Курсовая работа: Разработка технологической линии получения нектара "Мультифруктовый"

В тех случаях, когда вода отстаивается плохо, проводят одновременно и коагуляцию воды, для чего на 1 т воды задают от 50 до 150 г сернокислого глинозема (сульфата алюминия) в виде 5%-ного раствора или сульфата железа, или железного купороса в сочетании с гашеной известью и аэрированием. Во время отстаивания вследствие реакции с солями карбонатной жесткости, растворенными в воде, образуется гидроксид алюминия в виде хлопьев. При опускании хлопьев на дно в течение 6-8 ч происходит осаждение мелких взвешенных примесей. Отстоявшуюся воду подвергают фильтрованию.

Коагулянт подается в воду двумя способами -  в виде раствора или в сухом измельченном виде. Первый способ получил наибольшее распространение. Оборудование для коагуляции воды состоит из затворных и растворных баков, дозаторов коагулянта  смесителей (в затворном баке готовят раствор коагулянта, а в растворном его смешивают с водой).

Растворение коагулянта и перемешивание его с водой осуществляется мешалками или сжатым воздухом. Сжатый воздух подается в бак через систему перфорированных труб диаметром 3-4 мм, выполненных из кислотостойких материалов. Скорость воздуха в трубах 10 м/с, скорость на выходе из отверстий 20 м/с.

В качестве дозаторов коагулянта используют бачки с шаровыми кранами и постоянным сечением отверстия, дозаторы поплавкового типа, дозаторы системы Хованского и насосы-дозаторы. Для смешения коагулянта  с водой применяют различные конструкции смесителей, в том числе дырчатые, перегородчатые, механические. Продолжительность смешивания 1-2 мин.

Для фильтрования воды используют песочные фильтры, представляющие собой герметически закрытые цилиндрические резервуары, заполненные кварцевым песком или слоем гравия и кварцевого песка, а также керамические фильтры и фильтр-прессы.

Биологическую очистку воду проводят фильтрованием через обеспложивающие фильтры или хлорированием. В качестве обеспложивающих фильтров применяют керамические свечные фильтры, состоящие из нескольких фильтрующих элементов – свечей, размер пор которых не превышает 1,5-1,57 мкм. Каждая свеча пропускает 120 л воды в час при давлении 0,2-0,25 МПа. Фильтр из 39 свечей фильтрует в 1 мин 78 л воды. Ежедневно по окончании работы свечи промывают, пропуская воду в течение 10 мин в направлении, обратном току воды при фильтровании.

Обеспложивающее фильтрование может быть осуществлено и на фильтр-прессе, для чего используется обеспложивающий фильтр-картон марки ФКО-2. При этом сначала вода фильтруется на фильтр-прессе через осветляющий фильтр-картон, а затем направляется на второй фильтр-пресс для фильтрования через обеспложивающий фильтр-картон.

Хлорирование воды с целью улучшения ее биологического состояния производится после фильтрования. Для хлорирования используют газообразный хлор, который дозируется специальными приборами – газодозаторами или хлораторами. Хлорирование может производиться также водным раствором хлорной (белильной) извести. Оборудование для хлорирования воды хлорной известью аналогично оборудованию, применяемому для коагуляции воды.

При хлорировании микроорганизмы уничтожаются не хлором, а кислородом, выделяющимся при распаде хлорноватистой кислоты, образовавшейся при растворении хлора в воде. При этом идет реакция по уравнениям

Н2О+Cl2=НClО+НCl;   HClO=HCl+O.

При применении хлорной извести, которая представляет собой смесь гипохлорита кальция Ca(OCl)2, хлорида кальция CaCl2 и гашенной извести Ca(OH)2, из гипохлорита кальция при распаде выделяется свободный хлор.

Доза хлора, установленная органами государственной санитарной инспекции, с учетом хлоропоглощаемости воды и общего количества микробов в 1 мл воды, должна быть от 0,33 до 2 мг/л, длительность контакта (соприкосновения) хлора с водой -  не менее 1 ч (с уменьшением дозы хлора период контакта может доходить до 2 ч, с увеличением дозы контакт можно уменьшить до 30 мин).

Количество остаточного активного хлора в воде, поступающей на изготовление напитков, должно проверяться лабораторией.

Процесс хлорирования состоит из двух операций: приготовления раствора хлорной извести и добавления его к общей массе воды с последующим перемешиванием и выдерживанием (контакт). Количество остаточного хлора контролируют. При хлорировании воды газообразным хлором последний вводится в необходимом количестве в водопроводную трубу через серебряную трубку, имеющую насадку с мелкими отверстиями. Однако при таком способе введения хлора дозировка его затруднительна. Иногда применяют другой способ дозировки хлора, при котором предварительно насыщают хлором определенное количество воды, а затем эту хлорную воду вносят в воду, подлежащую хлорированию. Для более точной дозировки хлора пользуются хлоратами и газодозаторами.

После очистки вода должна соответствовать требованиям приведенным в таблице 1.

Таблица 1. Требования к воде после очистки

3. Описание технологической схемы производства нектара «Мультифруктовый»

Технология производства соков и нектаров включает в себя следующие стадии: подготовку сырья, приготовление сахарного сиропа, приготовление купажного сиропа, пастеризацию и розлив напитков.

Аппаратурно-технологическая схема представлена в приложении 2.

Основными видами сырья для приготовления нектара «Мультифруктовый» являются вода, сахар, лимонная кислота. В качестве полуфабрикатов используют концентрат яблочного сока, яблочное пюре, концентрат манго и концентрат мультифруктовый.

Рассмотрим стадии производства нектара.

В стадию подготовки сырья входит блок подготовки воды. Вода подаваемая из артезианской скважины поступает в мешочный фильтр 1, где задерживаются грубые взвеси, пыль, песок и т.д. Далее вода поступает в ионообменную установку 2, где происходит умягчение воды с 10 до 3 мг/л (мг.экв/л) за счет ионного обмена ионов Са2+ и Мg2+, создающих  жесткость в воде, на ионы Nа+. Ионообменная колонна подлежит регенерации 1 раз в сутки. Регенерация длится 4 часа и происходит следующим образом. В бак солевого раствора 3 подается вода и NaCl, и этот солевой раствор прокачивается сверху вниз через колонну, далее колонна промывается 1700-2000 м3 чистой воды. Вода после обработки на ионообменной установки должна соответствовать требованиям приведенным в таблице 2.

Таблица 2. Требования к воде, прошедшей через ионообменную установку

Очищенная умягченная вода собирается в напорной емкости 4, где создается суточный запас воды. Далее вода рециркуляционным насосом 5 подается в УФ-установку 6, где убиваются все патогенный микроорганизмы за счет длины волны 250-255 нм, и вода вновь перекачивается в напорную емкость 4. Установлено, что ультрафиолетовая часть спектра на участке от 225 до 300 нм обладает специфическим биологическим действием, которое достигает своего максимума при длине волны 260 нм. Этот участок спектра называют бактерицидным. Известно, что при УФ-облучении происходят глубокие изменения в наследственном аппарате клетки. Эффективность обеззараживающего облучения определяется рядом факторов: биологическими особенностями микроорганизмов, степенью обсемененности воды, интенсивностью облучения и поглотительной способностью минеральной воды.  Перед поступлением в производство нектара вода еще раз проходит керамический свечной фильтр 7 и УФ-стерилизатор 8. Эта операция необходима для очистки воды от мелких примесей и микроорганизмов.

Сахарный сироп готовят по холодному методу. Расчетное количество сахара 66.78 кг и лимонной кислоты 1.61 кг загружается в бункер-дозатор 9, откуда поступает в сахарорастворитель 10. Вода в количестве 186 л после окончательной очистки по системе трубопроводов поступает в сахарорастворитель 10, где с помощью насоса 20 перекачивается «на себя». За счет многократной перекачки насосом происходит растворение сахара и лимонной кислоты. Таким образом получают раствор сахара и лимонной кислоты нужной концентрации.

Купажный сироп готовят по холодному способу. Полученный раствор сахара и лимонной кислоты с помощью насоса 11 перекачивают в купажную емкость 13, в которую задают оставшееся количество воды и оставшиеся компоненты: 30.80 кг концентрированного яблочного сока, 25.68 кг яблочного пюре, 51.38 кг концентрата манго и 10.28 кг концентра мультифруктовый. Все компоненты перемешиваются и отбирается проба для лаборатории.

Удовлетворяющий по всем показателям нектар направляется на розлив. Перед розливом нектар проходит через стерилизатор 17, где под действием высокой температуры гибнут все микроорганизмы.

Термическая обработка подавляет рост микроорганизмов или полностью уничтожает их и инактивирует ферменты. Режим тепловой обработки определяется продолжительностью и температурой. Для каждой температуры существует свое летальное (смертельное) время, т.е. время, необходимое для уничтожения микроорганизмов при данной температуре. Это время зависит от температуры, химического состава сока, вида и количества микроорганизмов, присутствующих в соке.

Между летальным временем и температурой существует обратная зависимость: чем выше температура, тем меньше времени требуется на уничтожение микроорганизмов, причем даже небольшое повышение температуры приводит к резкому уменьшению летального времени.

На устойчивость микроорганизмов влияет наличие углеводов в среде. Сахар задерживает при нагревании разрушение дрожжей, плесеней и бактерий. При 70ºС отмирание бактерий коли при наличии в среде 10% сахара происходит за 6 мин, а при содержании 30% сахара за 30 мин. В связи с этим для стерилизации соков с сахаром требуются более высокая температура и продолжительное время, чем при стерилизации соков без сахара.

Поскольку устойчивость к нагреванию у разных микроорганизмов неодинакова, летальное время зависит от вида и количества микроорганизмов, присутствующих в соках.

Нагревание вызывает и качественные изменения продукта. Так, длительное нагревание при сравнительно высокой температуре отрицательно влияет на качество продукта, чем кратковременное нагревание при высоких температурах. На этой основе разработан метод высокотемпературной кратковременной стерилизации.

Процесс осуществляется следующим образом: холодный нектар насосом (15) закачивается в 3-ю зону, где нагревается до температуры  55ºС. В 4-ой зоне нектар нагревается до более высокой температуры: 96ºС и выдерживается в зоне выдержки 20-30 с. Далее нектар поступает в зону 2, где охлаждается холодным непастеризованным нектаром до температуры 40-45ºС, одновременно непастеризованный нектар нагревается. В зоне 1 холодная вода охлаждает пастеризованный нектар до 20ºС. Скорость прохождения пастеризатора зависит от мощности насоса, таки образом этот процесс занимает 4 часа.

Нектар готовый к розливу поступает на ТВА-8 18, куда подается аппликаторная лента, комбинированный материал, клей, раствор перекиси водорода (35%) и дистиллированная вода. В этом аппарате происходят следующие процессы. Из комбинированного материала формируется рукав, с помощью аппликаторной ленты формируется его боковой шов. Внутренняя часть рукава ополаскивается 35% раствором перекиси водорода для удаления патогенной микрофлоры, а затем промывается дистиллированной водой из бака 19. Далее коробка приобретает окончательный вид прямоугольной формы, на нее наносится дата и срок годности. Готовая коробка поступает по ленточному конвейеру 16 в аппликтора крышек 14, куда задаются пластмассовые крышки и клей. Крышки наклеиваются на коробку. Готовые коробки поступают в пакетирующую машину 12, где формируется одна готовая картонная коробка, которая заклеивается и направляется на склад.

4. Материальный баланс нектара «Мультифруктовый»

Для приготовления нектара «Мультифруктовый» используются следующие компоненты: яблочный концентрированный сок, яблочное пюре, концентрат манго, концентрат мультифруктовый, сахар и лимонная кислота. Необходимое количество ингредиентов для приготовления 1000 л нектара «Мультифруктовый» представлены в табл.3

Таблица 3. Расход продуктов на нектар «Мультифруктовый»

1.         Сахар.

В рецептурах на напитки расход сахара принят при содержании в нем сухих веществ 99.8%. В этом случае количество сухих веществ в данном объеме сахара составит:

СВс=СС·Wс,                                         (4.1)

где Сс расход сахара на 1000 л нектара, кг;

Wс – содержание сухих веществ в сахаре, %.

СВс=63.6·99.8=6347.28

Принимая во внимание производственные потери в размере 5%, закладка сахар составит:

,                                (4.2)

где Сс расход сахара на 1000 л нектара, кг;

2.         Яблочный концентрированный сок.

Расход яблочного концентрированного сока на нектар принят при содержании в нем сухих веществ 70%. В этом случае количество сухих веществ в данном объеме яблочного концентрированного сока составит:

,                                          (4.3)

где - расход яблочного концентрата на 1000 л нектара, кг;

- содержание сухих веществ в яблочном концентрате, %.

Принимая во внимание производственные потери в размере 2%, яблочного концентрата потребуется:

,                                              (4.4)

3.         Яблочное пюре.

Расход яблочного пюре  на нектар принят при содержании в нем сухих веществ 19%. В этом случае количество сухих веществ в данном объеме пюре составит:

,                        (4.5)

где - расход яблочного пюре на 1000 л нектара, кг;

- содержание сухих веществ в яблочном пюре, %.

Принимая во внимание производственные потери в размере 2%, яблочного пюре потребуется:

,                                    (4.6)

4.         Концентрат манго

Расход концентрата манго  на нектар принят при содержании в нем сухих веществ 40%. В этом случае количество сухих веществ в данном объеме концентрата манго составит:

,                                     (4.7)

где - расход концентрата манго на 1000 л нектара, кг;

- содержание сухих веществ в концентрате манго, %.

Принимая во внимание производственные потери в размере 2%, яблочного пюре потребуется:

,                                     (4.8)

5.         Концентрат мультифруктовый

Расход концентрата мультифруктового  на нектар принят при содержании в нем сухих веществ 59%. В этом случае количество сухих веществ в данном объеме концентрата манго составит:

,                                    (4.9)

где - расход концентрата мультифруктового на 1000 л нектара, кг;

- содержание сухих веществ в концентрате мультифруктовый, %.

Принимая во внимание производственные потери в размере 2%, концентрата мультифруктового потребуется:

,                              (4.10)

6.   Раствор лимонной кислоты

Из лимонной кислоты готовится 50% раствор. Содержание сухих веществ в 98%-ной лимонной кислоте

,                                     (4.11)

Масса рабочего раствора равна:

                                     (4.12)

а объем:

                                            (4.13)

где 1.2204- плотность 50%-ного раствора лимонной кислоты.

В 1 л раствора содержится лимонной кислоты:

,                                        (4.14)

Расход воды для приготовления рабочего раствора лимонной кислоты составит:

,                                  (4.15)

7.      Купажный сироп

Рассчитав все необходимые ингредиенты для приготовления нектара «Мультифруктовый» занесем данные в сводную таблицу компонентов купажного сиропа нектара.

Нектар мультифруктовый будет содержать:

,                               (4.16)

где - общее количество сухих веществ всех компонентов нектара, %,

- плотность нектара мультифруктового, м3/кг.

Потери сухих веществ при купажировании и фильтровании принимаем равными 1.1%, что составляет

,                               (4.17)

Таблица 4. Промежуточная таблица компонентов купажного сиропа нектара “Мультифруктовый”

В сиропе остается сухих веществ:

,                                     (4.18)

Что составляет

,                                      (4.19)

где -суммарное количество продуктов напитка, л,

8.   Вода.

Количество воды определим разностью между объемами напитка и купажного сиропа:

,                                      (4.20)

гдеVН –объем нектара (1000 л), л,

С учетом потерь 10% при розливе:

,                                       (4.21)

Таблица 5. Сводная таблица компонентов купажного сиропа нектара “Мультифруктовый”

9.   Расчет количества упаковки.

Количество необходимой упаковки для 1000 л нектара:

                              (4.22)

где  объем одной упаковки, л,

Учитывая производственные потери в размере 5%:

10.Расчет количества крышек.

Количество крышек определяется из расчета 1 крышка на 1 упаковку нектара. Тогда на 1000 л необходимо 1000 крышек. С учетом 2 % потерь:

11.    Расчет количества гофролотков.

Количество гофролотков определяется из расчета, что один гофролоток формируется из 20 пакетов готового нектара:

С учетом 1% потерь гофролотков на 1000 л нектара потребуется:

12.      Расчет количества аппликаторной ленты.

Количество аппликаторной ленты определяется в соответствии с нормами расхода на 1000 л нектара требуется: 0.154 кг.

13.      Расчет количества пероксида водорода.

Количество пероксида водорода определяется в соответствии с нормами расхода на 1000 л нектара требуется: 0.333 л

14.      Расчет количества дистиллированной воды.

Количество дистиллированной воды определяется в соответствии с нормами расхода на 1000 л нектара требуется: 0.505 л

15.       Расчет количества клея для крышек.

Количество клея для крышек определяется в соответствии с нормами расхода на 1000 л нектара требуется: 0.13 кг.

16.      Расчет количества клея для гофролотков.

Количество клея для гофролотков определяется в соответствии с нормами расхода на 1000 л нектара требуется: 0.2 кг.

17.      Расчет количества щелочи.

Количество щелочи определяется в соответствии с нормами расхода на 1000 л нектара требуется: 6 кг

Таблица 6. Сводная таблица на исходные и вспомогательные материалы для приготовления 1000 л нектара «Мультифруктовый»

5. Расчет и описание керамического свечного фильтра

Применяемая для приготовления безалкогольных напитков вода должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Обычно вода городских водопроводов удовлетворяет этим требованиям. Необходимо лишь отметить, что высокая жесткость воды неблагоприятно сказывается на вкусовых качествах напитков.

В целях удаления из воды взвешенных частиц и микроорганизмов ее следует фильтровать. Для тонкой обеспложивающей фильтрации воды используется керамические свечной фильтр, его обычно включают в технологическую схему после песочного фильтра.

В приложении 1 показан свечной фильтр. Фильтр представляет собой цилиндрический стальной сосуд со сферическим днищем, который состоит из корпуса 1, крышки 2, решетки 4, свечей 5 и манометра 8. Крышка фильтра сферическая и крепится к корпусу с помощью откидных болтов.

Между корпусом и крышкой помещена решетка, на которой укреплено 37 фильтрующих элементов, представляющих собой керамические свечи из фарфоровой массы, выполненные в виде стаканов со сферическими днищами. Каждая свеча укреплена в металлической головке с выводным штуцером.

В нижней части фильтра расположены входной патрубок с вентилем 6 и спускной кран 7, в крышке имеется патрубок для отвода фильтрата 3.

Вода должна быть предварительно пропущена через песочные или другие фильтры грубой очистки. Вода, подлежащая фильтрации, подается в фильтр через нижний входной патрубок под давлением 0.03-0.035 МПа. Пройдя через поры керамической свечи, очищенная вода собирается во внутренней полости фильтрующего элемента, откуда через отверстия в выводных штуцерах поступает в полость крышки и по верхнему выводному патрубку направляется в производство.

В качестве фильтрующих элементов в керамическом свечном фильтре выступают свечи, размер пор которых не превышает 1.5-1.27 мкм. Каждая свеча пропускает 120 л воды в час при давлении 0.2-0.25 МПа. Фильтр из 37 свечей фильтрует в 1 мин 74 л воды. Целостность керамических свечей проверяется визуально: свечи помещают в жидкость и во внутренней полости их создают давление. Место повреждения определяют по интенсивному выделению пузырьков воздуха с поверхности свечи.

Для обеспечения нормальной производительности фильтра необходимо ежедневно очищать свечи обратным током воды в течение 10 мин при давлении не свыше 0.03 МПа. Для этой цели открывают фильтр, вынимают батарею и с каждой свечи механически счищают образовавшийся налет. Если на свечах осел клеевидный налет, нужно прокипятить их в 5%-ном растворе питьевой соды.

Дезинфекция свечей производится через каждые две недели путем помещения их на 10-12 ч в раствор марганцовокислого калия. Корпус фильтра стерилизуется раствором хлорной извести.

При транспортировке фильтра следует избегать резких ударов и не допускать падения фильтра, так как это может нарушить бакелитовое покрытие на поверхности фильтра [5].

Так как время регенерации ионообменной колонны 4 часа за сутки, то время работы керамического свечного фильтра в сутки составит:

,                                 (5.1)

где τксф время работы керамического свечного фильтра в сутки, ч,

τсут количество часом в сутки, ч,

τри время регенерации ионообменной колонны, ч.

Необходимо учитывать воду, идущую на окончательное ополаскивание оборудования, составляющую 10% от суточной потребности завода в воде, таким образом суточная потребность составит:

,                                    (5.2)

где – объем воды, необходимый для приготовления купажа, л.

Расход воды в час:

,                                                              (5.3)

где Gч – расход воды в час, л/ч.

Значит необходим керамический свечной фильтр производительностью 49.7 л/ч. Характеристика фильтра представлены в таблице 7 [7].

Таблица 7. Характеристика керамического свечного фильтра

Заключение

В данном курсовом проекте было приведено исследование соков натуральных сухих: пасты, гранулы, порошки. Я рассмотрела устройство керамического свечного фильтра для обеспложивающей очистки воды. Был приведен расчет керамического свечного фильтра и по полученным данным был сделан вывод, что необходим фильтр производительностью 2.5 м3/ч с 37 керамическими свечами. Также рассмотрен химический состав плодов и ягод для производства соков и нектаров. Приведен материальный баланс для приготовления 1000 л нектара «Мультифруктовый».

Курсовой проект содержит 34 страницы, 7 таблиц, 2 приложения.

Список литературы

1.         Емельянов А.А. Соки натуральные сухие: пасты, гранулы, порошки. // Пиво и напитки, 2008. №2. с. 36-37.

2.         Ширко Т.С., Ярошевич И.В. Биохимия и качество плодов. – М.: Наука и техника, 1991. 294 с.

3.         Шобингер У. Фруктовые и овощные соки: научные основы и технология. – СПб: Профессия., 2004. 640 с.

4.         Балашов В.Е., Рудольф В.В. Техника и технология производства пива и безалкогольных напитков. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 248 с.

5.         Самсонова А.Н. Технология и оборудование сокового производства. – М.: Пищевая промышленность, 1966. 250 с.

6.         Расчеты продуктов производства безалкогольных напитков. Учебное пособие/ Самар. Гос. техн. университет; сост. Н.В. Макарова. Самара, 2007. 24 с.

7.         Кретов И.Т., Антипов С.Т., Шахов С.В. Инженерные расчеты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности. М.: КолосС, 2006. 391 с.