2.4 Расчет и подбор основного и вспомогательного оборудования

Расчет производительности

Производство получения мармелада с добавлением плодов барбариса периодическое. Исходя из этого, определим: сколько часов работает в сутки данное производство.

Производительность сменная определяется по формуле:

Р_см = Р_ч×Х_а (4)

где: Х_а – количество часов работы производства в смену

Производительность суточная определяется по формуле:

Р_сут = Р_ч×Х_в (5)

где: Х_в – количество часов работы производства в сутки

Производительность годовая определяется по формуле:

Р_год = Р_ч×Х_с (6)

где: Х_с – количество часов работы производства в год

Так как при производстве мармелада с добавлением плодов барбариса смена составляет 8 часов, то производительность в смену будет равна:

Р_см= 320×8 =2560кг/ч

Так как производство мармелада с добавлением плодов барбариса является периодическим производством и работает в одну смену, то производительность в сутки будет равна производительности в смену:

Р_сут = Р_см= 320×8 =2560кг/ч

Так как годовой фонд равен 278 рабочих дней, то

Р_год = 2560×278=711680кг/год

Расчет количества основного оборудования

Расчет производительности калибровочной машины (кг/ч) определяется по формуле:

Q = 60×n×z×g×m×К (7)

где n - число оборотов шнека в минуту; z - количество заходов шнеков; g - средняя масса одного калибруемого плода, кг; m - количество пар рабочих шнеков в машине; К - коэффициент заполнения машины (0,6-0,7).

Q = 60×10×5×0,05×4×0,6= 360 (кг/ч)

Для производства мармелада с добавлением порошка из плодов барбариса выбрана 1 универсальная калибровочная машина КУ.

Расчет производительности темперирующей машины (кг/ч) определяется по формуле:

G=60 V·ρ·φ/τ_з + τ_о + τ_р, (8)

где V – вместимость цилиндрической ёмкости, м³; ρ – плотность массы, кг/м³; φ – коэффициент использования объема ёмкости (в пределах 0,7…0.85); τ_з и τ_р – время затраченное на загрузку и разгрузку сырья, мин.; τ_о – время расходуемое на нагревания массы, мин. (10…20).

G = 60 х 0,25 ∙х 1375 ∙0,8 / 2 +15 + 2 = 868 кг/ч

Для производства мармелада с добавлением порошка из плодов барбариса выбрана 1 цилиндрическая темперирующая машина – сборник МТМ-100.

Расчет производительности смесителя (кг/ч)определяется по формуле:

G=60×((V× η× γ):(t₁₊ t₂)) (9)

где V-геометрический объем смесителя, л; η-коэффициент заполнения; γ - удельный вес (плотность) яблочного пюре; t₁-продолжительность смешивания, мин;  t₂ - время на загрузку и выгрузку, мин. 

G=60×((850×0,7×1,02):(10₊15))=342 кг/ч

Для производства мармелада с добавлением порошка из плодов барбариса выбран 1 смеситель.

Расчет производительности змеевикового вакуум-аппарата 29-А (кг/ч) определяется по формуле:

G=F×k×(t_п-(t_к + t_с):2):(а_к: а_с) ×( i"₂ – q_с)-( i"₂ – q_к) (10)

где F - поверхность теплообмена змеевика аппарата, м²; k - коэффициент теплопередачи змеевика аппарата непрерывного действия, ккал/(м²×ч×град) [практически для змеевика с 0 трубы 50 мм при длине до 50 м k=270/300 ккал/(м²ч×град)]; t_п-температура греющего пара, °С; t_к-температура мармеладной массы, °С; t_с - температура сиропа, °С; а_к, а_с - концентрация сахара соответственно в мармеладной массе и сиропе, кг/кг; i"₂ - энтальпия (теплосодержание) вторичного пара, образующегося при уваривании, ккал/кг; q_с=ccхtc - теплосодержание поступающего на уваривание сиропа, ккал/кг; q_к=cktk - теплосодержание готовой мармеладной массы, ккал/кг.

G=1,1×270×(116-(120+100):2):(0,86:0,98)×(2,66–331)-(2,66 –338,5)=358кг/ч

Для производства мармелада с добавлением порошка из плодов барбариса выбран 1 змеевиковый вакуум-аппарат 29-А.

Расчет производительности мармеладоотливочной машины ШМО (кг/ч) определяется по формуле:

G = 60×m×n×Kc:k (11)

где m- количество мундштуков; n-число отливов в минуту; k-количество штук готовых изделий в 1 кг; Кс-коэффициент, учитывающий возвратные отходы.

G = 60×18×32×0,95:90=365 кг/ч

Для производства мармелада с добавлением порошка из плодов барбариса выбрана 1 мармеладоотливочная машина ШМО.

