Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 71

концентрации и экструдирования пищевых сред

Производительность, л/ч (банок/мин) 4500 (25)

Давление пара, МПа 0,3...0,5

Расход пара, кг/ч 178

Расход воздуха, м

/мин:

в зоне нагрева 10 000

в зоне охлаждения 40 000

Расход воды, м

/ч 3

Продолжительность обдувания банок, мин:

горячим воздухом 30

цеховым воздухом 20

Продолжительность эксгаустирования, мин 0,3

Установленная мощность, кВт:

электродвигателей 36,5

ламп 10

Габаритные размеры, мм 26 150x6110x3806

Масса, кг 24 500 •»

Трубчатая пастеризационная установка Т1-ОУН (рис.

16.41,

а) предназначе-

на для нагревания молока. В установке трубные панели изготовлены из нержавею-

щей стали. Они имеют выфрезерованные каналы, соединяющие торцы труб попар-

но.

Входная и выходная трубы выведены из цилиндров наружу в виде патрубков со

штуцерами. В торцах цилиндров установлены плотно привернутые крышки с рези-

новыми уплотнениями, создающими герметичность и изолирующими каналы один

от другого. Нагнетаемая насосом жидкость попадает в первую трубу 3, затем через

угольник 4 в канал, перемешивается, переходит в следующую трубу, снова в канал и

т.д.,

пока последовательно не пройдет по всем трубам 12, 14, 15 и 19. В паровых ру-

башках цилиндров на входе установлены перфорированные пластины-отражатели

пара. Цилиндры смонтированы на подставке из труб. Для регулирования по высоте

в нижней части подставки предусмотрены регулирующие винты. Регулирование

Установка состоит из наполнителя 1 для трехлитровых банок, эксгаустера 2

(АГ-КПО/3), закаточной машины 3, подающего конвейера 4 (А2-КПО/2), пастериза-

тора-охладителя 5 (А2-КПО/1), выгрузочного конвейера 6.

Эксгаустер 2 предназначен для теплового эксгаустирования (прогрев паровоз-

душной смеси в незаполненном пространстве банки) сока с целью снижения давле-

ния в банке и ликвидации брака от срывания крышек. Он представляет собой камеру

нагрева с пластинчатым конвейером, с каждой стороны которого находится по

шесть ламп инфракрасного излучения типа КГ 220-1000-6У4. Подающий конвейер

передает банки с соком от закаточной машины на транспортерную сетку пастериза-

тора-охладителя. Над конвейером имеется толкатель, который перемещает ряд из 10

банок на транспортную ленту.

В камере пастеризации банки обдуваются снизу горячим воздухом.

Камера комбинированного охлаждения состоит из двух участков: охлаждение

банок воздухом и охлаждение банок водой (душирование) при температуре

20...25 °С. Охлажденные банки переходят на выгрузочный транспортер, которым

направляются на дальнейшую обработку.

Техническая характеристика установки А2-КПО

72 Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

температуры пастеризации и ее автоматическое поддержание в заданных пределах

осуществляются регулятором прямого действия 13 типа РТ. Для того чтобы не про-

пустить непастеризованный продукт на последующую обработку, на выходе из

верхнего цилиндра пастеризатора предусмотрен перепускной клапан 11. Команда на

автоматический перепуск подается с пульта управления 26 от манометрического

термометра. На паропроводе перед входом пара в рубашки цилиндров пастеризатора

установлены манометры 21 и 25, предохранительные клапаны 20 и паровые вентили

18. В паропроводе верхнего цилиндра смонтирован регулятор температуры. Вывод

конденсата осуществляется конденсатоотводчиками 2 из каждого цилиндра в от-

дельности через трубы 5 и 6.

Молоко нагнетается из накопительной емкости с помощью двух электронасосов

последовательно соединенных молокопроводом

..10 и 24 с цилиндрами пасте-

ризатора 77, в нижний цилиндр пастеризатора. Там оно подогревается до 50...60 °С,

переходит в верхний цилиндр, где пастеризуется при температуре 80...90 °С. Ци-

линдры

7 7

обогреваются паром. При нарушении технологического режима чувстви-

тельный элемент дистанционного манометрического термометра, который погружен

в поток горячего молока, выходящего из пастеризатора, подает сигналы через пульт

на пропускной клапан. Он срабатывает и направляет молоко на вторичную пастери-

зацию. В процессе пастеризации давление в молокопроводе контролируется мано-

метром с мембранным разделителем. Давление пара на входе в паровые рубашки

обоих цилиндров измеряется манометрами для пара, установленными с помощью

патрубка 16, фланца 22 и тройника 23. Температура пастеризованного молока на

выходе из аппарата регистрируется манометрическим термометром ТКП-160 Сг.

Подача пара в зависимости от изменения температуры молока автоматически регу-

лируется прибором РТ.

Инжекционный стерилизатор применяют для асептического консервирования,

при котором продукт подвергается кратковременной стерилизации при высоких (до

140 °С) температурах. Затем он быстро охлаждается и фасуется в асептических условиях.

Стерилизацию проводят в пластинчатых или трубчатых теплообменниках, а также

в пароконтактных стерилизаторах. В этих аппаратах продукт смешивается с инжекти-

руемым паром высокого давления и затем его охлаждают в вакуум-камере. Преимуще-

ствами таких стерилизаторов являются отсутствие пригорания продукта, значительное

сокращение продолжительности нагрева по сравнению с пластинчатыми теплообмен-

никами. Охлаждение продукта в вакуум-камере происходит почти мгновенно.

Принципиальная схема инжекционного стерилизатора показана на рис.

16.41,

б.

Продукт насосом 7 нагнетается в инжекционную головку 2, в которой он смешива-

ется с острым паром, проходящим через отверстие 3. Благодаря интенсивному пе-

ремешиванию мешалкой, установленной на валу 4, продукт равномерно нагревается

до температуры, соответствующей давлению пара. При этой температуре продукт

находится в трубке 5 необходимое для стерилизации время.

После вторичного перемешивания мешалкой 6 продукт поступает в вакуум-

камеру 9 через обратный клапан 7. За счет резкого сброса давления происходит са-

моиспарение воды из продукта и охлаждение его дс35...37 °С. Образовавшиеся в

вакуум-камере 9 вторичные пары по трубе 8 направляются в конденсатор, соеди-

ненный с вакуум-насосом.

Продукт по барометрической трубке 10 перемещается к продуктовому насосу

77 и нагнетается им в наполнитель или асептическую емкость.

Рис.

16.43 Трубчатая пастеризационная установка Т1-0УН

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Таблица 16.9 Техническая характеристика трубчатых пастеризаторов

Показатель

Т1-ОУН

А1-ОТЛ Т1-ОУТ А1-ОТЛ-10

Производительность, л/ч

5 ООО

5 000

10 000 10 500

Температура, °С:

молока начальная

10 10

пастеризации

80...90

80...90 80...90

80...90

Давление пара перед приборами

регулирования, МПа

0,3...0,4

0,3...0,4 0,3...0,4

Расход пара, кг/ч

700

640 1500

1300

Поверхность теплопередачи, м

4,5 4,4 9 9

Максимально допустимый напор

молока на входе из трубчатого

аппарата при номинальной произ-

12...14

14 8

водительности, м вод. ст.

Установленная мощность, кВт

1,5

Габаритные размеры, мм

1500х1300х

х2150

1500х1400х

х2150

1500х1250х

х2300

1500х1400х

х2300

Масса, кг

400 450 670 640

Температура стерилизации регулируется давлением и количеством острого па-

ра, подаваемого в инжекционную головку.

Техническая характеристика трубчатых пастеризаторов представлена в табл. 16.9.

Установка А1-ОТЛ-5 отличается от вышеописанных тем, что на теплопередаю-

щих трубах создает шероховатость (накатку). Это снижает гидравлическое сопро-

тивление, увеличивает теплопередачу, уменьшает образование молочного камня и

пригара белка. Кроме того, для удобства обслуживания и повышения надежности

работы системы автоматизации установка А1-ОТЛ-5 комплектуется уравнительным

приемным баком с поплавковым регулятором уровня.

Особенностью конструкции установки А1-ОТЛ-10 является наличие регенера-

тора, выполненного по типу теплообменника «труба в трубе». Он служит для час-

тичного подогрева исходного молока и вывода конденсата. Нагреваемый продукт

подается по внутренней трубке, конденсат течет противотоком в кольцевом зазоре

теплообменника. Кроме того, трубчатый теплообменный аппарат представляет со-

бой три рабочих цилиндра, смонтированные на подставке с уклоном относительно

уровня пола.

