Расчет параметров и разработка гомогенизатора молока

курсовая работа

1. Основные сведения о процессе гомогенизации и способах его осуществления

Гомогенизация -- это раздробление (диспергирование) жировых шариков путем воздействия на молоко или сливки значительных внешних усилий. В процессе обработки средний размер шариков уменьшается с 3,5…4 до 0,7…0,8 мкм и уменьшается скорость всплывания. Происходит перераспределение оболочечного вещества жирового шарика, стабилизируется жировая эмульсия, и гомогенизированное молоко не отстаивается [2].

Наибольшее распространение получили клапанные гомогенизаторы, основными узлами которых являются насос высокого давления и гомогенизирующая головка [1]. Гомогенизаторы этого типа служат для обработки молока и сливок с целью предотвращения их расслаивания при хранении [2].

На рис. 1 показана двухступенчатая гомогенизирующая головка, состоящая из корпуса 3 и клапанного устройства, основными частями которого являются седло клапана 7 и клапан 2. Клапан связан со штоком, на выступ которого давит пружина 6. Сила сжатия пружины регулируется путем перемещения накидной гайки 5 со штурвалом, которая вместе с пружиной, штоком 7 и стаканом 8 образует нажимное устройство 4. Жидкость, нагнетаемая насосом под тарелку клапана, давит на тарелку и отодвигает клапан от седла, преодолевая сопротивление пружины [1].

Рисунок 1 - Двухступенчатая гомогенизирующая головка (I - первая ступень; II - вторая ступень)

Этот способ механической обработки (гомогенизация) молока и жидких молочных продуктов служит для повышения дисперсности в них жировой фазы, что позволяет исключить отстаивание жира во время хранения молока, развитие окислительных процессов, дестабилизацию и подсбивание при интенсивном перемешивании и транспортировании. Гомогенизация сырья способствует:

- при производстве пастеризованного молока и сливок -- приобретению однородности (вкуса, цвета, жирности);

- стерилизованного молока и сливок -- повышению стойкости при хранении;

- кисломолочных продуктов (сметаны, кефира, йогурта и др.) - повышению прочности и улучшению консистенции белковыхсгустков и исключению образования жировой пробки на поверхности продукта;

- сгущенных молочных консервов -- предотвращению выделения жировой фазы при длительном хранении;

- сухого цельного молока -- снижению количества свободного молочного жира, не защищенного белковыми оболочками, что приводит к быстрому его окислению под действием кислорода атмосферного воздуха;

- восстановленных молока, сливок и кисломолочных напитков -- созданию наполненности вкуса продукта и предупреждению появления водянистого привкуса;

- молока с наполнителями (какао и др.) -- улучшению вкуса, повышению вязкости и снижению вероятности образования осадка.

Диспергирование жировых шариков, т. е. уменьшение их размеров и равномерное распределение в молоке, достигается воздействием на молоко значительного внешнего усилия (давление, ультразвук, высокочастотная электрическая обработка и др.) в специальных машинах -- гомогенизаторах. [4]

Принцип действия гомогенизаторов клапанного типа, заключается в следующем. В цилиндре гомогенизатора на молоко оказывается механическое воздействие при давлении 15...20 МПа [2]. В образующуюся между клапаном и седлом щель высотой от 0,05 до 2,5 мм проходит с большой скоростью жидкость и при этом гомогенизируется [1]. Это возможно при достижении в цилиндре рабочего давления. При проходе через узкую круговую щель между седлом и клапаном скорость молока возрастает от нулевой до величины, превышающей 100 м/с. Давление в потоке резко падает, и капля жира, попавшая в такой поток, вытягивается, а затем в результате действия сил поверхностного натяжения (рис. 2) дробится на мелкие капельки - частицы. [2]

Рисунок 2 - схема процесса дробления жирового шарика

По типу гомогенизирующей головки гомогенизаторы можно подразделить (рис. 3) на одно-, двух- и многоступенчатые. На практике применяют только одно- и двухступенчатые, так как многоступенчатые не оправдывают себя, поскольку приводят к громоздкости конструкции, неудобству в эксплуатации и незначительному улучшению эффекта гомогенизации по сравнению с двухступенчатыми [1].

Рисунок 3 - Схема гомогенизирующей головки:

а - одноступенчатой; б - двухступенчатой; 1 - кривошипно-шатунный механизм- 2 - плунжерный насос; 3-предохранительный клапан; 4, 12- гомогенизирующие клапаны первой и второй ступеней; 5 - пружина; 6-регулировочные винты; 7 - седло; 8 - манометр 9 - нагнетательная камера; 10, 11 -- нагнетательный и всасывающий клапан.

При работе гомогенизатора на выходе из клапанной щели часто наблюдаются слипание раздробленных частичек и образование "гроздьев", снижающих эффективность гомогенизации. Во избежание этого применяют двухступенчатую гомогенизацию (рис. 1). На первой ступени создается давление, равное 75 % рабочего, на второй ступени устанавливается рабочее давление. Для проведения гомогенизации температура молочного сырья должна быть 60...65°С. При более низкой температуре усиливается отстаивание жира, при более высокой могут осаждаться сывороточные белки.

Промышленность выпускает гомогенизаторы различной производительности (табл. 1).

Таблица 1 - Техническая характеристика гомогенизаторов для молока и жидких молочных продуктов

Показатель

К5-ОГА-1,2

А1-ОГМ-2,5

А1-ОГМ-5

Производительность, м3

1,2

2,5

5

Рабочее давление, МПа

20

20

20

Температура обрабатываемого продукта, °С

45.. .85

45.. .85

45...В5

Число плунжеров

3

3

3

Ход плунжеров, мм

Частота вращения коленчатого вала, с-1

40

5,65

40

4,33

60

5,65

Число ступеней гомогенизатора

2

2

2

Мощность электродвигателя, кВт

16,7

18,5

37

Габаритные размеры, мм

965?930?1400

1430?1110?1640

1480?1110?1640

Масса, кг

850

1610

1710

В том случае, когда при гомогенизации необходимо исключить доступ микроорганизмов к обрабатываемому продукту, применяют специальные асептические гомогенизирующие головки. В таких головках в пространство, ограниченное двумя уплотнительными элементами, подается горячий пар под давлением 30...60 кПа. Эта высокотемпературная зона служит барьером, препятствующим попаданию бактерий в цилиндр гомогенизатора.

Гомогенизаторы - пластификаторы роторного типа применяют для изменения консистенции таких молочных продуктов, как плавленые сыры и сливочное масло. В обработанном с их помощью сливочном масле водная фаза диспергируется, в результате чего продукт лучше хранится.

Гомогенизаторы-пластификаторы по принципу действия и устройству отличаются от гомогенизаторов клапанного типа. Рабочим органом в них является ротор, который может иметь различное число лопастей -- 12, 16 или 24.

Гомогенизатор - пластификатор (рис. 4) состоит из станины, корпуса со шнеками, приемного бункера и привода. Привод позволяет регулировать частоту вращения подающих шнеков (с помощью вариатора) в пределах 0,2...0,387 с-1. Частота вращения ротора с лопастями не регулируется и составляет 11,86 с-1.

Рисунок 4 - Гомогенизатор М6-ОГА для сливочного масла:

1 - колесо; 2 - станина; 3 - корпус; 4 - крепление насадки; 5 - насадка; 6 - замок; 7 - шнековая камера; 8 - бункер; 9 - пульт управления; 10 - шнеки.

Принцип работы машины заключается в следующем. Сливочное масло подается в бункер, откуда с помощью двух шнеков, вращающихся в противоположных направлениях, продавливается через ротор и из насадки с диафрагмой выходит в бункер фасовочного аппарата. Для предотвращения налипания масла рабочие органы гомогенизатора смазывают перед началом работы специальным горячим раствором. Производительность гомогенизатора зависит от частоты вращения подающих шнеков и составляет 0,76...1,52 м3/ч. Мощность привода машины 18,3 кВт [2].

Основными показателями работы гомогенизаторов являются универсальная рабочая и кавитационная характеристики. Универсальная характеристика гомогенизатора представляет зависимость между его производительностью, затрачиваемой мощностью и КПД. Она дает представление об уровне совершенства конструкции гомогенизатора и его техническом состоянии.

Снятие навигационной характеристики требует установления моновакууметра на всасывающей стороне гомогенизатора. Начало кавитации определяют по началу снижения подачи более чем на 2 %.

Эффективность гомогенизации молока определяется рабочим давлением, температурой, скоростью движения продукта при прохождении через гомогенизирующую головку, конструктивными особенностями последней, составом и свойствами компонентов, образующих оболочку жировых шариков, кислотностью, а также последовательностью технологических операций. [4]

Делись добром ;)