Модернизация технологической линии производства ультрапастеризованного молока с разработкой инфракрасной пастеризационной установки на ОАО “Вамин-Татарстан” филиал “Набережно-Челнинский молочный комбинат”

0

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

 

 

                                 Автомеханический факультет

                                 Специальность 150206.65 «Машины и технология                                                     высокоэффективных процессов обработки материалов»               

                                 Кафедра «Высокоэнергетическая и пищевая инженерия»

 

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ СТУДЕНТА         Дмитриевой Анны Александровны

 

       Модернизация технологической линии производства ультрапастеризованного молока с разработкой инфракрасной пастеризационной установки на ОАО “Вамин-Татарстан” филиал “Набережно-Челнинский молочный комбинат”

 

СОСТАВ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

  1. Пояснительная записка на ________ листах
  2. Графическая часть на ________листах

 

«К ЗАЩИТЕ ДОПУЩЕН»

 

РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА              ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ

_____________ Д.А.Башмаков             ____________ И.Х. Исрафилов

   (подпись, Ф.И.О.)                                                    (подпись, Ф.И.О.)     

_____________                                    ____________

          (дата)                                                                             (дата)

 

 

КОНСУЛЬТАНТЫ:

по БЖД                                                    ________________ Н.Н. Заболотская

                                                                     (подпись, дата)

по  Экономической части                      ________________С.Ю. Бахвалов

                                                                    подпись, дата)

 

 

РЕЦЕНЗЕНТ                                     НОРМОКОНТРОЛЬ

_____________                                  ________________Р.Р.Саубанов

   (подпись, Ф.И.О.)                                               (подпись, Ф.И.О.)

_____________                               ________________

        (дата)                                                                      (дата)

 

г. Набережные Челны

2011


Аннотация

Данный дипломный проект выполнен на тему: «Модернизация технологической линии производства ультрапастеризованного молока с разработкой инфракрасной пастеризационной установкой на ОАО Вамин-Татарстан филиал Набережно-Челнинский молочный комбинат».

В процессе дипломного проектирования были произведёны анализ оборудования по производству и обработки молока на ОАО Вамин-Татарстан филиал Набережно-Челнинский молочный комбинат, результате чего была произведена модернизация существующего оборудования на более усовершенствованное.

Дипломный проект состоит из расчётно-пояснительной записки, содержащей 5 разделов, и графического материала, выполненного на 10 листах формата А1.

В разделе 1 произведён анализ существующих методов производства ультрапастеризованного молока, выбран наиболее оптимальный вариант по его обработке.

В разделе 2 произведены разработки и расчеты ИК-пастеризатора, пластинчатого теплообменника и сепаратора-молокочистителя.

В разделе 3 рассмотрены вопросы технологии производства ультрапастеризованного молока.

В разделе 4 рассмотрены организационные вопросы БЖД и сформулированы требования по безопасности на предприятии ОАО Вамин-Татарстан филиал Набережно-Челнинский молочный комбинат.

В разделе 5 произведён расчёт технико-экономических показателей обуславливающей эффективность использования данного оборудования на ОАО Вамин-Татарстан филиал Набережно-Челнинский молочный комбинат.

 

 

 

Содержание

Аннотация. 2

Введение. 3

РАЗДЕЛ 1  Патентно-информационный обзор. 3

1.1 Патентный обзор. 3

1.2 Информационный обзор. 3

1.2.1 Состав молока. 3

1.2.2 Физико-химические свойства молока. 3

1.2.3 Польза молока. 3

1.2.4 Требования, предъявляемые к заготавливаемому молоку. 3

1.2.5 Приемка, хранение и транспортировка. 3

1.2.6 Гомогенизация молока. 3

1.2.7 Сепарирование молока. 3

1.2.8 Тепловая обработка молока. 3

1.2.9 Охлаждение молока. 3

1.2.10 Пастеризация молока  и молочных продуктов. 3

1.2.11 Ульрапастеризация молока. 3

1.2.12 Фасовка молока. 3

1.2.13 Характеристика ультрапастеризованного молока. 3

1.2.14 Обзор оборудования для пастеризации молока. 3

1.2.15 Преимущество и недостатки электрических способов пастеризации молока  3

Выводы по разделу. 3

РАЗДЕЛ 2 Расчетно-конструкторская часть. 3

2.1 Расчет ИК - ультрапастеризатора. 3

2.1.1 Определение мощности установки. 3

2.1.2 Размеры пастеризатора. 3

 

2.2 Расчет комбинированного пластинчатого теплообменника. 3

2.2.1 Определение начальных и конечных температур, вычисление температурных напоров и параметров S. 3

2.2.2 Отношение рабочих поверхностей и допустимые гидравлические сопротивления по секциям. 3

2.2.3 Определение максимально допустимых скоростей продукта в межпластинчатых каналах по секциям. 3

2.2.4 Средняя температура, число Pr, вязкость и теплопроводность продукта и рабочих жидкостей. 3

2.2.5 Вычисление числа Рейнольдса. 3

2.2.6 Определение коэффициента теплопередачи. 3

2.2.7 Расчет рабочих поверхностей секции числа пластин и пакетов. 3

2.2.8 Контрольный расчет общего гидравлического сопротивления аппарата  3

2.3 Расчет сепаратора – молокоочистителя. 3

2.3.1 Проверка барабана из условия прочности. 3

2.3.2 Расчет соединительного кольца. 3

2.3.3 Расчет напорного диска. 3

2.3.4 Расчет мощности привода сепаратора. 3

Выводы по разделу. 3

РАЗДЕЛ 3 Технологическая часть. 3

3.1. Характеристика молока. 3

3.2.Технологический процесс производства молока питьевого ультрапастеризованного “Вамин”. 3

Выводы по разделу. 3

РАЗДЕЛ 4 Безопасность жизнедеятельности. 3

4.1. Требования к обеспечению комфортности на рабочем месте. 3

4.1.1 Требования к микроклимату на рабочем месте. 3

4.1.2 Требования к освещенности. 3

4.1.2.1 Расчет искусственного освещения. 3

4.2 Защита от негативных факторов производственной среды.. 3

4.2.1 Защита от вибрации. 3

4.2.2 Защита от шума. 3

4.2.3 Защита от электромагнитных полей излучений промышленной частоты   3

4.2.4 Защита от электростатических полей. 3

4.2.5 Защита от пожарной опасности. 3

4.2.6 Защита от электрического тока. 3

4.3 Обеспечение безопасности труда на рабочем месте. 3

4.4. Мероприятия по повышению устойчивости функционирования в условиях чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени. 3

4.5 Подготовка и проведение спасательных работ при возникновении очага поражения. 3

Выводы по разделу. 3

РАЗДЕЛ 5 Экономическая часть. 3

5.1 Расчет технико-экономических показателей при замене стирилизатора ИК-установкой. 3

5.2 Расчет заработной платы.. 3

5.3 Расчет амортизационных отчислений. 3

5.4 Расчет себестоимости проектируемого оборудования. 3

5.5 Расчет расходов на ИК-пастеризационную установку. 3

5.6 Показатели эффективности инвестиционного проекта. 3

Выводы по разделу. 3

Заключение. 3

Список литературы. 3

Приложения

 

Введение

ОАО «Вамин Татарстан» - крупнейший переработчик молока в Республике Татарстан. В состав компании входит 30 молокоперерабатывающих, 8 хлебоприемных и хлебоперерабатывающих предприятий, 23 агрофирмы, имеется 400 тыс. га земель сельскохозяйственного назначения, рыбхоз, сеть фирменных магазинов.

ОАО Вамин - Татарстан Набережно-Челнинский молочный комбинат (НЧМК) начал свою деятельность в 1973 году. Этот филиал является одним из крупнейших производителей и поставщиков молочной промышленности в РТ. Ассортимент комбината в настоящее время включает более 100 наименований разнообразной продукции. Проектная мощность составляет более 150 тонн переработки молока в смену [11].

На молкомбинате большое внимание уделяется расширению ассортимента, внедрению новых видов молочных продуктов.

Молочный комбинат за все годы своего существования неоднократно признавался победителем во Всесоюзных, Всероссийских и Республиканских соревнованиях среди предприятий пищевой промышленности, награждался Дипломами и Почетными Грамотами республиканских и городских органов власти.

На молочном комбинате используют оборудование, как российских производителей, так и итальянских и шведских. Использование современного производительного оборудования позволяет повысить потребительские свойства выпускаемой продукции, такие как качество, вкус, упаковка, дизайн, сроки хранения.

На линии ультрапастеризации молока (УМ) стоит современное оборудование, в том числе и  стерилизатор шведского производства. Не смотря на современность узла для УМ, затраты энергии на производство УМ довольно велики, так как молоко в процессе производства подвергается двойной тепловой обработке (ТО).

В связи с выявлением данной проблемы на производстве необходимо спроектировать новое оборудование для УМ с меньшими энергетическими затратами: разработать ИК–пастеризатор молока с ПТ, в котором в качестве подогревателя сырого молока перед гомогенизацией используется горячее УМ, а в качестве охладителя УМ- ледяная вода (ЛД).

 

 

РАЗДЕЛ 1
Патентно-информационный обзор

 

 

1.1 Патентный обзор

 

Сущность заявленного технического решения и цели его создания.

4

(55)  Использование: в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, в частности для пастеризации и   стерилизации жидких пищевых продуктов, преимущественно молока. Сущность изобретения: пастеризатор содержит секцию ИК-нагрева, бак-накопитель, насос, регенератор и охладитель, коммуникации обрабатываемой жидкости, охлаждающей воды и трубопровод, включенный в коммуникацию обрабатываемой жидкости между выходом из секции ИК - нагрева и входом в охладитель. Секция ИК - нагрева представляет собой пучок кварцевых трубок с электронагревателем, выполненным в виде высокоомной спирали, намотанной на поверхности трубок и зафиксированной теплоизоляцией, имеющей отражающую внутреннюю поверхность. На входе в секцию ИК - нагрева установлены пульсатор и завихритель потока обрабатываемой жидкости.

 

Заявитель с указанием страны (71), номер заявки (21), дата приобретения (22), дата публикации (40).

3

(21) 5045785/13

(22) 02.06.1992

(40) 20.10.1995

 

Страна выдачи,

вид и номер (11) охранного документа индекс МПК (51)

2

(19) RU 

(20) C1

(11) 2045919

(51) A23L3/26

A23C3/07

 

Предмет поиска

1

Электропастери-затор для жидких пищевых продуктов

продолжение таблицы 1.1

4

(55)  Использование: пастеризация и/или стерилизация жидких сред, преимущественно молока, на предприятиях пищевой промышленности. Сущность изобретения: пастеризатор жидких сред, преимущественно пищевых, содержит бак-накопитель, насос, секции регенерации и охлаждения, секцию ИК - нагрева. Секция - Н.К. - нагрева выполнена в виде последовательно соединенных съемных блоков. Каждый блок представляет собой цилиндрический отражатель с теплоизоляцией на наружной поверхности, установленную в нем с зазором трубку из материала с малой поглощающей способностью. Продуктопровод установлен в трубке коаксиально и выполнен из нехрупкого материала, испускающего ИК - лучи при его нагреве. Зазор между отражателем и трубкой выбран таким образом, что отражающая поверхность является когерентным источником излучения по отношению к ИК  - излучателю. Внутреннее сечение продуктопровода каждого последующего блока уменьшается по направлению движения среды. Продуктопровод выполнен из материала, преобразующего тепло в монохроматический спектр ИК - излучения, с длиной волны, максимально поглощаемой обрабатываемой средой.

3

(21)92010844/13

(22)09.12.1992

(40)20.03.1995

2

(19) RU

(20) C1

(11) 2030888

(51) A23L3/00

 

1

Пастеризатор жидких сред

продолжение таблицы 1.1

4

(55) Использование: в пищевой, микробиологи- ческой и других отраслях промышленности, в частности для пастеризации жидких сред. Сущность изобретения:пастеризатор содержит накопительный бак, насос, секции регенерации и охлаждения, секцию ИК-нагрева, систему контроля и управления. Секция ИК-нагрева состоит из последовательно соединенных съемных блоков. Каждый съемный блок представляет собой цилиндрический отражатель с теплоизоляцией на наружной поверхности, коаксиально установленную в отражателе кварцевую трубку с ИК-излучателем на наружной поверхности и, коаксиально установленный в кварцевой трубке, продуктопровод, выполненный из материала, испускающего ИК-лучи при нагреве, при этом зазор между отражателем и кварцевой трубкой выбран таким образом, что отражающая поверхность является когерентным источником излучения по отношению к ИК-излучателю.

3

(21) 92010844/13

(22)09.12.1992

(40)27.10.1995

2

(19) RU

(11) 92010844

(51) AA23C3/00

1

Пастеризатор жидких сред

               

 

продолжение таблицы 1.1

4

(55) Изобретение относится к пастеризации молока и жидких кисломолочных продуктов в пищевой промышленности. Способ пастеризации включает обработку молока или жидких кисломолочных продуктов в зазоре между ротором и статором стерилизатора-гомогенизатора. Обработку проводят при значениях градиента скоростей от 4,6105 до 5,1105 м/см в условиях резонансных колебаний ротора и статора, которые определяют по максимальной амплитуде звуковых колебаний. Изобретение позволяет повысить эффективность пастеризации и увеличить срок хранения молока и жидких кисломолочных продуктов.

3

(21) 98121580/13

(22) 30.11.1998

(40) 10.01.2001

2

(19) RU

(20) С3

(11) 2161413

(51) AA23C3/00,

AA23C3/02,

A23L3/00

1

Способ пастеризации молока и жидких кисломолочных продуктов

 

продолжение таблицы 1.1

4

(55) Устройство представляет собой закрытый корпус, в котором смонтирован ряд кассет с лампами УФ-излучения. Между каждыми двумя кассетами установлены плоские реакторы, выполненные в виде плоской кварцевой трубы, шириной не более 1 мм, полость которой совмещена с входным и выходным резервуарами. Причем выходной резервуар соединен патрубком с входным резервуаром следующего в ряду реактора, а входной резервуар первого реактора соединен с магистралью подачи молока, а выходной резервуар последнего - с магистралью асептической расфасовки. Предложенное устройство позволяет снизить энергозатраты при стерилизации молока.

3

(21) 2006109221/13

(22) 24.03.2006

(40)10.010.2007

2

(19) RU

(20) С3

(11) 2322811

(51) AA23C3/00

1

Устройство для получения  стерилизованного молока

 

продолжение таблицы 1.1

4

(55) Использование: пастеризация молока в молочной промышленности и сельскохозяйственных предприятиях. Сущность изобретения: установка с вращающимся диском для исследования кавитационной эрозии материалов содержит камеру с входным и выходным патрубками и неподвижными радиальными лопастями на ее стенках. В камере установлен приводной вал с установленным на нем диском с сквозными отверстиями. Установка содержит бак-накопитель с змеевиковым холодильником, а также систему трубопроводов с насосом, с запорной и контролирующей арматурой. Данная установка применяется в качестве пастеризатора молока.

