Разработка агрегатно-технологической линии производства сливок и расчет теплового узла

  Форпрессование 

Для предварительного отжима масла применяют шнековые прессы, называемые форпрессами. Рабочими органами шнекового пресса являются разъемный ступенчатый цилиндр и расположенный внутри него шнековый вал. Поверхность цилиндра состоит из стальных пластин и имеет продольные щели для стока масла, в которые не проходят частички мезги. Подготовленная мезга поступает в ступенчатый барабан пресса, захватывается витками шнекового вала и перемещается к выходу из пресса. При движении по барабану пресса происходит сжатие мезги, от нее отделяется масло, а твердые частицы мезги спрессовываются и образуют жмых. На форпрессах можно отделить 60—85% масла. Масличность жмыха, выходящего из форпресса, составляет до 18%.

  Подготовка масличного материала к окончательному прессованию. Окончательное извлечение масла прессовым способом осуществляют из мезги, которую получают из форпрессового жмыха.

  Обработка  жмыха 

Форпрессовый жмых измельчают и  проводят его влаготепловую обработку.

Грубое измельчение  форпрессового жмыха вначале  проводят на дисковых или молотковых дробилках. После грубого помола жмых подвергается тонкому однородному измельчению на вальцовых станках. Проход частиц жмыха через сито с размером ячеек 1 мм должен быть не менее 80%.

Влаготепловую обработку жмыха  осуществляют в более жестком  режиме, чтобы получить мезгу с хорошими пластическими свойствами, обеспечивающими эффективное отделение масла при окончательном прессовании. Измельченный жмых увлажняют до 8—9%, затем пропаривают до температуры 115— 120 °С и влажности 2,5—3,2%

  Очистка, рафинация масла

Мезга из форпрессового  жмыха подается для окончательного извлечения масла на шнековые прессы.

Прессы глубокого съема масла (экспеллеры) характеризуются меньшей  производительностью, чем форпрессы, но степень сжатия масличного материала в них значительно выше. Получаемый экспеллерный жмых должен содержать не более 6% масла. Оставшееся в жмыхе масло находится в неразрушенных клетках масличного материала, а также учитывается на поверхности частиц жмыха.

Сразу после получения масла  проводят его первичную очистку, при этом удаляют механические примеси, которые попадают в масло при прессовании. Механические примеси представляют собой мелкие частицы масличного материала, обрывки мезги находящиеся в масле во взвешенном состоянии. Хранение масла, содержащего твердые примеси, неизбежно приведет к ухудшению его качества в результате интенсивных химических и биохимических процессов. Поэтому первичная очистка является обязательной технологической стадией получения растительных масел прессовым способом.

Для удаления механических примесей используют способы отстаивания, центрифугирования и фильтрования. При отстаивании из масла удаляются крупные взвеси; осуществляют отстаивание в гущеловушках. Фильтрование широко используют для удаления тонкодисперсных частиц, для этого служат фильтрпрессы. В качестве фильтрующих материалов применяют ткани: бельтинг, миткаль, лавсан, капрон и др. Центрифугирование для отделения крупных и мелких взвешенных частиц проводит на сепараторах и центрифугах.

При первичной очистке  масла сочетают различные способы  удаления механических примесей. Например, очистка может идти по схеме: гущеловушка - центрифуга — фильтр или гущеловушка — фильтр и др.

Процесс очистки масла  от нежелательных групп липидов  и примесей называют рафинацией. Механическая рафинация включает различные физические методы: отстаивание, фильтрацию и центрифугирование. Гидратация масла — обработка водой для осаждения слизистых и белковых веществ. Щелочной рафинацией называют обработку масел щелочью. Адсорбционная рафинация (отбеливание) — удаление и осветление масла порошкообразными веществами (адсорбентами — глиной, кремнеземистыми соединениями, силикагелем, углями и др.). Дезодорация — устранение неприятного запаха масла методом фракционной отгонки, основанной на различиях в температурах кипения триглицеридов и ароматизирующих веществ.

  Фасование и хранение

  

 

 

 

 

Аппаратно-технологическая  линия по производству растительного  масла (рафинированного)

 

 

 

Устройство  и принцип действия линии. Поступающие на кратковременное хранение в силос 2 семена подсолнечника предварительно взвешивают на весах 1. Семена могут содержать большое количество примесей, поэтому перед переработкой их дважды очищают на двух - и трехситовых сепараторах 3 и 4, а также на магнитном уловителе 5. Примеси растительного происхождения, отделяемые на сепараторах, собирают и используют в комбикормовом производстве.

Очищенные от примесей семена взвешивают на весах 6 и подают в  расходный бункер 7, откуда они транспортируются в шахтную сушилку 8, состоящую из нескольких зон. Сначала семена сушат, а затем охлаждают. В процессе тепловой обработки их влажность уменьшается с 9... 15 до 2...7 %. Температура семян во время сушки около 50 °С, после охлаждения 35 °С. Высушенные семена проходят контроль на весах 9, а затем направляются в силосы 2 на длительное хранение или в промежуточный бункер 10 для дальнейшей переработки.

Дальнейшая переработка  семян заключается в максимальном отделении оболочки от ядра. Этот процесс предусматривает две самостоятельные операции: шелушение (обрушивание) семян и собственно отделение оболочки от ядра (отвеивание, сепарирование). Семена шелушат на дисковой мельнице 11, куда они поступают из промежуточного бункера 10. Рушанка, получаемая из семян после мельницы, представляет собой смесь, состоящую из частиц, различных по массе, форме, парусности и размерам. В рушанке присутствуют целые ядра, их осколки, ряд разнообразных по величине и форме частиц оболочки и, наконец, целые семена - недоруш. Поэтому для отделения оболочки от ядра в основном применяют аспирационные веялки — воздушно-ситовые сортирующие машины. Из такой машины 12 ядро подается в промежуточный бункер 13, а все остальные части смеси обрабатываются для выделения целых ядер и обломков семян подсолнечника, которые вместе с целыми ядрами поступают на дальнейшую переработку.

После взвешивания на весах 14 ядра подсолнечника измельчаются на пятивальцовом станке 15. Процесс измельчения может осуществляться за один раз либо за два раза — предварительно и окончательно. При измельчении происходит разрушение клеточной структуры ядер подсолнечника, что необходимо для создания оптимальных условий для наиболее полного и быстрого извлечения масла при дальнейшем прессовании или экстрагировании.

Продукт измельчения  — мезга—со станка 15 поступает в жаровню 16, в которой за счет влажностно-тепловой обработки достигается оптимальная пластичность продукта и создаются условия для облегчения отжима масла на прессах. При жарении влажность мезги понижается до 5.. .7 %, а температура повышается до 105... 115 °С.

Из шнекового пресса 17, в который после жаровни  подается мезга, выходят два продукта: масло, содержащее значительное количество частиц ядра и потому очищаемое в  фильтр -прессе 18, и жмых, содержащий 6,0... 6,5 % масла, которое необходимо извлечь из него. Поэтому в дальнейшем гранулы жмыха подвергаются измельчению в молотковой дробилке 19 и вальцовом станке 20, а продукт измельчения — экстрагированию в экстракционном аппарате 21. Аппарат имеет две колонны, соединенные перемычкой, в которых расположены шнеки, транспортирующие частицы жмыха из правой колонны в левую. Противотоком к движению жмыха перемещается экстрагирующее вещество — бензин, являющийся летучим растворителем. В связи с тем что бензин в смеси с воздухом воспламеняется при температуре около 250 °С, на экстракционных заводах температура перегрева технологического пара не должна превышать 220 °С.

Посредством диффузии масло  извлекается из разорванных клеток жмыха, растворяясь в бензине. Смесь масла, бензина и некоторого количества частиц вытекает из правой колонны экстрактора 21 и направляется в отстойник или патронный фильтр 22.

Из левой экстрагирующей колонны аппарата 21 выводится обезжиренный продукт, который называется шротом. После извлечения из него остатков бензина шрот направляется на комбикормовые заводы.

Очищенный от твердых  частиц раствор масла в бензине  — мисцелла — подается на дистилляцию. В предварительном дистилляторе 23 мисцелла нагревается до 105... 115 °С, и из нее при атмосферном давлении частично отгоняются пары бензина. В окончательном дистилляторе 24, работающем под разрежением, из мисцеллы удаляются остатки бензина, и очищенное масло подается на весы 25. После весового контроля масло подается в упаковочную машину 26 , а в машине 27 пачки фасованного масла укладываются в ящики.

 

 

 

Устройство и принцип действия кожухотрубного  теплообменника

 Кожухотрубные теплообменники наиболее широко распространены в пищевых производствах.

