Производство термизированного творожного продукта

     Готовый творожный продукт должен иметь  кисловатый вкус и однородную консистенцию. Допускается небольшая зернистость, однако он не должен содержать твердых частиц ощутимых на языке.

     На  выход творога оказывает влияние  различные факторы: содержание сухих веществ и обезжиренном молоке; требуемое содержание сухих веществ в сыворотке; термообработка, предшествующая сепарированию; добавление сычужного фермента.

     Сепарирование не влияет на содержание сухих веществ  в обезжиренном молоке, а содержание сухих веществ в твороге определяется существующими нормами.

     На  содержание сухих веществ в сыворотке  в определенной степени может  влиять термообработка обезжиренного  молока. От нее зависит выход творога. При производстве термизированного творога обезжиренное молоко нагревается и выдерживается в течение продолжительного периода при достаточно высоких температурах. Это приводит к денатурации части белков сыворотки, которые затем вместе с казеином попадают в творог. Белки сыворотки адсорбируются на поверхности мицелл казеина, что ведет к повышению его растворимости и затрудняет сепарирование. Для компенсации этого явления сквашенное обезжиренное молоко перед сепарированием нагревают до 58-62°С, т.е. подвергают термизации. Излишняя термообработка и слишком продолжительная выдержка могут привести к образованию к образованию твердых зерен в продукте. Термообработка на этом этапе нужна только для восстановления способности казеина к сепарированию, а не для дальнейшей денатурации сывороточных белков [1]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Расчет пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 

     Назначение: пастеризация и охлаждение молока.

     Исходные  данные:

- производительность  по молоку (G) – 10000 кг/час;

- начальная  температура молока (t₁) – 58°C;

- температура  пастеризации (t₂) - 72°C;

- коэффициент  регенерации тепла (Е) – 0,85;

- температура  молока после секции охлаждения (t₅) - 6°C;

- температура  охлаждающей воды (t_в’) - 1°C;

- кратность  охлаждающей воды (n_в) – 3;

- начальная температура горячей воды (t_г’) - 74°C;

- кратность  горячей воды (n_г) – 4;

- средняя  удельная теплоемкость молока (с_м);

- средняя  удельная теплоемкость холодной  и горячей воды (с_в) –

1,0 ккал/(кг·град);

     Установка спроектирована на базе пластин типа П-2 с гофрированной поверхностью и следующими основными данными:

- рабочая  поверхность (f) – 0,2 м²;

- зазор  между пластинами (h) – 0,0028 м;

- ширина  проточной части (b) – 0,27 м;

- толщина  пластины (δ) – 1,2;

- коэффициент  теплопроводности (λ) – 13 ккал/(м·ч·град).

     Для пластин этого вида при расчете  теплоотдачи и гидравлических сопротивлений можно применить формулы:

     

     Поправку  на направление принять равной:

- при  нагревании 

- при охлаждении

=0,95. 

     ▪ Определение недостающих значений начальных и конечных температур.

     Температура сырого молока после  секции регенерации:

     t₂= t₁+( t₃- t₁)·E,

где t₁ – начальная температура молока, °C;

t₃ – температура пастеризации, °C;

Е –  коэффициент регенерации тепла, равен 0,85.

     t₂= 58+( 72- 58)·0,85=60,1°C.

     Температура пастеризованного молока после секции регенерации:

     t₄= t₁+t₃- t₂=58+72-69,9=60,1°C.

     Температура горячей и холодной воды при выходе из аппарата:

     

     

     

 
 

     ▪ Определение средних температурных напоров.

     I - секция регенерации

     

где t₄ - температура пастеризованного молока после секции регенерации, °C;

t₁ – начальная температура молока, °C.

°C. 

     II – секция пастеризации

     

     Тогда средний температурный напор находится по формуле:

     

где - большая разность температур, °C;

- меньшая разность температур, °C.

     III – секция охлаждения

     

     

где - большая разность температур, °C;

- меньшая разность температур, °C.

     Тогда средний температурный напор:

     

     

 

     ▪ Определение тепловых нагрузок

     I – секция регенерации

     Q_рег=G·c_м·(t₂-t₁),

где G - производительность по молоку, кг/ч;

с_м  - удельная теплоемкость молока, ккал/(кг·град);

t₂ – температура сырого молока после секции регенерации, °C;

t₁ – начальная температура молока, °C.

     Q_рег=10000·0,94·(69,9-58)=111860 ккал/ч.

     II – секция пастеризации

     Q_паст=G·c_м·(t₃-t₂);

     Q_паст=10000·0,94(72-69,9)=19740 ккал/ч.

     III – секция охлаждения

     Q_охл=G·c_м·(t₄-t₅);

     Q_охл=10000·0,94(60,1-6)=508540 ккал/ч. 

     ▪ Определение средних температур, параметров Pr, λ и ν для продукта и рабочих жидкостей

     I – секция регенерации

     Средняя температура сырого молока (сторона  нагревания):

     

где t₁ – начальная температура молока, °C.

t₂ – температура сырого молока после секции регенерации, °C.

 

     Этой  температуре продукта соответствуют: Pr=4,3; λ=0,45 ккал/(м·ч·град), ν=0,0068 см²/с.

     Средняя температура пастеризованного молока (сторона охлаждения)

     

     Где t₃ –температура пастеризации, °C;

     t₄ – конечная температура, °C.

     

°C.

     Этой  температуре продукта соответствуют:Pr=4,5; λ=0,453 ккал/(м·ч·град),  ν=0,0066 см²/с.

     II – секция пастеризации

     Средняя температура горячей воды (сторона  охлаждения):

     

где - температура горячей воды при входе в секцию пастеризации, °C;

- температура горячей воды при выходе из секции пастеризации, °C.

°C.

     Этой  температуре воды соответствуют:Pr=3,6; λ=0,459 ккал/(м·ч·град), ν=0,0069 см²/с.

     Средняя температура молока (сторона нагревания):

     Δt_ср=t_ср-Δt_паст,

где Δt_ср – средняя температура горячей воды (сторона охлаждения), °C;

Δt_паст – средний температурный напор пастеризации, °C.

     Δt_ср=66,05-2,68=63,37°C. 

     Этой  температуре продукта соответствуют: Pr=4,3; λ=0,45 ккал/(м·ч·град),  ν=0,0068 см²/с.

     III – секция охлаждения водой

     Средняя температура холодной воды (сторона  нагревания):

     

где - температура охлаждающей воды при входе в аппарат, °C;

- температура холодной воды при выходе из аппарата, °C.

     

°C.

     Этой  температуре соответствуют: Pr=21; λ=0,39 ккал/(м·ч·град), ν=0,025см²/с.

     Средняя температура молока (сторона охлаждения):

     Δt_ср=t_ср +Δt_охл,

где Δt_ср – средняя температура охлаждающей воды (сторона нагревания), °C;

Δt_охл – средний температурный напор охлаждения, °C.

Δt_ср=9,48+17,44=26,92°C.

     Этой  температуре молока соответствуют: Pr=11,8; λ=0,43 ккал/(м·ч·град),  ν=0,0152 см²/с. 

     ▪ Выбор скорости потока молока и компоновка пакета

     Для аппарата с производительностью 10000 кг/ч принимаем скорость движения молока в каналах между пластинами u_v=0?25 м/с.

     Число каналов в пакете определяется на основании уравнения неразрывности потока, которое будет иметь вид:

     

отсюда

     

где Q – производительность по молоку, м³/ч;

u_м – скорость молока, м/с;

b – рабочая ширина пластины, м;

h – зазор между пластинами, м.

     

     Принимаем число параллельных каналов в  пакетах m=15 одинаковым для всего аппарата и вносим поправку в скорость потока молока, которая будет равна:

     Учитывая  что кратность горячей воды n_г=4, принимаем скорость горячей воды равной:

u_г=2·u_м,

u_г=2·0,245=0,49м/с.

     Скорость  холодной воды при кратности n_в=3 может быть принята равной скорости молока:

u_в=u_м=0,245 м/с. 

     ▪ Определение критериев Рейнольдса

     I – секция регенерации

где h – зазор между пластинами, м;

u – скорость молока или воды, м/с;

ν – кинематическая вязкость молока или воды, см²/с.

Для потока сырого молока (сторона нагревания):

Для потока горячего молока (сторона охлаждения):

 

     II – секция пастеризации

Для потока молока (сторона нагревания):

Для потока горячей воды (сторона охлаждения):