Устройство и принцип действия сырной ванны

В молочной отрасли сырные ванны применяются для выработки сырного зерна, используемого впоследствии при производстве сыров.

Лабораторная сырная ванна (Рис.34) представляет собой горизонтальный прямоугольный резервуар 1, корпус которого имеет внутренние и внешние стенки, образующие тепловую (пароводяную) рубашку.

Углы внутренних стенок закруглены, что исключает скопление в них частиц сырья после опорожнения резервуара и, тем самым, обеспечивает качественную мойку стенок. В низу торцевой стенки резервуара имеется разгрузочный патрубок 2. Для подачи воды и пара в рубашку используются патрубки 3, 4, расположенные в днище корпуса. Слив избытка воды из рубашки осуществляется через патрубок 5, установленный в верхней части боковой стенки корпуса.

Над каждой из боковых стенок корпуса на вертикальных стойках закреплены направляющие 6 круглого сечения, на которых установлена каретка 7 с возможностью перемещения вдоль ванны.

Каретка 7 выполнена в виде горизонтальной рамы (платформы), установленной на четырех роликах, которые, в свою очередь, размещены на направляющих 6. На платформе каретки установлен привод, состоящий из электродвигателя 8 и червячного редуктора 9. На выходном валу редуктора закреплена вертикальная лопастная мешалка 10.

Рис.34. Схема сырной ванны

1 – корпус, 2 – разгрузочный патрубок, 3 – патрубок для подачи воды в рубашку, 4 – патрубок для подачи пара в рубашку, 5 – патрубок для слива избытка воды, 6 – направляющие, 7 – каретка, 8 – электродвигатель, 9 – редуктор червячный, мешалка лопастная.

При выработке сырного зерна в молоко, подогретое до необходимой температуры, вносят бактериальную закваску, химикалии и раствор фермента. При этом молоко тщательно перемешивают. Далее сквашивание молока происходит при отключенной мешалке. Образовавшийся сгусток (калье) разрезают на кубики. С этой целью используют ножевые или проволочные рамы (лиры). После дробления сгустка производят удаление сыворотки через спускной кран. Образовавшееся зерно вторично нагревают, подсушивают и вместе с оставшейся сывороткой перекачивают в формовочные устройства для дальнейшего прессования.

Методика проведения работы

1. Наполнить ванну холодной водой до уровня, заданного преподавателем, и определить ее количество и начальную температуру.

2. Измерить высоту уровня воды и внутренние размеры ванны, определить поверхность теплообмена.

3. Зафиксировать начальные показания счетчика горячей воды.

4. Подать горячую воду в тепловую рубашку, определить ее температуру и одновременно начать отсчет времени нагревания холодной воды.

5. Замер температуры нагреваемой воды производить через каждые десять минут.

6. По достижении заданной преподавателем конечной температуры нагретой воды прекратить подачу горячей воды в рубашку, зафиксировать время отключения теплоносителя и конечные показания водосчетчика.

7. Полностью опорожнить ванну.

8. Вновь наполнить ванну холодной водой до заданного уровня и произвести аналогичные действия при включенной мешалке.

Все результаты измерений и расчетов занести в протоколы № 1,2,3

Протокол № 1 измерений и расчетов

Технические параметры сырной ванны
Внешние габариты ванны, мм
длина
ширина
высота
Внутренние размеры ванны, мм
длина
ширина
высота
Объем ванны, м^3
Диаметр проходного отверстия разгрузочного крана, мм
Технические параметры мешалки
Длина хода каретки, м
Частота вращения мешалки, с^-1
Редуктор (тип, марка)
Электродвигатель
тип
мощность, кВт
частота вращения, с^-1

Протокол № 2 измерений и расчетов

Количество нагреваемой воды G,кг	Температура горячей воды tГ,^0С	Поверхность теплообмена, F, м^2

 

 

Протокол № 3 измерений и расчетов

Температура нагреваемой воды, ^0С
начальная	через 10 мин.	через 20 мин.	через 30 мин.	через 40 мин. (конечная)
при отключенной мешалке
при включенной мешалке

