Материал: Разработка оборудования для производства твердых сычужных сыров

Планетарный нож вместе с вертикальным валом привода вращается вокруг оси редуктора против потока молока, который создается круговым ножом. В результате достигаются интенсивное перемешивание, разрезание сгустка и постановка зерна.

Для вымешивания сырного зерна ножи снимают и устанавливают пропеллерную мешалку. Ножи и мешалка вращаются от электродвигателя через червячный редуктор и вариатор, что обеспечивает плавную работу ножей и мешалки. Приводной механизм укреплен на кронштейне.

Вертикальные сыроизготовители овальной формы в виде сдвоен ного цилиндра (рис. ) применяют при производстве сыров с высокой температурой второго нагревания (типа швейцарского), зерно которых имеет меньшие размеры и соответственно повышенную прочность.

Рисунок 4. Вертикальный сыроизготовитель в виде сдвоенного цилиндра. 1-корпус, 2- отборник-фильтр, 3- привод, 4- режуще-вымешивающий инструмент, 5- сливной патрубок, 6- опора.

Высота вертикального сыроизготовителя в виде сдвоенного цилиндра меньше, чем цилиндрического, при одинаковой вместимости. Это благоприятно отражается на обработке (равномерности нагрева и вымешивания) в них сырного зерна. Кроме того, эффект раскручивания продукта при вымешивании минимален. Режуще-вымешивающий инструмент имеет дополнительную пластину, которая способствует подъему сырного зерна из нижней части аппарата. В результате небольшой высоты осевшего сгустка получаемая масса менее подвержена комкованию и, следовательно, облегчаются ее подъем и вымешивание.

Форма вертикального сыроизготовителя в виде сдвоенного цилиндра позволяет увеличить отношение площади поверхности нагрева к вместимости аппарата. Благодаря этому нагрев молока при орошении стенок сыроизготовителя горячей водой становится более равномерным.

Днище сыроизготовителя выполнено в виде двух конусов, в вершинах которых имеются сливные отверстия, закрываемые выпускными пневмоуправляемыми клапанами. Оси обеих мешалок совпадают с вершинами конусов, что позволяет размещать вымешивающие лопасти вблизи днища.

Горизонтальные сыроизготовители особенно эффективны для обработки слабого сырного зерна, например при производстве мягких сыров, а также при переработке сычужно-вялого молока или молока, недостаточно полноценного по белковому и кальциевому составу.

направление движения мешалки совпадает с направлением подъема сырного зерна (по стенке цилиндра);

относительно небольшая высота обрабатываемого слоя продукта.

При вращении режуще-вымешивающего инструмента вкруговую в сырную массу может врабатываться воздух, что нежелательно для сыров голландской группы. Во избежание этого необходим раздельный инструмент: по одну сторону вала - лира, которая разрезает сгусток по двум направлениям; по другую сторону вала - вымешивающие лопасти.

Сыроизготовители имеют пульт управления, где смонтирована контрольно-регулирующая аппаратура, осуществляющая управление всем циклом выработки сырного зерна в полуавтоматическом и автоматическом режимах, в том числе с использованием микропроцессоров для выхода на центральный компьютер управления.

Рисунок 5. Горизонтальный сыроизготовитель закрытого типа.

Опора, 2- корпус, 3- люк, 4- вал, 5 - привод, 6- режуще-вымешивающее устройство [1].

Рассмотрим некоторые патенты на оборудование для производства сыра (подробно см. Приложение).

Сырная ванна

Номер патента:2027351. Дата публикации 27.01.1995

Целью изобретения является улучшение процессов получения и выгрузки сырного пласта за счет его формования (концентрирования) в нижней зоне резервуара специальной конфигурации, исключения транспортировки сырного зерна, ликвидации ручной перегрузки сырной массы.

Ванна состоит из полукруглого резервуара с вмонтированной в нее решеткой. Решетка смонтирована у торцовой стенки и двигается в продольном направлении, при этом ее профиль соответствует профилю ванны и плотно прилегает к краям последней. Образовавшийся гель разрезается в продольном направлении решеткой, движущейся вдоль ванны, а поперечный разрез осуществляется вращающейся решеткой в момент, когда поперечная решетка находится на краю у лицевой стороны ванны. Таким образом, после окончания всех технологических операций с использованием продольных и поперечных решеток, внутренний объем ванны полностью свободен для образования сырного пласта.

Установка для переработки молочной продукции

Номер патента:2083097 . Дата публикации 10.07.1997.

