Процесс пастеризации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Общие сведения о пастеризации

Процесс пастеризации заключается в нагревании молока до 60-90°С и выдержке с целью уничтожения болезнетворных бактерий, которые могут присутствовать в нем. Первоначально пастеризация была предложена для уничтожения туберкулезной палочки Mycobacterium tuberculosis, которая в ту пору нередко содержалась в молоке. В настоящее время технология фермерского производства молока практически исключает возможность существования в нем туберкулезной палочки, но молоко продолжают пастеризовать с целью нейтрализации других видов бактерий, опасных для здоровья людей.

В современной молочной промышленности используются три метода пастеризации. Объемная (низкотемпературная и долговременная) пастеризация проводится в чане или цистерне с молоком, где весь его объем нагревается до температуры 63 - 65 °С, и выдерживается при ней в течение 30...40 мин. В двух других методах прогревается поток молока, пропускаемый через трубчатый или пластинчатый пастеризатор; в обоих случаях поток молока интенсивно перемешивается, чем и обеспечивается быстрая теплопередача. молоко пастеризация болезнетворный

Наибольшее распространение получил метод высокотемпературной кратковременной пастеризации с использованием пластинчатого пастеризатора. В нем поток молока прогоняется между пластинами из нержавеющей стали, которые с тыльной стороны нагреваются горячей водой. Поток молока нагревается до 71-76 °С и выдерживается при этой температуре 20...30 с. Регулированием расхода молока через пастеризатор гарантируется удовлетворительная пастеризация продукта.

Другой метод пастеризации молока в потоке носит название сверхвысокотемпературной обработки (мгновенный). В этом методе молоко быстро нагревается до температуры не менее 90 - 138°С и выдерживается при ней 2 - 3 с. После такой обработки молоко и сливки не портятся в течение 3 месяцев без охлаждения.

1. Описание технологического процесса и оборудования

Кратковременная высокотемпературная пастеризация молока осуществляется путем теплообмена в пластинчатых пастеризаторах. При кратковременной пастеризации молоко нагревают до температуры 71--78°С и выдерживают в течение 20--40 с. Во время пастеризации молоко тонким слоем (не более 3 мм) пропускают через пластины из нержавеющей стали, с другой стороны которых движется противотоком теплоноситель. Пластины в группе соединены параллельно. По каналам между пластин молоко проходит определенный путь, в то время как в прямоточных системах молоко подводится кратчайшим путем к тисненой поверхности пластин, где образуется турбулентность (завихрения).

Предполагаемая установка предполагает пастеризацию любого молока. Пастеризация, выдержка и охлаждение молока в нем осуществляется в непрерывном потоке при полной автоматизации процесса с использованием теплоты регенерации. Установка может работать в ручном и автоматическом режиме.

В установку входит: пластинчатый пастеризатор-охладитель, сравнительный бак с поплавком, насосы, регуляторы равномерности потока, автоматические клапана, бойлер для нагрева воды, пульт управления и трубопроводы для пара и рассола с регуляторами давления и расхода. Секции установки отличаются различной компоновкой пластин, их типом и расположением. В установке имеется шесть секций: теплообменник I-ый, теплообменник II-ой, пастеризатор, секция температурной выдержки, охлаждения водой и охлаждение рассолом.

Технологический процесс пастеризации молока состоит из следующих стадий:

прием сырого молока и контроль его качества

первичное нагревание молока противоточным пропастеризованным молоком

очищение от различных примесей в цинтрефуге

вторичное нагревание молока горячей водой

выдерживание нагретого молока

охлаждения пропастеризованного молока

Общая технологическая схема пастеризации представленная на схеме №1.

Сырое молоко доставляют специализированным транспортом и сливают приемную цистерну (I). При механизированном процессе молоко фильтруется через механизированные фильтры. В качестве фильтрующих материалов используют бязь, миткаль, фланель и не тканные материалы из лавсановых или пропиленовых волокон, а также стеклянных, металлических и керамических материалов.

Температуру молока в цистерне желательно поддерживать от 2 до 8°С, так как при этой температуре молочно-кислые бактерии практически не размножаются и молоко на некоторое время (максимум до двух суток) остается свежим и пригодным для переработки. Для подержания этой температуры к приемной цистерне (I) прикреплены спиральные трубы по которым течет холодная вода со льдом или рассол. С этой цистерны берут пробы для лабораторных анализов и проверяют молоко на пригодность к дальнейшей переработки. Если молоко соответствует определенным нормам, оно подается в сравнительный бак (II) с устройством регулирования уровня под вакуумом(для предотвращения переполнения), причем наполнение лучше осуществлять снизу во избежание вспенивания молока. Наполнение всех цистерн и емкостей контролируется системой сигнализации.

Из бака молоко направляется в секцию I-ого теплообменника (VII) пластинчатого аппарата. Где оно нагревается до температуры примерно 43 - 47°С.

Затем подогретое молоко подводится к центрифуге (III) и после центрифугирования направляется во II-ой теплообменник (VIII). Центробежная очистка молока является наиболее совершенной. Она позволяет удалить из молока не только механические примеси, но и слизь, сгустки молока, эпителий, форменные элементы крови. Количество выделяемых примесей доходит до 0,02 - 0,06% массы молока. В зависимости от конструкции центробежная очистка позволяет удалять от 90 до 660 мг механических примесей из 1 литра молока. Траектория движения дисперсных частиц внутри барабана центрифуги в любой его зоне обусловлена осаждением частиц и движением жидкости в рассматриваемой зоне. Центробежную очистку целесообразно проводить при температуре 40 ± 5°С, при которой триглецириды молочного жира находятся в жидком состоянии, в результате чего не происходит подсбивание молочного жира и снижаются его потери.

Во втором теплообменнике молоко нагревается до температуры 58 - 62°С за счет тепла, выделяемого уже пропастеризованным молоком, которое движется противотоком. Из второго теплообменника подогретое молоко поступает в пастеризатор (IX), в котором нагревается до температуры 71--78°С путем кратковременной пастеризации При температуре пастеризации ниже заданной молоко автоматическим клапаном (XII) возвращается в бак II для повторной тепловой обработки.

Затем молоко проходит через второй и первый теплообменники (VII и VIII), где отдает тепло следующей порции молока. В теплообменниках температура молока снижается до 20 - 30°С. Далее происходит охлаждение молока в два этапа: вначале колодезной водой - до температуры 12°С, а затем водой со льдом или рассолом - до 2--4°С. Двухступенчатое охлаждение молока является наиболее эффективным, т. к. при длительном охлаждении в емкости с 30 до 4єС количество бактерий в молоке возрастает в 2,5 - 4 раза.

В таком состоянии молока затем поступает в емкость для хранения (XI) где берут анализы полученного пастеризованного молока и если показатели соответствуют нормам, то молоко пропускают к линии розлива или на дальнейшую переработку.

2. Выбор и обоснование параметров контроля

Для обеспечения нормального протекания технологического процесса пастеризации молока необходимо контролировать следующие параметры: наличие посторонних примесей в сыром и пропастеризованном молоке, давление, расход, температуру, уровень, т. к. отклонение их от заданных значений может привести к нарушению протекания технологического процесса и возникновению аварийных ситуаций на заводе. Контролируем качество производимого пастеризованного молока в начале и в конце процесса пастеризации путем взятия проб и исследования их в специальной лаборатории.

Контроль давления молока в оборудовании:

Необходимо контролировать давление:

молока поступающего на вход в пластинчатый пастеризатор-охладитель (ППО) 2 - 4 кПА, так как его изменение может повлиять на качество готового продукта;

колодезной воды поступающей в первую секцию охлаждения 2 - 4 кПА, так как его изменение может повлиять на качество охлаждения пропастеризованного молока;

рассола поступающие во II-ую секцию охлаждения 2 - 4 кПА, так как его изменение может повлиять на конечную температуру пропастеризованного молока.

Контроль расхода молока:

Необходимо контролировать расход готового продукта из емкости хранения для определения количества пропастеризованного молока.

Контроль температуры молока:

Необходимо контролировать температуру:

молока в приемной цистерне в интервале 2 - 4єС, так как при этой температуре молочно-кислые бактерии практически не размножаются и молоко на некоторое время (максимум до двух суток) остается свежим и пригодным для переработки;

пропастеризованного молока при выходе из теплообменников в интервале 20 - 30єС, так как его изменение может повлиять на дальнейший процесс охлаждения молока;

колодезной воды на входе в I-ую секцию охлаждения в интервале 8 - 12єС, так как его изменения может отрицательно повлиять на процесс охлаждения пропастеризованного молока;

рассола или воды со льдом на входе во II-ую секцию охлаждения в интервале 0 - 2єС, так как его изменения может отрицательно повлиять на процесс охлаждения пропастеризованного молока.

Контроль уровня молока:

Контролируем уровень молока в емкостях - приемная цистерна и емкость для хранения для предотвращения и во избежании аварийных сиутаций на производстве.

Характеристика параметров контроля

3. Выбор технических средств автоматизации

1. Для контроля уровня в емкостях используется датчик разности давлений Метран 100-ДД-1410 предназначенный для измерения давления и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал и/или в цифровой сигнал в стандарте протокола HART следующих входных величин:

избыточного давления ДИ;

абсолютного давления ДА;

разрежения ДВ;

давления - разрежения ДИВ;

разности давлений ДД;

гидростатического давления ДГ.

Этот датчик имеет выходной сигнал 0 - 5мА, 4 - 20мА. Диапазон измерений уровня 0 … 40 м. Данный датчик является наиболее простым и дешевым из представленных его аналогов.

2. Для контроля температуры молока в различных секция ППО, горячей и холодной воды, колодезной воды или рассола используется термопреобразователь сопротивления Метран-203-НСХ-50М с одним чувствительным элементом, предназначенный для измерения температуры жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, неразрушаюших материал защитной арматуры. Который имеет диапазон измеряемых температур -50 … 150°С. избыточного давления (ДИ), абсолютного давления (ДА), разрежения (ДВ), давления - разрежения (ДИВ), нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал. Измеряет давления жидкости, пара, газа в диапазоне 0 … 0,6 МПа. Данный датчик преобразуют давление.

3. Для контроля расхода молока вставляем в выходную трубу диафрагму для расходомеров ДКС 0,6-100 (I-ое исполнение) в комплекте с датчиком давления Метран-100ДД-1410, предназначенный для измерения расхода жидкостей, пара или газа методом переменного перепада давлений. Этот датчик имеет выходной сигнал 0 - 5мА, 4 - 20мА. Условное давление в трубопроводе допускается до 0,6 МПа.

4. Для индикации и регистрации показаний от вышеперечисленных датчиков:

уровня используется вторичные приборы КП 1Т предназначен для измерения активного сопротивления, а также других не электрических величин, преобразованных в унифицированные сигналы силы и напряжения постоянного тока. Прибор обеспечивает сигнализацию и регулирование параметров технологического процесса, преобразования входного сигнала в выходной непрерывный токовый сигнал. Имеет следующие входные сигналы: 0-5 и 4 -20мА; а также с термопреобразователей 50М, 100М. основная погрешность прибора: выражается в % от нормирующего значения не более +0,5%, -0,5%, по показаниям преобразованию и +0,1%, -0,1% по регулированию и сигнализации.

температуры используется приборы А 100Н и КП 1Т, входные сигналы которых идут от термопреобразователей сопротивления Метран-203-НСХ-50М. Подключение термопреобразователя к прибору производиться по 4-х проводной линии.

давления используется приборы ДИСК-250. Приборы имеют на входе сигнал 4-20мА.

- расхода используется приборы ДИСК-250. Приборы имеют на входе сигнал 4-20мА.

Описание функциональной схемы автоматизации и ее работы

Контроль температуры

1. Система контроля температур: в приемной цистерне, на выходе из первого теплообменника, на выходе из второго теплообменника.

Сигналы с датчиков термопреобразователей сопротивления Метран-203-НСХ-50М по проводам поступает на вторичный прибор А 100-Н, показывающий и регистрирующий все три температуры, сигнализирующий по верхнему и нижнему пределу.

2. Система контроля температур: рассола, колодезной воды и горячей воды.

Сигналы с датчиков термопреобразователей сопротивления Метран-203-НСХ-50М по проводам поступает на вторичный прибор А 100-Н, показывающий и регистрирующий все три температуры, сигнализирующий по верхнему и нижнему пределу.

Контроль расхода.

1. Система контроля расхода молока поступившего.

Сигнал с датчика разности давлений Метран-100ДД-1410 в комплекте с диафрагмой для расходомеров ДКС 0,6-100 (I-ое исполнение), по проводам поступает на преобразователь сигнала, а от него сигнал поступает на вторичный прибор "Диск-250", показывающий, регистрирующий.

2. Система контроля расхода пропастеризованного молока устроена и работает аналогично.

Контроль давления

1. Система контроля давления молока.

Сигнал с датчика избыточного давления Метран-55-ДИ-515 по проводам поступает на вторичный прибор "Диск-250", показывающий, регистрирующий.

2. Системы контроля давления колодезной воды и рассола устроены и работают аналогично.

3. Система контроля давления горячей воды.

Сигнал с датчика избыточного давления Метран-55-ДМП-331 по проводам поступает на вторичный прибор "Диск-250" (поз.7б), показывающий, регистрирующий.

Контроль уровня

1. Система контроля уровня молока в приемной цистерне.

Сигнал с датчика разности давлений Метран 100-ДД-1410 по проводам поступает на вторичный прибор КП 1Т, показывающий и сигнализирующий по верхнему уровню.

2. Система контроля уровня в емкости для хранения молока устроена и работает аналогично.

5. Расчет измерительной схемы автоматического уравновешенного моста

Данные о термопреобразователе сопротивления:

тип ТПС медный, гр. 23;

пределы измерения tmin= -50єC, tmax= 150єC;

величина приведенного сопротивления Rпр= 90 Ом;

величины сопротивления Rmin= 41,71 Ом, Rmax= 86,87 Ом (по градуировочным таблицам);

резисторы мостовой схемы R1=R2=R3=330 Ом;

U=5 В;

Резистор ограничения величины рабочего тока Rб= 270 Ом;

Ry= 2,5 Ом.

Расчет:

(Rmin+ Ry+ Rд+rд+ Rобщ)· R2= (R1+Rу)·R3 - условие равновесия измерительной схемы при tmin;

(Rmin+ Ry+ Rд+rд+ Rобщ)· R2= (R1+Rу)·(R3+ Rобщ) - условие равновесия измерительной схемы при tmax

где Rобщ - общее сопротивление трех параллельно включенных резисторов Rр, Rш, и (Rп+ rп);

Из этих уравнений находим:

Rобщ=[R2/(R1+ Rу+ R2)]·(Rmax- Rmin); (1)

Отсюда можно также записать:

Rобщ= Rпр·(Rп+ rп)/(Rпр+ Rп+ rп); (2)

Rпр= Rр·Rш/(Rр- Rобщ) (3)

где Rпр - общее сопротивление двух параллельно включенных резисторов Rр и Rш.

Из уравнения (2) находим сумму сопротивлений резисторов (Rп+ rп) для верхнего предела шкалы прибора:

Rп+ rп= Rобщ· Rпр/(Rпр- Rобщ); (4)

Затем определяем сумму сопротивлений резисторов (Rд+ rд) для нижнего предела шкалы прибора:

Rд+ rд= R1R3+ RуR3- R2Rу+ R2Rmin- RобщR2; (5)

Максимальная величина тока, протекающая через ТПС, определяется выражением:

Imax=U/(Rmin+Rу+Rд+ rд+Rобщ+R3+Rб). (6)

Подставив свои данные получим:

Rобщ=[330/(330+ 5+ 330)]·(86,87 -41,71)=22,4 Ом;

Rп+ rп= 22,4· 90/(90 -22,4)=29,82 Ом;

Rд+ rд= 330·330+ 2,5·330-330·2,5+330·41,71-22,4·330=115272,3 Ом;

Imax=5/(41,71+5+115272,3+22,4+330+270)=0,000043 А? 0,043 mA.

Ток Imax не должен превышать 7-8 mA для предотвращения нагревания ТПС и проявления в связи с этим дополнительных погрешностей измерения.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта проведен анализ технологического процесса пастеризации молока, как объекта автоматизации. Произведен выбор и обоснование параметров контроля и регулирования, а также выбор и обоснование технических средств автоматизации. Разработана и описана функциональная схема автоматизации процесса производства пастеризованного молока.

Список используемой литературы

Приложение

Размещено на Allbest.ru