УДК 663.674.: 62-190.001.5
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОГО МОЛОКА ПУТЕМ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЕМКОСТНОГО
ВЫДЕРЖИВАТЕЛЯ ПАСТЕРИЗАТОРА
, к. с.-х. н., доцент
, к. т.н., доцент
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Алтайский государственный
аграрный университет», г. Барнаул
Введение
Молоко – жизненно необходимый и популярный российский продукт. В настоящее время на прилавках магазинов и супермаркетов имеется широкий выбор молочных продуктов: от молока с различной степенью жирности и различными ароматизаторами, до ряженки, айрана, сыворотки и воздушных творожков. Качество и срок годности молока в значительной степени зависят от условий первичной обработки и переработки. Тепловая обработка служит для увеличения срока годности молока, его дезинфицирования, а так же способствует повышению начального качества молока [1, 2].
Одним из наиболее сложных процессов в переработке, является процесс пастеризации молока. Эффективность действия пастеризации зависит от двух основных параметров: температуры, до которой нагревают молоко, и выдержки его при данной температуре. В зависимости от этого различают пастеризацию молока с выдержкой и без выдержки.
Техническая реализация процесса выдержки осуществляется в специальных устройствах (выдерживателях) в пастеризационно-охладительных установках. По конструкции выдерживатель представляет собой камеру, через которую непрерывным потоком проходит молоко в практически изотермических условиях. Выдерживатели бывают: трубчатые и емкостные [3, 4].
Проблему пригорания молока к стенкам емкостных выдерживателей решают, покрыв стенки выдерживателя антипригарным материалом. Проблему неравномерного нагрева молока в камере выдерживателя решают, многократным возвратом молока в камеру выдерживателя [5].
Основным недостатком является неравномерный нагрев молока. Для устранения этого недостатка необходима модернизация конструкции устройства, чему и посвящена наша работа.
На основании вышеизложенного целью исследований являлось совершенствование конструкции емкостного выдерживателя в процессе патеризации молока в условиях молочный комбинат» г. Барнаула.
Объект и методы исследований
Основное назначение данного выдерживателя – повышение качества готового продукта, обеспечение безразборной санитарной обработки выдерживателя. Цель пастеризации достигается тем, что выдерживатель, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, подающий и размещенный в нижней части корпуса отводящий патрубки, а также насос для отвода продукта, снабжен рассекателем потока продукта, установленным с возможностью вертикального перемещения под подающим патрубком, который расположен в верхней части корпуса. При этом рассекатель выполнен в виде конуса с отбортовкой по периферийной части, направленной вверх под углом 20-45 градусов к горизонтали.
Результаты исследований
На рисунке 1 схематично изображен существующий выдерживатель, включающий корпус 1, уровнемер 2, съемную крышку 3, рассекатель 4 потока жидкости, спускной кран 5, насос 6 для откачивания жидкости из емкости, кран 7.
Рассекатель 4 потока установлен по центру крышки 3 с возможностью вертикального перемещения и имеет чашеобразную форму с отбортовкой навстречу потоку жидкости. Угол наклона образующей конической части рассекателя 4 потока к горизонтальной плоскости составляет 20-45 градусов. Рассекатель 4 потока выставляют с зазором кольцевой щели 2-3 мм по отношению к крышке 3 аппарата. Соблюдение этого требования гарантирует формирование струи в виде полого жидкостного конуса и ориентирование ее на крышку.
Рис. 1 – Существующий выдерживатель молока
Уровнемер 2 представляет собой трубку из прозрачного материала, например стекла, поливинилхлорида и т. п.
Выдерживатель работает следующим образом. По завершении санитарной обработки вслед за последними порциями воды, посредством которой пастеризационно-охладительную установку выводят на заданный температурный режим, пускают горячее молоко в пустой выдерживатель. Для заполнения последнего пропускную способность насоса 6 ограничивают краном 7 с таким-расчетом, чтобы приток молока превышал его расход.
Необходимое время пребывания молока в аппарате определяется его количеством, следовательно, и уровнем. Как только высота столба жидкости в уровнемере 2 достигнет требуемой отметки, пpoпускную способность насоса 6 приводят в соответствие с притоком молока в выдерживатель.
Незадолго до окончания процесса тепловой обработки приток молока в выдерживатель уменьшают. Дождавшись опорожнения выдерживателя, прекращают подачу сырого молока в пастеризационно-охладительную установку и вслед за ним пускают воду из сети. По завершении вытеснения молока из установки поток воды переключают на циркуляцию и осуществляют безразборную мойку растворами каустической соды и азотной кислоты в соответствии с общепринятыми нормами.
При этом моющий раствор, попадая на рассекатель 4, равномерно распределяется на куполообразной крышке 3 и безотрывно стекает по внутренней поверхности выдерживателя, удаляя из нее молочный пригар. Одновременно очищается от загрязнений и уровнемер 2.
В процессе мойки кран 7 открыт полностью, вследствие чего моющие растворы в емкости не накапливаются, и тем самым, обеспечивается высокая эффективность санитарной очистки аппарата.
Достижение цели изобретения возможно при условии, если угол наклона образующей конической части рассекателя к горизонтальной плоскости лежит в интервале 20-45 градусов. В этом случае наблюдается равномерное и безотрывное течение жидкости по всей внутренней поверхности выдерживателя.
При угле 19 градусов и менее возникает неомываемая потоком жидкости кольцевая часть поверхности крышки 3 вблизи от места врезки входного патрубка.
При угле наклона 46 градусов и более в месте удара кольцевой струи жидкости в крышке 3 возникают завихрения потока. Тем самым нарушается сплошность пленочного течения жидкости, а в свою очередь, и частичный отрыв ее от стенки крышки.
Выдерживатель для молока и молочных продуктов в таком исполнении обеспечивает повышение качества конечного продукта и безразборную санитарную обработку.
Предлагаемое совершенствование представлено на рисунке 2.
Рис. 2. – Умовершенствованный выдерживатель молока
Работа выдерживателя происходит следующим образом. При открытии крана ввода продукта (2), молоко через насос поступает в геометрическую цилиндрическую емкость (1), при заполнении емкости на блок управления(4) поступает сигнал и кран (2) закрывается. После закрытия крана автоматически начинает вращаться мешалка(6). После истечения заданного времени мешалка(6) отключается, датчик температуры(5) подключенный к входу блока управления (4) показывает температуру внутри емкости, и если она не имеет отклонений от нормы, открывается кран вывода продукта(3).
Корпус емкостного выдерживателя представляет собой геометрическую цилиндрическую емкость с патрубками ввода и вывода продукта. В емкость мы соосно установили мешалку с прямоугольными лопастями.
В аппарате осуществляются следующие операции: заполнение продуктом до определенного уровня, выдерживание молока при заданной температуре в течение заданного времени, вывод готовой продукции.
Установив мешалку в емкостной выдерживатель, мы добились:
· равномерного распределения температуры в выдерживателе;
· улучшили эффективность пастеризации;
· улучшили качественные показатели и увеличили срок хранения готового продукта.
На освновании вышеизложенного, нами были проведены расчеты эксплуатационной производительности, рабочий объем выдерживателя, прочностной расчет сварного соединения.
Эксплуатационная производительность
W= ((πd2/4) ∙h)-Vм, (1)
где d – диаметр емкости, м (d=0,3)
h – высота емкости, м (h=0,55)
Vм - объем занимаемый мешалкой, м3
Vм= lт* (πd2т /4)*n + lk* (πd2k / 4), (2)
где: lт, lk, - длины груб мешалки и коллектора, м (lт =0,8 м, lk = 1,08 м);
d2т, d2k - диаметры трубы и коллектора мешалки, м (dТ= 0,05 м, dK= 0,07 м)
n - число труб в мешалке (1 шт.)
Vм= 0,8* (3,14*0,0025 /4)*1 + 1,08*(3,14*0,0049 /4) = 0,0046 м3
W = (( 3,14* 0,3 2 /4) *0,55) – 0,0046 =0,0342 м3
Рабочий объем выдерживателя
V = Kзап*W, (3)
где Kзап – коэффициент заполнения емкости (Kзап=0,8)
V= 0,8*0,0342 = 0,02736 м3
Выводы
1. В результате совершенствования конструкции емкостного выдерживателя добились повышения качества и себестоимости продукции.
2. Из результатов исследований выявлено, что наиболее ответственной операцией в процессе пастеризации молока является его перемешивание.
3. Установка мешалки в емкостной выдерживатель позволила: равномерно распределять температуру в выдерживателе; улучшить эффективность пастеризации; повысить качественные показатели и увеличить срок хранения готового продукта.
Библиографический список
1. Барабанщиков молока и молочной продукции. - М.: Koлoc, 19с.
2. Технология и техника переработки молока / , , - М.: Колос, 20с.
3. Курочкин оборудование для переработки продукции животноводства / А. А Курочкин, В. В Лященко. - М.: Колос, 2001. – 440 с.
4. Космодемьянский и аппараты пищевых производств.- М.: Колос, 1997.-208 с.
5. Машины и аппараты пищевых производств. В 3 кн. / , , и др.; Под ред. акад. РАСХН . – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: КолосС, 2009. – 610 с.
Реферат
Предложена модернизация емкостного выдерживателя для пастеризации молока, позволяющая повысить его надежность, что является возможным увеличить производительность пастеризатора, с одновременным улучшением качества вырабатываемого сырья, а также снижением трудозтрат.
Сведения об авторах:
Ф. И.О.
Ученая степень кандидат сельскохозяйственных наук
Место работы ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», Инженерный факультет
Должность Заместитель декана инженерного факультета по научной работе, доцент кафедры «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»
Почтовый адрес места работы г. Барна
Контактные телефоны (385; , e-mail: *****@***ru
Ф. И.О.
Ученая степень, ученое звание кандидат технических наук, доцент
Место работы ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», Инженерный факультет
Должность Декан инженерного факультета, заведующий кафедрой «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»
Почтовый адрес места работы г. Барна
Контактные телефоны (385, e-mail: *****@***ru
