РЕФЕРАТ
Автор курсового проекту: Чижевська Марія Мирославівна.
Тема курсового проекту: РОЗРАХУВАТИ І РОЗРОБИТИ СУШАРКУ РОЗПИЛЮВАЛЬНОГО ТИПУ ДЛЯ ЗНЕЖИРЕНОГО МОЛОКА ПРОДУКТИВНІСТЮ 500 КГ/ГОД., ВИПАРЕНОЇ ВОЛОГИ. ТЕМПЕРАТУРА ПОВІТРЯ НА ВХОДІ У СУШАРКУ 160˚С, НА ВИХОДІ 95˚С. ВАКУУМ В СТАНОВЦІ 5ММ.ТР.СТ. МОЛОКО ЗГУЩЕНЕ ДО 45% СУХИХ РЕЧОВИН”
Курсовий проект виконано в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя в 2021 році
Курсовий проект складається з пояснювальної записки обсягом 47 сторінок (1рисунок, 3 таблиці) та графічної частини .
В курсовому проекті проводиться проектування сушильної камери розпилювального типу для сушіння знежиреного молока на молокозаводі.
В курсовому проекті виконано аналіз апаратів для процесу сушіння, що використовуються в харчових виробництвах, аналіз технологічної схеми виробництва сухого молока та призначення сушильного устаткування, аналіз властивостей продукту – знежиреного молока, що обробляється у сушильній установці. В проекті проведено розрахунки матеріального, теплового балансу, конструктивний розрахунок, розрахунок скрубера Вентурі, розрахунок ізоляції сушильної камери. Також представлено основні техніко-економічні показники по проекту та наведено заходи безпечної експлуатації та питання екології.
В графічній частині представлено технологічну схему … та загальний вигляд ….
ЗМІСТ
Вступ ................................................................................................................................... 3
1 Технічна частина .............................................................................................................5
1.1 Аналіз процесу харчового виробництв, що відбувається в апараті............5
1.2 Аналіз апаратів, що використовуються в харчових виробництвах для аналогічних процесів …………………….............................................................. 6
1.3 Фізичні властивості продукту, що обробляються................................................. 10
1.4 Опис установки, що проектується ................................................................ 12
1.5 Мета та задачі курсового проекту .......................................................................... 20
2. Розрахункова частина……….........................................................................22
2.1 Матеріальний баланс.....................................................................................22
2.2 Тепловий баланс……….……………………....................................................26
3.2 Конструктивний розрахунок..........................................................................31
3.3 Розрахунок скрубера Вентурі .......................................................................33
3.4 Розрахунок ізоляції сушильної камери.........................................................38
3.5 Основні техніко-економічні показники.........................................................40
4 Умови безпечної експлуатації спроектованого об’єкту і питання екології ............42
Висновки.............................................................................................................51
Перелік посилань................................................................................................52
Вступ
Сушіння широко застосовують у харчовій промисловості для зневоднення різних видів вологих матеріалів на різноманітних стадіях їх переробки (сировина, напівфабрикати та готові вироби).
Видалення вологи можна проводити: фізико-хімічний, механічним та тепловий. Фізико-хімічний спосіб використовують переважно в лабораторній практиці і ґрунтується він на застосуванні волого-відбірних засобів. Як зневоднювальний засіб є сірчана кислота, силікагель і хлористий кальцій. Механічний спосіб відтисканням вологи проводять у центрифугах або пресах. Тепловий процес ґрунтується на випаровуванні вологи з поверхні матеріалу та дифундує у повітря навколо, яке виносить вологу із сушильної камери. Отже сушіння це термічний процес виділення вологи з матеріалів в наслідок випаровування та дифузії.
Сушіння є поєднаним тепловим та дифузійним процесом, при якому волога із середніх шарів матеріалу дифундує до поверхні, проходячи крізь примежову плівку, а потім дифундує всередину газової фази, виносячи із матеріалу певну кількість теплової енергії .
