Курсовой проект
Пластинчатая пастеризационно-охлаждительная установка для молока производительностью 10000 л/ч
Введение
В целях значительного увеличения производства продуктов питания намечены меры по увеличению объемов переработки молока, улучшению ассортимента и повышению качества молочных продуктов. Осуществление этих мер связано с реализацией задач агропромышленного комплекса и техническим перевооружением отраслей пищевой промышленности, в том числе молочной.
При техническом перевооружении молочной промышленности предусматривается использование высокопроизводительного технологического оборудования, изготовление комплектов машин, аппаратов и поточных технологических линий, обеспечивающих повышение производительности труда, освоение нового технологического оборудования и автоматизированных линий для розлива молока и оборудования для упаковки молочных продуктов.
Одной из основных задач, поставленных Продовольственной программой, является завершение в период до 1990 года перевооружения молочной промышленности на новой технической основе, обеспечивающей повышение технического уровня, качество и надежность используемых машин и аппаратов.
В настоящее время машины и аппараты периодического действия все больше вытесняются оборудованием непрерывного действия, что позволяет увеличить объем производства и значительно повысить эффективность использования техники.
Научно-технический прогресс в молочной промышленности способствует внедрению новых способов обработки и переработки молока на основе применения прогрессивного, наиболее высокопроизводительного оборудования. При использовании такого оборудования очень важно максимально сохранить первоначальные свойства молока и его составных частей. Поэтому обязательным условием рационального технического оснащения предприятия является соблюдение технологических требований к вырабатываемому продукту.
Современная технология базируется на большом опыте развития техники переработки молока. Возрастают роль и значение мировой науки, в которую советские ученые внесли существенный вклад.
Машины и аппараты для выработки молочных продуктов, а также для проведения операций, предшествующих обработке или переработке и подготовке продуктов к реализации, должны отвечать следующим условиям:
· высокая производительность и технологически оптимальное воздействие на обрабатываемый продукт;
· минимальные затраты на единицу продукта, вырабатываемого на технологических линиях с включением соответствующих машин и аппаратов;
· герметизация процесса;
· автоматизированный контроль и регулирование рабочих процессов;
· безразборная мойка и использование стандартных моющих средств.
Технологическое оборудование разнообразно. В основу его классификации можно положить различные признаки: структуру рабочего цикла, степень механизации и автоматизации, принцип сочетания элементов машины в производственном потоке, функциональный признак.
Функциональный признак положен в основу классификации технологического оборудования в программе курса «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» и структуры настоящего учебника. Оборудование подразделяют на оборудование хранения и транспортировки, для механической и тепловой обработки молока, выработки молочных продуктов, подготовки продуктов к реализации и общезаводского назначения.
Оборудование хранения и транспортировки включает транспортные цистерны и емкости хранения молока, емкости технологического и межоперационного назначения и трубопроводы, насосы и пневматические транспортные системы. Как правило, в этом оборудовании не должно происходить каких-либо изменений в структуре продукта. Исключение составляют лишь емкости технологического назначения, в которых такие изменения задаются.
К оборудованию для механической, тепловой обработки молока относят фильтры, фильтр-прессы и мембранные фильтрационные аппараты, гомогенизаторы и гомогенизаторы-пластификаторы, сепараторы и центрифуги, а также установки для термовакуумной обработки, нагреватели и охладители. В этом оборудовании достигается определенный технологический эффект. Однако составные части остаются неизменными, т. е. при концентрации отдельных составных частей после смешивания можно получить первоначальный продукт.
К оборудованию для выработки молочных продуктов относят пастеризационные и стерилизационно-охладительные установки, фризеры и морозильные аппараты, маслоизготовители и систему машин для изготовления сыра, для сгущения и сушки молочных продуктов; к оборудованию для подготовки продуктов к реализации - машины для фасовки и упаковки молочных продуктов, оборудование для подготовки тары к наполнению (бутылкомоечные машины и др.), приборы для учета количества и оценки качества продуктов в технологических линиях.
1. Описание технологического процесса
 |
Приёмка молока и другого сырья осуществляется по массе и качеству, установленному лабораторией предприятия. Качество молока оценивается в соответствии с ГОСТ 52054 на молоко коровье-сырье.
Сразу же после приёмки молоко подогревают до температуры (35 40)С и очищают на центробежных молокоочистителях или другом оборудовании без подогрева. Для очистки сырого молока рекомендуется также использовать бактериофугу со специально встроенным герметичным сепаратором для удаления бактерий из молока. После этого молоко напрявляют на переработку или охлаждают до температуры С и хранят в резервуарах промежуточного хранения. Хранение молока, охлажденного до температуры 4 С, до переработки не должно превышать 12 ч, охлажденного до температуры 6 С – 6 ч.
Нормализация молочного сырья осуществляется с целью стандартизации состава готового продукта по массовой доле жира и/или сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО). Нормализация молока по массовой доле жира может осуществляться двумя способами: периодический способ и непрерывный способ.
После нормализации молоко подогревают до температуры (40 5) С и очищают на сеператорах-молокоочистителях. Подогрев идёт в секции рекуперации пластинчатого пастеризатора. Затем молоко вновь подогревается до температуры (60 65) С и подается на гомогенизатор, где и гомогенизируется при давлении (10 15) Мпа. Гомогенизации рекомендуется подвергать, в том числе маложирные и классические виды молока для улучшения вкуса.
После гомогенизации молоко поступает на пастеризацию в пластинчатую установку и пастеризуется при температуре (76 С с выдержкой 20 сек. При производстве топленого молака пастеризация проводится при температурах (9599) С. Затем проводится топление молока.
После пастеризации или топления молоко охлаждают до температуры С. Охлаждение идёт на пластично пастеризационно-охлаждительной установке. После этого молоко направляют в резервуар для промежуточного хранения или непосредственнона розлив. Допускается хранить пастеризованное охлажденное молоко до розлива в течение не более 6 ч. И при этой температуре молоко может храниться от 36 ч до 10 суток.
2. Описание работы установки
Вмолочной промышленности для пастеризации и стерилизации молока и молочных продуктов применяют пастеризационные и стерилизационные установки, а также стерилизаторы.
Пастеризационные установки бывают пластинчатого и трубчатого типов. Пастеризационные установки пластинчатого типа, или пастеризационно-охладительные, предназначены для пастеризации и охлаждения в потоке питьевого молока, молока при выработке кисломолочных продуктов, сливок и смеси мороженого, пастеризационные установки трубчатого типа - для пастеризации в потоке молока и сливок.
Пастеризационно-охладительные установки для питьевого молока различают по производительности. Выпускают пастеризационно-охладительные установки производительностью 3000, 5000, 10000, 15 000 и 25 000 л/ч.
Пастеризационно-охладительные установки производительностью 3000 и 5000 л/ч имеют ряд узлов и деталей одинаковой конструкции. В этих аппаратах размещение секций по отношению к главной стойке одностороннее. В первом аппарате использованы теплопередающие пластины ленточно-поточные П-2, а во втором – сетчато-поточные АГ-2. В пастеризационно-охладительных установках производительностью 10 000, 15 000 и 25 000 л/ч применены пластинчатые аппараты с двусторонним расположением секций по отношению к главной стойке. В первых двух аппаратах использованы ленточно-поточные пластины П-2, в третьем – сетчато-поточные ПР - 0,5М.
Наиболее распространенной является пастеризационно-охладительная установка производительностью 10 000 л/ч.
Из молокохранильного отделения молоко подается в уравнительный бак 1 , который имеет поплавковый регулятор уровня 2. При работе установки постоянный уровень в уравнительном баке поддерживается регулятором, что способствует стабильной работе центробежного насоса и предотвращает перелив молока из бака. Далее молоко центробежным насосом 3 нагнетается в первую секцию рекуперации I пластинчатого аппарата 5. Между центробежным насосом и пластинчатым аппаратом установлен ротаметрический регулятор 4, который обеспечивает постоянство производительности установки. В первой секции рекуперации молоко нагревается до температуры (40 – 45)°С и поступает в сепаратор-молокоочиститель 6, где происходит его очистка. Установка может иметь один сепаратор-молокоочиститель с центробежной выгрузкой осадка или два сепаратора-молокоочистителя без центробежной выгрузки, работающих поочередно. После очистки молоко, нагреваясь до температуры (65 – 70)°С во второй секции рекуперации II , по внутреннему каналу переходит в секцию пастеризации III , где нагревается до температуры пастеризации (76 – 80)°С. После секции пастеризации молоко выдерживается в выдерживателе 7 и возвращается в аппарат, где предварительно охлаждается в секциях рекуперации I и II и окончательно до конечной температуры – в секциях водяного охлаждения IV и рассольного охлаждения V .
На выходе из аппарата установлен возвратный клапан 15. Он регулирует направление потока пастеризованного охлажденного молока к фасовочным автоматам или в уравнительный бак для повгорной пастеризации при нарушении режима пастеризации.
Горячая вода для нагревания молока подается в секцию пастеризации насосом 16. Из этой секции охлажденная вода, после того как она отдаст тепло молоку, возвращается в бачок-аккумулятор 17. Вода нагревается до температуры (78 – 82)°С паром в пароконтактном нагревателе 21.
В пароконтактный нагреватель подается пар регулирующими клапанами подачи 18 и 19.
На выходе пастеризованного молока из секции пастеризации установлен датчик температуры 8, который связан с автоматической системой регулирования температуры пастеризации посредством клапана 19 и возврата молока на повторную пастеризацию посредством клапана 15. Датчик температуры 12 предназначен для контроля температуры охлажденного пастеризованного молока.
Установка снабжена показывающими манометрами для контроля давления молока после сепаратора-молокоочистителя 9, для контроля давления холодной воды 10, для контроля давления рассола 13, для контроля давления греющего пара 20, 22 и 23.
3. Расчёт
Исходные данные для расчета :
Производительность……………………………G 1 = 2,77кг/с (10000 кг/ч)
Начальная температура молока………………………………...t 1 = 4 °С
Температура пастеризации………………….…………………..t 3 = 75 °С
Конечная температура молока…………………………….……..t 6 .= 4° С
Коэффициент рекуперации тепла………………………………..ɛ = 0,76
Начальная температура горячей воды………………….……..t ’ г = 79 °С
Кратность горячей воды……………………………………..…..n г = 4
Начальная температура холодной воды……………….………..t ’ в = 8 °С
Кратность холодной воды…………………………………….....n в = 3
Начальная температура ледяной воды…………………………..t ’ л = +1 °С
Кратность ледяной воды………………………………………...n л = 4
Температура молока после секции водяного охлаждения……..t 5 = 10°С
Общее допустимое гидравлическое сопротивление……….. Δ P = 500 кПа (5 кгс/см 2)
Средняя удельная теплоемкость молока………………….c M = 3880 Дж /(кг.°С)
Плотность молока…………………………………………..ρ M . = 1033 кг/м 3
Удельная теплоемкость холодной и горячей воды……… с в = с г = с л = 4186 Дж/(кг.°С)
Аппарат намечено изготовлять на базе пластин типа П-2 с горизонтальными гофрами ленточно-поточного вида
Основные данные пластины:
рабочая поверхность F 1 = 0,21 м 2
рабочая ширина b = 0,315 м
приведенная высота L n = 0,800 м
площадь поперечного сечения одного канала f 1 = 0,00075 м 2
эквивалентный диаметр потока d ϶ = 0,006 м
толщина пластины δ = 0,00125 м
коэффициент теплопроводности материала пластины λ CT = 16 Вт/(м.°С)
Для пластины данного типа действительны уравнения теплоотдачи и потерь энергии:
Еu= 760 Rе -0,25 ; ξ= 11,2 Re -0,25
Решение
1. Определение начальных и конечных температур, вычисление температурных напоров и параметров S:
а. Секция рекуперации тепла:
Температура сырого молока в конце секции рекуперации тепла (при входе в секцию пастеризации) :
t 2 = t 1 + (t 3 - t 1) ɛ = 4 + (75 – 4) 0,76 = 57,96°С ≈ 58°С
Температура пастеризованного молока после секции рекуперации (при входе в секцию охлаждения водой) :
t 4 = t 1 + (t 3 – t 2) = 4 + (75 – 58) = 21°С
Средний температурный напор в секции рекуперации при характерной для нее постоянной разности температур:
= t 3 – t 2 = 75 – 58 = 17°С
Тогда симплекс:
S рек
= 
°С
б. Секция пастеризации:
Температура горячей воды при выходе из секции пастеризации молока из условий баланса тепла:
t ’’ г = t ’ г – (t 3 – t 2) = 79 – (75 – 58) = 75,06°С
Δ t б = t ’’ г – t 2 = 75,06 – 58 = 17,06°С
Δ t м = t ’ г – t 3 = 79 – 75 = 4°С
определим по формуле:
S n
= 
в. Секция охлажденияводой:
Температура холодной воды, выходящей из водяной секции:
t ’’ в = t ’ в + (t 4 – t 5) = 8 + (21 – 10) = 11,4°С
Средний температурный напор при:
Δ t б = t 4 – t ’’ в = 21 – 11,4 = 9,6°С
Δ t м = t 5 – t ’ в = 10 – 8 = 2°С
найдем из уравнения:
Тогда симплекс:
S n
= 
г. Секция охлаждения ледяной водой:
Температура ледяной воды на выходе из аппарата:
t ’’ л = t ’ л + (t 5 – t 6) = 1 + (10 – 4) = 2,4°С
Средний температурный напор для секции охлаждения ледяной водой при:
Δ t б = t 5 – t ’’ л = 10 – 2,4 = 7,6°С
Δ t М = t 6 – t ’ л = 4 – 1 = 3°С
определим по формуле:
Тогда симплекс:
S л
= 
2. Отношение рабочих поверхностей и допустимые гидравлические сопротивления по секциям:
Выбираем ориентировочно следующие значения коэффициентов теплопередачи по секциям (в Вт/(м 2 .°С) :
· секция рекуперации k рек = 2900
· секция пастеризации k п = 2900
· секция водяного охлаждения k в = 2320
· секция охлаждения ледяной водой k л = 2100
Отношение рабочих поверхностей секции составляет
Принимая меньшее из этих отношений за единицу, можем написать
F рек:F п: F в: F л = 1,92:1,15: 1,71: 1
Принимая распределение допустимых гидравлических сопротивлений соответствующим распределению рабочих поверхностей и допуская небольшое округление, получим Δ P рек: Δ P п: Δ P в: Δ P л = 1,92:1,15: 1,71: 1
Так как общее допустимое гидравлическое сопротивление согласно заданию Δ P =5.10 5 Па, то, можем написать:
Δ P рек + Δ P п + Δ P в + Δ P л = 5.10 5 Па
Так как отношение сопротивлений уже известно, то в соответствии с ним распределим сопротивления по секциям следующим образом:
Δ P рек = 166 000 Па
Δ P п = 99 500 Па
Δ P в = 148 000 Па
Δ P л = 86 500 Па
3. Определение максимально допустимых скоростей продукта в межпластинных 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.
