Технологическое оборудование традиционное и специальное технологическое оборудование предприятий пищевой промышленности

Расчет производительности и энергозатрат. Общий расход теплоты на работу обжарочного аппарата складывается из отдельных статей Q_об (кДж/с):

где: Q₁ – расход теплоты на нагрев продукта, кДж/с; Q₂ – расход теплоты на испарение влаги при обжаривании, кДж/с; Q₃ – расход теплоты на нагрев сеток, кДж/с; Q₄ – расход теплоты на нагревание доливаемого масла, кДж/с; Q₅ – расход теплоты на нагрев охлаждающей воды, кДж/с; Q₆ – потери тепла в окружающую среду путем конвекции и лучеиспускания, кДж/с.

Расход пара в обжарочном аппарате, D_П (кг/с)

_,

где: i и i_К – энтальпия пара и конденсата, Дж/кг.

Производительность обжарочного аппарата П (кг/с) может быть найдена из уравнения общего расхода теплоты:

где: К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); t_П – температура греющего пара, °C; F – площадь поверхности нагрева, м²; t₂ – средняя температура активного слоя масла, °C; c – удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг·К); t₃ и t₄ – начальная и конечная температура продукта, °C; x_Н – истинный процент ужарки; r – теплота испарения, кДж/кг; G_К – масса одной сетки, кг (G_К = 3…6 кг); c₁ – удельная теплоемкость стали, кДж/кг; t₁ – начальная температура масла, °C; G_ПР – масса продукта в одной сетке, кг; M – расход масла на обжаривание сырья, % к массе сырья; c₂ – удельная теплоемкость масла, кДж/кг; c_В – удельная теплоемкость воды, кДж/кг; B - удельный расход охлаждающей воды, кг на 1 кг сырья.

Производительность печи для запекания П_З (кг/с) определяется в виде:

,

где: z – количество рам; a – количество изделий, навешиваемых на одну раму; m – масса одного изделия, кг; τ_З – продолжительность запекания, с.

4.3.4 СВЧ-установки для обработки сырья и полуфабрикатов
СВЧ-нагрев позволяет значительно интенсифицировать технологические процессы пищевых производств, особенно комбинируя его с традиционными способами энергоподвода, такими как выпечка, обжарка, запекание, размораживание, сублимация, пастеризация, стерилизация, бланширование и др.

Эффективность СВЧ-аппарата зависит от работы генератора СВЧ-магнетрона и определения сферы его использования в технологической линии.

Для промышленной обработки сырья и полуфабрикатов разрешено использовать только отдельные участки СВЧ-диапазона волн f = 900±15 МГц и f = 2400±50 Гц.

В пищевой промышленности широко распространены пастеризация и стерилизация пищевых продуктов (пива, соков, компотов и т.п.) в таре. Для этих целей разработана специальная СВЧ-установка (рис. 4.40).

Из-за сравнительно высокой стоимости СВЧ-энергии экономически выгоднее применять предварительный подогрев обрабатываемого пищевого продукта перед пропусканием его через электромагнитную систему (ЭС). Осуществление СВЧ-пастеризации и СВЧ-стерилизации в ЭС целесообразно при температурах близких к температурам пастеризации и стерилизации соответствующих материалов.

Установка (рис. 4.40) состоит из ЭС, изготовленной на основе прямоугольного волновода сечением 0,22×0,104 м, внутри которого с помощью цепного конвейера 6 перемещается обрабатываемый продукт 1 в таре. Цепной конвейер выполнен из фторопласта, что обеспечивает малое поглощение энергии элементами конвейера. При установке элементов конвейера иной формы можно обрабатывать пищевые продукты в таре различного типа и размеров (бутылки, банки и т.п.).

Тяговая звездочка 4 цепного конвейера закреплена на выходном валу привода. В приводе 2 установлен электродвигатель постоянного тока, что позволяет изменять скорость конвейера в широких пределах и тем самым подбирать рациональный режим обработки. В качестве источника применен магнетронный генератор с выходной мощностью 25 кВт с частотой 915 МГц. Особенностью установки является то, что возбуждение электромагнитного поля в рабочем волноводе осуществляется с помощью возбудителя 3, имеющего несколько цепей связи, расположенных таким образом, что поглощение энергии пищевым продуктом происходит равномерно.