3

(21) 94012659/13

(22) 11.04.1994

(40) 20.04.1997

 

2

(19) RU

(20) С1

(11) 2077237

(51) A23L3/16

1

Пастеризатор молока

продолжение таблицы 1.1

4

(55) Использование: пищевая промышленность, пастеризация жидкости, в частности молока. Сущность изобретения: пастеризатор выполнен в виде корпуса и усеченного конусного барабана с кожухом, жестко с ним связанным, который снабжен винтовыми ребрами с внешней стороны. В барабан и корпус подается пар, а в пространство между барабаном и кожухом подается молоко на пастеризацию. Турбулизация молока и пара при противоточном движении обеспечивает их эффективный теплообмен, а конусная форма барабана и кожуха с ребрами обеспечивает высокую эффективность отвода конденсата с поверхностей теплообмена.

3

(21) 95113912/13

(22)02.08.1995

(40)27.11.1997

 

2

(19) RU

(20) С1

(11) 2096963

(51) A23C3/02

1

Двусторонний пастеризатор для молока

         

 

продолжение таблицы 1.1

4

(55) Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для обеспечения горячей водой пастеризаторов молока и другого оборудования молочных заводов. Задача изобретения - повышение стабильности работы нагревателя в переходных режимах и уменьшение эксплуатационных затрат. Поставленная задача решается тем, что в электродном нагревателе жидкости, содержащем корпус с теплообменником и герметичной нагревательной камерой, заполненной промежуточным теплоносителем, снабженной электродами и сообщенной с компенсационной емкостью, между нагревательной камерой и компенсационной емкостью имеется дополнительная емкость, расположенная ниже нагревательной камеры, объем которой больше объема нагревательной камеры. Компенсационная емкость сообщена с атмосферой через конденсатор пара.

3

(21) 99114977/06

(22)09.07.1999

(40)20.05.2201

2

(19) RU

(20) С2

(11) 2217667

(51) F21H1/20

1

Электродный нагреватель жидкости

 

1.2 ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР

1.2.1 Состав молока

Молоко биологическая жидкость, которая образуется в молочной железе млекопитающих и обладает высокой пищевой ценностью, иммунологическими и бактерицидными

Молоко состоит из воды и распределенных в ней сухих веществ. В молоке содержатся также газы [2, с. 5].

Средний химический состав коровьего молока приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 Состав молока

Показатель

Значение

Вода, %

87,5

Сухой молочный остаток, %

 

всего

12,5

в том числе жир

3,5

СОМО

9,5

в том числе белки

3,2

небелковые азотистые соединения

0,04

молочный сахар

4,7

минеральные вещества

0,7

ферменты

микроколличества

витамины

>> 

пигменты

>> 

Газы, мл %

5-8

1.2.2 Физико-химические свойства молока

Свежее натуральное молоко, полученное от здоровых животных, характеризуется определенными физико-химические свойства (ФХС) (кислотность, плотность, теплоемкость).

Кислотность молока обусловлена наличием в нем кислых солей, белков и газов. Она характеризуется показателями титруемой и активной кислотности. Титруемую кислотность выражают в условных единицах в градусах Тернера (°Т). Кислотность свежевыдоенного молока в среднем составляет 16-18 °Т [2,  c.11-15].

Плотность — это масса молока при 20 °С, заключенная в единице объема ( ). Плотность определяют с помощью ареометра. Плотность молока зависит от содержания в нем составных частей: молочный жир 922  , белки 1391, лактоза 1545, соли 2857  [2,с. 22-35] .

Теплоемкость молока зависит от содержания в нем воды, состава сухих веществ и состояния жира. Удельная теплоемкость молока с повышением температуры изменяется незначительно, поэтому при температурах 0-70 °С ее можно принять для практических расчетов за постоянную величину, равную 3900 Дж/кг·К.

1.2.3 Польза молока

Среди различных продуктов питания наиболее совершенными, т.е. наиболее ценными в пищевом отношении, являются молоко и молочные продукты. Пищевая ценность молока состоит в том, что оно содержит все необходимые для человеческого организма пищевые вещества (белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины) в хорошо сбалансированных соотношениях и легкоусвояемой форме.

Молочный сахар,находящийся в молоке, служит в организме источником энергии для осуществления биохимических процессов. Кроме того, молочный сахар способствует развитию полезной микрофлоре в кишечнике человека, которая, образуя молочную кислоту, подавляет гнилостную микрофлору.

Молоко является исключительно важным источником минеральных веществ, особенно кальция и фосфора, которые находятся в благоприятном соотношении для их усвоения организмом.

В молоке содержатся другие важные микроэлементы: калий, натрий, магний и др. Микроэлементы молока участвуют в построении ферментов, витаминов и гормонов.

Молоко и молочные продукты обладают высокой энергетической ценностью (ЭЦ). Так, ЭЦ 1 кг молока составляет  2400 кДж, творога жирного 9450 кДж, сливочного масла - 31 300, сыра голландского - 15 100, в то время как говядины -7820, телятины - 3770 кДж.

1.2.4 Требования, предъявляемые к заготавливаемому молоку

Качество молочных продуктов во многом зависит от качества исходного сырья. Поэтому на предприятия молочной промышленности должно поступать доброкачественное молоко [2, с. 18-20].

Требования к составу, органолептическим, ФХС и микробиологическим показателям сырья определены в стандарте «Молоко коровье. Требования при заготовках» (ГOCT 13264 - 70). Молоко должно быть получено от здоровых коров. По внешнему виду и консистенции доброкачественное молоко представляет собой однородную жидкость от белого до слабо- желтого цвета без осадка и хлопьев плотностью не ниже 1027 .

В зависимости от ФХ и микробиологических показателей молоко разделяют на два сорта. Эти показатели сведем в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 Сорта молока

Показатель

Норма для сорта

Несортовое

первого

второго

Кислотность, °Т

16- 18

16- 20

Не выше 21

Степень частоты по эталону не ниже группы

I

II

II

Бактериальная обсемененность по редуктазной пробе, не ниже класса

I

II

III

Температура при приемке, °С, не ниже

10

Не учитывается

Молоко должно поступать на заводы предварительно профильтрованным и охлажденным.

В качественную оценку молока при приемке на заводе входит определение степени чистоты (СЧ) по эталону, бактериальной обсемененности по редуктазной пробе, титруемой кислотности.

Для определения СЧ по эталону применяют приборы разнообразной конструкции. На молочных фермах и первичных молокоприемных пунктах используют металлический цилиндр, к дну которого прижимается фильтрующий материал. На предприятиях молочной промышленности используют приборы с принудительной фильтрацией молока. По содержанию механических примесей (МП) молоко в сопоставлении с эталоном, предусмотренным эталоном, ГОСТом, разделяют на три группы: в молоке I группы на фильтре отсутствуют частицы МП, II- на фильтре обнаруживаются отдельные частицы и III- на фильтре имеется заметный осадок частиц МП. При определении содержания МП используют также центрифугирование пробы в специально градуированных пробирках, показывающих объем осадка.

Бактериальную обсемененность молока определяют по редуктазной пробе и относят молоко к одному из четырех классов. Молоко кислотностью не выше 21 °Т, бактериальной обсемененностью не ниже III класса и степенью чистоты не ниже II группы, а также молоко от больных или подозреваемых в заболевании коров, использование, в пищу которого разрешается после термической обработки, принимается как не сортовое [3, c. 40-55].

1.2.5 Приемка, хранение и транспортировка

На молочных заводах молоко принимают от сдатчиков, учитывая eгo количество и качество.

Поступившее на завод молоко хранится в емкостях различной вместимости. При температуре 4 °С молоко можно хранить 18 - 20 ч. Хранение сыpoгo молока свыше 24 ч не рекомендуется, так как возможны изменения его показателей [2, с. 26-30].

Молоко на завод доставляется автомобильным, железнодорожным и водным транспортом. Для определения количества молока на заводах используют устройства для измерения массы- весы и объема - расходомеры - счетчики.

Принятое молоко проходит первичную обработку, в процессе которой оно сначала очищается от МП на фильтрах или в сепараторах - молокоочистителях, а затем охлаждается до 4- 6 °C в охладителях и насосами по трубам направляется в емкости хранения (ЕХ).

Сырое молоко перед обработкой хранится в емкостях различной вместимости - от 10000 до 120000 л. Расходомеры-счетчики бывают поплавковыми, кольцевыми, ультразвуковыми, электромагнитными и турбинными. В промышленности наиболее распространен кольцевой счетчик (рис.1.1).

Жидкость, поступает в измерительную камеру через отверстие для входа. Под давлением продукта в камере перемещается кольцевой поршень. Ось поршня перемещается в камеру по направляющей. Магнитная муфта, связанная с осью, передает перемещение оси механизму, регистрирующему измеренный объем жидкости. Расходомеры- счетчики позволяют обеспечить непрерывное измерение количества молока.

Рис.1.1 – Кольцевой счетчик

1-крышка, 2-крышка мерной камеры, 3-напрвяющее кольцо, 4-измерительная камера, 5-регистрирующий механизм, 6-ось поршня с магнитом, 7-кольцевой поршень, 8-перегородка, I, II, III и IV-основные положения кольцевого поршня при работе.

Счетчики, как правило, входят в специальные установки для приемки молока (рис. 1.2). В установке молоконасосом по трубопроводу подается на фильтр, из которого поступает в воздухоотделитель. Далее молоко проходит в камеру счетчика и через обратный клапан поступает на дальнейшую обработку.

Рис. 1.2 - Установка для приемки молока с кольцевым счетчиком

1-счетчик, 2-воздухоотделитель, 3-фильтр, 4-опора, 5-трубопровод,

6 - насос, 7-обратный клапан.

Фильтры бывают с тканевыми и металлическими перегородками. Тканевые перегородки фильтров изготовляются из лавсана или энанта. Количество отверстий до 250 на 1 . Металлические перегородки фильтров выпускаются штампованными или плетеными. Количество отверстий от 25 до 100 на 1  [8, с. 60-88].

Для хранения молока предназначены ЕХ, которые изготовляются из нержавеющей стали, алюминия, реже из конструкционной эмалированной стали.

Для транспортировки жидких молочных продуктов внутри предприятий предназначены трубопроводы и насосы. Трубопроводы изготовляются из нержавеющей стали, цветных металлов и алюминия. Металлические трубы изготовляют длиной 2,5-3,0 м, не более. В последнее время распространение получили стеклянные трубы, диаметр которых составляет 25-125 мм.

В зависимости от конструкции различают центробежные, роторные, мембранные и поршневые насосы. При эксплуатации насосы не должны оказывать нежелательного воздействия на продукт (пенообразование, подсбивание или диспергирование молочного жира).

1.2.6 Гомогенизация молока

Гомогенизация молока (ГМ) — это процесс раздробления (диспергирования) жировых шариков при воздействии на молоко внешних усилий, вызванных перепадом давления. В свежем молоке средний диметр жировых шариков составляет 2-4 мкм. В гомогенизированном молоке диаметр жировых шариков уменьшается до 1 мкм. Тем самым снижается возможность отстаивания жира при хранении молока [2, 30-32].

В процессе ГМ происходит не только уменьшение размеров жирового шарика, но и перераспределение оболочечного вещества шарика. ГМ используется в технологических процессах при производстве питьевого пастеризованного молока, УМ и сливок, кисломолочных продуктов и мороженого.

Процесс ГМ протекает тем интенсивнее, чем выше температура молока и давление в клапане в процессе обработки. При повышении температуры снижается вязкость продукта, а при увеличении давления ГМ усиливается механическое воздействие на продукт. При ГМ нагретое молоко под давлением проходит с большой скоростью через узкую щель между седлом клапана и клапаном гомогенизатора (рис. 1.3). Жировой шарик в щели разрушается под воздействием механических и гидромеханических процессов [16, c. 12-40].

Рис.1.3 - Схема дробления жировых шариков в клапанной щели гомогенизатора

- диаметр отверстия в седле клапана; - скорость движения молока в клапане;  - давление в клапане; - скорость движения молока в щели клапана; - давление в щели клапана; h- высота щели клапана.

Для ГМ и жидких молочных продуктов используют гомогенизаторы клапанного типа, а вязких продуктов (плавленый сыр, масло)-  гомогенизаторы- пластификаторы клапанного типа.

Производительность гомогенизаторов колеблется от 5 000 до 50 000 л/ч.

1.2.7 Сепарирование молока

Сепарирование молока (СМ)— это процесс разделения продукта на фракции с различной плотностью во вращающемся сепарирующем устройстве (СУ) - барабане. В сепарирующем устройстве продукт распределяется тонкими слоями между тарелками. Более легкие частицы перемещаются к оси вращения СУ, а более тяжелые - к eгo периферии. В зазоре между тарелками частицы с различной плотностью движутся в разных направлениях (рис. 1.4). Жировые частицы, поступающие в зазор между тарелками, движутся вместе с потоком молока вниз, а затем оседают на нижней тарелке и направляются по ее поверхности к оси вращения. Более тяжелая грязевая частица попадает в межтарелочный зазор с периферии СУ и, двигаясь с потоком молока вверх, оседает на верхней тарелке [2, с. 32-40; 10, с. 93-97].

В зависимости от технологического назначения возможны два случая распределения потоков жидкости внутри СУ: в первом продукт, поступающий на разделение, направляется к межтарелочным зазорам через канал, который образован отверстиями в тарелках; во втором продукт перемещается в зазоры из периферийной зоны СУ (при выделении тяжелой фракции).

Рис. 1.4 - Стадии движения частиц между тарелками при разделении эмульсии (I) и выделении твердой фракции (II)

По конструктивным признакам различают сепараторы открытого, полузакрытого и закрытого типа. В сепараторах открытого типа ввод продукта и выход фракций осуществляется свободной струей (не герметирован), полузакрытого - вывод отсепарированных фракций герметизирован, закрытого - ввод продукта и вывод фракций герметизированы [17, с. 60-87].

По технологическому назначению различают сепараторы для выделения жировой фракции и загрязнений, а также для обезвоживания белковой фракции.

Производительность сепараторов зависит от конструкции и технологического назначения. Для обеспечения высокой эффективности разделения продукта сепарирующее устройство работает на сверхкритической частоте вращения (100-120 ). Температура сепарирования 35- 45 °С.

1.2.8 Тепловая обработка молока

ТО (охлаждение и нагревание) молока и молочных продуктов является обязательной технологической операцией при производстве питьевого молока и других молочных продуктов.

Охлаждение молока (ОХ) проводится в целях понижения температуры продукта в соответствии с требованиями технологических процессов, а нагревание- обезвреживания продуктов в микробиологическом отношении, предохранения их от порчи в процессе хранения [10, с. 93-97].

В промышленности используют три основных вида ТО молока: пастеризацию,стерилизацию, ультрапастеризацию.

При нагревании или ОМ теплообмен между продуктом и греющей или охлаждающей средой происходит  через металлическую перегородку. В этом случае продукт полностью изолирован от среды.

