Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Індивідуальне розрахункове завдання з дисципліни «Технологічне обладнання і проєктування харчових виробництв». Виготовлення шоколадкого лікеру
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Харківський політехнічний інститут
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра технології жирів та продуктів бродіння
Інформація про роботу
Рік:
2025
Тип роботи:
Розрахунково - графічна робота
Предмет:
Автоматизовані системи технологічної підготовки виробництва
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Індивідуальне розрахункове завдання
з дисципліни «Технологічне обладнання і
проєктування харчових виробництв»
ЗМІСТ
Вступ
3
Розрахунок основного апарату
5
Розрахунок транспортуючого пристрою
11
Розрахунок пропелерної мішалки
17
Висновки
20
Список використаних джерел
21
ВСТУП
Актуальність обраної теми розробки технології виробництва шоколадного лікеру полягає в значному зростанні попиту на нові алкогольні напої, які поєднують оригінальний смак та приємний аромат. Шоколадний лікер є унікальним продуктом, що здобув популярність серед споживачів завдяки своїй м'якості, ароматності та універсальності у використанні, як у чистому вигляді, так і в складі коктейлів. За останні кілька років обсяг ринку шоколадних лікерів в Україні зріс на 8-10% на рік. З кожним роком спостерігається тенденція до зростання інтересу до продуктів, які поєднують солодкий смак з алкогольним складом, що зумовлює потребу в розробці нових технологій для ефективного виробництва цих напоїв.
Зростання попиту на шоколадні лікери спричинене як змінами в культурі споживання алкоголю, так і підвищенням вимог до якості продуктів. Споживачі все більше орієнтуються на напої з оригінальними смаковими властивостями, що вимагає від виробників пошуку нових технологій виготовлення таких напоїв. В Україні виробництво алкогольних напоїв на основі шоколаду має великий потенціал, зокрема через збільшення попиту серед молоді та молодих сімей. З огляду на це, розробка ефективної технології виготовлення шоколадного лікеру, яка забезпечить високу якість продукції при оптимальних витратах, є пріоритетною задачею.
Однією з основних складових у технології виготовлення шоколадного лікеру є процес купажування, що дозволяє досягти необхідного балансу між основними інгредієнтами, зокрема алкоголем, шоколадною масою та іншими добавками. Купажний чан з мішалкою є основним апаратом, який використовуються для змішування та витримки інгредієнтів, що визначає кінцеву якість продукту. Для забезпечення добової продуктивності лінії в 400 дал (дадал — декалітр), чан повинен бути розрахований на обсяг не менше 600-700 літрів, що забезпечить достатній час для змішування всіх інгредієнтів і уникне перевантаження апарату.
Технологічний процес при виробництві шоколадного лікеру включає етапи купажування, змішування, фільтрації та фасування, кожен з яких має свою специфіку і вимоги до обладнання. У цьому контексті особливу увагу слід приділити вибору правильного транспортуючого пристрою. Наприклад, для ефективної подачі рідкої суміші з чану до фільтра та фасувальних апаратів доцільно використовувати насос з потужністю близько 5-7 кВт, який забезпечить безперебійний рух продукту на всіх етапах.
Мішалка є ключовим елементом у забезпеченні рівномірного змішування всіх складових продукту. Від правильного вибору конструкції мішалки залежить не тільки якість кінцевого продукту, але й ефективність процесу змішування. Для шоколадного лікеру найкраще використовувати мішалку потужністю близько 3-5 кВт, що забезпечить ефективне перемішування рідкої суміші та її гомогенізацію без утворення осадку. Це дозволить досягти стабільної консистенції продукту на всіх етапах виробництва.
Таким чином, розробка технології виробництва шоколадного лікеру є надзвичайно актуальним завданням для сучасної харчової промисловості, яке вимагає ретельного розрахунку основного обладнання, транспортуючих систем та мішалок. Важливо врахувати усі фактори, що впливають на якість продукції, ефективність виробництва та економічну доцільність технологічних рішень, щоб задовольнити зростаючий попит на даний вид алкогольного напою. Враховуючи ці чинники, ми маємо можливість оптимізувати виробничі процеси, знизити витрати та підвищити конкурентоспроможність на ринку.
РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО АПАРАТУ
Купажний апарат ВВМ-1000 належить до сучасних технологічних установок, призначених для змішування рідких продуктів у харчовій промисловості, зокрема для виробництва лікеро-горілчаних напоїв, сиропів, соків та інших купажованих сумішей. Його конструкція забезпечує високу ефективність перемішування, гомогенність продукту та стабільну якість кінцевої продукції (рис. 1.1).
/
Рис. 1.1 Креслення купажного апарату ВВМ-1000
Купажний апарат ВВМ-1000 являє собою однослойну ємність циліндричної форми з конічним дном, встановлену на міцну металеву раму. Кришка апарату плоска, обладнана люком для обслуговування внутрішньої порожнини, що дозволяє проводити очищення, технічний огляд або завантаження компонентів. Ємність виготовлена з харчової нержавіючої сталі марки AISI 304, що відповідає вимогам санітарно-гігієнічних норм і гарантує корозійну стійкість при контакті з алкогольними та цукровими розчинами.