Емкость универсальная Т2-ОТ2-А (рис. 16.42, а) предназначена для тепловой

обработки молока и сливок при выработке топленого молока, ряженки, сметаны,

кефира, смеси мороженого и других молочных продуктов. Она представляет собой

трехстенный цилиндрический вертикальный сосуд на опорах и состоит из внутрен-

ней нержавеющей ванны 1, заключенной в корпус 2 и наружную обшивку 3. Под

внутренней ванной размещена парораспределительная головка 4, к которой через

трубопровод подводится пар. Патрубок для слива воды из межстенного пространст-

ва выведен вниз. К нему присоединены вентиль и трубопровод подачи холодной

воды. Переливная труба служит для поддержания постоянного уровня воды в меж-

стенном пространстве. Она присоединена к канализации с помощью воронки.

Через кран диаметром 50 мм готовый продукт сливают. Термометр служит для

контроля температуры продукта. Крышка емкости состоит из двух половин, одну из

которых можно поднимать и опускать вручную. Вторая половина крышки прикреп-

лена к корпусу ванны тремя болтами. Емкость установлена на трех расположенных

по окружности опорах и крепится фундаментными болтами.

76 Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Таблица 16.10 Техническая характеристика емкостного пастеризационного оборудования

Показатель

ВДП-300 В1-ВД2-П

Г2-ОТ2-А Г6-ОПА-600

Рабочая вместимость, м'

0,3 0,35 1

0,6

Частота вращения мешалки, с"

2,6...2,7 3 3

Поверхность теплообмена, м

2,3 5

3,5

Установленная мощность, кВт

0,6 0,75 0,75

0,75

Габаритные размеры, мм

1288х925х

1300х1030х

1569х1520х 1520х1440х

Габаритные размеры, мм

х1370

х1900

х2045 х1690

Масса, кг

165

187

520 485

Продолжение таблицы 16.10

Показатель

Г6-ОПА-1000 ВПУ-500

ВПЭ-300

Рабочая вместимость, м

0,5

0,3

Частота вращения мешалки, с"'

3 0,25

Поверхность теплообмена, м

5,1

2,5

Установленная мощность, кВт

0,75 0,75

Габаритные размеры, мм

1520x1440x2045 1615x1030x1220

1050x900x1800

Масса, кг

575

350

200

Продукт нагревается пароводяной смесью. Для улучшения теплообмена про-

дукт перемешивается мешалкой 5, вращающейся от привода. Для охлаждения про-

дукта межстенное пространство заполняют ледяной водой.

Кроме того, в верхней части внутренней ванны приварен по спирали змеевик 6,

служащий для охлаждения продукта рассолом температурой от -6 до -10 °С при

давлении не более 0,1 МПа.

Пастеризационная ванна Г6-ОПА-600 (Г6-ОПБ-1000) состоит из внутренней

ванны 7, двух электромагнитных вентилей и шкафа управления (рис. 16.42, б).

Под внутренней нержавеющей ванной, заключенной в двустенный наружный

корпус 2, размещена парораспределительная головка 3, к которой через трубопровод

поступает пар. Для слива воды из межстенного пространства в наружном днище пре-

дусмотрен патрубок с вентилем. Переливные трубы служат для поддержания уровня

воды в гаежстенном пространстве. Крышка ванны состоит из двух половин, одну из

которых легко поднимать и опускать вручную. При подъеме половины крышки через

конечный выключатель отключается привод мешалки. Вторая половина крышки при-

креплена к корпусу ванны тремя болтами. Ванна установлена на трех опорах под уг-

лом 120° и прикреплена к фундаменту с помощью анкерных болтов.

Ванна заполнятся продуктом до уровня сигнализатора. Продукт перемешивает-

ся мешалкой 4, вращающейся от привода 5. Готовый продукт сливают через молоч-

ный кран. Температура продукта и воды в межстенном пространстве контролирует-

ся термометрами.

Нагрев продукта достигается за счет нагрева холодной воды в межстенном про-

странстве с помощью пара. Для улучшения теплообмена продукт перемешивается

мешалкой. Для охлаждения продукта межстенное пространство ванны заполняют ох-

лажденной водой. Поддержание постоянной температуры пастеризации и охлажде-

ния, включение в работу мешалки выполняются автоматически или вручную. Анало-

гичные конструкцию и принцип действия имеет пастеризационная ванна ВПУ-500.

В пастеризационных ваннах с электрическим нагревом встроены ТЭНы, управ-

ляемые терморегуляторами. Продолжительность нагрева контролирует реле време-

ни.