Целью изобретения является разработка универсальной конструкции установки для производства молочной продукции: творога, сыра, сметаны с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Преимущества предложенной конструкции установки заключаются в следующем. Отношение площади зеркала открытой поверхности установки к ее объему в 0,5 - 1,0 по сравнению с аналогичными конструкциями такого же объема, где такое отношение составляет 1,5 2,0, позволяет уменьшить площадь зеркала открытой поверхности в 3-4 раза. Это дает возможность уменьшить теплопотери до 3 раз. Уменьшение занимаемой установкой площади в помещении позволяет размещать их на пунктах первичной обработки молока молочнотоварных ферм колхозов или совхозов, а также позволяет уменьшить габаритные размеры мини-заводов по переработке молочной продукции.[3]

.3 Выводы

Целью данного курсового проекта является разработка оборудования для производства твердых сычужных сыров. Основным оборудованием является аппарат для постановки сырного зерна. На основе литературно-патентного обзора выбираем за основу ванну сыродельную типа В2-ОСВ-5, в которой предлагается усовершенствовть конструкцию режуще-вымешивающего устройства, согласно патенту №2027351. Сыродельные ванны в отличие от сыроизготовителей позволяют не только вырабатывать сырное зерно, но и производить формирование и разрезку сырного пласта, что не требует применения дорогостоящего оборудования для формирования сырной массы. Технологический процесс получения сырного зерна и устройство практически не отличается от сыроизготовителей. Кроме того, оборудование позволяет использовать различные технологические приемы для получения сырного зерна ( внесение различных заквасок, изменение температурного режима и пр.)

2. Разработка основного технологического оборудования

.1 Материальный баланс по стадиям производства

Требуется переработать 10000 л молока= 10330 кг (плотность 1,033 кг/м³) в костромской сыр, жирностью 45%.

Потери на стадиях( см. рисунок 1):

Потери от массы молока

Очистка молока от механических примесей - 0,02%

Созревание молока - 8%

Нормализация по жиру - 0,17%

Пастеризация - 1%

охлаждение до температуры свертывания - 0,03%

нормализация по жиру - 0,17%

Созревание пастеризованного молока - 8%

Подогрев до температуры свертывания - 0,03%

Свертывание - потери отсутствуют

Потери от массы сгустка

Резка сгустка и постановка сырного зерна - 0,5%

Вымешивание перед 2 нагревом - 0,5%

нагрев - 0,03%

Вымешивание после 2 нагрева - 0,5%

Формование - 0,5%

Самопрессование - потери отсутствуют

Прессование - 7%

Посолка - 3%

Обсушка - 1%

Созревание сыра - 8%

Упаковка - 0,04%

На стадию 2 молока поступит:мол 2 = 10330∙(1-0,0002)=10328 кг

На стадию 3:мол 3 = 10328∙(1-0,08)=9502 кг

На 4:мол 4=9502∙(1-0,0017)=948/6 кг

На 5: G мол 5=9486∙(1-0,01)=9391 кг

На 6: Gмол 6 = 9391∙(1-0,0003)=9388 кг

На 7: G мол 7 = 9388∙(1-0,0017)=9372 кг

На 8: G мол 8=9372∙(1-0,08)=8622 кг

На 9: G мол 9=8622∙(1-0,0003)=8620 кг

Масса сгустка 60% от массы заквашенного молока

На стадию 10 сгустка приходит: G сг 10 =8620∙0,6=5172 кг

На 11: G сг 11=5172∙(1-0,005)=5146 кг

На 12: G сг 12=5146∙(1-0,005)=5120 кг

На 13: G сг 13=5120∙(1-0,0003)=5119 кг

На 14: G сг 14=5119∙(1-0,005)=5093 кг

На 15: G сг 15=5093∙(1-0,005)=5068 кг

На 16: G сг 17=5068∙(1-0,07)=4713 кг

На 17: G сг 18=4713∙(1-0,03)=4666 кг

На 18: G сг 19=4666∙(1-0,01)=4292 кг

На 19: G сг 20=4292∙(1-0,08)=4291 кг

Готового продукта получается: G сыра=4291∙(1-0,0004)=4289,3 кг.

.2 Подбор основного аппарата

Производительность сыродельной ванны:

П=Vгеом*ρ*β/τц ,

где Vгеом - геометрический объём ванны м3, ρ - плотность смеси кг/м3, β - коэффициент заполнения, τц - время цикла, ч.

Отсюда можем найти геометрический объем аппарата.