Предварительно задаемся вспомогательными величинами: ожидаемый коэффициент теплоотдачи молока ориентировочно - α м = 5000 Вт/(м 2 .°С).
Средняя температура стенки:
в секции рекуперации
в секции пастеризации
в секции водяного охлаждения
Коэффициент общего гидравлического сопротивления:
в секции рекуперации ξ р = 1,6
в секции пастеризации ξ п = 1,4
в секции водяного охлаждения ξ в = 1,95
в секции охлаждения ледяной водой ξ л = 2,2
Используя эти данные, определим максимально допустимые скорости движения молока:
а) в секции рекуперации
б) в секции пастеризации
в) в секции водяного охлаждения
г) в секции охлаждения ледяной водой
Полученные значения скорости для секций почти совпадают между собой. Наличие значительной разницы свидетельствовало бы об ошибке в вычислении или неправильном распределении допустимых гидравлических сопротивлений.
Объемная производительность аппарата:
Определяем число каналов в пакете, приняв ω м = 0,57 м/с:
Так как число каналов в пакете не может быть дробным, округляем до т = 6
Уточняем в связи с этим величину скорости потока молока:
Скорость холодной воды принимаем равной скорости молока:
ω в = ω м = 0,59 м/с
Скорость циркулирующей горячей воды и ледяной воды принимаем:
ω г = ω л = 2ω м = 1,18 м/с
4. Средняя температура, число Рг, вязкость и теплопроводность продукта и рабочих жидкостей:
Число Рг, кинематическую вязкость v и теплопроводность продукта и рабочих жидкостей определяем при средних температурах жидкостей, пользуясь справочными данными.
а. Секция рекуперации тепла:
Средняя температура сырого молока (сторона нагревания) :
Для молока при этой температуре
Pr = 9,6 ; λ м = 0,524 Вт/(м.°С)
ν = 1,27.10 -6 м 2 /с
Средняя температура пастеризованного молока (сторона охлаждения) :
Pr = 5,7 ; λ м = 0,575 Вт/(м.°С)
ν = 0,87.10 -6 м 2 /с
б. Секция пастеризации:
Средняя температура горячей воды (сторона охлаждения) :
Pr = 2,30 ; λ м = 0,671 Вт/(м.°С)
ν = 0,38.10 -6 м 2 /с
Средняя температура молока (сторона нагревания)
Этой температуре молока соответствуют
Pr = 4,0 ; λ м = 0,611 Вт/(м.°С)
ν = 0,63.10 -6 м 2 /с
Средняя температура холодной воды (сторона нагревания)
Pr = 9,7 ; λ м = 0,572 Вт/(м.°С)
ν = 1,32.10 -6 м 2 /с
Этой температуре молока соответствуют
Pr = 17,4 ; λ м = 0,476 Вт/(м.°С)
ν = 2,07.10 -6 м 2 /с
Средняя температура ледяной воды (сторона нагревания)
Этой температуре воды соответствуют
Pr = 12,9 ; λ м = 0,557 Вт/(м.°С)
ν = 1,8.10 -6 м 2 /с
Средняя температура молока (сторона охлаждения)
Этой температуре молока соответствуют
Pr = 24,0 ; λ м = 0,455 Вт/(м.°С)
ν = 2,6.10 -6 м 2 /с
5. Вычисление числа Рейнольдса:
Число Рейнольдса вычисляем по вязкости при средних температурах жидкостей в каждой секции
а. Секция рекуперации тепла:
Для холодного молока:
Для горячего молока;
б. Секция пастеризации:
Для молока:
Для горячей воды:
в. Секция охлаждения молока водой:
Для молока:
Для воды:
г. Секция охлаждения молока ледяной водой:
Для молока:
Для ледяной воды:
6. Определение коэффициента теплопередачи:
Для определения коэффициентов теплоотдачи α 1 и α 2 пользуемся формла для пластин типа П-2:
Nu= 0,1 Rе 0,7 Рг 0,43 (Рг / Рг ст) 0,25
или 
Отношение (Рг/Рг С т) 0,25 может быть принято в среднем для всех секций:
по стороне нагревания 1,05
по стороне охлаждения 0,95
а. Секция рекуперации тепла:
Для стороны нагревания сырого молока:
Для стороны охлаждения пастеризованного молока:
Коэффициент теплопередачи с учетом термического сопротивления стенки толщиной 1,25 мм:
б. Секция пастеризации:
Для стороны нагревания молока:
Для стороны охлаждения горячей воды:
Коэффициент теплопередачи:
С учетом постепенного отложения пригара уменьшаем эту величину при расчете до k п = 2800 Вт/(м 2 .°С), чтобы обеспечить устойчивую работу пастеризатора.
в. Секция охлаждения молока водой:
Для стороны нагревания воды:
Коэффициент теплопередачи:
г. Секция охлаждения молока ледяной водой:
Для стороны нагревания воды:
Для стороны охлаждения молока:
Коэффициент теплопередачи:
7. Расчет рабочих поверхностей секции числа пластин и числа пакетов:
а. Секция рекуперации тепла:
Рабочая поверхность секции:
Число пластин в секции:
Число пакетов X определяем, зная число каналов в пакетах m = 8получено выше):
Принимаем Х рек = 6 пакетов
Рабочая поверхность секции равна:
Число пластин в секции:
Число пакетов в секции на стороне молока:
Принимаем X п = 3 пакета.
в. Секция охлаждения молока водой:
Рабочая поверхность секции:
Число пластин в секции:
Число пакетов в секции:
Если число пакетов в результате расчета оказывается дробным, то следует решить вопрос или об увеличении числа пакетов до ближайшего большего числа, или об уменьшении числа каналов в пакетах данной секции.
При уменьшении числа каналов скорость потока увеличится, что следует учесть при определении потребного напора. На теплопередаче уменьшение числа каналов скажется незначительно в сторону увеличения и его можно не учитывать.
В нашем случае сохраним компоновку пакетов и округлим полученное значение до Х в = 5 пакета.
Небольшой запас рабочей поверхности, полученный вследствие округления числа пакетов до ближайшего большего числа, компенсирует снижение среднего температурного напора при смешанном потоке.
г. Секция охлаждения молока ледяной водой:
Рабочая поверхность секции:
Число пластин в секции:
Число пакетов будет равно:
Принимаем Х л = 2 пакета.
