Проблема харчування є однією з найважливіших соціальних проблем. Життя людини, його здоров'я та праця неможливі без повноцінної їжі. Згідно теорії збалансованого харчування в раціоні людини повинні міститись не лише білки, жири і вуглеводи у необхідній кількості, але і такі речовини, як незамінні амінокислоти, вітаміни, мінерали у визначених для людини пропорціях. В організації правильного харчування первинна роль відводиться молочним продуктам. Кожен товар володіє широким спектром властивостей.

Асортимент молочних продуктів безперервно розширюється за рахунок впровадження у виробництво нових компонентів і технологічних процесів з метою забезпечення вимог до якості продуктів. Основними показниками якості харчових продуктів, як відомо, є їх безпека для здоров'я людини, живильна цінність і стабільність при зберіганні. Якість молочної продукції формується під впливом комплексу чинників при строгому дотриманні виробником декларованих показників складу і споживчих властивостей продукції.

Перша інформація про молочний цукор, як складову частину молока, зустрічається у роботі італійського вченого Фабриціо Бертолетті (1633 р.). Випаровуючи молочну сироватку, він одержав із неї «найважливішу сіль молока» під назвою «манна» - кашкообразна маса. Молочним цукром отриману речовину назвав Шель (1780 р.), який встановив, що молочний цукор належить до вуглеводів, та вніс його у цей елітний реєстр під назвою лактоза.

Вироблений промисловістю молочний цукор використовують при приготуванні медичних препаратів та у харчовій промисловості. В залежності від споживачів молочна промисловість виробляє молочний цукор трьох видів: для медичних препаратів - рафінований; для антибіотиків, на технічні цілі та для рафінації - цукор - сирець; для харчової промисловості - очищений чи харчовий.

Рафінований молочний цукор виробляють з цукру-сирцю шляхом очищення його від білкових, мінеральних, барвних домішок. Для цього цукор-сирець розчиняють у гарячій воді (90°С) з додаванням адсорбентів (активованого вугілля, гідросульфату натрію і меленого діатоміту), вимішують 10 хв й фільтрують. Вугілля і діатоміт, володіючи великою адсорбційною здатністю, поглинають домішки, а гідросульфат натрію знебарвлює барвні речовини. Потім відфільтрований розчин прохолоджують до температури 13…15°С та проводять кристалізацію молочного цукру при безперервному перемішуванні протягом 8…10 год. Далі центрифугують і сушать рафінований молочний цукор, упаковують у подвійні мішки.

Харчовий молочний цукор виготовляють зі свіжої підсирної сироватки, очищають від нецукрів. Інші операції такі ж, як і при виробництві цукру-сирцю. Очищення і рафінацію сироватки виконують на стадій згущення.

2. Опис фрагмента технологічної схеми виробництва та проектованого обладнання

Молочний цукор виробляють шляхом викристалізації лактози із концентрованого розчину молочної сироватки. Для одержання 1 кг готового продукту потрібно 40 кг сироватки.

Технологічний процес виробництва молочного цукру складається із таких операцій: знежирювання сироватки; відварювання або осадження білків; згущення сироватки; кристалізація молочного цукру; зневоднення лактози; промивання кристалів та їх сушіння; подрібнення й упаковування молочного цукру (рис. 1).

Рис. 1 - Схема технологічно лінії виробництва молочного цукру:

1 - ванна; 2, 6 - насоси; 3 - фільтрпрес; 4 - проміжна місткість; 5 - вакуум-апарат; 7 - кристалізатор; 8 - центрифуга; 9 - сушильна установка

Молочну сироватку наливають у ванну 1 для відварювання (осадження) альбуміну. Потім насосом 2 її подають на фільтрування у фільтрпрес 3 і очищену від білкових речовин спрямовують у проміжну місткість 4, де зберігають до згущення. Освітлену молочну сироватку згущують у вакуум-апаратах 5. Після досягнення заданої концентрації сухих речовин сироватку насосом 6 відкачують у кристалізатор 7 для охолодження та одержання кристалізату. Вміст останнього самопливом надходить у центрифугу 8, звідки кристали лактози із вмістом вологи близько 10…12 % спрямовуються на сушіння в сушильну установку 9. Одержані кристали молочного цукру подрібнюють і упаковують у крафт-мішки з поліетиленовими вкладками.

Знежирення сироватки. Для приготування лактози зазвичай використовують свіжу сичужну сироватку кислотністю не більш як 20°Т. Свіжу молочну сироватку сепарують для видалення з неї якнайбільшої кількості жиру.

Відварювання (осадження) білків. Після знежирення сироватка надходить на відварювання, тобто її білкові речовини переходять у нерозчинний стан, і їх видаляють. Для цього користуються трьома способами: кислотним, хлоркальцієвим та соляно-вапняним.

Кислотний спосіб осадження білків із сироватки комбінується з їх тепловою коагуляцією. При підкисленні і нагріванні сироватки білки виділяються із неї у вигляді пластівців. Білок, одержаний в результаті осадження, може бути використаний на харчові цілі.