Время цикла для производства костромского сыра:

где слагаемые соответственно время нагревания, свертывания, разрезки сгустка, вымешивания, второго нагревания, вымешивания после второго нагревания, формования в минутах.

Время нагревания можно определить из уравнения:

τнагр=Gc(t2-t1)/kFΔtср

где G расход молока кг, с-теплоемкость молока Дж/кгК, t2, t1 - конечная и начальная температура молока, k- коэффициент теплопередачи Вт/м2К, Δtср-средняя движущая сила.

Δtб=38 С, Δtм=2 С

Δtср=(Δtб-Δtм)/ln(Δtб/Δtм)=12,23 С

τнагр=10327,9*3798(32-12)/350*79*12,23=2319 с=38 мин

τц=38+30+15+10+15+40+10 =158 мин=2,6 чгеом =3,46кг/ч/(1,033кг/м3*0,8)*2,6ч=10,8 м3

Расход пара определим по формуле:

D= Gc(t2-t1)/(I-i)η,

где I-энтальпия пара Дж/кг,i- энтальпия конденсатаДж/кг, η- коэффициент использования пара. Для данной установки давление пара 0,5 МПа.=10327,9*3798(32-12)/(2754-637,7)*1000*0,8*3600=0,13 кг/с

Выбираем сыродельную ванну В2 ОСВ 10

Техническая характеристика:

Объем рабочий 10,0 м куб.

Геометрический объем 10,88 м куб.

Мощность электродвигателя 1,6 кВт

Тип режуще-вымешивающего устройства универсальный

Частота вращения режуще-вымешивающего устройства 2…20 мин-1

Количество режуще-вымешивающих устройств 2

Масса 4800 кг

Габариты 6260х3720х2540 мм

Найдем рабочую высоту аппарата h=V/S , где V-объем аппарата м3 , S- площадь сечения м2(примем размеры длины и ширины из технической характеристики ванны см. чертеж 3).

=10,88/3,2*1,4,=2,5 м

.3 Расчет насоса для откачки сыворотки

Определяем диаметр трубопровода по формуле d=(4*Gсыв/(π*3))^0.5;

=(4*0,37кг/с/9,42м/с)^0,5=0,05 м

Подбираем ближайший больший трубопровод dвнеш=70 мм, dвнут=64 мм

Re=vdρ/μ=(3м/с*0,064м*1033кг/м2)/(1,079кг/м*с)=180-

критерий Рейнольдса. Поток ламинарный, коэффициент трения для данного критерия λ=0,36.

Определяем местные сопротивления трубопровода.

Всасывающая линия:

вход в трубу ξ=0,5; выход из трубы ξ=1; отводы (φ=90, R=d) ξ=2*0.21=0.42;

задвижка ξ=4; ∑ξ=5,92.

п =(λ*l/d+∑ξ)ω2/(2*g)

где hп - потери напора м, l- длина трубопровода м, d-диаметр трубопровода м, ω-скорость потока м/с, g-ускорение свободного падения м/с2.

п=(0,36*2,8/0,064+5,92)/19,6=9,95 м.

Нагнетательная линия:

вход в трубу ξ=0,5; выход из трубы ξ=1; отвод (φ=90, R=d) ξ=0.21; вентиль ξ=4;

п=(0,36*7/0,064+5,71)/19,6=20,2 м.общ=9,95+20,2=30,15м

Потребный напор насоса определяем по формуле:

Н=(p2-p1)/ρg+Hг+ hобщ,

где p2-давление в ванне, p1- давление в приемной емкости, ρ-плотность жидкости, Hг-геометрическая высота подъема жидкости.

Н=2+4+30,15=36,15м.

Мощность насоса N=Nп/(η*ηпер), где Nп- полезная мощность насоса кВт, η- кпд насоса, ηпер- кпд передачи от электродвигателя насосу (для центробежного насоса 1)

п=GρgH=3.7кг/с*9,8м/с2*36,15=1,3 кВт=1,3/0,6=0,22 кВт

Выбираем насос центробежный марки Х45/54 (Н=42 м, n=48 с-1, электродвигатель АО2-71-2, N=22 кВт),

.4 Описание конструкции основного аппарата

Сыродельная ванна В2-ОСВ-10 состоит из: ванны 1, привода 2 режуще-вымешивающего инструмента, пневмоцилиндра 5 для наклона ванны, пульта управления , устройства 8 для подачи горячей воды в ванну, колонн 9 и 11, мостовой конструкции 10, датчиков 4 и 12 контроля уровней сыворотки и молока в ванне, запорного клапана 13 для спуска сырного зерна в смеси с сывороткой, центробежного насоса 14 для перекачки сырного зерна и лестницы 3.