Зная для всех секций значения X и т, принимаем следующую компоновку секций аппарата:
cекция рекуперации 
секция пастеризации
секция охлаждения водой 
секция охлаждения ледяной водой
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:
ξ= 11,2 Re -0,25
а. Секция рекуперации тепла: (X = 6)
Для потока холодного нагреваемого молока при = 2551:
Гидравлическое сопротивление секции рекуперации на стороне холодного молока:
Для потока горячего охлаждаемого молока при = 3724
Гидравлическое сопротивление секции рекуперации на стороне горячего молока:
б. Секция пастеризации молока: (X = 3)
Для потока пастеризуемого молока при Rе п = 5143 находим:
Сопротивление секции
в. Секция охлаждения молока водой: (X = 5)
Для потока охлаждаемого молока при Rе в = 1565 получим:
Сопротивление секции составит:
г. Секция охлаждения молока ледяной водой: (X = 2)
Для потока молока при Rе л = 1246 получим:
Сопротивление секции будет разно:
Общее гидравлическое сопротивление аппарата по линии движения моло-. ка составит:
Расчет показывает, что распределение сопротивлений по секциям несколько отличается от полученного предварительно в первом приближении, однако общее сопротивление близко к исходному допустимому гидравлическому сопротивлению 0,5 МПа.
4. Техника безопасности
Пастеризатор-охладитель устанавливают на полу цеха молочного завода без фундамента строго по уровню, используя регулирующие устройства ножек аппарата. После осмотра всех элементов аппарата, убедившись в их исправности и чистоте, а также в правильном расположении теплообменных пластин в соответствии с их нумерацией, его собирают.
Пластины и промежуточные плиты вручную передвигают по тягам на рабочие места. Для уменьшения усилий во время сдвига пластин и плит необходимо рабочие поверхности тяг и резьб зажимных устройств слегка смазывать. Окончательно прижимают теплообменные пластины и плиты винтовым зажимом с помощью специального ключа.
Необходимую для герметичности степень сжатия тепловых секций определяют стрелкой, нанесенной на верхней и нижней распорках, которая должна совпадать с центром вертикальной распорки обеих тяг. При этом, учитывая наличие двухвинтового зажима, необходимо производить равномерную затяжку каждым винтовым устройством во избежание перекоса.
Перед пуском установки в работу ее обязательно чистят, моют и стерилизуют горячей водой, а при безразборной мойке - моющими средствами с помощью специальных для этих целей установок. Безразборная мойка, при которой моющие растворы циркулируют в замкнутой системе с отключенным молокоочистителем, допустима лишь в том случае, если отсутствуют детали, изготовленные из бронзы и алюминия.
Для прекращения работы установки выключают подачу молока и вместо него подают воду. После вытеснения молока из аппарата выключают пар, горячую воду и рассол, выключают молокоочистители, обесточивают щит управления и выпускают весь рассол. После этого всю установку подвергают санитарной обработке. Во время чистки и мойки нельзя пользоваться металлическими щетками и другими абразивными материалами.
При высокотемпературной пастеризации необходимо аппарат снабжать защитным кожухом.
В нерабочее время нельзя оставлять рассол в аппарате; он должен быть полностью слит, а секции промыты, иначе срок службы пластин сократится из-за их коррозии.
Стойки и другие чугунные части следует чаще протирать тканью, покрытой небольшим слоем консистентной смазки, что придает аппарату хороший внешний вид и защищает окрашенные части.
В процессе эксплуатации изнашиваются резиновые прокладки на пластинах пастеризатора. Износ прокладок компенсируется последовательным увеличением степени поджатая пластин. Максимальное поджатие за риску на тягах допускается на величину 0,2 мм , умноженную на число пластин. Если даже при этом наблюдается утечка, то следует сменить прокладки в местах течи.
Все электродвигатели, пусковая аппаратура и щит управления должны быть заземлены. Необходимо тщательно следить за исправным состоянием заземляющих устройств.
Компанией ПРОЕКТ-П разработана (АСУ ТП) пластинчатой пастеризационно-охладительной установки для молочных продуктов на базе оборудования ОВЕН и Weintek.
Качество выпускаемой молочной продукции на молочных заводах во многом определяется качеством пастеризации продукта. В свою очередь, качество пастеризации зависит как от точного теплового расчета и сборки пастеризационной установки, так и от системы автоматического управления процессом пастеризации. В пищевой промышленности существует множество различных пастеризационных установок: трубчатые, пластинчатые, ультразвуковые и т.п. Наиболее распространенной является установка на пластинчатом теплообменнике, такая установка легко управляется и имеет хорошие энергетические показатели. Энергетическая эффективность пластинчатых пастеризационных установок обеспечивается за счет секций регенерации, где продукт, поступающий на установку предварительно нагревается за счет охлаждения уже пастеризованного продукта.
В большинстве случаев, пластинчатые пастеризационные установки имеют секцию подогрева/охлаждения продукта на выходе из установки, где производится либо подогрев, либо охлаждение продукта в зависимости от технологического процесса. Поэтому в общем случае говорят о пластинчатых пастеризационно-охладительных установках (далее по тексту ППОУ).
Существует множество разновидностей ППОУ, классификацию отличий которых можно выделить в следующие группы:
1. Оборудование подключаемое к пастеризационной установке (деаэратор , сепаратор , гомогенизатор).
2. Наличие выдерживателя (60сек, 300сек).
3. Количество секций регенерации.
4. Наличие секции подогрева или секции охлаждения на выходе из установки.
На рисунке "Технологическая схема" (см.ниже) приведена схема объединяющая все разновидности ППОУ.
Большинство производителей пищевого оборудования (в частности производители ППОУ) ориентируются на зарубежного производителя электроники и программного обеспечения при проектировании АСУ ТП (например: Siemens, OMRON, Mitsubishi Electric и мн.др.), это в свою очередь приводит к высокой стоимости ППОУ. Применение оборудования ОВЕН, позволяет значительно снизить стоимость ППОУ (порядка нескольких сотен тысяч рублей). АСУ ТП ППОУ построенное на оборудовании ОВЕН и Weintek практически не уступает по функционалу и качеству автоматического управления и регулирования АСУ ТП построенных на электронике таких мировых лидеров как Siemens и OMRON. Основным элементом АСУ ТП ППОУ является пульт управления на базе программируемого логического контроллера, к которому подключаются исполнительные механизмы и датчики.
Основное оборудование пульта управления АСУ ТП ППОУ:
— 1 программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК160;
— 1 модуль дискретного ввода ОВЕН МВ110-224.16ДН;
— 1 модуль дискретного ввода ОВЕН МВ110-224.32ДН;
— 1 модуль универсального аналогового ввода ОВЕН МВ110-224.8А;
— 1 модуль дискретного вывода ОВЕН МУ110-224.32Р;
— 1 частотный преобразователь ОВЕН ПЧВ;
— 2 блока питания ОВЕН БП60-Д4;
— 1 панель оператора Weintek MT8070iE;
— электропневмопреобразователи и пневмораспределители SMS;
— электрокомплектующие (автоматические выключатели, электромагнитные пускатели, электромагнитные реле) ABB.
Описание технологического процесса:
Технологически пастеризация молочных продуктов состоит из 5 процессов: процесс стерилизации, процесс пастеризации, процесс мойки щелочью, процесс мойки кислотой, процесс ополаскивания.
ПРОЦЕСС СТРЕРИЛИЗАЦИИ
Процесс стерилизации — это процесс термической дезинфекции установки. Запускается перед процессом пастеризации продукта.
