Материал: Сировиготовлювач

Крім того, розміщення забірної труби по вісі симетрії сировиготовлювача також сприяє зниженню втрат сирного зерна, так як при обертанні мішалок сирне зерно під дією відцентрових сил видаляється від центру до периферії робочої ємності.

Виконання золотникового елемента з можливістю вертикального переміщення у зливній трубі забезпечує почергове відкривання і закривання патрубків для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна, а також дозволяє виконати вивантаження сирного зерна у вершині конуса, тобто в центральній частині днища сировиготовлювача. Вивантаження сирного зерна через отвори золотникового елементу, при положенні останнього у крайньому верхньому положенні забезпечить беззалишкове спорожнення сировиготовлювача і дозволяє зменшити втрати сирного зерна в порівнянні з аналогом.

Виконання днища золотникового елемента під кутом, рівним куту нахилу патрубка вивантаження сирного зерна, дозволяє виключити втрати сирного зерна. При відборі сироватки, коли золотниковий елемент знаходиться у крайньому нижньому положенні, захопленні потоком сироватки дрібні частинки сирного зерна (сирний пил) осідають на днищі золотникового елементу. При вивантаженні сирного зерна, коли золотниковий елемент знаходиться у крайньому верхньому положенні, суміш сирного зерна і сироватки, змиваючи сирний пил, через патрубок вивантаження сирного зерна вивантажується із сировиготовлювача. Запропонована конструкція виключає втрати сирного зерна, що дозволяє збільшити вихід готового продукту і знизити затрати на очищення сироватки при комплексному використанні вторинної сировини.

Крім того, дана конструкція дозволяє покращити санітарну обробку сировиготовлювача і зменшити витрати миючих засобів та води за рахунок повного беззалишкового спорожнення сировиготовлювача.

Отже, можна сказати, що модернізований сировиготовлювач Я5-ОСЖ-10 доцільний до впровадження на заводах, що сприятиме організації високопродуктивного виробництва з високим рівнем автоматизації, що у свою чергу приведе до зростання об’ємів виробництва та економічного процвітання галузі.

Економічна ефективність від впровадження даної модернізації підтверджується подальшими технологічними розрахунками.

3. Сутність модернізації. Будова та принцип роботи обладнання

В основу винаходу покладена задача удосконалення сиро виготовлювача, в якій шляхом виконання пристрою для відбору сироватки у вигляді забірної та зливної труб, з’єднаних через золотниковий елемент, забезпечується підвищення надійності роботи апарата і зменшення втрат сирного зерна і за рахунок цього досягається підвищення якості сирного зерна, що виробляється, зниження витрат при експлуатації сировиготовлювача.

Поставлена задача вирішується тим, що в сировиготовлювачі, що включає вертикальний резервуар із привідним ріжуче-вимішувальним механізмом, патрубок для вивантаження сирного зерна і пристрій для відбору сироватки, встановлено по вісі симетрії резервуару із можливістю зворотньопоступального переміщення по вертикалі, згідно винаходу пристрій для відбору сироватки виконано у вигляді забірної та зливної труб, з’єднаних через золотниковий елемент, в нижній частині якого розміщенні отвори для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна, при цьому золотниковий елемент встановлено із можливістю вертикального переміщення у зливній трубі, в якій розміщенні патрубки для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна.

Виконання пристрою для відбору сироватки у вигляді забірної та зливної труб, з’єднаних через золотниковий елемент, дозволяє розмістити в одному пристрої вузли для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна, що дає можливість використовувати один привід. Запропонована конструкція дозволяєпроводити інтенсивний відбір сироватки самопливом, без застосування насосу. Таким чином підвищується надійність роботи сировиготовлювача, знижуютьсяенергозатратитасобівартость виробленої продукції.

