММ емкостью 2000 л.
3. А также комплекты оборудования с маслоизготовителями иностранных
фирм.
Для сбивания сливок непрерывным способом используются:
1. Линия А1- ОЛО производительностью 1000 кг/ч.
2. Линии иностранных фирм – производства ФРГ, Чехии и др.
Основным же оборудованием для получения сливочного масла являются
т.н.:
 маслоизготовители – они используются при сбивании сливок обычной
жирности;
 и маслообразователи – они используются в линиях преобразования высокожирных сливок.
Состав оборудования входящего в линию практически одинаков
 различия состоят лишь в конструкциях отдельных машин, и их
производительностях.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 69 из 117
Поэтому для примера рассмотрим линию П8-ОЛУ. Она предназначена для
производства различных видов масла:
 сладкосливочного, любительского, крестьянского, бутербродного и масла с наполнителями.
В состав линии входит:
1. Уравнительный бак, емк. 250 л.
2. Центробежный насос для сливок.
3. Трубчатый пастеризатор.
4. Вакуум-дезодарационная установка.
5. Накопительный бак с поплавковым регулятором уровня.
6. Два сепаратора для высокожирных сливок.
7. Три нормализационные ванны
8. Ротационный насос дозатор для высокожирных сливок
9. Трехцилиндровый маслообразователь Т1-ОМ-2Т
4
5
6
9
7
1
2
3
8
Рис. Линия П8-ОЛУ
Работа данной линии происходит следующим образом:
 Сливки обычной жирности из уравнительного бака, посредством центробежного насоса поступают в трубчатый пастеризатор, где пастеризуются при температуре в 90 0С.
 Долее сливки поступают в вакуум-дезодоратор, где из них удаляются
посторонние запахи.
 Затем, через накопительную емкость они поступают в один из сепараторов, в результате чего их жирность возрастает до 83-84 %.
 Далее эти сливки поступают в нормализационные ванны для окончательного регулирования их жирности.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 70 из 117
Рис. Разрез цилиндра маслообразователя
 После этого, насосом дозатором сливки подаются в трехцилиндровый
маслообразователь где преобразуются в масло.
Основным оборудованием в линии является маслообразователь.
Для него характерны следующие основные особенности:
 Маслообразователь состоит из трех двустенных цилиндров одинаковой конструкции установленных один над другим.
 Между стенками цилиндров течет хладагент – рассол или холодная
вода.
 Внутри цилиндра установлен пустотелый цилиндрический вытеснительный барабан.
 Между вытеснительным барабаном и внутренней стенкой цилиндра
текут охлаждающиеся высокожирные сливки.
 Барабан с двух сторон снабжен двумя плоскими поверхностями –
лысками.
 Над этими поверхностями установлены плоские ножи, которые при
вращении барабана отбрасываются к периферии.
 Эти ножи интенсивно перемешивают охлаждающиеся и затвердевающие сливки, срезая при этом их с охлаждаемой стенки.
Помимо трехцилиндрового маслообразователя в промышленности используются также:
- вакуумные и пластинчатые маслообразователи.
Вакуумный маслообразователь состоит из двух частей:
 Вакуум-камера грушевидной формы, которая установлена в верхней
части аппарата;
 и шнековый текстуратор, который установлен под вакуум-камерой.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 71 из 117
М
М
Рис. Схема вакуум-маслообразователя
 Горячие сливки подаются в вакуум-камеру и распыляются внутри с
помощью форсунки.
 Так как внутри камеры поддерживается вакуум, то сливки мгновенно
вскипают и тут же охлаждаются, превращаясь в сливочное масло.
 Для предотвращения прилипания масла на стенки аппарата, внутри
камеры установлена рамная мешалка.
 Охлажденное масло поступает в текстуратор, где подвергается механической обработке двумя параллельно установленными шнеками.
Пластинчатый маслообразователь состоит из двух частей:
 теплообменного аппарата,
 и камеры кристаллизации.
В целом теплообменный аппарат состоит из девяти пластин.
Первая справа крайняя пластина
 является опорной.
Последняя слева девятая – нажимной.
Между этим пластинами установлены следующие друг за другом семь
пластин:
 причем четные пластины (2, 4, 6, 8) являются продуктовыми пластинами,
 а нечетные пластины (3, 5, 7) - являются охлаждаемыми.
 Т.е всего промежуточных пластин семь. Причем четыре из них являются продуктовыми, а три охлаждаемыми.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 72 из 117
8,6,4,2
Рассол
Сливки
Масло
Рассол
Нажимная пластина - 9
7
5
3
Опорная
пластина - 1
Рис. Схема теплообменного аппарата
Сливки под давлением насоса
 поступают в аппарат через отверстие в 1-ой опорной пластине,
Рис. Схемы продуктовой и охлаждаемой пластин
 далее охлаждаясь и преобразуясь в масло, проходят через все продуктовые пластины
 и выдавливаются в виде масла через два отверстия в нажимной 9ой пластине в кристаллизационную камеру.
Рассол движется противотоком к сливкам:
 через отверстия в 9-ой и 8-ой пластинах в охлаждаемые пластины
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 73 из 117
 и вытекают через отверстие в 1-ой пластине.
Для того чтобы сливки интенсивно обрабатывались, в центре продуктовой
пластины имеется большое отверстие.
Охлаждаемые пластины выполнены пустотелыми.
В центре аппарата проходит приводной вал, на котором расположены т.н.
диски-турбулизаторы, которые предназначены для механической обработки
масла.
Масло
Масло
Рис. Схема кристаллизационной камеры
В крайних продуктовых платинах установлено по одному диску, а в двух
центральных по два диска.
Камера для кристаллизации масла
 представляет собой цилиндр
 закрытый конусной насадкой для выхода масла.
Цилиндр прижат к нажимной плите теплообменной камеры.
Между цилиндром и конусной насадкой
 установлена перфорированная решетка.
Внутри цилиндра расположен
 неподвижный лопастной отражатель,
 который посредством втулки жестко связан с нажимной пластиной,
т.е. этот отражатель не вращается.
На вращающемся валу жестко установлена
 гребенчатая лопастная мешалка (выделена черным цветом), гребни
которой входят в зазор между лопастями отражателя.
Внутри конической насадки на том же валу установлена
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 74 из 117
 крыльчатка – побудитель, с помощью которой масло окончательно
выдавливается из маслообразователя.
Достоинства пластинчатого маслообразователя заключаются в том, что:
 коэффициент теплопередачи в этих аппаратах значительно выше,
чем в трехцилиндровых;
 общие емкости и габариты намного ниже;
 меньше и продолжительность обработки.
Лекция 22. Маслоизготовители непрерывного действия
Они состоят
 либо из двух рабочих органов,
 либо из трех рабочих органов.
Первый рабочий орган
 называется сбивателем,
 второй - текстуратором.
Маслоизготовитель состоящий из трех органов имеет еще т.н. – разделительный цилиндр.
Сбиватель маслоизготовителя представляет собой быстровращающуюся
4-х лопастную мешалку. Частота вращения от 1000 об/мин до 2000 – 3000
об/мин.
Рис. Схема сбивателя маслоизготовителя НД
Мешалка снабжена сменными лопастями, позволяющими регулировать зазор, между лопастью и цилиндром.
Цилиндр имеет двойные стенки. В полости между стенками подается холодная вода.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 75 из 117
Сливки поступают в цилиндр:
 либо с торца, либо по касательной к цилиндру.
При поступлении по касательной сливки поступают во вращающийся вместе с мешалкой конус.
Равномерно распределяясь по конусу, сливки непрерывно под действием
центробежной силы поступают на мешалку. В результате сливки мгновенно
сбиваются в масляные зёрна.
Таким образом, сбивание сливок происходит за счет энергичного перемешивания.
Далее образовавшиеся масляные зёрна и пахта поступает в т.н. текстуратор
или обработник либо устройство для прессования масла в пласт.
Текстуратор представляет собой 2-х шнековое устройство. В нем параллельно друг другу установлены два шнека.