Хлоркальцієвий спосіб також комбінується з їх тепловою коагуляцією. При додаванні до гарячої сироватки розчину кальцію хлориду білкові речовини виділяються у вигляді пластівців.

При соляно-вапняному способі до свіжої сироватки доливають розчин соляної кислоти в суміші з вапняним молоком. Білки зсідаються і випадають в осад.

Білкові пластівці видаляють із сироватки за допомогою сітки, марлі чи інших матеріалів. Білки перебувають у завислому стані і можуть бути видалені фільтруванням сироватки крізь тканину або в саморозвантажувальних центрифугах.

Згущення сироватки. Після видалення білкових речовин молочну сироватку згущують у 8…10 разів для підвищення концентрації лактози. Вміст сухих речовин у згущеній сироватці має становити 57…62 %.

Згущують сироватку у вакуум-апараті будь-якої конструкції при 70 °С. При цьому досягають максимального ступеня насичення розчину, або ступеня випарювання. Процес згущення молочної сироватки має свої особливості, оскільки за наявності в ній залишкових сироваткових білків спостерігається велике спінювання. Для зменшення спінювання або уникнення його до сироватки додають олеїнову кислоту, рицинову або бавовникову олію тощо. Крім того, спеціальні вакуум-апарати для згущення молочної сироватки забезпечені автоматичними піногасниками і обладнанням, яке знижує рівень кипіння речовини в калоризаторі.

Кристалізація молочного цукру. Згущена сироватка із вакуум-апарата подається в кристалізатори. Треба прагнути, щоб кристали молочного цукру (лактози) були великими. Для цього сироп (концентрат молочного цукру) охолоджують поступово за порівняно невисоких температур.

Режим охолодження сиропу і кристалізації лактози може бути: з поступовим охолодженням сиропу до температури 10…15°С впродовж З0…35 год і прискореним. За прискореного способу сироп охолоджують до 10°С впродовж 5 год і витримують за цієї температури 10 год.

За правильного режиму охолодження і кристалізації сироп із рідкого стану переходить у кашкоподібну масу з кристалами розміром близько 150 мкм. У кристалах лактози практично немає сторонніх домішок, тоді як міжкристалічна рідина (меляса) дуже забруднена. Тому наступні операції виробництва лактози зводяться до видалення меляси та промивання кристалів лактози.

Зневоднення лактози, промивання кристалів та їх сушіння. Найпоширенішим способом зневоднення кристалів молочного цукру є центрифугування на центрифугах періодичної дії. Центрифуги періодичної дії бувають фільтрувального типу, коли продукт завантажується в барабан у полотняних або бавовняних мішках, і відстійного типу, коли робочу поверхню барабана центрифуги вистилають зволоженою щільною тканиною. Центрифугу вмикають і після досягнення певної частоти обертання в барабан тоненькою цівкою подають кристалізат. Одночасно подають о воду з температурою 5…6 °С, яка рухається у напрямку обертання центрифуги. Кристали промивають доти, поки вода для промивання не стане чистою. У лактозі-сирці, яку одержують після центрифугування, міститься 7…10 % вологи.

У мелясі, одержаній при центрифугуванні кристалізату, міститься значна кількість лактози у вигляді дрібних кристалів, і, як правило, її повторно використовують у виробництві.

Після центрифугування молочний цукор-сирець надходить на сушіння в сушильні камери, вакуумні сушильні шафи та барабанні безперервної дії. Тривалість сушіння 45…50 хв. Молочний цукор-сирець залежно від сортності висушують до вмісту у готовому продукті 3…4 % вологи.

При виробленні рафінованої лактози молочний цукор-сирець перед сушінням додатково очищають за допомогою адсорбентів.

Подрібнення і упаковування молочного цукру. Висушений молочний цукор надходить у бункер для охолодження до температури 20…30°С, після чого його розмелюють на кулькових або кулачкових млинах, забезпечених циклонами. Розмір кристалів лактози після помелу має бути не більш 40…50 мкм. Молочний цукор просівають крізь шовкові сита і фасують у мішки із крафт-паперу з поліетиленовими вкладишами та в подвійні мішки (бязеві -- внутрішні, із льону або джгута -- зовнішні).

Готовий продукт зберігають за температури 10…20 °С і вологості не вище як 75 %.

3. Порівняльна характеристика аналогічного обладнання

Характеристика вакуум-випарної установки.

Основними елементами вакуум-випарної установки (рис. 2) є калоризатор, паровідокремлювач, два підігрівачі, конденсатор, ежектори.

Калоризатор являє собою теплообмінний апарат циліндричної форми з двома трубними ґратами, у які вальцьовані кип'ятильні трубки і дві циркуляційні труби. Міжтрубний простір калоризатора є паровою сорочкою, у яку через вентиль і термокомпресор подається пара, що гріє.

Одержуваний у процесі роботи калоризатора конденсат по трубопроводу безупинно відводиться в підігрівач, потім у конденсатор.

Калоризатор складається з корпуса, верхньої і нижньої кришки.