Із дослідних джерел відомо що близько 15% палива у країні витрачається на сушіння, енергетичний ККД багатьох сушильних установок при цьому становить лише від 30 до 50%. Тому покращення енергетичної та технологічної ефективності процесів мають дуже важливе народногосподарське значення.
У харчовій промисловості застосовують штучне сушіння, нагрітим сушильним агентом (повітря, димові гази), після поглинання вологи із матеріалу його відводять за допомогою вентиляторів.
Сушіння є важливим процесом, мета якого: підвищити стійкість готового продукту під час зберігання , покращення якісних показників, консервування, зменшення маси продукту з метою транспортування.
На даний час в Україні зростає виробництво сухого знежиреного молока.
За даними Державної статистичної служби впродовж 2018 року, Україна експортувала майже 37тис.т. сухого молока, це більше на 25% ніж за 2017рік. Таким чином Україна посіла 6-те місце поміж світових експортерів сухого знежиреного молока. Список очолили ЄС, США та Нова Зеландія.
Україна експортує сухе молоко у Казахстан, Бангладеш, Вірменія, Нігерія та Грузія. Також Вітчизняні виробники планують активно реалізовувати сухе молоко на ринок Китаю, який є найбільшим імпортером молочної продукції. Україна продовжує нарощувати ринки експорту, адже це один із основних біржових продуктів, які постійно затребувані на ринку.
Лідером з експорту сухого молока та масла в Україні у 2017 році стали: «Вінницький молочний завод “Рошен”» (725т.); ПП «Білоцерківська агропромислова група» (244т) та ДП «Староконстянтинівський молочний завод» (180т.) Експорт сухого молока незбираного склав 346тис.т., з яких 260т. експортував «Вінницький молочний завод “Рошен”, та по 42т. ПрАТ «Куп’янський МКК» і ТОВ «Мілкіленд ». Варто також врахувати що у 2017 році українці спожили найменшу кількість молокопродуктів за часи Української незалежності.
Технологічна частина
Аналіз процесу харчових виробництв, що відбувається в апараті
Сушіння розпилювального типу застосовується, якщо потрібно випарувати розчинник і отримати сухий порошкоподібний продукт.
Згущені до 48% сухих речовин матеріали, що піддаються висушуванню, за допомогою обертового диска диспергують у сушильній камері, через яку проходить тепло- та волого носії в газоподібному стані (нагріте повітря). Завдяки розвиненій поверхні частинок які диспергуються, відбувається інтенсивний тепло- та масообмін з теплоносієм, і розпилені частинки швидко віддають свою вологу. Висушений продукт у вигляді порошку падає на дно сушильної камери, звідки безперервно видаляється. Частинки які не осіли, а зависли у повітрі, видаляються за допомогою очисних фільтрів (тканинних фільтрів, скруберах, циклонах). Після висушування частинки продукту можуть бути неоднорідними, пустотілими, монолітними або мати структуру губки, це залежить від молекулярної структури згущеного знежиреного молока та від режиму сушіння. На даний час застосовують різні методи розпилювального сушіння. Спосіб сушіння, при якому продукту перегрівають перед розпиленням, має свої переваги. Такий метод підвищує ефективність розпилення, зменшуються розміри установки, знижуються питомі витрати. Також у деяких випадках підвищуються технологічні показники якості готового продукту. Процес розпилювальної сушки може здійснюватися для продуктів, які можливо подати до розпилювача за допомогою насоса або під тиском. Найважливішою умовою для правильного сушіння є розпилення матеріалу для отримання частинок, максимально однакових за розміром. Щоб досягти таких параметрів потрібно правильно підібрати відповідні розпилювальні диски, вміст сухих речовин у матеріалі та його температура. Інтенсифікація процесу розпилювальної сушіння досягається застосуванням закручених потоків теплоносія; пристроїв для затримки і рециркуляції матеріалу, що висушується в сушильній камері; пристроїв, які запобігають відкладенню матеріалу на стінках сушильної камери і пристроїв для очистки поверхонь від налипань в процесі сушіння.