Для лучшей отпрессовки сливочного масла, чтобы пахта могла свободно
стечь корпус обработника немного наклонен (до 100).
Рис. Схема текстуратора маслоизготовителя НД
В обработнике как минимум две зоны:
 зона отпрессовки, где разрозненные масляные зерна формируются в
пласт масла;
 и зона гомогенизации масла (блок механической обработки)
В некоторых конструкциях зарубежных маслоизготовителей помимо этих
зон существуют также:
 зоны промывки масла,
 зоны посола масла,
 зоны обработки масла под вакуумом,
 зона регулирования влажности масла путем подачи стерильной воды.
Шнеки вращаются, как правило, с небольшой скоростью. Частота вращения шнеков – несколько десятков оборотов (30 – 50 об/мин).
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 76 из 117
При отпрессовке масло охлаждается холодной водой подаваемой в теплообменную рубашку корпуса текстуратора.
В блоке механической обработки происходит гомогенизация масла за счет
продавливания его с помощью трехлопастных ножей через перфорированные
решетки (подобно ножевому механизму волчков).
Маслоизготовители периодического действия.
Маслоизготовители периодического действия являются наиболее простыми из всего оборудования предназначенного для производства сливочного масла.
В принципе они являются устаревшим видом оборудования, обладают не
высокой производительностью, при использовании их имеет место большая
доля ручного труда. Исторически они появились первыми из всего оборудования для производства сливочного масла.
Однако некоторые их относительные недостатки возможно в определенных условиях переходят в определенные достоинства.
Так, например, небольшая производительность в условиях небольших малых предприятий, при небольшом объеме переработки и ограниченном количестве сырья вполне оправдана.
Если же коснуться качества масла, то эти аппараты традиционно обеспечивают самое высокое качество.
Что касается конструкции самих аппаратов, то в настоящее время используются в основном без вальцовые маслоизготовители.
Эти аппараты отличаются формой резервуара.
В основу сбивания сливок положен принцип гравитационного перемешивания их. Сливки заливаются на 40 – 50% от емкости в резервуар. Далее
вследствие вращения резервуара маслоизготовителя
 с небольшой частотой меньше критической,
 сливки поднимаются на некоторую высоту
 и падают, подвергаясь сильному механическому воздействию.
В результате сливки превращаются в сливочное масло. Помимо масла образуется также и пахта.
В настоящее время в промышленности используются маслоизготовители :
 цилиндрические (Россия)
 кубические (Чехия)
 конические и биконические (Дания)
 грушевидные (Германия) и др.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 77 из 117
а)
б)
г)
в)
д)
Схемы маслоизготовителей периодического действия:
а) цилиндрический, б) конический, в) грушевидный,
г) кубический, д) усеченный
Цилиндрический маслоизготовитель обладает резервуаром, выполненным
в виде горизонтального вращающегося цилиндра.
Цилиндр выполнен из нержавеющей хромоникелевой стали. Днища его
выпуклые – сферические. Внутренняя поверхность обработана пескоструйным
способом, поэтому масло к стенкам не прилипает.
Цилиндр может вращаться в двух направлениях. К внутренним стенкам резервуара приварены лопасти.
Эти лопасти при вращении резервуара непрерывно перемешивают масло,
что обеспечивает мелкое и равномерное распределение в нем влаги.
В маслоизготовителе предусмотрена возможность создания вакуума в полости резервуара. Это тоже способствует безукоризненному распределению
влаги в масле.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 78 из 117
Снаружи над резервуаром монтируется устройство для орошения корпуса
резервуара водой для нагревания и охлаждения сливок и масла в течение технологического процесса.
Маслоизготовитель снабжается приводом, в котором установлена коробка
скоростей, позволяющая обеспечить резервуару несколько скоростей вращения.
После окончания процесса сбивания масло выгружается в тележку, подводимую под резервуар через люк расположенный на обечайке резервуара.
В коническом аппарате также обеспечиваются хорошие условия для обработки сливок и масла. Коническая форма удобна для работы под давлением и
вакуумом.
В конусе собирается масло для выгрузки и разгружается через угол с помощью ротационного насоса. Такие маслоизготовители выпускает датская
фирма «Колдинг». Маслоизготовитель «Колдинг» имеет привод, обеспечивающий 8-мь различных скоростей вращения.
Грушевидный маслоизготовитель (Германия) имеет такую форму резервуара, которая позволяет маслу обычной консистенции выгружаться из аппарата
под воздействием собственного веса. Привод позволяет сообщить резервуару 6
– 7 скоростей вращения. Похожие характеристики имеет аппарат с усеченным
резервуаром.
Кубический маслоизготовитель хорошо работает при недозагрузке. Привод позволяет сообщить 6 скоростей.
Разгрузка большинства аппаратов может производиться и пневматически.
То есть в аппарат под давлением подается воздух, который вытесняет масло из
резервуара.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 79 из 117
Лекция 23. Оборудование для производства мороженого.
В процессе производства мороженого также лежат комбинированные способы, где наряду с гидромеханическими процессами происходят и тепловые.
Основными технологическими операциями являются:
 фризерование и закалка.
Фризерование –
 это процесс взбивания и частичного насыщения смеси мороженого
мелкодиспергированным воздухом.
Закалка –
 это процесс замораживания этой фризерованной смеси.
Фризерование производится в машинах, которые называются фризерами.
Современные фризеры классифицируются следующим образом:
По принципу действия
А) Ф. периодического действия
Б) Ф. непрерывного действия.
По использованию хладагента
А) Ф. с рассольным охлаждением.
Б) Ф. с аммиачным охлаждением.
В) Ф. с фреоновым охлаждением.
Ф. периодического действия состоит из станины, над которой установлен
рабочий орган – двустенный охлаждаемый цилиндр, снаружи покрытый слоем
теплоизоляции.
Внутри цилиндра установлен механизм взбивания смеси, который в свою
очередь состоит:
 из прутковой мешалки
 и ножевого скребкового механизма.
Внутри станины установлены:
 привод мешалки и ножевого скребкового механизма
 и система подачи хладагента в рубашку цилиндра.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
6
7
страница 80 из 117
5
4
3
2
1
М
Рис. Кинематическая схема фризера периодического действия
Над цилиндром устанавливается ванна для смеси подаваемой в цилиндр.
С переднего торца цилиндр закрыт крышкой, в которой установлены краны
 для впуска исходной смеси
 и выпуска фризерованной смеси.
Мешалка фризера представляет собой вал, на котором в планках находятся
прутки, закрепленные штифтами. Причем сама мешалка установлена как бы
внутри скребкового ножевого механизма.
Привод фризера имеет следующую конструкцию
 От электродвигателя 1 вращение посредством первой роликовой цепи 2 передается на промежуточный вал коробки передач.
 На этом промежуточном валу установлены две звездочки и стальная
шестерня с косым зубом.
 Посредством второй цепной передачи 3, вращение передается на
сплошной вал коробки передач, который пальцем соединен с валом
мешалки 6.
 Сплошной вал установлен внутри пустотелого вала, получающего
вращение от косозубой передачи 4.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 81 из 117
 Посредством этого пустотелого вала 5 приводится во вращение ножевой скребковый механизм 7.
 Вследствие этого вал мешалки 6 и вал ножевого механизма 5 вращаются в разные стороны, что обеспечивает хорошее взбивание смеси.
При вращении ножи фризера центробежной силой прижимаются к внутренним охлаждаемым стенкам цилиндра и скалывают намерзающий слой.
Число оборотов мешалки 180 – 200 мин-1.
Помимо фризеров периодического действия используются машины непрерывного действия.
Принципиальное отличие их от ФПД заключается в том, что подача исходной смеси производится двумя последовательно установленными шестеренчатыми насосами.
Причем насос второй ступени имеет производительность в три раза большую, чем насос первой ступени.
За счет этого происходит как бы подсос воздуха в цилиндр, поскольку на
трубопроводе, соединяющем оба насоса, есть патрубок, связанный с атмосферой.
