АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По ТОППЖ

Тема: «Технологическая линия по производству аэрированных белковых десертов»

пояснительная записка

Тюмень 201 1

Введение.................................................................................................................. 3

1 Технологическая часть........................................................................................ 5

1.1 Обоснование и выбор технологического процесса..................................... 5

1.2 Технология производства аэрированных белковых десертов................... 6

1.3 Подбор технологического оборудования [9].............................................. 8

2 Разработка роторно-пульсационного аппарата.............................................. 11

2.1 Обоснование конструкторской разработки............................................... 11

2.2 Назначение роторно-пульсационного аппарата, её устройство и принцип работы 14

2.3 Расчет роторно-пульсационного аппарата................................................ 15

3 Технико-экономическая оценка конструкторской разработки....................... 21

Заключение............................................................................................................ 24

Список использованной литературы................................................................... 25

Приложение......................................................................................................... 27

На сегодняшний день одним из инновационных направлений «молочной промышленности является создание аэрированных, так называемых взбитых, молочных продуктов с высокими потребительскими свойствами.

Известно, что аэрированные массы используют в функциональном питании для лечения и профилактики разнообразных заболеваний. Функциональные свойства аэрированных продуктов специалисты объясняют тем, что через желудок в ткани поступает примерно в 10 раз больше кислорода, чем через легкие. Одна порция подобного продукта заменяет 3-4 ч пребывания на свежем воздухе, а кровь, обогащенная кислородом, активизирует работу внутренних органов.

Из изложенного следует, что разработка новых видов аэрированных продуктов актуальна.

Интересны в этом направлении исследования, проводимые сотрудниками Кемеровского технологического института пищевой промышленности и Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности. При этом обнаружены несколько проблем, решение которых позволит эффективно реализовать данное направление в отечественной промышленности.

Первая проблема связана с тем, что до настоящего времени существовал дефицит натуральных пенообразователей.

Традиционно для этих целей использовали яичный белок, восстановленные (из сухих порошков) яйцепродукты или сливки. Из модифицированных и синтетических пенообразователей применяли изоляты и концентраты молочных белков, сапонины, жирные кислоты, фосфолипиды и т.д. По разным причинам они ограниченно используются в функциональном питании. Проведенными исследованиями эту проблему частично удалось

решить, предложив в качестве пенообразователей молоко, в том числе обезжиренное, пахту, молочную сыворотку, ферментированные молочные системы, и белковые продукты полученные на их основе.

Вторая проблема - насыщение молочной жидкости газом и одновременно микроорганизмами, содержащимися в воздухе. Особая опасность в этом отношении связана с большим аэрированием системы, что ухудшает хранимоспособность продукта в силу интенсивного развития микрофлоры.

Третья - особые трудности представляет фасовка пенных продуктов, поскольку пузырьки газа разрушаются при перекачивании насосами, а использование стабилизаторов структуры в достаточно высоких концентрациях затрудняет или вообще не позволяет автоматизировать этот процесс (полуавтоматический способ фасовки неэффективен в силу ухудшения микробиологических характеристик).

Четвертая - применяемые в молочной промышленности пеногенерирующие аппараты имеют ряд серьезных недостатков и зачастую не удовлетворяют современные требования по производительности, затратам энергии на единицу продукции и поточности.

В этой связи в КемТИПП разработана конструкция аппарата, в которой процесс насыщения среды газом интенсифицирован за счет организации интенсивного перемешивания, обеспечивающего значительный рост поверхности раздела фаз. Кроме того, применение звуковых колебаний (20-2000 Гц) в роторно-пульсационных аппаратах (РПА) способствует повышению скоростей физико-химических процессов в гетерогенных дисперсных системах, снижению общего числа микроорганизмов за счет образования кавитации, позволяет перейти на поточный способ производства и фасовки, а также в меньшей степени зависеть от состава и свойств исходного сырья, как, например, при использовании традиционных взбивальных аппаратов периодического действия [16].