В остальном эти ванны практически не отличаются от описанных выше. Их тех-

ническая характеристика приведена в табл. 16.10.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Электропастеризатор А1-ОПЭ-250 с инфракрасным нагревом (ИК) (рис. 16.43)

предназначен для пастеризации молока и его обеззараживания от возбудителей тубер-

кулеза. Этот аппарат используют на малых молочных фермах с поголовьем до 100

коров. Он состоит из бака-накопителя 11, насоса 10, пластинчатого регенератора-

охладителя 3 со смотровым стеклом 4. Секции ИК-нагрева 2 представляют собой на-

бор кварцевых трубок, последовательно соединенных металлическими переходника-

ми.

Внутри трубок циркулирует обрабатываемое молоко. На каждой трубке имеется

электронагреватель (кварцевая трубка большого диаметра с обмоткой из нехромового

провода). В комплект установки входит трехходовой клапан 1, вентиль 5, трехходо-

вые краны 8 и затвор 9. В правой верхней части размещен пульт управления 6. Элек-

тропастеризатор смонтирован на раме 7. Режим работы аппарата ручной и полуавто-

матический. Техническая характеристика электропастеризатора приведена ниже.

Техническая характеристика электропастеризатора А1-ОПЭ-250

Производительность, л/ч 250

Температура, °С:

молока начальная 10...35

пастеризации

±2

конечная молока при охлаждении ледяной водой 4.. .6

Продолжительность обработки в секции ИК-нагрева, с 2...4

Габаритные размеры, мм 1600x800x1500

Масса, кг 300

Технологический процесс состоит из следующих последовательных этапов:

стерилизация гидросистемы, пастеризация молока, мойка гидросистемы растворами

щелочи и кислоты с промежуточным ополаскиванием водой.

Рис.

16.43 Электропастеризатор А1-ОПЭ-250

78 Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Инженерные расчеты. Автоклавы и стерилизаторы рассчитывают на основе

уравнения теплового баланса.

Производительность автоклава П

(шт/мин) определяют по формуле

=п

/х,

где щ - количество банок, загружаемых в автоклав, щ = z,z; х - продолжительность

полного цикла работы автоклава, мин; z

- число сеток в автоклаве, z = 0,785ас/

d~L

число банок в сетке; а - отношение высоты сетки к высоте банки (принимается бли-

жайшее целое меньшее число); d

- диаметр сетки, м; d

- диаметр банки, м.

т = х

+ т, + х

+ х

где хо - продолжительность загрузки автоклава, мин; Х\ - продолжительность повы-

шения температуры, мин; х

- продолжительность собственно стерилизации, мин;

хз - продолжительность снижения давления и охлаждения продукта, мин; х

- про-

должительность разгрузки автоклавов, мин.

Тепловым расчетом автоклава определяют расход пара на стерилизацию и рас-

ход охлаждающей воды.

Уравнение теплового баланса автоклава имеет вид

Qocu,

= Qi + Qi+Qi +

Q*+Qi

+ Q

Количество теплоты на нагревание автоклава Q\ (Дж) рассчитывают по формуле

-?,),

где т\ - масса автоклава, кг; с\ - теплоемкость стали, Дж/(кг-°С); t\ - начальная тем-

пература автоклава, °С; t

- температура стерилизации, °С.

Количество теплоты на нагревание сеток Qi (Дж) определяют в виде

-t

где т

- масса сеток, кг; с

- теплоемкость материала сетки, Дж/(кг-°С); t

- темпе-

ратура сетки,°С.

Количество теплоты на нагревание банок £>з (Дж) равно

где mi - масса банок, кг; сз - теплоемкость материала банок, Дж/(кг-°С); ?

- начальная

температура банок принимается равной температуре фасованного продукта, °С.

Количество теплоты на нагревание продукта

(Дж) составляет

где

Ш4

- масса продукта, кг; с

- теплоемкость продукта, Дж/(кг°С); и - температура

продукта, °С.

Количество теплоты на нагревание воды в автоклаве Qi (Дж) равно

где w

- масса воды в автоклаве, кг;

с„

- теплоемкость воды, Дж/(кг°С);

- началь-

ная температура воды в автоклаве, °С.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Потери количества теплоты в окружающую среду

Q(,

(Дж) определяют как

г- 2

где г

- площадь поверхности автоклава, м ; х

- продолжительность подогрева, с;

а.0

- суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м -°С); t

- температура поверхно-

сти изоляции автоклава, °С; (

- температура воды, °С.

Потребная масса пара D\ (кг) в первый период работы автоклава

=<2об

('п -i

где /„ и 4 - удельная энтальпия пара и конденсата, Дж/кг.

Во второй период работы автоклава (при постоянной температуре стерилиза-

ции) теплота Q

(Дж) расходуется на компенсацию потерь в окружающую среду пу-

тем конвекции и лучеиспускания:

-t

где

- продолжительность стерилизации, с; t'

- температура стенки во второй

период работы, °С;

t„

- температура воды, °С.

Потребная масса пара D

(кг) во второй период работы автоклава

-i

Общая масса пара D (кг) равна

Потребную массу охлаждающей воды т

(кг) определяют по следующему вы-

ражению, полученному путем интегрирования дифференциального уравнения теп-

лового баланса в этой стадии процесса:

-2,303lm_(c

/c)lgA(f

-t

)/(t

-t

)]

+т

(с

пр

/c)lg[(t

-t

)/(t'

-/„)]],

где m„ - масса продукта, кг; т

— масса автоклава, сеток, банок и воды в автоклаве,

кг; с

- теплоемкость продукта, Дж/(кг°С); с„

- приведенная теплоемкость массы

т„,

Дж/(кг-°С)

„

(

\ +

+ G

)/т

где to - начальная температура охлаждающей воды, °С; t

' - конечная температура

охлаждающей воды, °С.

Производительность стерилизатора непрерывного действия П

(банок/с) опре-

деляют по формуле

=г/т,

где Z - число банок, одновременно находящихся в стерилизаторе; т - продолжи-

тельность цикла стерилизации, с.

Для стерилизаторов с цепным транспортирующим органом производительность

равна

={v/a)z

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

где

v -

линейная скорость цепного конвейера, м/с;

а -

расстояния между центрами

банкодержателей, м;

число банок

одном банкодержателе.

Тепловой расчет стерилизатора непрерывного действия

определение общего

расхода теплоты

(Дж/с) в нем осуществляются по уравнению теплового баланса:

Фобщ

0!+ Ф

Фз+ Ф4+ Фз-

Расход теплоты на нагревание банок Ф\ (Дж/с):

б(*2б

-he)'

где

nig

—

масса банки, кг; eg

теплоемкость материала банки, Дж/(кг-°С); tje

и -

начальная и конечная температуры банок, °С.

Расход теплоты на нагревание продукта Ф

(Дж/с):

lnp

-t

Xnp

где т„

масса продукта

банке, кг; с„

теплоемкость продукта, Дж/(кг-°С);

lnp

tinp

начальная и конечная температуры продукта, °С.

Расход теплоты на нагревание транспортных средств Фз (Дж/с):

Фъ

mp{hmp ~hmp)i

где

тр

общая масса транспортных устройств, кг

(т

тр

= m

vx, где

то

масса одно-

го погонного метра конвейера, кг/м; v

скорость конвейера, м/с; х

продолжитель-

ность нагревания,

с); с

тр

приведенная теплоемкость материала конвейера,

Дж/(кг-°С);

и t

2mp

начальная и конечная температуры конвейера, °С.

Расход теплоты на нагрев доливаемой воды Ф

(Дж/с)

-tJ,

где

потребная масса воды на 1 банку, кг/шт;

—

теплоемкость воды, Дж/(кг-°С);

начальная и конечная температуры доливаемой воды, "С.

Расход теплоты на компенсацию потерь

окружающую среду

Ф$

(Дж/с)

-t

где

площадь поверхности стерилизатора, м

;

х -

продолжительность процесса

стерилизации, с;

суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м

К);

и t

тем-

пературы стенки стерилизатора и воздуха, °С.

Расход пара

(кг/с) определяется по формуле

Фобщ/(L

Ученый должен быть человеком, который

стремится выслушать любое предположение.

ФАРАДЕЙ МАЙКЛ (1791-1861),

английский физик

16.9 ЭКСТРУДЕРЫ

Экструдер предназначен для получения полуфабрикатов или готовых изделий

результате комплексной механической

тепловой обработки рецептурных компо-

нентов пищевой среды. Основными частями экструдера являются корпус

осна-

щенный загрузочной воронкой

3 и

нагревательными элементами 4, рабочий орган