I Wirowanie mleka

Wykonanie ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem wirowania na przykładzie wirówki do mleka. Na początku zmierzyliśmy za pomocą butylometru zmierzyliśmy poziom tłuszczu mleka pełnego i za pomocą laktodensymetru gęstość(uwzględniając poprawkę na temperaturę). Następnie przygotowaliśmy jednakową ilość mleka do odwirowania o temp. 20,1°C i 44,5°C zmierzyliśmy ich gęstość za pomocą laktodensymetru i poddali procesowi wirowania. Po odwirowaniu otrzymaliśmy mleko odtłuszczone i śmietankę. Zmierzyliśmy również gęstość i poziom tłuszczu w mleku odtłuszczonym na zimno i na ciepło jak również śmietanki (używając butyrometru przeznaczonego do śmietanki), metodami jak powyżej , natomiast gęstość śmietanki zmierzyliśmy używając metody piknometrycznej.

otrzymane wyniki pokazały, ze podgrzanie mleka wpływa niekorzystnie na odtłuszczenie mleka. Zostały wykonane obliczenia aby sprawdzić stopień odtłuszczenia A, stosunek odwirowania R, % uzyskanej śmietanki S i zawartość s.m. [%], a wyniki z obliczeń zestawione w tabeli numer 1.

Obliczenia

1. gęstość mleka

t₁ = 20,1 ˚C d₁= 1,0355 g/cm³

t₂ = 44,5 ˚C d_2a= 1,0377 g/cm³ d_2b= 1,0373 g/cm³

t₁- temperatura mleka surowego

t₂ - temperatura mleka po podgrzaniu

d₁- gęstość mleka pełnego

d_2a- gęstość mleka odtłuszczonego zimnego ( temp 20,1ºC)

d_2b- gęstość mleka odtłuszczonego podgrzanego ( temp 44,5ºC)

Gęstość mleka pełnego i odtłuszczonego zostały oznaczone przy pomocy laktodensymetru.

2. gęstość śmietanki- oznaczenie zostało wykonane metodą piknometryczną, a obliczenia z wykorzystaniem następującego wzoru:

gdzie:

p₁ - masa piknometru z badaną cieczą (śmietanką) w temp = 20,1˚C;

p₂ - masa piknometru z badaną cieczą (śmietanką) w temp = 44,5˚C;

p₀ - masa piknometru pustego

p_w - masa piknometru z wodą destylowaną

gęstość śmietanki dla temp 20,1˚C

pusty piknometr = 29,3444 g

piknometr z wodą destylowaną = 57,4421 g

piknometr z badaną cieczą (śmietanką) w temp 20,1˚C = 57,1456 g

gęstość śmietanki dla temp 44,5˚C

pusty piknometr = 28,6729 g

piknometr z wodą destylowaną = 53,5499 g

piknometr z badaną cieczą (śmietanką) w temp 20,1˚C = 53,5022 g

3. sucha masa- obliczona ze wzoru:

gdzie:

f- zawartość tłuszczu w mleku [%]

d- gęstość mleka [g/cm³]

mleko pełne

Mleko odtłuszczone (20)

Mleko odtłuszczone (40)

Śmietanka (20)

Śmietanka (40)

4. procentowa ilość uzyskanej śmietanki S- do obliczeń wykorzystano wzór:

gdzie:

S- ilość uzyskanej śmietanki [%];

T_p- zawartość tłuszczu w mleku pełnym [%]

T₀- zawartość tłuszczu w mleku odtłuszczonym [%]

T_s- zawartość tłuszczu w śmietance [%]

Procentowa ilość uzyskanej śmietanki (dla mleka 20,1ºC)

Procentowa ilość uzyskanej śmietanki (dla mleka 44,5ºC)

5. stosunek odwirowania R- obliczony ze wzoru:

gdzie:

R - stosunek odwirowania;

T_p- zawartość tłuszczu w mleku pełnym [%]

T₀- zawartość tłuszczu w mleku odtłuszczonym [%]

T_s- zawartość tłuszczu w śmietance [%]

Stosunek odwirowania mleka w temp 20,1ºC

Stosunek odwirowania mleka w temp 44,5 ºC

Stosunkiem odwirowania nazywamy ilość wagowych jednostek mleka zużytych na 1 jednostkę śmietany.

6. procent wydobycia tłuszczu z mleka A- obliczono korzystając ze wzoru:

gdzie:

A - procent wydobycia tłuszczu;

T_p- zawartość tłuszczu w mleku pełnym [%]

T₀- zawartość tłuszczu w mleku odtłuszczonym [%]

T_s- zawartość tłuszczu w śmietance [%]

procent wydobycia tłuszczu mleko 20,1ºC

96,08

procent wydobycia tłuszczu mleko 44,5ºC

99,62

g) Kryterium podziału

Kryterium podziału jest to stosunek siły odśrodkowej do siły grawitacji i mówi ono, ile razy przyspieszenie odśrodkowe jest większe od siły grawitacji. Można je obliczyć korzystając ze wzoru:

gdzie:

n- liczba obrotów na minutę

r- promień filtra

g- przyspieszenie ziemskie

Dane:

n = 3350 obr/min

r = 5 cm = 0,05m średnica= 10cm

g = 10 m/s²

=617,24

Kryterium podziału K_r < 3000 więc jest to wirówka normalna

Tabela 1. zestawienie wyników dla mleka odwirowanego na zimno i na ciepło

Badany wyróżnik	Mleko pełne	Mleko odtłuszczone		Śmietanka
				20,1˚C	44,5˚C	20,1˚C	44,5˚C
Gęstość [g/cm^3]	1.0355	1.0377	1.0373	0.98944	0.998083
Zawartość tłuszczu [%]	2,4	0.1	0,01	39	30
Zawartość s.m.[%]	12,52	10,07	9,85	48,17	38,77
% uzyskanej śmietanki S	-	5,91	7,97	-	-
Stosunek odwirowania R	-	16,91	12,55	-	-
Stopień odtłuszczenia A	-	96,08	99,62	-	-

Wyniki z doświadczenia można uznać za dobre ponieważ gęstość śmietanki o zawartości tłuszczu 39% jest mniejsza niż gęstość śmietanki o zawartości tłuszczu 30%.

Wnioski.

Przeprowadzone doświadczenia wykazały, że temperatura wpływa niekorzystnie na

stopień odtłuszczenia, ponieważ dla mleka o temperaturze 20,1˚C wyniósł on 96,8%, natomiast dla mleka o temperaturze 44,5˚C 99,62%, a procent wydobycia tłuszczu poniżej 96% uznaje się za zły. Wynik osiągnięty dla mleka o temperaturze 20,1˚C można uznać za względnie dobry. Jeśli wziąć pod uwagę procent uzyskanej śmietanki, to wpływ temperatury jest korzystny. Jednak mając na uwadze wpływ temperatury na właściwości organoleptyczne mleka, należy uważać na wysokość stosowanej temperatury.

Kryterium rozdziału dla podanych danych jest niewielkie. Można je zapisać jako 617,24g, co oznacza, że przyspieszenie odśrodkowe jest ok. 617 razy większe od przyśpieszenia ziemskiego. Biorąc pod uwagę podział ze względu na wielkość współczynnika rozdziału wirówkę o Kr = 617,24 zaliczmy do wirówek normalnych.

II filtracja soku jabłkowego

Wykonanie ćwiczenia:

Do umieszczonego lejka Scotta wlaliśmy 100cm³ soku jabłkowego, następnie przy wylocie lejka ustawiliśmy zestaw kalibrowanych probówek i zbieraliśmy do każdej z nich po 1 cm³ filtratu notując czas uzyskanych kolejnych porcji.

Wyniki zestawiliśmy w tabelce nr 2 i obliczyli V/A,
,
następnie wykonali wykres zależności zmian prędkości od czasu.

Obliczenia

a) powierzchnia filtra A

r- promień filtra = 4,35 cm

A= πr²

A = 3,14⋅(4,35)²= 59, 42 cm²

2. V/A

3. 
   

d)

Tabela 2. zestawienie wyników filtrowanego soku jabłkowego.

Nr próby Pomiary	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Czas τ [s]	13	30	80	210	325	552	770	1045	1388	1733
Objętość filtratu V [cm^3]	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
V/A [cm^3/cm^2]	0,017	0,034	0,050	0,067	0,084	0,101	0,118	0,135	0,151	0,168
τ/(V/A)	764,7	882,4	1600	3134,3	3869	5465,3	6525,4	7740,7	9191,1	10315,5
V/τ⋅A [cm^3/s⋅cm^2]	^0,0012945	^0,0011219	^0,0006311	^0,0003205	^0,0002589	^0,0001829	^0,0001529	^0,0001288	^0,0001091	^0,0000971

Przedstawienie wyników graficznie

Z powyższego wykresu wynika, że na początku filtracja zachodziła bardzo gwałtownie i spadała na początku powoli, a po upływie mniej więcej 8minut spadła gwałtownie i spadała potem powoli aż do zakończenia ćwiczenia. Spadek prędkości filtracji nastąpił ponieważ sok był mocno zanieczyszczony i zatykał filtr.

Zależność
od V/A

objętościowe natężenie przepływu pod stałym ciśnieniem oblicza się korzystając ze wzoru:

τ/(V/A)= 1,5 K₁⋅ (V/A) + K₂ (1.1)

K₁= μr/2ΔP K₂= μrL/ΔP ω= 150/100 = 1,5

Wartość K₁ jest równa co do wartości nachyleniu krzywej do osi odciętych, natomiast K₂ odcinkowi na osi rzędnych wyznaczonemu przez punkt jej przecięcia z krzywą B. Wartości przyjęte do obliczeń zostały odczytane z dołączonego wykresu 2.

Po przekształceniu wzoru 1.1 otrzymujemy:

1,5 K₁V² + AK₂V - A²τ = 0

- przy czym wartość V obliczamy ze wzorów:

- K₁ i K₂ są stałymi, sposób obliczenia ich wartości został przedstawiony na wykresie 2; przyjmują one doświadczalnie wyznaczone wartości:

K₁= 400 K₂= 47524.752

- po podstawieniu do wzorów uzyskujemy wartości:

V₁= V₂=

Wnioski

Proces filtracji soku jabłkowego był izobaryczny, co potwierdzają wyniki doświadczenia (wykres 1), zgodnie z którymi szybkość procesu maleje wraz z upływem czasu. Jest to wynikiem gromadzenia się osadu na filtrze, czyli zwiększenie się grubości warstwy osadu.

Wydajność procesu zależy głównie od lepkości i ilości cząsteczek w sączonym roztworze. Ponieważ proces ten jest bardzo ważny w przemyśle spożywczym, należy zwrócić szczególną uwagę, na stosowane filtry i ich odpowiedni dobór w zależności od cieczy.

10

---