1 Технология часть

Белковая основа аэрированного десерта получают из обезжиренного молока, так что это хорошая подспорье для перерабатывающих предприятий, которые в процессе производства имеют большое количество обрата. А также позволит выйти на рынок с новым видом продукции, обладающим полезными свойствами.

Аэрированные массы используют в продуктах функционального питания для лечения и профилактики разнообразных заболеваний. Содержащийся в продукте кислород активизирует функции желудочно-кишечного тракта, нормализует микрофлору кишечника, ускоряет метаболические процессы. Аэрированные массы рекомендуются при функциональных нарушениях центральной нервной системы, сердечно-сосудистых заболеваниях, заболеваниях печени, органов дыхания, при курении, синдроме хронической усталости и нарушении сна.

Скорость усвоения незаменимых аминокислот белковых аэрированных десертов составлял в пределах от 100 до 120 %. По содержанию аминокислот антиатеросклеротической направленности (метионин, лейцин, изолейцин, цистин) продукт на основе пахты являлся более предпочтительным.

Технология и рецептуры аэрированных десертных продуктов с использованием белковых основ, получается из обезжиренного молока и пахты путем кислотной коагуляции. Процесс осуществляется в соответствии с нормами и правилами для предприятий молочной промышленности. Технологический цикл предусматривает получение белковых основ, обладающих пенообразующими свойствами составление смеси и насыщение ее воздухом при обработке в роторно-пульсационном аппарате (РПА) [14].

1.2 Технология производства аэрированных белковых десертов

Для получения белковых основ, характеризующихся однородной, мажущейся консистенцией и одновременно способных к формированию пенообразных (аэрированных) дисперсных систем подобраны специальные параметры (табл. 1). Получение белковых основ стоит из следующих стадий: сбор и оценка качества сырья; пастеризация; охлаждение до температуры заквашивания; заквашивание и сквашивание; подогрев сгустка, частичное отделение сыворотки; получение белковой основы.

В готовых для насыщения газом белковых основах титруемая кислотность колеблется в пределах 120-130 °Т, массовая доля белка - 12,6 - 14 %. По кон­систенции сгустки пастообразное, однородные, нежные, с наличием мягкой крупки и незначительным отделением сыворотки. В последующем крупитчатость устраняется РПА - обработкой при минимальном зазоре между ротором и статором.

Второй этап технологического цикла - непосредственное получение белковых аэрированных десертов. Для составления смеси (рецептуры приведены в табл. 2) в белковые основы вносят вкусовые компоненты и стабилизаторы. Их предварительно восстанавливают сывороткой, полученной в результате обработки сквашенного молока до заданных показателей кислотности. Затем смеси охлаждают до температуры взбивания, проводят нормализацию по

массовой доле жира. После этого получают аэрированную массу в роторно-пульсационном аппарате. Частота вращения РПА ротора - 3000 мин^-1; продолжительность обработки продукта в рабочей камере - 3 мин. Коэффициент заполнения – 0,3; зазор между ротором и статором - 0,1 мм; температура 12 - 15 ⁰С.

Таблица 2 – Рецептура составления смеси

Таблица 3 – Показатели аэрированных белковых десертов

1.3 Подбор технологического оборудования [9]

Подбор оборудования будем производить исходя из производительности 1 т готового продукта в сутки и максимальной автоматизации всех процессов.

Определим массу обезжиренного молока, необходимой для производства 979 кг нежирного творога.

Исходные данные:

Ж_ц = 3,6% - жирность цельного молока;

Ж_о = 0,05% - жирность обезжиренного молока;

М_тв = 979 кг - масса обезжиренного нежирного творога, полученного из обезжиренного молока.