Відбір сироватки через забірну трубу з поверхні забезпечує видалення найбільш очищеної від сирного зерна сироватки. Регулювання вертикального положення забірної труби дозволяє проводити відбір сироватки без зупинки мішалок, що зменшує втрати сирного зерна і підвищує надійність роботи сировиготовлювача за рахунок виключення технологічних операцій осадження сирного зерна і подальшого дроблення пласту.

Крім того, розміщення забірної труби по вісі симетрії сировиготовлювача також сприяє зниженню втрат сирного зерна, так як при обертанні мішалок сирне зерно під дією відцентрових сил видаляється від центру до периферії робочої ємності.

Вивантаження сирного зерна через отвори золотникового елементу, при положенні останнього у крайньому верхньому положенні забезпечить беззалишкове спорожнення сировиготовлювача і дозволяє зменшити втрати сирного зерна в порівнянні з аналогом.

Виконання днища золотникового елемента під кутом, рівним куту нахилу патрубка вивантаження сирного зерна, дозволяє виключити втрати сирного зерна. При відборі сироватки, коли золотниковий елемент знаходиться у крайньому нижньому положенні, захопленні потоком сироватки дрібні частинки сирного зерна (сирний пил) осідають на днищі золотникового елементу. При вивантаженні сирного зерна, коли золотниковий елемент знаходиться у крайньому верхньому положенні, суміш сирного зерна і сироватки, змиваючи сирний пил, через патрубок вивантаження сирного зерна вивантажується із сировиготовлювача. Запропонована конструкція виключає втрати сирного зерна, що дозволяє збільшити вихід готового продукту і знизити затрати на очищення сироватки при комплексному використанні вторинної сировини.

Крім того, дана конструкція дозволяє покращити санітарну обробку сировиготовлювача і зменшити витрати миючих засобів та води за рахунок повного беззалишкового спорожнення сировиготовлювача.

Сировиготовлювач Я5-ОСЖ-10 (рис.3.1) призначений для виробництва твердих сичужних сирів. В його склад входять: апарат для виробітки сирного зерна, пульт і шкаф управління, майданчик обслуговування і насоси для відкачування сирного зерна і сироватки.

Рисунок 3.1 - Сировиготовлювач Я5-ОСЖ-10

Апарат для виробництва сирного зерна приймає необхідну кількість молока і інгредієнтів, води і розсолу підтримує температури суміші, здійснює розрізання і вимішування згустку. Спеціальним насосом відкачується сироватка і зріле зерно.Основою сировиготовлювача є ванна з трьох прошарків, внутрішній резервуар якої утворює теплоізоляційну рубашку для підігріву і охолодження продукту. Універсальний ріжуче-вимішувальний інструмент виконано у вигляді рами, на якій розташовані вимішу вальні елементи. Привід сировиготовлювача дозволяє безступенево змінювати частоту обертання ріжуче-змішувального інструменту і реверсувати напрям їх руху.

Сировиготовлювач Я5-ОСЖ-10 має вертикальний резервуар 1 з теплообмінною рубашкою 2 і днищем 3, ріжуче-вимішувальний механізм із мішалками 4, закріплених на валах 5 реверсивного приводу 6, патрубок для подачі молока і других вихідних компонентів 7, пристрій для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна 8, опори 9. Резервуар 1 складений трьома схрещеними циліндричними ємностями і випуклим днищем 3, виконаним у вигляді трьох пересічених конусів, розташованими вершинами вниз, причому їх осі співпадають із осями циліндричних ємностей. Центральна частина днища представляє собою повний круговий конус із радіусом основи, що відповідає радіусу цетральної циліндричної ємності. У вершині центрального конуса вертикально встановлений пристрій для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна 8.