Кожухотрубный вертикальный теплообменник с неподвижными трубными решетками (рис.3) состоит из цилиндрического корпуса, который с двух сторон ограничен приваренными к нему трубными решетками с закрепленными в них греющими трубами. Пучок труб делит весь объем корпуса теплообменника на трубное пространство, заключенное внутри греющих труб, и межтрубное. К корпусу прикреплены с помощью болтового соединения два днища. Для ввода и вывода теплоносителей корпус и днища  имеют  патрубки.

 

Рис 3. Схема многоходового теплообменника    (по    трубному

пространству);    О 1 — корпус; 2 — греющая труба; О — днище; 4 — перегородки

В многоходовом теплообменнике теплоноситель проходит трубное  пространство за четыре хода. Этим достигается повышение скорости теплоносителя, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи в трубном пространстве.

         Рисунок 3 - Кожухотрубный теплообменник

 

 

 

  Теплообмен – самопроизвольный  необратимый процесс переноса  теплоты от более нагретых  тел к менее нагретым.

  Теплота (количество  теплоты) – энергетическая характеристика  процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой телом в процессе теплообмена.

  К теплообменным  относятся такие технологические  процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты: нагревание, испарение, охлаждение, конденсация. Аппараты, в которых проводят эти процессы, называют теплообменными.

  Нагреванием называется  процесс повышения температуры  материалов путем подвода к  ним теплоты. Широко распространенными  методами нагревания в пищевой  технологии являются нагревание горячей водой или другими жидкими теплоносителями, насыщенным водяным паром, топочными газами и электрическим током.

  Испарение – процесс  превращения жидкости в пар  путем подвода к ней теплоты. Наиболее эффективно испарение жидкостей происходит при кипении. Испарение в пищевой технологии используют для охлаждения и опреснения воды, концентрирования растворов, например сахарных, и для разделения жидких смесей. Аппараты, применяемые для опреснения воды, называют опреснителями, для повышения концентрации растворов – выпарными аппаратами.

  Конденсация –  переход вещества из паро- или  газообразного состояния в жидкое путем отвода от него теплоты. Конденсация происходит в конденсаторах. Процессы конденсации широко применяют в пищевой технологии для охлаждения различных веществ.

  Охлаждение – процесс  понижения температуры материалов  путем отвода от них теплоты.

  Теплоиспользующие  аппараты, применяемые в пищевых  производствах для проведения  теплообменных процессов, называют  теплообменниками. Теплообменники характеризуются разнообразием конструкций, которое объясняется различным назначением аппаратов и условиями проведения процессов.

  По принципу действия  теплообменники делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные (градирни, скрубберы, конденсаторы смешения и т.д.).

  В рекуперативных  теплообменниках теплоносители  разделены стенкой, и теплота передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

  В регенеративных  теплообменниках одна и та  же теплообменная поверхность  омывается попеременно горячим и холодным теплоносителями. При обмывании горячим теплоносителем поверхность нагревается за счет его теплоты, при обмывании поверхности холодным теплоносителем она охлаждается, отдавая теплоту. Таким образом, теплообменная поверхность аккумулирует теплоту горячего теплоносителя, а затем отдает ее холодному теплоносителю.

  В смесительных  аппаратах передача теплоты происходит  при непосредственном взаимодействии теплоносителей.   

 

 

 

 

Расчетная часть.

 

Тепловой расчет.

Расчеты кожухотрубного теплообменника в линии по производству сахарного раствора концентрации 50%

Исходные данные:

1.Тип теплообменного аппарата кожухотрубный;

2. Количество продукта, проходящего через теплообменник  G_н=75 кг/с;

3. Температура продукта  на входе в теплообменник                 t_п1=70 ⁰C;

4. Температура горячего  продукта на выходе из теплообменника t_п2=70⁰С

5. Температура греющего  теплоносителя                                    t_т=180 ⁰С.

Расчет

1. Определяем среднюю  температуру продукта в теплообменнике:

                                    t_п=0,5 (t_п1+t_п2), где

t_п1, ⁰С –температура продукта на входе в теплообменник

t_п2, ⁰С – температура продукта на выходе из теплообменника

t_п=0,5(30+70)=50 ⁰С;   t_п=50⁰С- средняя температура продукта.

2. По средней температуре определяются физические величины продукта ( табл. в приложении).

 Таблица 1

Средняя температура tп, 0С	Плотность ρ, кг/м3	Теплоемкость Ср, кДж/(кг*К)	Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(мк)	Кинематический коэффициент вязкости ν 106,м/с	Критерий Прандтля Pr
50	904	1,9	0,164	22,7	238,0

 

3. Согласно заданному  давлению  Рт выбираются теплофизические  характеристики: для воды или воздуха.