Двустенная ванна 3 (см. черт. 3) представляет собой жесткую сварную конструкцию, внутренняя часть которой изготовляется из нержавеющей стали. Внутренняя ванна заключается в кожух из углеродистой стали. Пространство между ванной и кожухом заполняется термоизоляционным материалом, закрываемым сверху диетами из нержавеющей стали.

Между наружным и внутренним дном установлен барботер. Пар подводится от заводской сети через патрубок диаметром 25 мм. Слив воды из рубашки-через патрубок диаметром 50 мм в нижнем днище.

Охлаждающая вода подводится через патрубок диаметром 32 мм, выступающий за наружное днище. Вода через перфорированную трубу, являющуюся бортом ванны, стекает между двумя боковыми стенками, омывая при этом внутреннюю ванну.

Клапан 13 для спуска из ванны зерна в смеси с сывороткой расположен со стороны, противоположной подводящим патрубкам воды, пара, слива воды из рубашки.

Контроль за наполнением емкостей молоком осуществляется автоматически, для этого на боковой стенке ванны вмонтирован датчик контроля верхнего уровня молока 12.

Наклон ванны осуществляется пневмоцилиндром, также установленным в колонне. Для установки привода к ванне крепятся болтами две колонны. Мостовая конструкция 7, крепящаяся на колоннах, состоит из двух балок коробчатого сечения и соединяющих их элементов.

Режуще-вымешивающий инструмент представляет собой ножевую раму с вертикальными поворотными ножами. Привод 6 режуще-вымешивающего инструмента перемещается внутри моста на направляющих, приваренных к балкам. Весь привод монтируется на корытообразной платформе, что полностью исключает возможность попадания загрязнений с привода в ванну.

Для сообщения платформе возвратно-поступательного движения используют втулочно-роликовую цепь. В одном из звеньев цепи вместо оси закреплен в рычаге палец с роликом. Это обеспечивает вращательное движение звездочек и равномерное вращательно-поступательное движение каретки. Постоянное натяжение втулочно-роликовой цепи осуществляется перемещением колонки ведомого вала вместе с закрепленной на нем звездочкой при помощи винта, расположенного в одной из торцевых стенок каретки.

Ванну наполняют молоком сверху, затем включают привод. При непрерывном перемешивании подогревают молоко до температуры свертывания. В молоко, подогретое до нужной температуры, вносят бактериальную закваску, раствор фермента и другие компоненты. При этом смесь продолжают перемешивать до получения однородной массы. По окончании перемешивания отключается двигатель, после чего происходит свертывание.

Когда сгусток достигает желательной плотности, включают привод и режуще-вымешивающим инструментом сырный сгусток разрезают. Для разрезки сгустка режуще-вымешивающий инструмент вращают по часовой стрелке. Процесс начинают с наименьшего числа оборотов инструмента.

После окончания разрезки сгустка и частичной постановки сырного зерна отбирают нужное количество сыворотки. Отбор сыворотки из сыродельной ванны осуществляется через устройство для отбора сыворотки при работающем режуще-вымешивающем инструменте.

После отбора сыворотки выполняют второе нагревание при вращающемся инструменте и подсушивают зерно, после чего прекращают подачу пара, и сырное зерно в смеси с сывороткой при наклонном положении ванны перекачивают насосом или самотеком в формовочные устройства или на отделители сыворотки.

3.Описание модернизации основного аппарата

Проблему уменьшения потерь продукта предлагается решить при помощи усовершенствования конструкции основного аппарата согласно патенту №2027301 (см. Приложение).

Основным недостатком ванны В2 ОСВ 10 является то, что пласт разрезается и вынимается из аппарата вручную, при этом режуще-вымешивающее устройство снимается.Этого недостатка лишена усовершенствованная конструкция ванны для сквашивания молока. Ее особенностью является решетка для разрезания сырного сгустка. Ванна состоит из полукруглого резервуара с вмонтированной в нее решеткой. Решетка смонтирована у торцовой стенки и двигается в продольном направлении, при этом ее профиль соответствует профилю ванны и плотно прилегает к краям последней. Образовавшийся гель разрезается в продольном направлении решеткой, движущейся вдоль ванны, а поперечный разрез осуществляется вращающейся решеткой в момент, когда поперечная решетка находится на краю у лицевой стороны ванны.