На основании часовой производительности оборудования, рассчитана сменная выработка мармелада. Расчеты количества основных оборудований производства мармелада с добавлением порошка из плодов барбариса занесены в таблицу 5 [16].

Таблица 5 – Расчет количества технологического оборудования производства мармелада с добавлением порошка из плодов барбариса

№ п/п	Наименование стадий процесса производства	Сменная выработ-ка, кг/см	Оборудование
			Наименование	Производитель-ность, кг/ч
1	Калибровка плодов барбариса	4000	Универсальная калибровочная машина	500
2	Дозирование	3600	Цилиндрическая темперирующая машина – сборник МТМ-100	450
3	Смешивание	4000	Смеситель	500
4	Уваривание	4000	Змеевиковый вакуум-аппарат 29-А	500
5	Отливка	4040	Мармеладоотливочная машина ШМО	505

На основании проведенных расчетов было выбрано следующее оборудование.

1-станина, 2-калибровочная головка, 3-сбрасыватели, 4- ленточные транспортеры, 5- загрузочное устройство, 6- привод, 7- ступенчатые валики, 8- сборники, 9- ленточный транспортер

Рисунок 5. Универсальная калибровочная машина КУ

Универсальная калибровочная машина (рис. 5) со сменными рабочими органами предназначена для калибровки почти всех видов сырья. Продукт поступает в нее пятью потоками, вследствие чего значительно повышается производительность машины.

Машина состоит из станины 1, загрузочного устройства 5, калибровочной головки 2, сборников 8 для вывода продукта из машины и привода 6. В калибровочной головке расположено пять пар ступенчатых валиков 7, вращающихся навстречу друг другу. Комплект, состоящий из ступенчатых и шнековых валиков разных размеров, калибрует плоды и овощи, различающиеся по форме и размеру. Продукт подается в калибровочную головку вращающимися сбрасывателями 3, установленными над пятью наклонными ленточными транспортерами 4.

В зависимости от формы продукта ступенчатые валики можно наклонить на угол до 18°, обеспечивая при этом поступательное движение продукта.

Из калибровочной головки плоды поступают в сборники 8. По мере их заполнения плоды одного размера направляются ленточным транспортером 9 на укладку в консервные банки или в ящики.

Привод состоит из электродвигателя с червячным редуктором и цепных передач, вращающих ступенчатые валики или шнеки.

Производительность машины 0,28...0,42 кг/с (1000...1400 кг/ч); частота вращения ступенчатых валиков 38 мин^-1, шнековых 55 мин^-1 (соответственно 3,8 и 5,5 рад/с); мощность электродвигателя 1 кВт; габаритные размеры 3038x1792x2176 мм; масса машины 1190 кг.

1-пропеллерная мешалка; 2- штуцер тройника; 3- верхний вентиль; 4- термометр; 5- верхняя откидная крышка; 6- рамная мешалка; 7- воронка; 8- цилиндрическая емкость; 9- электродвигатель; 10- металлический постамент; 11- отверстие; 12- нижний вентиль;

Рисунок 6. Цилиндрическая темперирующая машина МТМ-100

Машина МТМ-100 предназначена для темперирования и перемешивания мармеладных масс.

Машина МТМ-100 (рис. 6) представляет собой смонтированную на металлическом постаменте 10 (см. рис. 6) цилиндрическую емкость 8 с рубашкой для обогрева или охлаждения и комбинированной мешалкой, состоящей из двух мешалок - пропеллерной 1 и рамной 6. Загрузку машины темперируемой массой производят насосом или вручную через верхнюю откидную крышку 5, а загрузку - через нижнее отверстие 11. Через нижний вентиль 12 в рубашку цилиндра подается вода до тех пор, пока она не начнет сливаться в воронку 7.

При необходимости подогрева темперируемой массы после наполнения рубашки цилиндра водой нижний вентиль 12 закрывают, а верхний вентиль 3 для подачи пара открывают. Пар подают через штуцер тройника 2 в нижнюю часть рубашки цилиндра, обеспечивая таким образом, обогрев и одновременно циркуляцию, способствующую равномерному нагреву воды на протяжении всего процесса темперирования массы. Излишек воды от конденсации пара сливается через воронку 7. Для наблюдения за температурой в верхней части машины установлен термометр 4.

Мешалки приводятся в движение через планетарный механизм и червячный редуктор от электродвигателя 9. Вал пропеллерной мешалки 1 получает одновременно два вращения - вокруг своей оси и вокруг оси вала мешалки. В целях безопасности работы крышка машины сблокирована с электродвигателем.

1-корпус; 2- рама; 3 – горизонтальная мешалка; 4- электродвигатель; 5- червячный редуктор; 6- рама; 7- крышка; 8- пробковый кран;

Рисунок 7. Смеситель

Смеситель предназначен для приготовления смеси яблочного пюре (купажа).

Смеситель (рис. 7) состоит из корпуса 1, смонтированного на раме 2, и горизонтальной мешалки 3.

Мешалка представляет собой вал с лопастями, изготовленными в виде трех отдельных секций. Радиальные лопасти крайних секций расположены под углом с целью перемещения продукта к центру смесителя. Вал мешалки пропущен через сальники в стенах корпуса и покоится в двух подшипниках.

Мешалка приводится в движение от электродвигателя 4 через клиноременную передачу и червячный редуктор 5, установленный на отдельной раме 6.

Корпус смесителя имеет крышку 7, состоящую из глухой и открывающейся частей. В нижней части корпуса имеется пробковый кран 8. Корпус смесителя и мешалка изготовляются из нержавеющей стали.

Яблочное пюре из разных партий загружается в соответствующей пропорции в смеситель и перемешивается до получения однородной массы. Приготовленная смесь выпускается через пробковый кран и перекачивается в расходный сборник.

Технические характеристики: производительность 500-1000 кг/ч, размеры корпуса смесителя длина 1300мм, диаметр 800мм, диаметр мешалки 780мм, мощность электродвигателя А 41-4 1,7 кВт, число оборотов в минуту 1420, редуктор червячный с соотношением 1:37, габариты 2120×902×1782 мм, масса (вес) 600кг.

1-греющая часть; 2-вакуум-камеры; 3- ловушки; 4- вакуумное устройство для выгрузки массы; 5- щит управления;

Рисунок 8. Унифицированный змеевиковый вакуум-аппарат 29-А с вакуумным устройством для выгрузки массы

Аппарат (рис. 8) состоит из греющей части I, вакуум-камеры II, с вакуумным устройством для выгрузки массы IV, щита управления V и ловушки III.

1,2,3,4 – каналы; 5,6- отверстие; 7- вакуум-камера; 8,11-копильник; 12- система тяг; 13- внутренний клапан;

Рисунок 9. Принципиальная схема вакуум-камеры аппарата с вакуумным устройством для выгрузки массы

При совмещении отверстий 5, как показано на рис. 9, б, сечение а - а, положение А, верхняя часть вакуум-камеры 7 соединяется с полостью копильника 11, при этом (см. сечение б - б, положение А) канал 2-3 соединяет полость под поршнем верхнего цилиндра с верхней частью вакуум-камеры, а канал 1-4 соединяет полость под поршнем верхнего цилиндра и полость под поршнем нижнего цилиндра с атмосферой.

Поршни в цилиндрах перемещаются в сторону вакуума, а система тяг 12 при этом закрывает клапан копильника 8 и открывает внутренний клапан 13 для выпуска массы из верхней части вакуум-камеры в копильник. Такое расположение каналов соответствует положению электромагнита в отключенном состоянии.

При включении электромагнита пробка золотникового крана поворачивается на 45° и расположение каналов будет такое, как показано на рис. 9, б в положении Б, т. е. отверстие 6 (сечение а - а) соединяет полость копильника с атмосферой; в сечении б-б канал 1-2 соединяет полость под поршнем верхнего цилиндра и над порш- нем нижнего цилиндра с вакуумом верхней части вакуум-камеры 7, а канал 4-3 соединяет полости над поршнем верхнего цилиндра и под поршнем нижнего цилиндра с атмосферой; при движении поршня закрывается внутренний клапан 13 и открывается нижний клапан 8 для выгрузки массы.

Процесс повторяется через заданный промежуток времени - обычно 2 мин.

1,2-камера выстойки; 3- отливочный бункер; 4- дозирующий механизм; 5- выборочный механизм; 6- формовочный транспортер;

Рисунок 10. Мармеладоотливочная машина ШМО

Машина предназначена для формования мармелада отливкой в формы, выстойки и выборки мармелада из форм с автоматической раскладкой на решета.

Машина (рис. 10) состоит из формовочного транспортера 6, проходящего через камеру выстойки 2 для желирования мармелада в формах, отливочного бункера 3 с дозирующим механизмом 4, выборочного механизма 5 и цепного транспортера 6 для решет.

Над отливочным бункером установлен смеситель для смешивания мармеладной массы с кислотой, красителем и эссенцией.

Верхняя ветвь формовочного транспортера проходит через камеру желирования 2, оборудованную вентиляторами для подачи воздуха.

Бункер 3 имеет водяную рубашку для темперирования мармеладной массы во время отливки. К нижней части бункера присоединен дозирующий механизм 4 состоящий из 18-цилиндрового корпуса с плунжерами, укрепленными на общей траверсе, золотниковой коробки с планочным золотником.

Взаимодействие между плунжерами и золотником обеспечивается системой рычажных передач, связанных с кулачками; при этом достигается как общая, так и индивидуальная регулировка хода плунжеров для изменения объема отливаемых порций мармеладной массы[17].