Автоматизация процесса розлива и хранения кефира

  Федеральное Агентство  Образования 

  Государственное образовательное учреждение

  высшего и профессионального образования 

  Московский  Государственный Университет

  Прикладной  Биотехнологии

  (МГУПБ) 

  Кафедра «Автоматизация биотехнических систем». 

  Дисциплина  «Автоматизированные системы управления молочной промышленности». 
 
 
 
 
 
 

  КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

  Тема: «Автоматизация  процесса розлива  и хранения кефира». 
 
 
 
 
 

  Выполнила студентка Т3-7

  Федотова  И. А.

  Проверил:

  Усков В.И.

Москва 2011 

10

Содержание:

1.Введение

2.Описание технологического  процесса производства кефира

3. Технология хранения кефира.

1) Химический состав кефира, применительно к технологии хранения.

2) Режимы и условия охлаждения кефира.

3) Режимы и условия замораживания кефира.

4) Обоснование оптимального режима и условий хранения кефира.

4.Оборудование для розлива кефира

5..Описание функциональной  схемы системы управления производства  пастеризованного молока

Описание контура  регулирования и контроля

6. Заключение

7. Список используемой  литературы

8. ГОСТы

9.Тесты 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

     В 1845 г. немецкими изобретателями братьями Сименс был предложен третий принцип регулирования, по которому для воздействия на регулирующий орган используется сигнал, пропорциональный скорости изменения регулируемой величины, т. е. ее производной по времени (принцип регулирования по производной).

     Основоположником  классической теории автоматического  регулирования является профессор  И. А. Вышнеградский, который в 1876 г. построил график областей устойчивости — диаграмма Вышнеградского — и впервые стал рассматривать регулятор и объект регулирования как единую динамическую систему.

Значительный  вклад в развитие теории автоматического  регулирования внес русский математик А. М. Ляпунов, доказавший ряд оригинальных теорем и предложивший методы для исследования устойчивости и поведения динамических систем. Наибольшей известностью пользуются его методы для исследования нелинейных систем.

     Советские ученые вносят весомый вклад в  развитие теории автоматического управления, и их работы получили признание во всем мире.

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

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

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

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

     Развитие  теории автоматического регулирования  послужило основой для развития кибернетики — науки об управлении, связи и переработке информации. В настоящее время кибернетические принципы управления нашли свое применение практически во всех сферах деятельности человека: управление технологическим процессом, производством, наукой, торговлей, бытовым обслуживанием и т. д.

     Повышение профессиональной подготовки специалистов — главная цель. Для этого предусмотрены следующие мероприятия: переход на новые учебные планы и программы, изменение их с учетом последних достижений науки и техники, улучшение фундаментальной теоретической подготовки, интенсификация и компьютеризация учебного процесса, развитие самостоятельного технического творчества студентов.

     Эти преобразования касаются и технических  вузов, выпускающих специалистов для агропромышленного комплекса. В частности, для перерабатывающих отраслей, в том числе мясной и молочной, требуется подготовить специалистов, способных владеть биотехнологией, робототехническими комплексами, микро-ЭВМ в автоматизированных системах управления технологическими процессами и системах автоматизированного проектирования.

     Изучаемый в высшей школе курс «Автоматика  и автоматизация производственных процессов» состоит из трех разделов: теория автоматического управления, элементы и системы измерительной техники и автоматических устройств, проектирование систем автоматизации технологических процессов.

      Теория автоматического управления  изучает основные принципы построения автоматических систем в целом. В разделе «Элементы и системы измерительной техники и автоматических устройств» изложены принципы построения и работы технических средств автоматизации промышленных производств. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Описание  технологического процесса производства кефира

     В двух словах технология производства кефира – это внесение закваски в молоко и "выжидание" пока продукт "не наберет" необходимой кислотности. На самом же деле значение имеет  и качество сырья, поступающее на производство, и тщательность его  тепловой обработки – пастеризации перед внесением закваски. Сама закваска и условия сквашивания (температура, продолжительность, перемешивание) играют решающую роль в формировании консистенции, вкуса, запаха и полезных свойств продукта.

