Расчет сыродельной ванны ИПК

 

2.2.Очистка

Очистка молока (поток 10.0) осуществляется при температуре 10°С с целью отделения грубых механических примесей. Этот процесс осуществляется с помощью фильтра молочного ФМ-10 (поз. 1).

 

2.3 Охлаждение и резервирование

Охлаждение  молока (поток 10.0) осуществляется до температуры 4±2°С с помощью пластинчатого охладителя А1-ООЛ-25 (поз.2). Охлаждается холодной водой (поток 1.2). Данный процесс проводят для предотвращения протекания в молоке нежелательных процессов перед дальнейшей переработкой. Резервирование осуществляется для непрерывности процесса производства сыра в емкости для хранения молока В2-ОХР-50 (поз. 3) не более 36 ч с поддержанием температуры 4±2°С с помощью холодной воды (поток 1.2), подаваемой в рубашку аппарата. Температура контролируется датчиком температуры (2-1), уровень – уровнемером (3-1).

 

2.4 Нормализация и пастеризация

Молоко из резервуара молокохранильного  отделения (поток 10.0) подается в аппаратный цех на пластинчатую пастеризационно-охладительную «Альфа-Лаваль 25» (поз. 4), где также осуществляется и процесс сепарирования: молоко из приемного резервуара центробежным насосом (поз. 11₂) подается в уравнительный бачок установки (поз. 12), затем направляется на пластинчатый теплообменник ‒ во вторую секцию (рекуперации), где нагревается до температуры 45°С и направляется в сепаратор-нормализатор (поз. 5). Полученное от сепарирования нормализованное молоко (поток 10.31) направляется в третью секцию ПОУ, там она пастеризуется при температуре 74°С с выдержкой в трубчатом выдерживателе (поз. 13) 25 секунд. Затем снова в секцию рекуперации для первичного охлаждения до 50°С и далее в первую секцию для охлаждения до температуры заквашивания – 30°С. Подача контролируется датчиком расхода (5-1). Температура контролируется датчиком температуры (6-1).

 

2.5 Заквашивание, сквашивание, обработка сгустка

Пастеризованное молоко (поток 10.30) поступает в сырную ванну (поз. 6) для заквашивания и получения  сырного зерна. В аппарат вносятся: закваска (поток 0.30), сычужный фермент (поток 0.31) и хлорид кальция (поток 0.171)  при постоянном перемешивании и температуре сквашивания 35±2°C. Процесс смешивания компонентов осуществляется в течении 3-5 минут при постоянной температуре для равномерного распределения компонентов. Далее происходит свертывание молока. В процессе свертывания молока происходит коагуляция казеина, образуется сгусток. При этом протекает молочнокислое брожение, при котором сывороточные белки не коагулируют и переходят в сыворотку. Процесс свертывания идет 4 часа. После образования сгусток разрезают и оставляют в покое на 4-5 мин для закрепления. Затем ведут постановку зерна в течение 10 мин и удаляют 30% сыворотки от объема смеси (поток 10.62). После постановки сырное зерно вымешивают в течение 15 минут, затем удаляют ещё 30% сыворотки. Температура контролируется датчиком температуры (8-1), уровень – уровнемером (9-1).

 

2.6 Посолка и внесение нутовой  муки

В оставшуюся сырную массу  вносят поваренную соль (поток 0.21) и подготовленную нутовую муку поток (0.26). Перемешивают в течении 5 мин. Подготовка заключается в обжарке муки (поток 0.25) в сушильном шкафу (поз. 10) и дальнейшем гидратировании муки сывороткой. Смешение происходит в резервуаре (поз. 13₃).

 

2.7 Формование и самопрессование

Формование проводят насыпью. Сырное зерно (поток 10.63) перекачивают из сырной ванны (поз. 6) роторным насосом (поз. 17) в формы сырные (поз. 7). В этих формах идет самопрессование в течение 6 ч при температуре 18-22 °C.

2.8 Фасование

Сыры (поток 10.49) на тележках (поз. 16) подаются в машину для вакуумной yпаковки FAVOLA 500twin60 (поз. 8), в которую подается упаковочный материал (0.02). Сыры упаковывают в полимерную пленку под вакуумом или с применением нейтральных газов (азота или диоксида углерода).

2.9 Хранение

Упакованный сыр (поток 0.92) направляется в холодильныую камеру (поз. 9, где хранится не более 2 суток. Температура помещения должна быть не ниже 0 и не выше 6°С при относительной влажности 80-85%. Неправильное хранение сыра может привести к тому, что он быстро обветрится или заплесневеет. Температура контролируется датчиком температуры (10-1), поддерживается влажность, которая контролируется гигропреобразователем (11-1).

 

 

3 Технологические расчеты

3.1 Материальный баланс

Так как в выбранном аппарате происходят 2 процесса: сквашивание  и перемешивание, то соответственно приводятся два материальных баланса.

В сырную ванну поступает  молоко козье, закваска, сычужный фермент и раствор хлорида кальция. В процессе сквашивания образуются сырное зерно и сыворотка. Сначала удаляют 30%,  перемешивают зерно и удаляют ещё 30%, т.е. всего 60% сыворотки подвергают удалению. В оставшуюся сырную массу вносят соль, нутовую муку и перемешивают. Затем отправляют на формование. Все расчеты ведутся с учетом потерь.

1. Материальный баланс по сквашиванию.

М_мол + М_зак + М_с.ф + М_CaCl2 = М_с.з + М_сыв + М_пот1                                               (15)

где  М_мол = 650 – масса молока, кг;

М_с.з. – масса сырного зерна, кг;

М_сыв = 390– масса сыворотки, кг;

М_зак = 19,5– масса закваски, кг;

М_с.ф = 0,001– масса сычужного фермента, кг;

М_CaCl2 = 0,65– масса хлорида кальция, кг;

М_пот1 = 2,275 – масса потерь на первой стадии, кг.

По нормам потери составляют 0,35%.

Подставив имеющиеся значения в формулу (15), получим:

650 + 19,5 + 0,001 + 0,65 = М_с.з + 390 + 2,275

Найдем массу сырного  зерна:

М_с.з = 670,151 - 392,876 = 277,876 (кг)

Проверяем материальный баланс:

650 + 19,5 + 0,001 + 0,65 = 277,876 + 390 + 2,275 (кг)

670,151 кг = 670,151 кг 

Материальный  баланс сошелся.

2. Материальный баланс по перемешиванию.

М_с.з + М_соли + М_муки = М_сыра - М_пот2                                                                                (16)

где  М_муки = 9,64– масса нутовой муки, кг;

М_соли = 3,9 – масса соли, кг;

М_пот2 = 0,67– масса потерь на второй стадии;

М_с.з. = 277,876 – масса сырного зерна, кг;

М_сыра. – масса сыра на выходе из сырной ванны.

Подставив имеющиеся значения в формулу (16), получим:

277,876 + 3,9 + 9,64 = М_сыра - 0,67

Найдем массу сыра на выходе из сырной ванны:

М_сыра = 277,876 + 3,9 + 9,64 - 0,67 = 290,746 (кг)

Проверяем материальный баланс:

277,876 + 3,9 + 9,64 = 290,746 + 0,67

291,416 кг = 291,416 кг

Материальный  баланс сошелся.

 

3.2 Тепловой баланс

В сыродельной  ванне, теплота подаваемая от горячего теплоносителя в рубашке аппарата, затрачивается на поддержание температуры свертывания 34-35°C в течение 4 часов. При этом, горячая вода (32°C), подаваемая в рубашку аппарата поддерживает температуру с помощью ТЭНов, находящихся в объеме наружной рубашки.

Теплопередача между теплоносителем и продуктом  осуществляется через разделяющую  стенку аппарата. Уравнение теплового баланса выглядит следующим образом:

Q_В.Н. + Q_П.Н.+ Q_З= Q_В.К. + Q_П.К. + Q_П (17)

где Q_В.Н. – начальное количество теплоты воды, Вт/м²К;

Q_П.Н. – начальное количество теплоты продукта (молока), Вт/м²К;

Q_З. – начальное количество теплоты закваски, Вт/м²К;

Q_В.К. – конечное количество теплоты воды, Вт/м²К;

Q_П.К. – конечное количество теплоты продукта (сырного зерна), Вт/м²К;

Q_П – потери теплоты в окружающую среду, Вт/м²К. Принимаются как 3-5% от начального количества теплоты продукта.

Формула для  нахождения количества теплоты:

Q = G · c · t (18)

где G – массовый расход, кг/ч;

c – удельная теплоемкость, Вт/м²К;

t – температура, °С.

В начале рассчитаем количества теплоты начальных веществ.

1. Начальное количество теплоты продукта:

                                              Q_П.Н = G _П.Н · c _П.Н · t _П.Н                                          (19)

где  G _П.Н = 650 – начальный расход продукта, кг;

c _П.Н = 3900 – начальная удельная теплоемкость, Вт/м²К;

t _П.Н = 30– начальная температура продукта , °С.

Подставим имеющиеся значения в формулу (19), найдем начальное количество теплоты продукта.

Q_П.Н = 650·3900·30=76050000 (Вт/м²К)

2. Начальное количество теплоты воды, подаваемой в рубашку:

               Q_ВН = G _ВН · c _ВН · t _ВН                                                                                                  (20)       

где  G _ВН – начальный расход воды, кг;

c _ВН = 4183 – начальная удельная теплоемкость воды при 32 °С,Вт/м²К;

t _ВН = 32 – начальная температура воды , °С.