В данной установке применена гребенчатая шлюзовая система 5, каждый шлюз который выполнен из специального материала, поглощающего СВЧ-энергию. Расстояние между гребенками рассчитано в зависимости от размера тары, поэтому при движении конвейера в каждый момент времени одна из трех гребенок шлюзового устройства всегда закрыта. Это снижает излучение в окружающее пространство СВЧ-энергии до допустимого уровня. Соответствующее расположение щелей возбуждения обеспечивает равномерное поглощение электромагнитной энергии обрабатываемым продуктов, и на первые гребенки шлюзовых устройств выделяется не более 2…5% мощности генератора. Каркас установки имеет подъемные устройства, позволяющие выставлять уровень конвейера при встраивании, в технологические линии.

Рис. 4.40. СВЧ-установка

Примером модульного исполнения конвейерной установки может служить «Гигатрон-F» (рис. 4.41) предназначенный для размораживания блоков рыбы, рыбного филе, мяса от температуры -20 до -2…0°C. В этом аппарате наблюдается снижение потерь массы в воде на 3…10%. Продолжительность размораживания составляет 10…15 мин.

В зависимости от мощности магнетронов 6 такие гигатроны в режиме размораживания обеспечивают производительность 200…3000 кг/ч. При этом число модулей 3 колеблется от 2 до 6. Обрабатываемый продукт 1 загружают на ленту транспортера 9, снабженного плавно регулируемым приводом. Модули со стороны загрузки и выгрузки снабжены устройствами для предотвращения утечки СВЧ-энергии. Узел ввода энергии 2 обеспечивает питанием магнетроны в каждой модульной секции.

Рис. 4.41. Конвейерная модульная установка "Гигатрон-30F"

Понижение температуры воздушной среды осуществляется с помощью приборов охлаждения, которые являются составным элементом в холодильной установке, до -30°C и по каналу 5 поступает в рабочую камеру 7. Для санитарной обработки рабочей камеры боковые стенки 8 всех модулей выполнены откидными. Закрытое их состояние фиксируется запорами 4.

Определение производительности и энергозатрат. Удельная мощность N_У (Вт/м³), расходуемая на нагрев продукта, равна

где: ρ – плотность продукта, кг/м³; c – теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); η_Т - термический КПД процесса; ∆t – приращение температуры за интервал времени ∆τ, °C; ∆t/∆τ – темп нагрева образца, °C/с.

Продолжительность нагрева τ_Н (с) в СВЧ-аппарате кулинарных изделий при оптимальной загрузке составляет

,

где: m – масса продукта, кг; t_Н, t_К – начальная и конечная температуры продукта, °C; N – мощность СВЧ-аппарата, Вт; η – КПД аппарата; ε – коэффициент поглощения.

Продолжительность обработки колбасных изделий τ_Т (с) определяется по формуле:

,

где: A, β – коэффициенты, зависящие от вида продукта, (для докторской колбасы A = 137·10³, β = 0,79, для чайной A = 35·10³, β = 0,63); t_С – температура стерилизации, °C (t_С = 86°C).

Контрольные вопросы

Охарактеризуйте процесс выпечки тестовой заготовки в трех периодах.
Охарактеризуйте процесс обжаривания в двух периодах.
Приведите классификацию печей.
Охарактеризуйте основные виды хлебопекарных печей.
С какой целью используется оборудования для обработки поверхности мясного сырья?
Каково устройство и принцип работы печи ФТЛ-2-66?
Каково устройство и принцип работы печи Брувера-Салихова?
Как определяются производительность и энегрозатраты на работу печей?
С какой целью используется СВЧ-нагрев в пищевой технологии и каковы его преимущества?
Каково устройство и принцип работы СВЧ-установки для стерилизации и пастеризации
Каково устройство и принцип работы СВЧ-установки для размораживания пищевых продуктов?
Как определяются производительность и энегрозатраты СВЧ-установок?
С какой целью используется оборудование для обжарки в пищевой технологии?
С какой целью используется оборудования для обработки поверхности мясного сырья?
К каким выводам приводит сравнительная характеристика опалочных и ротационных печей?
Принцип работы опалочной и ротационной печей.
Из каких основных статей складывается расход теплоты в обжарочных печах?
Охарактеризуйте особенности устройства и работы шпарильного оборудования, рассмотренного в данном разделе.
На что затрачивается энергия пара в шпарителе?
Какова сравнительная характеристика аппаратов для обжаривания?

