Автоматизация производства сливочного масла методом сбивания - файл n1.doc

Автоматизация производства сливочного масла методом сбивания
Скачать все файлы (315 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc315kb.30.03.2014 17:57скачать

n1.doc

  1   2   3


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ
Кафедра автоматизации биотехнических систем
Дисциплина «Автоматизирование систем управления технологическими процессами в молочной промышленности»


Курсовой проект

Тема: «Автоматизация производства сливочного масла методом сбивания»

.

Содержание
1. Введение. Роль и значение автоматизации 3

2. Описание технологии 5

3. Описание оборудования 10

4. Описание функциональной схемы автоматизации процесса производства масла методом сбивания 14

5. Описание контура регулирования и контроля 16

6. Описание элементов контура регулирования 17

7. Виртуальный эксперимент 18

8. Разработка тестов 21

9. Вопросы 29

10. Роль и значение качества при производстве 29

11. Заключение 30

12. Список использованной литературы 33
1. Введение
Автоматизация является одним из основных факторов современной научно-технической революции. В основе автоматизации производства лежит системный подход к анализу и синтезу объектов управления, а также к построению и использованию комплекса технических средств автоматического управления, регулирования и контроля. В автоматических системах широко используются новейшие достижения науки и техники.

В настоящее время в отрасли наблюдается частичная и комплексная автоматизация производственных процессов. Частичная автоматизация — это автоматизация отдельных производственных операций. Она осуществляется в тех случаях, когда непосредственное управление сложными процессами, например термической обработкой колбасных изделий или работой пастеризационно-охладительной установки, становится практически недоступно для человека.

При комплексной автоматизации производственных процессов участок, цех, завод и т. д. действуют как единый, взаимосвязанный автоматический комплекс, например линия по производству сосисок и др. Комплексная автоматизация целесообразна в условиях высокомеханизированного производства на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением средств измерений, автоматизации и вычислительной техники.

Наряду с автоматическими системами управления, когда человек только следит за состоянием средств автоматизации, применяют автоматизированные системы управления (АСУ), в которых он активно участвует непосредственно в самом процессе управления. Автоматизированные системы управления — это человеко-машинные системы, использующие в качестве технической базы электронные вычислительные машины (ЭВМ). В отрасли созданы и успешно работают автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП) и отраслевая автоматизированная система (ОАСУ).

Автоматизация технологических процессов производства в молочной промышленности осуществляется путем внедрения систем контроля, регулирования и управления на базе комплекса технических средств общепромышленного и отраслевого назначения. В настоящее время в молочной промышленности накоплен значительный опыт автоматизации технологических процессов.

Широкому внедрению автоматизации в отечественной молочной промышленности способствует наличие ряда предпосылок. В их числе непрерывность, поточность, комплексная механизация технологических процессов, большие объемы производства молочных продуктов, серийный выпуск необходимых приборов и технических средств автоматизации и др.

На сегодняшний день в промышленности полным ходом идет переход от локальных систем управления к полной автоматизации технологических процессов в молочной промышленности, и в частности процессов пастеризации и стерилизации молока. За последние годы произошли кардинальные изменения в автоматизации данных процесс

АСУТП - это человеко-машинная система, обеспечивающая сбор, обработку информации и управление технологическими объектами в соответствии с принятыми критериями.

АТК - Совместно действующие ТОУ и АСУТП составляют автоматизированный технологический комплекс.

ТОУ - Под технологическими объектами управления понимается совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим регламентам технологического процесса производства.

К ТОУ относятся как технологические установки и технологические линии, так и технологические участки производства, и производственный процесс всего предприятия. Технологическая установка - это совокупность нескольких взаимосвязанных аппаратов и машин, в которых выполняется определенная технологическая операция.

Основные задачи автоматизации, стоящие перед отраслью, заключаются в следующем:


2. Описание технологии
Получение масла из славок, представляющих стойкую жировую эмуль­сий, — сложным физико-химический процесс. Основой технологии является вы­деление из сливок жировой фазы (сбиванием) и превращение образовавшего­ся масляного зерна (концентрированной суспензоэмульсии, состоящей из раз­рушенных и полуразрушенных жировых шариков и их агрегатов) в монолит масла со свойственной ему структурой и консистенцией.

Физико-химическая сущность метода основывается на особенности молоч­ного жира изменять агрегатное состояние в зависимости от температуры. Для этого сливки подвергают физическому созреванию (охлаждению до темпера­туры массовой кристаллизации глицеридов и выдержке). Сбивают сливки и обрабатывают масляное зерно механическим воздействием при определенном температурном режиме.

Для выработки масла данным методом используют маслоизготовители периодического и непрерывного действия. С учетом конструктивных особенно­стей маслоизготовителей режимы технологического процесса различаются. При этом сущность процесса остается неизменной. Технологические режимы в основном зависят от химического состава и свойств молочного жира, вида выра­батываемого масла, используемого оборудования.

В общем виде процесс производства масла методом сбивания сливок вы­полняется по следующей технологической схеме: приемка и сортировка молока ia заводе; подогревание, сепарирование молока и получение сливок; тепловая и вакуумная обработка сливок; резервирование и физическое созревание сли­вок; биологическое сквашивание сливок (при производстве кислосливочного масла); сбивание сливок (промывка масляного и посолка зерна — при необ­ходимости); механическая обработка масляного зерна и масла; фасование и упаковка масла; хранение масла на заводе (рис. 1).

Низкотемпературная подготовка сливок к сбиванию (физическое созрева­ние). Цель данной технологической операции — перевести часть молочного жира (не менее 32—35% жира) в твердое состояние. Сливки при этом и эмульсин превращаются в суспензоэмульсию. С появлением внутри жировых шариков кристаллов жира уменьшается прочность связи белковых оболочек с прилегающим к ним жиром. Это вызывает десорбцию некоторой части липо-протеиновых комплексов оболочки в плазму и тем самым снижает устойчивость жировой эмульсии сливок. С увеличением выдержки сливок данное влияние усиливается. Описанное явление служит основой процесса выделения из сливок жировой фазы и получения масляного зерна.





-с с— Раствор соли (вода)

-X X Сливки сырые

оо оо— Сливки пастеризованныеt

-в—в— Масло

о— Обезжиренное молоко

Пахта

6 б бактериальная закваска




Рис. 1. Схема технологического процесса производства сливочного масла ме­тодом сбивания сливок (с массовой долей жира 32—45%):

/ — весы; 2 — приемная ванна; 3 — пластинчатый теплообменник- 4 сепаратор-
сливкоотделитель; 5 — пластинчатый пастернзатор-охладитель; 6 — вакуум-дезодоратор; 7 —емкость для созревания сливок: 8 — маслоизготовитель ненрерывного дейст­вия; 9 — устройство для дозирования воды в масло; 10 — автомат для мелкой фа­совки масла; // — автомат для укладки брикетов в короба; 12 — устройство для заклеивания коробов с маслом; 13 — маслонэготовитель периодического действия; 14 — гомогенизатор; 15 — машина для фасовки масла в короба массой по 20кг:16 — весы для взвешивания коробов с маслом; /7 — заквасочник


Биоологическое сквашивание сливок при производстве кислосливочного масла. Сущность биологического созревания (сквашивания) сливок заключает­ся в ферментации находящейся в сливках лактозы с помощью молочнокислых бактерий. В результате этого в сливках накапливаются комплекс ароматиче­ских веществ и молочная кислота, обусловливающие образование в масле спе­цифического аромата и приятного кисломолочного вкуса. Молочная кислота, кроме того, оказывает консервирующее действие — подавляет развитие гнило­стных бактерий, чувствительных к кислой реакции.

Степень сквашивания сливок устанавливают в зависимости от условий производства, последующего хранения масла, требований потребителя. При из­лишне высокой концентрации молочной кислоты жизнедеятельность молочно­кислых бактерий может быть подавлена, а обладающие высокой кислотоустойчивостью дрожжи и плесени будут развиваться, что крайне нежелательно. Кроме того, при сквашивании сливок до 85—90 °Т в плазме могут активизиро­ваться химические процессы порчи жира.

Сбивание сливок и образование масляного зерна. Общая характеристика процесса. Сущность процесса сбивания сливок заключается в агрегации (сли­пании) содержащихся и них жировых шариков. Процесс происходит под воз­действием внешней силы, сопровождается постепенным уменьшением количе­ства жировых шариков и заканчивается образованием масляного зерна. При этом оболочки жировых шариков разрушаются л около 50—70% их компонен­тов переходит в пахту. Основу жесткого каркаса образующихся структурных агрегатов масляного зерна составляют связи между частицами твердого жира. Жидкий жир обеспечивает сцепление твердых частиц в результате взаимодей­ствия сил слипания.

Процесс агрегации жировых частиц можно условно разделить на сближе­ние жировых шариков под действием внешней силы без изменения свободной энергии системы и слипание (когезию) в результате преодоления их энерге­тического и структурно-механического барьеров. Существует много теорий, объясняющих механизм агрегации жировых шариков и образование масляно­го зерна, что свидетельствует о сложности и многофакторности процесса сби­вания сливок.

Стадии сбивания сливок. А. Гришенко выделяет три стадии сбивания сли­вок: образование воздушных пузырьком (I), разрушение дисперсии воздушных пузырьков (II), формирование масляного зерна (III). При сбивании сливок в маслоизготовнтелях периодического и непрерывного действия стадии сби­вания между собой принципиально не различаются. Скорость агрегации жи-ровых шариков в маслоизготовителе непрерывного действия увеличена в 1000 раз.

Эффективность процесса сбивания сливок. Ее оценивают по качеству полу­чаемого масляного зерна (размер, упругость, влагоемкость), степени исполь­зования молочного жира, показателям структуры и консистенции готового масла. Оптимальные размеры масляного зерна 1—5 мм, но возможны откло­нения в сторону увеличения, что обусловливается конструкцией маслоизготовителя, химическим составом молочного жира, режимом подготовки сливок к сбиванию. Масляное зерно должно быть упругим, правильной формы и до­статочно влагоемким.

Промывка масляного зерна. При выработке масла из высококачественных сливок, строгом соблюдении требований технологии и санитарии производства масляное зерно не промывают. Это улучшает выраженность вкуса и запаха масла и повышает содержание в нем СОМО на 0,2—0,4%. Степень использо­вания сырья благодаря этому улучшается. При высокой дисперсности плазмы в масле число стерильных капель в 100 раз превышает количество бактериаль­ных клеток. Поэтому исключение промывки масляного зерна не опасно для стойкости масла с высокодиспергированной плазмой.

В случае использования сливок с выраженными кормовыми привкусами и запахами, концентрирующимися в плазме, промывка масляного зерна необ­ходима. Промывка масляного зерна — операция многоцелевая. Кроме удаления части нежелательных веществ, промывка оказывает влияние на упруго-вязкие свойства и соответственно слипаемость масляного зерна, эффективность его механической обработки и консистенцию готового масла.

Механическая обработка масляного зерна и масла. Сущность данной опе­рации заключается в формировании из разрозненных агрегатов масляного зерна монолита масла, равномерном распределении компонентов и пластифи­кации продукта. Это влияет на вкус масла, его консистенцию, стойкость в хранении, товарные показатели.

Эффективность обработки масляного зерна во многом зависит от era структуры, состава и свойств. Масляное зерно может иметь компактную струк­туру отдельных агрегатов правильной формы с плотной поверхностью или рых­лую с неровной поверхностью — соответственно при использовании маслоизготовителей периодического и непрерывного действия.

Регулирование содержания влаги в масле. Содержание влаги в масле ре­гулируют изменением режимов созревания сливок и их сбивания, обработки масляного зерна и других факторов.

Регулирование массовой доли СОМО в масле. При использовании масло­изготовителей периодического действия содержание СОМО в масле повышают на 0.2—0,5% исключением или снижением степени промывки масляного зерна (водой). Сбивание сквашенных сливок при выработке кислосливочного масла также способствует повышению массовой доли СОМО. Возможно так­же внесение в зерно или пласт нормализующего раствора СОМО в пахте или воде (концентрацией до 20%).

Регулирование содержания газовой фазы в масле. Содержание газовой фазы в масле, выработанном на непрерывнодействующих маслоизготовнтелях, сравнительно выше, чем на аппаратах периодического действия, и практически составляет 5—10 и 2—3*10-5 м3/кг. Содержание газовой фазы в масле регули­руют изменением параметров сбивания сливок и обработки масляного зерна, а также вакуумированием.

Внесение закваски молочнокислых культур в пласт при производстве кислосливочного масла. Традиционная технология кислосливочного масла из био­логически сквашенных сливок требует дополнительных трудовых затрат. Кро­ме того, с пахтой и промывной водой (при промывке масляного зерна) теря­ется до 90—95% вкусовых и ароматических веществ сливок и 65—92,6% днацетила. Альтернативным традиционному является метод (предложен А. Мироненко) выработки кислосливочного масла из несквашенных сливок путем вне­сения молочнокислой закваски в пласт в процессе его механической обработ­ки.

Новым направлением улучшения вкуса и аромата масла является внесе­ние в пласт в процессе его обработки пищевых ароматизаторов. Перспективним япляется использование ароматизаторов производства Всесоюзного ин­ститута жиров (Ленинград) совместо с заквасками молочнокислых культур. Возможна ароматизация масла внесением в пласт комплекса вкусовых и аро­матических веществ (диацетила, молочной, уксусной и муравьиной кислот).

Посолка масла. Процесс осуществляют с целью придания маслу соленого вкуса. Допустимая массовая доля соли в масле 1,0%. Превышение ука­занного норматива вызывает излишне соленый привкус масла и интенсифи­цирует процессы химической порчи.

Консервирующее действие поваренной соли (NaCl) в результате плазмо­лиза бактериальных клеток сказывается при 15%-ной концентрации ее в плаз­ме. Это соответствует 2,5% соли в масле при массовой доле жира в нем 82,5%. При уменьшении массовой доли соли в масле менее указанной соответ­ственно снижается консервирующее действие на сохранность качества масла.

Особенности фасования масла, выработанного методом сбивания сливок. Масло на выходе из маслонзготовнтеля представляет собой твердообразный продукт. Он легко формируется крупными монолитами (массой по 20 кг) и мелкими брикетами различной формы и массы от 10 до 500 г.

Масло, выработанное в маслонзготовителях периодического действия, пе­ред фасованием через люк выгружают в ванну-тележку, из которой шнеками, расположенными на дне, его направляют в бункер фасовочного автомата мел­кими порциями пли машины для упаковки масла крупными монолитами. Тем­пература масла к моменту фасования составляет 14—16 0С в весенне-зимний и 13—15 °С в весенне-летний период года.

3. Описание оборудования
В производстве сливочного масла методом сбивания применяют ряд аппаратов, где необходимо автоматически регулировать технологические параметры процесса. К ним относятся теплообменник для пастеризации и охлаждения сливок, маслоизготовитель и резервуар для созревания сливок. Теплообменники, применяемые в данном процессе, не имеют специфических особенностей, поэтому здесь они как объекты управления не рассматриваются.

Линия А1-ОЛО для производства масла методом непрерывного сбивания.

Она создана ВНИЭКИПродмашем при участии ВНИИМС НПО «Углич». Линия предназначена для выработки различных видов сливочного масла методом непрерывного сбивания сливок: сладко- и кислосливочного, соленого и несоленого с промывкой и без промывки масляного зерна, с обработкой масла при разрежении и фасовкой как в крупные блоки (ящики) массой 20 кг, так и пачки 100 и 200 г. Линию эксплуатируют на предприятиях маслодельной промышленности с объемом производства 1500-2500 т в год.
Техническая характеристика линии А1-ОЛО для производства масла методом непрерывного сбивания

Производительность при выработке масла, кг/ч

сладкосливочного 1000

крестьянского 800

Рекомендуемая жирность сливок для масла, % 36-45

Кислотность сливок для масла, 0Т

сладкосливочного 14-16

кислосливочного До 40

Температура,0С

пастеризации сливок 85-96

сбивания сливок 9-14

масла на выходе из маслоизготовителя 12-15

промывной воды 0-5

Содержание, %

воздуха в масле До 3,5

жира в пахте 0,7

Давление, МПа (кгс/см2)

промывочной воды 0,5-0,75

(5-7,5)

сжатого воздуха 0,2-0,5

(2-5)

воды для охлаждения 0,08-0,1

(0,8-1,0)

Разряжение в камере обработки масла, МПа (кгс/см2) 0,068

Расход ледяной воды, м3/ч, для

охлаждения сливок в пластинчатом аппарате 9,0

промывка масла 1,5

охлаждение маслоизготовителя 3,5

Расход

пара, кг/ч 300

холода, кВт 153

(132000)

Мощность установленных электродвигателей, кВт 112

Занимаемая площадь (ориентировочно), м2 200

Высота, мм 3500

Масса, кг 22000
В состав линии входят два резервуара РЧ-ОТМ-4 для производства кисломолочных продуктов, насос центробежный типа 36-1Ц1,8-12 марки Г2-ОПА, установка автоматизированная пластинчатая пастеризационно-охладительная А1-ОЛО/2 для сливок, установка вакуум-дезодорационная ОДУ-3, пять резервуаров сливкосозревательных Л5-ОТН-6300, заквасочник Г6-03-12, три заквасочных установки ОЗУ-300, два маслоизготовителя непрерывного действия А1-ОЛО/1, машина М6-ОРГ для крупной фасовки сливочного масла, автомат АРМ для мелкопорционной фасовки и упаковки сливочного масла, полуавтомат М6-АУБ для групповой укладки брикетов сливочного масла в картонные ящики, устройство А1-ОЛО/3 для обандероливания ящиков, электронасос ротационный молочной марки НРМ-2, весы шкальные марки РН-5ОШ13М-1, весы настольные циферблатные марки ВНЦ-2, установка В2-ОЦУ для циркуляционной мойки резервуаров и трубопроводов, комплект труб и арматуры.

Линия предусматривает выполнение следующих производственных операций: резервирование исходных сливок, их тепловую обработку, дезодорацию и охлаждение горячих сливок, созревание сливок, производство закваски (для кислосливочного масла), непрерывное сбивание сливок и получение масла, фасовку масла в картонные ящики и в пачки, упаковку пачек масла в картонные ящики, обандероливание ящиков.

Исходные сливки 30-45 %-ой жирности и температурой 5-10 0С из резервуара хранения через уравнительный бак с поплавковым регулятором уровня центробежным насосом подаются в секцию регенерации пластинчатого аппарата пастеризационно-охладительной установки для предворительного нагрева.

Окончательный нагрев сливок до требуемой температуры пастеризации осуществляется в секции пастеризации. Из секции пастеризации сливки направляются (при необходимости) в дезодорационную установку, где вакуум-насосом создается разрежение, вследствие которого из сливок удаляются посторонние запахи. Затем сливки поступают на охлаждение в секции регенерации и водяного охлаждения.

Из пластинчатого аппарата сливки температурой 4-6 0С направляются в сливкосозревательные резервуары для физическо-биохимического. Автоматическая система управления резервуарами обеспечивает постоянство температуры и заданной продолжительности созревания сливок в двух режимах – при производстве сладко- и кислосливочного масла.

Созревшие сливки через уравнительный бак с поплавковым регулятором уровня винтовым насосом подаются в маслоизготовитель, где происходит сбивание сливок при температуре 9-14 0С, образование масляного зерна, механическая его обработка, промывка (при необходимости), отделение пахты, обработка масла при разрежении и нормализация масла по влаге.

Готовое масло через насадку с регулируемым отверстием выходит на ленточный транспортер или в V-образный рукав, затем в машину крупной фасовки масла в ящики по 20 кг либо в фасовочно-упаковочный автомат для мелкой фасовки масла в пачки по 100 или 200 г. Далее на полуавтомате пачки масла укладываются в картонные ящики, а на обандероливающем устройстве производят их заклеивание.

Для пастеризации и охлаждения сливок в потоке служит пластинчатая пастеризационно-охладительная установка А1-ОЛО/2 производительностью 3000 л/ч, оснащенная электрогидравлической системой регулирования температур.

Сливки созревают в вертикальных цилиндрических резервуарах вместимостью 3000 или 5000 л. Каждый резервуар оснащен управляющим устройством, выполняющим следующие функции: сигнализацию о заполнении и опорожнении резервуара со сливками; контроль и сигнализацию рН и температуры сливок; автоматическое управление процессом созревание сливок по заданной температурно-временной программе при производстве сладкосливочного масла; автоматическое управление процессом сквашивания и созревания сливок (при производстве кислосливочного масла).

Сливки сбивают в маслоизготовителе непрерывного действия типа А1-ОЛО/1 производительностью 1000 кг/ч. Сливки в резервуаре для созревания через уравнительный бак винтовым насосом-дозатором подаются в сбивальный цилиндр маслоизготовителя. Образовавшееся масляное зерно с пахтой поступает в первую камеру шнекового текстуратора, где зерно подвергается первой промывке и механической обработке шнеками. Пахта отделяется от масляного зерна и удаляется через сифон в бак для пахты и далее насосом подается для дальнейшей переработки. Во второй камере текстуратора происходит окончательная промывка и дальнейшая обработка масляного зерна. Промывочная вода через сифонную трубку удаляется из маслоизготовителя. В третьей камере вакуум-насосом создается разрежение для удаления воздуха из масла.

Масло, выходя из маслоизготовителя, поступает на транспортер и направляется на машину для крупной расфасовки типа М6-ОРГ, затем короба с маслом взвешивают на весах и производится заклейка коробов на специальном устройстве.

Расфасовка масла в пачки осуществляется на расфасовочно-упаковочном автомате типа АРМ, а упаковка пачек масла в картонные короба – на укладочной машине типа М6-АУБ.

Для управления процессом сбивания масла необходимо обеспечить равномерную подачу сливок. С этой целью используют уравнительный бак с поплавковым регулятором уровня и специальный винтовой насос-дозатор подачи сливок.

Содержание влаги в масле регулируется в операторном режиме изменением частоты вращения била в сбивательном цилиндре и шнеков обработника. В случае получения масла с низким содержанием влаги в него добавляют небольшое количество влаги (до 1%) с помощью аппарата для дозирования воды в масло.

Работой маслоизготовителя управляют с пульта, смонтированного на обслуживающей стороне. Для тонкой регулировки частоты вращения сбивателя и шнеков обработника рядом с пультом расположены штурвалы. Для контроля сбивателя используется тахогенератор типа ТМГ-30П, соединенный с валом сбивателя и выдающий сигнал на показывающий прибор.

Для измерения силы тока, потребляемого электродвигателем сбивателя, на пульте установлен амперметр типа Э-377.

Контроль температуры и давления ледяной воды, поступающей для промывки масляного зерна, в первой камере и промывки масла во второй камере обработника осуществляется соответственно манометрическим термометром типа ТПП-СК и манометром типа МОШ1-100 .

Если температура промывочной воды превышает заданную, сигнальное устройство манометрического термометра включает лампу на пульте маслоизготовителя. Для контроля вакуума в вакуум-камере маслоизготовителя по месту установлен вакуумметр типа ОБВ-100. На пульте управления смонтирована пусковая и сигнальная аппаратура электродвигателей привода сбивателя и обработника.

Аппарат для дозирования небольшого количества воды в масло при нормализации его по содержанию влаги состоит из насоса-дозатора и бака для воды. Бак имеет мешалку для перемешивания раствора соли при производстве соленого масла. На каждом плужере насоса встроен микропереключатель, включающий соответствующую сигнальную лампу, по включению которой контролируется работа насоса.

Электродвигателями насосов подачи сливок, откачки пахты, вакуум-насосов, насосов ледяной воды управляют со щита управления шкафного типа, на котором размещены переключатель включения щита, пусковые кнопки и лампа сигнализации работы насосов.

Силовое электрооборудование установлено внутри щита.Управление электродвигателями насоса-дозатора и мешалки бака для дозирова-ния воды в масло осуществляется с7.
  1   2   3
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации