МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА "МЕХАНИЗАЦИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ"
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КУРСОВОй ПРОЕКТ
по дисциплине:
"Процессы и аппараты пищевых производств"
Тема:
"Очистка молока от примесей и аппараты для его реализации"
Барнаул 2014
Содержание
Введение
1. Анализ и классификация процесса очистки молока
2. Механизм протекания очищения молока
2.1 Очистка молока от микробиологических примесей
2.2 Очистка молока от механических примесей
3. Литературный и патентный обзор
3.1 Литературный обзор
3.2 Патентный обзор
4. Сравнение и выбор оптимального аппарата
Техническая производительность
Удельная энергоемкость
Удельная материалоемкость
Габаритность
5. Описание выбранного аппарата
6. Усовершенствование выбранного аппарата
Заключение
Список используемой литературы
Приложения
Введение
Молоко, как и хлеб, человечество начало использовать в пищу более пяти тысячелетий назад. Молоко - единственный продукт питания в первые месяцы жизни человека. Исключительно важное значение оно имеет и в питании взрослого человека. Для старых, ослабевших и больных людей молоко является незаменимой пищей. "Молоко, - писал академик И.П. Павлов, - это изумительная пища, приготовленная самой природой".
Установлено, что этот продукт содержит свыше ста ценнейших компонентов. В него входят все необходимые для жизнедеятельности организма вещества: белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины. Эти компоненты молока хорошо сбалансированы, благодаря чему оно легко и полностью усваиваются [3].
С давних времен молоко используется и как лечебное средство от многих болезней: при лечении сердца, почек и других органов. Молочные продукты (простокваша, кумыс, кефир и др.) являются прекрасным лечебным средством для людей, страдающих желудочно-кишечными заболеваниями, туберкулезом; хороший эффект они дают и при отравлениях.
Молоко оказывает благоприятное действие на секрецию пищеварительных желез. Оно усваивается при минимальном их напряжении. При этом энергии требуется в 3-4 раза меньше, чем для усвоения, например, хлеба. По научно обоснованным нормам молоко и молочные продукты должны составлять одну треть пищевого рациона [10].
В нашей стране в связи с тяжелой экономической ситуацией
сельское хозяйство развито слабо, молочной отрасли сельского хозяйства
уделяется очень мало внимания. И с каждым годом все больше и больше на
прилавках магазинов появляются импортные молочные продукты, создающие большую
конкуренцию нашим продуктам, и вытесняющие последних с прилавков. Поэтому
выбранная тема особенно актуальна для осуществления деятельности любого
предприятия [4].
При доении коровы в молоко попадают различные механические примеси и микроорганизмы. Степень загрязненности молока зависит от санитарно-гигиенических условий получения его. Для очищения молока от механических примесей (частиц корма и подстилки, шерстинок, пыли) его фильтруют на скотном дворе, а затем очищают в прифермской молочной.
Фильтрование молока при доении коров в стойлах в переносные ведра и сливе молока во фляги его пропускаем через фильтры-цедилки.
Фильтрами служат ватные кружки или фильтры из нетканого полотна, которые прокладывают между двумя металлическими сетками, белая фланелевая, вафельная или лавсановая ткань, сложенная в два слоя. Если нет указанных материалов, можно использовать марлю, сложенную в 4-6 слоев. Синтетические ткани обладают высокой прочностью, их можно легко промыть в теплой воде с мылом или моющим порошком;
м синтетической ткани заменяет 35-40 м марли [2].
Через один ватный кружок или фильтр из нетканого полотна можно пропустить молоко из 2-3 фляг, а при сильном загрязнении - из одной фляги.
После фильтрования ватные кружки уничтожают, фильтры из хлопчатобумажных тканей стирают в 0,5% теплом растворе (30+,-; с) дезмола или моющего порошка, прополаскиваем в теплой воде или кипятим 12-15 минут. Фильтры из лавсановой ткани стираем в растворе порошка, затем выдерживаем 20 минут в 1% растворе гипохлорита натрия или хлорной извести, содержащей не более 0,25-0,5% активного хлора, прополаскиваем водой и высушиваем, после чего используем повторно.
Фильтры могут быть цилиндрической формы с боковой фильтрующей поверхностью, что показано на рисунке выше. Их преимущество заключается в том, что механические примеси оседают на дно, а поэтому в меньшей мере загрязняется боковая фильтрующая поверхность, благодаря чему уменьшается растворение механических примесей и смыв из них бактерий в молоко. На фермских молочных применяют закрытые фильтрационные аппараты: трубчатые, дисковые и цилиндрические.
При использовании доения коров, ряд установок используется сразу для очистки молока в процессе доения. Фильтрование молока использованием даже самых совершенных фильтрующих установок не обеспечивает полной очистки от его механических примесей. Часть механических примесей размывается, растворяется и проходит через фильтр. Микроорганизмы смываются и поступают в молоко. В настоящее время на фермах устанавливают сепараторы - молокоочистители, похожие на сепараторы-сливкоотделители. У сепараторов - молокоочистителей небольшой диаметр барабана, тарелки без отверстий, разделительной тарелки нет, объем грязевого пространства значительней, имеется только один сборник для очищенного молока. Принцип его работы состоит в том, что при вращении барабана развивается центробежная сила, отдаляющая механические примеси молока в виде сепараторной слизи. Вместе механическими примесями удаляются и бактерии, особенно спорообразующие [2].
очистка молоко примесь аппарат
Бактериофугирование. При бактериофугировании одновременно с механическими примесями из молока удаляется подавляющая часть микроорганизмов. Бактериофуги действуют по принципу центробежных очистителей, отличаясь от них более высокой скоростью вращения барабана (более 16000 об/мин), большим числом и размером тарелок.
Целесообразно устанавливать последовательно молокоочистители и бактериофуги (саморазгружающиеся). На большинстве крупных молочных предприятий так и поступают. Бактофугированием сырого молока пользуются для удаления из него микроорганизмов с целью его стерилизации без применения термической обработки. В пластинчатом аппарате молоко нагревается до 75°С и подается в одну или две последовательно подключенные бактериофуги. Удаляется до 98-99% бактерий. Особенно легко удаляются спорообразующие микроорганизмы и их споры. Однако бактериофугирование не исключает последующей пастеризации или стерилизации молока, так как отдельные виды микроорганизмов (в том числе и патогенные), плотность которых равна плотности молока или даже меньше ее, не могут быть удалены под действием центробежной силы [5].
Химическая фильтрация. Разработаны способы химической очистки молока с использованием специальных аппаратов-ионообменников. В ионообменниках молоко фильтруется через высокомолекулярные органические вещества - иониты (ионообменные смолы). Ионообменные смолы поглощают различные ионы, в результате чего меняется минеральный состав молока и оно приобретает новые свойства. Это позволяет получить новые пищевые продукты, улучшить их качество, удалить нежелательные примеси. Так, в результате удаления примерно 10% кальция молоко медленнее свертывается под действием сычужного фермента, сгусток его получается менее плотный, при этом вкус, цвет, внешний вид молока изменяется незначительно. На основе ионообменного процесса, разработана технология получения ионитного молока для вскармливания детей раннего возраста. При ионообменной обработке уменьшается также в несколько тысяч раз число бактерий. Последовательной обработкой сыворотки катионитом и анионитом можно снизить содержание в ней минеральных солей (ионов Са, Na, К). После прохождения молока через ионообменную колонку уменьшается его кислотность. Ионообменные смолы в настоящее время используют для выведения из молока радионуклидов. Эффективность ионного обмена зависит от ряда факторов: температуры фильтруемого молока, скорости и направления потока молока в колонке, соотношения между смолой и молоком, pH среды, концентрации удаляемых элементов [8].
В некоторых странах проводят ультрафильтрацию молока на ферме, что сокращает транспортные расходы на доставку молока на молочные заводы в 2-3 раза, кроме того, получаемый концентрат молока обладает повышенной стойкостью, так как высокое осмотическое давление его препятствует жизнедеятельности микроорганизмов.
Этими методами обезвреживают от микрофлоры молоко, обезжиренное молоко и сыворотку; проводят обезжиривание сыворотки для получения фосфолипопротеинового концентрата с высокой эмульгирующей способностью для производства колбас; осуществляют разделение молочной сыворотки на компоненты, получение сывороточных белков, молочного сахара и т.д. Область применения мембранных методов в молочной промышленности очень широка и дает возможность получить молочные продукты направленного химического состава с высокой биологической ценностью при экономии энергетических затрат [5].
Методы очистки молока избираются в зависимости от производительности молочных предприятий: фильтры или центробежные молокоочистители.
Фильтрация молока. Очистку молока от механических примесей проводят сразу после доения, пока молоко еще теплое. При доении в ведра молоко фильтруют во время слива его во фляги. В качестве фильтрующих элементов используют ватные прокладки, марлю, лавсановую ткань, а также фильтры разового пользования. Их недостатком является сильное загрязнение. Ватные прокладки меняют через 50-60 литров отфильтрованного молока. Марля не обеспечивает полную очистку молока от мелких примесей. Лучшие результаты дает лавсановая ткань или энант, которую после использования стирают и дезинфицируют [6].
Мелкие предприятия пользуются самым простым методом очистки молока от посторонних механических и биологических примесей, находящихся во взвешенном состоянии, - фильтрацией. Для этого используют ватные фильтры одноразового пользования (на 70-100 л молока), фланель, вафельную ткань, марлю, сложенную в 4-6 слоев, лавсан - в 2 раза. Марля - хороший фильтрующий материал, ее недостатки - гидрофильность и непрочность, длительность обработки при повторном использовании. Пропускная способность одного марлевого фильтра - 10-15 т молока.
Перед повторным употреблением хлопчатобумажные ткани стирают в 0,5% -ном теплом растворе дезмола или другого моющего средства, прополаскивают в проточной воде, проглаживают или кипятят в течение 12-15 мин и высушивают.
Широко используют лавсановые фильтры. Они не токсичны, гидрофобность их позволяет достичь высокой скорости фильтрации, устойчивы к воздействию микроорганизмов, моющих средств, слабым органическим и минеральным кислотам, щелочам, пару, воде. Пропускная способность одного фильтра - 140 т молока. Фильтры из лавсана легко моются в теплой воде с мылом, затем их погружают в 1% -ный раствор гипохлорита натрия или осветленной хлорной извести на 20 мин.1 м лавсана заменяет не менее 35-40 м марли.
Нормы расхода материалов на 1 т молока: фланели или вафельной ткани требуется 0,09 м, марли - 1,26, лавсана - 0,017, ватных фильтров - 25 штук (масса одного фильтра 1,5 г) [6].
Для фильтрации молока используют фильтры разных конструкций: пластинчатые, дисковые, цилиндрические, в том числе фильтры самоочищающиеся, агрегаты очистительно-охладительные. Молоко насосом подается в фильтр и под давлением проходит через фильтрующую ткань (фланель, байка, лавсан), оставляя на ней частицы примесей. Постепенно на фильтре образуется плотный слой, и сопротивление движению жидкости возрастает в несколько раз, что делает необходимым смену ткани. Поэтому для создания непрерывного процесса фильтры, как правило, оборудуют двумя секциями. Перед фильтрацией молоко рекомендуется подогреть до температуры 35-45°С в подогревателе или секции регенерации пластинчатого аппарата. Это необходимо не только потому, что холодное молоко имеет повышенную вязкость и медленно фильтруется, но также и потому, что в холодном молоке полуотвердевшие жировые шарики образуют кучки и с большим трудом проходят через фильтрующую ткань, быстро забивая ее. При подогревании молока происходит растворение загрязнений и бактериальное обсеменение. Кроме того, такая фильтрация задерживает только крупные частицы механических загрязнений. Существенными недостатками также являются большая затрата рабочего времени (до 30% от рабочего цикла), необходимость смены фильтрующей ткани, промывки, разгрузки фильтра от осадка, подготовки установки к работе. Немаловажно и то, что поступающее в фильтр молоко в процессе очистки контактирует с загрязнениями, отложившимися на фильтрующей ткани из предыдущих порций [6].
Центробежная очистка. В промышленности стали широко использовать наиболее эффективную центробежную очистку с применением сепараторов-молокоочистителей и бактериофуг. По конструкции сепаратор-молокоочиститель напоминает сепаратор-сливкоотделитель, но имеет некоторые конструктивные отличия: в тарелках отсутствуют отверстия, поэтому молоко в межтарелочные пространства входит с периферии; периферийное (грязевое) пространство увеличено; нет верхней разделительной тарелки, поэтому весь поток обработанного молока направляется в один отводной патрубок, а не в два [6].
Очистка молока осуществляется следующим образом. Молоко по центральной трубке поступает в тарелкодержатель, при вращении которого развивается большая центробежная сила, и выводится к периферии барабана, затем под напором поднимается между тарелками к его центру и выбрасывается в отводную камеру с напорным диском. Создаваемого напора достаточно для подачи молока в другие аппараты. Поскольку плотность механических примесей молока больше плотности плазмы, механические примеси отбрасываются к периферии барабана и откладываются в грязевом пространстве плотным слоем. Одновременно удаляется значительное количество микроорганизмов, а также часть лейкоцитов, частиц ткани вымени и крови, хлопья белка и др. Сепараторная слизь составляет в среднем 0,06% массы обработанного молока. Слизь имеет примерно следующий состав: 66-68% воды, жировых веществ - 3,3%, белковых веществ - 24-25%, золы - 3-3,2% и других веществ - до 2%. По вертикали слизь состоит из слоев: нижний темно-серый - грязевой, средний белый - белковый, верхний розовато-коричневый - бактериальный.
На качество очистки молока влияют, в первую очередь, температура, скорость вращения барабана и продолжительность безостановочной работы установки. Продолжительность безостановочной работы молокоочистителей составляет 3-4 ч при обычной степени загрязненности молока и нормальной кислотности (до 20°Т), но снижается при обработке сильно загрязненного молока и молока с повышенной кислотностью [6].
В настоящее время применяют саморазгружающиеся центробежные молокоочистители. Сепараторная слизь из барабана автоматически удаляется через определенные промежутки времени. Отечественный сепаратор-молокоочиститель модели ОМЕ с производительностью 15000 л/ч работает непрерывно 10 ч при времени между разгрузками, равном 30 мин, и давлении после редукционного клапана гидросистемы, равном 49 МПа. При этом количество выбрасываемого осадка достигает 4 кг. Через каждые 3-4 ч осуществляется автоматическая безразборная мойка сепаратора на ходу.
Очистка может проходить при температурах от 5 до 65°С. В отечественных технологических линиях оптимальная температура молока, поступающего на молокоочиститель, принята в пределах 35-45°С. При очистке холодного молока его исходные качества сохраняются лучше, однако, возрастает вязкость, уменьшается скорость всплывания частиц, вследствие чего производительность молокоочистителя снижается до 50%. В то же время повышение температуры молока более 40°С нецелесообразно, так как механические загрязнения или растворяются, или раздробляются в молоке, что не позволяет их полностью устранить под действием центробежной силы, снижается эффективность очистки и увеличивается бактериальная обсемененность.