Пристрій для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна (рис.3.2) 8 представляє вертикально встановлену по вісі симетрії резервуара 1заборну трубу 1, з'єднану зі зливною трубою 2 за рахунок золотникового елементу 3, виконаного з можливістю переміщення по вертикалі. Заборна труба 1 з'єднана безпосередньо зірочкою 4 із приводним штоком 5. У верхній частині золотникового елемента 3 розміщене ущільнення 6. Нижня частина золотникового елемента 3, взаємодіюча зі зливною трубою 2, оснащена отворами 7 для вивантаження сирного зерна. У верхній частині золотникового елементу 3 розміщені отвори для зливу сироватки 8 і вивантаження сирного зерна 9, які в певних режимах роботи сировиготовлювача співпадають із патрубками відбору сироватки 10 і вивантаження сирного зерна 11. Вертикальне переміщення штоку 5 здійснюється пневматичним, гідравлічним чи реверсивним електричним приводом (на кресленні не вказаний). Золотниковий елемент 3 з'єднаний зі штоком 5 герметичною втулкою 12.

Рисунок 3.2 - Пристрій для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна

Золотниковий елемент 3 закріплений у вертикальному положенні за рахунок кільця із ущільненням 13, розміщеному в нижній частині днища 3.

Сировиготовлювач працює наступним чином. В резервуар 1 через патрубок 7 подають нормалізоване молоко, при необхідності підігрівають до температури згортання шляхом подачі теплоносія в теплообмінну рубашку2. Потім добавляють у молоко всі необхідні для згортання компоненти, суміш перемішують і залишають у стані спокою до утворення згустку. Під час заповнення резервуару 1 і згортання суміші , заборну трубу 1 встановлюють у верхнє положення. Ущільнення 6 і 13 при цьому забезпечують герметизацію пристрою відбору сироватки і вивантаження сирного зерна 8.

Потім вмикають привід 6 ріжуче-вимішувального пристрою в режим різки і ріжучі кромки мішалок 4 виконують розрізання згустку, після чого реверсирують направлення повороту мішалок 4 і проводять постанову сирного зерна, яке внаслідок самоущільнення прагне до осадження. Мішалки перешкоджують цьому, підтримуючи сирне зерно у зваженому стані. Для відбору сироватки зменшують частоту обертання мішалок до мінімальної. За допомогою привідного штоку 5 поступово опускають забірну трубу 1 до рівня, визначаючого кількість відбираємої сироватки (близько 30 % від кількості суміші). При цьому поверхневий шар сироватки через вхідний отвір забірної труби 1 попадає в золотниковий елемент 3 і через отвір 8 та патрубок 10 видаляється із сировиготовлювача.

Частоту обертання мішалок збільшують, в теплообмінну рубашку2 подають теплоносій і нагрівають суміш до температури другого нагрівання. Після закінчення процесу вироблення сирного зерна виконують його вивантаження. За допомогою приводного штоку 5 виконують піднімання забірної труби 1у крайнє верхнє положення. При цьому здвигають золотниковий елемент 3 із зливної труби 4 на висоту отвору?. Сирне зерно через отвір 7 у золотниковому елементі 3 і через отвір 9 та патрубок 11 видаляють із сировиготовлювача.

4. Вибір конструкційних матеріалів

Вивантаження сирного зерна виконують при обертанні мішалок в режимі вимішування, це сприяє рівномірному без залишковому спорожненню сировиготовлювача.

Сирне зерно із сировиготовлювача насосом подається до першого відокремлювача сироватки. Далі сироватка проходить в отвір перфорації барабану і відводиться на подальше перероблення, після чого сирне зерно поступає у воронку, де з розпилювача подається розсіл і, постійно перемішуючись за визначений термін, встигає посолитись до необхідної концентрації. Після чого пульсуючим потоком подається через воронку в трубу конічного барабана другого відокремлювача сироватки.Вибір конструкційних матеріалів

В харчовій промисловості достатньо велика увага приділяється до вибору конструкційних матеріалів. Основна вимога - це допуск матеріалу до контакту з харчовим продуктом. У випадках коли не відбувається прямого контакту вузлів об’єкту проектування з харчовими продуктами, користуються загальними машинобудівними критеріями вибору матеріалу. Раціональною конструкцію машини чи апарату вважають таку, де фізичні властивості конструкційних матеріалів деталей використанні найбільш прийнятно для отримання необхідної міцності, жорсткості, зносостійкості при найменшій вазі й вартості.