Аналіз апаратів, що використовуються в харчових виробництвах для аналогічних процесів
У харчових виробництвах використовують сушарки різних типів:
Вальцьові сушарки;
Субліматори;
Сушарки з «киплячим» (псевдозрідженим) шаром;
Розпилювальна вібраційна установка
Вальцьові сушарки
Вальцьова сушарка набула широкого поширення у харчовому виробництві для виготовлення сухої молочної продукції та на крохмале-патокових заводах. Барабанні сушарки є атмосферними сушарками. Як сушильний агент в них використовується повітря.
Основний елемент сушарки є вальці, сушіння здійснюється плівковим способом.
Вологий матеріал надходить згущеним до концентрації 34-48% сухих речовин на вальці за допомогою живильника, продукт наноситься тоненьким шаром, поверхня вальців при сушінні нагріваються парою до температури 105...130°С. У результаті контакту продукту з гарячою поверхнею вальців молоко висушується у вигляді тонкої плівки за один оберт. Молочно плівка знімається спеціальними ножами і подається у відцентровий млин, у якому подрібнюється у порошок.
Процес сушіння на вальцьових сушарках не повинен перевищувати 2...5 с, тому що висока температура поверхні нагрівання викликає істотні зміни у молоці, що висушується.
Сухе молоко виготовлене вальцьовим методом за якістю поступається продукту розпилювального сушіння. Незважаючи на швидкість процесу, у прошарку молока, що стикається з нагрітими вальцями за температури більше 100°С, відбувається незворотна теплова коагуляція молочних білків. При цьому ступінь розчинності сухих молочних продуктів складає 80...85%. А у результаті контакту з нагрітою поверхнею вальців, а також значного механічного впливу (зрізання плівки ножами, розмелювання в порошок) до 90% молочного жиру виявляється не захищеним оболонкою. Такий "вільний" жир швидко окислюється під час зберігання, що призводить до псування продукту. У зв'язку з цим на вальцьових сушильних установках не можна сушити жирні молочні продукти і плівковий спосіб застосовують для вироблення сухих знежиреного молока, сколотин, молочної сироватки.
Сухі молочні продукти, отримані сушінням на вальцьових сушарках, відрізняються від продуктів виготовлених на розпилювальних сушарках, також розмірами та формою часток готового продукту. Сухе молоко, отримане вальцьовим типом, складається з кутастих великих часток розміром 250...470 мкм, що значно більше, ніж у часток молока розпилювального сушіння.
Виготовлена вальцьовим методом сухе молоко володіє особливими споживчими властивостями. Тому що, у момент зіткнення згущеного молока із гарячими вальцями, відбувається процес карамелізації, таким чином готовий продукт набуває слабкого карамельного присмаку у згущеного могола.
Вальцьова сушарка має порівняно просту конструкцію, але водночас має ряд недоліків, як-то: низький продуктивність (середнє значення досягає 1000 кг/год); досить великі габаритні розміри, висока метало- та енергоємність, а також велика тривалість процесу сушіння.
Субліматори
Сушінням у субліматорах одержують сухі кисломолочні продукти, закваски та суміші для морозива. При упакування у спеціальну герметичну тару, за позитивних негативних температур тривалість зберігання підвищується, легко відновлюється та зберігає свої основні біологічні та живильні властивості.
Апарат відноситься до сушарок періодичної дії. Складається із субліматора (сушильна камера), десубліматора (конденсатора-виморожувача) і вакуум-насоса. Необхідною частиною є також холодильна установка для охолодження конденсату. Усередині субліматора розміщені полиці із порожнистих плит, в які у процесі сушіння, насосом з баку подається гаряча вода. На полицях розміщують дека із висушуваним продуктом.