4.4. Оборудование для охлаждения и замораживания пищевых сред
Изучить самостоятельно [2, с. 894…899]:

Классификация процессов охлаждения и замораживания.
Научное обеспечение процессов охлаждения и замораживания.
Классификация оборудования.

4.4.1 Охладительные установки и охладители
Трубчатый охладитель П8-ОУВ/2 (рис. 4.42) предназначен для охлаждения молока в закрытом потоке после секции пастеризации пластинчатых теплообменников или трубчатых пастеризаторов.

Установка состоит из верхнего 1 и нижнего 2 цилиндров, смонтированных один над другим на общей раме 3. По конструкции цилиндры не отличаются от цилиндров трубчатых пастеризаторов. Разница в том, что вместо теплоносителя подается хладоноситель: в нижнем цилиндре хладоносителем служит холодная вода, а в верхнем – рассол. Молоко последовательно проходит через две трубки нижнего цилиндра, затем верхнего.

Техническая характеристика: производительность – 3000·л/ч; габаритные размеры 1,5×0,5×1,2 м; масса – 230 кг.

Рис. 4.42. Трубчатый охладитель П8-ОУВ/2

Пластинчатая охладительная установка АОЗ-У6 (рис. 4.43) предназначена для охлаждения сусла перед брожением и пива перед розливом. Установка состоит из собственно охладителя, пульта управления, регулирующего клапана 3 на рассольном трубопроводе и теплопередающих пластин 1, изготовленных из нержавеющей стали.

Часть теплообменника, охлаждаемая одним теплоносителем и состоящая из одного или нескольких пакетов, представляет собой секцию. Пластины разбиты на две секции, отделенные одна от другой специальной плитой 4. В зависимости от наличия и расположения сквозных отверстий на углах пластин в секциях создаются пакеты пластин с одним направлением потока жидкости. Пластины прижимаются к стойке 2 с помощью нажимной плиты 5 и нажимных устройств 6 на направляющих.

Горячее сусло из отстойного аппарата насосом нагнетается в первую секцию, где охлаждается холодной водой с 70 до 25°C. Из секции водяного охлаждения сусло поступает во вторую секцию, где охлаждается рассолом до 6…7°C и выводится из аппарата. Сусло движется двумя параллельными потоками между стойкой и пластинами. Охлаждающая жидкость двумя параллельными потоками движется навстречу суслу между пластинами. Если за один проход между пластинами сусло не успевает охладиться до определенной температуры, то его пропускают через следующую группу пластин этого же теплообменника.

Рис. 4.43. Пластинчато-охладительная установка АОЗ-У6

Конструкции теплообменных пластин приведены в [3]. Пластины типа П-1 используются для теплообменников производительностью до 5,0 м³/ч; типа П-2 – до 10 м³/ч; типа П-3 – для более высокой производительности.
Техническая характеристика пластинчатых охладительных установок

Показатель	АОЗ-У6	АОЗ-У10	АОЗ-У25
Производительность, л/ч	6000	10000	25000
Расход воды, м³/ч	18,0	20,0	50,0
Расход рассола, м³/ч	18,0	30,0	50,0
Габаритные размеры,м	1,9×0,7×1,2	1,95×0,7×1,2	2,0×0,8×1,53
Масса, кг	670	650	1200

Техническая характеристика пластин теплообменников

Показатель	П-1	П-2	П-3
Площадь рабочей поверхности, м²	0,145	0,198	0,43
Число волн на пластине	22	29	38
Шаг волны, мм	23	22,5	22,5
Глубина волны, мм	7	7	7
Зазор между пластинами, мм	2,8	2,8	2,8
Ширина потока, мм	270	270	270
Диаметр угловых отверстий, мм	67	67	67
Габаритные размеры, мм	800×22,5×1,2	1025×315×1,2	1170×416×1,2

Охладитель К7-ФКЕ-8 (рис. 4.44) применяется при производстве сухих животных кормов. Он представляет собой сварной корпус 1, внутри которого в подшипниках скольжения вращается вал 2 со шнеком. Корпус имеет загрузочный 3 и разгрузочный 4 бункеры. Привод шнекового вала осуществляется от электродвигателя 5, через клиноременную передачу 6, редуктор 7 и муфту 8. Размеры шнека составляют: наружный диаметр 352 мм; шаг витков – 65 мм; высота витка 26,5 мм.

Высушенное сырье элеватором подается в загрузочный бункер охладителя. Сырье захватывается шнеком и транспортируется вдоль аппарата до разгрузочного бункера, одновременно с транспортированием продукт частично перемешивается и охлаждается до 30…40°C.

Техническая характеристика: производительность по исходному сырью 500 кг/ч; частота вращения шнека – 0,05 с^-1; мощность электродвигателя - 1,5 кВт; габаритные размеры – 6515×1400×2800 мм; масса – 2493 кг.

Желатинизатор. Желатинизация это переход бульонов из состояния золя в состояние геля (застудневание). При застудневании частицы желатина, растворенные в бульоне, образуют трехмерную сетку, в которой они соединены локальными связями. Температура и скорость застудневания бульонов зависит от их концентрации. Чем ближе величина рH бульона к изоэлектрической точке желатина, тем быстрее идет застудневание.

Рис. 4.44. Охладитель К7-ФКЕ-8

Рис. 4.45. Желатинизатор

П риведенный на рис. 4.45 желатинизатор, представляет собой охлаждающий барабан 1, корпус которого выполнен из высококачественной стали с приводом 2. Наружная поверхность барабана тонко отшлифована, а внутренняя поверхность имеет черное двухслойное покрытие. Барабан желатинизатора заполняют циркулирующим рассолом через сквозной вал, приспособленный для заполнения и отвода рассола с температурой -5°C. Температура бульона не должна превышать 45°C. Только при достижении этих значений желатиновый бульон подают в приемник желатинизатора до определенного уровня 6, который зависит от концентрации бульона и прочности галлерты (пленки снимаемого студня) Барабан желатинизатора наружной поверхносью захватывает слой бульона и при вращении желатинизирует его на холодной поверхности. При длине 0,7 м диаметр барабана составляет 1,6 м. На другой стороне барабана расположен подъемный валик 4, который отделяет слой галлерты от охлаждающего барабана устройством для резания 3.

Толщину снимаемой галлерты регулируют на 2…3 мм. При увеличении толщины пленки необходимо снизить уровень бульона в приемнике и повысить темпера туру бульона до 45…50°C.

Техническая характеристика: производительность – 500 кг/ч; частота вращения барабана – 0,8 с^-1; расход рассола – 2,3 м³/ч; давление в системе – 0,05 МПа; габаритные размеры – 1,6×0,8×2,1 м.

Расчет производительности и энергозатрат. Производительность установок для охлаждения продуктов П (кг/с) рассчитывается по формуле

,

где: k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); F – площадь поверхности теплопередачи, м²; ∆t_СР – средняя разность температур между продуктом и теплоносителем, К; с – удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); t₁ и t₂ – температура продукта в начале охлаждения и в конце, К.

Коэффициент теплопередачи k определяют без учета термического сопротивления стенки.

Пропускная способность охладителя закрытого одноцилиндрового G (кг/с) определяется как

где: S – шаг витков шнека, м; n – частота вращения шнека, с^-1; ψ – коэффициент уменьшения площади свободного прохода; ξ – коэффициент объемного перемещения; R₂ – внутренний радиус рабочего цилиндра, м; R₁ – наружный радиус вытеснительного барабана, м.

Расход холода на охлаждение продуктов Q (Вт) рассчитывается как

,

где: Q₁ – количество холода, необходимое для охлаждения продукта, Вт; Q₂ - количество холода, необходимое для компенсации тепла, выделяемого в результате механического воздействия (на творог для закрытых охладителей), Вт; Q₃ - теплопотери, Вт.