Так як в сировиготовлювачі Я5-ОСЖ-10 харчовим продуктом є молоко, то головну увагу потрібно звернути на всі деталі, які контактують із ним. Це такі деталі як: вертикальний резервуар із днищем, ріжуче-вимішувальний механізм із мішалками, вертикальні вали, патрубок для подачі молока і других вихідних компонентів, пристрій для відбору сироватки і вивантаження сирного зерна та ін.

Дане обладнання працює на невеликих швидкостях (2-20 об/хв.), тому вибрати потрібно такий конструкційний матеріал, який би забезпечив достатню міцність, жорсткість, зносостійкість деталей та добре контактував би із молоком, не спричинивши негативних наслідків на продукт.

Отже, всі деталі, які контактують із молоком будуть із сталі 12Х18Н9ТЛ. Вона використовується для легованих виливків з особливими властивостями за ГОСТ 2176-77. Застосовуєтья в різних деталях машинобудівництва, працюючих при температурі не більше 700 °С. Сталь жаростійка до 750 °С, корозійностійка, аустенітного класу. Хімічний склад сталі 12Х18Н9ТЛ: кремній - 0,2…1,0 %; марганець - 1,0…2,0 %; мідь, не більше 0,3 %; нікель - 8,0…11,0 %;сірка, не більше 0,03 %; титан, не більше 0,6 %; вуглець, не більше 0,12 %; фосфор, не більше 0,035 %; хром - 17,0-20,0 %.

Зовнішній корпус сировиготовлювача Я5-ОСЖ-10 та опори не контактують із молоком, їх призначення тримати всі деталі та витримувати динамічні навантаження. Отже, виходячи із цього, вибираємо конструкційну леговану хромовану сталь 40Х за ГОСТ 4543-71. Механічні властивості сталі 40Х: термообробка - гартування при 860 °С, масло; відпуск при 500 °С, вода чи масло. Хімічний склад сталі 40Х: кремній - 0,17…0,37 %; марганець - 0,5…0,8%; мідь, не більше 0,3 %; нікель, не більше 0,3 %; сірка, не більше 0,035%; фосфор, не більше 0,035%; хром 0,8…1,1%; вуглець - 0,4 %.

5. Розрахункова частина

5.1 Продуктовий розрахунок

Розрахунок продуктів виконується на зміну максимального надходження сировини, з використанням розрахункових формул і норм витрат сировини.

Масова частка жиру нормалізованого молока визначається по формулі:

де К - коефіцієнт перерахунку, встановлений дослідним шляхом (для сиру „Російський” К=2,13); Бм.- масова частка білку в молоці, % (для даного регіону, Бм.=3,16 %); Жс.р.- нормативна масова частка жиру в сухих речовинах сиру, % (для данного випадку Жс.р.=51 %).

Приймаємо Жн.м.=3,43 %.

Масу нормалізованого молока визначаємо по формулі:

де Мм. - маса молока, яка використовується для сиру, кг; Жверш. - масова частка жиру в вершках, % (Жверш.=39 %); Жм. - масова частка жиру прийнятого молока, %(Жм.=3,77 %); Жн.м. - масова частка жиру нормалізованого молока, %.

Маса зрілого зерна визначається по формулі:

де Жсир. - масова частка жиру в сивортці, % (для сиру „Російський” Жсир.=0,39 %); Жз.з. - масова частка жиру зрілого зерна, % (Жз.з.=50 %);Пдоп. - допустимі витрати жиру при виробництві та дозріванні сиру в залежності від його виду,% (П=0,4 %).

Маса сиру визначається з урахуванням усушки:

де Ну. - норма усушки сиру в період дозрівання, % (Ну.=7,4 %).

Маса сиворотки складає 81% маси нормалізованого молока при виробництві твердих сирів.

Масу підсирних вершків визначають по формулі: