Обладнання для виробництва сирного зерна при виготовленні твердих сирів

Під час розрахунків обладнання, призначеного для зберігання молока, коефіцієнт теплопередачі к; можна прийняти в таких межах, Вт/(м²*К) : неізольовані баки - 4-5;ізольовані баки, ванни - 1-3; ізольовані танки - 0.5-1.5.

 

 

 

 

          Під час розрахунків обладнання, призначеного для доставки молока, з

достатньою точністю коефіцієнт теплопередачі k можна прийняти в  таких межах, Вт/(м² *К):

фляги не укриті - 8-12; фляги  укриті - 2-4; контейнери з ізоляцією - 1-2; цистерни -0.75-1.5.

Важливий техніко-економічний  показник роботи обладнання для доставки і зберігання молока - тривалість його спорожнення - t_сп. Цей показник залежить від способу спорожнення.

Під час спорожнення системи повітрям, яке надходить в герметичну посудину і витискує рідину, тривалість спорожнення t_сп визначають за формулою, с,

t_сп=V/mf √ 2gH                   

де V - об'єм продукту, м³; m - коефіцієнт витікання (m=0.6-0.9); f - площа перерізу вихідного патрубка, м²; g - прискорення сили тяжіння, м/с ; Н - різниця тисків всередині і зовні резервуара, Па.

Під час розрахунків за цією формулою висотою стовпа рідини h нехтують. Під час спорожнення самопливом тривалість витікання рідини з вертикальних танків визначають за формулою:

                                             t_сп=2V/mf √ 2gh                   

де h - початкова висота стовпа рідини, м.

Тривалість спорожнення  горизонтальних танків розраховують так:

t_сп=V/mf √ 0.694*2gr                  

де г - радіус танка, м.

Обладнання для  приймання

Продуктивність вагів  або їх пропускну спроможність визначають за формулою, кг/год,

M=60G/t _цде G- вантажопідйомність вагів, кг, t_ц - тривалість одного циклу, хв.( t_ц = 3-5 хв).

Важливим показником, що характеризує точність вагів, є їх похибка Т, яку розраховують за формулою

Т= (Р_вант-Р_дійсн)/Р_дійсн*100%,

де Р_вант, Р_дійсн -  відповідно маса вантажу, яку показують ваги, і дійсна, кг.

 

Трубопроводи

Діаметр трубопроводу, що задовольняє  технологічним вимогам, розраховують за формулою, мм,

d=100√М/900πω

де М - кількість рідини, м ³ /год; (ω - швидкість руху рідини, м/с.

При   виборі   швидкості   руху   продукту   по трубопроводах потрібно врахувати його структуру. Швидкість руху приймають у таких межах, м/с: молоко -0.8-1.5; вершки, згущене молоко - 0.3- 0.5; сметана - 0.2-0.3; знежирене молоко, маслянка, сироватка - 1 -2.

Втрати напору в трубопроводі визначаються сумою опорів, що виникають  під час переміщення продукту.

Загальний гідравлічний опір Но визначають за формулою, Па,

Но = Нтер + Нмоп

де Нтер - гідравлічний опір тертя прямої труби; Нмоп - сума місцевих опорів (опори в місцях поворотів потоку, звужень, розширень, при вході, виході і т. ін.).

Гідравлічний опір тертя прямої труби, зумовлений в'язкістю продукту, визначають за формулою. Па,

Нтер = λ_тер*lρω²/2d

де λ_тер - коефіцієнт опору тертю; 1 - довжина трубопроводу. м; ω - діаметр трубопроводу, м; ρ - густина продукту, кг/м³ .

Коефіцієнт опору тертю  залежить від режиму руху рідини. Так при ламінарному режимі

λ_тер = 64/Re,

при турбулентному режимі

                                λ_тер=0.3164/⁴√Re,

де Re- критерій Рейнольдса, який розраховують за формулою

                                Re=ρωd/μ,

де μ - динамічна в'язкість  продукту, н*с/м².

Місцеві опори тертя розраховують за формулою. Па,

H_м.оп =λ_м.опρω²/2,

λ_м.оп - коефіцієнт місцевих опорів.

Коефіцієнт місцевого  опору для повороту труби:

λ_п.т=λ₉₀φ/90=[0.131+0.16(d/R)^3.5]φ/90.

де φ- кут повороту, град; R - радіус повороту, мм.

Місцевий опір коліна, трійника, косинця:

λ_k=0.946sin²θ/2+2.05sin²θ/2,

де θ - кут повороту.

Місцевий опір за раптового розширення та звуження:

                                                  λ _р.а =(1-f ₁ /f ₂ )²       

f ₁ /f ₂ - відношення площин розширеної та звуженої частин трубопроводів.

Швидкість руху рідини по трубопроводах визначають із рівняння витрат, м/с,

                                     ω=М/3600f=M/90πd².

Обладнання для  теплової обробки

Продуктивність охолодника визначають із основної формули теплопередачі, м ³ /год,

М=kFΔt_сер/С_п(t_п – t_к)ρ_п

де F - поверхня охолодника, м ; kFΔt_сер - середня різниця температур охолоджувальної та охолоджуваної рідини, К;

С_п - теплоємність продукту, Дж/ (кг*К); t_п , t_к - відповідно початкова та кінцева температури продукту, К; ρ_п- густина продукту, кг/м³.

Без урахування втрат тепловий баланс охолодника має вигляд:

МС_п(t_п – t_к)ρ_п = М₀С₀ (t _0п – t _0к)ρ₀

де М₀ - кількість охолоджуваної рідини, м ³ /год; С₀ - теплоємність охолоджувальної рідини, Дж/ (кг*К); t _0п , t _0к  - відповідно   кінцева   та   початкова   температури охолоджувальної рідини; ρ₀ - густина охолоджувальної рідини, кг/м³.

Із цього рівняння можна визначити співвідношення кількості охолоджувальної і охолоджуваної рідини:

                             N = М₀/М =С_п(t_п – t_к)ρ_п/МС₀ (t _0п – t _0к)ρ₀

Кількість рідини, що надходить із приймального жолоба на охолоджувальну поверхню охолодника, визначають за формулою;

М_р =m*πd²/4*φ√2gh

де m - кількість відводів у приймальному жолобі; d -діаметр  отворів, м;      

φ - коефіцієнт витікання; h- висота стовпа рідини у приймальному жолобі, м.

Продуктивність   пастеризатора   визначають   за формулою, м ³ /год,

М =kFΔt_сер /ρ_мС_м (t_k-t_п),

де F - поверхня нагріву пастеризатора, м²; Δt_сер - середня різниця температур молока і нагрітої пари, К; ρ_м - густина молока, кг/м³                                       

  С_м = теплоємність молока, Дж/ (кг*К); t_k, t_п - відповідно початкова і кінцева температури молока, К.

           У свою чергу

k = 1/ (1/α₁ + 1/α₂ + δ₁/λ₁ + λ₂/δ₂ + λ₃/δ₃) ,

де α₁ - коефіцієнт тепловіддачі від пар до стінки, Вт/(м² *К);

α₂ - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до продукту, Вт/(м² *К);  δ₁ - товщина стінки, м; λ₁ - коефіцієнт теплопровідності стінки, Вт/(м*К); δ₂ - товщина шару забруднень (шару продуктів корозії) на стінках з боку пари, м; λ₂ - коефіцієнт теплопровідності продуктів корозії, Вт/(м*К); δ₃ - товщина шару пригоряння молока, м; λ₃ -коефіцієнт теплопровідності шару пригоряння, Вт/(м*К).

ефективність пастеризації досягається тільки в тому разі, якщо продукт при визначеній температурі  ( температурі пастеризації) було витримано необхідний час, який визначають за формулою:

ln t= 36.84 -0.48 t,

де t - термін перебування продукту при визначеній температурі пастеризації, необхідний для завершення пастеризації, с; t - задана температура пастеризації, К.

пастеризація вважається закінченою, якщо τ дорівнює дійсному часу перебування продукту при визначеній температурі.

У пастеризаторах та стерилізаторах із безпосереднім обігрівом парою витрати пари визначають за формулою, кг/год,

D = МСρ(t_паст – t_п)/і -t_паст ,

де М - продуктивність пастеризатора, м³/год; С - теплоємність продукту, Дж/(кг*К); р - густина продукту,кг/м³ ;t_паст , t_п - відповідно температура пастеризації і початкова температура молока, К; і - теплоємність пари, Дж/кг.

Під час пастеризації за рахунок введення пари в продукт спостерігається деяке його розрідження, внаслідок чого зменшується вміст сухих речовин в одиниці об'єму продукту. В такому разі концентрація сухих речовин, %,

S₂ = S₁ *Мρ₁/(D+М)ρ₂,

де S₁ - концентрація сухих речовин у первинному продукті, %; ρ₁ - густина первинного продукту, кг/м³; ρ₂ - густина продукту, розбавленого конденсатом, кг/м³; М - кількість первинного продукту, м³/год; D - кількість конденсату, м³/год .

Коефіцієнт рекуперації  Е визначають за формулою:

                                               E = t_p – t_п /t _паст – t_п,

де t_p - температура сирого молока після нагрівання його пастеризованим (температура рекуперації), К; t_п - початкова температура молока, К; t _паст  - температура пастеризації, К.

продуктивність кожної секції універсального апарату розраховують за формулою, кг/год,

М = kFΔt_сер/ Сρ(t₂ - t₁),

де k - коефіцієнт теплопередачі секції, Вт/(м ² *К); F - поверхня нагріву секції, м²; Δt_сер - середня різниця температур, К; С - теплоємність продукту, Дж/(кг*К); р - густина продукту, кг/м³ ; t₂ , t₁- відповідно більша і менша температура молока, К.

 

 

Обладнання для  гомогенізації.

Ефективність гомогенізації  залежно від тиску (в межах  від 30 до 200*10⁵ Па) визначають за формулою

                                         d = 3.8/√∆p

де d - діаметр жирової  кульки в молоці після гомогенізації, мкм; ∆p - перепад тиску гомогенізації, Мпа.

Продуктивність   гомогенізатора  визначають  за формулою, м³ /с,

                                            М=πd²/4*SnZφ,

12

де d- діаметр плунжера насоса, м; S - хід плунжера, м; n - швидкість обертання колінчастого вала, об/с; Z - кількість плунжерів; φ - об’ємний коефіцієнт корисної дії насоса (для молока (φ= 0.85).

Потужність, потрібну для  роботи гомогенізатора визначають за формулою, Вт,

N=МР₀/ή,

де Р₀ - тиск перед клапаном гомогенізатора. Па; ή-механічний коефіцієнт корисної дії гомогенізатора (ή= 0.75).

підвищення температури продукту:

Δt = Nή/MρC,

де р - густина продукту, кг/м³; С - масова теплоємність продукту, Дж/(кг*К).

Обладнання для  сепарування

Продуктивність  сепараторів - вершковіддільників визначають за формулою, м³/год,

М = 48* 106βZn²tgαd²t(R³_вел – R³_м),

де β - технологічний коефіцієнт корисної дії сепаратора (β = 0.5-0.7);                    Z - кількість тарілок; n - частота обертання барабана, 1/с; α - кут нахилу твірної тарілки (α = 40-60°); (d - розрахунковий радіус жирової кульки, м; R_вел - максимальний радіус конусної частини тарілок, м; R_м - радіус тарілок від осі до центра отвору у тарілці, м; t - температура молока, К.

 

Обладнання для  виробництва білкових продуктів

Витрати теплоти на нагрівання продукту визначають за формулою:

Q = МС(t_к - t_п) = kFΔt_серτ ,

де М — кількість  нагрітого продукту, кг; С - теплоємність продукту, Дж/(кг*К); t_к, t_п- відповідно кінцева і початкова температури продуту, К; k - коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м ²*К); F - поверхня нагріву, м².

Тривалість нагрівання продукту, год.,

τ = МС(t_к - t_п)/kFΔt_серτ.

Під час розрахунків витрат теплоти потрібно враховувати як нагрівання рідини, так і втрати теплоти внаслідок випаровування. Сумарні втрати для нагрівання рідини у ваннах або сировиготовлювачах визначають за формулою, кг,

D = МС(t_к - t_п) +Wr/ή|(і - t_конд),

де W - кількість випареної вологи, кг; r - прихована теплота випаровування, Дж/кг; ή - коефіцієнт корисної дії (ή = 0.8-0.85); i - теплоємність пари, Дж/кг; t_конд - температура конденсації пари, К.

Кількість випареної вологи, кг\ год.,

W = F_в τ *ά / С (х-х),

де F_в - поверхня випаровування, м²; τ - тривалість перебування продукту у ванні або котлі, год.; ά - коефіцієнт тепловіддачі від рідини до повітря, Вт/(м ² *К) (ά =4-10); С - теплоємність повітря, Дж/(кг*К); х - кількість водяної пари, що припадає на 1 кг сухого повітря в навколишньому повітрі, кг вологи / кг сухого повітря.

Продуктивність обладнання періодичної дії для заквашування молока, утворення та оброблення згустку  визначають за формулою, м³,

                                                          М_зм= V_р * τ _зм/τ_ц

де V_р - робоча місткість обладнання, м³;

τ _зм - тривалість зміни, год.;

τ_ц - тривалість циклу, год.

Під час розрахунків обладнання для виготовлення виробів із кисломолочного сиру потрібно визначити продуктивність окремих машин, а саме:

вовчка, кг/год.,

М=π/4(d²₁ – d²₂)Snρ60η,

де d₁- діаметр шнека, м; d₂ - діаметр вала шнека, м; S - крок гвинта, м; ρ - густина продукту, кг/м³; η - коефіцієнт зворотного проскакування продукту       (η = 0.7-0.8).

Під  час  виробництва  плавленого  сиру для подрібнення натурального сиру використовують сирорізальні машини.

Продуктивність сирорізальної  машини, кг/год.,

М =60πdlρzδnη,

де d- діаметр ножів, м; 1 - довжина ножів, м; z - кількість ножів; δ - товщина стружки сиру, м; n - частота обертання ножів, об/хв.; η - коефіцієнт корисної дії

(η = 0.5-0.8).

Витрати теплоти на плавлення  сирної маси визначають за формулою, Дж,

Q = МС(t_к - t_поч) + Мg,

де М - кількість сирної маси, кг; С - теплоємність сирної маси, Дж/(кг*К); t_к - t_пoч- відповідно кінцева і початкова температури сирної маси, К; g - прихована теплота плавлення сирної маси, Дж/кг.