Зная  имеющиеся величины, найдем расход воды по формуле:

                                                                          (21)

Отсюда:

Подставив найденные величины в формулу (20), найдем начальное количество теплоты воды, подаваемой в рубашку:

Q_ВН = 404 + 4183+32=54080501 (Вт/м²К)

3. Начальное количество теплоты закваски:

                        Q_З = G _З · c _З · t _З                                                                                                     (22)

где      G _З = 19,5– массовый расход закваски, кг;

c _З = 3820 – удельная теплоемкость закваски, Вт/м²К;

t _З = 4 – температура закваски, °С.

Подставим имеющиеся значения в формулу (22), найдем начальное количество теплоты  закваски.

Q_З = 19,5·3820·4=297960 (Вт/м²К)

4. Найдем потери теплоты в окружающую среду, приняв их за 5 % от начального количества теплоты продукта:

 Вт/м²К                                  (23)

5. Вычислим конечное количество теплоты воды:

         Q_В.К = G_В.К · c_В.К · t_В.К                                                                                                     (24)

где      G _В.К = 404– массовый расход воды, кг;

c _В.К = 4183 – удельная теплоемкость воды, Вт/м²К;

t _В.К = 35 – конечная температура воды, °С

Подставим имеющиеся значения в формулу (24), найдем конечное количество теплоты  воды.

Q_В.К = 404·4183·35=59147620 Вт/м²К

6. Найдем конечную теплоту продукта, исходя из имеющихся данных:

Q_П.К. = Q_В.Н. + Q_П.Н.+ Q_З - Q_В.К. - Q_П                                                                                (25)

где Q_В.Н. = 54080501– начальное количество теплоты воды, Вт/м²К;

Q_П.Н.= 7605000 – начальное количество теплоты продукта, Вт/м²К;

Q_З. =297960 – начальное количество теплоты закваски, Вт/м²К;

Q_В.К. =59147620 – конечное количество теплоты воды, Вт/м²К;

Q_П =3802500 – потери теплоты в окружающую среду, Вт/м²К.

Подставим имеющиеся значения в формулу (25), найдем конечное количество теплоты  продукта.

Q_П.К. = 7605000+54080501+297960-59147620-3802500=67478341 Вт/м²К

 Проверка теплового баланса:

Проверим, подставив найденные  значения в формулу (17):

7605000+54080501+297960=67478341+59147620+3802500

130428461=130428461

Следовательно, тепловой баланс сошелся.

 

3.3 Определение времени цикла

Рассчитаем  время цикла t_Ц:

t_Ц = t_ЗАГР + t_РАБ + t_ВЫГР +t_МОЙКИ (26)

где t_Ц – время цикла, ч;

t_ЗАГР  – время загрузки, t_ЗАГР = 30 мин = 0,5 ч;

t_РАБ – время работы, t_РАБ = 4 ч;

t_ВЫГР – время выгрузки емкости, t_ВЫГР = 17 мин = 0,316 ч;

t_МОЙКИ – время мойки аппарата, t_МОЙКИ = 1 ч.

Подставим имеющиеся данные в формулу (4.7) получим  время цикла:

t_ц = 0,5 + 4 + 0,316 + 1= 5,816 ч » 6 ч

Время цикла работы привода мешалки  находится:

t_{раб.меш..} = t_РАБ (27)

где t_{раб.меш} – время работы привода мешалки;

t_{раб.меш =} t_НАГР + t_МЕШ

t_НАГР – время работы привода при нагревании, t_НАГР = 10 мин;

t_МЕШ– время работы привода при вымешивании, t_МЕШ = 30 мин;

t_{раб.меш} = 10 + 30 = 40 мин

Найдем  время работы ТЭНов:

t_{РАБ ТЭН=} t_{РАБ =} 4 ч

где  t_РАБ – время  работы ТЭНов на поддержание температуры сквашивания, ч.

 

3.4 Расчет потребляемой мощности

Время работы электродвигателя будет равно времени привода  работы мешалки и времени работы ТЭНов:

t_эл.дв.= t_{раб.меш} + t_{РАБ ТЭН,}                                              (28)

где  t_эл.дв -  время работы электродвигателей;

t_{раб.меш} – время работы привода мешалки;

t_РАБ – время  работы ТЭНов.

t_эл.дв.= 40 мин + 4ч = 4ч 40 мин

_{Потребляемая  мощность за 1 цикл определятся по следующей формуле :}

_{,                                      (29)}

где N_уст.= 2 – установленная мощность сыродельной ванны, кВт;

N_затр= 2 ·4,7=9,4 кВт

Следовательно, за один цикл выработки  сыра необходимо затратить 9,4 кВт.

 

Заключение

Таким образом, для осуществления  процесса кислотно-сычужной коагуляции мягкого кисломолочного сыра, была рассчитана и проанализирована сыродельная ванна марки  ИПКС-022. Далее, исходя из технических характеристик выбранного аппарата, было подобранно и остальное оборудование в линии производства кисломолочного сыра.