Технологическое оборудование молочной отрасли Практикум для студентов направления подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование для профиля Машины и аппараты пищевых производств заочной формы обучения

УДК 621.565.9 ББК 31.392

Х732

Авторы:

канд. техн. наук, доцент А.А.Кузин; канд. техн. наук, доцент В.А. Шохалов

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор А.И. Гнездилова; канд. техн. наук, доцент Г.Н.Забегалова

Технологическое оборудование молочной отрасли: Практикум /Сост.

А.А. Кузин, В.А. Шохалов – Вологда-Молочное: ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА, 2018. – 25 с.

Учебное издание соответствуют образовательной программе высшего образования по направлению подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование для профиля «Машины и аппараты пищевых производств»

Практикум предназначен для и самостоятельной работы студентов заочной форм обучения

I

Курс «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» является дисциплиной, формирующей специальное инженерное образование студентов. Он базируется на знании дисциплин специального и общеинженерного цикла: «Технология молока и молочных продуктов», «Процессы и аппараты», «Гидравлика», «Основы расчета и конструирования машин и аппаратов», «Подъемно-транспортные машины и механизмы», «Детали машин», «Теория механизмов и машин» и др.

В задачу курса, как науки прикладного характера, входит:

1.Раскрытие физической сущности и механизма явлений, происходящих в машинах и аппаратах для переработки молока, а также установления взаимозависимостей параметров, описывающих эти явления.

2.Изучение основ и направлений в конструировании и изготовлении современного технологического оборудования, применяемого в молочной промышленности.

3.Изучение основных требований правильной и безопасной эксплуатации оборудования.

4.Изучение существующих и возможных путей в развитии механизации и автоматизации, как отдельных процессов, так и целых технологических линий и потоков.

Изучение дисциплины «Технологическое оборудование молочной отрасли» слагается из 3-х составляющих:

1.Самостоятельная работа. Предполагает изучение книг, журналов, проспектов, каталогов, в т.ч. по рекомендуемой ниже литературе и в соответствии с методическими указаниями.

2.Очные занятия, проводимые в академии, включают:

лекции, в которых освещаются наиболее сложные теоретические и практические вопросы курса;

лабораторно-практические занятия, проводимые для разбора наиболее сложных деталей, узлов и конструкций машин и аппаратов; решение задач по наиболее сложным разделам курса; экскурсионноеI ознакомление с условиями эксплуатации современного технологического оборудования.

3.Курсовой проект и контрольная работа. Эта проверочная форма, которая как в домашних, так и в академических условиях выполняется в соответствии с методическими указаниями.

Изучение курса рекомендуется вести по темам, согласно рабочей программе (ознакомление в условиях кафедры) и методическим указаниям, представленным ниже. После каждой из них приведены вопросы для проверки своих знаний, позволяющие сфокусировать внимание на основных положениях для оценки знаний по теме.

Завершающим этапом является сдача экзамена по дисциплине. На нем студент должен показать знания материала в объеме, установленном программой.

Рекомендуемая литература

Основная

1.Бредихин С.А., Космодемьянский Ю.В., Юрин В.Н. Технология и техника переработки молока.— М.: Колос, 2001.— 399 с.

2.Курочкин А.А., Лященко В.В. Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства.— М.: Колос, 2001.— 438 с.

3.Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности.— М: Легкая и пищевая пром-сть,

1983.— 431с.

4.Липатов Н.Н. Руководство к лабораторным и практическим занятиям по

Дополнительная

1.Производство сливочного масла Под ред. Ф.А. Вышемирского.— М.: Агропромиздат, 1988.— 303 с.

2.Оборудование для производства сыра и переработки сыворотки. Справочник / Под ред. Шил ера Г.Г.— М.: Агропромиздат, 1990.— 207 с.

3.Белоусов А.Н. Развитие селаратостроения для молочной промышленности.— М.: Агропромиздат, 1990.— 72 с.

4.Краснокутский Ю.В., Панченко Ю.Б. Машины и оборудование для получения цельномолочной продукции. - М.: Росагропромиздат, 1990.— 256 с.

5.Волчков И.И., Волчков В. И. Насосы для молока и молочных продуктов.— М: Пищевая пром-сть, 1980.— 208 с.

6.Сепараторы. Учебное пособие по дисциплине «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности». Сост. Фиалкова Е А и др.— Вологда: ИЦ ВГМХА, 2000.— 42 с.

7.Оленев Ю.А. Технология и оборудование для производства мороженого.— М.: Колос, 2001.—232 с.

8.Батищев А.Н., Чижикова Т.В., Голубев И.Г. и др. Монтаж, эксплуатация и ремонт технологического оборудования перерабатывающих отраслей.— М.: Ин-

формагротех, 1997.— 286 с.

I

9.Липатов Н.Н., Харитонов З.Д. Сухое молоко.— М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.— 263 с.

10.Фетисов Е.А., Чагоровский А.П. Мембранные и молекулярно-ситовые методы переработки молока.— М.: Агропромиздат, 1991.— 272 с.

11.Гаврилова В.А. Емкостное оборудование молочной промышленности. - М.: Агропромиздат, 1987. — 184 с.

12.Храмцов А.Г., Рохмистров В.В. Производство молочного сахара. - м.: Агропромиздат, 1991. - 126 с.

Введение

Приступая к изучению дисциплины, студент, прежде всего, должен ознакомиться со структурой, классификацией, основными параметрами и требованиями к технологическому оборудованию. Причем эти вопросы должны рассматриваться в совокупности, во взаимосвязи.

Наряду с этим необходимо знать направления совершенствования технологического оборудования, создания новых типов машин и аппаратов, поточных линий и т.п.

Вопросы для самопроверки:

1.Какие основные части составляют структуру технологического оборудования?

2.Перечислите признаки классификации оборудования и приведите при-

меры.

3.Перечислите основные параметры технологического оборудования. 4. Опишите и дайте объяснения требованиям, предъявляемым к конст-

рукции рабочих деталей и узлов технологического оборудования.

ТЕМА 1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОСТАВКИ МОЛОКА НА МОЛОКОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ

При изучении этой темы необходимо ознакомиться с конструкцией цистерн для доставки молока на молочные заводы. Студент должен знать также способы их наполнения и опорожнения.

Вопросы для самопроверки:

1.Назовите конструктивные элементы автомолцистерны

2.Назовите существующие способы наполнения и опорожнения цистерн.

3.Как производится санитарная обработка автомолцис терны ?

4.Как определить продолжительность разгрузки автамолцистерны: а) самотеком; б) под давлением?

ТЕМА 2. ОБОРУДОВАНИЕ МОЛОЧНЫХ ЗАВОДОВ ДЛЯ ПРИЕМКИ, ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Изучение этой темы следует начать с оценки способов приемки молочного сырья и устройств, задействованных в этом процессе. Если эта операция производится периодически, порционно, например, с помощью

________________________

Здесь и далее по тексту:

Вопросы из курса для изучения только студентами специальности 170600Вопросы из курса для изучения только студентами специальности 271100

весов, то необходимо уметь рассчитать часовую пропускную способность. При проработке этой темы студент должен изучить устройство и

конструктивные разновидности емкостей для хранения сырого молока. Наряду с этим необходимо уметь производить расчет продолжительности наполнения и опорожнения емкостей.

Основным средством перемещения являются насосы. Они позволяют обеспечить непрерывность и поточность производства. Помимо транспортировки насосы используются также для нагнетания молока и жидких молочных продуктов под давлением в аппараты технологической обработки и для дозирования.

Студент должен изучить устройство, принцип действия и правила эксплуатации насосов. Уметь правильно подобрать насос для работы (этому посвящено контрольное задание № 1).

Молочные продукты на заводах перемещаются в основном по трубопроводам. Поэтому при изучении трубопроводов для молока и молочных продуктов студент должен уяснить преимущества и недостатки того или иного материала, применяемого для изготовления труб. Вместе с тем необходимо знать, какое отличие имеют фасонные части молокопроводов, изготовляемых из различных материалов. Изучить устройство и принцип действия наиболее распространенных конструкций клапанов для дистанционного управления потоками молока и рабочих жидкостей.

*Ряд продуктов на производство доставляется в порошкообразном состоянии. Студент должен знать варианты их приемки, взвешивание и перемещения с минимальными затратами ручного труда.

Вопросы для самопроверки:

1.Охарактеризуйте существующие системы весов для молока и молочных продуктов. Принцип их действия.

2.Как произвести расчет продолжительности наполнения и опорожнения вертикальных и горизонтальных емкостей для хранения молока?

3.Для чего используются насосы?

4.Какие требования предъявляются к насосам?

5.Области применения центробежных насосов.

6.Как частота вращения рабочего колеса влияет на основные показатели работы центробежного насоса: производительность, напор, расходуемую мощность?

7.Что такое рабочая характеристика центробежного насоса?

8.Чем обусловлена неравномерность подачи плунжерных насосов и пути ее снижения?

9.Расскажите принцип работы шестеренных насосов и способы регулирования их производительности.

10.Какие насосы могут использоваться для дозирования молока и молочных продуктов?

11.На каком принципе основана работа электромагнитного счетчикарасходомера?

12.В чем принципиальное различие датчиков индукционного и турбинного расходомеров?

ТЕМА 3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Под механической обработкой обычно понимают технологические процессы, не приводящие к изменению химического состава исходного продукта. Поэтому в этой теме студент должен ознакомиться с конструкцией таких видов оборудования, как сепараторы, фильтры, гомогенизаторы и др. Изучая сепараторы, необходимо ознакомиться с классификацией, определить их основные отличительные особенности. Особое внимание следует обратить на саморазгружающиеся сепараторы с пульсирующей выгрузкой осадка (как на наиболее распространенные), в том числе на управление их работой в автоматическом режиме. Разбор элементов барабана (сепарирующего устройства) должен быть увязан с теорией сепарирования.

Изучение гомогенизаторов следует начать с повтора рассмотренной ранее в других дисциплинах теории гомогенизации. Для упрощения ознакомления с конструкцией основных узлов этих механизмов можно вновь обратиться к теме насосов, т.к. клапанный гомогенизатор (для жидких молочных продуктов) — это плунжерный насос с дополнительным гомогенизирующим устройством.

Помимо классического варианта необходимо рассмотреть и другие способы гомогенизации и конструкции гомогенизаторов, соответственно.

При рассмотрении фильтров следует более внимательно остановиться на используемых материалах.

В этой же теме изучаются и мембранные фильтрационные установки: ультрафильтр ационные, обратноосмотические и. электро диализные. С помощью таких аппаратов вырабатывают, например, молочный белок. Ультрафильтрация

— это молекулярно-ситовое разделение гетерогенных растворов с использованием полупроницаемых мембран с диаметром пор 10-100 нм. При обратном осмосе происходит тот же самый процесс, только диаметр пор мембран составляет 1-10 нм. Электродиализ применяют для обессоливания раствора, для чего используют ионитовые мембраны. Они являются барьером для ионов определенного заряда.

Вопросы для самопроверки:

1.Укажите назначение и признаки классификации гомогенизаторов.

2.В чем заключается принцип действия гомогенизаторов?

3.Укажите основные элементы гомогенизатора.

4.*Как определить производительность и потребную мощность гомогенизатора?

5.По каким признакам классифицируют сепараторы?

6.Укажите недостатки сепараторов с ручной выгрузкой шлама из барабана и назовите преимущества саморазгружающихся.

7.Назовите основные элементы систем управления разгрузкой, применяемых в отечественных сепараторах с пульсирующей выгрузкой шлама из барабана.

8.Как регулировать жирность сливок в полузакрытых сепараторахсливкоотделителях?

9.Какие факторы влияют на степень обезжиривания молока в сепара- торах-сливкоотделителях?

10.В чем заключается принцип действия напорных дисков? 11.Как провести нормализацию молока по жиру на сепараторах? 12.Назовите комплектность ультрафильтрационной установки.

13.Чем процесс электродиализа отличается от обратного осмоса?

ТЕМА 4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА

Тепловая обработка — это обязательный процесс при производстве молочных продуктов. Она имеет различное назначение. Охлаждение замедляет жизнедеятельность микроорганизмов; нагревание используется в технологических процессах для интенсификации; пастеризация уничтожает микроорганизмы, находящиеся в вегетативной форме; стерилизация уничтожает бактерии, находящиеся, в том числе в споровой форме.

Начать рассмотрение этой темы следует с классификации теплообменных аппаратов, при этом следует обратить внимание на достоинства и недостатки отдельных типов аппаратов, и на допустимые диапазоны работы этих установок. Для непрерывно действующих аппаратов надлежит ознакомиться с их комплектацией и уяснить необходимость каждого элемента во взаимосвязи с другими. В аппаратах периодического действия следует знать как и какие тепло- и хладоносители подводятся в «рубашку» аппарата. Кроме того, следует обратить внимание на конструкцию перемешивающего устройства.

Усвоив конструкцию теплообменного оборудования, а также основы их безопасной эксплуатации, студент переходит к расчету основных параметров теплообменников (контрольное задание № 3 данных методических указаний).

Вопросы для самопроверки:

1.Как рассчитать теплообменную поверхность универсальных пластинчатых теплообменных установок?

2.Что такое пакет, секция?

3.Что такое формула компоновки?

4.Какие автоматические устройства имеются на универсальных установках с пластинчатыми теплообменниками?

5.В каком случае целесообразно применять трубчатые пастеризационные установки?

6.Какие типы пластин используются в пластинчатых теплообменных аппаратах для обработки молока?

7.В каком типе теплообменного аппарата удельный расход пара наиболее высок?

8.За счет чего изменяется время выдержки молока в пастеризационноохладительных установках?

9.Назовите преимущества и недостатки пластинчатых пастеризацион- но-охладительных установок перед другими аппаратами, применяемыми для тепловой обработки молока.

10.Каковы основные отличия пластинчатых аппаратов, предназначенных для пастеризации и стерилизации молока?

11.Какой вид нагрева продукта (прямой или косвенный) более предпочтителен в процессе стерилизации молока?

ТЕМА 5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СГУЩЕННЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Для лучшего сохранения нативных свойств молока при производстве сгущенных продуктов используют выпарные аппараты, работающие под вакуумом. Перед рассмотрением конструкции этого оборудования необходимо вспомнить сведения о процессе выпарки, полученные в курсе «Процессы и аппараты пищевых производств», в том числе такие понятия, как температура кипения, температурные депрессии, вторичный (соковый), греющий и острый пары и их параметры.

В молочной промышленности используется широкая гамма ваку- ум-выпарных аппаратов, среди которых в настоящее время распространены пленочные, использование которых позволяет, в том числе, повысить качество выпускаемых сгущенных продуктов. В процессе изучения этого материала студент должен отметить основные отличия этого типа аппарата от циркуляционного вакуум-выпарного аппарата.

Обязательной операцией при производстве сгущенного молока с сахаром является кристаллизация, производимая в специальных аппаратахкристаллизаторах. В зависимости от технологии и конструкция этих аппаратов может быть различной. В настоящее время проведение этой операции возможно и на непрерывно действующем оборудовании. Кристаллизаторы используются также и при производстве молочного сахара.

При изучении этой темы студент должен также уметь производить расчеты основных параметров работы теплообменных аппаратов (этому посвящено контрольное задание № 4).

Вопросы для самопроверки:

1.Почему выпариванис вчаги из молоко целесообразно производишь при пониженном давлении?

2.Классификация вакуум-выпарных установок.

3.В чем состоит основное различие вакуум-выпарных установок циркуляционного и пленочного типа?

4.Назовите основные элементы вакуум-выпарных аппаратов.

5.В чем заключается принцип действия эжектора?

6.Как рассчитать расход пара на работу вакуум-выпарного аппарата? 7.Как подбираются вакуум-выпарные аппараты?

8.Как производится подготовка сахарного сиропа?

9.Устройство и эксплуатация кристаллизаторов.

ТЕМА 6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СУХИХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Сушка — это процесс полного удаления влаги из продукта путем ее испарения. В молочной промышленности этот процесс используется при производстве сухого молока, сухого обезжиренного молока, казеина, молочного сахара и других молочных продуктов. Они классифицируются на сушилки для жидких и твердых молочных продуктов.

Другим признаком градации является способ сушки — контактный или конвективный. В соответствии с этим в качестве теплоносителей могут использоваться пар и горячий воздух, что обуславливает и конструктивное различие сушильных установок, и область их использования.

Также как и при изучении большинства тем дисциплины, перед началом работы необходимо восстановить знания по теории сушки из курса «Процессы и аппараты пищевых производств», в частности знать основные характеристики воздуха и их изменение в этом процессе.

При изучении сушильных установок следует обратить внимание на тенденции совершенствования конструктивных элементов, в частности на двух или трехстадийные аппараты, позволяющие экономить до 20 % энергозатрат и повышать качество сухого продукта. Сушка в «кипящем» слое, используемая на втором (и третьем там, где он есть) этапах, является предпочтительной и в случае производства казеина и молочного сахара.

*На некоторых производствах может использоваться и сублимационная сушилка.

Для закрепления изученного материала предусмотрено контрольное задание № 5.

Вопросы для самопроверки:

1.Классификация сушильных установок.

2.Устройство и принцип действия пленочной сушилки.

3.Назовите основные параметры воздуха и их динамику в процессе сушки. 4.Основные элементы конвективных установок.

5.Перечислите основные достоинства и недостатки форсуночных и дисковых распылительных устройств.

6.Какие способы очистки отработанного воздуха от сухих частиц вы знаете?