Сублімаційне сушіння ґрунтується на видаленні вологи із заморожених молочних продуктів з вмістом сухих речовин до 40%. Процес відбувається за температури замороженого продукту -25°С, також із залишковим тиском у субліматорі 0,1…0,3кПа.
Під час сублімаційного сушіння продукт не контактує із киснем повітря. 75-90% основної вологи видаляється при сублімації льоду, коли температура оброблюваного продукту складає -39 - 0°С, а під час подальшого збільшення температури до 40°С, виділяється лише залишкова волога. За таких умов висушування продукт максимально зберігає усі початкові властивості – смак, структуру та хімічний склад. Із сторони високої якості готового продукту, сублімаційне сушіння найбільш досконале із усіх способів сушіння.
Сушарки з «киплячим» (псевдозрідженим) шаром.
Їх можна застосовувати для сушки казеїну і інших харчових продуктів.
Процес сушки в «киплячому» шарі дозволяє збільшити поверхню контакту висушуваного матеріалу з теплоносієм, повітря, а отже, зменшити розміри сушарки. Це інтенсифікує видалення вологи з продукту і значно скорочує тривалість сушки.
Такі сушарки можуть бути одно- і багатокамерні. Деякі сушарки комплектують перемішуючими пристроями, які перешкоджають утворенню грудок висушуваного продукту.
Однокамерна сушарка працює таким чином. По повітропроводам повітря вентилятором подається в блок калориферів і нагрівається до 110..130 ºС, потім подається в апарат і приводить в стан «кипіння» висушуваний матеріал. Відпрацьоване вологе повітря через фільтр-пастку викидається в атмосферу. В процесі сушки продукт безперервно переміщається під дією повітря до місця вивантаження.
У багатокамерній сушарці кожна камера має свої параметри теплоносія. При цьому між камерами є перегородки, які перешкоджають змішуванню різного по ступеню сухості продукту. Нагріте повітря подається під грати в першу зону. Він забезпечує створення «киплячого» шару, переміщення його в подальші зони і вивантаження з сушарки готового продукту. Висота псевдозрідженого шару для казеїну 210...250 мм. Вогкість продукту в процесі сушки знижується з 55...65% до 10...12%.
Розпилювальна вібраційна установка
Служить для сушіння знежиреного молока та незбираного молока. Сушіння відбувається двома стадіями. Перша стадія характеризується великою швидкістю, відбувається у сушильній башті, у другій стадії, швидкість процесу значно знижується, - у вібраційній конвективнiй сушарці. Такий тип сушки запобігає утворенню грудочок молока при підвищеній вологості з одночасним її досушуванням. Згущене молоко подають на форсунки, розпилюють і висушують у камері в потоці гарячого повітря. Одержаний молочний порошок відводиться гранулятором та поступає на кінцеву досушку і охолодження у вібраційні конвективні сушарки, після цього елеватором подається для сортування на вібраційне сито. Кондиційний порошок за допомогою конвеєрів через розподілювач потрапляє у бункери для тимчасового зберігання, після чого направляється на фасування.
Продуктивність установки 900 - 1000 кг/год. Температура повітря, що надходить в камеру 160-180 °С, на виході із камери 95 °С. Розрідження в камері становить 20-25 Па.
Фізичні властивості продукту, що обробляється
Молоко – продукт нормальної секреції молочних залоз, який виробляється під час лактації у ссавців жіночої статі та призначений для вигодовування дітей. Молоко являється емульсією крапель жиру у воді.
Молоко має високі споживчі властивості, які визначаються хімічним складом, засвоюваністю, органолептичними показниками, енергетичною цінністю. Вміст білків та цукрі в питному молоці має відповідає тому ж складу як у свіжовидоєному. Молоко питне повинно відповідати стандарту ДСТУ 2661:2010.
Сировина для виготовлення знежиреного сухого молока :
молоко коров’яче незбиране не нижче 2-го ґатунку;
молоко коров’яче знежирене кислотністю до 20˚Т, одержане із молока не нижче 2-го ґатунку;
маслянка, одержана під час виробництва солодко вершкового масла несолоного, з кислотність до 20˚Т.
