CAPITOLUL V
BILANŢUL DE MATERIALE
V. 1.
Obținerea iaurtului degresat, se face ȋn șarje. Calculǎm bilanțul de materiale pornind
de la o cantitate de 7,5 tone de lapte recepționat. Cantitatea de lapte care se depozitează înainte de normalizare se calculează din ecuaţia de bilanţ pentru operaţiile de filtrare, răcire, depozitare, cunoscându-se cantitatea de lapte integral. Se considerǎ pe considerǎ pe baza b aza informaț in formațiilor din procesul tehnologic cǎ pierderile (raportate la cantitatea de lapte recepționatǎ) la aceste operaţii ar fi urmǎtoarele prezentate ȋn Tabelul 1.
Tabel 1. Pierderi (p)
%
Recepţie
0,05
Filtrare
0,05
Prerăcire
0,05
Răcire
0,05
Depozitare
0,05
Curăţire
0,25
Normalizare
0,25
Pasteurizare
1,5
Ȋnsămânţarea
0,1
Termostatare
0,1
Omogenizare
0,6
Ambalare
0,5
Pe baza schemei tehnologice de obținere a iaurtului degresat calculǎm bilanțul de materiale dupǎ cum urmeazǎ: LI
Recepţia cantitativă şi calitativă
LRP
P1
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
LI = LRP +P1
(V.1)
LRP =LI – P1 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
LRP =LI ∙ (1 - p1/100) = 7500 ∙ (1 - 0.05/100) = 7496,25 kg/șarjǎ LRP = 7496,25 kg/șarjǎ Unde:
LI – cantitatea de lapte integral, kg; LRP – cantitatea de lapte recepţionat, kg; P1 – pierderile la recepţie, %. LRP
LF
Filtrare laptelui P2
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
LRP = LF +P2
(V.2)
LF =LRP – P2 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
LF =LRP ∙ (1 – p2/100) =7496,25 ∙ (1 - 0.05/100) = 7492,5 kg/șarjǎ LF = 7492,5 kg/ șarjǎ Unde:
LF – cantitatea de lapte filtrat, kg; LRP – cantitatea de lapte recepţionat, kg; P2 – pierderile la filtrare, %. LF
LR
Răcirea laptelui P3
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
LF = LR +P2
(V.3)
LR =LF – P3 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
LR =LF ∙ (1 – p3/100) = 7492,5 ∙ (1 - 0.05/100) = 7488,75 kg/șarjǎ LR = 7488,75 kg/șarjǎ Unde:
LF – cantitatea de lapte filtrat, kg;
LR – cantitatea de lapte răcit, kg; P3 – pierderile la răcire, %.
Curăţirea
LR
LC
laptelui P4
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
LR = LC +P2
(V.4)
LC =LR – P3 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
LC =LR ∙ (1 – p4/100) = 7488,75 ∙ (1 - 0.05/100) = 7470,02 kg/șarjǎ LC = 7470,02 kg/șarjǎ Unde:
LC – cantitatea de lapte curăţat, kg; LR – cantitatea de lapte răcit, kg; P4 – pierderile la curăţare, %. LC
LN
Normalizarea laptelui
S
P5
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
LC = L N + S + P5
(V.5)
LC = L N + S +P5 ∙ LC LC ∙ GC = L N ∙G N + S ∙GS + LC ∙GC ∙P5/100 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
L N = 7470.02(1 – 0,25/100)(30 – 3,0)/(30 -0,5) = 6844,25 kg/șarjǎ LN = 6844,25 kg/șarjǎ Unde:
LC – cantitatea de lapte curăţat, kg; L N – cantitatea de lapte normalizat, kg;
S – cantitatea de smântână cu 30% grăsime, kg; P5 – pierderile la normalizare, %; GC – conţinutul de grăsime din laptele curăţit, 3,3%; GS – conţinutul de grăsime din smântână, 30%; G N – conţinutul de grăsime din laptele normalizat, 0,5%. LN