Второй особенностью этих фризеров является то, что мешалка и ножевой
механизм вращаются в одну сторону.
Рекомендуемая литература.
1. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование
молочной промышленности». М. «Легкая и пищевая промышленность», 1983. –
431с.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 82 из 117
Лекция 24. Оборудование для производства сыра. Особенности технологии и классификация оборудования.
Натуральные сыры относится к белковым молочным продуктам. Помимо
сыра к белковым молочным продуктам относятся:
- творог; творожные сырки; казеин; брынза; сухой молочный белок;
- и плавленые сыры.
Для этих продуктов характерна не только белковая общность, но и технологическая общность особенно на начальной стадии процесса обработки.
Так первой технологической операцией для всех этих продуктов за исключением плавленых сыров является свертывание молока.
В результате свертывания предварительно нагретого молока до 30 – 32 0С
(это т. н. первое нагревание) образуется:
- сгусток (сырная масса или сырное зерно); - и сыворотка.
Для свертывания молока при производстве, прежде всего, натуральных сыров используются:
1. Ванны и котлы без мешалок.
2. Сыродельные ванны или аппараты для выработки сырного зерна с полным циклом обработки.
3. Сыроизготовители или аппараты для выработки сырного зерна с выносной емкостью.
Первый вид оборудования является устаревшим и малопроизводительным,
поэтому в настоящее время на предприятиях мало используются. Сыродельные
ванны и сыроизготовители используются весьма широко.
Второй технологической операцией при производстве сыров является обработка сгустка или отваривание сгустка.
Эта операция производится в том же самом оборудовании, что и первая
операция, т.е. в сыродельных ваннах и сыроизготовителях.
Обработка сгустка состоит из четырех стадий:
А) Дробление сырной массы (сгустка).
Б) Вымешивание сгустка перед вторым нагреванием.
В) Второе нагревание.
Г) Вымешивание сгустка после второго нагревания.
А) Дробление сгустка (или сырного зерна или сырной массы) производится с целью выделения из него сыворотки – влаги с растворенными в ней минеральными веществами.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 83 из 117
Дробление сырного зерна осуществляется мешалками со сменными режущими инструментами (проволочная сетка), входящими в комплект сыродельных ванн и сыроизготовителей.
Ассортимент вырабатываемых натуральных сыров очень широк. Так сыра
вырабатывается более 60-ти видов.
При выработке:
- мягких сыров – сырное зерно дробят на куски размером 20х30 мм;
- твердых сыров – на куски 4х5 мм;
- и таких твердых сыров как, например, швейцарский и голландский – мельче
3 мм.
Б) Вымешивание сырного зерна также производят с целью лучшего обезвоживания сгустка. В зависимости от вида сыра вымешивание длится от 20 до
60 минут.
В) Второе нагревание также осуществляется для продолжения обезвоживания сырного зерна. В сыроделии используется:
- либо высокая температура второго нагревания 52 – 58 0С;
- либо низкая температура второго нагревания 38 – 42 0С.
Для осуществления второго нагревания греющий пар подают:
- либо в тепловую рубашку ванны;
- либо непосредственно в саму ванну (если она не имеет тепловой рубашки).
Г) После достижения температуры второго нагревания производится повторное вымешивание продолжительностью от 20 до 60 минут. После этого органолептически определяется готовность сырного зерна (двумя методами):
- на излом,
- либо на растир.
Третьей технологической операцией является формование головок сыров.
Оно осуществляется двумя способами:
 из пласта;
 наливом или переливом.
При формовании из пласта специального оборудования не существует.
Формовка производится следующим образом:
1. Сырной массе дают возможность свободно осесть под сывороткой, т.е.
образовать пласт.
2. Сыворотку после оседания пласта осторожно сливается.
3. Сырный пласт раскраивается на рассчитанное число заготовок будущих
головок сыра.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 84 из 117
Формование наливом производится так:
 смесь сырного зерна с небольшим количеством сыворотки равномерно распределяется по заранее приготовленным металлическим или
пластмассовым формам.
-
Для осуществления формования наливом в промышленности используются:
формовочные тележки и передвижные ванны;
индивидуальные формы;
формовочные аппараты с подвижным дном и сильфонным приводом;
и формовочные конвейеры.
Следует отметить, что формование наливом является более прогрессивным
методом, чем формование из пласта.
Четвертой технологической операцией является прессование сырных головок.
Целью прессования является
а) дальнейшее удаление влаги (сыворотки) из головок сыра;
б) уплотнение будущих головок сыра в монолит.
Для прессования в сыроделии используются прессы
- механического; - гидравлического и пневматического типов.
Следует отметить, что последние из них являются наиболее прогрессивными.
Пятой технологической операцией является посол сыра. Цель – придание
сыру специфического вкуса.
Существуют следующие методы посола:
а) в зерне; б) в рассоле; в) сухой солью;
д) и комбинированный посол (в рассоле и сухой солью).
Для посола сыра в рассоле и на первой стадии комбинированного способа
используются т.н. солильные бассейны.
Шестой технологической операцией является парафинирование или покрытие головок сыра.
Целью здесь является предотвратить дальнейшую усушку сыра в процессе
его последующего созревания.
Однако следует отметить, что в последнее время, начиная с 70 – 80 годов,
вместо парафинирования используется покрытие сыров полимерными пленками.
Пленки обладают низкой воздухо и влагопроницаемостью. Для создания
полимерных покрытий используются линии М6 – ОЛА.
Седьмой последней технологической операцией при производстве сыров
является созревание. Для некоторых сыров это весьма длительный процесс.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 85 из 117
В процессе созревания происходят изменение консистенции сыров. Из
грубой она превращается в гибкую, эластичную и однородную.
Кроме того, в результате распада белка, молочного сахара и жиров образуются вещества придающие сыру своеобразный вкус и аромат.
Лекция 25. Конструкции сыродельных ванн, сыроизготовителей и другого
оборудования для производства сыра.
1. Сыродельные ванны. В молочной промышленности Казахстана используются в настоящее время в основном сыродельные ванны российского производства:
СВ – 1000, СВ – 2000, Д7 – ОСА –1, ВКШ – 5, П – 663 и ряд ванн импортного
производства.
В конструкциях всех этих ванн много общего. Рассмотрим конструкции
этих ванн на примере ванны П – 663.
Сыродельная ванна представляет собой двустенный резервуар прямоугольной формы с двумя закругленными боковыми стенками.
 Внутренний резервуар изготовлен из нержавеющей стали и снабжен
разгрузочным краном.
Рисунок. Схема сыродельной ванны
 Наружный резервуар изготовлен из углеродистой стали.
 Пространство между двумя ваннами служит водяной тепловой рубашкой.
Над ванной
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 86 из 117
 на двух вертикальных стойках устанавливается в виде моста две
направляющие из швеллеров,
 на которых устанавливается каретка совершающая возвратнопоступательное движение вдоль ванны.
Внутри каретки смонтирован привод двух лирообразных мешалок.
Мешалка представляет собой рамку, на которой натянуты проволочные
струны.
Мешалки совершают вращательное и возвратно-поступательное движение.
Привод мешалки состоит:
- из двухскоростного электродвигателя,
- клиноременного вариатора скоростей,
- и червячной передачи.
От червячной передачи вращение передается на вертикальный вал одной из
мешалок.
На верхних концах валов обеих мешалок установлены звездочки, между которыми натянута втулочно-роликовая цепь, благодаря чему обе мешалки вращаются синхронно.
Работа на сыродельной ванне происходит следующим образом:
1. Ванна заполняется нагретым до 30 –32 0С молоком.
2. При понижении температуры она поддерживается путем подачи пара в
тепловую рубашку.
3. Производится свертывание молока сычужным ферментом или другим
методом.
4. После окончания сквашивания сгусток обрабатывается мешалкой, проводя последовательно стадии дробления, вымешивания, второго нагревания и вымешивания после второго нагревания.
5. После окончания обработки прекращают подачу пара в рубашку и выключают привод, для того чтобы сырная масса осела.
6. После осаждения сырной массы часть сыворотки сливается и сырная
масса формуется:
- либо разрезкой на куски, которые закладывают в формы,
- либо сырную массу вместе с сывороткой перекачивают в формовочный аппарат.
Второй тип аппарата широко используемого в сыроделии носит название
сыроизготовителей.
2. Сыроизготовители. Наиболее простыми из них являются сыроизготовители периодического действия.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 87 из 117
Они состоят из двух частей или аппаратов:
- варочный котел;
- и передвижной формовочный аппарат.
Варочный котел представляет собой открытый вертикальный цилиндрический сосуд с коническим днищем. Снаружи котел снабжен тепловой (пароводяной) рубашкой и теплоизоляционным слоем.
Рисунок. Схема сыроизготовителя
Варочный котел снабжен штуцерами для подачи в рубашку:
- пара; - холодной воды; - и слива излишков воды, образующейся в результате
конденсации пара.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 88 из 117
Рисунок. Схема вращения кругового и планетарного ножей
Над варочным котлом на траверсной раме смонтирован привод мешалки.
Привод состоит
 из трехскоростного электродвигателя, клиноременного вариатора
скоростей, червячного редуктора и планетарной передачи.
От планетарной передачи вращение передается мешалке.
Мешалка состоит из двух рамных ножей.
 Один из ножей называется круговым. Он совершает вращение относительно оси аппарата.
 Второй нож называется планетарным, он совершает вращение относительно оси аппарата и собственной оси.
Планетарный и круговой ножи используются для разрезки и постановки
сгустка. Для вымешивания сгустка вместо них устанавливается пропеллерная
мешалка.
Работа на сыроизготовителе происходит следующим образом:
1. Варочный котел заполняется молоком.
2. Молоко подогревается до температуры сквашивания (30 – 320) водой в
тепловой рубашке, куда также может подаваться пар в специальный
барботер.
3. Далее производится сквашивание молока сычужным ферментом, после
чего производится обработка сырной массы по всем стадиям.
4. После обработки сырная масса спускается из варочного котла в передвижной варочный аппарат установленный под котлом.
Оборудование для формования сыра
а)
б)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 89 из 117
Рисунок. а) Схема передвижного формовочного аппарата.
б) Схема формовочного аппарата с подвижным днищем
-
Для формования сырных головок используются:
формовочные тележки;
индивидуальные формы;
формовочные аппараты с подвижным днищем;
и конвейерные агрегаты.
Формовочный аппарат (тележка) представляет собой ванну на колесиках и
устанавливается под сыроизготовителем. Внутри ванны установлен передвижной щит.
Посредством этого щита сырное зерно отделяется от сыворотки, далее
смесь сырной массы вместе с небольшим количеством переливается в заранее
приготовленные индивидуальные формы.
Формовочный аппарат с подвижным днищем представляет собой емкость
прямоугольной, квадратной формы.
По периметру емкость снабжена желобом для приема сыворотки. Емкость
опирается на четыре трубчатые ножки, которые одновременно служат для
сброса сыворотки.
Для подъема подвижного днища в нижней части аппарата установлен сильфон, куда подается сжатый воздух. Сверху аппарат закрыт крышкой с ножевой
рамкой.
При подъеме днища сырная масса прижимается к ножам и разрезается на
головки. Сыворотка при прессовании попадает вначале в желоб, а затем через
трубчатые ножки сливается в канализацию.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 90 из 117
Лекция 26. Оборудование для производства плавленых сыров.
Дисковая сырорезка
а)
б)
Рис. Принципиальная схема а) сырорезки, б) вальцовки
Технологический процесс производства плавленых сыров состоит из ряда
стадий, первой из которых является
1. Отбор, очистка и размягчение сырья.
В качестве сырья отбираются:
- недозрелые, перезрелые и даже зрелые сыры;
- брак или отходы сыров;
- брынза и старый закисший творог.
Очистка производится следующим образом:
- головки и бруски сыра освобождаются от корки;
- брынза предварительно вымачивается для снижения содержания соли;
- творог зачищается.
Размягчение подготовленного сырья заключается в том, что головки и
бруски сыра разрезаются на куски на сырорезках.
Далее сыры размельчаются на волчках, затем растираются на вальцовках до
тонкой структуры, при которой на ощупь перестают ощущаться твердые, не
размягченные частицы.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 91 из 117
2.Второй стадией является составление смеси для плавления и ее созревание.
Оборудование для составления смеси – мешалки (или фаршемешалки колбасного производства).
3.Третьей стадией является плавление сыра, расфасовка и охлаждение сыра.
Для этой стадии – основное оборудование – котлы для плавки сырной массы.
Дисковая сырорезка состоит из двух рабочих органов:
- резательного механизма с дисковыми ножами;
- и транспортирующего механизма в виде ленточного транспортера.
Резательный механизм состоит из корпуса, в котором навстречу друг другу
вращаются:
 два параллельно расположенных вала с установленными на них дисковыми ножами. На одном валу установлены гладкие диски, а на другом – зубчатые.
 Расстояние между дисковыми ножами 40 мм.
 Противоположные диски перекрывают друг друга на 20 мм и сближены с минимально возможным зазором.
Волчки (конструкции которых копировались с бытовых мясорубок), используются для дальнейшего измельчения сырья.
Они состоят:
- из бункера, цилиндра, шнекового вала, т.е. транспортирующего механизма;
- и режущего механизма состоящего из набора крестовидных ножей и решеток с различными отверстиями.
Вальцовки предназначены для тонкого измельчения (протирки) сырья.
Они состоят:
 из двух параллельно установленных вальцов изготовленных из мрамора и вращающихся с разной частотой.
Агрегатированные котлы для плавки сыра
По форме обечайки – котлы цилиндрические со сферическим днищем. Котлы снабжены двумя поворотными цапфами для опрокидывания, т.е. разгрузки.
Агрегат имеет литую станину сложной Г-образной конфигурации. В центре
станины на перекрестье осей на вертикальной стойке установлен поворотный
кронштейн.
Этот кронштейн может поворачиваться на угол 900. На кронштейне установлен вал якорной мешалки.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 92 из 117
Над кронштейном установлен электродвигатель вал, которого через горизонтальный вал и червячный редуктор передает вращение вертикальной якорной мешалке. Эта мешалка проходит через отверстие в скользящей втулке в
верхней крышке.
Работает котел следующим образом:
1. Сырная масса загружается в котел.
2. Скользящая крышка опускается на обечайку котла.
3. В паровую рубашку и непосредственно в котел подается пар.
4. Включается якорная мешалка, (перемешивание происходит после нагрева
сырной массы до 850С). В результате сырная масса плавится в течение 12 – 18
мин.
5. После окончания отключается электродвигатель.
6. Скользящая крышка поднимается вверх.
7. Отводится в сторону поворотный кронштейн.
8. Котел опрокидывается поворотом вниз.
Плавка производится как при атмосферном давлении, так и под вакуумом,
для создания которого котел соединяется с вакуум-насосом.
А
В
ид А
Рис. Принципиальная схема котла для плавки сыра.
Рекомендуемая литература.
1. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование
молочной промышленности». М. «Легкая и пищевая промышленность», 1983. –
431с.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 93 из 117
Лекция 27. Оборудование для производства творога
Творог представляет собой белковый молочный продукт, основная часть
которого является казеин.
Казеин содержит все незаменимые аминокислоты.
В жирном твороге содержится
 молочный белок и молочный жир причем в равном количестве по
18%.
Кроме того, творог богат витаминами молока и минеральными веществами,
такими как кальций, фосфор, магний и т.д.
Все это и предопределяет необходимость производства творога.
Творог вырабатывается из пастеризованного молока с применением в качестве закваски мезофильных молочнокислых бактерий.
Творог должен иметь чистый, нежный кисломолочный вкус и запах,
нежную консистенцию, которая может быть слоистой (зернистой) либо гомогенной однородной.