У процесі роботи калоризатора молоко переміщається в кип'ятильних трубках знизу нагору, а в циркуляційних трубках зверху вниз. У калоризаторі також розташовані патрубки подачі сировини на згущення, крани для взяття проби і випуску згущеного продукту.

Паровідокремлювач служить для відділення вторинної пари від часточок продукту. Являє собою циліндр із установленим на стійці парасолем-відбивачем. Трубопровід з'єднує верхню частину калоризатора з паровідокремлювачем, він приєднаний до паровідокремлювача під кутом, у результаті чого поступаюча сюди рідина і пара здобувають обертальний рух.

Рідина під дією відцентрової сили відкидається до стінки паровідокремлювача і по ній стікає вниз у кільцевий простір у периферії дна. Звідси готовий продукт відкачується насосом через кран або по трубі знову подається в калоризатор на згущення.

Підігрівачі по конструкції аналогічні трубчастим пастеризаторам. Продукт, що згущається, рухається по трубах, у міжтрубний простір подається вторинна пара або суміш його з гострою парою. Якщо один підігрівач не забезпечує нагрівання продукту до необхідної температури, то встановлюються декілька послідовно з'єднаних апаратів.

Конденсатор поверхневого типу виконаний у виді циліндричного корпусу з верхніми і нижніми кришками., що знімаються. У корпусі знаходяться трубки, кінці яких розвальцьовані у верхній і нижній трубних ґратах, а також патрубки для подачі вторинної пари з підігрівача або паровідокремлювача конденсату, підведення конденсату з калоризатора і нагрівачів, відводу повітря до вакуум-насоса, для підведення і відводу охолодженої води.

Для створення вакууму в системі з котельні через вентиль у пусковий ежектор подається пара, що працює тільки на початку для прискорення створення вакууму.

Рис. 2 - Однокорпусна вакуум-випарна установка:

1 - трьоходовий вентиль; 2 - приводний механізм насосів; 3, 4, 10 - вентилі на паропроводах; 5, 11 - манометри; 6 - вентиль; 7 - вакуометр; 8 - поверхневий конденсатор; 9 - вентиль на водяній трубі; 12 - пробовідбірник; 13, 14, 15 - крани; 16 - термометр; 17 - насос для відкачування конденсату; 18 - насос для відкачування згущеного продукту; 19 - верхня перегородка з вікном; 20 - сферичне днище калоризатора; 21 - циркуляційна труба; 22 - сполучний трубопровід; 23 - трубопровід для конденсату; 24 - підпірна шайба; 25 - нижня перегородка; 26 - патрубок подачі сировини; 27 - парасоль-відбивач; 28 - люк; 29 - оглядове вікно; 30 - освітлювач; 31 - повітряний краник; 32 - термокомпресор; 33 - трубопровід; 34 - пусковий ежектор; 35, 36 - двоступінчастий ежектор.

Випарна установка працює в такий спосіб. До початку згущення сировини в установку засмоктується вода. Циркулюючи в системі, вона обполіскує установку і дозволяє перевірити її герметичність.

Подачею пари на ежектори в системі створюють вакуум. При розрядженні близько 80 кПа починає засмоктуватися сировина. На конденсатор подають холодну воду, і в міру заповнення трубок калоризатора на 2/3 їхні висоти в парову сорочку подається пара.

У сталому режимі молоко послідовно надходить у перший і другий підігрівачі. У першому продукт нагрівається вторинною парою до 60…66оС, у другому - до 70…75оС. В міру утворення конденсату, його безупинно відкачують насосом. Якщо установка працює за принципом безперервного згущення, то готовий продукт відкачується в міру досягнення заданої концентрації.

Основним обладнанням для отримання сухих молочних продуктів є сушильні установки. Найбільш широко використовуються сушильні розпилювальні установки. Парк сушильного обладнання на підприємствах молочної промисловості для виробництва СОМ і ЗЦМ і сухої сироватки формується із сушильних установок RCM, RC і ВРА-4 (Чехословакія) продуктивністю по випарювальній волозі 500…1000 кг за годину; Niro Atomizer і Anhirdo (Данія) продуктивністю 1000…3500 кг за годину. В сушильний агрегат входить наступне обладнання: сушильна башта з повітряподавальним розподіляючим пристроєм, розпилювачем згущеного продукту, механізмів відвантаження, транспортування, повернення циклонної фракції в сушку, очищення повітря, калориферів, вентиляторів.

Основний вузол сушарки - розпилювач молока. Він складається з корпуса, рами, плити, насосної установки, маслопроводу, кожуха, підставки. Всередині корпуса встановлений вертикальний вал. На нижньому кінці валу змонтований розпилюючий диск з радіальними каналами прямокутної форми. На верхньому кінці валу змонтований шків. Вал приводиться в рух за допомогою електродвигуна і плоско пасової передачі. Для змащення розпилювача під час роботи призначається насосна станція з ємністю для масла, з маслопроводами.

Рис. 3 - Розпилювальна сушарка фірми «Ніро-Атомайзер»:

1-бак для згущеної сировини; 2-насос; 3-вентилятор; 4-повітрерозподільна голівка; 5 - розпилюючий пристрій; 6 - сушильна вежа; 7,8 - вентилятори; 9, 11 - циклони; 10 -- бункер.для сухого порошку, 12 - труба для відсмоктування повітря з вежі; 13 - паровий калорифер

Дискові сушарки застосовуються на молочноконсервних заводах. На них можна сушити сировину з високою концентрацією сухих речовин. Для них характерна безперебійна і тривала робота.

Розпилювальна сушарка фірми «Ніро-Атомайзер» показана на рисунку З: згущена сировина з бака 1 насосом 2 подається на розпилюючий пристрій 5, диск якого приводиться в обертання від електродвигуна через мультиплікатор. Частота обертання диска 15000 об/хв. Знизу через повітрерозподілюючу голівку 4 надходить гаряче повітря. Від механічних домішок повітря очищується фільтром, потім вентилятором 3 нагнітається в калорифер. Гаряче повітря у верхній частині башти біля диска розпилюючого пристрою зустрічається з розпиленою рідиною, де відбувається швидке випарювання вологи. Сухий порошок падає в нижню частину сушильної вежі і за допомогою пневматичного транспортного пристрою виводиться в циклон 9, із якого надходить у бункер 10. Повітря, що виходить із циклона 9, може містити частинки порошку, тому вентилятором 8 його направляють у циклон 11 на очищення.

Для транспортування порошку з вежі в циклон 9 повітря забирається з цеху. Тому одночасно з транспортуванням він частково прохолоджує порошок. По трубі 12 повітря, що відпрацювало, разом із частинками порошку надходить у циклон 11 і вентилятором 7 викидається в атмосферу. Порошок із циклона 11 надходить на пневмотранспорт. Молоко в дискових сушарках розпорошується завдяки величезній швидкості обертання дисків.

Рис. 4 - Розпилювальні диски:

а -- з похилими каналами до осі обертання; б - з радіально-розпилюючими каналами; в -- з уставними соплами; г - із спіральними каналами; 1- порожнина для продукту; 2 - канал.В сушильному пристрої комбінованого типу фірми «Ніро-Атомайзер» (Данія) (рис. 5) згущене сироватка насосом подається в дисковий розпилювач 5, прямотечійно з ним подається нагріте повітря. Молочний порошок на виході із башти з вологістю 6-8 % надходить в інстантайзер 9, що являє собою розділену на три секції вібраційну конвективну сушарку. В перших двох секціях молоко досушується і агломерується, в третій охолоджується потоком повітря. Температура повітря на виході з сушарки на 10…15 °С нижча, ніж, в звичайних сушарках.

Рис. 5 Схема сушильного пристрою комбінованого типу фірми

«Ніро-Атомайзер»:

1 - насос; 2 -- фільтр; 3 -- калорифер; 4 -- повітророзподілю-вач; 5 -- дисковий розпилювач; 6 -- сушильна башта; 7 -- патрубок; 8 -- вібролоток; 9 -- інстантайзер; 10 -- калорифери гарячого повітря; 11 -- повітроохолоджувач; 12 -- головний циклон;13 -- допоміжний циклон; 14 розвантажувальний циклон;15-- аерозольтранспортна лінія.

Фільтри та фільтруючі пристрої.

Основним робочим органом будь-якого фільтра є фільтруюча перегородка. Остання може бути одинарною з різних тканин - бязь, лавсан, нейлон і спеціальний капрон, керамічні і металеві матеріали - або складатися з двох шарів - один шар тканини й інший шар осаду з ущільнених зважених часток. Ущільнений шар, або осад, що утвориться в більшості випадків при фільтруванні полідисперсних суспензій, частки суспензій яких тіксотропні, є основним робочим органом фільтра. У процесі фільтрування товщина шару осаду і його гідравлічний опір збільшуються. Виходячи з цього, процес фільтрування ведуть двома способами: при постійному тиску фільтруючого середовища, що надходить на процес (при цьому зменшується швидкість фільтрування); при постійній швидкості фільтрування і перемінному зростаючому тиску.

Існують різні конструкції фільтрів, що працюють періодично і безупинно. У харчовій промисловості використовуються в основному фільтри періодичної дії. Найбільш розповсюджений у харчовій промисловості фільтр-прес, що використовується для остаточного очищення при виробництві прояснених соків.

Фільтр-прес (рис. 6) призначений для остаточного очищення соків і складається зі станини, на якій змонтовані задня завзята плита 5, передня натискна плита 9 і плити 6, 8, встановлених на двох горизонтальних стрижнях 7.

Насос 2, що нагнітає суспензію в канал 4, приводиться в рух електродвигуном 3. Натискна плита 9 переміщається гвинтом 10 за допомогою маховика 11. Ущільнення плит 8 виробляється гвинтом 10 за допомогою важеля 12 або механічним приводом. Зібрані в пакет плити з розміщеними між ними фільтруючими пластинами щільно стискуються. При цьому фільтруючі пластини поділяють зазор між двома плитами на дві частин, що досягається завдяки ребристій поверхні 1 літ. Тому розрізняють парні облікові відсіки. Якщо вихідна суспензія надходить у парний відсік, висвітлений сік буде виходити з непарного відсіку

Рис. 6 - Фільтр-прес

Кожна плита має по дві фасонні приплива з отворами. Ці припливи розташовані в двох кутах парних плит з одного боку, у непарних плитах - із протилежної сторони. Таким чином, при зборі плит у пакет створюються два канали в парних і два канали в непарних плитах, з'єднаних з порожнинами, утвореними кожною парою плит з поділяючою їхньою фільтруючою пластиною.

При роботі фільтра фільтруюча суспензія нагнітається в канали парних плит, потім через отвори в них надходить у відсіки для вихідної суспензії і під тиском проходить через фільтруючі пластини (рис. 5), при цьому частки суспензій затримуються, а висвітлений сік попадає у відсіки для кінцевого висвітленого соку, потім по двох каналах непарних пластин виходить з фільтра в збірник для соку.

Технічна характеристика фільтр-преса

Продуктивність, дал/год 950

Площа фільтруючої поверхні, м2. 20,5

Максимальний тиск фільтрування, Мпа 0,95

Споживана потужність, кВт 5,5

Габаритні розміри, мм 2950x1090x1240

Маса, кг 1575

Згущене молоко з цукром охолоджують у відкритих вертикальних кристалізаторах-охолоджувачах, вакуум-охолоджувачах, вакуум-охолоджу-вачах горизонтального і вертикального типів.

У кристалізаторах-охолоджувачах (рис. 6) молоко проходить три стадії охолодження: перша -- швидке охолодження від 56…60 °С до температури масової кристалізації (31…34 °С); друга - витримування за цієї температури впродовж 40…60 хв; третя охолодження продукту до 17…18 °С. Весь процес охолодження і кристалізації лактози триває 4…6 год.

При використанні вертикальних вакуум-охолоджувальних установок (рис. 7) закрита система запобігає можливому потраплянню в згущене молоко мікроорганізмів, різко скорочує тривалість охолодження і забезпечує безперервність процесу. Згущене молоко відсмоктується із вакуум-апарата під дією розрідження, яке створюється у вакуум-охолоджувачах, і потрапляє в один з корпусів установки. Під час охолодження волога додатково випа-ровується, внаслідок чого виникає швидкий перепад температури (від 5…60 до 15…18 °С). Кінець згущення виявляють за дещо меншою концентрацією сухих речовин (70,0… 70,5 %). На цій установці процес охолодження і кристалізації лактози відбувається в одну стадію.

Під час охолодження продукту в першому корпусі із другого охолоджене згущене молоко надходить на фасування. Таким чином забезпечується безперервність процесу охолодження молока і кристалізації молочного цукру. Правильність перебігу оцінюють за розмірами кристалів, які виявляють за допомогою мікроскопа, обладнаного окуляром з мірною лінійкою.

4. Інженерні розрахунки

Продуктивність фільтр-преса залежить від швидкості фільтрації, що визначається режимом фільтрації, характером фільтруючої перегородки і фізико-хімічних властивостей осаду.

Продуктивність П (м3/с) фільтрів і фільтр-пресів визначають по формулі:

де q - навантаження на фільтруючу поверхню, м3/м2; F - площа фільтруючої поверхні, м2; фф, фпр, фр - відповідно тривалість фільтрації, промивання осаду, розвантаження і підготовки фільтр-преса до наступного циклу, с. При виборі насоса, що подає вихідний продукт у фільтр-прес, необхідно враховувати опір перегородки, що розраховується по формулі:

де Rо - коефіцієнт опору для металевого сита густого плетива Rо=(0,7...1,2)*1010; для тканої перегородки Rо=(0,6...3)*1010; µ - динамічна в'язкість фільтруючого продукту, Па*с.

Тривалість фільтрації залежить від вмісту осаду у фільтруємій суспензії, кількості профільтрованого соку, обсягу камери фільтр-преса.

Тривалість фільтрації фф (с):

де Мф - маса відфільтрованої сироватки до закінчення циклу роботи фільтр-преса, кг; Мос - маса вологого осаду, що утвориться за один цикл роботи фильтр-пресу, кг; 8 - товщина фільтруючої рами, м; сос, сс - відповідно щільність відфільтрованої сироватки та вологого осаду, кг/м3; н0 - об'ємна швидкість фільтрації сироватки (н0 = (3,5...8,3>10-5 м3/(м2 с).

Тиск рідини в гідроциліндрі, необхідний для гідравлічного затиску фільтр-преса Р (Па), визначають по формулі:

де Рф - тиск фільтрації, Па; Fф - площа фільтруючої поверхні затискної плити, м2; Рупл - мінімальний тиск на площу контакту, необхідний для забезпечення герметичності стику (Рупл ? 3РФ), Па; Fст - площа контакту рам і плит, м2; D - діаметр плунжера гідроциліндра, м; h - ширина ущільнення м, ѓ - коефіцієнт тертя плунжера в ущільненнях (ѓ = 0,20 - при набивочном ущільненні; ѓ = 0,7...0,10 - при манжетному ущільненні); k - коефіцієнт, що залежить від конструкції ущільнення (k = 0,15 - при набивочном ущільненні, k =0,4...0,7 - при манжетному ущільненні).

Питома продуктивність d (м3/м2) по проясненій фракції на 1 м2 фільтруючої перегородки визначають по формулах:

для фільтрів, що працюють при постійній різниці тисків і за перемінної швидкості фільтрування:

для фільтрів, що працюють при постійній швидкості фільтрування і різниці тисків, що безупинно збільшується:

де k - питомий опір осаду, м2; V - обсяг вологого посадка в 1м3 фільтрату, м3; Р - різниця тисків по обох сторони фільтруючої перегородки, Па; ф - тривалість фільтрування, c; µ - коефіцієнт динамічної в'язкості суспензії, Па.с; R - опір фільтруючої перегородки, м-1.

Розрахунок вакуум-випарних установок

Кількість вологи, що видаляється з продукту в процесі випаровування визначають по формулі

W=G1, кг

де G1 -- кількість сировини, що іде на випаровування кг/год;

а1 а2 -- концентрація сухих речовин в сировині та готовому продукті, %.

Кількість згущеного продукту G знаходять із рівняння:

G =G1 -W, кг/год

Поверхню нагріву вакуум-випарного апарата можна визначити
F=

де r - схована теплота пароутворення, Дж/кг;

k - коефіцієнт теплопередачі при кипінні, Вт/(м2град):

- різниця між температурами гріючої пари та кипіння сировини, °С.

Витрати гріючої пари для згущення можна знайти по формулі:

Dгр =

де і гр - ентальпія гріючої пари, Дж/кг;

tкон - температура конденсату, °С (на 1...2 °С менше температури гріючої пари);

скон - теплоємність конденсату, Дж/(кг-град);

- коефіцієнт, що враховує втрати тепла, (0,95...0,98)

с - теплоємність сировини, Дж/(кг-град);

t п - початкова температура продукту, °С (20 °С)

tк - кінцева температура продукту, °С

Розрахунок сушильних установок

Кількість вологи, що видаляється з продукту в процесі сушки визначають по формулі

W=G1

G1--кількість вологої сировини, що йде на сушку кг/год

1, 2 - вміст вологи відповідно в вологому та сухому продукті, %.

Кількість готового сухого продукту G знаходять із рівняння

G =G1-W, кг/год

Витрати повітря для сушки в теоретичній сушарці визначають по формулі:

LB =

де d1 d2 -- вологовміст повітря відповідно перед калорифером та при виході із сушарки.

В дійсній сушарці витрати повітря будуть на 10…15% більші, так як повітря витрачається на підігрів матеріалу, елементів конструкції та ін.

Кількість тепла на нагрів повітря в калорифері визначають за формулою:

Q=LB Дж/кг

де l1 l0 -- ентальпія повітря, що виходить з калорифера та до калорифера, Дж/кг.

Витрати пари для нагрівання повітря в паровому калорифері визначають по формулі:

де Q -- кількість тепла на нагрівання повітря, Дж/год;

іп іk -- ентальпія пари та конденсату, Дж/кг;

-- тепловий ККД калорифера (0,9--0,97)

Об'єм сушильної камери визначають по формулі:

V=м3

де n -- напруги одиниці камери сушарки по випареній волозі, кг/(м3 год) Величина п залежить від температури гарячого повітря

t	100	120	130	140	150	200
n	2	2.4	2.8	3.2	3.6	5.0

Необхідна потужність на валу розпилювального диску знаходять по формулі:

N=кВт

де - колова швидкість обертання диску, м/с;

G - продуктивність сушарки продуктів,кг/год;

d - діаметр диску, м.

5. Правила експлуатації

Експлуатація насосів і техніка безпеки.

Отримані з заводу-виробника насоси необхідно розібрати й оглянути, переконатися в справності деталей і відсутності сторонніх предметів. Деталі насоса очищають від змащення, консервації і миють гарячою водою і лужним розчином відповідно до інструкції по мийці молочного устаткування. Потім насоси збирають і приєднують до трубопроводу.

При монтажі ретельно перевіряють вали електродвигуна і робочого колеса або ротора. Це особливо важливо для насосів неконсольномоноблочного типу, що мають загальну плиту з приводом. Необхідно правильно установити гумове ущільнювальне кільце в паз корпуса.

Кришки до корпуса варто притискати рівномірно по окружності, не допускаючи перекосу. У протилежному випадку порушується робота насоса.

Електродвигун приєднують до електромережі за виведені кінці обмотки статора в залежності від напруги за схемою, зазначеної на табличці (трикутник або зірка). При неправильному напрямку обертання варто поміняти місцями дві приєднувальні фази мережі.