LO
Omogenizarea laptelui
ST P6
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
L N + ST= LO + P6
(V.6)
LO =L N + ST – P6 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
ST = %ST ∙ L N = 0.4/100 ∙ 6844,25 = 27,37 kg/șarjǎ LO =L N ∙ (1 – p6/100) + ST = 6844,25 ∙ (1 - 0.6/100) + 27,37 = 6857,94kg/șarjǎ LO = 6857,94 kg/ șarjǎ Unde:
LO – cantitatea de lapte omogenizat, kg; L N – cantitatea de lapte normalizat, kg; P6 – pierderile la omogenizare, %. ST – cantitatea de stabilizator, kg. LO
Pasteurizarea laptelui
LP
P7
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
LO = LP + P7 LP = LO – P7 LP = LO ∙ (1 – p7/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
LP = 6857,9 ∙ (1 – 1,5/100) = 6755,03 kg/șarjǎ LP = 6755,03 kg/șarjǎ
(V.7)
Unde:
LO – cantitatea de lapte omogenizat, kg; LP – cantitatea de lapte pasteurizat, kg; P7 – pierderile la pasteurizare, %
Răcirea
LP
LRC
laptelui P8
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
LP = LRC + P8
(V.8)
LRC = LP – P8 LRC = LP ∙ (1 – p8/100) LRC = 6755,03∙ (1 – 0,05/100) = 6751,65 kg/șarjǎ LRC = 6751,65 kg/ șarjǎ Unde:
LP – cantitatea de lapte pasteurizat, kg; LRC – cantitatea de lapte răcit, kg; P8 – pierderile la răcire, %.
Însămânţarea
LRC
IIN
laptelui C.B
P9
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
LRC + C.B = IIN + P9 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
C.B= 1,5/100 ∙ 6751,65 = 101,27 kg/șarjǎ IIN = LRC + C.B – P9 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
IIN = 6751,65 + 101,27 – (0.1/100 ∙ 6751,65 ) = IIN =6852,92 – 6,75165 = 6846,16 kg/șarjǎ IIN = 6846,16 kg/șarjǎ
(V.9)
Unde:
LRC – cantitatea de lapte răcit, kg; IIN – cantitatea de iaurt, kg; C.B – cantitatea de cultură adăugată în laptele răcit pentru obţinerea iaurtului, kg; P9 – pierderile la însămânţarea laptelui, %.
Termostatarea iaurtului
IIN
IT
P10
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia
IIN = IT + P10
(V.10)
IT = IIN – P10 IT = IIN ∙ (1 – P10/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
IT = 6846,16∙ (1 – 0,1/100) = 6840,31 kg/șarjǎ IT = 6840,31 kg/șarjǎ Unde:
IT – cantitatea de iaurt termostatat, kg; IIN – cantitatea de iaurt însămânţat, kg; P10 – pierderile la termostatarea iaurtului, %.
Prerăcirea
IT
iaurtului
IPR
P11
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia
IIN = IT + P11 IT = IIN – P11 IT = IIN ∙ (1 – P11/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
IT = 6840,31∙ (1 – 0,1/100) = 6839,31 kg/șarjǎ IT = 6839,31 kg/șarjǎ
(V.11)
Unde:
IT – cantitatea de iaurt termostatat, kg; IPR – cantitatea de iaurt prerăcit, kg; P11 – pierderile la prerăcirea iaurtului, %. IPR
Răcirea
IR
iaurtului P12
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
IPR = IR + P12
(V.12)
IR = IPR – P12 IR = IPR ∙ (1 – P12/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
IR = 6839,31∙ (1 – 0,05/100) = 6835,89 kg/șarjǎ IT = 6835,89 kg/șarjǎ Unde:
IR – cantitatea de iaurt răcit, kg; IPR – cantitatea de iaurt prerăcit, kg; P12 – pierderile la răcirea iaurtului, %.
IR
Depozitarea iaurtului
ID
P13
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
IR = ID + P13 ID = IR – P13 ID = IR ∙ (1 – P13/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
ID = 6835,89 ∙ (1 – 0,05/100) = 6834,89 kg/șarjǎ IT = 6834,89 kg/șarjǎ
(V.13)
Unde:
IR – cantitatea de iaurt răcit, kg; ID – cantitatea de iaurt depozitat, kg; P13 – pierderile la depozitarea iaurtului, %. Ambalarea iaurtului
ID
IA
P14
Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia:
ID = IA + P14
(V.14)
IA = ID – P14 IA = ID ∙ (1 – P14/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ:
IA = 6834,89∙ (1 – 0,5/100) = 6800,71 kg/șarjǎ IA = 6800,71 kg/șarjǎ Unde:
IA – cantitatea de iaurt ambalat, kg; ID – cantitatea de iaurt depozitat, kg; P14 – pierderile la ambalarea iaurtului, %. Deoarece obținem iaurt degresat ȋn șarje, o datǎ pe sǎptamanǎ, la recepționarea a 7,5
tone lapte, cantitatea d e iaurt obţinut anual este: 6800,71 kg/șarjǎ ∙ 52,14 zile/an = 354589,01 kg iaurt/an Consumul specific, litri lapte normalizat la 0,5% grăsime pentru 1 kg iaurt. '
Csp = C sp
Ln
I A
, în care : L n
Ln I a
'
C sp
L n
6844 ,25 1,028 6800 ,71
C sp
ρ – densitatea laptelui normalizat [kg/l].
0,97 l / kg lapte
Tabelul 3. Tabelul de bilanţ
pentru obţinerea iaurtului degresat cu 0,5% grăsime.
COMPONENT
INTRARI [kg/zi]
IESIRI
PIERDERI %
LRP -cantitatea de lapte
[kg/zi]
7500
0,05
7496,25
LF -cantitatea de lapte filtrat
7496,25
0,05
7492,5
LR -cantitatea de lapte răcit
7492,5
0,05
7488,75
LC -cantitatea de lapte curăţat
7488,75
0,25
7470,02
L N -cantitatea de lapte
7470,02
0,25
6844,25
LO -cantitatea de lapte
6844,25
0,6
6857,94
omogenizat
27,37 6857,94
1,5
6755,03
LRC -cantitatea de lapte răcit
6755,03
0,05
6751,65
IÎN -cantitatea de iaurt
6751,65
0,1
6846,16
însămânţat
101,27
6846,16
0,1
6840,31
IPR -cantitatea de iaurt prerăcit
6840,31
0,05
6839,31
IR -cantitatea de iaurt răcit
6839,31
0,05
6835,89
ID -cantitatea de iaurt
6835,89
0,05
6834,89
6834,89
0,5
6800,71
recepţionat
normalizat
St -cantitatea de stabilizator LP -cantitatea de lapte pasteurizat
C.B -cantitatea de cultură adăugată în laptele răcit
IT -cantitatea de iaurt termostatat
depozitat ID -cantitatea de iaurt depozitat TOTAL
7628,64
7628,64
V. 2. BILANŢUL TERMIC a) Preîncălzirea iniţială a laptelui: Precum s-a prezentat ȋn partea de literatura a lucrǎrii, laptele are o temperatura 6 – 28o C, iar ca agent termic este folositǎ apa caldă 75 – 65o C. Ecuaţia de bilanţ termic și calculul debitul de apă necesar preîncălzirii iniţiale a
laptelui: m LO C pLO ma
T L
O
ma C p a
0,9975 m LO C p L
O
C pa
T a
T L
O
0,25 100
m L C p O
LO
T L
O
0,9975 6857,94 3912,75 28 6 4190 75 65
T a
14053,91 kg / sarja apa
Unde:
m LO - cantitatea de lapte omogenizat supusă preîncălzirii iniţiale,
[kg];
C p L - căldura specifică a laptelui la temperatura sa medie de 17oC; O
T L
o
- diferenţa de temperatură a laptelui (22oC), [temperatura finala (280) minus temperatura
initiala (60)]; m a - cantitatea
de apă necesară pentru realizarea preîncălzirii iniţiale;
C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 700C,
[J/kg*grad];
- diferenţa de temperatură a apei (10oC).
T a
b) Preîncălzirea a -2-a a laptelui: Laptele cu temperatura 28-65 oC iar ca agent termic, apa caldă cu temperatura 80 60oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar preîncălzirii a 2-a laptelui: m LO C pLO ma
T L
O
ma C pa
0,9975 m LO C p L C pa
T a
O
T a
T L
O
0,25 100
m L C p O
LO
T L
O
0,9975 6857,94 3959,45 65 28 4190 80 60
Unde:
m LO - cantitatea de lapte omogenizat supusă preîncălzirii a 2-a, [kg];
C p L - căldura specifică a laptelui la temperatura sa medie de 46,5oC; O
11959 ,11 kg /
sarja
T L
o
- diferenţa de temperatură a laptelui (37oC);
m a - cantitatea
de apă necesară pentru realizarea preîncălzirii a 2-a;
C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 700C, [J/kg*grad];
- diferenţa de temperatură a apei (20oC).
T a
c) Pasteurizarea laptelui:
Laptele cu temperatura 65 – 74oC, iar ca agent termic abur cu presiune 2 ata. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de abur necesar pasteurizării 2 laptelui: m LO C pLO mab
T L
mab r
O
0,985 m LO C p L
O
1,5
m L C p T L O LO O 100 T L 0,985 6755,03 4005,35 74 65 O
2207,6 10 3
r
108,64 kg / sarjaabur
Unde:
m LO - cantitatea de lapte omogenizat supusă pasteurizării, [kg];
C p L - căldura specifică a laptelui la temperatura sa medie de 69,5oC; O
T L
o
- diferenţa de temperatură a laptelui (9oC);
m ab - cantitatea
de abur necesară pentru realizarea pasteurizării;
r - căldura latentă de vaporizare
( r i " i '
i " - entalpia apei sub formă de vapori ( i " i
'
- entalpia apei sub formă lichidă ( i '
r 2710
502 ,4
r 2207 ,6 kJ / kg );
2710 kJ / kg );
502 ,4 kJ / kg
.
d) Răcirea laptelui înainte de însămânţare. Laptele cu temperatura 74-45oC, iar ca agent termic apă cu temperatura 20 -28oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar răcirii laptelui: m L p C pL p ma
T L
p
ma C p a
0,9995 m L p C p L
Unde:
p
C pa
T a
T a
T L
p
0,05 100
m L C p p
L p
T L
p
0,9995 6751,65 3986,48 74 45 4180,8 28 20
23325,49 kg / sarja apa
m L p - cantitatea de lapte pasteurizat supus răcirii, [kg];
C p L - căldura specifică a laptelui la temperatura sa medie de 59,5oC; p
- diferenţa de temperatură a laptelui (29oC);
T L
p
m a - cantitatea
de apă necesară pentru realizarea răcirii;
C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 240C, [J/kg*grad];
- diferenţa de temperatură a apei (8oC).
T a
e) Termostatarea iaurtului:
Iaurt cu temperatura 42-43oC, iar ca agent termic apă cu temperatura 28 -43oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar termostatării iaurtului: m Li C pLi ma
T L
iO
m a C p a
0,999 m Li C p L
T L
i
i
C pa
T a
0,1 100
m L C p i
Li
T L
i
0,999 6840,31 3954,39 43 42 4190 43 28
T a
429,9 kg / sarja apa
Unde: m L
i
- cantitatea de iaurt termostatat supusă prerăcirii, [kg];
C p L - căldura specifică a iaurtului la temperatura sa medie de 42,5oC; i
T L
i
- diferenţa de temperatură a iaurtului (1oC);
m a - cantitatea
de apă necesară pentru realizarea termostatării;
C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 35,50C, [J/kg*grad]; T a
- diferenţa de temperatură a apei (15oC).
f) Prerăcirea laptelui : Iaurt cu temperatura 43-20oC, iar ca agent termic apă cu temperatura 50 -20oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar prerăcirii iaurtului: m I t C pI t ma
T I t
ma C pa
0,9995 m I t C p I
t
C pa
T a
T a
T I
t
0,05 100
m I C p t
I t
T I
t
0,9995 6839,31 3939,12 43 20 4179 50 20
4940,01 kg / sarjaapa
Unde: m I t - cantitatea
de iaurt supusă prerăcirii, [kg];
C p I - căldura specifică a iaurtului la temperatura sa medie de 31,5oC; t
T I
t i
- diferenţa de temperatură a iaurtului (23oC);
m a - cantitatea
de apă necesară pentru realizarea prerăcirii;
C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 350C, [J/kg*grad];
- diferenţa de temperatură a apei (30oC).
T a
g) Răcirea laptelui: Iaurt cu temperatura 20-6oC, iar ca agent termic apă cu temperatura 20 -4oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar răcirii iaurtului: m Ipr C pIpr T Ipr ma
ma C pa
T a
0,9995 m Ipr C pIpr T Ipr C pa
T a
0,05 100
m Ipr C p t
Ipr
T Ipr
0,9995 6835,89 3921,14 20 6 4190,8 20 4
4940,01 kg / sarjaapa
Unde: m I t - cantitatea de iaurt prerăcit supus răcirii, [kg];
C p I - căldura specifică a iaurtului la temperatura sa medie de 13 oC; t
T I
t i
- diferenţa de temperatură a iaurtului (14oC);
m a - cantitatea
de apă necesară pentru realizarea răcirii;
C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 120C, [J/kg*grad]; T a
- diferenţa de temperatură a apei (16oC).
V.2. Pasteurizatorul cu plăci Caracteristici tehnice -
tip Tehnofrig TIPL – 50
-
capacitate
- puterea instalată
5000l/h 20 kW
- presiune abur maximă
4 bar
-
temperatură intrare lapte
10oC
-
temperatură de pasteurizare
72 - 76oC
-
temperatură ieşire lapte
4 – 6oC
-
timp de menţinere la pasteurizare
20 – 40 s
-
abur (minim 2 bar )
150 kg/h
-
apă de la reţea
15 m2/h
-
apă răcită la 0…2oC
12 m2/h
-
suprafaţa ocupată
16 m2
-
masa netă
3000 kg
-
tensiune
229/380 V
-
frecvenţă
50 Hz
Dimensi onar ea pasteur izator ului cu plăci
Diagrama termică pentru circulaţia fluidelor în schimbătorul de căldură este: T, oC 75 65 28 6 A, m2 T 1
750
6
T 2
650
28
T 1
T 2 T m
69 37
0
0
69 0 C
1,86
T 1 T 2
2
37 0 C 2
69 37 2
530 C
Fluxul termic transmis este: Q flux
0,9975 m Lo C pL
T L
0,9975 0,0793 3912 ,75 22 6815 ,49 W
Calculăm aria: Q
A
6815 ,49
k T m
200 53
0,60 m 2
Diagrama termică pentru circulaţia fluidelor în schimbătorul de căldură este: T, oC 80 60 65
28
A, m2 T 1
60 0
28
T 2
80 0
65
T 1
T 2
32
32 0 C
0
15
12,13
15
T m
0
T 1 T 2
ln
T 1 T 2
0
C
2 32 15 32 ln 15
22,4 0 C
Fluxul termic transmis este: Q flux
m L C pL T L o
0,162 4190 20
13630
Calculăm aria: A
Q k T m
13630 ,76 256 ,41 22 ,4
3,04 m 2
,76 W