В технологических схемах обработки и переработки молока и молочных продуктов выделяют процессы ОМ, нагревания продуктов, а также термовакуумной обработки их.

1.2.9 Охлаждение молока

На молочнотоварных фермах свежевыдоенное молоко охлаждают до низкой температуры, чтобы сохранить eгo качество. Развитие большинства микроорганизмов в молоке резко замедляется при охлаждении ниже 10 °C и почти полностью приостанавливается при температуре около 2-4 °С. По этой причине молоко после дойки охлаждается до 7-8 °С. При этом процесс ОМ совмещается с хранением молока в охлажденной емкости [2, с. 43-45].

Простейшим способом ОМ является способ охлаждения фляг с молоком в бассейне, наполненном водой со льдом. Более совершенным способом ОМ является способ с использованием специальных охладительныx емкостей, в которых молоко охлаждается и хранится охлажденным до транспортировки на завод [18, с. 44-52].

Для этой цели на фермах применяют специальные установки для охлаждения и хранения молока (рис. 1.5 ).

Рис. 1.5 - Установка для охлаждения и хранения молока

1-компрессор охладильной установки, 2-подогреватель воды, 3-ванны,

4-фильтр, 5-осушитель.

На заводах для ОМ предназначены пластинчатые охладительные установки с комбинированным охлаждением водой и рассолом, а также трубчатые охладители; вязких и вязкопластичных продуктов- цилиндрические охладители открытого и закрытого типов с рассольным охлаждением. В линиях производства твopoгa раздельным способом eгo охлаждают в трубчатых или пластинчатых охладителях (рис.1.6).

Пластинчатая охладительная установка для молока, комплектуется насосом для молока, ПТ, пультом управления с приборами автоматического контроля, регулирования и регистрации параметров процесса и трубопроводами. В ПТ имеются две секции, в которых молоко последовательно охлаждается сначала водой, а затем рассолом.

Рис. 1.6 - Пластинчатая охладительная установка

1-ПТ, 2-пульт управления, 3-регулирующий клапан, 4-монометр,

5-термометр, 6-рассольный трубопровод, 7-термометр сопротивления.

В некоторых случаях вместо рассола во вторую секцию ОМ может подаваться ледяная вода. Температура молока выходящего из ПТ, не превышает 4-6 °С. Процесс ОМ происходит непрерывно в закрытых каналах ПТ, что обеспечивает высокое качество охлажденного молока и исключает попадание в продукт посторонних примесей [19, c. 55-59].

1.2.10 Пастеризация молока  и молочных продуктов

Пастеризация молока (ПМ) проводят в целях уничтожения болезнетворных микроорганизмов и снижения общего количества микроорганизмов. Бактерицидное действие пастеризации определяется эффективностью подавления возбудителя туберкулеза, обладающего высокой тепловой устойчивостью, а также не менее термоустойчивой кишечной палочки [2, с. 45-51; 7, с. 620-623].

Подавление микроорганизмов при воздействии температуры протекает во времени. Поэтому температура и продолжительность нагревания продукта являются основными факторами, определяющими эффективность ПМ. В зависимости от этих факторов различают следующие режимы ПМ:

длительный – температура нагревания 60-63 °С и продолжительность воздействия (выдержка) 30 мин, кратковременный- соответственно 72-76 °С и 15-20 с, моментальный - температура нагревания свыше 100 °С без выдержки. При ПМ молочных смесей и молока для молочных продуктов отдельных видов режимы ПМ определяются требованиями технологии [22, c. 60-68];

пастеризационно - охладительные установки пластинчатого типа предназначены для тепловой обработки молока при выработке пастеризованного молока и молока, используемого для производства кисломолочных продуктов, а также для пастеризации сливок и смеси мороженого [24, c. 70-75].

В состав пастеризационно- охладительной установки пластинчатoгo типа входят пластинчатый теплообменный аппарат, уравнительный бак с поплавковым регулятором уровня молока в баке, центробежный насос, сепаратор- молокоочиститель, выдерживатель, установка для подготовки теплоносителя, пульт управления с приборами контроля и регулирования процесса.

1.2.11 Ульрапастеризация молока

При ультрапастеризации молоко выдерживают при температуре от 137 до 140 градусов всего лишь несколько секунд, а затем мгновенно охлаждают. Технология стала прорывом в области обработки молока: при сохранении большинства полезных свойств молока она защищает его от воздействия вредных микроорганизмов [23, c. 44-54].

 Более того, для УМ подходит лишь высококачественное молоко. Только сырье высшего качества способно выдержать такую обработку: менее качественное молоко — просто свернется. Поэтому УМ сама по себе уже является надежной гарантией качества.

 Технологический прорыв в обработке пищевых продуктов не остался незамеченным. В 1989 году Американский институт пищевой промышленности признал метод УМ «наиболее важным достижением в пищевой науке XX века». Ультрапастеризованные продукты могут храниться в течение длительного времени и сохранять вкусовые и питательные свойства. В производственных условиях молоко и молочные продукты ультрапастеризуются или в таре, и в потоке с последующими фасовкой и упаковкой их в стерилизованную тару.

1.2.12 Фасовка молока

В полимерную тару практически фасуются молочные продукты всех видов. В зависимости от этого различают автоматы для фасовки молоа (ФМ) в термосвариваемые пакеты, стаканчики и коробки прямоугольной формы [2, с. 58-61].

Автомат для ФМ в термосвариваемые пакеты служит для изготовления упаковки из полиэтиленовой пленки и укупорки в нее продукта (рис. 1.7). Пленка, сматываясь с рулона, поступает в рукавообразователь, где из нее формируется труба со сваренными внахлест краями. Поршневой дозатор объемного типа подает в трубу порцию молока. Труба с продуктом протягивается с остановками клещевыми зажимами, которые одновременно сваривают полиэтиленовую трубу в поперечном направлении и отделяют наполненные и запечатанные пакеты. Объем дозы 1,0 л [10, с. 1260-1261].

Рис. 1.7 - Автомат для фасовки молока в термосвариваемые пакеты

1-рулон, 2-механизм нанесения даты, 3-бактерицидная лампа,

4-формирующая трубка, 5-дозатор, 6-механизм продольной сварки, 7-механизм поперечной сварки и резки, 8-заваренный и отрезанный пакет, 9-транспортер,

10-бункер.

1.2.13 Характеристика ультрапастеризованного молока

УМ выпускают в полимерной  упаковке (полиэтиленовые мешки, пакеты из комбинированного материала). Молоко в полиэтиленовых мешках вырабатывается с массовой долей жира 2,5 и 3,2 % и кислотностью не выше 20 °Т. Молоко в пакетах из комбинированного материала должно отвечать таким же требованиям, но содержать жира не менее 2,5 или 3,5 %. Плотность стерилизованного молока всех видов должна быть не ниже 1027  [2, с. 81-83].

Для производства УМ используют молоко, кислотность котopoгo не выше 18 °Т, плотность не ниже 1027  , степень чистоты не ниже 1 группы и бактериальная обсемененность не ниже 1 класса. Кроме того, молоко должно обладать термоустойчивостью, т. е. белки молока не должны коагулировать при воздействии высоких температур.

Для проверки термоустойчивости наиболее надежными считаются алкогольная и тепловая пробы. Сущность алкогольной пробы заключается в смешении одинаковых объемов (по 2 мл) молока и этанола. Для молока в бутылках и полиэтиленовых мешках используют 72 % этанол, а для молока в пакетах из комбинированного материала - 75 %. Если не образуется хлопьев белка, то молоко считается термоустойчивым. Тепловая проба проводится путем нагревания молока до 130 °С в течение 20 - 60 мин. При этом молоко не должно свертываться. Термоустойчивость молока можно повысить добавлением, цитрата натрия или динатрийфосфата в количестве 0,05-0,1 %.

1.2.14 Обзор оборудования для пастеризации молока

Молоко и молочные продукты пастеризуют в специальных емкостях, трубчатых пастеризационных установках, а также в пластинчатых пастеризационно-охладительных установках.

К первым относят ванны длительной пастеризации и универсальные ванны.

Трубчатая пастеризационная установка (рис 1.8) состоит из двух центробежных насосов, трубчатого аппарата, возвратного клапана, конденсатоотводчиков и пульта управления с приборами контроля и регулирования технологического процесса [2, с. 75-80].

Основной элемент установки — двухцилиндровый теплообменный аппарат, состоящий из верхнего и нижнего цилиндров, соединенных между собой трубопроводами. В торцы цилиндров вварены трубные решетки. Трубные решетки из нержавеющей стали имеют выфрезерованные короткие каналы, соединяющие последовательно концы труб, образуя, таким образом, непрерывный змеевик. Торцевые цилиндры закрывают крышками с резиновыми уплотнениями для обеспечения герметичности аппарата и изолирования коротких каналов друг от друга.

Пар подается в межтрубное пространство каждого цилиндра. Отработавший пар в виде конденсата выводится с помощью термодинамических конденсатоотводчиков.

Нагреваемое молоко движется во внутритрубном пространстве, проходя последовательно нижний и верхний цилиндры. На входе пара установлен регулирующий клапан подачи пара, а на выходе молока из аппарата — возвратный клапан, с помощью которого недопастеризованное молоко автоматически направляется на повторную пастеризацию. Возвратный клапан связан через регулятор температуры с термодатчиком, расположенным также на выходе молока из аппарата. Установка снабжена манометрами для контроля за давлением пара и молока [3, c.55-59].

Обрабатываемый продукт из накопительной емкости с помощью первого центробежного насоса подается в нижний цилиндр теплообменного аппарата, где нагревается паром до температуры 50...60 °С и переходит в верхний цилиндр. Здесь он пастеризуется при температуре 80...90 °С.

Второй насос предназначен для подачи молока из первого цилиндра во второй. Следует отметить, что в трубчатых пастеризационных установках скорость движения различных продуктов неодинакова.

Преимуществами трубчатых пастеризационных установок по сравнению с пластинчатыми являются значительно меньшие количество и размеры уплотнительных прокладок, а недостатками — большие габариты и высокая металлоемкость; кроме того, при чистке и мойке этих установок требуется свободное пространство со стороны торцов цилиндров теплообменного аппарата.

Рис. 1.8 . Трубчатая пастеризационная установка.

1—центробежные насосы для молока; 2— конденсатоотводчики; 3, 4— патрубки для отвода конденсата; 5, 6, 7, 8— молокопроводы; 9— возвратный клапан; 10— регулирующий клапан подачи пара; 11—предохранительные клапаны; 12 — паропровод; 13— манометры для пара; 14— патрубок для выхода пастеризованного молока; 15— манометр для молока; 16— пульт управления; 17—верхний барабан; 18— нижний барабан; 19—рама.

Трубчатые установки эффективны в том случае, если последующий процесс обработки молока проводят при температуре, незначительно отличающейся от температуры ПМ.

Пастеризационно - охладительные установки применяют для тепловой обработки молока, сливок и смеси мороженого. Конструкция каждой из таких установок имеет свои особенности, которые отражены при описании оборудования для производства различных молочных продуктов.

В состав пастеризационно - охладительной установки (рис.1.9), используемой при производстве питьевого молока, входят уравнительный бак, центробежные насосы для горячей воды и молока, пластинчатый аппарат, сепаратор-молокоочиститель, выдерживатель, возвратный клапан, система нагрева и шкаф управления.

Центробежный насос предназначен для забора молока из уравнительного бака и подачи его в пластинчатый аппарат. Для исключения подсоса воздуха в насос в уравнительном баке с помощью поплавкового механизма поддерживается определенный уровень молока (не менее 300 мм). Невыполнение этого условия приводит к ценообразованию, которое снижает эффективность пастеризации [8, c. 88-95].

Пластинчатая пастеризационно – охладительная установка имеет главную переднюю стойку и вспомогательную заднюю стойку, в которые закреплены концы верхней и нижней горизонтальных штанг. Верхняя предназначена для подвески теплообменных пластин. По периферии каждой пластины в специальной канавке уложена большая резиновая прокладка, герметично уплотняющая канал.

Пластины имеют отверстия с небольшими кольцевыми резиновыми прокладками. После сборки пластин в аппарате образуются две изолированные системы каналов, по которым перемещаются молоко и охлаждающая жидкость.

Пластинчатый аппарат снабжен теплообменными пластинами из нержавеющей стали, разбитыми на пять секций: первая и вторая ступени регенерации, пастеризации, охлаждения артезианской водой и охлаждения ледяной водой. Некоторые пластинчатые аппараты имеют одну секцию регенерации. Секции отделены друг от друга специальными промежуточными плитами, имеющими по углам штуцера для подвода и отвода жидкостей. На пластине выбиты порядковые номера, те же номера указаны на схеме компоновки пластин.

Пластины прижаты к стойке с помощью плиты и прижимных устройств. Степень сжатия тепловых секций определяют по таблице со шкалой, установленной на верхней и нижней распорках. Нулевое деление устанавливают по оси болта вертикальной распорки, оно соответствует минимальному сжатию, обеспечивающему герметичность.

Рис. 1.9 – Пластинчатые аппараты с различным расположением секций

а—с односторонним расположением: 1, 2, 11, 12— штуцера; 3—передняя стойка; 4—верхнее угловое отверстие; 5— малая кольцевая резиновая прокладка; 6—граничная пластина; 7—штанга; 8— нажимная плита; 9— задняя стойка; 10—винт; 13— большая резиновая прокладка; 14— нижнее угловое отверстие; 15—теплообменная пластина; б—с двусторонним расположением: 1 — зажимное устройство; 2— нажимные плиты; 3— первая секция рекуперации; 4— штуцер для вывода молока из секции рекуперации (3) и подачи его к сепаратору-молокоочистителю; 5— вторая секция рекуперации; 6— штуцер для ввода молока в секцию рекуперации (5) после выдерживателя; 7— секция пастеризации; 8— главная стойка; 9— секция водяного и рассольного охлаждения; 10— штуцер для входа пастеризованного молока; 11–распорка; 12— ножка; 13— штуцер для выхода рассола; 14— штуцер для выхода пастеризованного молока из секции пастеризации и подачи его в выдерживатель; 15— штуцер для входа молока в секцию рекуперации после центробежного молокоочистителя; 16— штуцер для выхода горячей воды; 17— штуцер для выхода холодной воды; 18— штуцер для входа рассола; 19— штуцер для входа пастеризованного молока в секцию водяного охлаждения; 20—разделительные плиты; 21 — штуцер для входа сырого молока.

В установках большой производительности пластинчатые аппараты имеют двустороннее расположение секций по отношению к главной стойке.

Выдерживатель — один из основных элементов пастеризационно - охладительных установок. В нем молоко выдерживается при температуре пастеризации в течение определенного времени (20 или 300 с), необходимого для завершения бактерицидного действия температуры.

Выдерживатель состоит из одного или четырех цилиндров, которые закреплены на трубчатых опорах. В некоторых установках выдерживатель выполнен в виде четырех спиралеобразных секций, изготовленных из труб диаметром 60 мм. При обработке молока, полученного от здоровых животных, в работе участвует одна секция. Таким образом, время выдержки молока при прочих равных условиях зависит от объема выдерживателя.

Возвратный, или перепускной, электрогидравлический клапан служит для автоматического переключения потока молока на повторную пастеризацию при снижении его температуры в секции пастеризации.

Система нагрева промежуточного теплоносителя пастеризационно - охладительной установки состоит из конвекционного бака, насоса горячей воды, инжектора, регулирующего клапана подачи пара и трубопроводов [10, c. 46-55].

Бак служит для сбора, выравнивания температуры и отвода излишков воды.

Инжектор предназначен для смешивания пара с водой, циркулирующей между конвекционным баком и секцией пастеризации установки. Количество пара, поступающего в инжектор, регулируется клапаном в зависимости от заданной температуры пастеризации молока.

Для циркуляции горячей воды в системе инжектор — пластинчатый аппарат — конвекционный бак применяют центробежный насос 2К20/18 или 2К20/30.

В пастеризационно-охладительных установках с электронагревом промежуточного теплоносителя вместо конвекционного бака с инжектором установлен электрический водонагреватель — емкость цилиндрической формы вместимостью около 40л, на крышке которой размещены электронагревательные элементы. Для подпитки и поддержания постоянного уровня воды имеется уравнительный бак, смонтированный на корпусе емкости. Уровень воды в емкости контролируется измерителем уровня, который отключает нагревательные элементы при падении его ниже нормы. Избыток воды из водонагревателя удаляется с помощью переливной трубы.

Работа пастеризационно - охладительной установки при производстве питьевого молока заключается в следующем: молоко из емкости для хранения направляется самотеком или под напором в уравнительный бак, откуда насосом подается в первую секцию регенерации пластинчатого аппарата. Подогретое до 37...40 °С, оно поступает в молокоочиститель для очистки от механических примесей и идет на дальнейший подогрев во вторую секцию регенерации и секцию пастеризации, где нагревается до 90 °С. Из секции пастеризации молоко через электрогидравлический перепускной клапан направляется в выдерживатель, находится там в течение 300 с, далее поступает в секции регенерации для передачи теплоты встречному потоку молока, поступающему в аппарат. После этого оно попадает последовательно в секции охлаждения водой и рассолом, где охлаждается до 8 °С, и выходит из установки [3, с. 55-66].

Охлаждается молоко с помощью ледяной воды или рассола, поступающих от холодильной установки. Охлаждение молока до температуры не выше 8 °С возможно только при нормальной кратности подачи воды и рассола в секции охлаждения. Весь процесс пастеризации регулируется автоматически.

Требуемая температура пастеризации поддерживается электронным мостом. Температура пастеризации записывается на диаграммной ленте контрольного прибора. Звуковая и световая сигнализация срабатывает при падении температуры пастеризации ниже 90 °С.

Для нагревания продукта кроме горячей воды, пара или электроэнергии в некоторых пастеризационно-охладительных установках в качестве источника прямого нагрева молока применяют инфракрасные нагреватели. В установках с небольшой производительностью молоко подается на обработку инфракрасным излучателем тонким слоем.

В пастеризационно - охладительной установке УОМ-ИК-1 (рис. 1.10). Кроме секций инфракрасного электронагрева имеются выдерживатель и пластинчатый теплообменный аппарат.

Секция инфракрасного нагрева состоит из трубок кварцевого стекла и-образной формы с отражателями из анодированного алюминия. В секции трубоки на которые навита спираль из нихрома. Трубки включены в сеть параллельно.

Выдерживатель состоит из двух последовательно соединенных труб из нержавеющей стали.

В пластинчатом теплообменном аппарате имеются секция регенерации и две секции охлаждения.

Молоко поступает в уравнительный бак и из него насосом последовательно подается в секции регенерации, инфракрасного нагрева и выдерживатель. После выдерживателя пастеризованное молоко проходит секцию регенерации, передавая теплоту холодному молоку, и последовательно проходит секции охлаждения водой и рассолом [1, с. 55-70; 16, с. 80-82].

Пластинчатые пастеризационно - охладительные установки по сравнению с другими типами тепловых аппаратов имеют ряд преимуществ:

  1. малая рабочая вместимость, что позволяет приборам автоматики более точно отслеживать ход технологического процесса (в пластинчатой установке рабочая вместимость в три раза меньше, чем у трубчатой такой же производительности);
  2. Cпособность работать достаточно эффективно при минимальном тепловом напоре;
  3. Минимальные теплопритоки и потери теплоты и холода (тепловая изоляция обычно не требуется);
  4. Cущественная экономия (80...90 %) теплоты в секциях регенерации (удельный расход пара в пластинчатых установках в 2...3 раза меньше, чем в трубчатых, и в 4-5 раз, чем в емкостных теплообменниках);
  5. Малая установочная площадь (пластинчатая установка занимает примерно в 4 раза меньшую поверхность, чем трубчатая аналогичной производительности);
  6. Возможность менять число пластин в каждой секции, что позволяет адаптировать ПТ к конкретному технологическому процессу;
  7. Возможность безразборной циркуляционной мойки аппаратуры.

Наряду с пастеризаторами, в которых источником прямого нагрева молока являются инфракрасные лучи, созданы и получают все большее распространение установки для пастеризации молока, работа которых основана на использовании ультрафиолетового излучения. Применение таких установок позволяет значительно снизить металло- и энергоемкость технологического процесса пастеризации молока, улучшить его качество и сократить потери, сохраняя при этом полезные компоненты продукта (белки, жиры, витамины).

 

Рис. 1.10 - Схема пастеризационно - охладительной установки УОМ-ИК-1

1 - секция инфракрасного электронагрева; 2— выдерживатель; 3, 15— термометры; 4— смотровой участок; 5, 6—трехходовые краны; 7—секция охлаждения ледяной водой (рассолом);8 – секция охлаждения водой; 9— секция регенерации; 10— манометр; 11— пластинчатый теплообменник; 12, 13—вентили; 14— перепускной клапан; 16— термометр сопротивления; 17 — кран; 18— уравнительный бак; 19— насос; 20— моечный трубопровод; 21 — емкость для хранения молока.

Принцип работы пастеризаторов данного типа заключается в бесконтактном воздействии ультрафиолетового излучения на специально сформированный тонкослойный поток молока.

Устройство всех пастеризаторов этого типа одинаково: корпус, в котором размещены распределитель молока, верхнее и нижнее облучающие устройства с пастеризационными пластинами и блок питания. Распределитель молока состоит из клапана-оросителя, к которому по трубопроводу подается молоко. Облучающие устройства представляют собой специальные газоразрядные лампы и отражатели. Конструкция верхнего и нижнего облучающих устройств одинакова.

Работает пастеризатор следующим образом: молоко через отверстия клапана-оросителя подается тонким слоем на верхнюю пастеризационную пластину и, стекая по ней, проходит через интенсивный поток ультрафиолетовых лучей, испускаемых облучающим устройством. Через отверстия верхнего сборника молоко поступает на нижнюю пастеризационную пластину, где повторно обрабатывается нижним облучающим устройством. Пастеризованное молоко с нижней пастеризационной пластины стекает в сборник, а из него — в приемную емкость.

В блоке питания пастеризатора установлена пускорегулирующая аппаратура, обеспечивающая работу верхнего и нижнего облучающих устройств. В пастеризаторах производительностью 1000 л/ч и больше пускорегулирующая аппаратура размещена в отдельном шкафу.

Для периодической мойки пастеризаторов содовым раствором и водой все их рабочие органы, соприкасающиеся с молоком, выполнены легкосъемными.

Пастеризаторы УФО являются безнапорными аппаратами, и при использовании насоса для подачи молока последний должен комплектоваться запорным клапаном, обеспечивающим напор 0,1...5 м водяного столба.

1.2.15 Преимущество и недостатки электрических способов пастеризации молока

Электродные пастеризаторы имеют невысокую стоимость и просты по принципу действия, но эксплуатация этих пастеризаторов связана с целым рядом трудностей, которые до сих пор еще окончательно не преодолены. Основные из них состоят в отложении молочного камня, зависящего от плотности тока и материала электродов [1, с. 55-113; 8, с. 112-118; 16, с. 228-250].

При электродах из нержавеющей стали плотность тока не должна превышать 0,1 А/см2. Обнадеживающие результаты получены при использовании электродов из титана. Титановые электроды не покрываются отложениями даже при плотности тока в 3-5 раз превышающей допустимую. Местный перегрев молока возможен при образовании в камере нагрева застойных зон, что свидетельствует о несовершенстве электродной системы. Расход электроэнергии в электродных пастеризаторах при производительности 300-500 л/ч и нагреве от 10 до 70 °С составляет 0,071 кВт·ч/л [1, c. 89-99].

Высокочастотная пастеризация отличается быстродействием и равномерностью подогрева молока, обеспечивающими минимальные изменения его ФХС.

В отличие от электродных пастеризаторов, в которых теплообразование происходит в основном в водяной части молока, при высокочастотной пастеризации происходит прямой нагрев и других составляющих молока и, в частности, микроорганизмов, что позволяет осуществлять селективный нагрев и за счет этого снижать температуру пастеризации до 50 °С, подобрав частоту наиболее губительную для микроорганизмов. Расход электроэнергии в высокочастотных пастеризаторах довольно высок и составляет 0,05-0,06 кВт×ч/л, что является основным их недостатком.

Электротеплонасосная установка для пастеризации молока: расход электроэнергии на пастеризацию в теплонасосных установках в 2-3 раза меньше, чем при прямом электронагреве. Недостаток теплонасосных установок заключается в высоких капитальных затратах.

Ультрафиолетовые пастеризаторы. Ультрафиолетовое излучение представляет собой одну из разновидностей лучистой энергии, характеризующейся длинами волн и занимающей участок спектра от 5 до 400 мм. Установлено, что наибольшая бактерицидная эффективность у излучения с длиной волны 253,7 нм, но при обработке молока ультрафиолетовым излучением возможно частичное разрушение витаминов В1, В2 и С. Значительные дозы могут вызывать денатурацию белка и образование токсичных веществ. Однако ультрафиолетовое излучение дает возможность при отсутствии непосредственного контакта передавать энергию между источником и приемником излучения.

Инфракрасная пастеризация. При облучении в тонком слое молока нагрев происходит очень быстро при сравнительно невысоких расходах электроэнергии. По данным французских фирм, стоимость актинаторов вдвое меньше стоимости традиционных пастеризаторов, а срок сохранности молока возрастает в 1,5 раза. ИК-излучение как иУФ, дает возможность при отсутствии непосредственного контакта передавать энергию между источником и приемником излучения.

Коэффициент полезного действия источника ИК-излучения намного больше, чем видимого и УФ .

Результаты исследования молока ИК-излучением в кварцевых камерах указывают, что облучение снижает количество микроорганизмов на 98,9%, кислотности 1-2°Т, но какие-либо органолептические и ФХС не изменяются. Молоко при этом способе обработки имеет значительно лучшие показатели, чем в пастеризаторе ОПД-1М. При ИК облучении не требуются котлы - парообразователи, топливо, отдельные помещения и исключается опасность взрыва. Внедрение этого способа пастеризации повысит культуру производства и увеличит использование электроэнергии, отпускаемой хозяйствам по сниженным тарифам.

По данным исследовании с позиции эффективности некоторое преимущество необходимо отдать ИК облучению.

 

Выводы по разделу

В данном разделе были подробно  рассмотрены все этапы производства молока: сепарирование, гомогенизация, тепловая обработка и хранение. Также рассмотрены некоторые конструкции оборудования, присутствующего в линии по изготовлению ультрапастеризованного молока.

Приведены сравнения различных установок  для производства и обработки молока.

Путем сравнения различных установок для пастеризации, стерилизации и ультрапастеризации, был выбран наиболее оптимальный вариант для тепловой обработки молока.

Был произведен патентный обзор конструкций ИК-пастеризаторов. Положительными сторонами первого патента являются небольшая занимаемая площадь оборудования, легкая установка, наиболее современное устройство. Второй патен так же относится к ультрапастеризаторам, основным достоинством является материал продуктопровода, преобразующего тепло в монохроматический спектр, максимально поглащаемый обрабатываемой средой. Особенность третьего патента в том, что секция ИК-нагрева состоит из нескольких блоков, что облегчает установку оборудования, а так же ремонт. Недостаток четвертого патента в том, что скорость жидкости слишком большая. В пятом патенте описано устройство с УФ-излучением. По сравнительным данным УФ-излучение имеет небольшой коэффциент полезного действия, по сравнению с ИК-излучением. Установка шестого патента имеет недостаток в охладительном оборудовании, включающем бак- накопитель и змеевик, как охладитель. В седьмом патенте описано устройство пастеризации молока, где нагревателем служит пар. В таких установках большим минусом является опасность взрыва, так как оборудование находится под большими давлениями. Электродные пастеризаторы,описанные в восьмом петенте, имеют невысокую стоимость и просты по принципу действия, но эксплуатация этих пастеризаторов связана с целым рядом трудностей, которые до сих пор еще окончательно не преодолены. Основные из них состоят в отложении молочного камня, зависящего от плотности тока и материала электродов. Из рассмотренных патентов некоторые преимущества имеет ИК-ультрапастеризаторы, поэтому выбираем разработку ИК-пастеризатора молока для завода ОАО“Вамин-Татарстан”.

 

РАЗДЕЛ 2
Расчетно-конструкторская часть

 

 

2.1 Расчет ИК - Ультрапастеризатора

Так как на молокозаводе перерабатывается 25 тонн молока в час, то производительность пастеризатора W составляет 7,12  кг/с. Будем считать, что область нагрева пастеризатора состоит из 100 трубок. Тогда производительность одной трубки  кг/с.

2.1.1 Определение мощности установки

Мощность пастеризатора [10, с. 787]:

где С-теплоемкость молока, Дж/(кг·°С);

W-производительность пастеризатора, кг/с;

разность температур на входе и выходе,55 и 137 °С соответственно.

Температура нихромовой проволоки определяем из закона Вина [9, c. 66-67]:

где =2,9..3,1 мкм – оптимальная длина волны.

Расчетная температура провода [4, c. 52-54]:

где =0,7- коэффициент монтажа для спирали в стальной трубе;

=1- коэффициент среды в спокойном воздухе.

2.1.2 Размеры пастеризатора

Задаемся диаметром трубы d=9,5 мм.

Площадь поперечного сечения [6, с. 385-405]:

Площадь трубы:

Удельная теплота излучения:

где -температура провода, К;

-начальная температура молока, К.

Общая теплота:

где с – теплоемкость молока, Дж/(кг·°С);

m – масса, кг;

- разность температур, °С.

Из закона Фурье найдем время выдерживания молока [32]:

где P – мощность пастеризатора, кВт;

F – площадь трубы, ;

q – удельная теплота излучения, .

Скорость молока в трубе [32, c. 102-110]:

где W=0,0000712 м3/с.

Длина трубы:

Расчетный ток:

где  – фазное напряжение сети, В.

где U=380 В напряжение сети.

Выбираем нихромовую проволоку ,тогда  площадь поперечного сечения плотность .

Длина нихромового провода на одну фазу:

Число витков одной фазы:

Шаг спирали :

Средний диаметр витков:

Длина витков:

Длина спирали:

2.2 Расчет комбинированного пластинчатого теплообменника

Аппарат состоит из двух секций: I - рекуперации тепла и IV- охлаждения молока ледяной водой. Аппарат намечено изготовлять на базе пластин типа П- 2 с горизонтальными гофрами ленточно- поточного вида [1,с. 166-248].

Исходные данные для расчета:

  • производительность ;
  • начальная температура молока ;
  • температура гомогенизации ;
  • температура ультрапастеризованного молока ;
  • конечная температура молока ;
  • коэффициент рекуперации тепла ;
  • начальная температура ледяной воды ;
  • кратность ледяной воды ;
  • общее допустимое гидравлическое сопротивление ;
  • средняя удельная теплоемкость молока ;
  • плотность молока ;
  • удельная теплоемкость ледяной воды ;

Основные данные пластины:

  • рабочая поверхность ;
  • рабочая ширина ;
  • приведенная высота ;
  • площадь поперечного сечения одного канала ;
  • эквивалентный диаметр потока ;
  • толщина пластины ;
  • коэффициент теплопроводности материала пластины .

Для пластины данного типа приведены уравнения теплоотдачи и потерь энергии [27, c. 404-409]:

где ;

;

2.2.1 Определение начальных и конечных температур, вычисление температурных напоров и параметров S

Секция рекуперации.

Температура сырого молока в конце секции рекуперации тепла (при входе в секцию гомогенизации) по формуле:

 °C.      (2.2.2)

Температура ультрапастеризованного молока после секции рекуперации (при входе в секцию охлаждения ледяной водой) [7, c. 550-568]:

 

Средний температурный напор в секции рекуперации при характерной для нее постоянной разности температур:

 

Тогда симплекс равен:

Секция охлаждения ледяной водой.

Температура ледяной воды на выходе из аппарата:

Средний температурный напор в секции охлаждения ледяной водой при:

определим по формуле:

Тогда симплекс равен:

2.2.2 Отношение рабочих поверхностей и допустимые гидравлические сопротивления по секциям

Выбираем ориентировочно следующие значения коэффициентов теплопередачи по секциям Вт/( ):

  • секция рекуперации ;
  • секция охлаждения ледяной водой .

Отношение рабочих поверхностей секции составляет:

Принимаем меньшее из этих выражений за единицу, можем написать

  .

Принимая распределение допустимых гидравлических сопротивлений соответствующим распределению рабочих поверхностей и допуская небольшое округление, получим  [1, c. 226-235].

Так как общее гидравлическое сопротивление согласно заданию , то учитывая, что через секцию рекуперацию молоко проходит дважды, можем написать:

 

где -гидравлическое сопротивление в трубопроводах, соединяющих секции аппарата, и в присоединительных угловых штуцерах может быть определено по формуле:

На данной стадии расчета уже имеется возможность выбрать диаметр труб, их ориентировочную длину и число колен на них, что дает возможность рассчитать . Заметим, что в виду небольшой длины трубопроводов, соединяющих секции аппарата,  обычно не велико.

Поэтому не останавливаясь подробно на его расчете, можем принять ориентировочно . Тогда:

Так, как отношение сопротивлений известно, то в соответствии с ним распределим сопротивления по секциям следующим образом:

  • ,
  • .

2.2.3 Определение максимально допустимых скоростей продукта в межпластинчатых каналах по секциям

Для условий работы данного аппарата целесообразно определить лишь максимально допустимые скорости в секциях для движения продукта. Гидравлические сопротивления по стороне движения рабочих сред малы, так как мала длина соответствующих трактов.

Это позволяет выбрать скорости рабочих сред из условий соблюдения приемлемой кратности по отношению к молоку, причем при наличии условий циркуляции и повторного использования можно выбирать большие значения [10, c. 83-88].

Предварительно задаемся вспомогательными величинами: ожидаемый коэффициент теплоотдачи молока ориентировочно

Средняя температура стенки в секции рекуперации:

В секции охлаждения ледяной водой:

Коэффициент общего гидравлического сопротивления :

  • в секции рекуперации ,
  • в секции охлаждения ледяной водой

Используя эти данные, определим максимально допустимые скорости движения молока.

В секции рекуперации:

В секции охлаждения ледяной водой:

Полученные значения скорости для секций почти совпадают между собой.

Объемная производительность аппарата:

Определяем число каналов в пакете, приняв :

Так как число каналов в пакете не может быть дробным, округляем до m=15.

Уточняем в связи с этим величину скорости потока молока:

Скорость циркулирующей ледяной воды принимаем .

2.2.4 Средняя температура, число Pr, вязкость и теплопроводность продукта и рабочих жидкостей

Число Pr, кинематическую вязкость v и теплопроводность продукта и рабочих жидкостей определяем при средних температурах жидкостей, пользуясь справочными данными [25, c. 116-124].

Секция рекуперации тепла.

Средняя температура сырого молока (сторона нагревания):

Для молока при этой температуре .

Средняя температура ультрапастеризованного молока (сторона охлаждения):

Этой температуре молока соответствуют ,

.

Секция охлаждения молока ледяной водой.

Средняя температура ледяной воды (сторона нагревания):

Этой температуре воды соответствуют ,

.

Средняя температура молока (сторона охлаждения):

Этой температуре молока соответствуют ;

.

2.2.5 Вычисление числа Рейнольдса

Число Рейнольдса вычисляем по вязкости при средних температурах жидкостей в каждой секции

Секция рекуперации тепла.

Для холодного молока:

 

Для горячего молока:

Секция охлаждения ледяной водой.

Для молока:

Для ледяной воды:

2.2.6 Определение коэффициента теплопередачи

Для определения коэффициентов теплоотдачи  и  пользуемся формулой для пластин типа П-2 [1, c. 228-254]:

или

Отношение  может быть принято в среднем для всех секций:

  • по стороне нагревания 1,05;
  • по стороне охлаждения 0,95.

Секция рекуперации тепла.

Для стороны нагревания сырого молока:

Для стороны охлаждения ультрапастеризованного молока

 

Коэффициент теплопередачи с учетом термического сопротивления стенки толщиной 1,2 мм:

Секция охлаждения молока ледяной водой.

Для стороны нагревания воды:

Для стороны охлаждения молока:

Коэффициент теплопередачи:

2.2.7 Расчет рабочих поверхностей секции числа пластин и пакетов

Секция рекуперации тепла.

Рабочая поверхность секции:

Число пластин в секции:

Число пакетов Х определяем, зная число каналов в пакетах m=15:

Принимаем

Секция охлаждения ледяной водой.

Рабочая поверхность секции:

Число пластин в секции:

 

Число пакетов будет равно:

Принимаем

2.2.8 Контрольный расчет общего гидравлического сопротивления аппарата

Так как приведенный расчет пластинчатого аппарата включает определение на начальной стадии наибольшей скорости продукта по допустимому гидравлическому сопротивлению, то общее гидравлическое сопротивление аппарата должно быть близким по величине к принятому допустимому значению.

Отклонения могут быть лишь в результате того, что в расчете были допущены усреднения некоторых параметров и округлены число каналов и число пакетов в ту или другую сторону.

Для проверки этого отклонения и соответствия фактического гидравлического сопротивления допустимому в заключение следует сделать контрольный расчет общих гидравлических сопротивлений по тракту движения продукта.

Кроме того, необходимо вычислить гидравлические сопротивления для рабочих жидкостей.

Гидравлическое сопротивление для каждой секции определяют по формуле:

Сделаем такой расчет для всех секций, учитывая, что для принятого типа пластин коэффициент сопротивления единицы относительной длины канала определяется выражением [4, c. 49-55]:

Секция рекуперации тепла.

Для потока холодного нагреваемого молока при

Гидравлическое сопротивление секции рекуперации на стороне холодного молока:

Для потока горячего охлаждаемого молока при

Секция охлаждения молока ледяной водой.

Для потока молока при  получим:

Сопротивление секции будет равно:

Общее гидравлическое сопротивление аппарата по линии движения молока составит:

Расчет показывает, что распределение сопротивлений по секциям несколько отличается от полученного предварительного в первом приближении, однако общее сопротивление близко к исходному допустимому гидравлическому сопротивлению 0,5 МПа.

При отклонении в большую сторону следует при сохранении числа пакетов увеличить в одном или нескольких пакетах число каналов на 1 и уравнять таким путем гидравлическое сопротивление с допустимым по условию.

Рассчитаем расход ледяной воды:

2.3 Расчет сепаратора – молокоочистителя

Производительность сепаратора рассчитывается по следующей формуле [16, c. 88-102]:

где      

Из этой формулы найдем количество тарелок в сепараторе:

Размер жировых шариков:

Толщина тарелки

Определим высоту пакета тарелок по формуле:

Определение размеров барабана.

Определяем предельное значение наружного диаметра:

где -диаметр открытой поверхности вращающейся жидкости;

m=0,3 – коэффициент Пуассона для стали;

с= 7830 –плотность стали , кг/м3.

Определяем критическую и оптимальную толщины стенки барабана сепаратора:

Принимаем толщину барабана  Толщину стенки крышки барабана принимаем равной толщине стенки барабана. Толщину днища определяем из соотношения:

Принимаем 0,019 м.

2.3.1 Проверка барабана из условия прочности

Допустимая максимальная частота вращения барабана соответствует условию равенства действенных напряжений в материале барабана максимально допустимым [10, c. 559-601]:

где = 250 – допустимое напряжение, МПа.

 следовательно, рассчитанные размеры барабана и принятая частота вращения удовлетворяет условию прочности.

2.3.2 Расчет соединительного кольца

Определяем радиус соединительного кольца по формуле:

где  - наружный радиус кольца, м;

h – глубина нарезки резьбы, м ;

Q – сила, действующая на крышку в осевом направлении, Н.

где

- угол подъема винтовой нарезки;

P=400 – усилие, которое рабочий прикладывает к рукоятке ключа, Н;

В=40 – длина ключа, м.

Определяем силу Q по формуле [3, c. 119-126]:

Принимаем глубину нарезки резьбы 7 мм.

 

 

Проверяем напряжение в кольце от центробежной силы по формуле:

Что удовлетворяет условию прочности , так как .

2.3.3 Расчет напорного диска

Наружный диаметр напорного диска определяется по формуле:

где P=0,25 МПа – давление молока на выходе из сепаратора;

 =0,42 – гидравлический КПД.

2.3.4 Расчет мощности привода сепаратора

Принимаемую мощность привода сепаратора определяем по формуле:

где - высота барабана, м.

R­–максимальный радиус барабана, м.

Выводы по разделу

Был произведен расчет основных параметров ИК – пастеризатора, пластинчатого теплообменника и сепаратора – молокоочистителя. Из расчета были выявлены основные размеры проектируемого оборудования.

Произведён выбор пластин для теплообменника, определено число пакетов для каждой секции,а так же количество пластин  для каждой секции.

 

РАЗДЕЛ 3
Технологическая часть

 

 

3.1. Характеристика молока

Молоко питьевое ультрапастеризованное “Вамин” вырабатывается из нормализованного молока, подвергнутого гомогенизации и однократной ультрапастеризации в потоке с последующим охлаждением и упаковкой в асептических условиях в пакеты из комбинированного материала предназначенного для непосредственного употребления в пищу [11; 21].

3.2.Технологический процесс производства молока питьевого ультрапастеризованного “Вамин”.

Технологический процесс производства осуществляется по следующей последовательности:

  • приемка молока;
  • охлаждение;
  • очистка;
  • бактофугирование;
  • нормализация;
  • гомогенизация;
  • деодорация;
  • внесение соли- стабилизатора;
  • ультрапастеризация;
  • охлаждение;
  • упаковка и маркировка.

Молоко принимают по объему (через счетчики) и качеству, установленной лабораторией предприятия. Молоко с машин подается на установку для приемки молока фирмы “Сорди” NBU (производительность 25 т/ч), где молоко фильтруется и охлаждается.

Все заготавливаемое молоко охлаждают до температуры 2- 6 °С и очищают на центробежных молокоочистителях холодной очистки “Сейтал” SE41X (25 т/ч). Затем молоко направляют на переработку или хранят в резервуарах промежуточного хранения Я1- ОСВ- 10 и “Миллер” объемом 20 т. Хренение молока, охлажденного до температуры 4 °С, до переработки не должно превышать 12 ч, охлажденного до температуры 6 °С- 6 ч.

При направлении на ультрапастеризацию, молоко проверяют на термоустойчивость. Молоко термоустойчивостью по алкогольной пробе не ниже 3 группы направляется на ультрапастеризацию без добавления соли- стабилизатора. Термоустойчивость молока 4 группы по алкогольной пробе повышают путем добавления солей- стабилизаторов, разрешенными органами госсанэпидслужбы РФ, в соответствии с инструкцией по применению солей- стабилизаторов [26, c. 83-89].

Массу вносимой соли определяют по формуле:

где

 

 

Вносят раствор соли- стабилизатора в молоко непосредственно перед направлением его на ультрапастеризацию. После внесения соли- стабилизатора молоко тщательно перемешивают в течение 15 минут (номинально) и проверяют его термоустойчивость, которая должна быть 2 или 3 группы по алкогольной пробе.

Молоко подогревается в пластинчатой установке до 75 °С и насосом подается в гомогенизатор Тетра Алекс – 200, гомогенизируется при давлении 22,5+2,5 МПа [8, c. 150-158].

Гомогенизированное молоко поступает в секцию ультрапастеризации, где нагревается до температуры 137 °С. Молоко выдерживается при температуре ультрапастеризации в течение1,02 с.

Ультрапастеризованное молоко направляется в пластинчатый теплообменник, который состоит из двух секций: регенерации и охлаждения (рис. 3.1).

При конструировании современных разборных теплообменников должно соблюдаться условие, при котором левые и правые пластины получаются на одном формовочном штампе, а при сборке при прямом расположении отверстий все правые пластины получаются поворотом их относительно левых на 180°.

Пластины с диагональным расположением отверстий также разделяются на левые и правые. Однако резиновый прокладки, изготовляемые в пресс-формах, для левых и правых пластин в этом случае различны (зеркальное отображение друг от друга) и не могут быть взаимозаменяемы.

Граничные пластины имеют неполное число отверстий по углам (менее четырех). Пластины этого вида устанавливают в местах, где необходимо изменить направление потока, и они определяют, следовательно, границы пакетов.

Граничные пластины различаются между собой не только числом отверстий, но и расположением их по отношению к месту нахождения подвески на плите. Кроме того, граничные пластины всех видов могут быть, как и рядовые, правыми или левыми в зависимости от того, с какими пластинами они находятся в контакте. Граничные пластины в своей рабочей части не отличаются от рядовых и также несут теплообменную нагрузку, но в несколько иных температурных условиях, чем рядовые [1, c. 69-88].

Концевые пластины размещаются по концам секции и непосредственно примыкают к разделительным или нажимным плитам. Концевые пластины не несут тепловой нагрузки, так как омываются рабочей средой только с одной стороны [1, с. 115-159].

В секции регенерации ультрапастеризованное молоко при температуре 137 °С используется в качестве подогревателя для сырого молока, направляющегося на гомогенизацию. Далее ультрапастеризованное молоко направляется в секцию охлаждения ледяной водой до температуры 22 °С. Движение молоко в пластинчатом теплообменнике показано на рисунке.

Аппарат намечено изготовлять на базе пластин типа П-2 с горизонтальными гофрами ленточно-поточного вида. Пластины имеют повышенную жесткость по сравнению с плоскими пластинами. Благодаря наличию гофр на поверхности теплообмена создаются извилистые щелевидные межпластинные каналы, в которых достигается значительная турбулизация движущихся рабочих сред при сравнительно малых скоростях потока.

Рис. 3.1 – Схема компоновки секций теплообменника

Охлажденное в потоке ультрапастеризованное молоко по асептическому молокопроводу поступает в автомат “Тетра - Брик- Асептик” для асептического разлива молока в пакеты вместимостью 1 л., изготовленные из комбинированного материала, разрешенными органами госсанэпидслужбы РФ.

Пакеты с молоком по 12 штук укладываются в ящики из гофрированного картона, далее ящики укладываются на поддоны [20, стр.10-11].

Маркировка молока питьевого ультрапастеризованного “Вамин” производится в соответствии с требованиями НТД на данный продукт. Поддоны с продуктом отвозятся в сухую чистую камеру с температурой не выше +25 °С, после чего технологический процесс закончен.

Продукт должен храниться при отсутствии прямого солнечного света. Срок годности при температуре +2 °С до +25 °С не более 6 месяцев с момента окончания технологического процесса.

Транспортирование стерилизационным транспортом в соответствии с правилами перевозок скоропортящихся грузов [11].

Рис. 3.2 – Технологическая линия изготовления ультрапастеризованного молока с ИК установкой

Обозначения технических процессов изображенных на рисунке 3.2:

  1. Центробежный насос;
  2. Станция приемки молока "Sord BNU”;
  3. Молокоочиститель “Сейтал SE41X”;
  4. Резервуар хранения молока;
  5. Центробежный насос;
  6. Пластинчатая пастеризационно – охладительная установка;
  7. Сепаратор – бактофуга;
  8. Сепаратор – сливкоотделитель;
  9. Стандартизатор;
  10. Пластинчатый теплообменник ;
  11. Дезодоратор;
  12. Резервуар Я1-0 СВ;
  13. ИК – пастеризатор;
  14. Гомогенизатор;
  15. Автомат “Тетра Брик Асептик”;
  16. Автомат для укладки пакетов в ящики.

 

Выводы по разделу

В данном разделе была рассмотрена технологическая линия ультрапастеризации молока посредством ИК-пастеризатора и пластинчатого теплообменника. Подробно описано, как движение молока в пластинчатом теплообменнике, а так же схема компановки пластин. Описана характеристика молока и требования, предъявляемые к нему.

 

 

РАЗДЕЛ 4
Безопасность жизнедеятельности

 

 

4.1. Требования к обеспечению комфортности на рабочем месте

4.1.1 Требования к микроклимату на рабочем месте

Главным условием хорошей работы работника является комфортность его рабочего места. Для этого существуют требования  к микроклимату на рабочем месте ГОСТ 12.1.005-88.

Показателями являются: температура воздуха; относительная влажность воздуха; скорость движения воздуха; интенсивность теплового излучения.

Оптимальные показатели микроклимата распространяются на всю рабочую зону, допустимые показатели устанавливаются дифференцировано для постоянных и непостоянных рабочих мест. Оптимальные допустимые показатели температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений должны соответствовать значениям, указанным в таблице 4.1.

Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы.

Параметры микроклимата могут меняться в широких пределах, в то время как необходимым условием жизнедеятельности человека является поддерживание постоянства температуры тела благодаря терморегуляции, способности организма регулировать отдачу тепла в окружающую среду. Принцип нормирования микроклимата–создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающей средой.

Вычислительная техника является источником существующих тепловыделений, что может привести к повышению температуры и снижению относительной влажности в помещении. В помещениях, где установлены компьютеры, должны соблюдаться определенные параметры микроклимата. В ГОСТ 12.1.005- 88 установлены величины параметров микроклимата, создающие комфортные условия. Эти нормы устанавливаются в зависимости от времени года, характера трудового процесса и характера производственного помещения.

Таблица 4.1 Оптимальные и допустимые нормы параметров в рабочей зоне

Период года

Температура, °С

Относительная влажность, %

Оптимальная

допустимая

оптимальная

Допустимая на рабочих местах постоянных и непостоянных, не более

Верхняя граница

Нижняя граница

На рабочих местах

постоянных

непостоянных

постоянных

непостоянных

холодный

22-24

25

26

21

18

40-60

75

теплый

23-25

28

30

22

20

40-60

55 (при 28 °С)

Объем помещений, в которых размещены работники вычислительных центров, не должен быть меньше 19,5 /человека с учетом максимального числа одновременно работающих в смену. Необходимо соблюдать нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры, приведеные в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Нормы подачи свежего воздуха в помещении

Характеристика помещения

Объемный расход подаваемого в помещение свежего воздуха, /на одного

Объем до 20  на человека

20...40  на человека

Более 40 на человека

Не менее 30

Не менее 20

Естественная вентиляция

Для обеспечения комфортных условий на рабочем месте используются как организационные методы (рациональная организация проведения работ в зависимости от времени года и суток, чередование труда и отдыха), так и технические средства (вентиляция, кондиционирование воздуха, отопительная система).

При обеспечении оптимальных показателей микроклимата температура внутренних поверхностей конструкций, ограждающих рабочую зону (стен, пола, потолка и др.), или устройств (экранов  и т.п.), а также температура наружных поверхностей технологического оборудования или ограждающих его устройств не должны выходить более чем на 2 °С за пределы оптимальных величин температуры воздуха, установленных в таблице 1 для отдельных категорий работ.

При температуре поверхностей ограждающих конструкций ниже или выше оптимальных величин температуры воздух ха рабочие места должны быть удалены от них на расстояние менее 1 м. Температура воздуха в рабочей зоне, измеренная на разной высоте и в различных участках помещений, не должна выходить в течение смены за пределы оптимальных величин, указанных в таблице 1 для отдельных категорий работ.

При обеспечении допустимых показателей микроклимата температура внутренних поверхностей конструкций, ограждающих рабочую зону (стен, пола, потолка и др.), или устройств (экранов и т.п.) не должна выходить за пределы допустимых величин температуры воздуха, установленных в таблице 1, для отдельных категорий работ. Перепад температуры воздуха по высоте рабочей зоны при всех категориях работ допускается до 3 °С [30, c. 96-103],

Колебаний температуры воздуха по горизонтали в рабочей зоне, а также в течение смены допускаются до 4 °С - при легких работах, до 5 °С - при средней тяжести работах и до 6 °С - при тяжелых работах, при этом абсолютные значения температуры воздуха, измеренной на разной высоте и в различных участках помещений в течение смены, не должны выходить за пределы допустимых величин, указанных в таблице 4.1.

При обеспечении оптимальных и допустимых показателей микроклимата в холодный период года следует применять средства защиты рабочих мест от радиационного охлаждения от остекленных поверхностей оконных проемов, в теплый период года - от попадания прямых солнечных лучей [12].

Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочих помещениях.

Эффективным средством обеспечения чистоты и допустимых параметров воздуха рабочей зоны является вентиляция, заключающаяся в удалении из помещения загрязненного и нагретого воздуха и подача в него свежего.

На проектируемом участке производится ИК-пастеризация молока и разлив его. Происходит выделение пыли. Для предотвращения попадания пыли в дыхательные пути, устанавливается циклон и фильтр тонкой очистки, рабочим необходимо пользоваться респираторами.

Воздухообмен  в помещении осуществляется естественной и механической приточно-вытяжной вентиляцией.

4.1.2 Требования к освещенности

Основное требование к производственному освещению- соответствие гигиеническим нормативам СНиП- 23-05-95, ГОСТ 17677-88 и ГОСТ 24940-91. На предприятии для комфортной работы используется естественное и искусственное освещение.

Увеличение освещенности до определенного предела повышает остроту зрения, т.е. способность глаз раздельно воспринимать две точки, расположенные на некотором расстоянии одна от другой. От уровня освещенности зависит устойчивость ясного видения, которая особенно сильно возрастает при увеличении освещенность от 130-150 лк, повышая также и скорость различения предметов, особенно при увеличении освещенности до 400-500 лк. Одновременно возрастают общие возможности органов зрения и длительность выполнения работ, требующих большой точности и зрительного контроля, повышается производительность труда [13].

Искусственное освещение используется при недостаточном естественном освещении.

 

4.1.2.1 Расчет искусственного освещения

Для освещения производственного участка применяем газоразрядные лампы. В проекте используем лампы ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные). Лампы ДРЛ имеют высокую световую отдачу (до 55 лм/Вт); большой срок службы, компактность и практически независимы от температуры окружающей среды.

Для расчета общего равномерного освещения горизонтальной рабочей поверхности используем метод светового потока, учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен. Световой поток Fл (лм) рассчитывается по формуле:

где  лк – нормированная минимальная освещенность;

  кв.м. - площадь освещаемого участка;

- коэффициент минимальной освещенности, значения которого находятся в пределах 1,1-1,5;

К=1,5 – коэффициент запаса;

h–коэффициент использования светового потока ламп, зависящий от коэффициента отражения потока  и стен

Значение определяем  в зависимости от   показателя помещения i, определяемого из соотношения:

А=10м – ширина участка;

В=15м – длина участка;

=6м – высота подъема светильника над расчетной поверхностью.

Итак, по значениям находим значение h=54%.

Отсюда:

 

По ГОСТ 17677-88 подбираем стандартную лампу. Отклонение светового потока выбранной лампы от расчетной должно быть не более 13%.

Расчетному световому потоку =13500лм  подходит лампа ДРЛ 250, номинальный световой поток которой 13000 лм. Мощность – 250Вт, продолжительность горения – 12 тыс.час. Отклонение  светового потока составляет - 0%. Общая электрическая мощность всей световой системы составляет 1,5 кВт. Исходя из расчета, необходимое число ламп -4 штуки.

4.2 Защита от негативных факторов производственной среды

4.2.1 Защита от вибрации

Вибрационная безопасность труда должна обеспечиваться: системой технических, технологических и организационных решений и мероприятий по созданию машин и оборудования с низкой вибрационной активностью; системой проектных и технологических решений производственных процессов и элементов производственной среды, снижающих вибрационную нагрузку на оператора; системой организации труда и профилактических мероприятий на предприятиях, ослабляющих неблагоприятное воздействие вибрации на человека-оператора.

Норму вибрационной нагрузки на оператора устанавливают для длительности 8 ч, соответствующей длительности рабочей смены, в зависимости от временной структуры рабочей смены.

При постоянной вибрации норму вибрационной нагрузки на оператора устанавливают в виде нормативных спектральных или корректированных по частоте значений контролируемого параметра для воздействия вибрации в течение 8 ч, а также в виде зависимости этих значений от длительности воздействия вибрации [12, c. 66-69].

Если постоянная вибрация воздействует с перерывами, то норма назначается для суммарной длительности воздействия с учетом коэффициентов или корректирующих зависимостей, учитывающих восстановительные процессы в организме во время перерыва [14, c. 69-72].

Вибрационная безопасность труда на предприятии обеспечивается:

  1. Выбор наиболее современного вибробезопасного оборудования;
  2. Поддержанием технического состояния машин, параметров технологических процессов и элементов производственной среды на уровне, предусмотренном нормативно-технической документацией, а также своевременным проведением планово-предупредительного ремонта;
  3. Системой организации труда и профилактических мероприятий, ослабляющих неблагоприятное воздействие вибрации на человека;
  4. Исключение виброопасных технологических процессов (замена клепки сваркой, штамповки – прессованием);
  5. Для снижение вибрации машин проводится тщательная балансировка вращающихся частей, сокращением динамических процессов, вызываемых ударами, резкими ускорениями;
  6. Применение гибких вставок в коммуникациях воздуховодов, несущих конструкциях зданий, в ручном механизированном инструменте;
  7. Установка агрегатов на виброгасящие основания;
  8. В системе вентиляции и кондиционирования воздуха воздуховоды присоединяются к вентиляторам через гибкие вставки, при переходе через строительные конструкции на воздуховоды надеваются амортизирующие муфты и прокладки.

Для  виброзащиты применяются средства индивидуальной защиты для рук, ног и тела оператора. В качестве средства защиты для рук применяются рукавицы и перчатки, вкладыши и прокладки.        

Для защиты работающего от воздействия общей вибрации предусмотрена обувь с амортизирующими подошвами. Такую обувь изготовляют из кожи, ис­кусственных, синтетических, текстильных материалов.

Средства индивидуальной защиты для тела по форме исполнения подразделяются на нагрудники, пояса, специальные костюмы, которые также изготавливаются из упруго-деформирующих материалов.

 Учитывая, что действие вибрации усугубляется пониженными температурами, средства индивидуальной защиты должны иметь утепляющие элементы, а также должны предусматриваться специальные отапливаемые помещения для обогрева работников.

4.2.2 Защита от шума

Уровень шума на рабочих местах в цехе не должен превышать 80 дБА.

Производственные помещения, для работы которых используются оборудование и станки не должны граничить с помещениями, в которых уровни шума и вибрации превышают нормированные значения .

При разработке технологических линии, проектировании, изготовлении и эксплуатации машин, производственных зданий и сооружений, а также при организации рабочего места следует принимать все необходимые меры по снижению шума, воздействующего на человека на рабочих местах, до значений, не превышающих допустимые разработкой шумобезопасной техники, применением СКЗ и СИЗ, СИЗ от воздействия шума являются ушные пробки (бируши), наушники, шлемы, а СКЗ - это звукоизоляция, звукопоглощение, звукоглушение [31, c. 93-97].

Для снижения шума применены следующие методы защиты на предприятии:

  1. Рациональная планировка предприятий и цехов, акустическая обработка помещений;
  2. Применение звукоизолирующих кожухов, полукожухов, экранов, размещение оборудования в отдельных помещениях и кабинетах, устройство системы блокировки, отключающей генератор источника ультразвука при нарушении звукоизоляции, применение дистанционного управления, облицовка отдельных помещений и кабин звукопоглощающими материалами;
  3. На автоматизированной линии устанавливаются звокоизолирующие кабины;
  4. Облицовка помещений звукопоглощающим материалом;
  5. Применением средств индивидуальной защиты: вкладыши, наушники, шлемы.

