lapte praf

UNIVERSITATEA DIN BACĂU FACULTATEA DE INGINERIE

SPECIALIZAREA : INGINERIE BIOCHIMICĂ

OPERAŢII ŞI APARATE ÎN INDUSTRIA BIOCHIMICĂ

Coordonator :Prof. dr. ing. Lucian Gavrila

Grupa:D

Bacau2007

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...................................................................................................10

II.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 ......................................17II.3.4. Proprietatile si defectele laptelui praf.....................................................18II.3.5. Defectele laptelui praf.............................................................................19

Diagrama 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......................................................................................................39V.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

Tema de proiectare

Sa se proiecteze o instalatie tenologica pentru obtinerea laptelui praf

3

Memoriu justificativ

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

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

În acest proiect am ales ca temă obţinerea laptelui praf din lapte integral. Am ales această temă deoarece mi s-a părut interesant ca plecănd de la laptele integral şi trecănd prin mai multe operaţii se obţine laptele praf.Laptele prezintă o compoziţie complexă cu patru grupe de componente principale: substanţe azotoase, glucide, lipide şi săruri minerale.. În afara acestora, în lapte sunt prezente şi o serie de alte substanţe în proporţii mai reduse, dar cu importanţă mare în alimentaţie sau tehnologie. Ca sursă convenţională de proteină animală, laptele se situează pe locul al doilea, după carne, în privinţa aportului proteic în alimentaţia umană. Am început acest proiect cu o parte de teorie, pentru a avea o bază solidă în scopul înţelegerii tuturor proceselor care au loc de-a lungul obţinerii laptelui praf. Etapele parcurse în acest proiect sunt:

Cunoaşterea procedeelor de proiectare a unei instalaţii de lapte praf; Amestecarea şi filtrarea; cunoaşterea acestor noţiuni teoretice ne ajută să înţelegem

complexitatea şi importanţa acestor procese; Cunoaşterea tipurilor de pompe şi a instalaţiilor auxiliare; Stabilirea fluxului de materiale pentru fiecare utilaj în parte şi dimensiunile acestuia. Cel mai important utilaj folosit pentru obţinerea laptelui praf din laptele integral este concentratorul. La fel de importantă ca operaţia de concentrare este şi operaţia de uscare care joacă un rol important în obţinerea laptelui praf. În acest proiect am pornit de la o cantitate de 5893,75 kg/h lapte integral şi am obţinut o cantitate de 1440 kg/h lapte praf.

4

Capitolul I

Componentii esentiali ai laptelui

I.1. Laptele – materie primă

Este alimentul cel mai complex si mi usor asimilat de organism, constituind unul din alimentele de baza si in nutritia omului.Laptele este denumit si „Sangele alb” prin valoare sa haranitoare. 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 in organism. 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 nivelul de sanatate a populatiei.[ 1 ]

I.2. Compoziţia chimicǎ a laptelui

În absenţa microorganismelor şi enzimelor libere, laptele este un aliment alcǎtuit din douǎ faze total nemiscibile, dar aflate într-o stare de emulsie perfectǎ una în alta:1. faza apoasa, care conţine:

proteine, substanţe bio-organice dar compatibile cu faza apoasǎ datoritǎ gradului lor ridicat de hidratare precum şi grupǎrilor anorganice terminale electrolitice, ce le asigurǎ starea coloidalǎ şi, prin urmare, compatibilitatea cu apa;

zaharurile, compuşi organi solubili în apǎ; vitaminele hidrosolubile; sǎrurile şi oligo-elementele minerale. [ 1 ]

2. faza organicǎ constituitǎ din materia grasǎ, emulgatǎ în faza apoasǎ şi alcǎtuitǎ din: gliceridele; steridele; acizii graşi; fosfolipidele, dintre care lecitina, care asigurǎ interferenţa dintre cele douǎ faze; vitaminele liposolubile; pigmenţii. [ 1 ]

Din punct de vedere chimic, laptele conţine urmǎtorii componenţi: apa; substanţa uscatǎ negrasǎ; materia grasǎ. [ 1 ]

Unele din aceste substanţe se gǎsesc în stare dizolvatǎ într-o fazǎ sau alta, iar altele sub formǎ de emulsie sau de suspensie coloidalǎ, apa jucând rol de mediu de dispersie al acestora. Toate tipurile de lapte conţin practic aceiaşi componenţi majori, într-o distribuţie aproape similarǎ care fluctuieazǎ uşor în funcţie de specia animalierǎ, de rasǎ în cadrul aceleiaşi specii, de regimul alimentar precum şi de perioada de lactaţie. [ 1 ]

5

I.3. Componenţii de bazǎ a laptelui

I.3.1. Apa

Principalul component al laptelui este apa, care reprezintǎ peste 80% din masa totalǎ a laptelui, proporţie ce variazǎ, în primul rând, în funcţie de specia animalului. [ 1 ]

Apa este faza majoritarǎ, în care au loc cvasitotalitatea proceselor chimice, biochimice şi fizice. Tensiunea superficialǎ a soluţiei apoase din lapte numite plasmǎ joacǎ un rol determinant în stabilitatea emulsiei de materie grasǎ şi a suspensiilor de proteine. [ 1 ]

I.3.2. Substanţe azotate

Apa din lapte este faza de dispersie a ceea ce se numeşte, de regulǎ, substanţa uscatǎ, care rezultǎ din eliminarea totalǎ a apei din lapte, printr-o deshidratare integralǎ. [ 1 ]

Din eliminarea materiei grase din substanţa uscatǎ, rezultǎ substanţa uscatǎ negrasǎ, care, în afara de substanţe minerale (sǎruri de Ca, Mg, K etc.), mai conţine şi elemente organice specifice laptelui, printre care putem enumera urmǎtoarele:

lactoza (dizaharid compus din glucozǎ şi galactozǎ); cazeinǎ; lactalbuminǎ; lactoglobulinǎ; enzime libere; urme de alti compuşi. [ 1 ]

Cea mai mare parte a substanţei uscate, grase sau negrase, poate, de asemenea, fi obţinutǎ prin coagularea fie a laptelui normal, fie a laptelui smântânit şi formarea unei mase floculante, numitǎ coagul. În masa subsatnţelor azotate, proteinele reprezintǎ, în medie, o proporţie de circa 95%. [ 1 ]Proteinele laptelui sunt substanţe macromoleculare formate din combinarea a circa 20 de aminoacizi elementari. Ele pot fi uşor separate din soluţie, utilizând acid tricloracetic (ATCA) sau acid fosfotungtic şi pot fi precipitate cu o soluţie concentratǎ de sulfat de amoniu.În funcţie de starea lor de dispersie, proteinele din lapte pot fi clasificate în douǎ grupe:

1. cazeina aflata în stare de suspensie coloidalǎ şi care reprezintǎ 80% din totalul proteinelor;

2. proteinele zerului sau proteinele serice, solubile în apǎ, şi anume: lactalbumina, în proporţie de 9-15% din masa proteinelor; lactoglobulina, în proporţie de 3,3% din totalul proteinelor; proteozopeptonele, în proporţie de 3,7% (solubile în zer). [ 1 ]

Aceastǎ distribuţie a principalelor proteine fluctueazǎ în limite foarte înguste, în funcţie de sursa laptelui, raportul dintre diferitele proteine pǎstrându-se aproape constant. [1]

Cele mai importante proteine din lapte pot fi clasificate în trei categorii, în funcţie de structura lor chimicǎ:

1. holoproteidele, care contin numai α-aminoacizi (α-lactalbumina, β-lactoglobulina);2. fosfoproteidele, care conţin acidul fosforic în gruparea proteicǎ (α-cazeina, β-

cazeina);3. lipoproteidele, care conţin glucide drept grupare prosteticǎ (K-cazeinǎ),

ele deosebindu-se prin structura şi compoziţia molecularǎ, care le determinǎ forma de dispersie în lapte. [ 1 ]

I.3.3.Glucidele

6

Lactoza este un component al laptelui care determinǎ, sub acţiunea microorganismelor, toate procesele fermentative care au loc în lapte. Lactoza poate suferi o serie de procese fermentative de descompunere pentru a da naştere, în funcţie de tipul de microorganisme implicate, la acid lactic, acid propionic, acid butiric sau alcool. [ 1 ]

Lactoza este principalul component glucidic al laptelui, pe lângǎ urmele de galactozǎ şi glucozǎ, ce rezultǎ din procesul de hidrolizǎ. Din punct de vedere chimic, lactoza este un dizaharid (diozǎ) format dintr-o moleculǎ de glucozǎ şi o moleculǎ de galactozǎ. [ 1 ]

Lactoza este un glucid specific laptelui, şi , prin urmare, singura sursǎ de galactozǎ pentru om, fiindu-i necesarǎ în sintetizarea metabolicǎ a galactocerebrozidelor, substanţe implicate în dezvoltarea sistemului nervos central şi a facultǎţilor mintale, în special la copil. Cecetǎri riguroase au demonstrat cǎ eliminarea galactozei din raţia nutritivǎ a sugarului şi înlocuirea ei cu zaharoza duce la tulburǎri de inteligenţa la copil. [ 1 ]

Cu o putere de îndulcire de 6,25 ori mai micǎ decât cea a a zaharozei, lactoza îi conferǎ laptelui un gust dulceag. Acest gust dulceag este mai pronunţat în zerul nefermentat, deoarece, în lapte, acesta este mascat de prezenţa cazeinei. Laptele de vacǎ conţine în jur de 4,3-4,8% lactozǎ raportatǎ la cantitatea totalǎ de substanţǎ uscatǎ. [ 1 ]

