a tehnologica pentru obtinerea laptelui praf

8/9/2019 a Tehnologica Pentru Obtinerea Laptelui Praf

1/56

UNIVERSITATEA DIN BACUFACULTATEA DE INGINERIE

SPECIALIZAREA : INGINERIE BIOCHIMIC

OPERAII I APARATE N INDUSTRIA BIOCHIMIC

Coordonator :

Prof. dr. ing. Lucian Gavrila

Grupa:D

Bacau2007


2/56

Cuprins

Tema de proiectare....................................................................................................................3Memoriu justificativ..................................................................................................................4I. Componentii esentiali ai laptelui............................................................................................5

I.1. Laptele materie prima..............................................................................................5I.2. Compozitia chimica a laptelui.................................................................................5I.3. Componenti de baza a laptelui.................................................................................6

I.3.1. Apa............................................................................................................6I.3.2. Substante azotate.......................................................................................6I.3.3. Glucidele...................................................................................................7I.3.4. Lipidele.....................................................................................................7I.3.5. Vitaminele din lapte..................................................................................8Oligoelementele minerale din lapte....................................................................8

II. Tehnologia de uscare a latelui.............................................................................................10II.1. Aspecte generale...................................................................................................10II.1.1. Prezentarea produselor lactate uscate.....................................................10II.1.2. Tipuri de produse uscate.........................................................................10

II.2. Proedurile de uscare a laptelui...............................................................................11II.2.1. Uscarea prin scurgre de film...................................................................11II.2.2. Uscarea prin pulverizare.........................................................................11

II.3. Fabricarea laptelui praf..........................................................................................12II.3.1. Tipuri de lapte praf si materia prima utilizata ........................................12II.3.2. Procesul tehnologic........................................ ........................................13II.3.3. Schema tehnologica de fabricre a laptelui praf ......................................17

II.3.4. Proprietatile si defectele laptelui praf.....................................................18II.3.5. Defectele laptelui praf.............................................................................19Diagrama Sankey......................................................................................................................20III. Operatii folosite in procesul de fabricare a laptelui............................................................21

III.1. Filtrarea................................................................................................................21III.2. Amestecarea.........................................................................................................23III.3. Evaporarea............................................................................................................24III.4. Transportul fluidelor............................................................................................25

IV. Bilanturi de materiale si bilanturi termice..........................................................................27IV.1. Schema bloc a instalatiei de conentrare...............................................................31

V. Dimensionarea utilajelor......................................................................................................39

V.1. Dimensionarea amestecatorului............................................................................39V.2. Dimensionarea filtrului.........................................................................................41V.3. Dimensionarea evaporatorului I............................................................................42V.4 Dimensionarea eaporatorului II..............................................................................44V.5. Dimensionarea preincalzitorului...........................................................................47V.6. Dimensionarea evapoatorului III...........................................................................50V.7. Dimensioarea pompei............................................................................................53

Concluzii...................................................................................................................................56Bibliografie...............................................................................................................................57

2


3/56

Tema de proiectare

Sa se proiecteze o instalatie tenologica pentru obtinerea laptelui praf

3


4/56

Memoriu justificativ

Laptele este un aliment valoros, insa relativ perisabil , datorita contaminarii sale cumicroorganisme, inca de la mulgere.

Din cele mai vechi timpuri s-a cautat o metoda de conservare a laptelui sub diverseforme si in conditii convenabile. Transformarea laptelui in lapte praf este un proces complexcare consta in concentrarea laptelui impreuna cu o fractiune variabila de grasime si substanteminerale, cu eliminarea unei cantitati importante de apa.

n acest proiect am ales ca tem obinerea laptelui praf din lapte integral. Am alesaceast tem deoarece mi s-a prut interesant ca plecnd de la laptele integral i trecnd prin

mai multe operaii se obine laptele praf.Laptele prezint o compoziie complex cu patrugrupe de componente principale: substane azotoase, glucide, lipide i sruri minerale.. nafara acestora, n lapte sunt prezente i o serie de alte substane n proporii mai reduse, dar cuimportan mare n alimentaie sau tehnologie. Ca surs convenional de protein animal,laptele se situeaz pe locul al doilea, dup carne, n privina aportului proteic n alimentaiauman.

Am nceput acest proiect cu o parte de teorie, pentru a avea o baz solid n scopulnelegerii tuturor proceselor care au loc de-a lungul obinerii laptelui praf.

Etapele parcurse n acest proiect sunt: Cunoaterea procedeelor de proiectare a unei instalaii de lapte praf; Amestecarea i filtrarea; cunoaterea acestor noiuni teoretice ne ajut s nelegem

complexitatea i importana acestor procese; Cunoaterea tipurilor de pompe i a instalaiilor auxiliare; Stabilirea fluxului de materiale pentru fiecare utilaj n parte i dimensiunile acestuia.

Cel mai important utilaj folosit pentru obinerea laptelui praf din laptele integraleste concentratorul. La fel de important ca operaia de concentrare este i operaia deuscare care joac un rol important n obinerea laptelui praf.

n acest proiect am pornit de la o cantitate de 5893,75 kg/h lapte integral i amobinut o cantitate de 1440 kg/h lapte praf.

4


5/56

Capitolul I

Componentii esentiali ai laptelui

I.1. Laptele materie prim

Este alimentul cel mai complex si mi usor asimilat de organism, constituind unul dinalimentele de baza si in nutritia omului.Laptele este denumit si Sangele alb prin valoare saharanitoare. Are peste o suta de substante nutritive necesare vietii omului (20 aminoacizi,

peste 10 acizi grasi, 4 feluri de lactoze, 25 vitamine, peste 45 elemente minerale, proteine).Proteinele contin aminoacizi necesari cresterii si mentinerii sanatatii.Grasimea in afara de rolul ei energetic constituie si la formarea rezervelor de grasime inorganism. Important este faptul ca substantele nutritive din lapte se gasesc in proportii optime,astfel ca laptele este asimilat de organism mai bine decat orice alt aliment. Atat laptele cat si

produsele lactice maresc rezistenta organismelor fata de infectii si intoxicatii, ridicand nivelulde sanatate a populatiei.[ 1 ]

I.2. Compoziia chimic a laptelui

n absena microorganismelor i enzimelor libere, laptele este un aliment alctuit dindou faze total nemiscibile, dar aflate ntr-o stare de emulsie perfect una n alta:1. faza apoasa, care conine:

proteine, substane bio-organice dar compatibile cu faza apoas datorit graduluilor ridicat de hidratare precum i gruprilor anorganice terminale electrolitice, ce le asigurstarea coloidal i, prin urmare, compatibilitatea cu apa;

zaharurile, compui organi solubili n ap; vitaminele hidrosolubile;

srurile i oligo-elementele minerale. [ 1 ]

2. faza organic constituit din materia gras, emulgat n faza apoas i alctuit din: gliceridele; steridele; acizii grai; fosfolipidele, dintre care lecitina, care asigur interferena dintre cele dou faze; vitaminele liposolubile; pigmenii. [ 1 ]

Din punct de vedere chimic, laptele conine urmtorii componeni: apa; substana uscat negras; materia gras. [ 1 ]

Unele din aceste substane se gsesc n stare dizolvat ntr-o faz sau alta, iar altelesub form de emulsie sau de suspensie coloidal, apa jucnd rol de mediu de dispersie alacestora. Toate tipurile de lapte conin practic aceiai componeni majori, ntr-o distribuie

5


6/56

aproape similar care fluctuieaz uor n funcie de specia animalier, de ras n cadrulaceleiai specii, de regimul alimentar precum i de perioada de lactaie. [ 1 ]

I.3. Componenii de baz a laptelui

I.3.1. Apa

Principalul component al laptelui este apa, care reprezint peste 80% din masa total alaptelui, proporie ce variaz, n primul rnd, n funcie de specia animalului. [ 1 ]

Apa este faza majoritar, n care au loc cvasitotalitatea proceselor chimice, biochimicei fizice. Tensiunea superficial a soluiei apoase din lapte numite plasm joac un roldeterminant n stabilitatea emulsiei de materie gras i a suspensiilor de proteine. [ 1 ]

I.3.2. Substane azotate

Apa din lapte este faza de dispersie a ceea ce se numete, de regul, substana uscat,care rezult din eliminarea total a apei din lapte, printr-o deshidratare integral. [ 1 ]

Din eliminarea materiei grase din substana uscat, rezult substana uscat negras,care, n afara de substane minerale (sruri de Ca, Mg, K etc.), mai conine i elementeorganice specifice laptelui, printre care putem enumera urmtoarele:

lactoza (dizaharid compus din glucoz i galactoz); cazein; lactalbumin; lactoglobulin; enzime libere; urme de alti compui. [ 1 ]

Cea mai mare parte a substanei uscate, grase sau negrase, poate, de asemenea, fiobinut prin coagularea fie a laptelui normal, fie a laptelui smntnit i formarea unei masefloculante, numit coagul. n masa subsatnelor azotate, proteinele reprezint, n medie, o

proporie de circa 95%. [ 1 ]Proteinele laptelui sunt substane macromoleculare formate din combinarea a circa 20 deaminoacizi elementari. Ele pot fi uor separate din soluie, utiliznd acid tricloracetic (ATCA)sau acid fosfotungtic i pot fi precipitate cu o soluie concentrat de sulfat de amoniu.n funcie de starea lor de dispersie, proteinele din lapte pot fi clasificate n dou grupe:

1. cazeina aflata n stare de suspensie coloidal i care reprezint 80% din totalulproteinelor;2. proteinele zerului sauproteinele serice, solubile n ap, i anume:

lactalbumina, n proporie de 9-15% din masa proteinelor; lactoglobulina, n proporie de 3,3% din totalul proteinelor; proteozopeptonele, n proporie de 3,7% (solubile n zer). [ 1 ]

Aceast distribuie a principalelor proteine fluctueaz n limite foarte nguste, nfuncie de sursa laptelui, raportul dintre diferitele proteine pstrndu-se aproape constant. [1]

Cele mai importante proteine din lapte pot fi clasificate n trei categorii, n funcie destructura lor chimic:

1. holoproteidele, care contin numai -aminoacizi (-lactalbumina, -lactoglobulina);

2. fosfoproteidele, care conin acidul fosforic n gruparea proteic (-cazeina, -cazeina);

3. lipoproteidele, care conin glucide drept grupare prostetic (K-cazein),

6


7/56

ele deosebindu-se prin structura i compoziia molecular, care le determin forma dedispersie n lapte. [ 1 ]

I.3.3.Glucidele

Lactoza este un component al laptelui care determin, sub aciunea microorganismelor, toate procesele fermentative care au loc n lapte. Lactoza poate suferi o serie de procesefermentative de descompunere pentru a da natere, n funcie de tipul de microorganismeimplicate, la acid lactic, acid propionic, acid butiric sau alcool. [ 1 ]

Lactoza este principalul component glucidic al laptelui, pe lng urmele de galactozi glucoz, ce rezult din procesul de hidroliz. Din punct de vedere chimic, lactoza este undizaharid (dioz) format dintr-o molecul de glucoz i o molecul de galactoz. [ 1 ]

Lactoza este un glucid specific laptelui, i , prin urmare, singura surs de galactozpentru om, fiindu-i necesar n sintetizarea metabolic a galactocerebrozidelor, substaneimplicate n dezvoltarea sistemului nervos central i a facultilor mintale, n special la copil.

Cecetri riguroase au demonstrat c eliminarea galactozei din raia nutritiv a sugarului inlocuirea ei cu zaharoza duce la tulburri de inteligena la copil. [ 1 ]Cu o putere de ndulcire de 6,25 ori mai mic dect cea a a zaharozei, lactoza i

confer laptelui un gust dulceag. Acest gust dulceag este mai pronunat n zerul nefermentat,deoarece, n lapte, acesta este mascat de prezena cazeinei. Laptele de vac conine n jur de4,3-4,8% lactoz raportat la cantitatea total de substan uscat. [ 1 ]

n plus de procesele fermentative, lactoza poate suferi procesul de hidroliz,enzimatic sau acid cu formarea de glucoz i galactoz. Se obine astfel siropul de lactoz,caracterizat printr-un gust dulce mai intens i utilizat n fabricarea ngheatei. Prin convertireaglucozei, se intensific gustul de dulce, prin formarea fructozei. Toate aceste produse suntdestinate n special persoanelor cu intoleran la lactoz. [ 1 ]

I.3.4.Lipidele

Fraciuna gras reprezint, n medie, 3,6-3,8% n laptele de vac, coninut apropiat decel din laptele de capr (4%) i peste 7% n laptele de oaie i de bivoli. Materia gras dinlapte este un amestec complex, alctuit de o multitudine de compui, printre care se numrgliceridele, steridele, fosfolipidele, acizii grai liberi, diverse tipuri de cear i altele. [ 1 ]

I.3.5.Vitaminele din lapte

Principalele vitamine ntlnite n lapte sunt cele de tip: A, D, E, K, B1, B2, B6, PP iB12, i sunt dispersate, n principal, n dou faze:

vitaminele hidrosolubile, dizolvate n plasm; vitaminele liposolubile, care sunt dispersate n materia gras. [ 1 ]

Distribuia vitaminelor n cele dou faze ale laptelui variaz n funcie de speciaanimalului, rasa animalului, perioada de lactaie, regimul alimentar, precum i de tipul de

prelucrri anterioare ale laptelui. [ 1 ]Vitaminele contribuie, n mod esenial, la valoarea nutritiv a laptelui, prin aciunea

lor, alturi de enzime i de ali factori de nutriie, n procese metabolice ce au loc norganismul consumatorului. [ 1 ]

7


8/56

Vitaminele din lapte

Vitamin Stabilitate Rol Surs de provenienVitamina A Rezistent la

cldur,sensibil la oxidare.

Favorizeaz creterea irezistena organismului tnr.

Hidroliz enzimatica -carotenului.

Vitamina D Rezistent lafierbere,

pasteurizare idepozitare.

Element antirabic, regleazmetabolismul fosfocalcic,favoriznd absorbia i reinereacalciului n organism.

Descompunereafotolitic aerosterolului.

Vitamina E - Necesar fecunditii i formriilaptelui de ctre glandele

mamare. Rol antioxidantimportant.

Plante verzi (ppdie,germeni de cereale).

VitamineleB1, B6, B12

- Protejeaz sistemul nervos iapr organismul de anemie.

Sintetizate de floradigestiv arumegtoarelor.

VitaminaB2

Rezistent lacldur, sensibil larazele UV.

Favorizeaz creterea, seregsete n zer.

Zer

Vitamina C Instabil la clduri n prezenaoxigenului.

Rol multiplu. Fructe, legume.

I.3.6.Oligoelementele minerale din lapte

Fraciunea mineral din lapte reprezint o proporie de circa 0,7-0,9%, fiind alctuit,n esen, de sruri de cloruri, citrai i fosfai de caciu, de sodiu, potasiu i magneziu. Citraiide sodiu, calciu i magneziu se combin cu lactoza pentru a fi asimilate de organism i joacun rol foarte important n procesele fermentative, favoriznd formarea de compui de tipdiacetil i diacetilmetilcarbonil, care confer arom produselor lactate. [ 1 ]

n lapte se mai afl i alte combinaii chimice pe baz de sulf, aluminiu, zinc, fier,aflate n constituia metaloproteinelor, precum i calciu i fosfor care joac un rol foarteimportant n nutriia omului i n stabilizarea cazeinei. De menionat faptul c distribuiaacestor oligoelemente variaza, n principal, n funcie de gradul de prospeime a laptelui ivice-versa. Astfel, prezentm dou argumente n acest sens:

laptele zis anormalare un coninut relativ ridicat de cloruri; laptele prelucrat termic are un coninut redus n sruri solubile de calciu i se

preteaz mai greu la coagulare. O modalitate de remediere, n acest sens, const n corectareaacestui coninut cu un adaos de clorur de calciu. [ 1 ]

Fraciunea enzimatic din lapte

Enzimele sunt compui proteici funcionalizai i joac rol de catalizatori, foarte activii selectivi, n diferitele procese chimice i biochimice ce pot avea loc n lapte. Pn n zilelenoastre, peste 20 de enzime au putut fi identificate n lapte. [ 1 ]

8


9/56

Enzimele eseniale

Acestea sunt clasificate n diferite grupe i ele se localizeaza n special n celuleleepiteliale ce provin din glandele mamare. Principalele grupe de enzime sunt:

lipazele; esterazele; amilazele ( i ); aldolazele; citocromreductazele; fosfatazele; reductazele; peroxidazele; catalazele.

Fraciunea enzimatic din lapte determin, n mod semnificativ, comportarea fizico-chimic, stabilitatea termic i mecanic, precum i capacitatea laptelui de a fi prelucratulterior n vederea unei valorificri superioare. [ 1 ]

9


10/56

Capitolul II

Tehnologia de uscare a laptelui

II.1. Aspecte generale

II.1.1.Prezentarea produselor lactate uscate

Laptele praf i derivatele uscate din lapte sunt obinute prin eliminarea cvasitotal aapei, proces ce are loc printr-o concentrare maxim controlat a laptelui. Produsele uscate

prezint numeroase avantaje, printre care se numr: un coninut ridicat n substan uscat, ceea ce determin o valoare nutritiv

ridicat; o conservabilitate ndelungat, datorit lipsei de ap, fapt ce duce la inhibarea

proceselor chimice i biochimice, precum i a celor biologice de cretere i nmulire celular; o rentabilitate ridicat a transportului i a stocrii datorit volumelor reduse

ocupate de aceti produi. [ 1 ]Procesul de deshidratare se realizeaz la scar industrial, inndu-se cont de anumite

criterii cu privire la materia prim i la produs finit. Astfel produii uscai obinui trebuie sfie solubili n ap i stabili din punt de vedere chimic pentru perioade ndelungate de timp, iarlaptele folosit ca meterie prim s nu prezinte proprieti anormale. [ 1 ]

II.1.2. Tipuri de produse uscate

1. Laptele prafLaptele praf integraleste produsul cel mai rspndit i cel mai comercializat din

aceast categorie, datorit, n primul rnd, succesului pe care l-a avut acest sortiment i

rspndirii sale rapide n lume, precum i datorit aplicaiilor multiple ale acestuia, pe lngconsumul direct sub form de lapte reconstituit cu un adaos de ap. [ 1 ]

2.Lapte praf smntnitLaptele praf smntnit, mai iesftin dect laptele integral, este un produs pentru care

cererea crete continuu, datorit aplicaiilor sale din ce n ce mai diversificate. Principalulavantaj al acestui produs const n coninutul su ridicat de proteine, riboflavin i substaneminerale, un coninut mai ridicat dect cel din laptele prafintegral. Un alt avantaj l reprezint ostabilitate ridicat a acestui produs pentru perioade lungi de conservare. [ 1 ]

3.Laptele i produsele uscate pentru sugari i copii

Aceste produse au fost adaptate nutriiei umane, datorit rolului lor important ncreterea organismului. [ 1 ]

4.Subprodusele uscate ale laptelui

10


11/56

Cele mai cunoscute subproduse lactate uscate sunt zerul i zara praf. Aceste produseau aplicaii multiple, n special, n tehnologia produselor alimentare i n gastronomie. [ 1 ]

II.2. Procedurile de uscare a laptelui

n tehnologia de uscare a laptelui i a derivatelor lactate, au fost consacrate la nivel deprocedee tehnologice dou proceduri diferite de uscare i anume: uscarea prin scurgere defilm sau de pelicul i uscarea prin pulverizare. [ 1 ]

II.2.1. Uscarea prin scurgere de film

Aceast procedur const n asigurarea scurgerii laptelui sub form de film subire pe

o suprafa metalic nclzit. Aceast procedur are n vedere mrirea suprafeei de contactntre produsul ce urmeaz a fi uscat i agentul de nclzire pentru a asigura o deshidratare ctmai eficient. n acest sens, o procedur convenional, care este din ce n ce mai puinfolosit la scar industrial, se bazeaz pe scurgerea lapteluisub form de film pe suprafaaunui cilindru rotativ nclzit. [ 1 ]

Procesul de uscare a laptelui pe valuri se realizeaz la presiune atmosferic, la otemperatur de 80-140oC i un timp de contact scurt de 2-3 secunde. Aceste condiii suntconsiderate optime i permit o uscare corespunztoare prin minimalizarea procesului dedegradare termic a elementelor nutritive ce alctuisc laptele. Procesele de degradare termicrmn, ns, destul de importante n astfel de tehnologii datorit temperaturii relativ ridicatede uscare. [ 1 ]

O alt variant a acestei proceduriconst n micorarea temperaturii de uscare latemperatura de 50-60oC i mrirea vitezei de rotire a valurilor i diametrului acestora.Aceast variant s-a dovedit, ns, destul de costisitoare i nu mai prezint interes tehnologicn comparaie cu noile metode de uscare a laptelui prin pulverizare, deoarece procesele dedegradare pot fi numai minimalizate dar nu i eliminate n ntregime. [ 1 ]

II.2.2. Uscarea prin pulverizare

Aceast procedur este mai modern i mai rentabil i const n atomizarea lapteluilichid sub forma unui nor de picturi mici ntr-o incint n care circul un curent de aer cald.[ 1 ]

Atomizarea fazei lichide (lapte) ntr-o faz gazoas cald (aer) are n vedere mrireasuprafeei de contact lichid-gaz precum i o mrire a transferului de materie (evaporarea apei).Contactul dintre picturile mici de lapte i moleculele de aer cald este foarte rapid i uscareaeste aproape instantanee. Cu toate c aerul cald are o temperatur de 140-170 oC, timpul scurtde contact dintre picturi i aer, face ca temperatura picturilor s nu depeasc valoarea de50-55oC. [ 1 ]

Contactul dintre faza lichid i faza gazoas se poate realiza n dou moduri diferite:unul n contracurent i unul n echicurent. [ 1 ]

Pentru procedeele industriale ce funcioneaz n contracurent, picturile se formeazcu ajutorul unui dispozitiv de pulverizare situat n partea superioar a camerei de uscare. [ 1 ]

Cderea liber a picturilor de ap este frnat de rezistena pneumatic exercitat de

curentul ascendent de aer. Pe msur ce particulele coboar, ele se deshidrateazprogresiv,densitatea lor crete treptat i cderea lor devine din ce n ce mai rapid (fig. 1.) [ 1 ]

11


12/56

Fig.1. Uscator in contracurent

Timpul de contact dintre picturi i aerul cald este reglat de temperatura de uscare prinmodificarea debitului de aer. Procedeele ce funcioneaz n echicurent (cureni paraleli)folosesc camere de uscare orizontale. [ 1 ]

n aceste instalaii, timpul de contact este adeseori mai scurt, dar temperatura deuscare mai ridicat. Separarea particulelelor are loc n dispozitive de tip separator-ciclon cefuncioneaz pe principiul forei centrifuge. Procedeele de uscare prin pulverizare sunt mai

performante dect cele prin scurgere de film i prezint avantajul suplimentar de a pstra

calitile laptelui, n special, solubilitatea acestuia n ap la reconstituire (solubilitatea fiindmai mare de 99%). Astfel procedeele de pulverizare au devenit cele mai folositen industrialaptelui. [ 1 ]

II.3. Fabricarea laptelui praf

II.3.1. Tipuri de lapte praf i materie prim utilizat

Pe baza coninutului de materie gras exist mai multe sortimente comercializatedintre care cele mai cunoscute sunt:

Lapte praf tip 26 cu coninut n materie gras de 26%; Lapte praf 20 cu coninut n materie gras 20%; Laptele smntnit cu coninut n materie gras de 1,5. [ 1 ]

Materia prim folosit pentru obinerea laptelui praf este supus unor norme severesimilare cu cele cerute n cazul laptelui concentrat si anume:

O aciditate mai mic de 20o T; Un gust i un miros de lapte proaspt;

O consisten normal i o culoare alb normal. [ 1 ]

12


13/56

II.3.2. Procesul tehnologic

Etapele tehnologice de fabricare a laptelui praf sunt urmtoarele:

1.Recepie, filtrarei rcire

Laptele, recepionat conform normelor prescrise privind proprietile organoleptice ifizico-chimice, este imediat supus unor operaii de filtrare, care se realizeaz, de regul,folosind un dispozitiv centrifugal performant i adoptat capacitii de producie. Ulterior,funcie de regimul de funcionare a procesului tehnologic, laptele filtrat este:

Fie rcit la o temperatur de 4-6oC i conservat n rezervoare tampon nainteaunei prelucrri ulterioare. Acest caz este valabil pentru un regim discontinuu sau atunci candapare un excedent de materie prim;

Fie trimis direct cu ajutorul unor pompe n utilaje destinate operaiilor denormalizare. Acest caz este valabil pentru un regim dinamic, n care are loc o recepieoptimizat n raport cu parametrii tehnologici de fabricare. [ 1 ]

2.NormalizareaNormalizarea are drept scop principal omogenizarea compoziiei laptelui i evitarea

fluctuaiilor n timp ale acesteia. ntr-un flux continuu, parametrii tehnologici trebuie srmn constani iar compoziia chimic a laptelui trebuie meninut la un nivel invariabil.[ 1 ]

3.PasteurizareaCu toate c uscarea ulterioar a laptelui distruge o mare parte a microflorei, o

pasteurizare suplimentar s-a dovedit a fi necesar pentru diustrugerea speciilorrezistente cumar fi: sporii streptococii termorezisteni i micrococii. Uscarea prin scurgere de film pe valuri

este destul de eficient din punct de vedere al sterilizrii, dar prezint inconvenientul major dea afecta calitatea produsului. [ 1 ]Pasteurizarea laptelui n astfel de tehnologie este corelat, n general cu operaia de

uscare, cele dou etape fiind complementare. Temperatura de pasteurizarepoate fi redus la85-88oC pentru un lapte normal i la 80-82oC pentru un lapte smntnit. [ 1 ]

4.ConcentrareaConcentrarea, n tehnologia de fa, este o operaie similar cu cea efectuat n

diferitele sortimente de lapte concentrat. Ea este necesar n tehnologia uscrii laptelui pentruevitarea termodegradrii laptelui. Gradul de uscare este strns legat de gradul de concentrare

prealabil. O concentrare optim minimizeaz formarea de pungi de aer n particulele de

lapte, pungi care pot avea un rol nefast asupra etapei ulterioare de conservare a laptelui.Pentru mai mult eficien se recomand ca uscarea s aib loc sub vid n utilaje performantei puin voluminoase. [ 1 ]

Operaia de concentrare se justific prin consumul su redus de energie, dat fiindfaptul c eliminarea unei cantiti de un kg de ap necesit un consum de abur cald n timpuluscrii de 2-8 ori mai important dect etapa de uscare. Consumul de materie auxiliar kgabur/kg ap eliminat este redat n tabelul urmtor:

13


14/56

Consumul specific de materie auxiliar(kg abu/kg ap eliminat)

Operaie (utilaj) Consum de materie auxiliarkg abur/kg ap eliminat

Concentrare sub vid 0,5Uscare prin scurgere de film pe valuri 1-1,5Ucare n pulverizator 2,5-4

Din datele prezentate n tabel, rezult c este mai economic s se recurg la oconcentrare prealabil a laptelui naintea uscrii acestuia. Un grad de concentrare prealabilde 45-48% este considerat optim, deoarece valori mai ridicate duc la o vscozitate ridicat alaptelui concentrat i afecteaz eficiena operaiilor ulterioare de uscare. Gradul deconcentrare a laptelui depinde, n mare msur, de geometria utilajului i de hidrodinamica

fluidelor implicate n procesul respectiv. [ 1 ]Fluxurile cu care opereaz utilajele de concentrare i de uscare au debite diferite i deaceea se recomand o stocare temporar a laptelui concentrat n rezervoare tampon. Aceastoperaie de stocare prezint, ns, dezavantajul major a apariiei unei posibile infecii a

produsului. [ 1 ]

5.UscareaUn control periodic al proprietilor organoleptice este necesar nainte de a se efectua

uscarea laptelui concentrat. La acest control, aciditatea nu trebuie s depeasc valoarea de75oT pentru un grad de concentrare de 47%. [ 1 ]

Laptele concentrat este introdus apoi n camera de uscare la o temperatur de minim

50oC. Parametrii tehnologici ai acestei etape sunt reglai, n prealabil, prin circularea de ap ninstalaie, naintea introducerii laptelui n camera de uscare. [ 1 ]

Procesul de uscare depinde de mai muli factori, cum ar fi: Temperatura de intrare a laptelui; Debitul de lapte introdus; Viteza de rotire a dispozitivului de pulverizare; Temperatura de intrare a aerului; Debitul de intrare a aerului; Gradul de concentrare prealabil a laptelui. [ 1 ]

Valorile acestor parametrii tehnologici variaz n domenii largi, n funcie de tipul de

instalaie folosit. Indiferent de instalaia folosit, laptele concentrat este aspirat dintr-unrezervor tampon cu ajutorul unei pompe i trimis n dispozitivul de uscare, care const ntr-undisc rotativ perforat care mprtie lichidul sub form picturi sub aciunea forei centrifuge.

Aceste dispozitive sunt adaptate pulverizrii laptelui concentrat i sunt mai eficientedect cele ce funcioneaz pe baz de jet, care prezint inconvenientul major de a se obtura ntimpul procesului din cauza depunerii progresive de lapte uscat. La dispozitivele de

pulverizare cu disc rotativ, dispersia radial, a picturilor asigur un timp mai lung de ederea picturilor n curentul de aer uscat. [ 1 ]

Pe msura ce picaturile se ndeprteaz de centrul dispozitivului de pulverizare,acestea intr n contact cu aerul cald i ncepe diferitele trepte ale fenomenului de transfer alapei din pictura de lapte ctre faza gazoas. Astfel, au loc urmtoarele etape:

Micorarea trepatat a energiei cinetice i ncetinirea micrii orizontale apicturilor de lapte;

Cderea liber a picturii sub aciunea greutii, nsoit de frnarea particuleiprin frecare cu aerul;

14


15/56

Deshidratarea progresiv a picturii de lapte, n urma creia particulele capto densitate din ce n ce mai mare, ceea ce duce la accelerarea cderii libere, la ridicareatemperaturii n masa picturilor i la intensificarea fenomenului de evaporare. [ 1 ]

Evaporarea apei este un proces relativ rapidf i n ciuda faptului c aerul este foartecald, temperatura vaporilor nu depete valoarea de 49-50oC. Cea mai mare parte a lapteluiuscat este recuperat n fundul camerei de pulverizare i apoi evacuat cu ajutorul unordispozitive speciale. [ 1 ]

O mic parte din laptele uscat (particule mici i uoare) este antrenat, transportat cuaerul cald i recuperat n dispozitive speciale numite ciocloane. Pierderile n tehnologia deobinere a laptelui praf sunt, n general mici (de aproximativ0,5%) datorit folosirii acestorcicloane. [ 1 ]

6.AmbalareaDurata de conservare a laptelui uscat depinde, ntr-o foarte mare msur, de materiale

folosite pentru ambalare. Aceste materiale trebuie s satisfac anumite cerine, cum ar fi: O rezisten apreciabil la rupere i o impermeabilitate suficient la

ptrunderea umiditii i a oxigenului din aer. n acest sens, cutiile metalice cilindrice(capacitate de 500 g) sunt cele mai indicateambalaje pentru laptele uscat destinat copiilor isugarilor, datorit numeroaselor avantaje, cum ar fi:

Etaneitate apreciabil; Rezisten mecanic ridicat; Prelucrarea metalului folosit pentru fabricarea cutiilor este relativ

uoar; Cutiile se preteaz uor procedurilor de sterilizare. [ 1 ]

Aceste ambalaje prezint, ns, i unele inconveniente, printre care se numrpierderile de volum util (spaiul dintre cutiile cilindrice), greutatea metalului folosit pentrufabricarea cutiilor care ridic costul transportului i costurile ridicate de fabricareaambalejelor. [ 1 ]

La ora actual, n funcie de tehnologie i de capacitatea de producie, se folosesc ialte tipuri de ambalaje, cum ar fi:

Carton acoperit cu o pelicul de polietilen; Carton acoperit cu o pelicul alctuit din straturi succesive de: poliofilm,

pergament vegetal, polietilen; acest material este folosit pentru ambalarea sub vid, fiindimpermeabil la ptrunderea oxigenului;

Foi de aluminiu acoperite cu straturi de poliofilm sau/i polietilen; Pungi de polietilen n cutii de carton (capacitate 500). [ 1 ]

Drept ambalaj de transport (secundar) se folosesc frecvent saci de hrtie special

combinat cu straturi de polietilen (capacitate de 20, 25, 30, 50 kg). [ 1 ]Tehnica cea mai modern de ambalare implic trei trepte succesive:1. umplerea ambalajului;2. aspirarea aerului sub vid pentru minimalizarea riscurilor de infecie;3. injectarea de gaz inert (azot molecular n general) i ermetizarea simultan.

Acest procedur de ambalare permite evitarea proceselor de oxidare a materiei grasei mbuntirea conservabilitii pentru mai muli ani, cu condiia ca coninutul de oxigen ngazul inert s nu depeasc o proporie de 1-2% . [ 1 ]

7.Stocarea

Laptele praf, ca de altfel toate celelalte produse lactate uscate, este relatiov instabil nprezena anumitor factori aerul, umiditatea i cldura) care joac roluri foarte importante nprocesele chimice de degradare. [ 1 ]

15


16/56

Datorit higroscopiei lactozei, a proteinelor i a srurilor minerale, procesele dedegradare a laptelui uscat sunt, din pcate, destul de frecvente. Exist totui o tehnologie care

permite reducerea acestei higroscopii i obinerea unui produs numit lapte instant, acestanumindu-se procedura instant. Aceast procedur prezint un avantaj majorce const nevitarea formrii de cocoloae la contactul cu apa sau cu umiditatea. [ 1 ]

Umiditatea i cldura sunt principalele cauze ale apariiei de cocoloae i brunificarealaptelui, procese ce se traduc prin:

Transformarea lactozei amorfe n monohidrat de -lactoz cristalin (la oumiditate mai mare de 7%), ducnd la formarea de granule lipicioase de lapte praf;

Reacia lui Maillard de degradare a proteinelor, ce duce la scderea solubilitiiacestora. Aceast reacie, favorizeat de creterea temperaturii, este implicati hidroliza lecitinei cu formarea de trimetil amin ce confer laptelui un gust de pete,

precum i n obinerea de compui secundar de culoare brun, insolubili, care afecteazproprietile organoleptice ale laptelui;

Oxidarea i fotooxidarea materiei grase, n cazul unei pasteurizrinecorespunztoare. [ 1 ]

Cercetri ndelungate au permis stabilirea condiiilor optime de stocare prelungit alaptelui praf (de la 6-8 luni), care sunt: Ambalarea cu injectare de gaz inert (azot molecular); Folosirea de ambalaje ce nu permit penetrarea apei, aerului i a luminii; O temperatur mai mic de 20oC; O umiditate a aerului ambiant din zona de stocare mai mic de 75% pentru

temperaturi mai mici de 15oC; Un coninut de oxigen sub 1-2%; aceast condiie este necesar pentru stocarea

mai multor tipuri de produse lactate uscate cu o conservabilitate ndelungat,chiar de civa ani. [ 1 ]

16


17/56

II.3.3.Schema tehnologic de fabricare a laptelui praf

Lapte refuzat Recepie

Filtrare Impuiti solide

Ambalare

Excedent

ConcentrareSU=44-46%

RcireT=4-6oC

PasteurizareT=85-88oC

Uscare-pulverizareAer caldT=150-190oC

Aer rcitT=70-90oC

Normalizare

RcireT=15oC

Livrare

StocareT


18/56

II.3.4.Proprietile i defectele laptelui praf

Criteriu Caracteristici ObservaiiForma

particuleiSferic sauoval

-

Suprafaagranulelor

O suprafatneted

Pentru o uscare corespunztoare

O suprafancreit

Atunci cnd aerul este excesiv de cald, apa din granule fierbeintensiv ceea ce duce la formarea de cratere la suprafaagranulelor

Mrimeaparticulelor

10-250m

Pulverizare pe disc centrifug duce la formarea de particulegroase.Pulverizarea cu jet sub presiune duce la formareavde

particule fine.Mrimea particulelor este proporional cu gradul deconcentrare prealabil al laptelui.

Coninutul deaer 10-15% Sub form de pungi

Coninutul deap

3-4% Valorile mai ridicate ale acestuiconinut afecteazconservabilitatea, n special, pentru valori mai mari de 5%

Densitateaaparent 0,5-0,8g/cm3

Densitatea este invers proporional cu coninutul de aernglobat n granule.Laptele smntnit praf este mai dens datorit coninutului sumai redus n materie gras. Pe de alt parte granulele de laptesmntnit sunt mai puin poroase (datorit coninutului dematerie gras care are tendine de umflare)

Coninutul de

lactoz

38% Pentru lapte normalizat praf

50% Pentru lapte smntnit praf Coninutul dematerie gras

20-26% Pentru lapte normalizat praf 1,5% Pentru lapte smntnit praf

Coninutul degaze

O2 sub 1-2%CO2,N2variabil

Acest coninut crete odat cu creterea mrimii particulei dematerie gras deoarece spaiul dintre aceste globule este maimare.

Viteza deumectare

Variabil n funcie de mrimea particulelorn funcie de porozitatea lor (mrimea globulelor de materiegras)n funcie de temperatur (temperatur mai mare de 65oC

duce la formarea de cocoloae)Maximal Pentru diametre ale granulelor de cca 100-150 mPentru temperatur de de 45oC

Solubilitatea Maximalpeste 97-99%

Pentru o degradare minim a proteinelorPentru o mrime minim a particulelor (suprafaa decontact)Cu o agitare riguroas

Microflora0 n ceea ce privete germenii patogeni0 n ceea ce privete bacteriile coliformeSub 150000germeni/gram

Totalul speciilor microbiologice

Proprietileorgano-

Culoarea Alb, glbuie, uniformAspectul Pulbere fin omogen

Gustul imirosul

Agreabile, uor dulci (gust uor de fiert)

18


19/56

leptice Consistena Pulbere sfrmicioas

II.3.5.Defectele laptelui praf

Defect Cauza FenomenSolubilitateredus

Materie prim acid; temperatur de uscare ridicat; ostocare necorespunztoare: etaneitate necorespunztoarei o temperatur de stocare prea ridicat.

Degradarea parial aproteinelor

Formare decocoloae

Prezen de umiditateAmbalaj neermetic

Hidratarea lactozei icristalizarea sa subform de monohidratde lactoz

Prezen departiculecalcinate

Uscare prin scurgere de film; o temperatur prea ridicat;un tip de contact prelungit cu aerul cald; prezen deurme de lapte uscat pe pereii utilajului (curire

necorespunztoare).

Caramelizarea lactozeii degradarea

proteinelor

Brunificarea(gust imirosdezagreabil)

Temperatur de stocare prea ridicat; un coninut de apprea ridicat Degradarea proteinelor

Gust imiros deseu

O expunere ndelungat la lumin; o expunerendelungat la aer; prezen de metale grele n specialcupru; temperatur de stocare ridicat; prezen de aer;un ambalaj necorespunztor.

Oxidarea grsimilor

19


20/56

Diagrama Sankey

RECEPIE

FILTRARE

CENTRIFUGARE

NORMALIZARE

PASTEURIZARE

CONCENTRARE

USCARE

AMBALARE

RCIRE

STOCARE

LIVRARE

Impuritisolide

pierderi

pierderi

pierderi

20


21/56

Capitolul III

Operatiile folosite in procesul de fabricare a laptelui praf

III.1. Filtrarea

Filtrarea este operaia de separare a fazelor unui amestec eterogen solid-fluidcu ajutorul unei suprafee poroase sau al unui strat poros prin care poate trece numai fazadispersat, fluid. [ 3 ]

Condiiile care se cer unei bune filtrri sunt : Puritatea filtratului adic absena fazei solide n filtrat; Puritatea precipitatului adic absena substanei solubile n precipitat; Umiditatea ct mai sczut a precipitatului; Productivitate ct mai mare a filtrului, adic viteza mare de filtrare; Ct mai puin ap pentru splare, pentru a nu dilua prea mult substana

solubil; Regenerarea uoar i complet a suprafeei filtrante sau a stratului filtrant; Consum minim de energie; Manopera minim; Uzura minim a suprafeei filtrante. [ 3 ]

Factori care influeneaz filrareaOperaia de filtrare este influenat de un numr mare de factori. Factorii pot avea valori

constante sau variabile n timpul filtrrii, n funcie de procedeul de filtrare i de condiiile derealizare a operaiei. [ 3 ]

SuspensiaFiltrarea se realizeaz pentru orice tip de suspensie indiferent de natura i

caracteristicile fizico-chimice. [ 3 ]Granulometria fazei solide determin alegerea stratului filtrant ca textur i porozitate,

structura de precipitat i permeabilitatea acestuia . [ 3 ]Mrimea particulelor poate varia ntre 1m-1mm . Suspensiile cu un coninut mare

de particule fine sau coloidale dau precipitate cu pori mici, compacte, puin permeabile.Astfel, vinul, este considerat din punct de vedere fizico-chimic, un sistem complex n carefaza dispers (apa, 75-85%) conine componente n soluie: etanol, glicerol, glucoz, fructoz,acizi (tartric, malic, succinic etc.), compui fenolici, aldehide, aminoacizi, substane aromate,esteri, cationi (K+ , Ca2+, Fe +2 etc.) i o mic parte de particule coloidale i particulemicroscopice i grosiere, de importan major pentru limpiditatea i stabilitatea vinului. [ 3 ]

n filtrrile dificile (industria vinului, berii), realizate cu suspensii cu coninut redus departicule de natur microbian sau coloidal de dimensiuni foarte mici, se modific nprealabil granulometria suspensiei prin adaosul de substane auxiliare. Substanele auxiliaresunt materiale granulare sau din fibre fine care se adaug n proporii reduse i care contribuiela mbuntirea condiiilor de filtrare: kieselgur (material inert, foarte absorbant), fibre deazbest, celuloz etc. [ 3 ]

Materialul auxiliar se depune pe suprafaa filtrant pentru a forma un strat adsorbantsau se adaug continuu, ntr-un dozaj convenabil (0,01 - 0,05 % din greutatea fazei solide) nsuspensia iniial. [ 3 ]

21


22/56

Suspensiile cu particule sferoidale sau aciculare dau sediment cu permeabilitate marecare asigur viteze mari de filtrare. Particulele n form de foie elastice se comport ca nitesupape. (la mrirea presiunii de lucru viteza de filtrare se reduce). [ 3 ]

Temperatura de filtrareCreterea temperaturii de filtrare influeneaz favorabil filtrarea, fie prin micorarea

vscozitii, fie prin modificarea granulometriei (inducerea unei coagulri). Efectul favorabilal creterii temperaturii poate fi micorat i chiar anulat dac temperatura determin umflareastratului filtrant. [ 3 ]

Presiunea de filtrareInfluena presiunii utilizate n operaia de filtrare depinde de comportarea stratului de

sediment ca strat filtrant. n cazul sedimentului necompresibil, mrimea diferenei depresiune, p, ntre feele stratului filtrant are o influen favorabil asupra vitezei de filtrare.Pentru sedimente compresibile, valoarea p optim se determin experimental. [ 3 ]

Materialul filtrantMaterialul folosit ca strat filtrant trebuie: s rein ct mai complet faza solid asuspensiei i eventualele impuriti (provenite din surse ca: material filtrant, coroziune, reaciichimice etc.); s aib rezisten hidraulic redus, rezisten mecanic i chimiccorespunztoare; s se regenereze usor; s fie ieftin i uor de procurat. [ 3 ]Materialul filtrant poate determina:

- o filtrare superficial caracterizat prin reinerea pe suprafaa stratului filtrant;- o filtrare n adncime, caracterizat prin reinerea fazei disperse n toat adncimea

sa (ex.: filtrarea apei prin filtrele cu nisip).n funcie de natura lor, materialele se utilizeaz sub form de table, site, plci

poroase, straturi fibroase i pulverulente, straturi granulare, membrane. [ 3 ]

Tablele perforate - site lamelare 51 site obinute prin procedee electrolitice - suntgrtare cu ochiuri dreptunghiulare (limea minim 1,5mm) sau circular. Se utilizeaz nspecial ca suport pentru pnze sau alte materiale filtrante (celuloz, azbest, kieselgur).Prezint dezavantajul unei suprafee libere mici. Prin procedee electrolitice diametrulochiurilor poate ajunge la 0,01mm. [ 3 ]

Se fac mpletituri metalice cu ochiuri pn la 50 u.m; prin depunere electroliticochiurile pot fi micorate. [ 3 ]

Pnzele filtrante se caracterizeaz prin elasticitate, suplee i porozitate fin.Particulele suspensiei sunt reinute prin efectul de cernere i adsorbie. Prezint o rezisten

mecanic redus si se colmateaz uor. Sunt folosite ca suprafee filtrante dispuse pe rameverticale, pe suport orizontal sau sub form de saci. Pnzele filtrante prezint o mareadaptabilitate la condiiile de filtrare. Materialele filtrante textile sunt: fibre vegetale (bumbac,iut), fibre animale (ln, pr de cmil, mtase natural), fibre sintetice (mtase artificial),fibre minerale (azbest, sticl). [ 3 ]

Membranele de provenien animal, vegetal sau sintetic (gelatin, esteri deceluloz depuse pe esturi sau pe hrtie) se utilizeaz ca suprafee filtrante pentru filtrri fine.Sunt reinute: subsante coloidale, bacterii, virusuri. [ 3 ]

Straturile fibroase - din fibre de celuloz, azbest, ln, in - sunt obinute prin presare

(carton, fetru, psl) sau prin sedimentarea fibrelor pe o suprafa-suport; se utilizeaz lafiltrarea suspensiilor care colmateaz uor stratul filtrant (sirop de zahr, gelatin, uleivegetal, vinuri). [ 3 ]

22


23/56

Plcile poroase filtrante - din granule reunite prin presare cu sau fr liani i ardereprin vitrificare - pot fi din azbest, kieselgur, argil, porelan, cuar, sticl, grafit, materialeplastice. Se caracterizeaz prin porozitate uniform, rezisten mecanic i chimic. Plcilefiltrante se ntrebuineaz pentru filtrrile cele mai fine. Pentru industria berii se utilizeaz nmod curent patru tipuri de plci filtrante: plci sterilizante. Ex., plci pentru filtrare avansatU800, plci pentru filtrare fin U1000, plci de mare productivitate U1600 sau U2000. [ 3 ]

Teoria filtrriiFiltrarea este o operaie complex (influenat de un numr mare de factori), care

decurge n regim nestaionar. Abordrile teoretice s-au dezvoltat pe baza unor modele fizicesimplificate ale curgerii prin stratul poros. Ecuaiile filtrrii exprim relaia dintre foramotrice a operaiei (zip) i aria suprafeei de filtrare (A) necesar obinerii unui volum defiltrant (V). [ 3 ]

Teoriile existente explic, totui, desfurarea general a operaiei completate cudeterminri experimentale, pot fi utilizate n calculul de proiectare al filtrelor i la conducerea

corect a operaiei de filtrare. [ 3 ]Filtrarea prin stratul de precipitat

Teoria filtrrii prin stratul de precipitat consider c filtrarea are loc numai prin reinerea fazeisolide din suspensie de ctre stratul de precipitat, stratul filtrant avand rol de - suport. naceste condiii, filtrarea este o curgere de lichid printr-un strat granular, cu deosebirea c ntimp se produce o cretere a grosimii stratului de precipitat i a rezistenei hidraulice.Teoria filtrrii i elementele de proiectare tehnologic pentru filtrarea prin stratul de

precipitat. [ 3 ]

Tipuri de filtre

Marea varietate a materialelor filtrante disponibile (celuloz, azbest, diatomit, perlit, polimerisintetici etc.), precum i a straturilor filtrante realizabile (pulverulente, fibroase, esturi, plciprefabricate i membrane) a determinat o larg diversificare a filtrelor att din punct de vedereconstructiv ct i funcional. [ 3 ]

III.2. Amestecarea

Amestecarea este operaia hidrodinamic ce are drept scop omogenizarea,manifestat prin reducerea gradienilor de concentraie sau de temperatur sau, simultan aambilor, n interiorul sistemului supus amestecrii, pn la atingerea unei distribuii reciproceoptime a materialelor constituiente sau a uniformizrii temperaturii. [ 3 ]

Se folosete ca operaie independent la omogenizarea amestecurilor, precum i laobinerea soluiilor, emulsiilor i suspensiilor, iar ca operaie auxiliar pentru intensificareatransferului de cldur sau/i substan, accelerarea reaciilor chimice i biochimice sauauxiliare altei operaii (cristalizare, extracie,absorbie,etc.). [ 3 ]Factorii care influeneaz operaia de amestecare sunt urmtorii:-factori referitori la materialele supuse amestecrii: Natura componentelor; Starea fizic a componentelor; Raportul cantitativ al componentelor;

Proprietile componentelor:-densitatea;-solubilitatea;-vscozitatea;

23


24/56

-tensiunea superficial;-factorii referitori la produsul rezultat n urma amestecrii:

-densitatea;-vscozitatea;-tensiunea superficial;

Gradul de omogenizare;-factori referitori la operaia de amestecare (condiiile de amestecare): Intensitatea amestecrii; Regimul de funcionare; Cantitatea sau debitul de produs; Durata amestecrii dau durata medie de staionare; Temperatura de lucru; Presiunea de lucru; Scopul urmrit; Tipul amestectorului; Puterea necesar amestecrii. [ 3 ]

III.3. Evaporarea

Principiul evaporrii cu efect multiplu este utilizarea vaporilor secundari, ieii dintr-un evaporator, ca abur de nclzire n evaporatorul urmtor. Prin aceast utilizare a vaporilorsecundari se realizeaz:

1. economie de abur, pentru c un kilogram de abur primar introdus n primul evaporatorproduce aproximativ un kilogram de vapori secundari care, introdui ca abur de nclzire ntr-un al doilea evaporator vor produce i ei aproximativ un kilogram de vapori .a.m.d.; cu alte

cuvinte, dintr-un kilogram de abur iniial rezult aproximativ n kilograme de vapori n cele nevaporatoare ale instalaiei;

2. economie de ap de rcire n condensator, pentru c din cele n kilograme de vaporinumai aproximativ un singur kilogram ajunge i se condenseaz n condensator; celelalte (n 1) kilograme de vapori secundari, plus kilogramul de abur iniial, se condenseaz n spaiilede nclzire ale evaporatoarelor, cednd cldura lor lichidului care fierbe; din spaiul denclzire al fiecrui evaporator se scoate condensatul provenit din vaporii produi nevaporatorul precedent. [ 3 ]

Deosebirea principal n regimul de funcionare al evaporatoarelor unei instalaii deevaporare cu efect multiplu const n faptul c temperaturile i deci i presiunile suntdiferite. Dac n spaiul de evaporare al primului evaporator este temperatura t1, vaporiirezultai ajung aproximativ cu aceeai temperatur n spaiul de nclzire al evaporatoruluiurmtor; n spaiul de evaporare al acestui evaporator va fi temperatura t2 < t1 .a.m.d.;urmeaz c temperaturile din cele n evaporatoare ale instalaiei vor descrete treptat de la

primul la ultimul evaporator: t1 > t2 > t3 > ... > tn. n consecin i presiunile din evaporatoarevor descrete:p1 >p2 >p3 > ... >pn. [ 3 ]

O instalaie de evaporare cu efect multiplu este format din mai multe evaporatoare, deobicei identice, astfel legate nct vaporii secundari produi n fiecare evaporator s treac nspaiul de nclzire al evaporatorului urmtor. n spaiul de nclzire al primului evaporatorintr aburul primar de nclzire. Vaporii secundari din ultimul evaporator sunt condensai ncondensatorul instalaiei. Diferitele variante ale circulaiei vaporilor i soluiei vor fi discutate

mai jos; soluia circul n echicurent cu vaporii: este introdus cu debit constant n primulevaporator, trece apoi succesiv prin evaporatoarele urmtoare i iese cu concentraia final din ultimul evaporator. [ 3 ]

24


25/56

Temperaturile din evaporatoare sunt cuprinse ntre temperatura 0 a aburului primardisponibil i temperatura tc = tn corespunztoare presiunii din condensator, aceasta din urmfiind impus de temperatura apei de rcire. [ 3 ]

III.4. Transportul lichidelor

Pompele centrifuge au o larg rspndire n industriile de proces, fiind cel mai utilizatepompe din industria chimic i din cea de prelucrare a petrolului. Sunt pompe frecventfolosite i n ramurile industriei alimentare. [ 6 ]

ntr-o astfel de pomp lichidul este alimentat n centrul unui rotor care senvrte cu o vitez mare, fora centrifug astfel creat mpinge lichidul radial spre periferiarotorului (la pompele centrifuge radiale) sau n lungul axului pompei (la pompele centrifugeaxiale). n acest fel energia mecanic disponibil la ax este transferat lichidului sub form deenergie cinetic. Aceasta este treptat convertit n energie de presiune, pe msur ce lichidul

prsete rotorul. [ 6 ]Exist dou categorii principale de pompe centrifuge :1. pompe centrifuge radiale (tip volut sau cu stator) Fig.1.2. pompe centrifuge axiale Fig.2.

Pompele centrifuge, radiale sau axiale, se pot clasifica n funcie de numrul rotoarelor(existnd pompe mono- i multietajate), de forma rotorului, de forma i poziia

carcasei, de caracteristicile de operare, etc. [ 6 ]Mai cunoscute i utilizate sunt pompele centrifuge tip volut. Schema de principiu este

dat n figur. Caracteristicile acestor pompe este faptul c rotorul refuleaz lichidul radialntr-un canal de colectare spiral cu seciune continuu cresctoare, construcie care uureazconvertirea energiei cinetice a lichidului n energie de presiune. [ 6 ]

25


26/56

Fig : 2. Pompa centrifuga tip voluta schema de principiu1 rotor, 2- palete, 3 arbore, 4- cutie de etansare, 5 carcasa, 6 canal ( melc) colector,

7 racord de intrare, 8 racord de iesire.

26


27/56

Capitolul IV

Blanturi de mteriale si bilanturi termice

Gm l1= Gm l2 = 5893,75 Kg/h

Tabel bilan

Component Intrrim(kg/s)

Ieirim(kg/s)

Lapte 1 1,637Lapte 2 1,637Total 1,637 1,637

p = 0,3%p = 17,68 Kg/hGm laptef= Gm lapte 2 - Gm imp. [ 3 ]Gm laptef= 5893,75 17,68Gm laptef= 5876,06 Kg/h

Tabel bilan

RECEPIE

Lapte 1

Lapte 2

FILTRARE

Lapte filtrat

impuriti

Lapte 2

27


28/56


Ieirim(kg/s)

Lapte 2 1,637Lapte filtrat 1,632

Impuriti 0,005Total 1,637 1,637

p = 0,1 %p = 5,89 kg/h

(B.M.)

Gm lapte f = Gm p + Gm l.c. [ 3 ]Gm l.c. = Gm lapte f Gm pGm l.c. = 5876,06 5,89Gm l.c. = 5870,17 Kg/h

Tabel bilan

Component Intrri

m(kg/s)

Ieiri

m(kg/s)Lapte filtrat 1,632Lapte centrifugat 1,630

Pierderi 0,002Total 1,632 1,632

CENTRIFUGARE

Lapte filtrat

Laptecentrifugat

pierderi

28


29/56

p = 0,5%p = 29,46 Kg/h

(B.M.)

Gm lapte c = Gm lapte n + Gm p [ 3 ]Gm lapte n = Gm lapte c Gm pGm lapte n = 5870,06 29,46Gm lapte n = 5840,6 Kg/h

Tabel bilan


Ieirim(kg/s)

Lapte centrifugat 1,630Lapte normalizat 1,622

Pierderi 0,008Total 1,630 1,630

NORMALIZARE

Lapte normalizat

Laptecentrifugat

pierderi

29


30/56

p = 1% pierderi p = 58,93 Kg/h

(B.M.)

Gm lapte n = Gm lapte p + Gm p [ 3 ]Gm lapte p = Gm lapte n GmpGm lapte p = 5846,6 58,93Gm lapte p = 5787,66 Kg/h

(B.T.)

Qabur + Qlapte n = Qlapte p + Q abur uz. [ 3 ]( mab. rab. Ti)ab. + (m Cp T1)lapte n = (m Cp T2) lapte p + ( m r Tf)ab uz( m r Ti)ab. (m r Tf)ab. uz.= (m Cp T2)lp. ( mCp T1)lnm r ( Ti Tf)ab. = m Cp (T2 T1)lapte

mab. = hKgr

Cpm/82,30

20108,2453

655,398059,5846

20

653

=

=

T1 = (Ti-Tf) = 125-105 = 20C

T2 = ( T1 T2) = 85-20 = 65CCp C065 = 3980,5 J/ KgK [ 5 ]

r C020 =2453,8 KJ/Kg = 2453,8 10 3 J/Kg [ 5 ]

PASTEURIZAREAburT = 125C

LaptepasteurizatT = 85C

Lapte normalizatT = 20C

pierderi

Abur uzatT = 105C

30


31/56

Tabel bilan


Ieirim(kg/s)

Lapte normalizat 1,624Abur 0,008

Lapte pasteurizat 1,607Abur uzat 0,008Pierderi 0,017

Total 1,632 1,632

IV.1. Schema bloc a instalaiei de concentrare

P

Ab. uz.

Lc1

C1

Ab. primar 120C

Lc2

C2

Lc3

Cond

Uscare

Laptepraf

97 %

Aer rcit80C

Aer cald170C

C4

Ap uz.

C3

31


32/56

( B.M.)

Gm ab.p. + Gm l.. = Gm W1 + Gm Lc1 + GmC1 [ 3 ]

Gm l..

=211xGmLcx

Gm Lc1 = hkgx

xGmL/15,2210

32,0

12,075,5893

2

1=

=

GmW1 = Gm lapte Gm Lc1GmW1 = 5893,75-2210,15GmW1 =3683,6 kg/h

(B.T.)

Qab.p. = QLc1 + QW1 [ 3 ]Gm Ab.p. r1 = (Gm Cp T)Lc1 + Gm W1 r2

3

3

1

211

109,2202

)104,22836,3683()40399075,5893(.

)(.

+=

+

=

pGmAb

r

rGmWLcTCpGmpGmAb

Gm Ab.p. = 3109,2202

8411132240940642500

+

Gm Ab.p. = 4245,21kg/h

Cr0120

1=2202,9 10 3 J/K [ 5 ]

r C0

90

2=2283,4 10 3 J/K [ 5 ]

Cp C070 = 3990 J/KgK [ 5 ]

Tm = C0702

9050=

+

90CLc1

T= 120CAbur primar

LaptenclzitT = 50CX1 = 12%

C1 ( T= 120C)

W1 90C

Lc1T = 90CX2 = 32%

32


33/56

Tabel bilan


Ieirim(kg/s)

Abur primar 1,179Lapte nclzit 1,637

Abur 1,024Condens 1,179

Lapte concentrat 1 0,613Total 2,816 2,816

(B.M.)

Gm W1 + GmLc1 = GmW2 + GmLc2 + GmC2 [ 3]

GmLc1

= 322 xGmLcx

GmLc2 = hKgx

xGmLc

/43,147348,0

32,015,2210

3

21=

=

GmW2 = GmLc1 GmLc2GmW2 = 2210,15 1473,43GmW2 = 736,72 kg/h

GmC2 = (GmW1 + GmLc1) ( GmW2 + GmLc2)GmC2 = ( 36836,6 + 2210,17) (736,7 + 1473,43)GmC2 = 3683,64 Kg/h

M extra abur = GmW1 Gm Ab.1 [ 3 ]M extra abur = 3683,6 701,33M extra abur = 2982,27 Kg/h

70C

Lc2

W1

C2

Lc1T= 90CX2 = 32%

W2T = 70C

Lc2

T = 70CX3 = 48%

33


34/56

(B.T.)

Qab.1 = QLc2 + GmW2 [ 3]Gm ab.1 r1 = ( Gm CpT)Lc2 + GmW2 r2

Gm ab.1=1

222)(

r

rGmWTCpGmLc

+

Gm ab.1 =[ ]

3

3

104,2283

)108,23337,736()20(400043,1473

+

Gm ab.1 = hKg /33,701104,2283

1601436060

104,2283

171931046011787440033=

=

+

r KgJC /108,2333 37020

= [ 5 ]

r KgJC /104,2283 39010

= [ 5 ]

T = 70-90= -20Tm = 080

2

9070=

+

Cp C080 = 4000 J/KgK [ 5 ]

Tabel bilan


Ieirim(kg/s)

Abur W1 1,023Lapte concentrate 1 0,613

Abur W2 0,204Condens C2 1,023

Lapte concentrat 2 0,41Total 1,637 1,637

prenclzitor

Ab.2 70C

Ab. uz.

Lapte iniialT = 20C

Lapte nclzitT = 50CX1 = 12%

34


35/56

(B.M)

Gm W2 + Gm l iniial = Gm Ab. Uz. + Gm l nclzit [ 3 ]

(B.T.)

Qab.uz. + Qli = Q l + QAb. uz . [ 3 ]Gm ab.1 r ab.2 + ( Gm Cp T1) li = (Gm Cp T2 )l + Gm ab.uz. r ab.uz.Gm ab.2 r ab.2 Gm ab.uz. r ab.uz. = (Gm Cp T2) l ( Gm Cp T1)l

Gm ab.2 =r

liTCpGmlTCpGm )()( 12

Gm ab.2 = 312

108,2333

303,395266,5787)(

=

r

lTTCpGm

Gm ab.2 = 294,04 Kg/h

T = T2 T1 = 50 20 = 30C

Tm = C0352

2050=

+

Cp C035 = 3952,3 J/KK [ 5 ]

r C070 = 2333,8 10 3 J/Kg [ 5 ]

Tabel bilan


Ieirim(kg/s)

Abur 2 0,081Lapte iniial 1,637Abur uzat 0,081

Lapte nclzit 1,637Total 1,718 1,718

50CLc3

W2 70C

C3

Lc2T = 70CX2 = 48%

W3 T = 50C

Lc3T = 50CX4 = 60%

35


36/56

(B.M.)

Gm W2 + Gm Lc2 = GmW3 + GmLc3 + Gm C3 [ 3 ]

GmLc2

= 433 xGmLcx

GmLc3 = hkgx

xGmLc /74,11786,0

48,043,1473

4

32 ==

GmW3 = Gm Lc2 GmLc3 [ 3 ]GmW3 = 1473,43 1178,74GmW3 = 294,69 kg/h

GmC3 = ( GmW2 + GmLc2) (GmW3 + GmLc3)Gm C3 = 2210,15 1473,43Gm C3 = 736,72 Kg/h

M extra abur = GmW2 Gm ab.3 = 736,72 260, 66 = 476,06 Kg/h

(B.T.)

Qab.3 = QLc3 + QW3 [ 3 ]Gm ab.3 r 3.ab = (Gm Cp T)Lc3 + GmW3 r2

Gm ab.3 =3.

233)(

abr

rGmWLcTCpGm +

Gm ab.3 =[ ]

3

3

108,2333

105,238269,294)20(5,397774,1178

+

Gm ab.3 = 33 108,2333608330158

108,2333

70209892593768767

=

+

Gm ab.3 = 260,66 kg/h

T = 50 -70 = -20C

Tm = C0602

7050=

+

Cp C060 = 3977,5 J/KgK [ 5 ]

r KgJC /105,2382 35020

= [ 5 ]

r Cab

070

3. = 2333,8 103 J/Kg [ 5 ]

Tabel bilan


Ieirem(kg/s)

36


37/56

Abur W 2 0,204

Lapte concentrat 2 0,41Abur 3 0,073

Lapte concentrat 3 0,337Condens 0,204

Total 0,614 0,614

(B.M.)Gm lapte + Gm aer cald = Gm aer rcit + Gm lapte praf [ 3 ]

(B.T.) Q aer cald + Qlapte = Qaer rcit + Qlapte praf [ 3 ]( m Cp Ti) a.c. + ( m Cp Ti) l = ( m Cp Tf) a.r. + ( m Cp T 2) lp.m Cp ( Ti Tf) a.c. = m Cp (T2 T1)l.p.( m Cp 90) a.c. = ( m Cp 35)l.p.

ma.c. =905,1013

3539901440

90

..)35(

=

Cp

plCpm

ma.c. = 2204,6 kg/hT = Tf Ti = 35

Tml = 5,672

5085=

+C

T m aer = 1252

80170=+ C

Cp med. lapte = 3990 J/kg K [ 5 ]Cp med.aer = 1013,5 J/ kg K [ 5 ]

Tabel bilan

Componet Intrrim(kg/s) Ieirim(kg/s)Lapte 0,337

uscare

Lapte praf

Aer cald

T = 170C

Lapte 50C

Aer rcit

T = 80C

37


38/56

Aer cald 0,612Aer rcit 0,549

Lapte praf 0,4Total 0,949 0,949

Capitolul V

Dimensionarea utilajelor

V.1. Dimensionare amestecator

Am ales un amestecator cu paleta dreptunghiular. [ 2 ]Amestecatoarele cu palet dreptunghiular au o singur palet dreptunghiular fixat

de arborele vertical. Dau rezultate bune la lichide cu vscozitate mic.

38


39/56

Amestectorul cu palet dreptunghiular are urmatoarele caracteristici :D - diametrul interior al vasului, m

D = 2000 mm = 2 m ;H - nlimea vasului, m

H = 2000 mm = 2 m ;d diametrul vasului, m

d = D5,0 = 1000 mm = 1 m ;n turaia amestectorului, rot/s

n = 2 rot/s.Se afl volumul vasului(Vv), unde : D = 2 m ;

n H = 2 m.

322

28,624

214,3

4mVvVvH

dVv =

=

=

[ 2 ]

Calculul Reynolds

===

8,954395Re

10127,2103021ReRe

3

22

agagagnd

regim turbulent [ 2 ]

Cand4

1 05R e a g

avem : 36,0;2;2,

===d

h

d

H

d

D[ 2 ]

c = 14,35 ; m = 0,31 [ 2 ]

mmhhdhd

h360100036,036,036,0

,,,,

====

,h - inaltimea paletei, mm

mHHRVHHRV LL 878,1

114,39,5 ''

2

''2=

=

==

VL volumul lichidului, m/s

d

D

H h

h

39


40/56

'H - nlimea la care ajunge lichidul, mh distana dintre elice i fundul vasului, mm

mmhhdh 20010002,02,0 ===

Calculul Euler agitare.

( )( )

2,08,954395

35,14Re

31,0===

agag

m

agagEuEucEu [ 2 ]

Calculul puterii necesare amestecrii.

[ ]264,1

16481210302,5353

53

KWNu

WNuONudnEuNudn

NuEu agag

=

===

=

Stiind ca : NiNu = 10075

Nu puterea util, KWNi puterea instalata, KW

KWNiNiNu

Ni 18,275

10064,1

75

100=

=

=

Puterea consumat n regim.

( )

KWN

WN

N

N

NndcNmmmm

64,1

67,1647

117,0263,191,119453,635,1410

1263,191,119453,635,14

10127,210302135,14

93,0

31,0369,069,238,41325

=

=

=

=

==

[ 2 ]

c,m constante- densitatea laptelui, Kg/m 3- vscozitatea dinamic a laptelui, sPa d diametrul agitatorului, mn turaia, rot/s

V.2. Dimensionare filtru

Am ales un filtru confecionat din pnz (pnz filtrant).Diametrul porilor filtrului d = 0,1 mm.

Calculul vitezei de filtrare :

vdlP = 232 [ 2 ]

P - cderea de presiune, N/m2;- vscozitatea dinamic a amestecului, sPa ;

40


41/56

v- viteza de filtare, m/s;d-diametrul porilor, mm;l- grosimea pnzei, mm.

25

2

12

/105,1 mNP

PPP

=

=[ 2 ]

P1 = 0Atunci : 25 /105,1 mNP =Adoptam l = 1,5 mm

( )

5,110127,232

105,11,0

3232

3

522

2

=

==

v

l

Pdvv

d

lP

smsmmv /69,14/05,14692 ==

Calculul debitului volumic pentru lapte

smhmGvGvGm

Gv LLLL /00158,0/72,51030

75,5893 33 ====

Calculul debitului volumic al impuritilor din lapte

smhmGvGvGm

Gv impimpimp

imp /102,3/011,01500

68,17 63 ====

Calculul :

002,01058,1

102,33

6

=

==

L

imp

Gv

Gm

Calculul ariei filtrului

Adopt raza filtrului : R = 1,25 md = 2,5 m

( ) 2

22

906,44

5,214,3

4mAA

dA fff =

=

=

Calculul stratului de precipitat

smllA

vl

f

/106906,4

69,14102 233

=

=

=

[ 2 ]

V.3. Dimensionarea evaporator I

Am ales pentru evaporatorul I schimbtorul de cldur cu plci de tip TehnofrigT 10000 cu urmtoarele caracteristici:

lungime: 1530 mm; lime: 410 mm;

41


42/56

grosime: 1 mm; aria suprafeiei de transfer: 0,5 m2 (A0); distana dintre plci: 3 mm; aria seciunii de curgere: 175 x 10-5 m2; diametrul echivalent: de = 9,5 mm;

grosimea plcii de capt pc = 110 mm; grosimea plcii intermediare pi = 72 mm. [ 2 ]

T1 = 120 50 = 70oCT2 = 120 90 = 30oC

TM =

K

T

T

TT29,47

80,0

40

30

70ln

3070

ln2

1

21 ==

=

Calculm numrul de canale pentru lapte:

canaleVS

Gm m 252,1

07,1

63,1

2,10058,010175

63,15

00

2 ==

=

=

[ 4 ]

Pentru m = 2 canale calculm viteza real a laptelui

smSm

lGVr m /5,01017522,1005

63,15

01

=

=

= [ 4 ]

Calculm Reynolds

12,77011062,0

105,95,02,1005Re

3

3

=

=

=

dv[ 2 ]

Adoptm 1 = 15000 W/m2. K

Calculm numrul de canale pentru abur

canaleSV

AbGm

Ab

m 151017540121,1

17,15

00

2 =

=

[ 4 ]

120oC

120oC

90oC

50o

C

T2

T1

42


43/56

GmAb = 1,17 kg/s = 1,121 kg/m3 [ 5 ]V0p = 40 m/sS0 = 175 . 10-5 m2

Calculm viteza real pentru m2 = 15 canale

smSm

AbGVr

Ab

m /391017515121,1

17,15

02

=

=

=

[ 4 ]

Calculm Reynolds

69,32447108,12

0095,039121,1Re

6=

=

=

dv[ 2 ]

Adoptm 2 = 10000W/m2. K2 coeficient parial termic pentru abur

Calculm coeficientul termic total

21

11

1

++

=

p

i

K[ 4 ]

i grosimea peretelui ( oel inoxidabil);p conductivitatea termic a peretelui

]/[55,4436

10000

1

7,14

001,0

15000

11 2 KmWK =

++

=

Calculul ariei

Q transfer = GmAbr rab = 1,17 . 2202,9 . 103 = 2597219,1 [ 4 ]

Q = A . K.Tmed A =2

55,1229,4755,4436

1,2597219m

TK

Q

med

=

=

[ 4 ]

Calculm numrul de plci n lucru

placiA

An r 2628,25

5,0

55,12

0

== [ 4 ]

A0 aria suprafeei de transferAr aria total

Calculm numrul de pachete

pachetmm

nN 185,0

172

26

)152(2

26

)(2 21=

=

+=

+= [ 4 ]

43


44/56

Calculul lungimii active a schimbtorului de cldur

L = 2pc + pi + ngp + nc + gc [ 2 ]

pc grosimea plcii de capt, m;pi grosimea plcii intermediare, m;n numrul de plci, m;gp grosimea plcii, m;nc numrul de canale, m;gc grosimea canalului, m.

L = 2 . 0,110 + 0,073 + 26 . 0,001 + 17 . 0,003 = 0,369[m]

V.4. Dimensionarea evaporatorului II

Am ales pentru evaporatorul II schimbtorul de cldur cu plci de tip TehnofrigT 5000 cu urmtoarele caracteristici:

lungime: 990 mm; lime: 250 mm; grosime: 1 mm; aria suprafeei de transfer: 0,18 m2; distana dintre plci: 3 mm; aria seciunii de curgere: 636 . 10-6 m2;

diametrul echivalent de = 9,5 3,5 = 6 mm; grosimea plcii de capt: pc = 110 mm; grosimea plcii intermediare: pi = 72 mm. [ 2 ]

T1 = 90 90 = 0oCT2 = 90 70 = 20oC

TM = KTT

102

20

2

21 ==+

Calculul numrului de canale pentru lapte

canaleSV

LGm

pt

m 26,138,0

61,0

106366,03,1000

61,06

00

1==

=

=

[ 4 ]

90oC

70o

C

90oCT

2

T1

44


45/56

GmL = 0,61 kg/s;= 1000,3 kg/m3; [ 5 ]V0pt = 0,6 m /s; [ 3 ]S0 = 636 . 10-6 m2; [ 2 ] = 0,57 . 10-3 Pa . s. [ 5 ]

Calculul vitezei reale

smSm

LGVr m /5,0

1063623,1000

61,06

01

=

=

=

[ 4 ]

Calculm Reynolds

73,52641057,0

1065,03,1000Re

3

3

=

=

=

dv[ 2 ]

Calculm Nusselt

Nu = c . Rem. Prn . [ 2 ]

tiind c: c = 0,0645 [ 2 ]m = 0,78 [ 2 ]n = 0,46 [ 2 ] = 0,542 W/m. K [ 5 ]

( )

41,141

415,1934,1232,7990645,0

415,1217,473,52640645,0

415,105,1

217,4

Pr

Pr

217,4

542,0

1057,05,4010Pr

46,078,0

25,025,0

3

=

=

=

=

=

=

=

==

Nu

Nu

Nu

c

p

p

[ 2 ]

Calculm coeficientul parial termic pentru lapte

KmW

d

NudNu

e

e

=

=

=

=

2

1

31

1

/34,12774

106

542,041,141

[ 2 ]

- conductivitatea termic a laptelui;de diametrul echivalent.

Calculm numrul de canale pentru abur

canaleSV

Gm

p

mAb 32106363,234233,0

2,06

00

2=

=

=

[ 4 ]

GmAb = 0,2 kg/s;= 0,4233kg/m3; [ 5 ]V0p = 23 m/s; [ 2 ]

45


46/56

S0 = 636 . 10-6, m2 [ 2 ]

Calculul vitezei de curgere a aburului

sm

Sm

GVr mAb /25,23

10636234233,0

2,06

02

=

=

=

[ 4 ]

Calculm Reynolds

25,2460431100240,0

10625,234233,0Re

6

3

=

=

=

edV [ 2 ]

Adoptm 2 = 10000 W/m2 . K


73,4061104,2

1

101108,6108,7

1

10000

1

7,14

001,0

34,12774

1

1

11

1

4455

1 21

=

=++

=

++

=

++

=

=

KK

Kn

i i

i

[ 4 ]

Calculul ariei

Q = A . K.TM [ 4 ]

Qtransfer= mAb . r = 0,2 . 2283,4 . 103 = 456680 [ 4 ]

214,11

1073,4061

456680m

TK

QA

M

=

=

= [ 4 ]

Calculul numrului de plci n lucru

placiA

An 628,61

18,0

14,11

0

=== [ 4 ]

Calculul numrului de pachete

( ) ( )pachet

mm

nN 191,0

342

62

3222

62

221

=

=+

=+

= [ 4 ]


L = 2pc + pi + ngp + nc. gc [ 2 ]

pc grosimea plcii de capt,m;

pi grosimea plcii intermediare,m;n numr de plci, m;gp grosimea plcii, m;nc numrul de canale, m;

46


47/56

gc grosimea canalului, m.

L = 2 . 110 + 72 + 62 . 1 + 34 . 3L = 456 mm = 0,456 m

V.5.Dimensionarea prenclzitorului

Am ales pentru prenclzitor schimbtorul de cldur cu plci de tip Tehnofrig T-5000 cu urmtoarele caracteristici:

lungime: 990 mm; lime: 250 mm;

grosime: 1 mm; aria suprafeei de transfer: 0,18 m2; distana dintre plci: 3 mm; aria seciunii de curgere: 636 . 10-6 m2; diametrul echivalent: 6 mm; grosimea plcii de capt: pc = 110 mm; grosimea plcii intermediare: pi = 72 mm. [ 2 ]

T1 = 70 20 = 50KT2 = 70 50 = 20K

K

T

T

TTTM 75,32

916,0

30

20

50ln

2050

ln2

1

21 ==

=

=

Calculm numrul de canale pentru lapte

canaleSV

lGm m 413,3

106368,01022

63,16

00

1 =

=

[ 4 ]

Gm l = 1,63 kg/s;

= 1022 kg/m3

; [ 5 ]V0 = 0,8 m/s;S0 = 636 .10-6 m2. [ 2 ]

70oC

60oC

70oC

20oC

T1

T2

47


48/56


smSm

LGVr m /62,0

1063641022

63,16

01

=

=

=

[ 4 ]

Calculm Reynolds

2,3168102,1

10662,01022Re

3

3

=

=

edV regim tranzitoriu [ 2 ]

Calculm Nusselt

Nu = c . Rem. Prn. [ 2 ]

tiind c: c = 0,0645; [ 2 ]m = 0,78; [ 2 ]n = 0,46. [ 2 ]

( ) ( )

77,167

728,18,281,5370645,0

728,137,92,31680645,0

728,105,1

37,9

Pr

Pr

37,9506,0

102,13952Pr

46,078,0

25,025,0

3

=

=

=

=

=

=

=

==

Nu

Nu

Nu

c

p

p

[ 2 ]

Calculul coeficientului parial termic pentru lapte

e

e

d

NudNu

=

=1

1[ 4 ]

conductivitatea termic a laptelui;de diametrul echivalent.

KmW =

=

2

31/35,14149

106

506,077,167

Calculul numrului de canale pentru abur

canalemSV

Gm mAb 5

10636401981,0

0817,026

00

2

=

=

[ 4 ]

GmAb = 0,0817 kg/s;= 0,1981 kg/m3; [ 5 ]V0 = 40m/s;S0 = 636 . 10-6 m2 .

Calculul vitezei reale de curgere a aburului

48


49/56

smSm

GVr mAb /5,40

1063651981,0

0816,06

02

=

=

=

[ 4 ]

Calculm Reynolds

142281082,10

1065,401981,0Re6

3

=

==

edV [ 2 ]

Adoptm 2 = 10000W/m2 . K


KmWK

Kn

i i

i

=

+

+

=

++

=

=

2

3

1 21

/6,4201

10000

1

7,14

101

14149

1

1

11

1

[ 4 ]

Calculul ariei

Q = A . K.TM [ 4 ]

Qtransfer= mAb. r = 0,0816 . 2333,8 . 103

Qtransfer= 191372

239,1

6,420175,32

191372m

TK

QA

M

=

=

= [ 4 ]

Calculul numrului de plci

placiA

An 872,7

18,0

39,1

0

=== [ 4 ]


( ) ( )pachet

mm

nN 144,0

542

8

2 21=

+=

+= [ 4 ]

Calculul lungimii active a schimbtorului de cldur cu plci

L = 2pc + pi +ngp + nc + gc [ 2 ]

pc grosimea plcii de capt, mm;

49


50/56

pi - grosimea plcii intermediare, mm;n numrul de plci, mm;gp grosimea plcii,mm;nc numrul de canale, mm;gc grosimea canalului, mm.

L = 2 . 110 + 72 + 8 . 1 + 9 . 3L = 327 mm = 0,327 m

V.6. Dimensionarea evaporatorului III

Am ales pentru evaporatorul III, schimbtorul de cldur cu plci tip Alfa Laval P12cu urmtoarele caracteristici:

lungime: 1170 mm; lime: 420 m; gosimea: 1,3 mm; aria suprafeei de transfer: 0,31 m2; distana dintre plci: 4 mm; aria seciunii de curgere: 152 . 10-5 m2; diametrul echivalent: 8 mm. [ 2 ]

T1 = 0KT2 = 20K

KTmed 102

20==

Calculul numrului de canale prin care trece laptele

canalSV

LGm

pt

m 133,0101528,01,1011

41,05

00

1 =

=

=

[ 4 ]

GmL = 0,41 kg/s;= 1011,8 kg/m3; [ 5 ]V0pt = 0,8 m/s;S0 = 152 . 10-5 m2; [ 5 ] = 0,71 . 10-3 Pa . s. [ 5 ]


smSm

LGVr m /6,0

1015211,1011

41,05

01

=

=

=

[ 4 ]

70oC

50oC70

o

C T2T

1

50


51/56

Calculm Reynolds

6,68351071,0

1086,01,1011Re

3

3

=

=

=

edV regim tranzitoriu [ 2 ]

Calculm Nusselt

= nmcNu PrRe [ 2 ]

tiind c: m = 0,65; [ 2 ]n = 0,4; [ 2 ]

= 1; [ 2 ]c = 0,314. [ 2 ]

Calculm Prandtl

( ) ( )

78,191

141,56,6835314,0

41,5522,0

1071,03975Pr

4,065,0

3

=

=

=

==

Nu

Nu

cp

[ 2 ]

Calculul coeficientului parial termic pentru lapte

KmWd

NudNu

e

e=

=

=

=

2

311

1 /93,12513108

522,078,191

[ 4 ]

conductivitatea termic a laptelui

Calculm numrul de canale prin care trece aburul

placiSV

Gm

p

mAb 897,710152301981,0

072,05

00

2=

=

=

[ 4 ]

Calculm Reynolds

08,43941082,10

108301981,0Re

6

3

=

=

=

dVregim tranzitoriu [ 2 ]

Adoptm 2 = 10000W/m2 . K

Calculul coeficientului termic total

KmWK

n

i i

i

=

+

+

=

++

=

=

2

3

1 21

/7,3907

10000

1

7,14

103,1

93,12513

1

1

11

1

[ 4 ]

Calculm aria

Q = A . K.TM [ 4 ]

51


52/56

Qtransfer = mAb. r = 0,072 . 2333,8 . 103 [ 4 ]

Qtransfer= 168033,6

23,4107,3907

6,168033m

TK

QA

M

=

=

=

Calculm numrul de plci

placiA

An 1487,13

31,0

3,4

0

=== [ 4 ]


( ) ( ) pachetmm

n

N 177,018

14

812

14

2 21==

+=

+=

[ 4 ]


L = np. gp + nc. gc [ 2 ]L = 14 . 0,0013 + 9 . 0,004L = 0,0542 m

np numrul de plc, mi;gp grosimea plcii, m;

nc numrul de canale, m;gc grosimea canalului, m.

V.7. Dimensionarea pompei

Pentru a transporta laptele din tanc la primul evaporator am folosit o pompcentrifug.

Aplicm ecuaia lui Bernoulli :

( ) ( ) ( ) QHHvvzzgW ++= 122

1

2

2212

1 [ 6 ]

sau ( ) ( ) FdPvvvzzgW s +++= 2

1

2

2212

1

21 , zz - nlimi, m;

21 ,vv - viteze de pompare, m/s;

21 PP = ,F = 0

smvvV /321 ===

( ) ( ) ( ) 02

21

221

21=++

+ FWppv

vvzzg s [ 3 ]

52


53/56

( )

( )21

210

zzgW

Wzzg

=

=+

Adoptam distana dintre utilaj = 1m, iar lungimea evii :

l = 1+2,1+0,35+1+3=7,45 m

Avem :mz

mz

8,13

2

1

=

=

Atunci : ( ) ( ) smWWzzgW /77,118,1381,921 ===

Calculul nlimii manometrice

mZmZm

g

WZm 2,1

81,9

77,11=== [ 7 ]

Calculul cderii de presiune

- cderea de presiune a unui fluid n curgere are dou componente : o componentpentru curgerea uniform a curentului de fluid - cderea de presiune liniar i o componentpentru zonele n care curgerea fluidului este neuniform cderea de presiune local.

Pr f lin l

P P = + [ 7 ]2

2( / )

2(Re; )

lin

l vP N m

dd

fl

=

=

[ 7 ]

=coeficientul cderii de presiune prin frecare;d, l=diametrul, respectiv lungimea conductei.

Considerm diametrul evii d= 21 mm (standard 25x2 mm).

Lungimea evii l = 7,5 m.

75,30507Re10127,2

021,031030ReRe 3 =

=

=

dv

- deci este regim turbulent. [ 2 ]

Pentru regim turbulent, folosim ecuaia de calcul McAdams care se aplic pentruReynolds cuprins ntre 5000 i 200000 .

222

2,0

2,0

/21,3807310302

3

021,0

5,7023,0

2

023,075,30507

184,0Re184,0

mNPPv

d

lP LinLinLin ===

===

[ 7 ]

Iesirerobinetiurirare robinetidenrurinr +++= cotcotint [ 7 ]

53


54/56

- coeficientul cderii de presiune prin rezistene localeAvem : - numr de coturi = 3

- numr e robinei = 2- rareint = 0,5 [ 2 ]

-1

1,0205,0

39,3333,1cot

===

==

iesire

robineti

uri

[ 2 ]

=+++= 511,039,35,0

[ ] 22

22

/23175Pr10302

35Pr/

2Pr mNmN

vlll ===

2/21,612482317521,38073Pr mNPPPP ttlLint =+=+=

Calculul Zmt

g

Pz

g

vv

g

PPZmt tarar

++

+

=

0

22

2[ 7 ]

ar

ar

vv

PP

mzzzzz

=

=

=== 2,18,13 00210

rP - presiunea de refulare;

aP - presiunea de aspiraie;

av - viteza de aspiraie;

rv - viteza de refulare.

mZmtZmtg

PzZmt t 26,7

81,91030

21,612482,10 =

+=

+=

[ 7 ]

Randametul pompei este de 80%

Puterea necesar pompei

KWNNGgZmt

Nnn

v

n 15,08,01000

0016,081,9103026,7

1000=

=

=

[ 7 ]

Calculul puterii instalate trebuie s in cont de un coeficient pentru o putere necesar subun KW, 25,1 = [ 2 ]

75,1=

KWNNNN n 26,015,075,1 === [ 2 ]

54


55/56

Concluzii

n cadrul acestui proiect, am introdus n instalaie la recepie o cantitate de5893,75 kg/h lapte integral i am obinut o cantitate de 1440 kg/h lapte praf.

Instalaia funcioneaz n regim continuu. Laptele integral introdus n instalaieeste filtrat, din ntreaga cantitate rezult 0,2% impuriti solide. Impuritile solide sunt

reprezentate de particule fine de praf, nisip, scame,pr. Filtrul pe care l-am folosit pentrufiltrarea laptelui integral este un filtru confecionat din pnz.

Laptele rezultat de la filtrare, se centrifugheaz, dup care se normalizeaz i se pasteurizeaz. n concentrator laptele intr cu o concentraie de 12% i rezult cu oconcentraie de 97% substan uscat.

Laptele rezultat din concentrator, se usuc prin dou procese diferite: Uscarea prin scurgere de filtru pe suprafaa unor valuri rotative, acesta fiind un

principiu folosit din ce n ce mai puin; Uscarea prin pulverizare, un principiu foarte des folosit n industria laptelui.

Odat uscat, laptele praf este ambalat i rcit, dup care se face stocarea i implicitlivrarea acestuia.

55


56/56

Bibliografie

1. Abdelkrim Azzouz Tehnologie si utilaj in industria laptelui Casaeditoriala Demiurg Iasi 2000;

2. Constantin Banu Manualul inginerului de industrie alimentara, Vol.1,2,

Editura tehnica, Bucuresti 1998;3.Bratu A. Em. Operatii si utilaje in industria chimica, Vol:1,2, Editura Tehnica,Bucuresti 1960;

4.V. M. Macovei Calcule de operatii si utilaje pentru procesarea termica sibiochimica in biotehnologii, Editura Alma Galati 2001;

5.V. M. Macovei Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie siindustria alimentara. Tabele si diagrame, Editura Alma Galati 2000;

6.Lucian Gavrila Transporul fluidelor, Editura tehnica Info, Chisinau 2002;7. C.F.Pavlov, P.G. Romankov, A.A. Noskov, Procese si aparate in industria

chimica,, ,Exercitii si probleme.

a tehnologica pentru obtinerea laptelui praf

Documents