4.2.3 Защита от электромагнитных полей излучений промышленной частоты

Предельно допустимый уровень напряженности воздействующего ЭП устанавливается равным 25 кВ/м.

Пребывание в ЭП напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается.

Пребывание в ЭП напряженностью до 5 кВ/м включительно допускается в течение рабочего дня.

При напряженности ЭП свыше 20 до 25 кВ/м время пребывания персонала в ЭП не должно превышать 10 мин.

Напряженность ЭП должна измеряться в зоне нахождения человека при выполнении им работы.

Во всех случаях должна измеряться напряженность неискаженного ЭП.

Для определения напряженности ЭП следует применять приборы, измеряющие действующие значения и обеспечивающие необходимые пределы измерения с допустимой погрешностью не более ±20%.

Мероприятия для защиты от электромагнитного поля излучения:

  • увеличением расстояния между источником направленного действия и рабочим местом, уменьшением мощности излучения генератора;
  • дистанционный контроль и управление передатчиками в экранированном помещении (для визуального наблюдения за передатчиками оборудуются смотровые окна, защищенные металлической сеткой);
  • экранирование источников излучения и рабочих мест (применение отражающих заземленных экранов в виде листа или сетки из металла, обладающего высокой электропроводностью — алюминия, меди, латуни, стали);
  • организационные меры (проведение дозиметрического контроля интенсивности электромагнитных излучений — не реже одного раза в 6 месяцев; медосмотр — не реже одного раза в год; дополнительный отпуск, сокращенный рабочий день, допуск лиц не моложе 18 лет и не имеющих заболеваний центральной нервной системы, сердца, глаз).

Средствами индивидуальной защиты являются белый бумажный халат с антистатической пропиткой.

4.2.4 Защита от электростатических полей

Наиболее распространенные методы защиты от статического электричества - уменьшение интенсивности генерации электростатических зарядов; отвод их с наэлектризованного материала, нейтрализация.

Применение средств защиты работающих обязательно в тех случаях, когда фактические уровни напряженности электростатических полей на рабочих местах превышают значение равное 60 кВ/м в течение 1 ч.

Эффективное средство защиты - увеличение влажности воздуха до 65- 75 %, когда это возможно по условиям технологического процесса.

Нейтрализация зарядов статического электричества осуществляется за счет ионов с противоположным знаком, которые образуются с применением радиоактивных изотопов.

Индивидуальным средством защиты от статического электричества является ношение антистатической обуви, антистатического халата, заземляющих браслетов для защиты рук и использование других средств, обеспечивающих электростатическое заземление тела человека.

4.2.5 Защита от пожарной опасности

В РФ действует закон от 21 декабря 1994 г. № 69- Ф3 “О пожарной безопасности”. Обеспечение пожарной безопасности- одна из важнейших задач государства.

Ответственность за противопожарное состояние предприятия возлагается на его руководителя. Технический директор обязан организовать систему инструктажей и обучения вопросам предупреждения и борьбы с пожарами на предприятии.

Ответственность за пожарную безопасность отдельных территорий, зданий, сооружений, помещений, цехов, участков, технологического оборудования, электросетей определяет руководитель предприятия.

На каждом объекте должна быть обеспечена безопасность людей при пожаре, а так же разработана инструкция о мерах пожарной безопасности, содержащая:

  • порядок содержания территории и эвакуационных путей;
  • порядок и нормы хранения горючих материалов;
  • указание мест курения;
  • порядок сбора и хранения горючих отходов;
  • порядок проведения огневых работ;
  • действия при пожаре.

При одновременном нахождении на этаже более 10 человек должен быть план эвакуации людей; если более 50 человек, то должна быть еще и инструкция, определяющая действие персонала по эвакуации людей [14, c. 106-115].

Весь обслуживающий персонал должен соблюдать установленный противопожарный режим  и  порядок на территории предприятия.

Проектируемый участок  рабочей линии относится к категории Д – не пожароопасные, т.к. в помещении нет горючих газов, жидкостей.

Мероприятия, предусмотренные на предприятии, по  снижению пожарной опасности:

  • территория и помещения должны содержаться в чистоте. Весь сгораемый мусор и отходы систематически вывозятся на специально отведённые участки;
  • установка кипятильников, водонагревателей и титанов только в специально приспособленных для этого помещениях;
  • производство работ внутри здания с применением горючих материалов и веществ одновременно с другими работами, связанными с применением открытого огня (сварка и т. п.) не допускается;
  • для обеспечения при пожаре безопасной эвакуации людей, находящихся в зданиях производственного, вспомогательного назначения, обязательно предусматриваются эвакуационные выходы. Эвакуационных выходов должно быть не менее двух;
  • для удаления дыма используются оконные проёмы, аэрационные фонари и дымовые люки;
  • хранение смазочных материалов осуществляется на складах – хранилищах, а на участке разрешается иметь сменный запас.

Место проведения огневых работ обеспечивается первичными средствами пожаротушения (огнетушитель, ящик с песком, ведро с водой). Приступая к тушению пожара, необходимо обесточить все приборы и аппараты, отключить вентиляцию, вынести из помещения все ёмкости с огнеопасными веществами и баллоны со сжатыми газами.

Для прекращения горения с помощью пены используют специальную аппаратуру, ручные химические огнетушители типа ОП-3 и ОП-5.

На планируемом участке для автоматического тушения пожара водой в самом начале его возникновения с одновременной подачей сигнала пожарной тревоги использованы спринклерные установки из расчета: на 9 м2 помещения - один спринклер [31, c. 230-250].

На участке предусмотрены средства огнетушения:

  • переносная система – 1 огнетушитель ОП-5.

 

4.2.6 Защита от электрического тока

На предприятии созданы следующие мероприятия по защите от электрического тока:

Приступая к работе на оборудовании с электроприводом, необходимо проверить исправность заземления, осмотреть исправность электроизоляции.

Прикасаясь к оголённым токоведущим частям, открывать элекрошкафы электрооборудования запрещается.

В случае обнаружения нарушения изоляции проводов следует немедленно прекратить работу и сообщить об этом непосредственному начальнику для устранения неисправности [14, c. 64-73].

Производить самостоятельно какой-либо ремонт  электрооборудования запрещается. Эту работу может выполнять электрик, имеющий допуск к обслуживанию электрооборудования.

При перерыве подачи электроэнергии необходимо выключить станок, машину или другой механизм.

Особую осторожность необходимо соблюдать при работах в помещениях с повышенной опасностью: сырых, с токопроводящими полами, с едкими парами и газами.

При работах, во время выполнения которых возможно случайное соприкосновение с токоведущими частями, необходимо предварительно отключить данную линию или установить соответствующие ограждения.

В необходимых случаях применить испытанные диэлектрические средства защиты.

Для защиты персонала от поражения током путём изоляции человека от частей, находящихся под напряжением, применяются защитные средства: штанги, клещи, инструмент с изолирующими ручками, диэлектрические перчатки, боты и галоши, изолирующие подставки, диэлектрические коврики.

Запрещается заходить ближе 1 м  к упавшим и лежащим на земле проводам. О таких повреждениях немедленно сообщить дежурному электрику.

Ручной инструмент на напряжение выше 42 В должен вдаваться в работу комплектно со средствами индивидуальной защиты.

Передавать ручной электрифицированный инструмент другим лицам, разбирать его и производить ремонт самостоятельно запрещается.

Недоступность токоведущих частей для случайного прикосновения.

На предприятии защита от электрического тока осуществляется занулением электроустановок. Для защитного зануления используется отдельный провод защитный нуль. Он используется только для защиты и использовать его для электропитания вместо нуля запрещено. Провод должен иметь зелено-желтый цвет изоляции.

На электроустановках участка в качестве защиты применяются трубчатые плавкие предохранители, автоматические выключатели,  устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания.

Средства защиты зданий и сооружений от разрядов и воз­действий атмосферного электричества:

  1. Молниеотводы определенных конструкций, к которым присоединяются оборудование и металлические конструкции для ограничения перенапряжений на них;
  2. Перемычки в местах сближения металлических коммуникаций.

4.3 Обеспечение безопасности труда на рабочем месте

При использовании и эксплуатации ИК–пастеризатора следует руководствоваться всеми правилами и нормами техники безопасности.

К работе по обслуживанию инфракрасной пастеризационной установки допускаются лица, ознакомившиеся с паспортом данной установки, усвоившие основные приемы работы по эксплуатации и прошедшие инструктаж по технике безопасности [31, c. 168-181].

При эксплуатации и ремонте инфракрасной пастеризационной установки должны соблюдаться “Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности  при эксплуатации электроустановок потребителей”, “Правила устройства электроустановок” и инструкции, разработанные на предприятии для данного вида оборудования.

Лица, допущенные к работе на инфракрасной пастеризационной установке, должны помнить, что при работе имеется опасность поражения электрическим током с напряжением 220 и 380 В, а также опасность возникновения пожара.

Запрещена работа на инфракрасной пастеризационной установке при наличии токоведущих частей, при нарушении изоляции проводов, неправильной работы датчиков, наличии течи.

В случае возникновения аварийных режимов работы, немедленно отключить инфракрасную пастеризационную установку от сети питания.

Не допускается оставлять работающую инфракрасную пастеризационную установку без присмотра. Следить во время работы за температурой продукта, по показанию датчиков.

Температура нагретых поверхностей не должна превышать 45 °С.

Перед испытанием и эксплуатацией теплообменника необходимо проверить все крепежные соединения.

Теплообменник представляет собой устройство, работающее под высоким давлением и при высоких температурах, поэтому при эксплуатации запрещается:

  • эксплуатировать теплообменник при давлении и температурах, отличающихся от указанных в паспорте;
  • производить затяжку стяжных болтов во время работы и испытания аппарата, находящегося под давлением;
  • ремонтировать теплообменник до его полного отключения, остывания и опорожнения;
  • работать с пластинами без рукавиц. Учитывая толщину пластин, имеется опасность порезов.

К обслуживанию инфракрасной пастеризационной установке допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности, ознакомленные с принципом действия аппарата и настоящим паспортом.

Электродвигатели, гомогенизаторы, ИК-пастеризатор, теплообменник и пусковая аппаратура должны быть тщательно заземлены; необходимо систематически проверять состояние заземляющих устройств.

Во время эксплуатации у приводов должны быть защитные кожухи. Запрещается проводить ремонт, смазку, чистку и мойку на ходу машины.

Исправность предохранительного клапана и его регулирование на максимально допустимое рабочее давление надо обязательно проверять каждый раз перед работой.

4.4. Мероприятия по повышению устойчивости функционирования в условиях чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени

1.Обеспечение защиты рабочих и служащих предприятий и их жизнедеятельности в экстремальных условиях [14, c. 69-88].

1.1. Обеспечение оповещения ПП об опасности:

  • установить сирены и громкоговорящие устройства в местах работы ПП и обеспечить централизованное управление ими;
  • оборудовать локальную систему оповещения на химически опасных объектах;
  • обеспечить ПУ (главных диспетчеров) передвижными средствами оповещения и связи.

1.2. Обеспечение укрытия ПП в защитных сооружениях:

  • произвести капитальный ремонт защитных сооружений;
  • обеспечить ЗС2-х ярусных нарами- стеллажами;
  • обеспечить ЗС аварийно- монтажным инструментом.

1.3 Обеспечение экстренной эвакуации и рассредоточения ПП членов их семей:

  • освоить район эвакуации: оформление ордеров, изучение возможности расселения, пеших и автомобильных маршрутов;
  • разработать план совершенствования инфраструктуры ЗЗ: защита водоисточников, оборудование столовых, медпунктов, радиоузлов, туалетов;
  • разработать график работы транспорта для перевозки ПП на работу и обратно;
  • обучить членов эвакокомиссии и работников СЭП действиям во время эвакуации.

1.4. Обеспечение СИЗ приборами контроля РХБ заражения.

  • обеспечить ПП противогазами;
  • обеспечить ПП средствами медицинской защиты;
  • обеспечить ЗС и ХОО приборами контроля РХБ заражение;
  • провести практическую тренировку персонала складов и групп выдачи СИЗ;
  • создать условия быстрой выдачи СИЗ, путем передачи СИЗ на склады ОМТО и склады цехов.

1.5. Подготовка НАСФ к ведению спасательных и других неотложных работ.

  • укомплектовать НАСФ личным составом;
  • укомплектовать НАСФ СИЗ и приборов контроля РХБ заражения;
  • укомплектовать НАСФ спецтехникой и аварийно- спасательным инструментом;
  • обучить НАСФ правилам ведения аварийно- спасательных работ в условиях РХБ;
  • укомплектовать НАСФ радиостанциями с дальностью связи до 50 км.

1.6. Подготовка ПП к деятельности в условиях РХБ заражения.

  • разработать режимы работы предприятия в условиях РХБ заражения;
  • оборудовать душевые, приспособить их под обмывочные пункты;
  • обеспечить или иметь план обеспечения оборудованием и механизмами для дегазации и деактивации техники, оборудования, зданий и сооружений.

1.7. Выполнение мероприятий по защите водоисточников, систем водоснабжения и продовольствия от РХБ заражения:

  • подготовить герметичные помещения и тару для хранения продуктов и питьевой воды;
  • обеспечить приборами контроля РХБ заражения продовольствия и воды;
  • построить артезианские скважины для питьевой воды;

1.8. Выполнение программ обучения ПП правилами действий в экстремальных ситуациях.

1.9. Организация оповещения и информация населения(борьба с паникой) в экстремальных условиях.

  1. Обеспечение защиты основных производственных фондов.

2.1. Выполнение профилактических мероприятий по защите основных фондов:

  • разработать противопожарные мероприятия и организовать контроль за их выполнением;
  • разработать противопаводковые мероприятия и организовать контроль за их выполнением.

2.2. Обеспечение устойчивости системы электроснабжения:

  • обеспечить запасным вводом;
  • закольцевать;
  • проложить электросети под землей;
  • обеспечить эвакуационное освещение автономным источником эл/энергии (ДЭС);
  • разработать инструкции для оперативно- дежурного персонала на время ЧС.

2.3. Обеспечение устойчивости системы теплоснабжения:

  • обеспечить независимым внешним источником теплоснабжения;
  • обеспечить запасным вводом;
  • закольцевать;
  • проложить тепловые сети под землей;
  • обеспечить автономными теплоисточниками для поддержания плюсовой температуры во время аварий в холодное время года (теплогазогенераторы, мангалами и т.п.).

2.4. Обеспечение устойчивости системы водоснабжения.

2.5. Обеспечение устойчивости системы газоснабжения.

  1. Заблаговременная подготовка производства к устойчивой работе в экстремальных ситуациях.

3.1. Подготовка техпроцессов для работы в ВВ.

3.2. Выполнение мероприятий по замене в техпроцессах пожароопасных и химически опасных веществ на безопасные.

3.3. Выполнение противопожарных мероприятий, исключающих возможность возникновения крупных (массовых) пожаров.

3.4. Выполнение мероприятий по безаварийной остановки оборудования по сигналу “ВТ”, аварии и ЧС.

3.5. Выполнение мер безопасности на химически опасных объектах.

4.5 Подготовка и проведение спасательных работ при возникновении очага поражения

Спасательные и другие неотложные работы в очагах поражения включают:

  • разведку очага поражения, в результате которой получают истинные данные о сложившейся ситуации;
  • локализацию и тушение пожаров, спасение людей из горящих зданий;
  • розыск и вскрытие заваленных защитных сооружений, розыск и извлечение из завалов пострадавших;
  • оказание пострадавшим медицинской помощи, эвакуация пораженных в медицинские учреждения, эвакуация населения из зон возможного катастрофического воздействия (затопления, радиационного и другого заражения);
  • санитарная обработка людей, обеззараживание транспорта, технических систем, зданий, сооружений и промышленных объектов;
  • неотложные санитарно- восстановительные работы на промышленных объектах.

Разведка в кратчайшие сроки должна установить характер и границы разрушений и пожаров, степень радиоактивного и иного вида заражения в различных районах очага, наличие пораженных людей и их состояние, возможные пути ввода спасательных формирований и эвакуации пострадавших. По данным разведки определяют объемы работ, уточняют способы ведения спасательных и аварийных работ, разрабатывают план ликвидации последствий чрезвычайного события [30, c. 168-187].

В планах ликвидации последствий намечают конкретный перечень неотложных работ, устанавливают их очередность. С учетом объемов и сроков проведения спасательных работ определяют силы и средства их выполнения. В первую очередь в плане необходимо предусматривать работы, направленные на прекращение воздействия внешнего фактора на объект (если это можно), локализацию очага поражения, постановка средств, препятствующих распространению опасности по территории объекта. Для своевременного и успешного проведения спасательных работ планируется проведения целого ряда неотложных мероприятий:

Устройство при необходимости проездов в завалах и на загрязненных участках, оборудование временных путей движения транспорта (так называемых колонных путей);

Локализация аварий на сетях коммунально-энергетических систем; восстановление отдельных повседневных участков энергетических и водопроводных сетей и сооружений;

Укрепление и обрушение конструкций зданий и сооружений, препятствующих безопасному проведению спасательных работ.

В качестве спасательных сил используют обученные спасательные формирования, создаваемые заблаговременно, а так же вновь использованные подразделения из числа работников промышленного объекта (подразделений гражданской обороны объекта). Спасательные формирования могут быть подчинены руководству объекта или администрации района, города, области.

В качестве технических средств используют как объектовую технику (бульдозеры, экскаваторы со сменным оборудованием, автомобили- самосвалы, автогрейдеры, моторные и прицепные катки, пневматический инструмент и т.д.), так и спецтехнику, находящуюся в распоряжении спасательных формирований (специальные подъемно- транспортные машины, корчеватели- собиратели, ручной спасательный инструмент, бетоноломы).

Особое место в организации и ведении спасательных работ занимает поиск и освобождение из под завалов пострадавших. Их поиск начинается с уцелевших подвальных помещений, дорожных сооружений, уличных подземных переходов, у наружных оконных и лестничных проемов, околостенных пространств нижних этажей зданий; далее обследуется весь, без исключения, участок спасательных работ. Люди могут находиться в полостях завала, которые образуются в результате неполного обрушения крупных элементов и конструкций зданий.

Спасение людей, попавших в завалы, начинают с тщательного осмотра завала, при этом устраняют условия, способствовавшие обрушению отдельных конструкций. Далее пытаются установить связь с попавшим в завалы. В завалах проделывают обход сбоку или сверху с одновременным креплением неустойчивых конструкций и элементов. Подходы к людям, находящимся в завале, следует вести, возможно, быстрее, избегая трудоемких работ, и используя полости в завалах, сохранившиеся помещения, коридоры, проходы.

Значительная часть работ в очаге поражения приходится на локализацию и ликвидацию пожаров. Эти работы производят формирования пожаротушения системы гражданской обороны, штатные пожарные части промышленных объектов, пожарные части территориального подчинения во взаимодействии со спасательными формированиями.

Очень важно, как можно быстрее оценить обстановку, предугадать развитие пожаров, и на этой основе принять правильное решение по их локализации и тушению. При локализации на пути распространения огня (с учетом направления ветра) устраивают отсечные полосы: на направлении распространения пожара разбирают или обрушивают сгораемые конструкции зданий, полностью удаляют из отсеченной полосы легковозгораемые материалы и сухую растительность: для создания отсечной полосы шириной до 50- 100 метров необходима дорожная техника.

Пожарные подразделения в первую очередь тушат и локализуют пожары там, где находятся люди. Одновременно с тушением пожаров эвакуируют людей. При отыскивании и эвакуации из горящего здания людей можно пользоваться некоторыми правилами:

  • пожар в здании распространяется преимуществен по лифтовым шахтам, лестничным клеткам, по вентиляционным коробам;
  • целые оконные проемы в горящем здании свидетельствуют о том, что в этом помещении нет людей или они не в состоянии добраться до окон;
  • сильное пламя в оконных проемах свидетельствует о полном развитии пожара при большом количестве сгораемых материалов;
  • сильное “задымление без пламени”- признак быстрого распространения огня скрытыми путями и по конструкциям; если при этом дым густой и теплый, то это означает горение при недостатке кислорода.

Работам по ликвидации очагов поражения АХОВ, как правило предшествуют или проводятся одновременно мероприятия, направленные на  снижение величины выброса и растекания АХОВ на местности, уменьшения интенсивности ядовитых веществ и снижения глубины распространения зараженного воздуха. Для этого проводят работы по:

  • ограничению и приостановлению выброса АХОВ путем перекрытия кранов и задвижек на магистрали подачи АХОВ к месту аварии, заделывание отверстий на магистралях и емкостях, перекачка жидкости из аварийной емкости в резервную;
  • обваловывание мест разлива АХОВ, устройство ловушек при отсутствии обваловки или поддонов для емкостей;
  • сбор разлившейся АХОВ в закрытые резервные емкости (при наличии обваловки или поддонов);
  • постановка отсечных водяных завес на пути распространения облака зараженного воздуха (для снижения глубины его распространения);
  • изоляция зеркала разлива АХОВ пеной, поглощение ядовитых веществ адсорбентами.

После проведения этих мероприятий обеззараживают территории.

Выводы по разделу

В разделе БЖД были рассмотрены параметры микроклимата, выявлены негативные факторы производственной среды на рабочем месте,разработаны меры защиты от вредных воздействий.

Произведен расчет искусственного освещения на рабочем месте. Исходя из расчета, необходимое число ламп – 4 штуки марки ДРЛ 250. Разработаны мероприятия по повышению устойчивости функционирования в условиях чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени, подготовка и проведение спасательных работ при возникновении очага поражения.

 

РАЗДЕЛ 5
Экономическая часть

 

 

5.1 Расчет технико-экономических показателей при замене стирилизатора ИК-установкой.

В данном примере устаревшее оборудование заменяется на новое, усовершенствованное, высокопроизводительное и экологически чистое. Режим работы две смены 320 дней в году.

Таблица 5.1 Техническая характеристика проектируемого оборудования

Показатели

Проектируемое оборудование

1

2

Производительность, л/ч

25000

Установленная мощность, кВт

23,20

Затраты воды, л/ч

1,656

Срок эксплуатации, лет

8

Стоимость, руб.

1600000

5.2 Расчет заработной платы

Рабочая сила необходимая для работы на данном оборудовании остается неизменной, как и в базовом оборудовании. На его обслуживание требуется 2 человека, выполняющих функции оператора-наладчика [5, с. 111-129].

Заработная плата рабочего рассчитывается по следующей формуле:

где

;

Таблица 5.2 Исходные данные для расчета заработной платы

Профессия

Разряд

Количество рабочих часов, ч

Часовая тарифная ставка, руб/ч

Количество рабочих дней в году, дн

Количество смен, см

Оператор-наладчик

5

8

76

320

2

Заработная плата будет составлять:

Годовой фонд заработной платы с учетом премий и доплат будет равен [5, c. 56-58]:

Средняя месячная заработная плата без учета налогов для рабочих на участке определяется по формуле:

где

Ставка страхового взноса равна 34 %, начисляемая с фонда оплаты труда, и ее составляющие определяется по формуле [28, с. 29-35]:

Средняя месячная заработанная плата рабочего с учетом страхового взноса будет равна:

5.3 Расчет амортизационных отчислений

Для всех объектов основных производственных фондов был выбран линейный способ амортизации [ 5, с. 78-85].

Ежегодная сумма амортизационных отчислений:

где  

5.4 Расчет себестоимости проектируемого оборудования

Покупка ИК-пастеризатора

Монтаж установки принимается в размере 5% от стоимости машины:

Доставка модернизированной машины к месту работ рассчитывается и принимается 2% от стоимости машины:

Полная себестоимость производственного оборудования равна:

5.5 Расчет расходов на ИК-пастеризационную установку

Затраты на потребляемую электроэнергию определяется по формуле [5, с. 66-129]:

где

Цех работает 320 дней  в две смены при двенадцатичасовой смене, таким образом годовые расходы на электроэнергию составляют:

Норматив потребляемого количества производственной воды на 1 м2 составляет 1,5 м3 в сутки, стоимость 1м3 составляет 17 руб. Необходимая площадь 36 м2.Оплата за отопление определяется по формуле:

Затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт оборудования принимаются равными 5% от стоимости оборудования:

Для охлаждения молока используется 1,656 м3/ ч ледяной воды, то есть 6359,04 м3 в год. В итоге годовые расходы на воду составляют 144138 руб.

Для ультрапастеризации молока расходуется 25 000 т молока.Цена за 1 т равна 5620 руб. Расчитаем закупочную цену:

где Аг- годовая программа выпуска,т.

Сумма расходов на ИК-установку и теплообменник составляют:

Себестоимость продукции, представляющая собой общие затраты, приходящуюся на единицу продукции определяется по формуле:

где Аг- годовая программа выпуска,т.

Таким образом, себестоимость 1 л молока равна 5,644 руб.

Цена 1 т продукции определяется по формуле, учитывая что рентабельность составляет 91,6 %:

Годовая выручка от продажи запланированного объма продукции определяется по формуле [28, c. 69-83]:

Годовая прибыль равна:

Определим сумму налога на прибыль, равный 20%:

Чистая прибыль составляет:

Прибыль при использовании нового оборудования составляет в месяц 383378, то срок окупаемости равен:

 

5.6 Показатели эффективности инвестиционного проекта

Индекс рентабельности определяется как отношение дисконтированного денежного потока к дисконтированной сумме инвестиций [5, с. 239-245]:

Срок окупаемости проекта равен отношению сумме инвестиций к прибыли:

Срок окупаемости 3 года 6 месяцев.

Дисконтированный срок окупаемости находится исходя из дисконтированного денежного потока:

это составляет примено 5 месяцев.

 

Составим таблицу эффективности инвестиционного проекта.коэффициент дисконтирования находится по формуле [29, c. 93-102]:

где kd- коэффициент дисконтирования;

n-год по счету;

d=0,2- норма дисконта.

Доход от проекта рачитывается по формуле:

где А-амортизация.

Дисконтированная величина дохода находится по формуле:

Дисконтированная величина инвестиций равна:

Чистый денежный поток равен:

Дисконтированный денежнй поток равен:

Денежный поток нарастающих итогов вычисляется по формуле:

Сведем все данные в таблицу 5.4.

Таблица 5.4  Оценка эффективности инновационного проекта

Год

0

1

2

3

4

5

6

7

8

показатели

Инвестиции (И)

1600000

 

 

 

 

 

 

 

 

Выручка от реализации

 

13798451,5

13798451,5

13798451,5

13798451,5

13798451,5

13798451,5

13798451,5

13798451,5

Себестоимость

 

8740973

8740973

8740973

8740973

8740973

8740973

8740973

8740973

Прибыль

 

5520648

5520648

5520648

5520648

5520648

5520648

5520648

5520648

НП (20%)

 

1104129,6

1104129,6

1104129,6

1104129,6

1104129,6

1104129,6

1104129,6

1104129,6

ЧП

 

4600540,3

4600540,3

4600540,3

4600540,3

4600540,3

4600540,3

4600540,3

4600540,3

продолжение таблицы 5.4

Доход от проекта (ЧДПп)

 

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

Коэффициент дисконт-ия

1

0,83

0,69

0,58

0,48

0,4

0,335

0,28

0,233

Дисконт-ая величина дохода (ДДПп)

0

3984448,45

3312372,8

2784313,4

2304259,3

1920216,12

1608181

1344151,13

1118525,9

Дискнот-ая величина инвестиций (ДВИ)

1600000

 

 

 

 

 

 

 

 

Чистый денежный поток (ЧДП)

-1600000

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

4800540,3

Чистый денежный поток

нарастающим итогом

-1600000

3200540

8001080

12801620

17602160

22402700

27323240

32003780

36804320

Дисконт-ый денежный поток (ДДП)

-1600000

3984448,45

3312372,8

2784313,4

2304259,3

1920216,12

1608181

1344151,13

1118525,9

Дисконт-ый

денежный поток нарастащих итогов

-1600000

3307092,2

5520745,2

7424939,6

8449036,8

8961080

1053285,4

1161058,4

13973363,6

 

Рис. 5.2 –  Финансовый профиль проекта

1 – Чистый денежный поток; 2 – Дисконтированный денежный поток.

Выводы по разделу

В данном разделе были рассчитаны затраты на покупку нового оборудования, заработная плата рабочих.

Рассчитаны затраты на используемые материалы.

Были рассчитаны осоновные данные по эффективности внедренного оборудования, а так же произведена оценка и составлена таблица с основными значениями. Так жы построен наглядный график, показывающий движение чистого денежного потока и дисконтированного денежного потока.

Новое оборудование окупиться и начнет приносит прибыль через 3,5 года

.

 

Заключение

В молочном производстве качество готового продукта зависит от всех этапов технологического процесса, но именно во время пастеризации формируются основы его физико-химических, микробиологических и органолептических свойств, а также сроки хранения. Поэтому ИК-установка является очень важным узлом в технологическом цикле. Создание универсальной ИК-установки – это задача будущих инженеров. Универсальность заключается в возможности реализации на одной установке всего спектра технологических температурных режимов: пастеризации, охлаждения, гомогенизирования.

В данном дипломном проекте был спроектирован ИК-ультрапастеризатор молока, пластинчатый теплообменник. Проведены необходимые расчеты по оборудованию. Рассмотрены требования БЖД и меры предосторожности, предъявляемые для безопасной работы с оборудованием. Рассмотрено оборудование с экономической точки зрения, проведен необходимый расчет окупаемости нового оборудования на предприятии.

 

 

Список литературы доступен в полной версии работы

Содержание архива:

 

 

 

 

 

 

Скачать:  У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Категория: Дипломные работы / Дипломные работы по пищевому производству

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.