În plus de procesele fermentative, lactoza poate suferi procesul de hidrolizǎ, enzimaticǎ sau acidǎ cu formarea de glucozǎ şi galactozǎ. Se obţine astfel siropul de lactozǎ, caracterizat printr-un gust dulce mai intens şi utilizat în fabricarea îngheţatei. Prin convertirea glucozei, se intensificǎ gustul de dulce, prin formarea fructozei. Toate aceste produse sunt destinate în special persoanelor cu intoleranţǎ la lactozǎ. [ 1 ]

I.3.4.Lipidele

Fracţiuna grasǎ reprezintǎ, în medie, 3,6-3,8% în laptele de vacǎ, conţinut apropiat de cel din laptele de caprǎ (4%) şi peste 7% în laptele de oaie şi de bivoliţǎ. Materia grasǎ din lapte este un amestec complex, alcǎtuit de o multitudine de compuşi, printre care se numǎrǎ gliceridele, steridele, fosfolipidele, acizii graşi liberi, diverse tipuri de cearǎ şi altele. [ 1 ]

I.3.5.Vitaminele din lapte

Principalele vitamine întâlnite în lapte sunt cele de tip: A, D, E, K, B 1, B2, B6, PP şi B12, şi sunt dispersate, în principal, în douǎ faze:

vitaminele hidrosolubile, dizolvate în plasmǎ; vitaminele liposolubile, care sunt dispersate în materia grasǎ. [ 1 ]

Distribuţia vitaminelor în cele douǎ faze ale laptelui variazǎ în funcţie de specia animalului, rasa animalului, perioada de lactaţie, regimul alimentar, precum şi de tipul de prelucrǎri anterioare ale laptelui. [ 1 ]

Vitaminele contribuie, în mod esenţial, la valoarea nutritivǎ a laptelui, prin acţiunea lor, alǎturi de enzime şi de alţi factori de nutriţie, în procese metabolice ce au loc în organismul consumatorului. [ 1 ]

Vitaminele din lapte

7

Vitaminǎ Stabilitate Rol Sursǎ de provenienţǎVitamina A

Rezistentǎ la cǎldurǎ, sensibilǎ la oxidare.

Favorizeazǎ creşterea şi rezistenţa organismului tânǎr.

Hidrolizǎ enzimaticǎ a β-carotenului.

Vitamina D

Rezistentǎ la fierbere, pasteurizare şi depozitare.

Element antirabic, regleazǎ metabolismul fosfocalcic, favorizând absorbţia şi reţinerea calciului în organism.

Descompunerea fotoliticǎ a erosterolului.

Vitamina E - Necesarǎ fecunditǎţii şi formǎrii laptelui de cǎtre glandele mamare. Rol antioxidant important.

Plante verzi (pǎpǎdie, germeni de cereale).

Vitaminele B1, B6, B12

- Protejeazǎ sistemul nervos şi apǎrǎ organismul de anemie.

Sintetizate de flora digestivǎ a rumegǎtoarelor.

Vitamina B2

Rezistentǎ la cǎldurǎ, sensibilǎ la razele UV.

Favorizeazǎ creşterea, se regǎseşte în zer.

Zer

Vitamina C Instabilǎ la cǎldurǎ şi în prezenţa oxigenului.

Rol multiplu. Fructe, legume.

I.3.6.Oligoelementele minerale din lapte

Fracţiunea mineralǎ din lapte reprezintǎ o proporţie de circa 0,7-0,9%, fiind alcǎtuitǎ, în esenţǎ, de sǎruri de cloruri, citraţi şi fosfaţi de caciu, de sodiu, potasiu şi magneziu. Citraţii de sodiu, calciu şi magneziu se combinǎ cu lactoza pentru a fi asimilate de organism şi joacǎ un rol foarte important în procesele fermentative, favorizând formarea de compuşi de tip diacetil şi diacetilmetilcarbonil, care conferǎ aromǎ produselor lactate. [ 1 ]

În lapte se mai aflǎ şi alte combinaţii chimice pe bazǎ de sulf, aluminiu, zinc, fier, aflate în constituţia metaloproteinelor, precum şi calciu şi fosfor care joacǎ un rol foarte important în nutriţia omului şi în stabilizarea cazeinei. De menţionat faptul cǎ distribuţia acestor oligoelemente variaza, în principal, în funcţie de gradul de prospeţime a laptelui şi vice-versa. Astfel, prezentǎm douǎ argumente în acest sens:

laptele zis anormal are un conţinut relativ ridicat de cloruri; laptele prelucrat termic are un conţinut redus în sǎruri solubile de calciu şi se

preteazǎ mai greu la coagulare. O modalitate de remediere, în acest sens, constǎ în corectarea acestui conţinut cu un adaos de clorurǎ de calciu. [ 1 ]

Fracţiunea enzimaticǎ din lapte

Enzimele sunt compuşi proteici funcţionalizaţi şi joacǎ rol de catalizatori, foarte activi şi selectivi, în diferitele procese chimice şi biochimice ce pot avea loc în lapte. Pânǎ în zilele noastre, peste 20 de enzime au putut fi identificate în lapte. [ 1 ]

8

Enzimele esenţiale

Acestea sunt clasificate în diferite grupe şi ele se localizeaza în special în celulele epiteliale ce provin din glandele mamare. Principalele grupe de enzime sunt:

lipazele; esterazele; amilazele (α şi β); aldolazele; citocromreductazele; fosfatazele; reductazele; peroxidazele; catalazele.

Fracţiunea enzimaticǎ din lapte determinǎ, în mod semnificativ, comportarea fizico-chimicǎ, stabilitatea termicǎ şi mecanicǎ, precum şi capacitatea laptelui de a fi prelucrat ulterior în vederea unei valorificǎri superioare. [ 1 ]

9

Capitolul II

Tehnologia de uscare a laptelui

II.1. Aspecte generale

II.1.1. Prezentarea produselor lactate uscate

Laptele praf şi derivatele uscate din lapte sunt obţinute prin eliminarea cvasitotalǎ a apei, proces ce are loc printr-o concentrare maximǎ controlatǎ a laptelui. Produsele uscate prezintǎ numeroase avantaje, printre care se numǎrǎ:

un conţinut ridicat în substanţǎ uscatǎ, ceea ce determinǎ o valoare nutritivǎ ridicatǎ;

o conservabilitate îndelungatǎ, datoritǎ lipsei de apǎ, fapt ce duce la inhibarea proceselor chimice şi biochimice, precum şi a celor biologice de creştere şi înmulţire celularǎ;

o rentabilitate ridicatǎ a transportului şi a stocǎrii datoritǎ volumelor reduse ocupate de aceşti produşi. [ 1 ]

Procesul de deshidratare se realizeazǎ la scarǎ industrialǎ, ţinându-se cont de anumite criterii cu privire la materia primǎ şi la produs finit. Astfel produşii uscaţi obţinuţi trebuie sǎ fie solubili în apǎ şi stabili din punt de vedere chimic pentru perioade îndelungate de timp, iar laptele folosit ca meterie primǎ sǎ nu prezinte proprietǎţi anormale. [ 1 ]

II.1.2. Tipuri de produse uscate

1. Laptele prafLaptele praf integral este produsul cel mai rǎspândit şi cel mai comercializat din

aceastǎ categorie, datoritǎ, în primul rând, succesului pe care l-a avut acest sortiment şi rǎspândirii sale rapide în lume, precum şi datoritǎ aplicaţiilor multiple ale acestuia, pe lângǎ consumul direct sub formǎ de lapte reconstituit cu un adaos de apǎ. [ 1 ]

2.Lapte praf smântânitLaptele praf smântânit, mai iesftin decât laptele integral, este un produs pentru care

cererea creşte continuu, datoritǎ aplicaţiilor sale din ce în ce mai diversificate. Principalul avantaj al acestui produs constǎ în conţinutul sǎu ridicat de proteine, riboflavinǎ şi substanţe minerale, un conţinut mai ridicat decât cel din laptele prafintegral. Un alt avantaj îl reprezint o stabilitate ridicatǎ a acestui produs pentru perioade lungi de conservare. [ 1 ]

3.Laptele şi produsele uscate pentru sugari şi copiiAceste produse au fost adaptate nutriţiei umane, datoritǎ rolului lor important în

creşterea organismului. [ 1 ]

4.Subprodusele uscate ale lapteluiCele mai cunoscute subproduse lactate uscate sunt zerul şi zara praf. Aceste produse

au aplicaţii multiple, în special, în tehnologia produselor alimentare şi în gastronomie. [ 1 ]

10

II.2. Procedurile de uscare a laptelui

În tehnologia de uscare a laptelui şi a derivatelor lactate, au fost consacrate la nivel de procedee tehnologice douǎ proceduri diferite de uscare şi anume: uscarea prin scurgere de film sau de peliculǎ şi uscarea prin pulverizare. [ 1 ]

II.2.1. Uscarea prin scurgere de film

Aceastǎ procedurǎ constǎ în asigurarea scurgerii laptelui sub formǎ de film subţire pe o suprafaţǎ metalicǎ încǎlzitǎ. Aceastǎ procedurǎ are în vedere mǎrirea suprafeţei de contact între produsul ce urmeazǎ a fi uscat şi agentul de încǎlzire pentru a asigura o deshidratare cât mai eficientǎ. În acest sens, o procedurǎ convenţionalǎ, care este din ce în ce mai puţin folositǎ la scarǎ industrialǎ, se bazeazǎ pe scurgerea lapteluisub formǎ de film pe suprafaţa unui cilindru rotativ încǎlzit. [ 1 ]

Procesul de uscare a laptelui pe valţuri se realizeazǎ la presiune atmosfericǎ, la o temperaturǎ de 80-140oC şi un timp de contact scurt de 2-3 secunde. Aceste condiţii sunt considerate optime şi permit o uscare corespunzǎtoare prin minimalizarea procesului de degradare termicǎ a elementelor nutritive ce alcǎtuisc laptele. Procesele de degradare termicǎ rǎmân, însǎ, destul de importante în astfel de tehnologii datoritǎ temperaturii relativ ridicate de uscare. [ 1 ]

O altǎ variantǎ a acestei proceduriconstǎ în micşorarea temperaturii de uscare la temperatura de 50-60oC şi mǎrirea vitezei de rotire a valţurilor şi diametrului acestora. Aceastǎ variantǎ s-a dovedit, însǎ, destul de costisitoare şi nu mai prezintǎ interes tehnologic în comparaţie cu noile metode de uscare a laptelui prin pulverizare, deoarece procesele de degradare pot fi numai minimalizate dar nu şi eliminate în întregime. [ 1 ]

II.2.2. Uscarea prin pulverizare

Aceastǎ procedurǎ este mai modernǎ şi mai rentabilǎ şi constǎ în atomizarea laptelui lichid sub forma unui nor de picǎturi mici într-o incintǎ în care circulǎ un curent de aer cald. [ 1 ]

Atomizarea fazei lichide (lapte) într-o fazǎ gazoasǎ caldǎ (aer) are în vedere mǎrirea suprafeţei de contact lichid-gaz precum şi o mǎrire a transferului de materie (evaporarea apei). Contactul dintre picǎturile mici de lapte şi moleculele de aer cald este foarte rapid şi uscarea este aproape instantanee. Cu toate cǎ aerul cald are o temperaturǎ de 140-170oC, timpul scurt de contact dintre picǎturi şi aer, face ca temperatura picǎturilor sǎ nu depǎşeascǎ valoarea de 50-55oC. [ 1 ]

Contactul dintre faza lichidǎ şi faza gazoasǎ se poate realiza în douǎ moduri diferite: unul în contracurent şi unul în echicurent. [ 1 ]

Pentru procedeele industriale ce funcţioneazǎ în contracurent, picǎturile se formeazǎ cu ajutorul unui dispozitiv de pulverizare situat în partea superioarǎ a camerei de uscare. [ 1 ]

Cǎderea liberǎ a picǎturilor de apǎ este frânatǎ de rezistenţa pneumaticǎ exercitatǎ de curentul ascendent de aer. Pe mǎsurǎ ce particulele coboarǎ, ele se deshidrateazǎprogresiv, densitatea lor creşte treptat şi cǎderea lor devine din ce în ce mai rapidǎ (fig. 1.) [ 1 ]

11

Fig.1. Uscator in contracurent

Timpul de contact dintre picǎturi şi aerul cald este reglat de temperatura de uscare prin modificarea debitului de aer. Procedeele ce funcţioneazǎ în echicurent (curenţi paraleli) folosesc camere de uscare orizontale. [ 1 ]

În aceste instalaţii, timpul de contact este adeseori mai scurt, dar temperatura de uscare mai ridicatǎ. Separarea particulelelor are loc în dispozitive de tip separator-ciclon ce funcţioneazǎ pe principiul forţei centrifuge. Procedeele de uscare prin pulverizare sunt mai performante decât cele prin scurgere de film şi prezintǎ avantajul suplimentar de a pǎstra calitǎţile laptelui, în special, solubilitatea acestuia în apǎ la reconstituire (solubilitatea fiind mai mare de 99%). Astfel procedeele de pulverizare au devenit cele mai folositeîn industria laptelui. [ 1 ]

II.3. Fabricarea laptelui praf

II.3.1. Tipuri de lapte praf şi materie primǎ utilizatǎ

Pe baza conţinutului de materie grasǎ existǎ mai multe sortimente comercializate dintre care cele mai cunoscute sunt:

Lapte praf tip 26 cu conţinut în materie grasǎ de 26%; Lapte praf 20 cu conţinut în materie grasǎ 20%; Laptele smântânit cu conţinut n materie grasǎ de 1,5. [ 1 ]

Materia primǎ folositǎ pentru obţinerea laptelui praf este supusǎ unor norme severe similare cu cele cerute în cazul laptelui concentrat si anume:

O aciditate mai micǎ de 20o T’; Un gust şi un miros de lapte proaspǎt; O consistenţǎ normalǎ şi o culoare albǎ normalǎ. [ 1 ]

12

II.3.2. Procesul tehnologic

Etapele tehnologice de fabricare a laptelui praf sunt urmǎtoarele:

1.Recepţie, filtrareşi rǎcireLaptele, recepţionat conform normelor prescrise privind proprietǎţile organoleptice şi

fizico-chimice, este imediat supus unor operaţii de filtrare, care se realizeazǎ, de regulǎ, folosind un dispozitiv centrifugal performant şi adoptat capacitǎţii de producţie. Ulterior, funcţie de regimul de funcţionare a procesului tehnologic, laptele filtrat este:

Fie rǎcit la o temperaturǎ de 4-6oC şi conservat în rezervoare tampon înaintea unei prelucrǎri ulterioare. Acest caz este valabil pentru un regim discontinuu sau atunci cand apare un excedent de materie primǎ;

Fie trimis direct cu ajutorul unor pompe în utilaje destinate operaţiilor de normalizare. Acest caz este valabil pentru un regim dinamic, în care are loc o recepţie optimizatǎ în raport cu parametrii tehnologici de fabricare. [ 1 ]

2.NormalizareaNormalizarea are drept scop principal omogenizarea compoziţiei laptelui şi evitarea

fluctuaţiilor în timp ale acesteia. Într-un flux continuu, parametrii tehnologici trebuie sǎ rǎmânǎ constanţi iar compoziţia chimicǎ a laptelui trebuie menţinutǎ la un nivel invariabil. [ 1 ]

3.PasteurizareaCu toate cǎ uscarea ulterioarǎ a laptelui distruge o mare parte a microflorei, o

pasteurizare suplimentarǎ s-a dovedit a fi necesarǎ pentru diustrugerea speciilorrezistente cum ar fi: sporii streptococii termorezistenţi şi micrococii. Uscarea prin scurgere de film pe valţuri este destul de eficientǎ din punct de vedere al sterilizǎrii, dar prezintǎ inconvenientul major de a afecta calitatea produsului. [ 1 ]

Pasteurizarea laptelui în astfel de tehnologie este corelatǎ, în general cu operaţia de uscare, cele douǎ etape fiind complementare. Temperatura de pasteurizarepoate fi redusǎ la 85-88oC pentru un lapte normal şi la 80-82oC pentru un lapte smântânit. [ 1 ]

4.ConcentrareaConcentrarea, în tehnologia de faţǎ, este o operaţie similarǎ cu cea efectuatǎ în

diferitele sortimente de lapte concentrat. Ea este necesarǎ în tehnologia uscǎrii laptelui pentru evitarea termodegradǎrii laptelui. Gradul de uscare este strâns legat de gradul de concentrare prealabilǎ. O concentrare optimǎ minimizeazǎ formarea de pungi de aer în particulele de lapte, pungi care pot avea un rol nefast asupra etapei ulterioare de conservare a laptelui. Pentru mai multǎ eficienţǎ se recomandǎ ca uscarea sǎ aibǎ loc sub vid în utilaje performante şi puţin voluminoase. [ 1 ]

Operaţia de concentrare se justificǎ prin consumul sǎu redus de energie, dat fiind faptul cǎ eliminarea unei cantitǎţi de un kg de apǎ necesitǎ un consum de abur cald în timpul uscǎrii de 2-8 ori mai important decât etapa de uscare. Consumul de materie auxiliarǎ kg abur/kg apǎ eliminatǎ este redatǎ în tabelul urmǎtor:

13

Consumul specific de materie auxiliarǎ(kg abu/kg apǎ eliminatǎ)

Operaţie (utilaj) Consum de materie auxiliarǎkg abur/kg apǎ eliminatǎ

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

Din datele prezentate în tabel, rezultǎ cǎ este mai economic sǎ se recurgǎ la o concentrare prealabilǎ a laptelui înaintea uscǎrii acestuia. Un grad de concentrare prealabilǎ de 45-48% este considerat optim, deoarece valori mai ridicate duc la o vâscozitate ridicatǎ a laptelui concentrat şi afecteazǎ eficienţa operaţiilor ulterioare de uscare. Gradul de concentrare a laptelui depinde, în mare mǎsurǎ, de geometria utilajului şi de hidrodinamica fluidelor implicate în procesul respectiv. [ 1 ]

Fluxurile cu care opereazǎ utilajele de concentrare şi de uscare au debite diferite şi de aceea se recomandǎ o stocare temporarǎ a laptelui concentrat în rezervoare tampon. Aceastǎ operaţie de stocare prezintǎ, însǎ, dezavantajul major a apariţiei unei posibile infecţii a produsului. [ 1 ]

5.UscareaUn control periodic al proprietǎţilor organoleptice este necesar înainte de a se efectua

uscarea laptelui concentrat. La acest control, aciditatea nu trebuie sǎ depǎşeascǎ valoarea de 75oT pentru un grad de concentrare de 47%. [ 1 ]

Laptele concentrat este introdus apoi în camera de uscare la o temperaturǎ de minim 50oC. Parametrii tehnologici ai acestei etape sunt reglaţi, în prealabil, prin circularea de apǎ în instalaţie, înaintea introducerii laptelui în camera de uscare. [ 1 ]

Procesul de uscare depinde de mai mulţi 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 prealabilǎ a laptelui. [ 1 ]

Valorile acestor parametrii tehnologici variazǎ în domenii largi, în funcţie de tipul de instalaţie folosit. Indiferent de instalaţia folositǎ, laptele concentrat este aspirat dintr-un rezervor tampon cu ajutorul unei pompe şi trimis în dispozitivul de uscare, care constǎ într-un disc rotativ perforat care împrǎştie lichidul sub formǎ picǎturi sub acţiunea forţei centrifuge.

Aceste dispozitive sunt adaptate pulverizǎrii laptelui concentrat şi sunt mai eficiente decât cele ce funcţioneazǎ pe bazǎ de jet, care prezintǎ inconvenientul major de a se obtura în timpul procesului din cauza depunerii progresive de lapte uscat. La dispozitivele de pulverizare cu disc rotativ, dispersia radialǎ, a picǎturilor asigurǎ un timp mai lung de şedere a picǎturilor în curentul de aer uscat. [ 1 ]

Pe mǎsura ce picaturile se îndepǎrteazǎ de centrul dispozitivului de pulverizare, acestea intrǎ în contact cu aerul cald şi începe diferitele trepte ale fenomenului de transfer al apei din picǎtura de lapte cǎtre faza gazoasǎ. Astfel, au loc urmǎtoarele etape:

Micşorarea trepatatǎ a energiei cinetice şi încetinirea mişcǎrii orizontale a picǎturilor de lapte;

Cǎderea liberǎ a picǎturii sub acţiunea greutǎţii, însoţitǎ de frânarea particulei prin frecare cu aerul;

14

Deshidratarea progresivǎ a picǎturii de lapte, în urma cǎreia particulele capǎtǎ o densitate din ce în ce mai mare, ceea ce duce la accelerarea cǎderii libere, la ridicarea temperaturii în masa picǎturilor şi la intensificarea fenomenului de evaporare. [ 1 ]

Evaporarea apei este un proces relativ rapidf şi în ciuda faptului cǎ aerul este foarte cald, temperatura vaporilor nu depǎşeşte valoarea de 49-50oC. Cea mai mare parte a laptelui uscat este recuperatǎ în fundul camerei de pulverizare şi apoi evacuatǎ cu ajutorul unor dispozitive speciale. [ 1 ]

O micǎ parte din laptele uscat (particule mici şi uşoare) este antrenatǎ, transportatǎ cu aerul cald şi recuperatǎ în dispozitive speciale numite ciocloane. Pierderile în tehnologia de obţinere a laptelui praf sunt, în general mici (de aproximativ0,5%) datoritǎ folosirii acestor cicloane. [ 1 ]

6.AmbalareaDurata de conservare a laptelui uscat depinde, într-o foarte mare mǎsurǎ, de materiale

folosite pentru ambalare. Aceste materiale trebuie sǎ satisfacǎ anumite cerinţe, cum ar fi: O rezistenţǎ apreciabilǎ la rupere şi o impermeabilitate suficientǎ la

pǎtrunderea umiditǎţii şi a oxigenului din aer. În acest sens, cutiile metalice cilindrice (capacitate de 500 g) sunt cele mai indicateambalaje pentru laptele uscat destinat copiilor şi sugarilor, datoritǎ numeroaselor avantaje, cum ar fi:

Etanşeitate apreciabilǎ; Rezistenţǎ mecanicǎ ridicatǎ; Prelucrarea metalului folosit pentru fabricarea cutiilor este relativ

uşoarǎ; Cutiile se preteazǎ uşor procedurilor de sterilizare. [ 1 ]

Aceste ambalaje prezintǎ, însǎ, şi unele inconveniente, printre care se numǎrǎ pierderile de volum util (spaţiul dintre cutiile cilindrice), greutatea metalului folosit pentru fabricarea cutiilor care ridicǎ costul transportului şi costurile ridicate de fabricarea ambalejelor. [ 1 ]

La ora actualǎ, în funcţie de tehnologie şi de capacitatea de producţie, se folosesc şi alte tipuri de ambalaje, cum ar fi:

Carton acoperit cu o peliculǎ de polietilenǎ; Carton acoperit cu o peliculǎ alcǎtuitǎ din straturi succesive de: poliofilm,

pergament vegetal, polietilenǎ; acest material este folosit pentru ambalarea sub vid, fiind impermeabil la pǎtrunderea oxigenului;

Foi de aluminiu acoperite cu straturi de poliofilm sau/şi polietilenǎ; Pungi de polietilenǎ în cutii de carton (capacitate 500). [ 1 ]

Drept ambalaj de transport (secundar) se folosesc frecvent saci de hârtie specialǎ combinatǎ cu straturi de polietilenǎ (capacitate de 20, 25, 30, 50 kg). [ 1 ]

Tehnica cea mai modernǎ de ambalare implicǎ trei trepte succesive:1. umplerea ambalajului;2. aspirarea aerului sub vid pentru minimalizarea riscurilor de infecţie;3. injectarea de gaz inert (azot molecular în general) şi ermetizarea simultanǎ.

Acestǎ procedurǎ de ambalare permite evitarea proceselor de oxidare a materiei grase şi îmbunǎtǎţirea conservabilitǎţii pentru mai mulţi ani, cu condiţia ca conţinutul de oxigen în gazul inert sǎ nu depǎşeascǎ o proporţie de 1-2% . [ 1 ]

7.StocareaLaptele praf, ca de altfel toate celelalte produse lactate uscate, este relatiov instabil în

prezenţa anumitor factori aerul, umiditatea şi cǎldura) care joacǎ roluri foarte importante în procesele chimice de degradare. [ 1 ]

15

Datoritǎ higroscopiei lactozei, a proteinelor şi a sǎrurilor minerale, procesele de degradare a laptelui uscat sunt, din pǎcate, destul de frecvente. Existǎ totuşi o tehnologie care permite reducerea acestei higroscopii şi obţinerea unui produs numit lapte instant, acesta numindu-se procedura instant. Aceastǎ procedurǎ prezintǎ un avantaj majorce constǎ în evitarea formǎrii de cocoloaşe la contactul cu apa sau cu umiditatea. [ 1 ]

Umiditatea şi cǎldura sunt principalele cauze ale apariţiei de cocoloaşe şi brunificarea laptelui, procese ce se traduc prin:

Transformarea lactozei amorfe în monohidrat de α-lactozǎ cristalinǎ (la o umiditate mai mare de 7%), ducând la formarea de granule lipicioase de lapte praf;

Reacţia lui Maillard de degradare a proteinelor, ce duce la scǎderea solubilitǎţii acestora. Aceastǎ reacţie, favorizeatǎ de creşterea temperaturii, este implicatǎ şi hidroliza lecitinei cu formarea de trimetil aminǎ ce conferǎ laptelui un gust de peşte, precum şi în obţinerea de compuşi secundar de culoare brunǎ, insolubili, care afecteazǎ proprietǎţile organoleptice ale laptelui;

Oxidarea şi fotooxidarea materiei grase, în cazul unei pasteurizǎri necorespunzǎtoare. [ 1 ]

Cercetǎri îndelungate au permis stabilirea condiţiilor optime de stocare prelungitǎ a laptelui 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 şi a luminii; O temperaturǎ mai micǎ de 20oC; O umiditate a aerului ambiant din zona de stocare mai micǎ de 75% pentru

temperaturi mai mici de 15oC; Un conţinut de oxigen sub 1-2%; aceastǎ condiţie este necesarǎ pentru stocarea

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

16

II.3.3.Schema tehnologicǎ de fabricare a laptelui praf

Lapte refuzat Recepţie

Filtrare Impuitǎţi solide

Ambalare

Excedent

Concentrare SU=44-46%

Rǎcire T=4-6oC

Pasteurizare T=85-88oC

Uscare-pulverizare Aer cald T=150-190oC

Aer rǎcit T=70-90oC

Normalizare

Rǎcire T=15oC

Livrare

Stocare T<15oC

Livrare

Preincalzire

Centrifugarea

17

II.3.4.Proprietǎţile şi defectele laptelui praf

Criteriu Caracteristici Observaţii Forma particulei

Sfericǎ sau ovalǎ

-

Suprafaţa granulelor

O suprafatǎ netedǎ

Pentru o uscare corespunzǎtoare

O suprafaţǎ încreţitǎ

Atunci când aerul este excesiv de cald, apa din granule fierbe intensiv ceea ce duce la formarea de cratere la suprafaţa granulelor

Mǎrimea particulelor

10-250µm

Pulverizare pe disc centrifug duce la formarea de particule groase.Pulverizarea cu jet sub presiune duce la formareavde particule fine.Mǎrimea particulelor este proporţionalǎ cu gradul de concentrare prealabil al laptelui.

Conţinutul de aer

10-15% Sub formǎ de pungi

Conţinutul de apǎ

3-4% Valorile mai ridicate ale acestuiconţinut afecteazǎ conservabilitatea, în special, pentru valori mai mari de 5%

Densitatea aparentǎ 0,5-0,8g/cm3

Densitatea este invers proporţionalǎ cu conţinutul de aer înglobat în granule.Laptele smântânit praf este mai dens datoritǎ conţinutului sǎu mai redus în materie grasǎ. Pe de altǎ parte granulele de lapte smântânit sunt mai puţin poroase (datoritǎ conţinutului de materie grasǎ care are tendinţe de umflare)

Conţinutul de lactozǎ

38% Pentru lapte normalizat praf50% Pentru lapte smântânit praf

Conţinutul de materie grasǎ

20-26% Pentru lapte normalizat praf1,5% Pentru lapte smântânit praf

Conţinutul de gaze

O2 sub 1-2%CO2,N2 variabil

Acest conţinut creşte odatǎ cu creşterea mǎrimii particulei de materie grasǎ deoarece spaţiul dintre aceste globule este mai mare.

Viteza de umectare

Variabilǎ În funcţie de mǎrimea particulelorÎn funcţie de porozitatea lor (mǎrimea globulelor de materie grasǎ)În funcţie de temperaturǎ (temperaturǎ mai mare de 65oC duce la formarea de cocoloaşe)

Maximalǎ Pentru diametre ale granulelor de cca 100-150 µmPentru temperaturǎ de de 45oC

Solubilitatea Maximalǎ peste 97-99%

Pentru o degradare minimǎ a proteinelorPentru o mǎrime minimǎ a particulelor (suprafaţa de contact)Cu o agitare riguroasǎ

Microflora0 În ceea ce priveşte germenii patogeni0 În ceea ce priveşte bacteriile coliformeSub 150000 germeni/gram

Totalul speciilor microbiologice

Proprietǎţile

Culoarea Albǎ, gǎlbuie, uniformǎAspectul Pulbere finǎ omogenǎ

Gustul şi Agreabile, uşor dulci (gust uşor de fiert)18

organo-leptice

mirosulConsistenţa Pulbere sfǎrâmicioasǎ

II.3.5.Defectele laptelui praf

Defect Cauza Fenomen Solubilitate redusǎ

Materie primǎ acidǎ; temperaturǎ de uscare ridicatǎ; o stocare necorespunzǎtoare: etanşeitate necorespunzǎtoare şi o temperaturǎ de stocare prea ridicatǎ.

Degradarea parţialǎ a proteinelor

Formare de cocoloaşe

Prezenţǎ de umiditateAmbalaj neermetic

Hidratarea lactozei şi cristalizarea sa sub formǎ de monohidrat de α lactozǎ

Prezenţǎ de particule calcinate

Uscare prin scurgere de film; o temperaturǎ prea ridicatǎ; un tip de contact prelungit cu aerul cald; prezenţǎ de urme de lapte uscat pe pereţii utilajului (curǎţire necorespunzǎtoare).

Caramelizarea lactozei şi degradarea proteinelor

Brunificarea (gust şi miros dezagreabil)

Temperaturǎ de stocare prea ridicatǎ; un conţinut de apǎ prea ridicat Degradarea

proteinelor

Gust şi miros de seu

O expunere îndelungatǎ la luminǎ; o expunere îndelungatǎ la aer; prezenţǎ de metale grele în special cupru; temperaturǎ de stocare ridicatǎ; prezenţǎ de aer; un ambalaj necorespunzǎtor.

Oxidarea grǎsimilor

19

Diagrama Sankey

RECEPŢIE

FILTRARE

CENTRIFUGARE

NORMALIZARE

PASTEURIZARE

CONCENTRARE

USCARE

AMBALARE

RĂCIRE

STOCARE

LIVRARE

Impurităţi solide

pierderi

pierderi

pierderi

20

Capitolul III

Operatiile folosite in procesul de fabricare a laptelui praf

III.1. Filtrarea

Filtrarea este operaţia de separare a fazelor unui amestec eterogen solid-fluid cu ajutorul unei suprafeţe poroase sau al unui strat poros prin care poate trece numai faza dispersatǎ, fluidǎ. [ 3 ]

Condiţiile care se cer unei bune filtrǎri sunt : Puritatea filtratului adicǎ absenţa fazei solide în filtrat; Puritatea precipitatului adicǎ absenţa substanţei solubile în precipitat; Umiditatea cât mai scǎzutǎ a precipitatului; Productivitate cât mai mare a filtrului, adicǎ viteza mare de filtrare; Cât mai puţinǎ apǎ pentru spǎlare, pentru a nu dilua prea mult substanţa

solubilǎ; Regenerarea uşoarǎ şi completǎ a suprafeţei filtrante sau a stratului filtrant; Consum minim de energie; Manopera minimǎ; Uzura minimǎ a suprafeţei filtrante. [ 3 ]

Factori care influenţeazǎ filrareaOperaţia de filtrare este influenţată de un număr mare de factori. Factorii pot avea valori constante sau variabile în timpul filtrării, în funcţie de procedeul de filtrare şi de condiţiile de realizare a operaţiei. [ 3 ]

Suspensia Filtrarea se realizează pentru orice tip de suspensie indiferent de natura şi

caracteristicile fizico-chimice. [ 3 ]Granulometria fazei solide determină alegerea stratului filtrant ca textură şi porozitate,

structura de precipitat şi permeabilitatea acestuia . [ 3 ]Mărimea particulelor poate varia între 1m -1mm . Suspensiile cu un conţinut mare

de particule fine sau coloidale dau precipitate cu pori mici, compacte, puţin permeabile. Astfel, vinul, este considerat din punct de vedere fizico-chimic, un sistem complex în care faza dispersă (apa, 75-85%) conţine componente în soluţie: etanol, glicerol, glucoză, fructoză, acizi (tartric, malic, succinic etc.), compuşi fenolici, aldehide, aminoacizi, substanţe aromate, esteri, cationi (K , Ca2+, Fe 2 etc.) şi o mică parte de particule coloidale şi particule microscopice şi grosiere, de importanţă majoră pentru limpiditatea şi stabilitatea vinului. [ 3 ] În filtrările dificile (industria vinului, berii), realizate cu suspensii cu conţinut redus de particule de natură microbiană sau coloidală de dimensiuni foarte mici, se modifică în prealabil granulometria suspensiei prin adaosul de substanţe auxiliare. Substanţele auxiliare sunt materiale granulare sau din fibre fine care se adaugă în proporţii reduse şi care contribuie la îmbunătăţirea condiţiilor de filtrare: kieselgur (material inert, foarte absorbant), fibre de azbest, celuloză etc. [ 3 ]

21

Materialul auxiliar se depune pe suprafaţa filtrantă pentru a forma un strat adsorbant sau se adaugă continuu, într-un dozaj convenabil (0,01 - 0,05 % din greutatea fazei solide) în suspensia iniţială. [ 3 ]

Suspensiile cu particule sferoidale sau aciculare dau sediment cu permeabilitate mare care asigură viteze mari de filtrare. Particulele în formă de foiţe elastice se comportă ca nişte supape. (la mărirea presiunii de lucru viteza de filtrare se reduce). [ 3 ]

Temperatura de filtrare Creşterea temperaturii de filtrare influenţează favorabil filtrarea, fie prin micşorarea

vâscozităţii, fie prin modificarea granulometriei (inducerea unei coagulări). Efectul favorabil al creşterii temperaturii poate fi micşorat şi chiar anulat dacă temperatura determină umflarea stratului filtrant. [ 3 ]

Presiunea de filtrare Influenţa presiunii utilizate în operaţia de filtrare depinde de comportarea stratului de

sediment ca strat filtrant. În cazul sedimentului necompresibil, mărimea diferenţei de presiune, p, între feţele stratului filtrant are o influenţă favorabilă asupra vitezei de filtrare. Pentru sedimente compresibile, valoarea p optimă se determină experimental. [ 3 ]

Materialul filtrant Materialul folosit ca strat filtrant trebuie: să reţină cât mai complet faza solidă a

suspensiei şi eventualele impurităţi (provenite din surse ca: material filtrant, coroziune, reacţii chimice etc.); să aibă rezistenţǎ hidraulică redusă, rezistenţǎ mecanică şi chimică corespunzătoare; să se regenereze usor; să fie ieftin şi uşor de procurat. [ 3 ]Materialul filtrant poate determina:

- o filtrare superficială caracterizată prin reţinerea pe suprafaţa stratului filtrant;- o filtrare în adâncime, caracterizată prin reţinerea fazei disperse în toată adâncimea

sa (ex.: filtrarea apei prin filtrele cu nisip).În funcţie de natura lor, materialele se utilizează sub formă de table, site, plăci

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

Tablele perforate - site lamelare 51 site obţinute prin procedee electrolitice - sunt grătare cu ochiuri dreptunghiulare (lăţimea minimă 1,5mm) sau circular. Se utilizează în special ca suport pentru pânze sau alte materiale filtrante (celuloză, azbest, kieselgur). Prezintă dezavantajul unei suprafeţe libere mici. Prin procedee electrolitice diametrul ochiurilor poate ajunge la 0,01mm. [ 3 ]

Se fac împletituri metalice cu ochiuri până la 50 u.m; prin depunere electrolitică ochiurile pot fi micşorate. [ 3 ]

Pânzele filtrante se caracterizează prin elasticitate, supleţe şi porozitate fină. Particulele suspensiei sunt reţinute prin efectul de cernere şi adsorbţie. Prezintă o rezistenţă mecanică redusă si se colmatează uşor. Sunt folosite ca suprafeţe filtrante dispuse pe rame verticale, pe suport orizontal sau sub formă de saci. Pânzele filtrante prezintă o mare adaptabilitate la condiţiile de filtrare. Materialele filtrante textile sunt: fibre vegetale (bumbac, iută), fibre animale (lână, păr de cămilă, mătase naturală), fibre sintetice (mătase artificială), fibre minerale (azbest, sticlă). [ 3 ]

Membranele de provenienţă animală, vegetală sau sintetică (gelatină, esteri de celuloză depuse pe ţesături sau pe hârtie) se utilizează ca suprafeţe filtrante pentru filtrări fine. Sunt reţinute: subsţante coloidale, bacterii, virusuri. [ 3 ]

22

Straturile fibroase - din fibre de celuloză, azbest, lână, in - sunt obţinute prin presare (carton, fetru, pâslă) sau prin sedimentarea fibrelor pe o suprafaţă-suport; se utilizează la filtrarea suspensiilor care colmatează uşor stratul filtrant (sirop de zahăr, gelatină, ulei vegetal, vinuri). [ 3 ]

Plăcile poroase filtrante - din granule reunite prin presare cu sau fără lianţi şi ardere prin vitrificare - pot fi din azbest, kieselgur, argilă, porţelan, cuarţ, sticlă, grafit, materiale plastice. Se caracterizează prin porozitate uniformă, rezistenţă mecanică şi chimică. Plăcile filtrante se întrebuinţează pentru filtrările cele mai fine. Pentru industria berii se utilizează în mod curent patru tipuri de plăci filtrante: plăci sterilizante. Ex., plăci pentru filtrare avansată U800, plăci pentru filtrare fină U1000, plăci de mare productivitate U1600 sau U2000. [ 3 ]

Teoria filtrăriiFiltrarea este o operaţie complexă (influenţată de un număr mare de factori), care

decurge în regim nestaţionar. Abordările teoretice s-au dezvoltat pe baza unor modele fizice simplificate ale curgerii prin stratul poros. Ecuaţiile filtrării exprimă relaţia dintre forţa motrice a operaţiei (zip) şi aria suprafeţei de filtrare (A) necesară obţinerii unui volum de filtrant (V). [ 3 ]

Teoriile existente explică, totuşi, desfăşurarea generală a operaţiei completate cu determinări experimentale, pot fi utilizate în calculul de proiectare al filtrelor şi la conducerea corectă a operaţiei de filtrare. [ 3 ]

Filtrarea prin stratul de precipitatTeoria filtrării prin stratul de precipitat consideră că filtrarea are loc numai prin reţinerea fazei solide din suspensie de către stratul de precipitat, stratul filtrant avand rol de - suport. În aceste condiţii, filtrarea este o curgere de lichid printr-un strat granular, cu deosebirea că în timp se produce o creştere a grosimii stratului de precipitat şi a rezistenţei hidraulice.Teoria filtrării şi elementele de proiectare tehnologică pentru filtrarea prin stratul de precipitat. [ 3 ]

Tipuri de filtre Marea varietate a materialelor filtrante disponibile (celuloză, azbest, diatomit, perlit, polimeri sintetici etc.), precum şi a straturilor filtrante realizabile (pulverulente, fibroase, ţesături, plăci prefabricate şi membrane) a determinat o largă diversificare a filtrelor atât din punct de vedere constructiv cât şi funcţional. [ 3 ]

III.2. Amestecarea

Amestecarea este operaţia hidrodinamicǎ ce are drept scop omogenizarea, manifestatǎ prin reducerea gradienţilor de concentraţie sau de temperaturǎ sau, simultan a ambilor, în interiorul sistemului supus amestecǎrii, pânǎ la atingerea unei distribuţii reciproce optime a materialelor constituiente sau a uniformizǎrii temperaturii. [ 3 ]

Se foloseşte ca operaţie independentǎ la omogenizarea amestecurilor, precum şi la obţinerea soluţiilor, emulsiilor şi suspensiilor, iar ca operaţie auxiliarǎ pentru intensificarea transferului de cǎldurǎ sau/şi substanţǎ, accelerarea reacţiilor chimice şi biochimice sau auxiliare altei operaţii (cristalizare, extracţie,absorbţie,etc.). [ 3 ]Factorii care influenţeazǎ operaţia de amestecare sunt urmǎtorii: -factori referitori la materialele supuse amestecǎrii:

Natura componentelor; Starea fizicǎ a componentelor; Raportul cantitativ al componentelor;

23

Proprietǎţile componentelor: -densitatea; -solubilitatea; -vâscozitatea; -tensiunea superficialǎ; -factorii referitori la produsul rezultat în urma amestecǎrii: -densitatea; -vâscozitatea; -tensiunea superficialǎ;

Gradul de omogenizare; -factori referitori la operaţia de amestecare (condiţiile de amestecare):

Intensitatea amestecǎrii; Regimul de funcţionare; Cantitatea sau debitul de produs; Durata amestecǎrii dau durata medie de staţionare; Temperatura de lucru; Presiunea de lucru; Scopul urmǎrit; Tipul amestecǎtorului; Puterea necesarǎ amestecǎrii. [ 3 ]

III.3. Evaporarea

Principiul evaporǎrii cu efect multiplu este utilizarea vaporilor secundari, ieşiţi dintr-un evaporator, ca abur de încǎlzire în evaporatorul urmǎtor. Prin aceastǎ utilizare a vaporilor secundari se realizeazǎ:

1. economie de abur, pentru cǎ un kilogram de abur primar introdus în primul evaporator produce aproximativ un kilogram de vapori secundari care, introduşi ca abur de încǎlzire într-un al doilea evaporator vor produce şi ei aproximativ un kilogram de vapori ş.a.m.d.; cu alte cuvinte, dintr-un kilogram de abur iniţial rezultǎ aproximativ n kilograme de vapori în cele n evaporatoare ale instalaţiei;

2. economie de apǎ de rǎcire în condensator, pentru cǎ din cele n kilograme de vapori numai aproximativ un singur kilogram ajunge şi se condenseazǎ în condensator; celelalte (n – 1) kilograme de vapori secundari, plus kilogramul de abur iniţial, se condenseazǎ în spaţiile de încǎlzire ale evaporatoarelor, cedând cǎldura lor lichidului care fierbe; din spaţiul de încǎlzire al fiecǎrui evaporator se scoate condensatul provenit din vaporii produşi în evaporatorul precedent. [ 3 ]

Deosebirea principalǎ în regimul de funcţionare al evaporatoarelor unei instalaţii de evaporare cu efect multiplu constǎ în faptul cǎ temperaturile – şi deci şi presiunile – sunt diferite. Dacǎ în spaţiul de evaporare al primului evaporator este temperatura t1, vaporii rezultaţi ajung aproximativ cu aceeaşi temperaturǎ în spaţiul de încǎlzire al evaporatorului urmǎtor; în spaţiul de evaporare al acestui evaporator va fi temperatura t2 < t1 ş.a.m.d.; urmeazǎ cǎ temperaturile din cele n evaporatoare ale instalaţiei vor descreşte treptat de la primul la ultimul evaporator: t1 > t2 > t3 > ... > tn. În consecinţǎ şi presiunile din evaporatoare vor descreşte: p1 > p2 > p3 > ... > pn. [ 3 ]

O instalaţie de evaporare cu efect multiplu este formatǎ din mai multe evaporatoare, de obicei identice, astfel legate încât vaporii secundari produşi în fiecare evaporator sǎ treacǎ în spaţiul de încǎlzire al evaporatorului urmǎtor. În spaţiul de încǎlzire al primului evaporator intrǎ aburul primar de încǎlzire. Vaporii secundari din ultimul evaporator sunt condensaţi în condensatorul instalaţiei. Diferitele variante ale circulaţiei vaporilor şi soluţiei vor fi discutate mai jos; soluţia circulǎ în echicurent cu vaporii: este introdusǎ cu debit constant în primul

24

evaporator, trece apoi succesiv prin evaporatoarele urmǎtoare şi iese – cu concentraţia finalǎ – din ultimul evaporator. [ 3 ]

Temperaturile din evaporatoare sunt cuprinse între temperatura θ0 a aburului primar disponibil şi temperatura tc = tn corespunzǎtoare presiunii din condensator, aceasta din urmǎ fiind impusǎ de temperatura apei de rǎcire. [ 3 ]

III.4. Transportul lichidelor

Pompele centrifuge au o largǎ rǎspândire în industriile de proces, fiind cel mai utilizate pompe din industria chimicǎ şi din cea de prelucrare a petrolului. Sunt pompe frecvent folosite şi în ramurile industriei alimentare. [ 6 ]

Într-o astfel de pompǎ lichidul este alimentat în centrul unui rotor care se învârte cu o vitezǎ mare, forţa centrifugǎ astfel creatǎ împinge lichidul radial spre periferia rotorului (la pompele centrifuge radiale) sau în lungul axului pompei (la pompele centrifuge axiale). În acest fel energia mecanicǎ disponibilǎ la ax este transferatǎ lichidului sub formǎ de energie cineticǎ. Aceasta este treptat convertitǎ în energie de presiune, pe mǎsurǎ ce lichidul pǎrǎseşte rotorul. [ 6 ]

Existǎ douǎ categorii principale de pompe centrifuge :1. pompe centrifuge radiale (tip volutǎ sau cu stator) Fig.1.2. pompe centrifuge axiale Fig.2.

Pompele centrifuge, radiale sau axiale, se pot clasifica în funcţie de numǎrul rotoarelor (existând pompe mono- şi multietajate), de forma rotorului, de forma şi poziţia

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

datǎ în figurǎ. Caracteristicile acestor pompe este faptul cǎ rotorul refuleazǎ lichidul radial într-un canal de colectare spiral cu secţiune continuu crescǎtoare, construcţie care uşureazǎ convertirea energiei cinetice a lichidului în energie de presiune. [ 6 ]

25

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

Capitolul IV

Blanturi de mteriale si bilanturi termice

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

Tabel bilanţ

Component Intrări m(kg/s)

Ieşirim(kg/s)

Lapte 1 1,637

Lapte 2 1,637

Total 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

RECEPŢIE

Lapte 1

Lapte 2

FILTRARE

Lapte filtrat

impurităţi

Lapte 2

27

Tabel bilanţ

Component Intrărim(kg/s)

Ieşirim(kg/s)

Lapte 2 1,637

Lapte filtrat 1,632

Impurităţi 0,005

Total 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 bilanţ


Ieşirim(kg/s)

Lapte filtrat 1,632

Lapte centrifugat 1,630

Pierderi 0,002

Total 1,632 1,632

CENTRIFUGARE

Lapte filtrat

Lapte centrifugat

pierderi

28

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 bilanţ


Ieşirim(kg/s)

Lapte centrifugat 1,630

Lapte normalizat 1,622

Pierderi 0,008

Total 1,630 1,630

NORMALIZARE

Lapte normalizat

Lapte centrifugat

pierderi

29

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. – ( m∙Cp ∙ T1)lnm ∙r ( Ti – Tf)ab. = m ∙Cp (T2 – T1)lapte

mab. =

ΔT1 = (Ti-Tf) = 125-105 = 20°CΔT2 = ( T1 – T2) = 85-20 = 65°CCp = 3980,5 J/ Kg∙K [ 5 ]

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

PASTEURIZAREAburT = 125°C

Lapte pasteurizatT = 85°C

Lapte normalizatT = 20°C

pierderi

Abur uzatT = 105°C

30

Tabel bilanţ


Ieşirim(kg/s)

Lapte normalizat 1,624

Abur 0,008

Lapte pasteurizat 1,607

Abur uzat 0,008

Pierderi 0,017

Total 1,632 1,632

IV.1. Schema bloc a instalaţiei de concentrare

P

Ab. uz.

Lc1

C1

Ab. primar 120°C

Lc2

C2

Lc3

Cond

Uscare

Lapte praf 97 %

Aer răcit80°C

Aer cald 170°C

C4

Apă uz.

C3

31

( B.M.)

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

Gm l.î. ∙

Gm Lc1 =

GmW1 = Gm lapte – Gm Lc1

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

(B.T.)

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

Gm Ab.p. =

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

=2202,9 ∙10 J/K [ 5 ]

r =2283,4 ∙10 J/K [ 5 ]

Cp = 3990 J/Kg∙K [ 5 ]

ΔTm =

90°C Lc1

T= 120°CAbur primar

Lapte încălzitT = 50°CX1 = 12%

C1 ( T= 120°C)

W1 90°C

Lc1

T = 90°CX2 = 32%

32

Tabel bilanţ


Ieşirim(kg/s)

Abur primar 1,179

Lapte încălzit 1,637

Abur 1,024

Condens 1,179

Lapte concentrat 1 0,613

Total 2,816 2,816

(B.M.)

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

GmLc1 ∙

GmLc2 =

GmW2 = GmLc1 – GmLc2

GmW2 = 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

70°C Lc2

W1

C2

Lc1

T= 90°CX2 = 32%

W2

T = 70°C

Lc2

T = 70°CX3 = 48%

33

(B.T.)

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

Gm ab.1=

Gm ab.1 =

Gm ab.1 =

r [ 5 ]

r [ 5 ]

ΔT = 70-90= -20

ΔTm =

Cp = 4000 J/Kg∙K [ 5 ]

Tabel bilanţ


Ieşirim(kg/s)

Abur W1 1,023

Lapte concentrate 1 0,613

Abur W2 0,204

Condens C2 1,023


Total 1,637 1,637

34

(B.M)

Gm W2 + Gm l iniţial = Gm Ab. Uz. + Gm l încălzit [ 3 ]

(B.T.)

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

Gm ab.2 =

Gm ab.2 =

Gm ab.2 = 294,04 Kg/h

ΔT = T2 – T1 = 50 – 20 = 30°C

ΔTm =

Cp = 3952,3 J/K∙K [ 5 ]

r = 2333,8 ∙ 10 J/Kg [ 5 ]

Tabel bilanţ


Ieşirim(kg/s)

Abur 2 0,081

Lapte iniţial 1,637

Abur uzat 0,081

Lapte încălzit 1,637

Total 1,718 1,718

preîncălzitor

Ab.2 70°C

Ab. uz.

Lapte iniţialT = 20°C Lapte încălzit

T = 50°CX1 = 12%

35

(B.M.)

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

GmLc2 ∙

GmLc3 =

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 = (Gm ∙ Cp ∙ ΔT)Lc3 + GmW3 ∙ r

Gm ab.3 =

Gm ab.3 =

Gm ab.3 =

Gm ab.3 = 260,66 kg/h

ΔT = 50 -70 = -20°C

ΔTm =

50°C Lc3

W2 70°C

C3

Lc2

T = 70°CX2 = 48%

W3 T = 50°C

Lc3

T = 50°CX4 = 60%

36

Cp C060 = 3977,5 J/Kg∙K [ 5 ]

r [ 5 ]

r = 2333,8 ∙10 J/Kg [ 5 ]

Tabel bilanţ


Ieşirem(kg/s)

Abur W 0,204


Abur 3 0,073


Condens 0,204

Total 0,614 0,614

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

(B.T.)Q aer cald + Qlapte = Qaer răcit + Qlapte praf [ 3 ]

( m ∙ Cp ∙ Ti) a.c. + ( m ∙ Cp ∙Ti) l = ( m ∙ Cp ∙Tf) a.r. + ( m ∙ Cp ∙ T2) 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. =

ma.c. = 2204,6 kg/hΔT = Tf – Ti = 35

ΔTml = °C

uscare

Lapte praf

Aer cald

T = 170°C

Lapte 50°C

Aer răcit

T = 80°C

37

ΔT m aer = °C

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

Tabel bilanţ

Componet Intrărim(kg/s)

Ieşirim(kg/s)

Lapte 0,337

Aer cald 0,612

Aer răcit 0,549

Lapte praf 0,4

Total 0,949 0,949

Capitolul V

38

Dimensionarea utilajelor

V.1. Dimensionare amestecator

Am ales un amestecator cu paleta dreptunghiularǎ. [ 2 ]Amestecatoarele cu paletǎ dreptunghiularǎ au o singurǎ paletǎ dreptunghiularǎ fixatǎ

de arborele vertical. Dau rezultate bune la lichide cu vâscozitate micǎ.

Amestectorul cu paletǎ dreptunghiularǎ are urmatoarele caracteristici :D - diametrul interior al vasului, m

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

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

d = = 1000 mm = 1 m ;n – turaţia amestecǎtorului, rot/s

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

[ 2 ]

Calculul Reynolds

regim turbulent [ 2 ]

d

D

H h’

h

39

Cand avem : [ 2 ]

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

- inaltimea paletei, mm

VL – volumul lichidului, m/s- înǎlţimea la care ajunge lichidul, m

h – distanţa dintre elice şi fundul vasului, mm

Calculul Euler agitare.

[ 2 ]

Calculul puterii necesare amestecǎrii.

Stiind ca :

Nu – puterea utilǎ, KWNi – puterea instalatǎa, KW

Puterea consumatǎ în regim.

[ 2 ]

c,m – constante- densitatea laptelui, Kg/m 3

- vâscozitatea dinamicǎ a laptelui, d – diametrul agitatorului, mn – turaţia, rot/s

V.2. Dimensionare filtru

40

Am ales un filtru confecţionat din pânzǎ (pânzǎ filtrantǎ).Diametrul porilor filtrului d = 0,1 mm.

Calculul vitezei de filtrare :

[ 2 ]

- cǎderea de presiune, N/m2;- vâscozitatea dinamicǎ a amestecului, ;

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

[ 2 ]

P1 = 0Atunci :

Adoptam l = 1,5 mm

Calculul debitului volumic pentru lapte

Calculul debitului volumic al impuritǎţilor din lapte

Calculul :

Calculul ariei filtrului

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

Calculul stratului de precipitat

41

[ 2 ]

V.3. Dimensionarea evaporator I

Am ales pentru evaporatorul I schimbǎtorul de cǎldurǎ cu plǎci de tip Tehnofrig T – 10000 cu urmǎtoarele caracteristici:

lungime: 1530 mm; lǎţime: 410 mm; grosime: 1 mm; aria suprafeţiei de transfer: 0,5 m2 (A0); distanţa dintre plǎci: 3 mm; aria secţiunii de curgere: 175 x 10-5 m2; diametrul echivalent: de = 9,5 mm; grosimea plǎcii de capǎt pc = 110 mm; grosimea plǎcii intermediare pi = 72 mm. [ 2 ]

∆T1 = 120 – 50 = 70oC∆T2 = 120 – 90 = 30oC

∆TM =

Calculǎm numǎrul de canale pentru lapte:

[ 4 ]

Pentru m = 2 canale calculǎm viteza realǎ a laptelui

[ 4 ]

120oC

120oC

90oC

50oC

∆T2

∆T1

42

Calculǎm Reynolds

[ 2 ]

Adoptǎm α1 = 15000 W/m2 . K

Calculǎm numǎrul de canale pentru abur

[ 4 ]

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

Calculǎm viteza realǎ pentru m2 = 15 canale

[ 4 ]

Calculǎm Reynolds

[ 2 ]

Adoptǎm α2 = 10000W/m2 . Kα2 – coeficient parţial termic pentru abur

Calculǎm coeficientul termic total

[ 4 ]

α i – grosimea peretelui ( oţel inoxidabil);χp – conductivitatea termicǎ a peretelui

Calculul ariei

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

Q = A . K . ∆Tmed → A = [ 4 ]

Calculǎm numǎrul de plǎci în lucru

43

[ 4 ]

A0 – aria suprafeţei de transferAr – aria totalǎ

Calculǎm numǎrul de pachete

[ 4 ]

Calculul lungimii active a schimbǎtorului de cǎldurǎ

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

pc – grosimea plǎcii de capǎt, m;pi – grosimea plǎcii intermediare, m;n – numǎrul de plǎci, m;gp – grosimea plǎcii, m;nc – numǎrul 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 schimbǎtorul de cǎldurǎ cu plǎci de tip Tehnofrig T – 5000 cu urmǎtoarele caracteristici:

lungime: 990 mm; lǎţime: 250 mm; grosime: 1 mm; aria suprafeţei de transfer: 0,18 m2; distanţa dintre plǎci: 3 mm; aria secţiunii de curgere: 636 . 10-6 m2; diametrul echivalent de = 9,5 – 3,5 = 6 mm; grosimea plǎcii de capǎt: pc = 110 mm; grosimea plǎcii intermediare: pi = 72 mm. [ 2 ]

90oC

70oC

90oC

∆T2

∆T1

44

∆T1 = 90 – 90 = 0oC∆T2 = 90 – 70 = 20oC

∆TM =

Calculul numǎrului de canale pentru lapte

[ 4 ]

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

Calculul vitezei reale

[ 4 ]

Calculǎm Reynolds

[ 2 ]

Calculǎm Nusselt

Nu = c . Rem . Prn . ε [ 2 ]

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

[ 2 ]

Calculǎm coeficientul parţial termic pentru lapte

[ 2 ]

45

λ - conductivitatea termicǎ a laptelui;de – diametrul echivalent.

Calculǎm numǎrul de canale pentru abur

[ 4 ]

GmAb = 0,2 kg/s;ρ= 0,4233kg/m3; [ 5 ]V0p = 23 m/s; [ 2 ]S0 = 636 . 10-6, m2 [ 2 ]

Calculul vitezei de curgere a aburului

[ 4 ]

Calculǎm Reynolds

[ 2 ]

Adoptǎm α2 = 10000 W/m2 . K


[ 4 ]

Calculul ariei

Q = A . K . ∆TM [ 4 ]

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

[ 4 ]

Calculul numǎrului de plǎci în lucru

[ 4 ]

Calculul numǎrului de pachete

46

[ 4 ]


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

pc – grosimea plǎcii de capǎt,m;pi – grosimea plǎcii intermediare,m;n – numǎr de plǎci, m;gp – grosimea plǎcii, m;nc – numǎrul de canale, m;gc – grosimea canalului, m.

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

V.5.Dimensionarea preîncǎlzitorului

Am ales pentru preîncǎlzitor schimbǎtorul de cǎldurǎ cu plǎci de tip Tehnofrig T- 5000 cu urmǎtoarele caracteristici:

lungime: 990 mm; lǎţime: 250 mm; grosime: 1 mm; aria suprafeţei de transfer: 0,18 m2; distanţa dintre plǎci: 3 mm; aria secţiunii de curgere: 636 . 10-6 m2; diametrul echivalent: 6 mm; grosimea plǎcii de capǎt: pc = 110 mm; grosimea plǎcii intermediare: pi = 72 mm. [ 2 ]

∆T1 = 70 – 20 = 50K∆T2 = 70 – 50 = 20K

70oC

60oC

70oC

20oC

∆T1 ∆T2

47

Calculǎm numǎrul de canale pentru lapte

[ 4 ]

Gm l = 1,63 kg/s;ρ= 1022 kg/m3; [ 5 ]V0 = 0,8 m/s;S0 = 636 .10-6 m2. [ 2 ]


[ 4 ]

Calculǎm Reynolds

regim tranzitoriu [ 2 ]

Calculǎm Nusselt

Nu = c . Rem . Prn . ε [ 2 ]

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

[ 2 ]

Calculul coeficientului parţial termic pentru lapte

[ 4 ]

λ – conductivitatea termicǎ a laptelui;de – diametrul echivalent.

Calculul numǎrului de canale pentru abur

48

[ 4 ]

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

Calculul vitezei reale de curgere a aburului

[ 4 ]

Calculǎm Reynolds

[ 2 ]

Adoptǎm α2 = 10000W/m2 . K


[ 4 ]

Calculul ariei

Q = A . K . ∆TM [ 4 ]

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

Qtransfer = 191372

[ 4 ]

Calculul numǎrului de plǎci

[ 4 ]

49


[ 4 ]

Calculul lungimii active a schimbǎtorului de cǎldurǎ cu plǎci

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

pc – grosimea plǎcii de capǎt, mm;pi - grosimea plǎcii intermediare, mm;n – numǎrul de plǎci, mm;gp – grosimea plǎcii,mm;nc – numǎrul 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, schimbǎtorul de cǎldurǎ cu plǎci tip Alfa Laval P12 cu urmǎtoarele caracteristici:

lungime: 1170 mm; lǎţime: 420 m; gosimea: 1,3 mm; aria suprafeţei de transfer: 0,31 m2; distanţa dintre plǎci: 4 mm; aria secţiunii de curgere: 152 . 10-5 m2; diametrul echivalent: 8 mm. [ 2 ]

∆T1 = 0K∆T2 = 20K

Calculul numǎrului de canale prin care trece laptele

[ 4 ]

70oC

50oC

70oC∆T2

∆T1

50

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


[ 4 ]

Calculǎm Reynolds


Calculǎm Nusselt

[ 2 ]

Ştiind cǎ: m = 0,65; [ 2 ] n = 0,4; [ 2 ] ε = 1; [ 2 ] c = 0,314. [ 2 ]

Calculǎm Prandtl

[ 2 ]

Calculul coeficientului parţial termic pentru lapte

[ 4 ]

λ – conductivitatea termicǎ a laptelui

Calculǎm numǎrul de canale prin care trece aburul

[ 4 ]

Calculǎm Reynolds


51

Adoptǎm α2 = 10000W/m2 . K

Calculul coeficientului termic total

[ 4 ]

Calculǎm aria

Q = A . K . ∆TM [ 4 ]

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

Qtransfer = 168033,6

Calculǎm numǎrul de plǎci

[ 4 ]


[ 4 ]


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

np – numǎrul de plǎc, mi;gp – grosimea plǎcii, m;nc – numǎrul de canale, m;gc – grosimea canalului, m.

V.7. Dimensionarea pompei

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

Aplicǎm ecuaţia lui Bernoulli :

52

[ 6 ]

sau

- înǎlţimi, m;- viteze de pompare, m/s;

,F = 0

[ 3 ]

Adoptam distanţa dintre utilaj = 1m, iar lungimea ţevii :

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

Avem :

Atunci :

Calculul înǎlţimii manometrice

[ 7 ]

Calculul cǎderii de presiune

- cǎderea de presiune a unui fluid în curgere are douǎ componente : o componentǎ pentru curgerea uniformǎ a curentului de fluid - cǎderea de presiune liniarǎ şi o componentǎ pentru zonele în care curgerea fluidului este neuniformǎ – cǎderea de presiune localǎ.

[ 7 ]

[ 7 ]

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

Considerăm diametrul ţevii d= 21 mm (standard 25x2 mm).

Lungimea ţevii l = 7,5 m.

53

- deci este regim

turbulent. [ 2 ]

Pentru regim turbulent, folosim ecuaţia de calcul McAdams care se aplicǎ pentru Reynolds cuprins între 5000 şi 200000 .

[ 7 ]

[ 7 ]

- coeficientul cǎderii de presiune prin rezistenţe localeAvem : - numǎr de coturi = 3

- numǎr e robineţi = 2 - = 0,5 [ 2 ]

- [ 2 ]

Calculul Zmt

[ 7 ]

- presiunea de refulare;- presiunea de aspiraţie; - viteza de aspiraţie;- viteza de refulare.

[ 7 ]

Randametul pompei este de 80%

54

Puterea necesarǎ pompei

[ 7 ]

Calculul puterii instalate trebuie sǎ ţinǎ cont de un coeficient pentru o putere necesarǎ sub un KW, [ 2 ]

[ 2 ]

Concluzii

În cadrul acestui proiect, am introdus în instalaţie la recepţie o cantitate de 5893,75 kg/h lapte integral şi am obţinut o cantitate de 1440 kg/h lapte praf.

Instalaţia funcţionează în regim continuu. Laptele integral introdus în instalaţie este filtrat, din întreaga cantitate rezultă 0,2% impurităţi solide. Impurităţile solide sunt reprezentate de particule fine de praf, nisip, scame,păr. Filtrul pe care l-am folosit pentru filtrarea laptelui integral este un filtru confecţionat din pânză.

Laptele rezultat de la filtrare, se centrifughează, după care se normalizează şi se pasteurizează. În concentrator laptele intră cu o concentraţie de 12% şi rezultă cu o concentraţie de 97% substanţă uscată.

Laptele rezultat din concentrator, se usucă prin două procese diferite: Uscarea prin scurgere de filtru pe suprafaţa unor valţuri rotative, acesta fiind un

principiu folosit din ce în ce mai puţin; Uscarea prin pulverizare, un principiu foarte des folosit în industria laptelui. Odată uscat, laptele praf este ambalat şi răcit, după care se face stocarea şi implicit livrarea acestuia.

55

Bibliografie

1. Abdelkrim Azzouz – „Tehnologie si utilaj in industria laptelui” Casa editoriala 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 si biochimica in biotehnologii”, Editura Alma – Galati – 2001;

5.V. M. Macovei – „Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie si industria 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.

56

lapte praf

Documents

Transcript of lapte praf