Технологическая линия производства картофельного крахмала производительностью 20 тонн

Министерство образования и наук РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Казанский Государственный Технологический Университет»

Высшая школа экономики

Специальность Экономика и бухгалтерский учет

Курсовой проект по дисциплине

«Процессы и аппараты,

их конструирование для пищевых производств»

на тему:

«Технологическая линия производства картофельного крахмала производительностью 20 тонн».

Нормоконтролер           _____________  ____________

Руководитель проекта _____________ Сидоров Ю.Д.

Студентка                      _____________ Шипаева И.В.

заочное отделение 4 курс

гр. 99-0013(2), шифр 62-ка

Казань 2011

ЗАДАНИЕ

На курсовое проектирование по дисциплине

«Процессы и аппараты, их конструирование для пищевых производств» студенту группы 99-0013 (2) Шипаевой И.В.

Тема проекта «Технологическая линия производства картофельного крахмала производительностью 20 тонн»

Исходные данные к проекту: производительность технологической линии производства картофельного крахмала производительностью 20 тонн.

Содержание расчётно-пояснительной записки (включается перечень подлежащих разработке вопросов, включая вопросы стандартизации и контроля качества).

В соответствии с методическими указаниями по курсовому проектированию: краткая характеристики готового продукта, основных и вспомогательных материалов и используемых на производстве энергоносителей.

Описание машинно-аппаратурной схемы производства.

(Схема приводится в пояснительной записке в формате А4).

Описание машины, аппарата или установки, используемых в составе технологической линии с указанием особенностей конструктивного устройства, технических особенностей, особенностей эксплуатации и инженерными расчетами.

Расчет материального баланса производства (продуктовый расчет) на общий объем выпуска продукции.

Оформление пояснительной записки в соответствии с ГОСТ 2.105-95.

Перечень графического материала.

В соответствии с методическими указаниями по курсовому проектированию: машинно-аппаратурная схема производства продукции (на листе формате А1).

Оформление графической части в соответствии с требованиями ЕСКД.

Дата выдачи задания   «____»  ___________ 2010г.

Руководитель проекта _____________  Ю.Д. Сидоров

ЛИСТ НОРМОКОНТРОЛЕРА

1.        Лист является обязательным приложением к пояснительной записке
курсового проекта.

2.        Нормоконтролёр имеет право возвращать документацию без
рассмотрения в случаях:

      нарушения установленной комплектности;

      отсутствия обязательных подписей;

      нечёткого выполнения текстового и графического материала.

3.        Устранение ошибок, указанных нормоконтролёром, обязательно.

ПЕРЕЧЕНЬ

замечаний и предложений нормоконтролёра
по курсовому проекту студента

гр. 99-0013 (2) Шипаевой И.В.

(фамилия, инициалы)

Нормоконтролёр   _________________       ___________________

                                        (подпись)                (фамилия, инициалы)

Содержание:

Введение.................................................................................................................

Раздел 1. Технологическая часть

1.1. Характеристика готового продукта......................................................

1.2. Характеристики исходного сырья........................................................

1.3. Характеристика используемых на производстве энергоносителей

Раздел РРрр2. Процессо - аппаратурная часть

2.1. Машинно-аппаратурная схема линии производства картофельного крахмала ..............................................................................

2.2. Описание машины, аппарата или установки, используемых в составе технологической линии ...................................................................

Раздел 3. Расчет материального баланса на единицу продукции..............

Заключение...........................................................................................................

Список использованных источников..............................................................

Приложения:

Технологическая схема

Введение

Пищевая и перерабатывающая промышленность России - одна из стратегических отраслей экономики, призванной обеспечить устойчивое снабжение населения необходимыми по количеству и качеству продуктами питания. На пищевую и перерабатывающую промышленность, насчитывающих около 30 тысяч различных объединений, акционерных обществ, предприятий и цехов с численностью рабочих около 1,5 миллионов человек.

Эти отрасли вырабатывают практически все необходимые для населения продукты питания, в том числе и производство продуктов из картофеля.

Свойства картофеля, как ценного продукта питания человека, в котором в оптимальном соотношении присутствуют органические и минеральные вещества, известны давно. В нем содержатся практически все химические элементы, необходимые человеку. Благодаря своим вкусовым, пищевым, и кулинарным качествам, картофель стал продуктом почти повседневного употребления в течение года. Таким образом, картофель является необходимым ценным продуктом в рационе человека.

В данной курсовой работе будет рассматриваться технология изготовления картофельного крахмала – ценной составляющей картофеля.

Картофельный крахмал предназначается для применения в различных отраслях пищевой промышленности (кондитерской, концентратной, мясо-молочной, хлебопекарной и др.) в качестве товара народного потребления, в химико-фармацевтической промышленности в качестве наполнителя в таблетированных лекарственных средствах и присыпках, а также для технических целей (производство декстрина, в текстильной, бумажной и других отраслях промышленности).

Актуальность настоящей работы обусловлена необходимостью внедрения новых прогрессивных технологий, основанных на интенсификации производственных процессов, повышении качества и пищевой ценности вырабатываемой продукции, снижении потерь и затрат сырья.

Основной целью данного курсового проекта является совершенствование технологической линии производства картофельного крахмала высокого качества в условиях малого предприятия на основе безотходной технологии.

В соответствии  с поставленной целью выдвигаются следующие задачи:

            представить характеристику готового продукта, сырья, вспомогательных материалов и источников энергии, используемых для его производства;

            рассмотреть теоретические основы производства картофельного крахмала;

            разработать машинно-аппаратурную схему производства;

            провести расчет материального баланса;

            рассмотреть теоретические основы конструирования оборудования для производства картофельного крахмала;

            Произвести выбор основного оборудования и дать его описание.

Внедрение данного проекта позволит обеспечить выпуск картофельного крахмала с высокими органолептическими показателями при малых энергетических затратах, потерях сырья и без негативного влияния на экологию.

Раздел 1. Технологическая часть.

1.1.         Характеристика готового продукта.

Современная крахмалопаточная промышленность — важная отрасль народного хозяйства. Крахмалопаточные предприятия выпускают сухой крахмал, глюкозу, различные виды крахмальных паток, модифицированные крахмалы, декстрин, глюкозофруктозные сиропы и др. Ассортимент вырабатываемой продукции со­ставляет десятки наименований.

Предприятия, перерабатывающие картофель, получают сырой крахмал влажностью 50...52 %. Такой крахмал хранить­ся не может, так как является прекрасной средой для развития мик­роорганизмов, он закисает. Поэтому сырой крахмал на этих же или на других предприятиях перерабатывают в сухой влажностью 20%, или используют для из­готовления патоки, глюкозы и других крахмалопродуктов.

Крахмал – сложный углевод, образующийся в растениях и откладываемый ими в качестве запасного питательного вещества. Химическая формула (C6H10O5)n. Он хорошо переваривается и усваивается организмом человека. Благодаря разнообразию своих свойств, способности к их изменениям крахмал применяют в разных пищевых производствах (кондитерском, хлебопекарном, колбасном и др.), в кулинарии, для выработки крахмалопродуктов, в непищевых отраслях (парфюмерной, текстильной, фармацевтической и др).

Калорийность 100г крахмала 350 ккал. В клетках растений крахмал находится в виде плотных образований, называемых крахмальными зернами. Крахмальные зерна разных растений характеризуются определенной формой, строением, размерами. По этим признакам можно установить вид крахмала.

Крахмал – природный полимер, молекула которого состоит из остатков глюкозы. При расщеплении молекулы крахмала образуются более простые углеводы – декстрины, мальтоза, глюкоза. Этот процесс называется осахариванием и может происходить под действием ферментов или минеральных кислот (HCl, H2SO4).

Крахмалу свойственно набухание – это способность медленно и в определенной мере впитывать холодную воду, не растворяясь в ней. Если набухание происходит при повышенной температуре, то образуется клейстер. Температура клейстеризации различных крахмалов находится в пределах 60-70°С. Наиболее вязким является клейстер из картофельного крахмала. Крахмал производят из различного растительного сырья. Наиболее распространен крахмал картофельный. Еще сырьем для изготовления крахмала могут служить кукуруза, пшеница, рис.

К крахмалопродуктам относятся саго, модифицированные крахмалы, патока, глюкоза. Саго это крупа в виде высушенных округлых комочков оклейстеризованного крахмала. Его применяют для приготовления супов, запеканок, начинок, каш. Модифицированные крахмалы предназначены для определенных производств. Модификация позволяет получать крахмалы жидкокипящие, набухающие, экструзионные и др. Например набухающие крахмалы при контакте с водой поглощают ее значительно больше чем обычный. Применяют их в производстве пудингов, сухих смесей кексов, производстве сбивных кондитерских изделий, мясных полуфабрикатов (как связующие вещества и стабилизаторы влажности). Патока продукт неполного кислотного или ферментативного гидролиза крахмала. Это густая, вязкая, бесцветная или с желтоватым оттенком жидкость сладковатого вкуса. Используется только для промышленной переработки как антикристаллизатор сахарозы, повышает вязкость сиропов, задерживает черствение и высыхание хлеба и пряников, уменьшает сладость. Патоку также используют при приготовлении карамели, халвы, варенья, ликеров.

Глюкоза – продукт полного гидролиза крахмала. Она производится разной степени очистки: кристаллическая, медицинская, пищевая, техническая. Это продукт сладкого вкуса. Ее используют для производства витамина С, медицинских препаратов, добавляют в конфеты и другие кондитерские изделия.

Крахмал - основная часть важнейших продуктов питания: муки (75 - 80%), картофеля (25%), саго и др. Энергетическая ценность около 16,8 кДж/г.

Он является ценным питательным продуктом. Чтобы облегчить его усвоение, содержащие крахмал продукты подвергают действию высокой температуры, то есть картофель варят, хлеб пекут. В этих условиях происходит частичный гидролиз крахмала и образуются декстрины, растворимые в воде. Декстрины в пищеварительном тракте подвергаются дальнейшему гидролизу до глюкозы, которая усваивается организмом. Избыток глюкозы превращается в гликоген (животный крахмал). Состав гликогена такой же, как у крахмала, - (C6H10O5)n, но его молекулы более разветвленные. Особенно много гликогена содержится в печени (до 10%). В организме гликоген является резервным веществом, которое превращается в глюкозу по мере ее расходования в клетках.

В промышленности крахмал путем гидролиза превращают в патоку и глюкозу. Для этого его нагревают с разбавленной серной кислотой, избыток которой затем нейтрализуют мелом. Образовавшийся осадок сульфата кальция отфильтровывают, раствор упаривают и выделяют глюкозу. Если гидролиз крахмала не доводить до конца, то образуется смесь декстринов с глюкозой - патока, которую применяют в кондитерской промышленности. Получаемые с помощью крахмала декстрины используются в качестве клея, для загустения красок при нанесении рисунков на ткань.

Крахмал применяют для накрахмаливания белья. Под горячим утюгом происходит частичный гидролиз крахмала и превращение его в декстрины. Последние образуют на ткани плотную пленку, которая придает блеск ткани и предохраняет ее от загрязнения.

Крахмал должен вырабатываться в соответствии с требованиями ГОСТ 7699-78 по технологической инструкции или технологическому регламенту, утвержденным в установленном порядке, с соблюдением соответствующих норм и правил. Для производства крахмала должен применяться свежий картофель для переработки по ГОСТ 6014. Крахмал вырабатывают четырех сортов: экстра, высший, первый, второй.

По органолептическим и физико-химическим показателям крахмал должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице.

Таблица 1.1. «Органолептические и физико-химические показатели крахмала»

Крахмал второго сорта предназначен для технических целей или для промышленной переработки.

Для химико-фармацевтической промышленности (приготовление лекарственных средств в таблетированном виде) должен вырабатываться крахмал сорта "Экстра" - белый с кристаллическим блеском, без механических примесей, с количеством крапин - не более 40 шт.

Массовая доля тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, ртути, кадмия) и мышьяка не должна превышать норм, утвержденных Минздравом СССР.

Крахмал упаковывают в двойные мешки: внутренний новый тканевый мешок, или многослойный бумажный (не менее четырех слоев), или мешок-вкладыш пленочный.

Транспортирование крахмала производят транспортом всех видов в крытых транспортных средствах, а также в контейнерах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на транспорте данного вида.

Не допускается перевозить крахмал в вагонах, трюмах судов или автомашинах совместно с продуктами, обладающими специфическим запахом, а также использовать вагоны, трюмы и автомашины, в которых транспортировались ядовитые или резко пахнущие грузы.

Крахмал должен храниться в упакованном виде в хорошо проветриваемых складах без постороннего запаха, не зараженных вредителями хлебных запасов. В складах, где хранится крахмал, относительная влажность воздуха не должна быть более 75%. Гарантийный срок хранения крахмала - 2 года со дня выработки.

1.2.         Характеристики исходного сырья.

Сырьем для производства картофельного крахмала служил кар­тофель. В нашей стране картофель имеет большое, разностороннее значение. Его используют как пище­вую, техническую и кормовую культуру. Химический состав клубней картофеля колеблется в до­вольно широких пределах и зависит от copтa картофеля, климати­ческих, почвенных и других условий. Средний химический состав картофеля (%): вода - 75; сухие вещества – 25, в том числе крах­мал - 18,5; азотистые вещества - около 2; клетчатка – 1; мине­ральные вещества - 0,9; сахара - 0,8; жир - 0,2 и прочие веще­ства (пектины, пентозаны и др.) - 1,6. Содержание крахмала в клубнях картофеля колеблется от 8 до 29%. Вода в картофеле со­держится в двух состояниях: в свободном (78%) и связанном (22 %). Свободная вода растворяет все водорастворимые вещества картофеля - сахара, соли кислот, азотистые вещества и другие, образуя клеточный сок; коллоидно-связанная вода растворителем не является, и ее свойства существенно отличаются от обычной воды.

В клубнях картофеля может содержаться от 0,46 до 1,72% сахаров, представленных преимущественно сахарозой, есть также глю­коза и фруктоза. Хранение картофеля при пониженной темпера­туре приводит к увеличению содержания Сахаров до 5%, сниже­нию выхода крахмала и увеличению потерь сухих веществ карто­феля,

В картофеле содержится от 0,52 до 1,77% клетчатки. Чем выше содержание клетчатки, тем толще клеточные стенки картофеля, тем труднее картофель истирается на терочных машинах и, следо­вательно, тем выше будет выход мезги и потери крахмала с мезгой. Пентозаны и пектиновые вещества, которые вместе с клетчаткой входят в состав клеточных стенок картофеля, составляют от 0,74 до 0,95 %. В процессе хранения картофеля пектиновые вещества под действием фермента протопектиназы могут переходить в раство­римую форму, что приводит к размягчению тканей картофеля и затрудняет производство крахмала.

В состав картофеля входят органические кислоты — лимонная, щавелевая, яблочная, молочная, но преобладает лимонная кисло­та. Общая титруемая кислотность картофеля обусловлена также наличием в его составе кислых фосфатов, рН картофельного сока 5,8...6,6. Кислотность картофеля резко возрастает при его микро­биологической порче в процессе хранения, что отрицательно ска­зывается на ходе технологического процесса.

В картофеле содержится от 0,7 до 4,6 % азотистых веществ, ко­торые на 60% представлены белковыми соединениями. Белки картофеля полноценны по аминокислотному составу, 40% азоти­стых веществ картофеля -небелковые азотистые соединения. По мере созревания клубней содержание азотистых веществ в них снижается, что положительно сказывается на ходе технологичес­кого процесса, так как белок, являясь хорошим пенообразовате­лем, затрудняет отделение примесей от крахмала и снижает его качество. Кроме перечисленных веществ в картофеле содержится глюкозид соланин в количестве от 2 до 10 мг на 100 г сырого кар­тофеля. Его содержание резко увеличивается при хранении карто­феля на свету, когда он приобретает зеленую окраску. Употреб­лять такой картофель в пищу нельзя. Соланин также является сильным пенообразователем и затрудняет процесс очистки крах­мала от примесей.

И картофеле содержится от 10 до 30 мг% витамина С, неболь­шое количество витаминов группы В и каротиноидов. Зола карто­феля составляет от 0,4 до 1,9%, в ней преобладают соединения ка­лия (72 %), фосфора (20 %), а также содержатся натрий, кальций, магний и железо. Примерно 75 % зольных соединений раствори­мы в воде и при производстве крахмала теряются со сточными во­дами, часть нерастворимых соединений остается в мезге, часть - в крахмале, влияя на вязкость и клеящую способность крахмального клейстера.

Способы хранения картофеля:

Существуют полевой метод хранения и стационарный. Метод полевого хранения включает хранение в типовых и модернизированных буртах и траншеях и на постоянных буртовых площадках.

Метод хранения в стационарных хранилищах более современен. Основные типы хранилищ следующие:

      с естественной вентиляцией, охлаждаемые наружным воздухом, за счет тепловой конвекции;

      с принудительной вентиляцией, охлаждаемые наружным воздухом, подаваемым вентиляторами, в том числе - через штабель продукции по методу активного вентилирования;

      холодильники, т.е. хранилища с искусственным охлаждением;

      холодильники с контролируемой атмосферой.

Выбор способа хранения происходит в зависимости с его экономической оценкой.

1.3.         Характеристика используемых на производстве энергоносителей.

Большинство технологических процессов происходят с использованием энергоносителей различного вида и назначения. Под энергоносителями в промышленности понимают материальное тело или материальную среду, обладающую определенным потенциалом и передающую энергию от одного материального тела к другим. Промышленные предприятия при организации своей деятельности используют энергоресурсы различных параметров, различных видов и различного назначения. Для крупных предприятий говорят о потоках энергоносителей. Направление этих потоков тесно связаны между собой и имеют различные характеристики. На предприятии они объединяются под общим названием «энергоресурсы предприятия».

Чаще всего в качестве энергоресурсов на предприятии используются:

        электрическая энергия (60-70% потребления);

        вода;

        тепло;

        воздух;

        ПРВ (продукты разделения воздуха);

        расплавы и соли.

Главной задачей энергоносителей на предприятии является обеспечение условий технологического процесса. При выборе энергоносителей и их характеристик руководствуются в первую очередь условием максимальной дешевизны в рамках заданных параметров. При этом в первую очередь обращается внимание на следующие факторы:

      характеристики и условия протекания технологического процесса;

      характеристики и параметры установленного оборудования;

      параметры самого энергоносителя;

      характер обеспечения энергоносителями предприятия (внутреннее или внешнее) и т.д.

В качестве основных характеристик энергоносителей при их выборе учитывают:

        потенциал или параметры (ток, напряжение, температура, давление и т.д.);

        стоимость;

        качество;

        надежность снабжения;

        режимы потребления.

Параметры энергоносителя определяются характеристиками потребляющего оборудования. Если на реальном предприятии применяются энергоносители с явно завышенными параметрами, это приводит к увеличению эксплуатационных расходов и денежных затрат на вспомогательное оборудование (диаметр жил кабеля, увеличение металлоемкости для труб и т.д.). Поэтому окончательный выбор энергоносителя, его качественных и количественных характеристик производится путем сравнения нескольких вариантов в ходе технико-экономических расчетов.

Раздел РРрр2. Процессо - аппаратурная часть.

2.1. Машинно-аппаратурная схема линии производства картофельного крахмала.

Принципиальная технологическая схема получения сырого картофельного крахмала (рис. 2.1.1) состоит из следующих эта­пов:

      хранение картофеля;

      доставка картофеля на завод;

      мойка картофеля;

      взвешивание картофеля;

      тонкое измельчение карто­феля - получение кашки;

      выделение картофельного сока из кашки;

      выделение свободного крахмала из кашки;

      отделение и промывание мезги;

      рафинирование крахмального молока;

      про­мывание крахмала.

Хранение картофеля. Предприятия, перерабатывающие карто­фель, работают сезонно. До подачи на производство картофель хранят в буртах при температуре 2...8 °С. На хранение закладыва­ют только здоровые клубни.  При хранении картофель дышит. Хранить картофель свыше 5...7 месяцев нецелесообразно, так как это приводит к значительным потерям сухих веществ, в том числе крахмала.

Доставка картофеля на завод. Картофель подают в производство с помощью гидравлического транспорта.

Мойка и взвешивание картофеля. Процессу мойки картофеля придается очень большое значение, так как примеси (песок, кам­ни, солома) затрудняют работу оборудования и могут вызвать его поломку.

Рис. 2.1.1 Принципиальна технологическая схема получения сырого картофельного крахмала.

Кроме того, на последующих стадиях технологического процесса картофель не очищают от кожуры, и частицы земли и песка, оставшиеся на поверхности картофеля, в дальнейшем могут перейти в крахмал и снизить его качество. Картофель моют в мо­ечных машинах комбинированного типа. В камерах с высоким уровнем воды отделяют солому и другие легкие примеси, в каме­рах с низким уровнем воды удаляют землю; в сухих камерах вода, не задерживаясь, стекает в грязевую канаву. Моечные машины снабжены ботво-, песко- и камнеловушками. На крупных заводах широкое распространение получила моечная машина КМЗ-57М. Продолжительность процесса мойки в ней составляет 10...14 мин, расход воды — 200...400% к массе картофеля. Для учета массы пе­реработанного картофеля производится взвешивание отмытых клубней на автоматических весах с откидным днищем, снабжен­ных специальным счетчиком, регистрирующим массу взвешенно­го картофеля нарастающим итогом.