     Кефир изготавливают преимущественно  резервуарным способом. При этом процесс "превращения" происходит при  периодическом перемешивании. Из-за этого плотный сгусток кефира разрушается, и напиток получается более жидким по консистенции. Существует термостатный способ производства кефира, когда молоко с внесенной закваской  разливают в бутылки и отправляют в термостаты. При таком подходе  кефир получается густым с плотным  сгустком. Но термостатный способ экономически не выгоден и встречается разве что в домашних условиях. Вспомните домашний кефир: если его не перемешивать, он больше похож на слоеную массу из крупных кефирных сгустков и сыворотки. Если же его тщательно перемешать, получиться продукт более похожий на магазинный. 

2. Технология хранения кефира.

       Перед началом розлива кефир  в резервуарах перемешивают в  течении 2-5

мин. Розлив, упаковку и маркировку проводят в соответствии с требованиями

действующего  стандарта на кефир.

       В реализацию кефир должен поступать с температурой не выше 6 оС. Срок

хранения кефира в бутылках при температуре 0-6 оС должен составлять не

более 24 ч., в  пакетах – не более 72 ч.

      Упаковка и маркировка.

      Для фасовки кефира применяют  тару из полимерных материалов

(полиэтиленовые  пакеты, емкостью 0,5 и 1л). При маркировке  на пакеты

наносят условные буквы, обозначающие жирность: Ч –  нежирный; Ш – 1%; Э –

2,5% и Ю – 3,3% жира. 

     1 Химический состав  кефира, применительно  к технологии хранения.

     Химический  состав кефира 3,2%-ной жирности: вода - 88,3%; белки - 2,8%; жира – 3,2%; углеводов  – 4,1%; органических кислот – 0,9%; золы – 0,7%. Энергетическая ценность 59 ккал. Витамины: А, β-каротин, В₁, В₂, РР, С.

     Для кисломолочных продуктов характерны повышенное содержание молочной кислоты, образующейся в процессе молочнокислого брожения и обуславливающей высокую титруемую кислотность в пределах 55-270 ⁰Т, хорошо выраженные кисломолочные вкус и аромат. Благодаря консервирующему действию молочной кислоты срок хранения этих продуктов при том же температурном режиме несколько больше, чем молока.

     Бактерицидные свойства кисломолочных напитков связаны  с антибиотической активностью развивающихся в них бактерий и дрожжей, которые в результате жизнедеятельности вырабатывают следующие антибиотики: лизин, лактолин, диплоконцин, стрептоцин и др. Эти антибиотики оказывают на большинство микроорганизмов бактерицидное (убивают) и бактериостатическое (подавляют жизнедеятельность) действие. 

     2.Режимы и условия охлаждения кефира.

     Кефир должен разливаться в стеклянную тару типа I, III по ГОСТ 15844-80 вместимостью 1,0; 0,5 и 0,25 л; бумажные пакеты из комбинированного материала для упаковки молока и  молочных продуктов тетраэдральной формы по ГОСТ 49171-81 вместимостью 0,5 и 0,25 л; бумажные пакеты из комбинированного материала для упаковки молока и молочных продуктов на автоматах «Тетра-Брин» по ТУ 49795-81 вместимостью 1,0 л и другие виды тары из упаковочных материалов, разрешенных Министерством здравоохранения России для упаковки молочных продуктов.

     Допускаются отклонения от установленного объема кефира в процентах не более:

     - для тары вместимостью 0,2 л: ±1;

     - для тары вместимостью 0,25 л: ±4;

     - для тары вместимостью 0,5 л: ±3;

     - для тары вместимостью 1,0 л: ±2.

     Пакеты  типа «Тетра-Брин» с кефиром должны быть упакованы в термоусадочную плёнку с последующей укладкой их на поддоны.

     Согласно  требованиям к маркировке на упаковке (ГОСТ № 51074-97) маркировка пакетов кефира должна быть следующей:

     - экспортёр       

     - импортёр      

     - наименование страны и места происхождения;

     - ценность, массовая доля витаминов (для витаминизированных продуктов);

     - хранение;

     -применение.

     - я продуктов лечебно-профилактического, диетического и для питания людей со специфической профессиональной и спортивной нагрузкой при необходимости указывают противопоказания;

     - о сертификации;

     - штрих-код (при наличии).

     Транспортирование готового продукта производится специальным транспортом.

     Хранение  кефира производят при температуре  от 1 до 8⁰С не более 36 ч с момента окончания технологического процесса в соответствии с действующими санитарными правилами для особо скоропортящихся продуктов, в том числе на предприятии-изготовителе не более 18 ч.

     Камеры  хранения для сырья и продукции  охлаждают батарейным воздушным и смешанным способами. Наиболее широко применяется батарейное охлаждение. Батареи бывают из гладких, оребрённых труб и панельные.

     Воздушное охлаждение даёт возможность использования  рассола и аммиака, обеспечивает равномерную температуру по всему объёму камеры.

     Смешанный способ охлаждения – камеры оборудуют  батареями и воздухоохладителями. Этот способ применяется в основном в камерах с универсальным температурным режимом.

     Применяются две системы батарейного охлаждения: непосредственное охлаждение за счёт кипящего холодильного агента и охлаждение теплоносителем – водой и водными  растворами CaCl₂ и NaCl. Непосредственное испарение холодильного агента применяется в камерах, где необходимо обеспечить низкие температуры - камеры замораживания, скороморозильные аппараты.

     Охлаждение  камер за счёт теплоносителя нашло  широкое применение в молочной промышленности, поскольку при этом упрощается система регулирования температуры и обеспечивается возможность аккумуляции холода в период непродолжительной остановки работы компрессора. 

     3. Режимы и условия замораживания кефира.

     О замораживании кефира можно сказать  только то, что лучше этого не делать. Во-первых при замораживании вода образует в продукте кристаллы льда, что при оттаивании приведёт к отслаиванию сыворотки и потере всех привычны морфологических качеств кефира.

     Во-вторых, при замораживании прекращается жизнедеятельность микрофлоры кефира, а следовательно накопление веществ, обуславливающих его полезные качества.

     В-третьих, замораживание косвенно способствует развитию в продукте и на его поверхности  патогенных микроорганизмов.

     Вывод: Не надо тратить производственные мощности предприятия на ухудшение качества изготовляемого предприятием продукта. 

4. Обоснование оптимального режима и условий хранения кефира.

     Кефир нужно хранить в герметичной  упаковке – пакетах из полимерного  материала, бумаги или в стеклянных бутылках. Это необходимо для того, не улетучивался диоксид углерода, обуславливающий мелкопенистую структуру кефирного сгустка. Помимо этого герметичная тара способствует созданию внутри неё анаэробных условий, которые необходимы дрожжам для протекания в кефире спиртового брожения.

     Температура хранения кефира колеблется в пределах от 6 до 8 °С. Такие условия позволяют  в оптимальном соотношении продолжаться процессам брожения (спиртовое брожение преобладает над кисломолочным). При этом интенсивность брожения достаточно снижена, чтобы предотвратить в течение периода хранения, составляющего 36 часов и в том числе 18 часов на предприятии изготовителе, черезмерное повышение кислотности или содержания спирта в продукте.

     При хранении необходимо учитывать, что  повышение температуры кефира приводит к интенсификации молочнокислого брожения, а её снижение к развитию преимущественно спиртового брожения. Исходя из этого уже на этапе хранения готового продукта можно повысить его качество, тщательно регулируя тепловой баланс.

     Влажность хранилища не оказывает непосредственного  влияния на герметично укупоренный продукт т.к. он не обменивается влагой с окружающей средой. Однако влажность воздуха хранилища необходимо также регулировать, поддерживая на уровне 85 - 90% т.к. она оказывает значительное влияние на процессы теплопередачи и теплопроводности, на теплоёмкость среды и физическое состояние упаковки продукта.

     При хранении кефира необходимо максимально  сократить механическое воздействие  на него, потому что оно вызывает нарушение структуры сгустка  и выделение в кефире сыворотки, что ухудшает внешний вид и  качество продукта.

     Вновь поступающие на хранение партии кефира не должны закрывать доступ к уже хранящимся для интенсификации процесса товарооборота на и предотвращения потерь продукта всвязи с истечением его срока годности.

     Недопустимо пытаться увеличить срок хранения кефира в пригодном к употреблению в пищу состоянии путём снижения температуры хранения т.к. это приведёт к остановке жизнедеятельности вегетативных форм молочнокислых бактерий и дрожжей, которые являются мезофильными микроорганизмами, а следовательно к потере большинства диетических качеств кефира.

                         Схема камеры хранения кефира

4. Оборудование для розлива кефира 

МОНОБЛОК  РОЗЛИВА В БУТЫЛКУ 
 

  Полностью  автоматическая  машина  средней -  ВМ 3  и  большой -  
ВМ 5 производительности, предназначена для наполнения пластиковых бутылок молочной продукцией и другими жидкими пищевыми продуктами. Возможное использование разных типов бутылки, изготовленных, в том числе из PET или XDPE.

  На входе  в моноблок поток бутылок разбивается на два ручья. Одновременно под дозаторы подается 6 (8) бутылок. Горлышки бутылок фиксируются в неподвижном состоянии, что гарантирует точность выполнения этапа розлива. В бутылки опускаются дюзы дозаторов и начинается наполнение. По ходу наполнения бутылок дозаторы поднимаются с заданной скоростью, обеспечивая минимальный зазор между дюзами и продуктом, что предохраняет от разбрызгивания и пенообразования. После заполнения бутылки сразу передаются на станцию укупоривания. Данный узел оснащен тремя закручивающими патронами, которые получают пробку с горизонтального стола и затем точно устанавливают ее на бутылку. Данная технология Pick-and-Place обеспечивают практически идеальное закручивание пробок без перекосов и недозавинчивания, а также может использовать пробки различных моделей с разными типами материала. Дополнительно может быть установлена система для автоматической подачи пробки. 

  Привода моноблока снабжены частотными преобразователями, что позволяет плавно регулировать скорость работы. Все управление происходит через PLC.

Моноблок может  быть выполнен как в обычном так и в исполнении ULTRA CLEAN SYSTEM (ультра чистый розлив). Система ULTRA CLEAN SYSTEM обеспечивает обработку бутылок и пробок перекисью водорода и розлив продукта в стерильных условиях. Применение системы ULTRA CLEAN SYSTEM позволяет значительно увеличить сроков хранения упакованных продуктов.

Моноблок  розлива и укупорки ВМ3 и ВМ5 

ОСНОВНЫЕ  ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  Моноблок  по желанию Заказчика можно оснастить  дополнительным оборудованием:

комплектом  для перехода на другой типоразмер бутылки, который позволяет быстро проводить изменение типоразмера во время работы,

оборудованием для использования нестандартных  типов бутылки,

узлом полнопоточных ламинарных фильтров НЕРА класса 100, обеспечивающих фильтрацию из поступающего воздуха частиц размером более 0,3 микрон,

ультрафиолетовой  лампой для стерилизации крышек, 
 

Схема автоматической машины по розливу в бутылку и ее укупорки:

АВТОМАТИЧЕСКАЯ  ЛИНИЯ ДЛЯ РОЗЛИВА  В БУТЫЛКУ

В зависимости  от требований Заказчика компания «Текнопак» может поставлять полные линии для розлива в бутылку следующих типов:

В стандартном  исполнении.

В исполнении ULTRA CLEAN SYSTEM (ультра чистого розлива).

Комплектация  линии в стандартном  исполнении:

Ориентатор бутылок - необходим для линий большой производительности, состоит из загрузочного бункера с транспортером для подачи бутылок в ориентатор, пневмоконвейера для транспортировки выровненных бутылок.

Ополаскиватель - представляет собой установку радиального  типа для обработки пустых бутылок перед розливом посредством пищевой воды и сушкой их фильтрованным воздухом (рекомендуется при выпуске «живых» нестерилизованных про дуктов).

Моноблок –  см. раздел моноблок розлива в бутылку

Этикеровщик может быть поставлен следующих исполнений:

Нанесение самоклеящейся этикетки на бутылки  машиной.

Нанесение этикетки на бутылки с помощью  холодного клея.

Нанесение на бутылки этикетки типа SLEEVE.

Датировщик:

Датировщик с быстросохнущими чернилами.

Чернильно-струйный принтер.

Конвейерная группа для подачи заполненных бутылок с нанесенной этикеткой к группиратору осуществляется конвейерной группой, длинна которой, определяется в зависимости от требований Заказчика и места расположения группиратора. Она оснащена датчиками накопления заполненных бутылок. Для бесперебойной работы линии производительностью 3000 уп/час необходимая длина накопительного конвейера должна быть 10 – 12 м.

Автомат для  групповой упаковки. (См. раздел групповая упаковка). 

Комплектация  линии в исполнении ULTRA CLEAN SYSTEM (ультра чистый розлив):

  Ориентатор бутылок - необходим для линий большой производительности, состоит из загрузочного бункера с транспортером для подачи бутылок в ориентатор, пневмоконвейера для транспортировки выровненных бутылок.

  Асептический ополаскиватель бутылок. Ополаскивание производится пероксидом водорода 35-37%. Преимуществом такого метода является отказ от использования стерильной или озонированной воды, а так же низкий расход перекиси водорода – 10 л на смену.

  Применение  запатентованной системы GALDI обеспечивает подачу и распыление посредством специальных форсунок смеси раствора перекиси водорода и воздуха внутри бутылок во время их подачи в стерильный туннель.

  Стерилизующий раствор обрабатывает всю поверхность  бутылки перед ее наполнением  продуктом.

  Затем в бутылку подается поток нагретого  стерильного воздуха до полного  выпаривания перекиси водорода. После  этого бутылка поступает в  моноблок розлива. Пары перекиси водорода, образующиеся в туннеле, катализируются и посредством вентилятора отводятся  из рабочей зоны по специальной трубе.

  Данная  система стерилизации основана на использовании  свойств перекиси водорода, молекулы которой при нагревании распадаются  на кислород. В результате этой реакции происходит стерилизация и бактерицидная обработка внутренних стенок бутылки, а также полное выпаривание и распад остатков стерилизующего раствора.

  Моноблок  розлива в асептическом исполнении снабжен системой создания избыточного  давления стерильного воздуха во внутреннем объеме машины. Данная система  состоит из фильтров НЕРА класса 100, обеспечивающих фильтрацию поступающего воздуха. Также в состав данной системы входит комплект воздушных насосов, который обеспечивает избыточное давление, что предотвращает попадание внутрь машины не фильтрованного воздуха и попадание вместе с ним частиц в камеру. Это делает более эффективным барьер между “грязной” внешней средой и “чистым” продуктом/бутылкой.

  Фильтрационный  узел, элеватор крышек и конвейер подачи бутылок также оборудованы обеззараживающими  ультрафиолетовыми лампами.

Этикеровщик может быть поставлен следующих исполнений: