Лабораторная работа по агроинженерии, БелГАУ

Лабораторная работа №15 МЕХАНИЗАЦИЯ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА Цель работы: изучить устройство и принцип действия машин для первичной обработки молока, освоить методику расчета технологической линии первичной обработки молока. Оборудование: плакаты, слайды, видеоролики, пластинчатый охладитель, макеты холодильной установки АВ-30 и парового пастеризатора, сепаратор-молокоочиститель и сепаратор-сливкоотделитель. Порядок выполнения работы: изучить устройство и принцип действия пластинчатого охладителя, холодильной установки АВ-30, парового пастеризатора, пастеризационной установки ОПФ-1, сепаратора-молокоочистителя и сепаратора-сливкоотделителя; зарисовать их схемы; решить задачу по расчету технологической линии первичной обработки молока (задание выдает преподаватель индивидуально каждому студенту). ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕМЕ Для улучшения качества молока его очищают от механических загрязнений, охлаждают и хранят при температуре 6…8 °С до отправки на молочные заводы. Очистка молока – это удаление различных механических включений и примесей. В зависимости от используемых доильных установок применяют: — фильтры в виде марли, сложенной в три–пять слоев, фланели – два-три слоя, марли с прослойками из ваты, латунные, капроновые и лавсановые сетки; — сепараторы-очистители (центробежная очистка молока). Охлаждение молока имеет большое значение для его сохранения, так как свежевыдоенное молоко характеризуется свойством задерживать развитие микроорганизмов только в первые 2…3 ч. Вот почему его необходимо после доения охладить. При охлаждении от 37 до 10°С бактерицидный период увеличивается с 2 до 24 ч, а до 5°С– до 36 ч. Для охлаждения молока используют льдоводяные ванны с расходом льда 0,2…0,3 кг на 1 кг молока и охладители. Наиболее распространенным считается пластинчатый охладитель противоточного типа. В качестве холодильных агентов, отбирающих теплоту молока через стенки охладителя, используют воду или рассол, охлажденные с помощью холодильных установок. Для охлаждения молока используют ванны длительного охлаждения и охладители различной конструкции. Простейший охладитель – бассейн или ванна с льдоводяной смесью или проточной водой, в которые погружают фляги или ушаты с молоком или сливками. Процесс охлаждения состоит в переходе теплоты от молока к охлаждающей среде через стенки сосудов. Пластинчатые охладители могут работать в противо- и прямоточном режимах. В прямоточном режиме они работают, если в качестве хладоносителя используют рассол, охлажденный до минусовых температур, а в противоточном режиме, когда необходимо охлаждать молоко до температуры, превышающей на 3°С начальную температуру охлаждающей жидкости. Пластинчатый охладитель состоит из набора штампованных пластин из нержавеющей стали, которые изолированы одна относительно другой резиновыми прокладками. Пластины скрепляют двумя боковинками, стянутыми болтами. Каналы для молока и охлаждающей жидкости разделены. При охлаждении холодной водой применяют схему противотока молока и воды. Охладители рассчитаны на режим работы при соотношении подачи молока и охлаждающей воды, равном 1:3, а при охлаждении рассолом – 1:2. Вакуумный охладитель представляет собой двухстенный цилиндр или конус с гофрированной поверхностью теплообмена, располагаемой внутри емкости. Оросительная поверхность гофрирована по винтовой линии. В винтовом канале между наружной и внутренней стенками проходит охлаждающая жидкость. Очиститель-охладитель ОМ-1 состоит из станины, на которой установлены сепаратор-очиститель, электродвигатель и пластинчатый охладитель, соединенные в единую технологическую линию. В очистителе частота вращения барабана составляет 100 с-1. Он снабжен напорным диском, обеспечивающим необходимый напор для продвижения молока. Производительность очистителя 1000 дм3/ч, масса 200 кг, мощность электродвигателя 1,1 кВт. При эксплуатации пластинчатых охладителей их следует не только промывать водой и дезинфицирующими растворами после окончания обработки молока, но и не реже 1 раза в неделю разбирать, чистить и мыть. Компрессорная холодильная установка АВ-30 укомплектована вентиляторной градирней, водяным насосом, расширителем, фильтром, реле температуры для управления работой вентилятора градирни. Установка работает по замкнутому циклу. Пары хладона отсасываются компрессором из испари- теля и нагнетаются в конденсатор, где, охлаждаясь водой, подающейся из градирни, превращаются в жидкий