При запуске процесса стерилизации включаются насосы контуров горячей воды секций пастеризации и подогрева, а также насос продукта. Открывается клапан подачи воды в приемный бак. По достижению верхнего уровня воды в приемном баке клапан воды отключается. Открываются клапана пара секций пастеризации и подогрева. В зависимости от температуры воды на выходе из секции пастеризации и секции подогрева, происходит регулирование степени открытия регулирующих клапанов пара. Последовательно, в полуавтоматическом режиме, подключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор. Как только температура воды в установке достигнет значения уставки температуры стерилизации начинается отсчет времени стерилизации. По окончанию отсчета времени стерилизации перекрывается подача пара, звучит звуковая сигнализация. В полуавтоматическом режиме отключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор, установка останавливается (отключаются насосы, клапана переходят в исходное состояние) процесс стерилизации окончен.
Во время стерилизации установка периодически переключается между контурами возврата и циркуляции.
Контур возврата: приемный бак — клапан возврата — приемный бак. Контур циркуляции: приемный бак — клапан возврата — клапан выдерживателя — клапан циркуляции — приемный бак.
ПРОЦЕСС ПАСТЕРИЗАЦИИ
Процесс пастеризации состоит из 4 подпроцессов: разогрев установки до температуры пастеризации, выталкивание воды, розлив, выталкивание продукта.
Разогрев установки:
При запуске процесса пастеризации включаются насосы контуров горячей воды секций пастеризации и подогрева, а также насос продукта. Открывается клапан возврата. В зависимости от технологического процесса подключается выдерживатель. Открывается клапан подачи воды в приемный бак. По достижению верхнего уровня воды в приемном баке клапан воды отключается. Открываются клапана пара секций пастеризации и подогрева. В зависимости от температуры воды на выходе из секции пастеризации и секции подогрева, происходит регулирование степени открытия регулирующих клапанов пара. Последовательно, в полуавтоматическом режиме, подключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор. Как только температура воды достигнет уставки температуры пастеризации звучит звуковой сигнал, информирующий оператора о том, что установка разогрета и можно начитать подпроцесс выталкивания воды. Нагрев воды (продукта) продолжается в течение всего процесса пастеризации.
Выталкивание воды:
Подпроцесс выталкивания воды заключается в вытеснении продуктом воды из установки в канализацию. При запуске выталкивания воды открывается клапан циркуляции. Клапан розлива переключается на слив. Идет слив воды в канализацию. В зависимости от технологического процесса идет либо подогрев, либо охлаждение продукта на выходе установки. При охлаждении перекрывается клапан пара секции подогрева, открывается клапан сброса отепленной воды, последовательно с интервалом в несколько секунд открываются клапана выхода и входа ледяной воды соответственно Как только опустошится приемный бак открывается клапан подачи продукта в приемный бак и включается таймер выталкивания воды. Уровень продукта в приемном баке автоматически поддерживается в течение всего времени пастеризации продукта. Из приемного бака продукт продуктовым насосом подается в секцию регенерации 1, где происходит предварительный нагрев продукта до температуры 40-60С. Далее продукт поступает в деаэратор, после процесса деаэрации продукт поступает в сепаратор, где очищается и поступает в секцию регенерации 2 и нагревается до температуры 50-70С. Из секции регенерации 2 продукт поступает на гомогенизатор, после гомогенизации продукт поступает в секцию регенерации 3, а затем в секцию пастеризации, где окончательно нагревается до заданной температуры пастеризации. Выйдя из секции пастеризации, пройдя переключающий автоматический клапан возврата и выдерживатель (60-300сек), продукт идет в секции регенерации 3, 2, 1 соответственно. Далее в зависимости от технологии производства, происходит либо нагрев, либо охлаждение продукта в секции нагрева/охлаждения.
Нагрев и охлаждение продукта производится за счет теплообмена в пяти секциях: в секциях регенерации 1, 2 и 3 теплообмен происходит между исходным холодным продуктом и горячим пастеризованным. В секциях пастеризации и подогрева/охлаждения теплообмен ведется между продуктом и водой. По окончанию отсчета времени выталкивания воды клапан розлива переключается на розлив — автоматически запускается подпроцесс розлива продукта.
Розлив:
Во время подпроцесса розлива продукта ведется контроль линии розлива по датчику давления продукта на выходе из установки. При повышении давления продукта на выходе из установки свыше 2 кг/см2 установка останавливается, формируется авария линии розлива. Также ведется контроль температуры пастеризации продукта. При падении температуры пастеризации продукта ниже чем на 2’C от уставки установка автоматически переключается на возврат — недопастеризаванный продукт проходит повторную пастеризацию Как только температура пастеризации продукта достигнет уставки температуры пастеризации, установка автоматически переключается обратно на розлив продукта. При падении уровня продукта в приемном баке ниже заданного минимального уровня, установка автоматически переключается на циркуляцию. Звучит звуковой сигнал информирующий оператора о том, что закончился продукт. В этом случае оператор имеется два варианта действий: первый — подключить к установке другой резервуар с продуктом и повторно запустить розлив, второй — запустить процесс выталкивания продукта.
Выталкивание продукта:
Подпроцесс выталкивания продукта заключается в вытеснении водой продукта из установки, а также из линии розлива. При запуске выталкивания продукта открывается клапан циркуляции, клапан розлива находиться в положении розлив. Как только опустошиться приемный бак открывается клапан воды в приемный бак и включается таймер выталкивания продукта. По окончанию отсчета времени выталкивания продукта установка переключается на циркуляцию, перекрывается подача пара, звучит звуковая сигнализация. В полуавтоматическом режиме отключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор, установка останавливается, процесс пастеризации окончен.
ПРОЦЕССЫ МОЙКИ ЩЕЛОЧЬЮ И КИСЛОТОЙ
Процессы мойки щелочью и кислотой запускается после процесса пастеризации. Необходимы для полного удаления остатков молочных продуктов из установки.
При запуске процесса мойки щелочью(кислотой) включаются насосы контуров горячей воды секций пастеризации и подогрева, а также насос продукта. Открывается клапан подачи воды в приемный бак. По достижению верхнего уровня воды в приемном баке клапан воды отключается. Открывается клапан подачи щелочи (кислоты), запускается таймер дозирования. В течение времени дозирования периодически включается и выключается дозирующий насос щелочи (кислоты). Это необходимо для равномерного распределения моющих растворов по установке. По окончанию дозирования моющих растворов открываются клапана пара секций пастеризации и подогрева. В зависимости от температуры воды на выходе из секции пастеризации и секции подогрева, происходит регулирование степени открытия регулирующих клапанов пара. Последовательно, в полуавтоматическом режиме, подключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор. Открывается клапан мойки приемного бака. Как только температура воды в установке достигает значения уставки температуры мойки щелочью (кислотой) начинается отсчет времени мойки. По окончанию отсчета времени мойки перекрывается подача пара, звучит звуковая сигнализация. В полуавтоматическом режиме отключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор, установка останавливается, процесс мойки окончен.
Во время мойки установка периодически переключается между контурами возврата и циркуляции.
ПРОЦЕСС ОПОЛАСКИВАНИЯ
Процесс ополаскивания следует за процессом мойки и необходим для полного удаления моющих растворов из пастеризационной установки. При запуске процесса ополаскивания включаются насосы контуров горячей воды секций пастеризации и подогрева, а также насос продукта. Запускается таймер процесса ополаскивания. Открываются клапана возврата и циркуляции. Клапан розлива переключается на слив. После опорожнения приемного бака открывается клапан подачи воды в приемный бак. В течение процесса ополаскивания автоматически поддерживается уровень воды в приемном баке. При теплом ополаскивании открываются клапана пара секций пастеризации и подогрева и в зависимости от температуры воды на выходе из секции пастеризации и секции подогрева, происходит регулирование степени открытия регулирующих клапанов пара. Последовательно, в полуавтоматическом режиме, подключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор. По окончанию отсчета времени ополаскивания при теплом ополаскивании перекрывается подача пара, звучит звуковая сигнализация. В полуавтоматическом режиме отключаются: деаэратор, сепаратор, гомогенизатор, установка останавливается, процесс ополаскивания окончен.
Во время ополаскивания установка периодически переключается на слив, циркуляцию и возврат.
Дополнительная информация по АСУ ТП ППОУ:
Контроль давления воздуха.
Автоматика пастеризационной установки контролирует давление воздуха на входе в пульт управления по реле давления системы воздухоподготовки. При падении давления воздуха ниже допустимого значения (4-5кг/см2) формируется аварийное сообщение, установка останавливается.
Контроль питающей сети.
АСУ ТП по сигналу с реле контроля напряжения и фаз ведет контроль трех фазной сети переменного тока. При отсутствии сигнала установка останавливается, формируется авария питающей сети.
Контроль перегрева.
В ППОУ реализован контроль перегрева в секциях пастеризации и подогрева. При превышении температуры теплоносителя уставки максимальной температуры теплоносителя отключается подача пара в соответствующую секцию прекращается, до тех пор, пока температура теплоносителя не опустится ниже уставки максимальной температуры теплоносителя. Формируется предупреждение о перегреве в соответствующей секции.
Контроль теплообмена.
При пастеризации продукта ведется контроль разности температур теплоносителя и продукта в секциях пастеризации и подогрева/охлаждения. Если модуль разности температуры продукта и температуры теплоносителя становиться выше уставки максимальной разности температуры теплообмена, формируется предупреждение о низком теплообмене в соответствующей секции. Нарушение теплообмена связано с накипанием продукта на стенки пластин теплообменника.
Контроль утечки воды в системе.
Во время работы установки на воде на замкнутом контуре (стерилизация, пастеризация — разогрев установки, мойка щелочью, мойка кислотой) ведется контроль уровня воды в приемном баке. При понижении уровня воды ниже датчика нижнего уровня установка останавливается, инициируется авария утечки воды в системе.
Положение линии моющих расстворов.
Линия подачи моющих расстворов имеет два положения: положение "пастеризация" (стерилизация, пастеризация, ополаскивание) и положение "мойка" (мойка щелочью, мойка кислотой). При запуске каждого процесса проверяется положение линии моющих растворов, если линия положения не соответствует запускаемому процессу, процесс не будет запущен и будет сформировано аварийное сообщение.
Контроль работы оборудования.
Работа деаэратора, сепаратора, гомогенизатора, насосов и пневмоклапанов контролируется по обратным связям. Если при работе ППОУ пропадает обратная связь от обрудования, то инициируется авария соответствующего оборудования и ППОУ останавливается.
Подпитка контуров пастеризации и подогрева/охлаждения.
Контуры горячей воды секций пастеризации и подогрева/охлаждения автоматически подпитываются водопроводной водой при понижении давления воды в контурах. Если давление в контуре горячей воды не достигает уставки (2кг/см2) в течении определенного времени, то формируется авария подпитки соответствующего контура.
Ручное управление.
Управление исполнительными механизмами ППОУ осуществляется как в автоматическом, так и в ручном режимах посредством панели MT8070iE, причем переключение между автоматическим и ручным режимами возможно и во время работы установки.
Подключение деаэратора, сепаратора, гомогенизатора.
В зависимости от технологии обработки продукта возможно подключение любой комбинации следующего оборудования: деаэратора, сепаратора, гомогенизатора. Запуск установки осуществляется без деаэратора, сепаратора, гомогенизатора, затем данное оборудование последовательно подключается к установке. Деаэратор, сепаратор и гомогенизатор имеют свои пульты управления, с которых на пульт управления ППОУ поступают сигналы о работе оборудования. По сигналам обратных связей осуществляется переключение клапанов подачи продукта (вход, выход, байпас) на соответствующее оборудование.
Управление температурой продукта.
Управление температурой пастеризации и температурой продукта на выходе осуществляется посредством регулирования подачи пара или ледяной воды в секции пастеризации и подогрева/охлаждения. Программируемый контроллер ПЛК160 непрерывно опрашивает датчики температуры продукта; информация о температуре поступает на ПИД-регуляторы, которые выдают управляющий сигналы (4-20мА, 0-10В) на регулирующие клапаны пара.
Управление насосом продукта.
Управление производительностью насоса продукта осуществляется посредством изменения частоты вращения двигателя насоса продукта через частотный преобразователь. Информация с расходомера продукта обрабатывается ПИД регулятором ПЛК, который выдает управляющий сигнал на частотный преобразователь (4-20мА, 0-10В).
Световая и звуковая индикация.
Для световой и звуковой индикации в АСУ ТП ППОУ применяется трехцветная сигнальная башня. При запущенном процессе горит зеленый индикатор. При возникновении предупреждений горит оранжевый индикатор. При авариях горит крассный индикатор. По завершению процессов, а также при возникновении предупреждений и аварий звучит звуковая сигнализация.
Визуализация.
Визуализация информации, а также управление установкой осуществляется посредством панели оператора Weintek MT8070iE. На панели задаются уставки температур и времени процессов, время дозирования моющих расстворов, время одной дозы и паузы, производительность насоса продукта, настройки ПИД-регуляторов, таймеров и мн.др. Также на панели MT8070iE отображаются технологическа схема ППОУ, журнал событий, графики давлений и температур процесса, предупреждения и аварии, информационные сообщения о работе ППОУ.
Регистрация технологических параметров.
Регистрация технологических параметров осуществляется панелью оператора Weintek MT8070iE на USB-флэш-накопитель в файлы формата *.cvs (Microsoft Excel). На USB-флэш-накопитель записываются журнал событий (дискретные технологические параметры) и графики давлений и температур (аналоговые технологические параметры).
Подключение к SCADA системе.
В АСУ ТП ППОУ реализована возможность удаленного управления технологическим процессом посредством SCADA системы MasterSCADA. Подключение удаленного компьютера к ПЛК160 осуществляется через интерфейс связи Ethernet, протокол связи Modbus-TCP.
Стоимость АСУ ТП пастеризационно-охладительной установки .
Рис. 5. 14. Технологическая схема ОПУ-3М
1 – теплообменный аппарат; 2 – насос для горячей воды; 3 – бойлер;
4 – инжектор; 5 – трубчатый выдерживатель; 6 – щит управления;
7 – клапан автоматического возврата недопастеризованного молока;
8 – танк; 9 – насос для молока; 10 – промежуточный бак;
11 – стабилизатор потока; 12 – насос; 13 – секция пастеризации;
14 – секция регенерации; 15 – секция водяного охлаждения;
16 – секция рассольного охлаждения; 17 – молокоочиститель
Охладительно – пастеризационная установка ОПУ – 3У предназначена для центробежной очистки, тонкослойной пастеризации молока в закрытом потоке и последующего его охлождения.
В каждую установку входят: пластинчатый пастеризатор-охладитель, уравнительный бак с поплавком, насосы для молока, регулятор равномерности потока, сепараторы - молокоочистители, автоматический клапан для отвода недопастерезованного молока, бойлер для нагрева воды, паровой инжектор, насос для горячейводы, пульт управления с выдерживателем и трубопроводы пара и рассола с регуляторами давления и расхода.
Секции установки отличаются различной компоновкой пластин, их типом и расположением. В установке имеется пять секции: пастеризации, регенерации (I и II ступени), охлаждения водой и охлаждения рассолом. Работа пластинчатой автоматизированной пастеризационно -охладительной установки осуществляется так. Сырое молоко из танка подается насосом в промежуточный бак. Уровень молока в баке поддерживается поплавковым устройством. Из бака молоко насосом 12 направляется через стабилизатор 11 потока в секцию регенерации пластинчатого аппарата, где подогревается пастеризованным молоком. Затем молоко идет в попеременно работающие молокоочистители 17. Очищенное молоко под напором подается в секцию пастеризации пластинчатого аппарата, в которой нагревается горячей водой до температуры 76 ± 2 0 С и далее направляется в трубчатый выдерживатель 5 , а затем в секцию 14 регенерации. При температуре пастеризации ниже заданной молоко автоматическим клапаном возвращается в бак 10 для повторной тепловой обработки. При заданной температуре пастеризации молоко из выдерживателя 5 последовательно проходит секции 15 и 16 водяного и рассольного охлаждения пластинчатого аппарата, охлаждаясь до 4 ± 2°С. Вода для секции пастеризации подогревается в инжекторе 4 и подается водяным насосом 2.
Производительность, л/ч 3000
Температура, 0 С:
Пастеризации 76 ± 2
Охлажденного молока 4 ± 2
Расход пара, кг/ч 72
Расход охлаждающей 9000
Рабочее давление 1,5
пара, МПА
Установленная мощность
электродвигателей, кВт 16,5
Габаритные размеры, мм:
Длина 2015
Ширина 700
Назначение
Пастеризация и охлаждение молока, соков, соковых напитков, вин, виноматериалов, пива, кваса, а также других жидких пищевых продуктов.
Исполнения:
- Автоматизированные пастеризаторы для выработки молока питьевого назначения.
- Автоматизированные многофункциональные пастеризаторы для выработки молока питьевого назначения и одновременной подготовки молока к процессам сквашивания и топления.
- Полуавтоматические пастеризаторы с ручным управлением.
Дополнительная опция: исполнение пастеризатора с функцией санитарной обработки линий подачи и выдачи продукта.
Характеристики
|
Параметры |
|||
|
Производительность, л/час * |
|||
|
Режим пастеризации, °С |
79 - 120 (задается с пульта управления) |
||
|
Температура продукта на входе, °С |
|||
|
Температура продукта на выходе, °С |
4 - 6 |
||
|
Время выдержки, сек. ** |
20– 25 (для питьевого молока) 300 (молоко для кисломолочной продукции) |
||
|
Теплоноситель: Первичный |
Пар |
||
|
Хладоноситель |
Ледяная вода (+ 1 - + 3 °С), растворы гликолей, рассолы |
||
|
Диаметры входных и выходных |
Ду 35 |
Ду 50 |
Ду 50 |
* Производительность пастеризационно-охладительных установк может быть задана Заказчиком произвольно в интервале до 25 000 л/ч
** Время выдержки при температуре пастеризации может быть задано Заказчиком произвольное.
Реализация в одной установке различных температурных режимов обработки продукта продукта и возможность подключения внешнего оборудования (сепаратор, гомогенизатор) обеспечивает универсальность пастеризатора.
Принцип работы:
- Исходный продукт поступает в приемный бак, в котором благодаря специальному устройству производится его заполнение до определенного уровня. Из приемного бака продукт насосом подается в секцию (секции) регенерации многосекционного пластинчатого аппарата для предварительного нагрева и далее направляется в секцию пастеризации, где нагревается до заданной температуры. Далее, нагретый продукт поступает в выдерживатель, из которого направляется последовательно в секции регенерации и охлаждения. По желанию закзчика, секции рекуперации могут иметь выходы на сепаратор и гомогенизатор.
- Нагрев продукта до требуемой температуры в секции пастеризации осуществляется горячей водой, которая циркулирует в замкнутом контуре парового нагрева.
- Охлаждение молока до необходимой температуры осуществляется в два этапа по принципу противотока: вначале - в секции(ях) регенерации исходным холодным продуктом и затем, в секции охлаждения - хладоносителем (ледяной водой, или др.)
- В многофункционально пастеризаторе имеется дополнительный контур подготовки горячей воды и дополнительные секции пластинчатого теплообменника для обеспечения различных температур продукта на выходах, например, для горячего розлива, или для выпуска теплого пастеризованного молока с целью его дальнейшего сквашивания и получения кисломолочной продукции.
Процесс обработки продукта в пастеризаторе полностью автоматизирован. Система управления процессом построена на базе программируемых контроллеров фирмы «Omron» (Япония). Точность поддержания температурного режима пастеризации обеспечивается реализацией ПИД-закона автоматического регулирования температуры при управлении клапаном подачи пара.
Разрешение на первичную выдачу продукта дается оператором. Далее, система управления следит за температурным режимом пастеризации, и в случае его нарушения, установка переходит в состояние циркуляции по внутреннему контуру до восстановления заданного режима.
Использование сенсорной панели оператора позволяет выполнять разнообразную визуализацию процесса в цифровом и графическом видах с выдачей сообщений на действия оператора и аварийные ситуации (функции SKADA-системы). В отдельном окне задаются параметры технологического процесса пастеризации. В пастеризаторе реализована функция архивирования значений параметров процесса на удобном для заказчика виде носителя информации, что позволяет реализовать документирование всего технологического процесса.
Высокая степень автоматизации с использованием портов USB и Ethernet позволяет, по желанию заказчика, обеспечить возможность подключения пастеризатора к системе верхнего уровня и АСУ ТП предприятия.
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЕ ПАСТЕРИЗАТОРЫ С РУЧНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.
Все пастеризаторы серии ОКЛ аналогичны по своему конструктивному исполнению.
В пастеризаторах с ручным управлением включение насосов, нагрева контуров горячей воды и продукта, а также режимов «циркуляция», «пастеризация», «слив» осуществляется переключателями. Температурный режим задается и контролируется по ПИД-закону регуляторами температуры фирмы «Omron», которые управляют клапанами подачи пара в контурах подготовки горячей воды.
Разрешение на первичную выдачу продукта также дается оператором, а далее система управления следит за температурным режимом пастеризации, и в случае его нарушения, установка переходит в состояние циркуляции по внутреннему контуру до восстановления заданного режима.
Визуализация состояния установки выполняется световыми индикаторами, а температурные режимы индицируются на регуляторах температуры. Для архивации температурных режимов используется бумажный или электронный регистратор. Задание температурных режимов выполняет оператор на регуляторах температуры и на регистраторе на котором виден и график температур.
В пастеризаторе также контролируется уровень продукта в приемном баке и давление в магистралях движения продукта и в контурах горячей воды.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ (для всех исполнений пастеризаторов):- Пластинчатый теплообменный аппарат имеет несколько секций (для базового исполнения – 3 секции: регенерации, пастеризации и охлаждения) и состоит из станины с зажимными устройствами, набора теплообменных пластин с уплотнениями, разделительной и нажимных плит. В пластинчатом аппарате применяются теплообменные пластины, штампованные из нержавеющей листовой стали. С обеих сторон каждой пластины имеются каналы, по которым, с одной стороны движется продукт, а с другой - теплоноситель или хладоноситель. Герметичность в собранном аппарате создается резиновыми уплотнительными прокладками (NBR, EPDM), вставленными в специальные пазы пластин.
- Выдерживатель представляет собой систему трубопроводов, обеспечивающую определенное время выдержки продукта при температуре пастеризации.
- Бак приемный представляет собой емкость цилиндрической формы с регулятором уровня, который обеспечивает постоянный уровень продукта.
- Блок подготовки горячей выполнен с использованием паяного теплообменника, расширительного бака и группы безопасности.
- Для подачи горячей воды в контур пастеризации используется центробежный насос в нержавеющем исполнении фирмы «Grundfos» (Германия).
Основные преимущества теплообменных аппаратов на базе пластин API Schmidt-Bretten (Германия):
- Эффективный теплообмен за счет специального гофрированного профиля проточной части пластины, который образует трёхмерные турбулентные потоки. При этом минимизируется вероятность отложения загрязнений на поверхности пластин.
- Двойное уплотнение теплопередающих пластин в зоне входа и выхода сред , что препятствует смещению сред.
- Наличие специального канта утечки в зоне уплотнения. В случае разгерметизации одного из уплотнений, среда будет вытекать наружу, не смешиваясь с другой.
- Кроме функции разделения сред, уплотнения центрируют пакет пластин. Уплотнения фиксируются в пластинах специальными клипсами только в одном направлении, что значительно облегчает технологию сборки.
Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки предназначены для очистки от механических загрязнений, пастеризации с заданной выдержкой и охлаждения молока. Они применяются на животноводческих фермах, на мини-заводах сельскохозяйственных предприятий и на крупных перерабатывающих комбинатах. Для пастеризации молока в условиях ферм широкое распространение получила установка Б6-ОП2-Ф-1, не требующая при работе пара от котельной. Ее технические данные, а также краткие характеристики других пластинчатых установок приведены в табл. 3.11.
Установка Б6-ОП2-Ф-1 (рис. 3.34) состоит из пластинчатого теплообменного аппарата 4, центробежного молокоочистителя 6, трубчатого выдерживателя 11, молокоприемного бака 8, молочного насоса 7, насоса горячей воды 1, электроводонагревателя 2, водо- и молокопроводов, перепускного клапана 10, пульта управления 9.
Пластинчатый теплообменный аппарат имеет пять секций: I — пастеризации; II и III — регенерации; IV — охлаждения артезианской водой; V — охлаждения ледяной водой. Секции разделены между собой разделительными плитами, имеющими штуцеры для подвода и отвода соответствующей жидкости.
Рабочий процесс установки полностью автоматизирован. Молоко из уравнительного бака 8 подается насосом 7 в секцию регенерации первой ступени III, в которой подогревается теплотой встречного потока молока до температуры 37-40 °С. Из секции III подогретое молоко поступает в сепаратор-очиститель 6. Очищенное молоко направляется на дальнейший подогрев до температуры 55-65°С в секцию регенерации второй ступени II, а затем в секцию пастеризации I, где нагревается циркулирующей водой до температуры 76-95°С (в зависимости от заданного режима) и через перепускной клапан 10 подается в выдерживатель 11, где находится в течение 20 или 300 с.
Из вьдерживателя молоко последовательно поступает в секции II и III регенерации, отдает теплоту встречному потоку молока, далее в секции IV и V, где охлаждается холодной, затем ледяной водой до температуры 2-8 °С и направляется в резервуар-термос. До заданной температуры пастеризации молоко нагревается в секции I горячей водой, перекачиваемой насосом 1 по замкнутому контуру: электроводонагреватель 2 — насос 1 — секция I теплообменника — электроводонагреватель.
Выдерживатель с электроводонагревателем обеспечивает нагрев воды для пастеризации молока и выдержку при температуре пастеризации в течение заданного времени.
Змеевик выдерживателя выполнен из нержавеющей стали. Верхняя его секция служит для выдержки при температуре пастеризации молока от здорового стада в течение 20 с. При необходимости обработки молока от больных животных (бруцеллез, ящур и др.) верхнюю и нижнюю секции соединяют перемычкой последовательно, и молоко проходит выдержку 300 с.
На выдерживателе установлен корпус электроводонагревателя, в котором размещены нагревательные элементы (ТЭНы). Вода в подогреватель поступает из уравнительного бачка с поплавковым регулятором уровня. В центре корпуса от верха его расположена сливная труба, а в нижней части концентрично ей приварены отводящая труба с фланцем, от которого идет подвод к водяному насосу.
I-V — секции пластинчатого теплообменника; 1 — насос горячей воды; 2 — электрово-донагреватель; 3 — трубопровод возврата горячей воды; 4 — пластинчатый теплообменник;
5 - молокопровод; 6 - молоко-очиститель; 7 - молочный насос; 8 - молокоприемный бак; 9 - пульт управления; 10 - перепускной клапан; 11 - выдерживатель
Рисунок 3.34 - Схема пастеризационно-охладительной установки Б6-ОП2-Ф-1
Подогрев воды осуществляется тремя группами ТЭНов: пусковыми, основными и регулировочными. Пусковые ТЭНы включаются электронным мостом. Первичный сигнал об изменении температуры молока подается от термопреобразователя, установленного на пути горячего молока из секции пастеризации.
Для контроля за температурой охлажденного молока на выходе из секции охлаждения ледяной водой установлен манометрический термометр. Заданная температура пастеризации молока поддерживается автоматически с помощью перепускного электрогидравлического клапана 10, который служит для переключения потока молока на повторный подогрев в случае снижения температуры пастеризации.
Рисунок 3.35 - Схема движения потоков молока, горячей, холодной и ледяной воды
При расчете пастеризационных установок (рис. 3.35) следует принимать следующие параметры:
Заданный температурный режим пастеризации и охлаждения молока;
Температура сырого молока на входе в секцию регенерации 1-й ступени может быть в пределах от 10 до 35 °С;
Сепаратор-молокоочиститель установки обеспечивает качественную очистку молока, выходящего из секции регенерации 1-й ступени при температурах 37-45°С;
Температуру горячей воды на входе в секцию пастеризации устанавливают на 2-18°С выше температуры пастеризации молока с учетом точки кипения;
Молоко охлаждают до температуры 4-10°С с учетом времени года и местных условий;
При расчете установки в зависимости от режима пастеризации, охлаждения молока и климатических условий температура охлаждающих жидкостей может быть: артезианской воды — 4-10°С; водопроводной воды — 5-16°С; ледяной воды — 1-4°С; рассола — 0-5°С.