Ця сировина повинна відповідати нормативно технічній документації згідно з ДСТУ 3662.
Молоко при його прийманні на молокопереробне підприємство обов’язково перевіряється за органолептичними, фізико-хімічними, мікробіологічні показники. Після перевірки на якість проводиться фільтрування, після чого охолоджують до температури 4±2˚С і зберігають до переробки. Перед проведенням висушування молоко пастеризують, при температурі 87±2˚С або 94±2˚С, та знежирюють, після чого згущують у вакуум випарній установці та подають на висушування
Фізичні властивості молока:
густина
в’язкість
поверхневий натяг
електропровідність
осмотичний тиск та температура замерзання.
Густина є важливим показником натуральності молока. Натуральне молоко повинно мати густину не нижче 1,027 г/см3=1027кг/м3=27˚А. Сире молоко повинне мати густину не менше 28˚А, а сортового 27˚А. Якщо густина нижча то це свідчить про розбавлення молока водою (10% води знижує густину на 3˚А). Густина головним чином залежить від жирності молока. У знежиреному молоці густина вища, ніж середня густина, а густина вершків нижча.
В’язкість молока при температурі 20˚С у середньому становить 0,0018Па‧с. В’язкість молока залежить від масової частки жиру та його агрегатного стану.
На в’язкість молока впливають такі фактори:
Чим більша масова частка сухих речовин у молоці тим більша в’язкість;
Чим більша масова частка жиру і менші розміри жирових кульок, тим більша в’язкість. Гомогенізоване молоко має більшу в’язкість ніж негомогенізоване, тому що збільшується загальна поверхня жирової фази;
Агрегатний стан казеїну. Він змінюється при технологічній обробці у процесі приготування кисломолочних продуктів. В’язкість при цьому збільшується;
Підвищення температури молока до 55˚С знижує в’язкість за рахунок рівномірного розподілу компонентів молока і розплавлення тугоплавких компонентів молочного жиру. Подальше підвищення температури підвищує в’язкість, за рахунок денатурації сироваткових білків і їх осадження на міцели казеїну.
Поверхневий настрій молока складає 0,05 Н/м. Нижчий поверхневий натяг свідчить про наявність поверхнево активних речовин, білків плазми крові, оболонок жирових кульок, фосфоліпідів і жирних кислот. Поверхневий натяг залежить від хімічного складу молока, температури, тривалості його зберігання, вмісту кисню, активності ліпази та агрегатного стану білків і жирів молока.
Електропровідність. Молоко є поганим провідником електрики, але електропровідність може збільшитись за рахунок зміни складу мінеральних речовин. Електропровідність молока зумовлена кількістю іонів водню, кальцію, магнію, натрію, калію і хлору. Електропровідність молока у середньому становить 0,46 Сіменс/м.
Осмос молока нормального складу становить 0,66МПа. Чим вищий осмотичний тиск тим менша ймовірність розвитку мікроорганізмів у молокопродуктах. Оскільки осмотичний тиск розраховують за температурою замерзання молока, яка залежить від кількості лактози та мінеральних речовин. Температура замерзання молока в середньому становить 0,55°C. Підвищення температури замерзання свідчить про розведення молока водою.
Основною властивістю молока є бактерицидна фаза. Яка триває 2 години після і поступово зменшує кількість мікроорганізмів у молоці. Бактерицидну фазу молока можна подовжити охолодивши молоко до низьких позитивних температур. Також на тривалість бактерицидної фази впливає бактеріальне забруднення, яке залежить від дотримання санітарно-гігієнічних умов. Бактерицидні властивості зумовлені наявністю у молоці ферментів, пероксидази і лізоцим; імуноглобулінів та лейкоцитів. Якщо після доїння провести очистку і охолодити до температури 4˚С, то тривалість цієї фази становитиме 24год., а при охолодженні до 0˚С – 48год.