Существует два основных способа производства творога:
- традиционный (обычный, периодический);
- раздельный (непрерывно-поточный).
Эти способы имеют свои разновидности, поэтому иногда в литературе
встречаются упоминания о трех и даже четырех способах производства творога.
Более прогрессивным является раздельный способ, который позволяет получить ряд преимуществ:
- значительно снижаются потери жира;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 94 из 117
- облегчается отделение сыворотки от сгустка;
- резко сокращается доля ручного труда характерного для традиционного способа.
Специальное оборудование для производства творога
обычным способом
Первой специальной операцией при производстве творога является сквашивание молока.
Для производства сквашивания используется:
- творожные ванны (ВК-1; ВК-2,5);
- творогоизготовители с прессующей ванной;
- творогоизготовители с вращающейся ванной.
Творожные ванны
 представляют собой обыкновенные двустенные емкости прямоугольного типа с полуцилиндрическим днищем и четырьмя ножками.
 Ванна обычно монтируется на помосте высотой 0,8 м. Для облегчения
обслуживания помост снабжается лестницей.
Ванна состоит из двух резервуаров установленных один в другом:
 причем внутренний резервуар изготовлен из алюминия, а наружный
из стали.
 Пространство между двумя емкостями служит тепловой рубашкой.
Вода
В
Пар
Рис. Принципиальная схема творожной ванны ВК-1
На задней стенке ванны на тройнике закреплены:
- воронка с водяным краном для подачи воды в рубашку;
- паровой вентиль для ввода пара;
- штуцер для слива излишков воды;
Творожный сгусток и сыворотка сливаются через шиберный кран установленный на передней стенке ванны.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Редакция №___
страница 95 из 117
Работа на творожных ваннах происходит так:
Молоко заливается в ванну, затем вносится закваска и сычужный фермент.
На протяжении сквашивания молока (3 – 6 ч) поддерживают температуру 28
– 30 0С летом и 30 – 32 0С зимой.
Окончание сквашивания определяют на излом (если при разделении сгустка
ложкой образуются ровные с блестящими поверхностями края разлома, то
сгусток готов к дальнейшей обработке).
Сгусток обрабатывается путем разрезки его проволочными ножами. Эта
операция производится с целью обезвоживания сгустка.
Сыворотка отделяется от сгустка путем слива.
Сгусток из ванны сливается в холщовые мешочки (из лавсана, миткаля и
марли) которые затем помещаются в передвижные пресс-тележки.
Творог, полученный на ваннах, является весьма хорошим по качеству. Но
большая доля ручного труда снижает эффективность и производительность
этого способа.
В связи с этим в настоящее время для производства творога используются
т.н. творогоизготовители стационарные с прессующей ванной.
Рис. Схема творогоизготовителя с прессующей ванной
Он состоит
 из двух полуцилиндрических ванн емкостью по 2,0 тыс. литров, на
торцевых стенках которых смонтированы по две вертикальные стойки.
На этих стойках закреплена горизонтальная балка (траверса)
 на которой смонтирован гидравлический цилиндр.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 96 из 117
К штоку гидравлического цилиндра
 прикреплена пресс-ванна, которая по форме также является полуцилиндрической.
 Пресс-ванна может подниматься и опускаться. Тем самым механизируется процесс прессования сгустка.
Работа творогоизготовителя происходил следующим образом:
1. Осуществляется процесс сквашивания молока.
2. Образовавшийся сгусток разрезается ножами.
3. Сыворотка сливается из нижней ванны с помощью специального отборника, который погружается в ванну.
4. Верхняя пресс-ванна обтягивается фильтровальной тканью.
5. Включается гидропривод, в результате чего пресс-ванна опускается
внутрь нижней ванны.
6. Сыворотка, проходящая через фильтровальную ткань внутрь прессующей ванны, откачивается через отборник насосом.
Охладители творога
М
Рис. Схема охладителя ОТВ-500
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 97 из 117
В настоящее время в промышленности используются несколько типов
охладителей творога: УПТ (Митрофанова), Д5-ОТЕ (Локтюхова), ОТВ-500,
ОТД.
Наиболее прогрессивными из них являются два последних.
В частности ОТВ-500 имеет следующую конструкцию. Внутри станины
установлен привод в состав, которого входят:
- электродвигатель с клиноременным вариатором скорости;
- червячный редуктор;
- первая цепная передача (двухрядная);
- коническая передача;
- вторая цепная передача.
Посредством первой цепной передачи приводится во вращение рабочий орган охладителя, в качестве которого используется пустотелый цилиндрический
вытеснительный барабан.
Посредством второй цепной передачи приводится во вращение комбинированная мешалка, установленная в бункере.
Рабочий орган этой вертикальной мешалки состоит из лопасти и шнека.
Этой мешалкой творог подается к вытеснительному барабану.
Вытеснительный барабан имеет цилиндрическую форму. В начале и конце
на барабане имеется по три витка шнека.
Творог
а)
Рассол
б)
Рис. Схемы а) вытеснительного барабана с ножами;
б) охлаждающего цилиндра.
В центральной части барабана имеется две плоские горизонтальные поверхности (лыски). Над этими поверхностями размещены на цапфах два плоских ножа.
При вращении барабана ножи под влиянием центробежной силы отбрасываются к периферии и срезают слой творога с поверхности охлаждающего цилиндра, внутри которого установлен барабан.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 98 из 117
Внутри рубашки охлаждающего цилиндра циркулирует хладагент – рассол.
Для того чтобы рассол циркулировал упорядоченно, внутри рубашки навита
спираль.
Охлажденный творог конечными витками вытеснительного барабана удаляется из машины.
Лекция 28. Технологические расчеты оборудования для производства
белковых молочных продуктов.
1.Пропускная способность (сыродельных и творожных ванн, сыроизготовителей и т.п.)
М = G·τСМ/τЦ
кг/ч
(8.1)
Где, G – масса молока в рабочей емкости ванны, кг;
τСМ – длительность смены, ч;
τЦ – длительность цикла обработки, ч.
Обычно длительность: τЦ = 125 – 150 минут для мелких сыров,
τЦ = 150 – 200 минут для крупных сыров.
2.Скорость движения инструмента (ножа или мешалки) сыродельной ванны
или сыроизготовителя.
Она определяется из уравнения:
P·d=ψ·F·ρ·υ/2g
(8.2)
Где, Р = (10 – 15) 10-3 Па;
Р = (15 – 20) 10-3 Па – линейное удельное давление на сырное зерно со
стороны ножа;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 99 из 117
(меньшее значение – если сгусток получен из цельного молока; большее значение, если сгусток получен из обезжиренного молока)
d – диаметр сырного зерна, м;
ψ – коэффициент сопротивления (2 – для крупного, 3- мелкого)
F = 0,25π·d – площадь зерна, м2;
ρ = (1023 – 1027 кг/м3) – плотность сыворотки;
υ – скорость движения инструмента, м/с;
Решая уравнения относительно скорости, получим:
υ = √ Р·d·2g/ψ·F·ρ
м/с
(8.3)
Скорость инструмента связана с числом оборотов соотношением:
υ = π·n/30 м/с
(8.4)
Число оборотов мешалки инструмента (n, об/мин) можно определить:
n = 30·υ/π
об/мин
(8.5)
3.Мощность двигателя мешалки, N, кВт
В сыродельных ваннах, сыроизготовителях и т.п. используются, как правило, мешалки в виде лиры или решетки с проволочными струнами. Для них
мощность определяется:
N = 0,09ρ·h·z·n3{[m·δ + (RН - RВ)/2] + (RН + RВ)/2} кВт (8.6)
ρ – плотность сгустка, кг/м3;
h – высота погруженной части лопасти мешалки, м;
n – число оборотов мешалки, об/мин;
RН – расстояние от оси вращения до наружного края лопасти, м;
RВ – расстояние от оси вращения до внутреннего края лопасти, м;
m – количество проволок или лезвий, шт.;
δ – толщина проволок или лезвий, м.
