Курс лекций по ТОО молоко.3-4 курсы ИТФ
.pdf
скорости потока. Поэтому в некоторых системах нормализации для контроля жирности сливок применяются расходомеры. Это самый быстрый метод, а также и точный, поскольку температура и жирность цельного молока перед сепарированием сохраняются без изменений. Если эти параметры изменятся, то массовая доля жира в сливках не будет отвечать заданному уровню.
Для постоянного отслеживания жирности сливок можно использовать различные приборы. Сигнал, выходящий из прибора, изменяет скорость потока сливок таким образом, чтобы произвести корректирование массовой доли жира в сливках. Этот метод точен и чувствителен к изменениям температуры и жирности молока. Однако его недостаток заключается в запаздывании, т.е. проходит немало времени, пока система отреагирует на какое-либо нарушение и восстановит правильное содержание жира.
На рис. 13 показаны два датчика, измеряющих расход нормализованных сливок и обезжиренного молока. Система контроля (4) просчитывает расход цельного молока, поступающего в сепаратор. Датчик плотности (1) измеряет плотность сливок и преобразовывает эту характеристику в показатель жирности. Совместив показатели жирности и скорости потока, система контроля приводит в действие регулирующий клапан (3) для получения необходимой массовой доли жира сливок.
Каскадный контроль
Система каскадного контроля, сочетающая точное измерение содержания жира и быстрое измерение расхода, дает большие преимущества (см. рис. 14). При возникновении возмущения, вызванного, например, периодическими выгрузками осадка самоочищающихся центрифуг, изменением температуры сливок или содержания жира в поступающем молоке, график показывает:
•Система контроля содержания жира срабатывает довольно быстро, но после восстановления стабильности массовой доли жира сливок отличается от заданного уровня
•Система измерения плотности реагирует с задержкой, но содержание жира возвращается к заданному уровню
221
•При совмещении двух систем в каскадный контроль достигается быстрое возвращение к заданным характеристикам.
Таким образом, система каскадного контроля гарантирует меньшие потери продукта и более точный результат. Компьютер отслеживает жирность сливок, скорость потока сливок и положение регулировочного клапана, стоящего на выходном патрубке сливок.
Датчик плотности (п. 1 на рис. 13) постоянно измеряет плотность сливок (масса на единицу объема – например, кг/м3), которая обратно пропорциональна массовой доли жира, так как плотность молочного жира меньше плотности плазмы молока. Датчик плотности непрерывно посылает показания
плотности в форме электрического сигнала в компьютер. Мощность сигнала пропорциональна плотности сливок. Увеличение плотности означает, что содержание жира в сливках уменьшилось, мощность сигнала возрастет.
Каждое изменение плотности модифицирует сигнал, идущий от датчика к компьютеру. На этот сигнал компьютер отреагирует изменением выходного сигнала, идущего на регулирующий клапан. Величина изменения выходного сигнала будет соответствовать отклонению измеренного значения плотности от заданного. В результате положение регулировочного клапана изменится, что скорректирует плотность массовой доли жира и приведет ее к установленному значению.
Расходомер (п. 2 на рис. 13), установленный в цепи управления, постоянно измеряет расход сливок и посылает сигнал в микрокомпьютер. Датчики в цепи управления (рис. 13) проводят непрерывные измерения расхода и жирности сливок и посылают сигналы в микрокомпьютер.
Каскадный контроль применяется для выполнения необходимых корректировок в связи с изменениями жирности поступающего цельного молока.
Каскадный контроль работает путем сравнения:
•Потока, проходящего через расходомер (этот показатель прямо пропорционален жирности сливок)
•Плотности, измеряемой датчиком плотности (этот показатель обратно пропорционален жирности сливок).
Микрокомпьютер, установленный в блоке управления (4), имея эти данные, рассчитывает истинную жирность цельного молока и посылает команду управляющим клапанам на выполнение необходимых корректировок. Жирность нормализованного молока находится под непрерывным контролем.
222
Рис.15. Датчик плотности
Рис.14. Разница в быстроте реагирования различных систем контроля
Контроль жирности посредством измерения плотности
Измерение жирности сливок основано на жесткой взаимосвязи между жирностью и плотностью. Содержание жира изменяется в обратно пропорциональной зависимости от плотности, потому что сливки легче, чем плазма молока.
В этой связи важно иметь в виду, что на плотность сливок также влияют температура и содержание газа. Значительное количество газа, содержащегося в молоке, последует за фракцией сливок, снижая их плотность. Поэтому необходимо следить, чтобы содержание газа в молоке оставалось на постоянном уровне. В молоке всегда содержатся газы. В среднем они составляют около 6% от всего объема. Большее содержание воздуха в молоке может привести к различным проблемам, а именно: неточности в замерах объемов молока, увеличению тенденции пригорания при нагревании и т.д.
Самый простой и общепринятый способ снижения содержания воздуха – дать сырому молоку отстояться в танке в течение хотя бы одного часа перед началом его переработки. В ином случае его придется подавать сначала в деаэратор, а затем уже в сепаратор.
При повышенной температуре сепарирования плотность сливок снижается, и наоборот. Для отслеживания умеренных изменений температуры сепарирования датчик плотности также оснащен термометром, посылающим соответствующую информацию в блок управления.
Датчик плотности непрерывно замеряет плотность и температуру жидкости. Принцип его действия можно уподобить камертону. При
223
изменении плотности контролируемого продукта у него, в свою очередь, изменяется вибромасса и, следовательно, резонансная частота. В блок управления посылаются сигналы о плотности продукта. Датчик плотности состоит из одной прямой трубы, по которой пропускается жидкость. Трубе сообщаются колебания от катушек возбуждения, размещенных по внешней стороне трубы. Датчик плотности встраивается в систему трубопровода, не требуя специальной опоры, поскольку он очень легкий.
Расходомер
Для контроля потока используются различные измерительные приборы. Электромагнитные измерители (рис. 16) не имеют движущихся и, следовательно, изнашивающихся деталей. Они нашли широкое применение благодаря тому, что не нуждаются в уходе и периодическом обслуживании. В отношении точности показаний все измерительные приборы одинаковы.
Головка датчика состоит из мерной трубки и двух магнитных катушек. Магнитное поле вырабатывается под прямыми углами по отношению к мерной трубке, когда к катушкам подводится ток. Индуцируется электрическое напряжение, которое измеряется двумя электродами, установленными на мерной трубке, когда по ней течет проводящая жидкость. Напряжение прямо пропорционально средней скорости потока продукта в трубке и, следовательно, пропорционально объемному расходу.
В датчике расхода имеется микропроцессор, контролирующий трансформатор тока, который поддерживает постоянное магнитное поле. Через усилитель и преобразователь сигнала напряжение измерительных электродов передается на микропроцессор, установленный в пульте управления.
Схема регулирования подмешивания сливок
224
Эта схема (см. рис. 17) предназначена для контроля количества сливок, которые должны непрерывно подмешиваться в обезжиренное молоко для получения необходимой жирности нормализованного молока. В цепь входят два расходомера (2), один из которых установлен на линии сливок, а другой – на линии нормализованного молока, после места смешивания сливок и
обезжиренного молока.
Сигналы от датчиков расхода поступают в микрокомпьютер, который просчитывает соотношение между двумя сигналами. Компьютер сравнивает полученный показатель с заданным параметром и посылает корректировочную команду регулирующему клапану, установленному в линии сливок. Слишком низкий уровень жирности нормализованного молока означает, что обезжиренное молоко смешивается с недостаточным количеством сливок. Соотношение между сигналами от датчиков расхода будет, следовательно, ниже, чем заданная величина. В таком случае сигнал, идущий от компьютера на регулировочный клапан, изменяется. Клапан закрывается, создавая больший перепад давлений, в результате чего большее количество сливок начинает поступать для смешивания. Это изменяет сигнал, идущий на компьютер. Такая регулировка идет в непрерывном режиме, обеспечивая поступление сливок для смешивания в правильных пропорциях. Электрический выходной сигнал от компьютера преобразовывается в пневматический сигнал для пневматически управляемого клапана.
Подмешивание основано на известных постоянных значениях содержания жира в сливках и обезжиренном молоке. Содержание жира обычно регулируется до постоянного значения между 35 и 40%, а содержание жира в обезжиренном молоке определяется эффективностью обезжиривания сепаратора.
Точность контроля плотности в сочетании с постоянным контролем давления на выходе обезжиренного молока является необходимым условием удовлетворительного управления смешиванием сливок с обезжиренным молоком. Сливки и обезжиренное молоко будут смешиваться в точной пропорции, в результате чего будет получено заданное содержание жира в нормализованном молоке даже при изменении потока через сепаратор или изменении жирности исходного цельного молока.
Расходомер и регулировочный клапан, установленные в линии подмешивания сливок, являются приборами того же типа, что и установленные в схеме регулирования содержания жира.
225
Линия для непрерывной нормализации молока в потоке
На рис. 18 показана линия непосредственной нормализации в сборе. Система контроля давления, установленная на выходе обезжиренного молока (5), поддерживает постоянное давление независимо от колебаний перепадов давлений в последующем оборудовании. Система регулировки параметров сливок поддерживает постоянное содержание жира в сливках, выходящих из сепаратора, посредством регулировки потока сливок на выходе. Данная регулировка выполняется независимо от пропускной способности и содержания жира в исходном цельном молоке.
Наконец, регулятор соотношения в необходимой пропорции смешивает сливки, имеющие постоянное содержание жира, с обезжиренным молоком, в результате чего получается нормализованное молоко с заданным содержанием жира. Стандартное отклонение, оцениваемое по повторяемости, должно быть менее 0,03% для молока и 0,2–0,3% для сливок.
Некоторые дополнительные устройства для нормализации жирности
В сыроделии иногда возникает необходимость нормализации жирности по содержанию сухого обезжиренного остатка. Это требование удовлетворяется установкой второго датчика плотности на соединенную с сепаратором трубу для обезжиренного молока. Эта схема, при которой датчики плотности выполняют две задачи, проиллюстрирована на рис. 19.
Вот эти две функции:
226
1 Повышение точности нормализации жирности
2 Расчет содержания сухого обезжиренного остатка на основании показателя плотности.
Система контроля преобразовывает плотность обезжиренного молока в содержание сухого обезжиренного остатка, и этот параметр впоследствии используется для регулирования отношения жирности к сухому обезжиренному остатку.
Если, с другой стороны, жирность поступающего молока окажется ниже показателя, необходимого для нормализованного молока, приборы устанавливаются, как показано на рис. 20.
Рассчитанный объем обезжиренного молока отводится из потока, покидающего сепаратор, а остающийся объем смешивается со сливками. При этом надо помнить, что излишек теплого обезжиренного молока должен быть собран, охлажден и пастеризован как можно быстрее. Возможны и некоторые другие варианты, как, например, добавление сливок известной жирности (сывороточные сливки), которые иногда нужны для нормализации молока, применяемого в сыроделии. Для того чтобы использовать сливки, получаемые при сепарировании сыворотки, “добавляется” соответствующее количество обычных сливок.
227
Это позволяет использовать сливки улучшенного качества в производстве высококачественного масла и различных видов сливок – например, взбитых сливок.
228
ЛЕКЦИЯ 13
СЕПАРАТОРЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Литература:
1.Курс лекций, лекция №3.
2.Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.
3.С.А. Бредихин и др. Техника и технология производства сливочного масла и сыра. – М.: КолосС, 2007. – 319 с.: ил.
4.Машины и аппараты пищевых производств . под ред. Панфилова В.А.
Мн., БГАТУ. 2008. – 580 с.
5.Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.
6.Книга о технологии молока.
План лекции:
1.Общие сведения о специальных сепараторах.
2.Сепараторы с сопловыми устройствами.
3.Бактофуги и бактофугирование.
4.Сепаратор высокожирных сливок.
5.Сепараторы кларификсаторы и кларификаторы.
Контрольные вопросы:
1.Какие специальные функции центробежных сепараторов Вам известны?
2.Как устроены и функционируют барабаны? Для решения каких задач они предназначены?
3.Особенности конструкции и назначения бактофуг.
4.Сепараторы кларификаторы – как устроены и работают?
5.Центрифуги – декантаторы – как устроены и работают?
6.Сепараторы для получения высокожирных сливок – как устроены и работают?
ВОПРОС 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СПЕЦИАЛЬНЫХ СЕПАРАТОРАХ
Кроме рассмотренных ранее сепараторов молокоочистителей, сепараторов сливкоотделителей и нормализаторов молока существует еще целый отряд сепараторов для обеспечения специальных задач, достигаемых методами центробежного сепарирования: бактофуги для выделения из
229
молока микроорганизмов, сепараторы для выделения твердой фазы из жидкости, сепараторы для тонкой очистки пищевых жидкостей – кларификаторы, сепараторы совмещающие процессы сепарирования и гомогенизации молока, сепараторы для сепарирования сливок при производстве сливочного масла методом преобразования высокожирных сливок. На принципах центробежного сепарирования работают специальные сепараторы для разделения крови, жировых смесей. Нужно понимать, что широко применяется сепарирование в нефтехимических и химических производствах. При этом не имея принципиальных отличий в проведении процессов сепарирования, сепараторы, с учетом специфики использования, имеют особенности конструкции и эксплуатации.
На рис.1. приведены схемы барабанов наиболее часто используемых сепараторов молочной промышленности.
Рис. 3. Технологические схемы барабанов сепараторов различных типов:
а —барабан сепаратора-разделителя (сливкоотделителя); б —барабан сепаратора-осветлителя (молокоочистителя); в — барабан соплового сепаратора (творожного); г — барабан сепаратора с периодической выгрузкой осадка; 1 — тарельчатые вставки; 2~ осадок (сепараторная слизь); 3 — тяжелая фракция (обезжиренное молоко); 4—легкая фракция (сливки); 5
230