Обертати насос у холосту понад 3…4 хв не рекомендується, тому що його тертьові частини змазуються продуктом, що тільки перекачується. Порушення цього правила може привести до перегріву ущільнювального пристрою і навіть виходові його з ладу.

Усмоктувальна труба повинна бути короткою, прямою і герметичною. Нагнітальний і усмоктувальний трубопроводи повинні вільно без перекосів приєднуватися до патрубків насосів.

Для пуску відцентрового насоса необхідно відкрити кран на всмоктуючій лінії, включити електродвигун і відкрити кран на нагнітальній, для пуску відкрити запірні крани на нагнітальній лінії, включити електродвигун і відкрити кран на всмоктувальній.

Під час роботи насоса треба систематично стежити за сальником вала - при незадовільному стані чепцевого пристрою може текти рідина, що перекачується. Це виявляється візуально за допомогою спеціального отвору у фланці насоса, через який витікає рідина.

Перед зупинкою насоса необхідно поступово відключити подачу продукту і на ходу машини промити блок циліндра гарячою водою.

Ефективність роботи ротаційних насосів (продуктивність, напір, к.п.д. і інші параметри) залежить від точності їхнього виготовлення і зборки.

Після установки насоса необхідно переконається в правильному приєднанні електродвигуна. Для цього включають короткочасно (поштовхом) електродвигун і перевіряють, чи збігається обертання його з напрямком, зазначеним стрілкою на корпусі насоса. При неправильному обертанні варто перемінити місцями дві з приєднаних фаз на коробці електродвигуна, прийнявши при цьому необхідні запобіжні заходи.

Підшипники електродвигуна змазуються один раз у 4-6 місяців.

Під час роботи спостерігають за температурою електродвигуна, вона не повинна перевищувати 60…70 С. Нагрівання електродвигуна вище цієї температури свідчить про несправності насоса або електродвигуна.

Розбирати, промивати і збирати насос рекомендується раз у зміну або після тривалої зупинки (більш 4 годин).

Перед пуском в експлуатацію необхідно перевірити надійність заземлення насоса.

При роботі насоса стежать, щоб не було підсмоктування повітря.

До роботі з обслуговування форсунок на сушильному барабані допускаються особи не моложе 18 років, що пройшли медичну комісію, а також курс спеціального навчання, що здали іспит і мають посвідчення. Допуск до самостійної роботи оформляється письмово в журналі інструктажу на робочому місці.

Перед допуском робітник повинний пройти вступний інструктаж з техніки безпеки.

Повторна перевірка знань робітником правил техніки безпеки проводиться 1 раз у 12 місяців.

Робітник по обслуговуванню форсунок на сушильному барабані повинний знати і виконувати:

- Пристрій, принцип дії форсунок, сушильного барабана.

- Основні види неполадок у роботі цього устаткування.

- Безпечні прийоми при обслуговуванні форсунок, що працюють на рідкому паливі.

- Правила пожежної безпеки.

- Правила внутрішнього трудового розпорядку.

- Робити першу медичну допомогу при одержанні травм.

Експлуатація вакуум-випарних установок і техніка безпеки.

На початку роботи установки оператором споживача виробляється періодичний контроль наявності води в ємності і парогенераторі. Якщо рівень води недостатній, то її необхідно долити. Включається насос "Кама" в електричну мережу напругою 220 В і подається вода в струминний вакуумний насос. Вода насоса повертається в ємність по шлангу Du=20-22. Після закриття верхньої кришки і двоходового крана, у ємності створюється вакуум. Через шланг, одягнений на трубку вентиля, попередньо підготовлений продукт за допомогою вакууму засмоктується у внутрішню порожнину ємності. Після цього тумблером на панелі керування включаються ТЕН парогенератора і здійснюється розігрів води в парогенераторі до кипіння. Потім ТЕНи оператором тимчасово відключаються. Через фланець, на теплообмінник подається холодна вода з витратою 150+50 г/с. Через штуцер вода температурою близько 40 0С йде на інші потреби (наприклад, на мийку бідонів) чи зливається в каналізацію. За рахунок безупинно працюючого струминного насоса, у ємності створюється вакуум 0.1 кГс/см2 від абсолютного нуля і менш. Контроль вакууму здійснюється оператором за показниками вакуумметра. Після досягнення необхідного розрядження (час складає приблизно 20 хв.) оператором знову включаються ТЕНи парогенератора і далі установка працює в самонастроювальному режимі. У процесі роботи оператор періодично стежить за показаннями вакуумметра. Технологічний вакуум у процесі випарювання повинний установитися в межах 0.2-0.3 кГс/см2. По закінченні процесу варіння, відключаються ТЕНи парогенератора і відкривається вентиль для напуску у внутрішню порожнину ємності 1 атмосферного повітря.

Список використаної літератури

1. Антипов С.Т. Ученик ХХІ век «Машини и аппараты пищевых производств» - М. «Высшая школа», 2001 г.

2. Барабанщиков Н.В. «Молочное дело», - М. «Колос» 1983 г.

3. Бредихин С.А., Космодемгенский Ю. В., Юрин В.Н. «Технология и техника переработки молока» - М. «Колос» 2003 г.

4. Гальперин Д. М. «Оборудование молочних предприятий, монтаж, накладка, ремонт» - М. «Агропромиздат» 1990 г.

5. Власенко В.В. «Технологія виробництва і переробки молока і молочних продуктів» - В. 2000г.

6. Гончаров Н.Н. Справочник механика молочной промышленности - М. 1959 г.

7. Золотин Ю.П., Френклах М.Б., Ламутина М.Г. «Оборудование предприятий молочной промышленности» -М. Агропромиздат 1985 г., 270с.

8. Иванов В.И. «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности».

9. Ковалевская Л.П. «Технология пищевых производств» -М. «Колос» 1997г.

10. Кравців Р.І., Хоменко В.І., Островський Я.Р. «Молочна справа».

11. Крусь Т.Н. «Технология молочных продуктов».

12. Кугенев П.В., Барабанщиков Н.В. Практикум по молочному делу -М. «Колос» 1978г.

13. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование молочных предприятий» -М. «Легкая пищевая промышленность» 1983г.

14. Томбаев Н.И. Справочник по оборудованию предприятий молочной промышленности -М. 1967г.

15. Золотин Ю.П., Френклах М.В., Ламутина М.Г. «Оборудование предприятий молочной промышленности» - М. «Агропромиздат» 1985г.

16. Шалыгина Г.А. «Технология молока и молочних продуктов» -М. 1973г.

17. Барановский Н. В. «Пластинчатые теплообменники в пищевой промышленности». «Машгиз», 1962.

18. Вайнберг А. Я., Брусиловский Л. П. «Автоматизация технологических процессов в молочной промышленности». Изд-во «Пищевая промышленность », 1964.

19. Дезент Г. М., Боушев Т. А. «Оборудование и поточные линии для производства мороженого». «Госиздат», 1961.

20. 3олотнии Ю. П. «Циркуляционная мойка молочного оборудования». «Пищепромиздат», 1963.

21. Крупин Г. В., Лукьянов К. Я., Тарасов Ф.М., Боушев Т. А, Шувалов В. Н. Васильев П. В. «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности». М., изд-во «Машиностроение», 1964.

Додаток 1

Установка сушильная распылительного типа А1-ОР2Ч

Сушильные установки различной модификации изготавливаются ЗАО «Калиновский машзавод» с 1968 года.

Сушильные установки А1-ОР2Ч изготавливаются согласно ТУ 29.5-25494693.002-2003, являются прямоточными, распылительного типа, с размещением дискового распылителя в верхней части сушильной башни.

Область применения - пищевая, перерабатывающая, химическая, фармацевтическая промышленность.

Предназначены для сушки сконцентрированного цельного молока, заменителя цельного молока с содержанием жира до 30%, обезжиренного молока, молочной сыворотки, соевого молока, меланжа, крови, чая, красителей, аминокислот.

С 2004 года ЗАО «Калиновский машзавод» разработаны и изготавливаются сушильные установки производительностью 650 кг испаренной влаги в час для сушки сыворотки.

В 2007 году разработаны установки для сушки сыворотки, производительностью 650 и 1300 кг испаренной влаги в час. Отличительной особенностью данных установок является двойная циклонная очистка отработанного воздуха.

Преимущества данной системы очистки:

· улучшение экологических показателей;

· снижение норм расхода сырья;

увеличение количества готового продукта.

Также ЗАО «Калиновский машзавод» производит:

· СIР-мойки для автоматизированной безразборной мойки технологического оборудования, в том числе сушильных установок;

· станции кристаллизации сыворотки, позволяющие проводить процесс кристаллизации сыворотки в автоматическом режиме;

· вакуумные охладители для мгновенного охлаждения сгущенной сыворотки на выходе из ВВУ до температуры массовой кристаллизации лактозы;

· пастеризационные установки;

· оказываем помощь в разработке технологических схем, монтаже и обвязке технологического оборудования;

· технологические услуги.

Наименование показателей	А1-ОР2Ч	А1-ОР2Ч-1000
	двухстадийная для сыворотки	двухстадийная для СОМ	трехстадийная
Производительность техническая по испаренной влаге, кг/ч	600…650	600…650	650…700	1300
Давление пара, МПа	-	-	-	-
Установленная мощность, кВт	135	135	135	210
Потребление в период работы: пара, кг/ч газа, нм3/ч электроэнергии, кВт*ч	- 80-85 85-90	- 80-85 85-90	- 85-90 85-90	- 170-180 170-175
Содержание сухих веществ в исходном продукте, %: молоко сыворотка (кристаллизованная)	44…48 55…58	44…48 55…58	44…48 55…58
Температура воздуха на входе в сушильную камеру, °С	180-200	180-200	180-200
Занимаемая площадь, м2	144	144	144
Габаритные размеры установки, м длина ширина высота (по кран-балке)	12,0+6,0 12,0+9,0 12,5+4,5	12,0+6,0 12,0+9,0 12,5+4,5	12,0+6,0 12,0+9,0 12,5+4,5