4.Количества тепла на процесс нагревания, Q, Вт
Q = m·сМ(t2 - t1)
Вт
(8.7)
m – масса молока в ванне, кг;
сМ – теплоемкость молока, Дж/кг·град;
(t2 - t1) – разность конечной и начальной температур, град;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 100 из 117
5.Расход пара, D, кг/с.
D = Q/(i - с·t)η
кг/с
(8.8)
Рекомендуемая литература.
1. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование
молочной промышленности». М. «Легкая и пищевая промышленность», 1983. –
431с.
Лекция 29. Оборудование для финишных операции по мойке тары
К молочной таре относятся
- стеклянные бутылки и банки;
- металлические фляги;
- и тара разового пользования.
Для мойки тары многократного использования используются:
- бутылкомоечные (банкомоечные) машины;
- и флягомоечные машины.
Принципы мойки тары основаны на таких факторах как:
- механическое воздействие на тару;
- химическое воздействие;
- и термическое воздействие.
В конструктивном плане это воздействие оказывается
- с помощью различного рода механических устройств;
- при одновременном воздействии моющими растворами.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 101 из 117
Под механическими (гидромеханическими) устройствами понимается:
А) Либо мойка тары с использованием различных щеточных приспособлений.
Б) Либо мойка тары мощной струей жидкости подаваемой под давлением
форсунками внутрь самой тары.
(Этот процесс называется шприцеванием).
Вот эти два принципа положены в основу конструкции бутылкомоечных
(банкомоечных) машин.
В связи с этим существуют
- моечные машины щеточного типа;
- и отмочно-шприцевальные машины.
Однако надо сразу отметить:
 что при мойке многооборотной молочной тары
 приоритет в развитии получили моечные машины отмочношприцевального типа.
Вообще говоря, мойка тары вращающимися щетками-ершами обеспечивает
высокое качество очистки.
Однако щетки:
- быстро изнашиваются
- в бутылках могут остаться волоски щетины, которая не всегда удаляется при споласкивании.
Вот эти факторы обусловили вытеснение щеточных машин.
В машинах отмочно-шприцевального типа происходит:
- во-первых, отмочка загрязненных бутылок в среде моющего раствора;
- во-вторых, удаление загрязнений мощной струей этого же раствора.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 102 из 117
Рис. Принципиальная схема мойки бутылок в ваннах
Принципиальная основа любой бутылкомоечной машины отмочношприцевального типа выглядит следующим образом:
 Циклическое движение бутылок осуществляется цепным транспортером, состоящим из двух параллельных цепей.
 Причем конфигурация транспортера позволяет погружать бутылки в
несколько (чаще всего две) ванны а) отмочную ванну, в которой находится теплая вода с температурой 40 0С;
б) моечную ванну, в которой находится раствор с большей температурой.
 Между цепями установлены носители бутылок коробчатой формы.
 Бутылки загружаются в машину посредством стола загрузки, который
также представляет собой цепной транспортер с планками для захвата
целого ряда бутылок.
Первой технологической операцией после загрузки бутылок является:
- их наружное споласкивание теплой водой для предварительного нагрева до температуры 15 – 20 0С;
- которое производится вне ванны с помощью форсунок.
Второй операцией является
- отмачивание бутылок в первой ванне.
Нагрев воды в ванне осуществляется паром, подаваемым в барботер расположенный на дне ванны. Причем температура воды поддерживается автоматически.
Третьей операцией является
- отмачивание бутылок во второй, моющей ванне
- 2-3% щелочным раствором с температурой 65 – 70 0С для бутылок и 80
– 85 0С для банок.
Четвертой операцией является
- шприцевание бутылок изнутри
- и споласкивание снаружи
- тремя группами шприцевальных устройств.
Шприцевание производится на верхней ветви транспортера, когда бутылки,
когда бутылки оказываются горлышком вниз.
Причем это шприцевание производится последовательно. Вначале:
а) щелочным раствором с температурой 65 – 70 0С;
б) далее теплой водой с температурой 40 0С;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 103 из 117
в) и, напоследок, холодной водой с температурой 15 – 20 0С.
Рис. Принципиальная схема шприцевания бутылок
Пятой технологической операцией является
- выгрузка (под действием силы тяжести) бутылок из гнезд носителей на
приемный транспортер.
Для сокращения расхода
- горячей воды и моющего щелочного раствора;
- их повторно собирают, фильтруют, вновь нагревают и вновь направляют в машину.
В настоящее время в молочной промышленности используются следующие
бутылкомоечные машины:
- ОМЖ – для мойки бутылок емкостью 0,2 л, производительностью 6000
бут/час;
- ОМГ – 2 – для бутылок емкостью 0,25; 0,5 и 1,0 л, производительностью 2000 бут/час;
- ОМГ – 3 – таких же бутылок, производительностью до 3000 бут/час;
- АММ – 6 – 1 – для бутылок емкостью 0,5 л, производительность до
7500 б/ч;
- АММ – 6 – 1 – 12 – для таких же бутылок, производительностью до
12000 бут/час;
- СП – 59 – для таких же бутылок, производительностью до 1050 бут/час;
- Т1 – ОМ2Д – 12 производительностью до 14400 бут/час.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 104 из 117
Лекция 30. Оборудование для разлива молока.
Это оборудование подразделяется на машины по разливу
 во фляги, в стеклянные бутылки и банки, а также в тару разового
пользования.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 105 из 117
Рис. Схема карусельной флягоразливочной машины.
Разлив молока во фляги производится с помощью
- либо карусельных машин;
- либо машин линейного типа.
Машина карусельного типа состоит из двух частей:
- пластинчатого транспортера, подающего и отводящего фляги;
- и вращающейся разливочной карусели.
Основным рабочим органом разливочной карусели является:
- вращающийся стол.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 106 из 117
Стол приводится во вращение от привода состоящего:
- из электродвигателя;
- червячного редуктора;
- клиноременной передачи
- и зубчатой пары
Привод стола размещен внутри станины размещенной под столом.
На столе установлена вертикальная стойка
 в верхней части, которой закреплен молокоприемный бак.
 и восемь дозаторов мерников для молока.
Пустые фляги поступают на пластинчатый транспортер, который устанавливается сбоку от разливочной карусели.
Дойдя до упора, пустые фляги с помощью подающей крестовины сдвигаются на вращающийся стол, и фиксируется на нем в специальных гнездах.
Диаметр этих гнезд соответствует диаметру фляг. Передвигаясь вместе со
столом, фляга нажимает на рычаг, который обеспечивает поворот трехходового
крана, установленного в нижней части дозатора мерника.
Кран поворачивается в положение, при котором молоко из дозатора начинает поступать во флягу.
Заполнение молока во флягу производится за (0,5) т.е. пол оборота карусели.
После заполнения трехходовой кран переключается посредством блокировочного рычага в положение, при котором осуществляется заполнение дозатора мерника.
Дозатор мерник через трехходовой кран повторно заполняется молоком.
Молоко при этом поступает снизу вверх через трубку-шланг соединяющую
дозатор мерник с молокоприемным баком.
При этом воздух из дозатора через верхнюю трубку вытесняется в молокоприемный бак.
Оборудование для разлива молока в мелкую тару.
Цеха разлива, расфасовки и упаковки молока и молочных продуктов комплектуются в основном:
 технологическими разливочными линиями.
Состав оборудования линий зависит от типа тары
 либо стеклянная тара;
 либо тара разового пользования.
Достоинства стеклянной тары:
- большое количество оборотов (до 30 раз) и дешевизна;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 107 из 117
- минимальное воздействие на продукт.
Недостатки:
- бой (механический и термический);
- значительный объем оборудования, что влечет за собой значительные
производственные площади;
- шум в производственных цехах;
- большие эксплуатационные расходы на мойку, хранение, ремонт, монтаж, оплату обслуживающего персонала, и т.д.
Тара разового пользования позволяет ликвидировать все вышеперечисленные недостатки.
Кроме того, тара разового пользования позволяет получить ряд преимуществ:
- легкость и быстроту формовки;
- относительно высокую прочность сварных швов;
- возможность изготовления пакетов различной конфигурации.
Недостаток тары разового пользования:
- проблема утилизации этой тары;
- экологическая проблема воздействия на окружающую среду, поскольку
эта тара не утилизируется.
Принципиальная основа оборудования для разлива и мойки тары одинакова
для всех без исключения отраслей народного хозяйства.
Точно такие же машины используются в ликероводочной, пищевой, пивобезалкогольной и других отраслях промышленности.
Характеристика оборудования для разлива молока
в стеклянную тару.
В молочной промышленности используются следующие автоматы:
- АРУ – М, производительностью 1500 – 2000 б/ч;
- И2 – ОРК – 3 (старая марка ОР3У) – 3000 б/ч;
- И2 – ОРК – 6 (старая марка ОР6У) – 6000 б/ч;
- ОРУ; производительность до 12000 б/ч;
- все эти машины для молока и кисломолочных продуктов.
- ОРП – 6, производительностью до 6000 б/ч;
- для простокваши в бутылки емкостью до 0,2 л;
- ОРТ
- а) для стерилизованного молока – 6000 б/ч;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 108 из 117
- б) для кумыса в узкогорлые бутылки – 3000 б/ч;
- М6 – ОРБ, производительностью до 80 шт/мин;
- М6 – ОР2Б, производительностью до 100 шт/мин;
- для сметаны.
В конструктивном плане в концепции построения всех этих автоматов есть
много общего. Все они состоят:
1. Двигательный механизм (электродвигатель).
2. Приводной механизм.
3. Распределительный механизм в виде:
- вала, на котором помещены – кулачки, которые передают движение исполнительным механизмам, либо механизмы преобразующие вращательное движение в другие виды движения.
4. Передаточные механизмы в виде:
- рычагов, тяг, реек, секторов, которые передают движение от распределительных механизмов к исполнительным механизмам.
5. Исполнительные (рабочие) механизмы, выполняющие
операции технологического процесса т.е.:
- разлив, изготовление колпачков для укупорки бутылок, непосредственно укупорку и т.д.
6. Механизмы транспортировки:
- продукции;
- бутылок;
- колпачков;
- укупорочной фольги и т.д.
7. Предохранительные механизмы или механизмы блокировки, предназначенные для останова машины при отсутствии сырья и материалов.
Принципы разлива и упаковки.
Что касается принципа разлива, то в автоматах молочной промышленности
(да и других отраслей) используется два принципа:
- разлив по объему;
- разлив по уровню под вакуумом.
Следует отметить:
- что разлив по объему точнее,
- поскольку он связан с размерами дозатора-мерника, который можно изготовить весьма точно.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 109 из 117
В автоматах АРУ-М, М6 – ОРБ, М6 – ОР2Б используется объемный принцип.
Во всех других автоматах для разлива в стеклянную тару используется
принцип разлива по уровню под вакуумом.
Конструкции рабочих органов машин-автоматов.
Все автоматы для стеклянной тары (за исключением М6 – ОРБ, М6 –
ОР2Б) имеют практически общие по принципу действия и в какой-то степени
по конструкции рабочие органы (исполнительные механизмы).
К ним относятся:
- разливочная карусель (разливочный ротор) с разливочными патронами;
- устройство для образования колпачков (капсюлей) который иначе
называется эксцентриковый пресс;
- укупорочная карусель (для автоматов большой производительности)
или укупорочная головка для машин небольшой производительности.
Технологические операции по разливу молока на автоматах.
Если рассматривать технологию разлива, то следует отметить, что в технологии разлива есть много общего.
1. Технологическая операция - подача чистых бутылок под разливочные патроны.
Эта операция производится с помощью пластинчатого транспортера и звездочки, которая синхронна по вращению с разливочным ротором.
2. Операция –
- создание вакуума и отсос воздуха из бутылок.
Эта операция производится во время опускания патрона на бутылку. Воздух
из бутылки отсасывается в бак воздушным насосом – эксгаустером.
Однако эта операция производится не во всех автоматах. Она производится в автоматах И2 – ОРК – 3 и И2 – ОРК – 6, а в других автоматах не производится.
3.Операция –
- наполнение бутылок либо банок продуктом.
Она производится с помощью разливочного ротора. Если горлышко бутылки имеет скол, то вакуум в бутылке не создается и бутылка молоком не заполняется.
4. Операция –
- изготовление алюминиевых (из фольги) колпачков.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 110 из 117
Она производится с помощью эксцентрикового пресса. Пресс одновременно
наносит дату изготовления.
5. Операция –
- надевание колпачков на горлышко бутылки.
6. Операция –
- укупорка заполненной бутылки посредством обжима колпачка.
Эта операция производится с помощью укупорочной головки.
7. Операция –
- подача наполненной бутылки на выводную ветвь пластинчатого транспортера.
Конструкции отдельных узлов автоматов. Разливочный ротор.
Для этого рабочего органа характерны следующие свойства:
 Ротор представляет собой цилиндрический бак.
 Молоко проходит в бак, через трубопровод, размещенный сверху в
центре бака.
На этом трубопроводе установлен:
 пустотелый поплавок для регулирования уровня молока.
 Этот поплавок может перемещаться по трубе вниз вверх, перекрывая
отверстия для прохода молока и регулируя при этом приток молока в
бак.
На дне бака имеются несколько развальцованных отверстий, в которые
устанавливаются:
 разливочные патроны (например, в автомате АРУ-М, шесть отверстий, а в других даже больше)
Эти разливочные патроны
- во-первых, вращаются совместно с ротором
- и, во-вторых, перемещаются в осевом направлении вниз вверх.
Разливочный патрон состоит из двух трубок
- в нижней, узкой трубке патрона имеются отверстия для наполнения патрона молоком;
- в верхней, широкой трубке патрона находится т.н. вытеснитель.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 111 из 117
Рис. Схема разливочного ротора
Рис. Разливочный
патрон
(без нижней части)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 112 из 117
Вытеснитель – пластмассовая цилиндрическая деталь с двумя отверстиями:
- одно, из них проходит по центру и предназначено для крепления самого
вытеснителя;
- а второе проходит сбоку и предназначено для выпуска воздуха из патрона.
Нижняя плоскость вытеснителя немного скошена.
Вытеснитель крепится на воздушной трубке расположенной в центре патрона.
Изменяя положение вытеснителя на воздушной трубке, т.е. смещая его
вверх или вниз можно регулировать внутренний объем патрона в зависимости
от емкости бутылки.
То есть на одном и том же автомате можно разливать молоко
- либо в бутылки емкостью 0,5 л
- либо в бутылки емкостью 1,0 л.
Заполнение патрона молоком происходит за счет перемещения патрона в
вертикальном направлении.
Когда патрон находится в верхнем положении
- молоко через отверстия в узкой трубке свободно поступает в патрон, и
заполняют всю его внутреннюю полость,
- поскольку отверстия узкой части находятся в баке.
При перемещении патрона вниз
- узкая часть патрона перемещается вниз по втулке, которая крепится к
отверстию бака;
- в результате отверстия для молока в узкой части патрона перекрываются втулкой, и молоко из бака в патрон не поступает.
Участок заполнения патрона
Рис. Разрез копирной кольцевой поверхности
Это перемещение патрона вниз происходит от того,
- что каждый патрон жестко соединен с поводком,
- на противоположном конце, которого установлен ролик (шарикоподшипник).
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 113 из 117
При вращении разливочного ротора ролик катится по копиру, т.е. кольцевой поверхности, которая имеет участки:
- подъема и спуска;
- а также нижний горизонтальный участок;
- и верхний горизонтальный участок, – на котором происходит заполнение патрона молоком.
На нижнюю часть разливочного патрона навинчивается на резьбе т.н. центрирующий конус.
Этот конус состоит из трех деталей:
- гайки,
- резиновой манжеты;
- и собственно корпуса конуса.
1
4
2
5
3
Рис. Схема разливочного патрона.
В центре разливочного патрона и соответственно центрирующего конуса
устанавливается воздушная трубка,
По этой трубке из бутылки отсасывается воздух. Нижняя часть воздушной
трубки выполнена в виде треугольника.
Поэтому между этой воздушной трубкой и узкой трубкой патрона образуются три секторных паза, по которым молоко перетекает в бутылку.
Однако молоко может заполнить бутылку в случае опускания патрона на
бутылку.
При нахождении патрона в верхнем положении разлива не происходит.
Молоко удерживается в патроне благодаря тому, что в конусе между его корпусом и гайкой зажата резиновая манжета, которая упирается в венец воздушной трубки и тем самым герметизирует патрон.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 114 из 117
При опускании же патрона на бутылку
 горлышко бутылки давит на резиновую манжету,
 в результате чего манжета отклоняется
 и между ней и венцом трубки образуется кольцевой зазор.
Вот по этому кольцевому зазору молоко перетекает в бутылку.
15. Задания для самостоятельной работы студента
Методические рекомендации
Работа над учебником обязательно должна сопровождаться конспектированием по изучаемому разделу курса. Полезно выполнить в виде эскизов все
необходимые схемы и рисунки. Все записи, а также решения предлагаемых задач по каждой теме, следует вести в отдельной тетради для СРС.
Во время самостоятельной работы под руководством преподавателя я
смогу дать ответы на вопросы, которые возникнут у вас при выполнении домашних заданий.
В дальнейшем этот материал, подготовленный вами самостоятельно, не
только окажет большую помощь при повторении курса перед экзаменом, но и
может быть использован как справочное пособие в практической работе.
Методика для СРО студентов группы ТО-110
Подгруппа (А) отвечает на вопросы А, подгруппа Б отвечает на вопросы (Б)
Описать назначение, принцип действия, устройство и методику технологического расчета машины, аппарата или линии.
Вопрос А
1-Автомобильные транспортные цистерны.
2-Железнодорожные цистерны и цистерны водного транспорта.
3-Емкости хранения для молока (молочные танки).
4-Емкости для физико-химических процессов переработки молока и молочных
продуктов.
5-Емкости для тепловых процессов.
6-Центробежные, роторные мембранные и поршневые насосы.
7-Гомогенизаторы для молока.
8-Сепараторы-молокоочистители.
9-Пастеризационно-охладительные установки для молока.
10-Сепараторы на бесприводной основе.
11-Творожные сепараторы.
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 115 из 117
12-Трубчатые и пластинчатые нагреватели для молока.
13- Сепараторы-сливкоразделители.
14-Пастеризационно-охладительные установки для кисломолочных продуктов.
15-Пастеризационно-охладительные установки для сливок.
16-Стерилизационно-охладительные установки пластинчатого типа.
17-Стерилизационно-охладительные установки трубчатого типа.
18-Инжекцинные паро-контактные установки для стерилизации молока.
19-Инфузионные паро-контактные установки для стерилизации молока.
20-Фризеры периодического и непрерывного типов.
Описать назначение, принцип действия и устройство, преимущества и недостатки машины или аппарата.
Вопрос Б.
1-Маслоизготовители непрерывного действия.
2-Маслоизготовители периодического действия.
3-Маслообразователи трехцилиндровые.
4-Маслообразователи пластинчатые и вакуумные.
5-Аппараты выработки сырного зерна (сыродельные ванны)
6-Формовочные аппараты для формования сырных головок.
7-Прессы установки крупноблочного прессования и солильные бассейны.
8-Оборудование для подготовки сыров к плавлению.
9-Аппараты для плавления сырной массы.
10-Творожные ванны и творогоизготовители.
11-Оборудование для охлаждения творога.
12-Однокорпусная установка с барометрическим конденсатором для сгущения
молочных продуктов.
13-Автоматы для разлива молока в тару разового пользования.
14-Линия для расфасовки молочных продуктов.
15-Двухкорпусная вакуум-выпарная установка с поверхностным конденсатором.
16-Сыроизготовители.
17-Ленточная сушилка для казеина.
18-Трехкорпусная пленочная вакуум-выпарная установка.
19-Бутылкомоечные машины.
20-Флягомоечные и флягоразливочные машины
Задача № 1.1. Определить до какой температуры (t2) нагреется жидкость в вертикальном молокохранильном танке-резервуаре если:
- внутренний диаметр резервуара - D;
- высота резервуара - H;
- начальная температура продукта – t1;
- коэффициент теплопередачи – k;
- время хранения - z;
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 116 из 117
- продукт – 1,2,3,4 – молоко; 5,6,7 – сливки; 8,9,0 – сгущенное обезжиренное
молоко.
Исходные данные параметров к задаче № 2.1
Параметры
z, час
D, м
Н, м
t1, град
tВ, град
k,
Вт/м2град
Вариант - последняя цифра зачетной книжки
1
2
3
4
5
6
7
10
12
5
8
12
14
9
2,0
1,5
1,8
2,0
1,8
2,2
2,4
3,0
4,0
3,2
4,0
3,0
5,0
6,0
4
6
5
8
7
5
10
25
22
18
30
24
23
30
0,8
1,2
1,4
1,8
2,3
4,0
1,6
8
16
1,5
3,0
8
24
2,2
9
24
1,9
4,0
3
20
1,0
0
8
4,0
8,0
4
25
2,0
Теоретическое обоснование решения задачи № 2.1
Масса продукта находящегося в резервуаре может быть определена
G = V = 0,25D2H, кг
(11.1)
Теплопередающая поверхность резервуара – вся его полная наружная площадь.
С небольшой погрешностью её можно определить.
Fпол = Fбок + 2Fдн.= DH + 0,5D2 , м2
(11.2)
Исходным для дальнейшего расчета является уравнение связи теплового баланса и теплопередачи
G·c·(t2 – t1) = k·Fпол·Δt·z , Дж
G – количество продукта в резервуаре, кг;
c – теплоемкость:
- молока при t до 150 - 3852 ÷ 3885 Дж/кг·град;
- сливок 15% жирности при t до 150 - 3140 ÷ 3864 Дж/кг·град;
- сгущенного обезжиренного молока – 2898 Дж/кг·град;
k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2град;
Fпол – поверхность резервуара, м2;
z – время хранения, с;
t1 – начальная температура продукта, 0 С;
t2 – конечная, т.е. искомая температура продукта, 0 С;
Δt – средняя, в данном случае арифметическая разность температур, 0 С.
Существует зависимость для её определения
(11.3)
УМКД 042-14-1-01.1.20.54/03 2013
Редакция №___
страница 117 из 117
Δt = (Δtб + Δtм)/2 = [(tВ – t1) + (tВ – t2)] /2
(11.4)
Однако практически определение невозможно, поскольку в Δt входит искомая
величина t2. Поэтому, подставляя зависимость (11.4) в уравнение (11.3) и решая
относительно t2, получим.
t2 = [2kFz (tВ + t1) + 2Gct1]/(2Gc + kFz), 0 С
(11.5)
3. Лабораторные работы
Наименование
1. Оборудование для доставки и хранения молока на заводах
2. Молочные насосы и трубопроводы
3. Молочные гомогенизаторы и эмульсоры
4. Молочные сепараторы
5. Трубчатые пастеризаторы молока и сливок
6. Пластинчатые теплообменники для молока и молочных продуктов
7. Оборудование для производства сливочного масла
8. Оборудование для производства сыра
9. Оборудование для производства творога
10. Оборудование для производства мороженого
11. Автоматы для расфасовки жидких молочных продуктов
12. Автоматы для расфасовки вязких молочных продуктов
13. Бутылкомоечные машины
14. Вакуум-выпарные установки для сгущения молока
15. Сушильные установки для сушки молока
Литература
Сурков В.Д. и др.
«Технологическое
оборудование предприятий молочной
промышленности»
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