Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки с термокомпрессором для изготовления сгущенного молока с разработкой выпарного аппарата (стр. 3 из 4)

3. Технологическая схема производства сгущенного молока

Технологическая схема производства сгущенного молока приведена на листе графической части № 1.

Технологический процесс производства сгущенных консервов с сахаром состоит их следующих основных операций: приемка и подготовка сырья и компонентов, нормализация, пастеризация, гомогенизация, приготовление и добавление сахарного сиропа, сгущение, охлаждение сгущенного продукта, фасование, упаковывание и хранение. Приемку молочного сырья и его подготовку проводят, так же как и при выработке других молочных продуктов. Компоненты готового продукта по рецептуре подготавливают согласно действующей документации. После подготовки молоко нормализуют с учетом содержания в готовом продукте жира, сухого молочного остатка, СОМО. Нормализованную молочную смесь пастеризуют при температуре 85-90°С или 105-112°С без выдержки. В нормализованное молоко перед пастеризацией можно вносить 25% водный раствор соли-стабилизатора в количестве 0,008-0,01% массы молока . После пастеризации молоко рекомендуется охладить до 70-75 °С и направить на сгущение. Выдержка молока при температуре пастеризации обеспечивает получение готового продукта повышенной вязкости.

Перед сгущением допускается гомогенизация молока. Ее применяют в зимнее время, а также для консервов вязкостью менее 2.5 Па*с. Гомогенизацию проводят при температуре 60-70°С и рабочем давлении 8-10МПа.

Сахарный сироп готовят путем растворения необходимого количества сахара в питьевой воде температурой 60-70 °С. После смешивания сахара с водой смесь доводят до кипения и очищают. Сахарны е сиропы рекомендуется готовить с концентрацией сахара 65-70%. С целью предотвращения расщепления сахарозы, а также засахаривания и загустения сироп нельзя выдерживать с молоком более 20 мин. от начала кипения до начала его смешивания с молоком. Температура сиропа при смешивания должна быть 90-95°С.

Сахарный сироп может поступать в вакуум-выпарную установку в смеси с молоком или поэтапно: сироп-молоко-сироп. Перед поступлением в выпарной аппарат молочную смесь с сахаром фильтруют. Сгущение проводят при температуре кипения: в двухкорпусной установке 70-80°С в первом корпусе и 50-52°С во втором корпусе. Продолжительность сгущения продукта в вакуум-выпарном аппарате должна быть минимальной. Для установления готовности отбирают пробу, охлаждают до 18-20°С и определяется плотность, массовую долю сухого вещества и органолептические показатели. Плотность сгущенного молока при температуре 50°С равна 1280-1320 кг/м3.Массовая доля сухих веществ по рефрактометру при 20°С составляет 73.8-74%. Консистенция пробы продукта при 50°С должна быть слабовязкой. Продукт должен легко стекать со шпателя или ареометра при извлечении его из цилиндра, в котором определили плотность пробы. Сгущенный продукт из вакуум-выпарной установки направляют на охлаждение. Для этой цели применяют охладители-кристаллизаторы. Продукт охлаждают до температуры 18-20°С в течении 40-60 мин.

При охлаждении молока начинается кристаллизация лактозы. Этот процесс неуправляем, и результат его является образование крупных кристаллов. Для получения продукта высокого качества необходимо, чтобы размеры кристаллов лактозы не превышали 10мкм. Если образуется кристаллы большего размера, то консистенция сгущенного продукта становится мучнистой. Для интенсификации кристаллизации и образования мелких кристаллов лактозы в сгущенный продукт вносят затравку- сухую мелкокристаллическую лактозу с размером кристаллов 2-3 мкм. Количество затравки соответствует 0,2% массы продукта. Лактозу перед внесением прогревают при 105°С не менее 1ч. После внесения лактозы в сгущенное молоко увеличивается число зародышей кристаллизации, которые способствуют образованию мелких кристаллов. В качестве затравки можно использовать сгущенное молоко предыдущей выработки. Его количество должно составлять не менее 10%. Температура кристаллизации лактозы 25-35°С. О правильно проведенной кристаллизации лактозы судят по ее размерам . Согласно ГОСТ 2903 однородность консистенции продукта определяют по средним размерам и распределению кристаллов по группам, а их количество – подсчетом под микроскопом с применением окуляров – микрометров. Величину кристалла измеряют по длине грани. Все кристаллы делят не 4 группы. По средней величине кристаллов в каждой и их количеству вычисляют средний размер кристаллов в сгущенном молоке с сахаром. При определении размеров кристаллов молочного сахара измеряют не менее 100 кристаллов. В зависимости от размеров кристаллов выделяют следующие консистенции продукта: до 10 мкм- консистенция, однородная по всей массе; от 11 до 15 мкм – мучнистая; от 16 до25 – песчанистая; более 25 – хрустящая на зубах. Из охлажденного сгущенного молока отбирают также пробы для определения физико-химических и биохимических показателей. Если эти показатели соответствуют нормативной документации, то продукт направляют на фасование и закатывание. Готовый продукт фасуют и закатывают в жестяные банки № 1, 7,13, металлические трубы № 13, а также фанерно-штампованные или деревянные заливные бочки и металлические фляги. Если продукт не соответствует по содержанию воды и жира требованиям ГОСТа и технических условий, его нормализуют после сгущения водой, обезжиренным молоком или сливками. Вода должна быть кипяченой и очищенной.

4. Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки

Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки с термокомпрессором для изготовления сгущенного молока с разработкой выпарного аппарата.

Исходные данные:

Производительность по испаренной влаге: W=2000

;

Давление рабочего пара: P=0,75МПа;

Температура кипения молока:

в первом корпусе – tk1=70°C;

во втором корпусе – tk2=52°C;

Температура греющего пара первого корпуса – tгр1=86°С;

Концентрация сухого вещества в исходном продукте – Хн=12%

в конечном продукте – Хк=35%

Составляем уравнения материального баланса

По всему веществу

Gн-W= Gk

Gн-W1= G1

G1- W2= Gk

По влаге

W= W1+ W2

Из этих уравнений находим количество молока поступающего на сгущение

Где Gн- количество молока поступающего на сгущение кг/ч,

Хн- концентрация сухого вещества в исходном продукте,%

Хк- в конечном продукте,%

Количество конечного продукта

Gk= Gн- W=3045-2000=1045 кг/ч;

Определим количество выпаренной влаги в каждом корпусе:

Для этого воспользуемся отношением выпаренной влаги в первом корпусе к количеству выпаренной влаги во втором корпусе:

I:II =1:1,1

=958

Определяем конечные концентрации раствора по корпусам:

Тепловой баланс по 1му корпусу

Q1=Dгр(in1-ik1)=W1·r1-G0·Cm1(t0-tk1)+QПОТ (6)

Q2 = Dгр2 (in2- ik2)= W2·r2-G1·Cm2(tк1-tk2)+QПОТ2 (7)

t0-температура молока в 1ом корпусе

tк1-температура кипения молока в 1ом корпусе

tk2-температура кипения во втором корпусе

r1, r2-теплота парообразования при соответствующем давлении в 1и 2 корпусах.

Dгр-расход греющего пара в первом корпусе, кг/ч

Dгр2- расход греющего пара во втором корпусе, кг/ч

QПОТ , QПОТ2-потери теплоты в первом и втором корпусе,кДж

Cm-теплоемкость молока

Cm=41,87W+(13,73+0,113(Т-273)) (8)

Уравнение теплопередачи для корпусов

Q1/3,6=К1F1Δt1 (9)

Q2/3,6= К2F2Δt2 (10)

Δt1=tгр- tk1 =86-70=16°С (11)

Δt2= tгр2- tk2 (12)

tгр2= tk1-Δtфх- Δtн (13)

tвп= tk2-Δtфх- Δtн (14)

Δt1 , Δt2-полезная разность температур, °С

К1, К2-коэффициенты теплопередачи для корпусов, Вт/м2∙К

tk1, tk2-температура кипения молока в первом и втором корпусе, °С

Анализ нагрузки корпусов

Распределение выпариваемой влаги по корпусам и полезной разности температур производят на основании решения системы уравнений с учетом отбора экстра пара на дополнительные нужды. Решение этой задачи ведется методом последовательных приближений. В качестве 1го приближения обычно считают, что количество выпариваемой влаги равно количеству греющего пара. В этом случае можем записать:

W1= Dгр=a(D0+E1)=a D0(1+u) (15)

W2= W1- E1- E111=C W1- u D0 (16)

u= E1/ D0-коэффициент инжекции (=0,8..1)

а = коэффициент учитывающий долю отбираемого экстрапара(=0,9)

с = коэффициент учитывающий отбор экстрапара, направляемого во 2ой В.А.

В (16) подставим вместо

W2= W- W1

W- W1= C W1- u D0

W1(С+1)= W+u D0 (17)

Из (15) получим

D0= W1/а(1+ u),

подставим в (17) и получим

W1(С+1)= W+ u W1/ а(1+ u) (18)

После преобразований получим

W1= [W· а(1+ u)]/ а(1+ c) (1+ u)- u=[2000·0.9(1+0,9)] /0,9(1+0,95)(1+0,9) -0,9=1405 кг/ч (19)

Тогда W2 =2000-1405=595 кг/ч

Концентрация после первого корпуса

Х1= G0Х0/ G0- W1=3045·13/(3045-1405)=23,9 %

При условии равенства площадей F1=F2

Δt2= W2К1Δt1/ W1 К2=16·1500·0,298/0,702·1200 =9°С

tгр2= tk2+Δt2=52+9=61°С

Устанавливаем давление в корпусах

1корпус

tгр1=86°C

p=0,6·105 Па

Калоризатор tк=84°С iк=350 кДж/кг

r=2293кДж/кг i=2653 кДж/кг

tвп1= tгр2=61°С

p=0,21·105 Па r=2354 кДж/кг i=2611 кДж/кг

Калоризатор tк=59°С iк=247 кДж/кг

2 корпус

tвп2=49°С p=1,04·104 Па r=2386 кДж/кг i=2589 кДж/кг

Определяем удельную теплоемкость молока

См1=[41,87·1405+(13,73+0,113·68)]·0.06=3,5 кДж/кг·К

См2=[41,87·595+(13,73+0,113·50)]·0,14=3,4 кДж/кг·К

Определяем теплоту

Q1=1405·2354-3045·3,5(86-70)=3136850 кДж

Q2=595·2386-1640·3,4(67-52)=1336030 кДж

Существующие вакуум-выпарные установки имеют одинаковые поверхности нагрева испарителей и размеры корпусов, поэтому F1= F2. Равенство поверхности дает возможность определить поверхность нагрева одного корпуса установки, а второй изготавливать таким же. При этом лучше определять поверхность нагрева первого корпуса.

Определяем площадь поверхности теплопередачи калоризаторов