Расход хладоносителя G_X (кг/с) определяют по формуле

,

где: с_Х – теплоемкость хладоносителя, Дж/(кг·К); t_X₁, t_X₂ – начальная и конечная температуры хладоносителя, К.

4.4.2. Оборудование для охлаждения и замораживания
Охлаждение продуктов может осуществляться различными способами. В частности охлаждение мяса и мясопродуктов в воздухе можно осуществить как одностадийным способом (при постоянном режиме в течении всего процесса охлаждения 36…38 часов при температуре воздуха около 0°C, относительной его влажности 87…97% и скорости его движения 0,15…0,25 м/с), так и двух- и трехстадийными способами, когда каждая стадия процесса отличается по параметрам теплоотводящей среды (на первой стадии процесса температура охлаждающего воздуха не ниже -8°C при создании скорости его движения 1,0…2,0 м/с при продолжительности процесса охлаждения 7…10 часов).

Технология замораживания мяса предусматривает два способа: двухфазный, когда замораживается предварительно охлажденное мясо, и однофазный, когда замораживается парное, неостывшее мясо. В аппаратах интенсивного замораживания температура воздуха поддерживается -30…-40°C, при скорости его движения около полутуши 2,0…3,0 м/с. Продолжительность замораживания в таких условиях составляет 16…24 часа, при усушке 1,5%.

Рис. 4.46. Схема камеры охлаждения мяса

Камеры охлаждения (рис. 4.46) с поперечным движением воздуха или с дутьем сверху вниз предназначены для охлаждения мяса и могут быть циклического (периодического) или непрерывного действия. Вместимость камер циклического действия рассчитывается не более чем на полусменную производительность цеха первичной переработки скота.

Камера охлаждения с поперечным движением воздуха (рис. 4.46, а) состоит из воздухоохладителя 1, перегородок 2, охлаждаемых полутуш мяса 3, перемещаемых с помощью подвесного пути 4 (стрелки показывают направление движения воздуха). Камера охлаждения с дутьем воздуха сверху вниз (рис. 4.46, б) включает в себя воздухооладитель 1, вентилятор 2, ложный потолок 4 и охлаждаемые туши 5, перемещаемые с помощью подвесного пути 3.

На участке подвесного пути длиной 1 м размещают 2…3 говяжьи или 3…4 свиные полутуши. Крупные туши размещают в зоне с наиболее низкой температурой и наиболее интенсивным движением воздуха.

Камеры охлаждения представляют собой теплоизолированные помещения вместимостью 15…45 т. В последнее время камеры проектируют шириной не более 6 м и длиной до 30 м.

Распределение воздуха в грузовом объеме камеры охлаждения осуществляется через нагнетательные и всасывающие каналы, безканальными (струйными) системами с подачей воздуха в пространство между потолком и каркасом подвесных путей, туннельными системами с продуванием воздуха вдоль и поперек подвесных путей камеры, через щели ложного потолка с дутьем воздуха сверху вниз; вентилированием грузового объема камеры потолочными воздухоохладителями; из сопел межпутевых воздуховодов, расположенных над полутушами (методом воздушного душирования).

Плоды и овощи также охлаждают в камерах или туннелях с интенсивным движением воздуха (рис. 4.47), состоящих из компрессорно-конденсаторного агрегата 1, потолочного воздухоохладителя с воздуховодом 2, штабелей из контейнеров для фруктов и овощей 3, затаренные плоды и овощи укладывают с таким расчетом, чтобы воздух свободно омывал их со всех сторон. В некоторых случаях для ускорения охлаждения пользуются передвижными воздухооладителями.

Техническая характеристика камеры охлаждения фруктов и овощей: вместимость – 10 т; температура воздуха в камере – 0°C; начальная температура внутри продукта – +15°C; конечная температура внутри продукта – +4°C; время охлаждения – 18 ч; производительность вентилятора – 5400 м³/ч; мощность электродвигателя – 0,75 кВт.

<предыдущая страница | следующая страница>