хладон. Далее последний подается в ресивер, фильтр-осушитель, регенеративный теплообменник и терморегулирующий вентиль, проходя через который дросселируется до давления испарения. Образовавшаяся парожидкостная смесь через распределитель поступает в испаритель, где хладон, испаряясь, отбирает теплоту от стенок испарителя, отдавая ему холод. Из испарителя хладон подается в регенеративный теплообменник, где он перегревается за счет теплообмена с жидким хладоном, идущим из ресивера. Из теплообменника пары хладона засасываются компрессором, и цикл повторяется. Охлажденная вода или рассол подаются насосом на охладитель молока, а оттуда поступают теплыми на испаритель. Заполнение испарителя хладоном регулируется вентилем по перегреву пара хладона, выходящего из испарителя. Реле давления служит для защиты компрессора от возможного повышения давления нагнетания выше 1,2 МПа и понижения давления всасывания ниже 0,04МПа. При срабатывании приборов защиты установка выключается. Установка может работать в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Пастеризацией называется процесс нагрева молока до температуры 63…90°С при атмосферном давлении с целью уничтожения микроорганизмов и сохранения питательных свойств молока при хранении. Тепловая обработка молока до температуры не менее 110 °С называется стерилизацией. Стерилизацию применяют при производстве особо стойкого в хранении цельного молока и молочных консервов, предназначенных для длительного хранения. Для пастеризации молока и молочных продуктов используют как отдельно пастеризаторы, так и системы, включающие в себя пастеризаторы и охладители, работающие в автоматизированном режиме. Пастеризатор паровой с двухсторонним обогревом (рисунок 15.3) состоит из станины, на которой установлены барабан с механизмом привода, вертикального вала со шкивом и траверсой. Ванна и корпус паровой рубашки закреплены на опоре станины. Соединения уплотнены резиновыми прокладками. На ванне со стороны паровой рубашки предусмотрены капельные кольца для отвода конденсата. Крышка барабана крепится к ванне струбцинами. Паровая рубашка барабана включает в себя два патрубка: верхний – для подсоединения предохранительного клапана, нижний – для подвода пара. В дне паровой рубашки установлен патрубок для отвода конденсата. Между стенками ванны и корпусом барабана регулируют зазор изменением длины втулки на вертикальном валу. На выходном молочном патрубке размещен дистанционный термометр с термобаллоном, вставленным в патрубок. К последнему приварена трубка с присоединенным к ней трехходовым краном, необходимым для изменения направления потока молока. На входном патрубке ванны расположена приемная воронка с поплавковым устройством для равномерного поступления молока или молочных продуктов в пастеризатор через сменные вставки, которыми регулируют производительность пастеризатора. В центре крышки пастеризатора установлена втулка с сальником. В нее входит штуцер барабана. К втулке посредством тройника крепится паропровод подачи пара в полость барабана. Из барабана по трубке, присоединенной к тройнику и входящей через штуцер барабана в его полость, отводится конденсат в конденсатоотвод. Это происходит при вращении барабана и создании соответствующего напора. Технологический процесс при пастеризации молока заключается в следующем. Проверяют вставку в воронке для пастеризации молока. Ее диаметр должен составлять 25 мм. При пастеризации сливок диаметр воронки 17 мм. Контролируют подвижность предохранительного клапана и плотность закрепления крышки, так как сила давления на нее достигает 5…7 кН. Готовят пастеризатор к работе, обрабатывая его дезинфицирующим раствором и промывая в течение 25 мин горячей (90°С) водой, подаваемой в приемную воронку. Ставят трехходовой кран на циркуляционный режим и пускают пар, открыв вентиль паропровода. При появлении воды из сливной трубы, ведущей в воронку, прекращают ее подачу. После стерилизации отключают пар и сливают воду. Далее включают электродвигатель и после выхода на нормальный режим работы барабана (частота вращения 6 с-1) подают в молокоприемник молоко. После его появления из сливной трубки в режиме циркуляции включают пар. При этом исключается подгорание молока в пастеризаторе. При достижении температуры пастеризации переключают трехходовой кран на выход молока и увеличивают подачу пара, доведя давление в паровой рубашке аппарата до 130 кПа. По окончании работы перекрывают кран подачи пара, останавливают электродвигатель и сливают остаток молока. Далее включают электродвигатель и промывают пастеризатор холодной водой до появления из отводной трубы чистой воды. Сливают остаток воды и, заливая 2%-ный раствор соды, промывают пастеризатор в циркуляционном режиме с подачей пара в течение 25 мин. Температура раствора 65…70 °С. Ее регулируют подачей пара. Пластинчатые пастеризаторы имеют такую же конструкцию, как и пластинчатые охладители. Отличительная особенность – установка между нержавеющими пластинами термостойких прокладок. Движение молока и воды чередуется в противотоке. Водяной и молочный насосы создают требуемый для движения потоков напор. Теплообмен происходит между потоками горячей воды и молока, разделенными тонкими пластинами из нержавеющей стали. Пастеризационная установка ОПФ-1 работает следующим образом. Из молокосборника молоко самотеком или с помощью насоса подается в уравнительный бак, уровень в котором должен быть не менее 300 мм во избежание подсоса воздуха в молочный насос. Насосом 3 молоко подается в секцию I пластинчатого теплообменника-регенератора, где оно нагревается за счет теплообмена с горячим молоком, движущимся от секции пастеризации III через выдерживатель. Нагретое до температуры 37…40°С молоко выходит из секции I в молокоочиститель. Далее оно подается в секцию регенерации II, где дополнительно нагревается пастеризационным молоком, прошедшим предварительный теплообмен в секции регенерации I . Из секции регенерации II молоко подается в секцию пастеризации III, где за счет теплообмена с горячей водой нагревается до температуры 76 °С (в установке ОПФ-1-20) или до 90 °С (в установке ОПФ-1-300). Пастеризационное молоко проходит через выдерживатель 6 в секции регенерации I и II, где оно отдает часть теплоты холодному молоку, и температура первого снижается до 20…25 °С. Затем молоко проходит последовательно секции охлаждения IV и V, после чего температура понижается до 5…8 °С в зависимости от начальной температуры охлаждающей воды или рассола. Охлажденное молоко поступает для хранения в танки. Выдерживатель предназначен для повышения пастеризационного эффекта. При дополнительной выдержке в течение 20 с (в выдерживателе установки ОПФ-1-20) или 300 с (в выдерживателе установки ОПФ-1-300) перед охлаждением можно уничтожить микрофлору молока. Горячая вода для пастеризации молока готовится в бойлере с использованием пара, поступающего в систему циркуляции горячей воды через инжектор паропровода котельной установки. Автоматическую регулировку поступления пара в зависимости от температуры молока обеспечивает электрогидравлический клапан, установленный на паропроводе. Если температура молока, выходящего из пастеризационной секции, ниже требуемой, то перепускной клапан автоматически направляет молоко в уравнительный бак для повторной пастеризации. Сепарирование молока – это механический способ разделения цельного молока на обезжиренное молоко и сливки с использованием для этого разности удельных весов и центробежной силы. Сепаратор СОМ-3-1000 состоит из станины, механизма привода, барабана и молочной посуды. Основной рабочий орган – барабан. В него входят корпус с центральной трубкой, тарелкодержатель, пакет разделительных тарельчатых вставок, верхняя разделительная тарелка, крышка, уплотнительное кольцо и затяжная гайка. Центральная трубка корпуса закрыта снизу. Ее ребро служит для установки в прорезь веретена барабана. Верхняя разделительная тарелка в центральной части имеет цилиндрическую вытяжку, в которой сбоку помещена впайка с отверстием для регулировочного винта. На поверхности разделительных тарелок находятся три отверстия, расположенные на 120° один относительно другого. Они образуют в пакете три канала для прохода молока. Зазор между тарелками 0,4…0,5 мм. Свободное пространство между пакетом тарелок и крышкой корпуса называют грязевым. Механизм привода сепаратора включает в себя электродвигатель, клиноременную передачу, фрикционную муфту и червячную пару, вал (веретено) которой крепится в станине на двух опорах. Верхняя упругая опора вертикального вала предназначена для самоустановки барабана на высокую частоту вращения. Упругая опора веретена представляет собой шариковый подшипник, заключенный в обойму. Последняя зафиксирована в корпусе опоры шестью пружинами с регулировочными винтами, расположенными по окружности корпуса через 60°. Регулировочным винтом подпятника перемещают веретено по высоте, добиваясь правильного расположения сливных отверстий барабана относительно молочной посуды. Технологический процесс работы сепаратора заключается в следующем. Из поплавковой камеры молоко через центральную трубку барабана движется в его нижнюю часть и, поднимаясь через каналы пакета тарелок, распределяется между ними и движется от центра барабана к его периферии по межтарелочным пространствам. Более легкие жировые шарики выделяются из молока в межтарелочных пространствах и всплывают, образуя потоки в направлении оси барабана. Обезжиренное молоко движется к периферии барабана, где в грязевом пространстве из него выделяются механические примеси. Очищенное обезжиренное молоко проходит над разделяющей тарелкой к отверстию для выхода его из барабана в молочную посуду. Сливки поднимаются к центральной трубке, движутся под верхней разделительной тарелкой и выводятся через отверстие регулировочного винта в сборник для сливок. Жирность сливок регулируют поворотом винта выходного отверстия для сливок. Сепаратор может работать и в режиме молокоочистителя. Для этого заменяют барабан. Барабан молокоочистителя отличается от барабана сливкоотделителя меньшим количеством тарелок в пакете. В них отсутствуют отверстия и зазор между тарелками составляет 0,8…2 мм. Рассмотрим технологический процесс работы сепаратора-молокоочистителя. Молоко через открытый кран поступает в приемную поплавковую камеру, обеспечивающую постоянный напор. Оттуда оно идет через калиброванную трубку в центральную трубку барабана, проходит через отверстия и каналы тарелкодержателя в грязевое пространство барабана, где оседает основная часть механических примесей. Далее молоко направляется через межтарелочное пространство пакета тарелок, дополнительно очищается и, собираясь к центральной части барабана, выходит через боковые отверстия в крышке барабана в молокосборник. В технологической линии пастеризационной установки пластинчатого типа используют герметические сепараторы молокоочистители. Такой сепаратор состоит из станины, в горловине которой на веретене установлен барабан. Последний закрыт сверху крышкой. Барабан приводится в действие от электродвигателя через фрикционную муфту и червячную пару. Червячная пара смазывается из масляной ванны, установленной внутри станины. Наличие смазочного масла контролируют через окно по указателю уровня. Фрикционная муфта состоит из диска, закрепленного на валу двигателя, и бандажа (ведомого барабана), посаженного на горизонтальный вал червячного колеса. На пальцах диска шарнирно закреплены три колодки, рабочей частью которых служат фрикционные накладки. При вращении диска колодки постепенно прижимаются к ведомому барабану, который разгоняется в течение 3…6 мин в зависимости от типа сепаратора. Приемно-отводящее устройство барабана служит для подачи молока в барабан и отвода очищенного молока. Молоко через корпус-гайку поступает из молокопровода в центральную трубку барабана, каналы тарелкодержателя и далее идет к периферии барабана в грязевое пространство, проходит пространство межтарелочных каналов, дополнительно очищаясь. Затем из отверстия в крышке барабана оно попадает в напорную камеру, где захватывается ее ребрами и подается в отверстия напорного диска и приемную камеру центральной трубки, а оттуда в нагнетательный патрубок. Сепаратор-сливкоотделитель ОСП-ЗМ включает в себя барабан, где предусмотрены два напорных диска для сливок и обезжиренного молока. Сепаратор укомплектован приспособлением для нормализации молока и ротаметром для контроля количества и жирности выходящих сливок. Сепаратор-нормализатор предназначен для доведения молока до заданной жирности. При его движении в межтарелочном пространстве барабана от периферии к центру до отверстий в тарелках частично выделяются сливки, которые поступают в камеру напорного диска и выбрасываются в специальную посуду. Частично обезжиренное молоко направляется в свою посуду через напорный диск. Для регулировки молока на заданную жирность используют регулировочные вентили. Расчет технологической линии первичной обработки и переработки молока Как правило, предусматривается поточная технология обработки молока. Поэтому технологическая линия обработки молока должна быть увязана по производительности с линией его производства – доильной установкой. Контрольные вопросы: 1. Какие технологические операции первичной обработки молока вы знаете? 2. Какие известны способы охлаждения мо¬лока? 3. Назовите режимы пастеризации. 4. Устройство и принцип действия холодильной установки АВ-30. 5. Устройство и принцип действия парового пастеризатора. 6. Устройство и назначение пастеризационной установки ОПФ-1. 7. Устройство и принцип действия центробежного сепаратора.