 

 

Обработка полученных данных

Расход тепла, затраченного на нагрев воды равен:

Q = Gc (t_K - t_H),

где Q - расход тепла, Дж;

G - количество нагреваемой воды, кг;

c - теплоемкость воды, Дж/кг⁰С;

t_H – начальная температура нагреваемой воды, ⁰С;

t_K - конечная температура нагреваемой воды, ⁰С

∆ t

Средняя разность температур равна:

∆ t_CP - средняя разность температур, ⁰С;

∆ t_Б - большая разность температур, ⁰С;

∆ t_M - меньшая разность температур, ⁰С.

Б о льшая разность температур равна:

∆ t_Б=t_Г-t_H,

где t_Г - температура горячей воды, ⁰С;

Меньшая разность температур равна:

∆ t_М=t_Г-t_К,

 

Зная поверхность теплообмена, можно определить коэффициент теплопередачи:

где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К);

F - поверхность теплообмена, м²;

τ- длительность нагрева, с.

В заключение работы необходимо построить графики изменения температуры при отключенной и включенной мешалке.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение сырных ванн

2. Конструктивное отличие сырных ванн от других технологических емкостей

3. Особенности привода мешалок сырных ванн

4. Что является теплоносителем в сырной ванне?

5. Основы теплового расчета сырных ванн.

Лабораторная работа № 11 Изучение работы лопастной мешалки сырной ванны

Цель работы:

- изучить устройство и принцип действия лопастной мешалки

- определить геометрические и кинематические параметры лопастной мешалки;

- составить кинематическую схему лабораторного гомогенизатора;

- расчетным и экспериментальным путем определить
технологические параметры работы мешалки.

Приборы и инструменты: манометр, секундомер, термометр,

амперметр, вольтметр, штангенциркуль, линейка (рулетка), мерная емкость

Рекомендуемая литература: 1, 5, 9

Общие сведения

В сырных ваннах мешалки используются для перемешивания ингредиентов (закваски, фермента и др.), вносимых в сквашиваемое молоко, с целью их равномерного распределения по всему объему.83

В сырных ваннах (котлах), в зависимости от их геометрической формы и объема, установлены 1- 2 мешалки, которые, как правило, совершают планетарное движение.

В прямоугольных ваннах мешалки размещены на каретках и, поэтому, кроме планетарного, совершают прямолинейное (вдоль ванны) движение. Мешалки по форме рабочих органов различны – пропеллерные, лопастные, лирообразные и др.

Методика проведения работы

1. Измерить внутренние размеры ванны и определить площадь днища ванны.

2. Измерить диаметр окружности вращения лопасти мешалки d, м и ширину лопасти b, м

3. С помощью тахометра (или секундомера) и ваттметра определить частоту вращения мешалки и мощность на холостом ходу.

4. Определить максимальную длину хода каретки.

5. Определить поверхность, обрабатываемую мешалкой.

6. Наполнить ванну водой до уровня, заданного преподавателем.

7. Измерить высоту уровня воды.

8. Определить частоту вращения мешалки и мощность в слое жидкости.

9. Вручную плавно и равномерно переместить каретку из одного крайнего положения в другое, при этом секундомером зафиксировать длительность перемещения.

Все результаты измерений и расчетов занести в протоколы №1, 2.

 

Протокол № 1 измерений и расчетов

Геометрические параметры сырной ванны
Площадь днища ванны F,м^2
Диаметр окружности вращения лопасти мешалки d, м
Ширина лопасти b, м
Высота уровня жидкости, м
Длина хода каретки S, м
Поверхность, обрабатываемая мешалкой Fм, м^2

 

 

Протокол № 2 измерений и расчетов

Параметры работы мешалки	на холостом ходу	в слое жидкости
Частота вращения, с^-1
Мощность, Вт
Длительность перемещения каретки, с	-

Обработка полученных данных

Окружную скорость мешалки в крайней точке определяют по следующей формуле:

ϑ = 2π rn,

где ϑ - окружная скорость мешалки, м/с;

r - расстояние от оси вращения до крайней точки, м;

n - частота вращения мешалки, с¹

Эффективность работы мешалки, установленной на передвижной каретке, оценивается показателем перемешивания, который равен:

где m - число мешалок;

F_м - поверхность, обрабатываемая мешалкой, м²;

F - площадь днища ванны, м²

 

Поверхность, обрабатываемую мешалкой, можно определить по следующей формуле:

где d - диаметр окружности вращения лопасти мешалки, м;

S - длина хода каретки, м

Исходя из положений гидродинамики процесс перемешивания можно рассматривать как внешнее обтекание тел потоком жидкости. Поэтому энергия вращающейся мешалки затрачивается на преодоление сил трения лопастей о жидкость и на образование завихрений. Процесс перемешивания при установившемся режиме описывается общим критериальным уравнением, которое учитывает параметры движения жидкости и в упрощенном виде имеет следующий вид:

Eu_м = f (Re_м)

Применяя теорию подобия можно становить зависимость критерия Эйлера Eu_М от режима процесса перемешивания.

Значение критерия Эйлера Eu_М рассчитывают по формуле

где N_м - мощность на валу мешалки, Вт;

р- плотность жидкости, кг/м³;

Критерий Рейнольдса равен

где – динамический коэффициент вязкости жидкости, Па с.

На основании полученных значений Eu_М и Re_M необходимо построить график зависимости

Eu_м = f (Re_м)^m.

Эту зависимость можно представить в виде следующей степенной функции

Eu_м = АRe_м ^m,

где А и m – постоянные, вычисляемые по построенному графику.

После логарифмирования зависимости Eu_м = f (Re_м) получают уравнения прямой линии

gEu_M = lgA + mlgRe_M

Значение m определяется как тангенс угла наклона

полученной прямой

Величина угла а будет отрицательной, угол расположен во второй четверти.

Постоянную А можно определить как отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, либо из следующего уравнения:

lgA = lgEu_M-mlgRe_M

Следует сделать не менее трех таких определений и получить из них среднее значение коэффициентов.

 

Одной из важных характеристик работы мешалок является расход энергии.

Мощность на валу мешалки равна:

N_m=N ₁ η_дв η_пер,

где N₁ - мощность, определяемая по приборам, Вт;

η_дв - КПД электродвигателя (0,8);

η_пер - КПД передачи (0,85).

Мощность N₁ определяемая по приборам (ваттметру) можно определить по следующей формуле исходя из показаний амперметра и вольтметра

,

где I – сила тока, А; U – напряжение, В

Вопросы для самопроверки

1. Назначение процесса перемешивания при выработке сырного зерна

2. Разновидности рабочих органов мешалок.

3. Смысл критерия Эйлера.

4. Факторы, влияющие на расход энергии при перемешивании.

Список рекомендуемой литературы

1. Бредихин С.А.Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности: учебное пособие / С. А. Бредихин. - М.: КолосС, 2010. - 408 с. - 473.40, р.

2. Барановский Н.В. И др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973. - 288 с.

3. Волчков И.И. Сепараторы для молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1975. - 223 с.

4. Волчков М.И. Теплообменные аппараты для молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1972. - 216 с

5. Каталог технологического оборудования предприятий молочной промышленности, 1987

6. Липатов Н.Н. Руководство к лабораторным работам и практическим занятиям по курсу оборудование предприятий молочной промышленности. М.:, Пищевая промышленность, 1978. - 287 с.

7. Липатов Н.Н. Сепарирование в молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1991. - 400 с

8. Мухин А.А. и др. Гомогенизаторы для молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1976. - 65 с

9. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. Технологическое оборудование предприятий молочной пром-ти. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. - 431 с

10. Липатов Н.Н., Новиков О.П. Саморазгружающиеся сепараторы. М.:Машиностроение, 1975. - 248 с

 

 

Надежда Павловна Салаткова