1) Рассчитаем массовую долю белка в цельном (Б_ц) и обезжиренном молоке (Б_о):

(1)

2) Норму расхода обезжиренного молока на 1 т нежирного творога определяем:

(2)

где: В – расход белка для производства 1 т нежирного творога (в летне-осенний период В = 235 кг/т); П – потери обезжиренного молока при приёмке, пастеризации, охлаждении, хранении (П = 3,32%)

3) Зная норму расхода на 1 т и массу нежирного творога на его производство, рассчитаем массу обезжиренного молока, требуемого для производства готовой продукции

(3)

Как видно из технологической схемы (Приложение А) для предварительной обработки молока перед сквашиванием необходимо произвести ряд операций: подогрев молока будет осуществляться на трубчатом подогревателе П8-ОАБ (Q = 5000 л/ч). Процесс сепарации выполняется на сепараторе полузакрытого типа марки Ж5-ОС2Т-3 (Q = 5000 л/ч). Пастеризация молока идёт без выдержки, значит для тепловой обработки обезжиренного молока потребуется трубчатый пастеризатор

Т1-ОУН (Q = 5000 л/ч). Следующим этапом необходимо охладить молоко до температуры заквашивания на пластинчатой охладительной установке ООУ-М (Q = 5000 л/ч). Для накопления молока для сквашивания используем резервуар для типа Р4-ОТН (V = 4000 л), имеющее устройство для контроля кислотности сквашиваемого продукта. Насос для перекачивания молока с приёмочного отделения до резервуара сквашивания выбираем центробежный марки ОЦНШ-5 (Q = 5

На следующем этапе производства кисломолочного продукта, оборудования подбирается с учётом его физико-химических особенностей. Сквашенный сгусток подогревается горячей водой в резервуаре, после достижения заданной температуры и выдержки творожный сгусток подаётся винтовым насосным агрегатом П8-ОНБ (Q = 5,3 м³/ч) на сепаратор-творогоотделитель Ж5-ОТР (Q = 5000…6000 л/ч). Далее творог охлаждается на аппарате ОТД (Q = 600 кг/ч). Следом за охлаждением мягкая творожная масса подаётся насосным агрегатом П8-ОНД (Q = 0,8…1,2 м³/ч) на смеситель ОСТ-1 (Q = 780 кг/ч), где происходит смешивание компонентов, необходимых по рецептуре. Затем вторым насосным агрегатом П8-ОНД (Q = 0,8…1,2 м³/ч) происходит подача продукта на РПА-1,5 (Q = 1,5 м³/ч), после аэрирования, творожная масс поступает в бункер фасовочного автомата ПАСТ-ПАК Р1 где происходит фасование готового продукта в полимерные стаканчики объёмом 400 мл, с последующей отправкой в холодильное помещение.

2 Ра

2.1 Обоснование конструкторской разработки

На сегодняшний день существует масса способов получения аэрированных десертов, т.е. насыщенных газом или смесями с воздухом. Одним из самых простых способов является смешивание готовых масс с яичным белком и последующим взбиванием на миксере при больших оборотах взбивающего рабочего органа. Прогресс не стоит на месте, с ростом технического вооружения, совершенствовались не только аппараты для производства продуктов питания, но и технологии, позволяющие продлевать срок хранения. Аэраторы получили широкое распространение не только в кондитерской, но и молочной индустрии тоже. Рассмотрим несколько примеров оборудования, дающих в конце технологического процесса аэрированные смеси.

Миксер (Аэратор) Р3-ХВА предназначен для взбивания жидких кондитерских масс и насыщая их сжатым воздухом. Миксер (Аэратор) непрерывного действия предназначен для смешивания, насыщения азотом, гомогенизации и придания воздушности творожным, сливочным, молочным массам, а также муссам и йогуртам. В состав оборудования входят: смеситель компонентов лопастного типа с водяной рубашкой; аэрационная установка с режимом автоматического управления; торцевое уплотнение с глицериновой системой промывки и охлаждения; статические миксеры; клапана впрыска рецептурных компонентов; порточный расходомер сиропа; проточный расходомер патоки; проточный расходомер белка; центральное управление; клапан противодавления; приемная емкость с обогревом для рецептурной смеси; кулачковый насос с обогревом для рецептурной смеси; трубы для технологической обвязки; арматура технологическая. [20]

К машинам по насыщению молочных смесей, можно отнести и фризеры различных принципов действия. Так фризер непрерывного действия марки

Так же в последнее время, в ряды аэраторов молочных продуктов начинает внедряться Роторно-пульсационные аппараты (РПА). Простота конструкции, а так же малые габаритные размеры в сочетании с превосходными характеристиками взбивания и гомогенизации смеси позволяют им претендовать на лидирующие позиции в производстве взбиваемых продуктов питания. В состав их конструкции входит: рабочий орган, в виде статора и ротора с радиальными отверстиями заключенные в закрытую камеру; электродвигатель, рама; и в некоторые конструкции дополняются предохранительно-соединительными муфтами между рабочим валом и валом электродвигателя, при производительности свыше 5 м³/ч (это необходимо для защиты рабочих элементов при перегрузках). [18]

Для более наглядного представления о рабочих параметрах и размеров взбивальных машин в таблице 4 представлены сравнительные характеристики.

Таблица 4 – Параметры технологических машин

Продолжение таблицы 4

Анализируя таблицу 4 можно смело сказать, что для производства белковых аэрированны

2.2 Назначение роторно-пульсационного аппарата, её устройство и принцип работы

РПА может быть использовано в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой, горнодобывающей, машиностроительной и других отраслях промышленности для интенсификации процессов растворения, диспергирования, эмульгирования, гомогенизации и т.п.

РПА относится к гидромеханическим роторно-статорным аппаратам с импульсным режимом течения обрабатываемой среды и касается вопросов создания оборудования, обеспечивающего интенсификацию технологических процессов, включающих растворение, диспергирование, эмульгирование, гомогенизацию, преимущественно в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой, горнодобывающей промышленности, в машиностроении.

Известно устройство для создания колебаний в проточной жидкой среде, содержащее ротор, выполненный с возможностью вращения, неподвижный статор, в цилиндрических боковых стенках которых выполнены отверстия [7].

Конструкция представляет собой в виде корпуса с кольцевой рабочей камерой, установленные в нем концентрично с зазором, выполненные в виде тел вращения полые статор и ротор с зазором между ними, в боковых стенках ротора и статора выполнены нерадиальные сквозные каналы [2].

Недостатком устройства является низкая эффективность работы при диспергировании вязких жидкостей из-за потерь давления, связанных с изменением направления течения обрабатываемой жидкой среды в аппарате.

РПА работает следующим образом. Жидкая смесь подается по входному патрубку в ротор, далее поток жидкости движется тангенциально в соответствии с направлением движения вязкой жидкости в полости ротора (на ее периферии), поэтому гидравлическое сопротивление входа в канал ротора в этом случае

минимально; затем жидкость движется по каналу ротора и, так как жидкость (порция жидкости) на этом этапе движения движется вместе с каналом ротора, то

2.3 Расчет роторно-пульсационного аппарата

Исходные данные

Q = 1,5 м³/ч = 0,000417 м³/с – объёмная производительность;

ρ = 1008 кг/м³ – плотность обрабатываемой среды (среднее значение плотности творога);

μ = 6,2 Па∙с – среднее значение динамической вязкости;

ω = 300 с^-1 – частота вращения ротора;

δ = 0,0001 м – величина зазора между статором и ротором, для обрабатываемых сред, имеющих вязкость одного порядка с водой;

форма поперечного сечения каналов прямоугольная;

H_р = H_р = H – высота каналов статора и ротора одинаковая;

l_р = h_р – толщина стенки ротора принимаем из условий прочности и удобства технологии изготовления каналов фрезерованием при составном роторе;

Задаёмся необходимыми параметрами:

- принимаем направление каналов радиальным;

- определяем ряд насосов, имеющих производительность равную или близкую к заданной. Определяем давление, создаваемое насосами

P_нас = ρ∙g∙h = 1000∙9.81∙8 = 78480 Па

- α₀

- задаем ширину канала в роторе и статоре, считая а_р = а_с = а

а = 0,005 м.

Расчёт геометрических параметров ротора [18]

1. Определяем соотношение между длиной канала в статоре и шириной камеры в статоре и шириной камеры и радиусом ротора:

(4)

2. Для возможности возбуждения стоячей волны в каналах статора и камеры озвучивания принимаем

(5

3. Из пунктов 1 и 2 получаем для радиальных каналов в статоре

(6)

4. Определяем относительный радиальный зазор

(7)

5. Из эмпирической зависимости, характеризующей наилучшие условия для развития кавитации, определяем критерий Стайлса

(8)

6. Определяем критерий Струхаля для режима наиболее интенсивной акустической кавитации

(9)

7. Определяем величину критерия Стайлса, характеризующую границу кавитационной работы аппарата

(10)

8. Определяем перепад давления между полостью ротора и камерой по известному Pнас. Считаем, что за счёт гидравлических потерь на участке между выходом насоса и полостью ротора потери напора составляют до 10 %, тогда при

(11)

(12)

9

(13)

Исходя из реальных размеров радиуса ротора, найдём интервал, в котором находится значения l_p

(14)

Используя интегрированные способы исчисления, воспользуемся расчетами (таблица 5), проведенные в Microsoft Excel:

Таблица 5 – Соотношение радиуса и длины

Выбираем наиболее оптимальные размер радиуса и длины канала ротора, соответственно равные 0,1 и 0,01 м.

10. Определяем скорость звука в газожидкостной среде

(15)

11. Проверяем длину канала в роторе из условия возникновения в нём гидравлического удара:

(16)

12. Определяем длину канала в статоре:

(17)

13. Определяем число каналов в статоре из условия возбуждения в нем резонанса.В каждом канале статора каналами ротора генерируются колебания с частотой:

(18)

С другой стороны, резонансная частота канала

(19)

При равенстве частот получаем

14. Определяем условие возникновения стоячих волн в канале статора в установившемся резонансном режиме

(21)

(22)

15. Определяем расстояние между каналами ротора:

(23)

Технологический расчет [10]

1. Фактическая производительность аппарата:

(24)

Энергетический расчет [12]

1. Мощность потребляемая определяется по формуле

(25)

2. Подбираем э/д с частотой, выбранной на начальном этапе

(26)

Определим крутящий момент на валу рабочего органа

(27)

Мощность, потребляемая э/д составит, с учетом всех потерь:

(28)

Выбираем э/д АИР100S4 ГОСТ 183-74 мощностью N_ном = 3 кВт, с асинхронной частотой вращения n = 2920 об/мин.

Подбор подшипников определяется по конструктивному размеру посадочного места под подшипник. Определяем диаметр выходного участка вала по условному допустимому напряжению кручения

(29)

(30)

Выбираем подшипники 205 ГОСТ 8338-75

Муфту подбираем по соответствующим концам вала рабочего органа и вала электродвигателя: Муфта упругая втулочно-пальцевая 63-28-I.18-I.2 ГОСТ 21424.

Проверяем на прочность шпонку на конце вала под муфту. Исходя из длины ступицы муфты рабочую длину призматической шпонки находят по формуле:

(31)

Выбираем Шпонку ГОСТ 23360-78

Проверяем её на срез и смятие из условий прочности:

(32)

(33)

Результатом конструкторской разработки стало внедрение новой единицы оборудования в линию производства обезжиренного творога, с целью расширения ассортимента выпускаемой продукции, а так же повышения эффективности работы молочных предприятия, путём пускания в переработку остатков обезжиренного молока на аэрированные белковые десерты. Так как сырьём для производства десертов является обезжиренное молоко, которое получается при сепарирование цельного молока, то при расчёт полной себестоимости продукта можно исключить затраты на заготовление обезжиренного молока. Это связано с тем, что они были заложены в другие продукты, изготовляемые ранее.

Затраты на заработную плату можно тоже исключить, так как конструкторская разработка предполагается использоваться путём внедрения установки в линию по производству обезжиренного творога. Остальные затраты, в том числе и капиталовложения указаны в таблице 6

Таблица 6 – Затраты

Расчет полной себестоимости производства продукции [4]

, руб,

где: С_с – затраты на сырьё, руб.; С_э/э – затраты на электроэнергию, руб;. С_А – затраты на амортизацию, руб.; С_р – затраты на ремонт, руб;

(36)

где: Ст_i – стоимость производства 1 кг сырья, руб/кг; М_i – масса сырья, идущего

на производство, С_м – число смен работы; Д – количество дней эксплуатации.

тыс. руб.

(37)

где: Р_э/э – расход электроэнергии; Т – сменное время работы, Ст_э/э – стоимость 1 кВт электроэнергии, руб.

тыс.руб.

(38)

где: Н_А – норма амортизации (Н_А = 10%); Б_РПА – балансовая стоимость РПА, руб.

тыс. руб.

(39)

где: Н_Р – норма расхода на ремонт (Н_Р = 15%)

тыс. руб.

тыс. руб.

Полные капиталовложения

(40)

где: Ст_М.Р. – стоимость монтажных работ (Ст_М.Р. составляет 10 % от балансовой стоимости оборудования), тыс. руб.

тыс. руб.

Срок окупаемости капиталовложений

(41)

где: П – планируемая прибыль (составляет 15% от себестоимости продукции), тыс. руб.

лет = 0,65 мес. = 20 дней

На основе проведенных расчётов, можно смело утверждать, что аэрированные белковые десерты смогут стать не только хорошим способом разнообразить ассортимент выпускаемой продукции, так и получить дополнительный доход от реализованной продукции.

Срок окупаемости проекта составил 20 дней, то есть в кратчайшие сроки, данная разработка позволит окупить себя.

Список использованной литературы

1. Анурьев В.Н. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1,2,3. – М.: Машиностроение, 1992.

2. Балабышко А.М., Зимин А.И., Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование. - М.: Наука, 1998, с. 248

3. Бредихин С.А., Комсомольский Ю.В., Юрин В.Н. Технология и техника переработки молока. М.: Колос, 2001.

4. Голубева Л.В. Проектирование предприятий молочной отрасли с основами промстроительства: учебное пособие – СПб.: ГИОРД, 2010. – 288с

5. Гузенков П.Г. Детали машин. М.: Высш.шк., 1986.

6. Детали машин и основы конструирования / Под ред. М.Н. Ерохин. – М.: КолосС, 2004.

7. Зимин А.И. Прикладная механика прерывистых течений. - М.: Фолиант, 1997, с. 14

8. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Часть 1 – М.: Колос, 2001.

9. Курочкин А.А., Лященко В.В. Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства. – М.: Колос,2001.

10. Курочкин А.А., Зимняков В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств. – М.: КолосС, 2006.

11. Левятов Д.С., Соснин Г.Б. Расчеты и конструирование деталей машин. – М.: Высш.шк., 1985.

12. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн./ Под ред. В.А.Панфилова. – М.:Высш. шк., 2001.

13. стриков А.Н., Абрамов О.В. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. – СПб.: ГИОРД, 2003.

14. Остроумова Т.Л. Белковые аэрированные десерты // Молочная промышленность. – 2005. - №4.- С. 45-48

15.

16. Просеков А.Ю., Строева Е.В., Остроумова Т.Л. Пенообразующие свойства обезжиренного молока при роторно-пульсационной обработке // Молочная промышленность. – 2005. - №6. – С. 55-60

17. Томбаев И.Н. Справочник по оборудованию предприятий молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1972. – 563 с.

18. Червяков В.М. Основы теории и расчета деталей роторного аппарата: Учебное пособие. – Тамбов: Изд-во Тамбовского государственного ун-та, 2008. – 126 с.

19. www.silverson.com

20. www.food-ss.com

Технологическая схема изготовления продукта

Дата добавления: 2015-08-26 | Просмотры: 1043 | Нарушение авторских прав