Габаритні розміри апарату становлять 1370 × 2500 × 1200 мм, що дозволяє компактно розмістити його в технологічному цеху.
Робочий об’єм купажного апарату становить 1000 літрів, що забезпечує можливість виготовлення до 10 партій по 100 л лікеру за одну добу при безперервному циклі роботи. За умови добової продуктивності лінії 400 дал/добу (4000 л), використання одного такого апарата дозволяє організувати ефективний безперервний процес приготування купажу з оптимальним часом перемішування 25–40 хвилин.
Ємність оснащена швидкохідним пристроєм пропелерного типу, який забезпечує інтенсивне перемішування рідкої суміші. Мішалка з’єднана з мотор-редуктором, що передає обертальний рух зі швидкістю від 280 до 450 об/хв, залежно від в’язкості продукту. Така система забезпечує рівномірне змішування компонентів шоколадного лікеру — спиртової основи, шоколадного сиропу, ароматизаторів і стабілізаторів, запобігаючи утворенню осаду або розшаруванню.
Купажний апарат ВВМ-1000 обладнаний датчиком температури, який дозволяє контролювати температуру продукту в межах 15–45 °C, що є критичним для забезпечення стабільності смаку та консистенції шоколадного лікеру. Також система має датчик блокування, який автоматично вимикає привід мішалки при відкритті люка, що підвищує рівень безпеки персоналу. Для запобігання аварійних ситуацій у систему інтегрована автоматична система блокування роботи приладу, якщо не зафіксована герметичність кришки.
Пульт керування апаратом ВВМ-1000 розташований на передній панелі рами та включає вимірювач температури, пусковий механізм приводу, сигнальні індикатори, аварійні вимикачі та систему автоматичного блокування. Це дозволяє оператору здійснювати повний контроль за процесом купажування, а також підтримувати необхідні параметри процесу безпосередньо під час роботи апарата. За потреби апарат може бути інтегрований у загальну систему автоматизованого управління технологічним процесом (АСУ ТП).
Вихідні дані:
Продуктивність: Gрік = 1000 дал/рік = 10000 гл/рік = 100000 л/рік
Час роботи цеху: τ = 240 днів
Стандартний ЦКТ виконує 2 варки за день.
Коефіцієнт заповнення ЦКТ: kЗ = 0,8.
Продуктивність на добу: Gдоб = 400 дал/добу = 4000 л/добу (оскільки 1 дал = 10 л).
Технічні характеристики бродильного апарату (на 1000 л):
Робочий об’єм = 1000 л = 1 м³
Загальний об’єм = 1250 л = 1,25 м³ (з урахуванням коефіцієнта заповнення)
Діаметр = 1200 мм = 1,2 м
Загальна висота = 2500 мм = 2,5 м
Кут конуса = 45°
Необхідна к-сть апаратів визначається за формулою:
/,
де:
Q – річна кількість охолодженого сусла (л/рік),
V – корисний обсяг одного бродильного апарату (м³),
z – оборотність бродильного апарата в рік.
Продуктивність на рік можна обчислити наступним чином:
Q=Gдоб*240
Для Gдоб = 4000 л/добу:
Q = 4000л/добу*240днів = 960000л/рік = 960м³/рік
Тепер використовуємо значення для V та z. Оскільки V = 1 м³, припускаємо z = 2 обороти на рік (оскільки за добу стандартний ЦКТ виконує 2 варки), отже:
N =
960
1∗2
= 480 шт
Технічні характеристики:
Корисна місткість ЦКТ: Vк = 1 м³.
Діаметр: D = 1200 мм = 1,2 м.
Кут при вершині конуса: 45°.
Для розрахунку довжина твірної конуса (lк) використовуємо формулу для твірної:
/
де:
D = 1,2 м — діаметр,
α = 45° — кут при вершині конуса.
/
Висота конуса в нижній частині апарату (hнк) визначається через висоту трикутника:
/
Площа поверхні конуса для теплопередачі в нижній частині апарату (F) розраховується за формулою:
F=π*R*lк,
де R = D/2 = 0,6 м — радіус.
F=π*0,6*0,849≈1,607м2
Місткість конуса нижньої частини апарату (Vк) можна знайти через формулу для об'єму конуса:
/
Загальний об’єм апарату (Vзаг) — це сума об'єму циліндричної частини та об'єму конуса:
Vзаг=Vц+Vк
Місткість циліндричної частини (Vц) визначається через об'єм циліндра:
Vц=π*R2*hц ,
де hц — висота циліндричної частини.
Згідно з заданим співвідношенням:
Н
цч
?
= 2 (припустимо, що висота циліндра в два рази більша за діаметр)
Hцч=2*D=2*1,2=2,4 м
Отже,
Vц=π*0,62*2,4≈2,71 м3
Об'єм циліндричної частини (Vц):
Vц=2,71м3
Загальний об’єм ЦКТ (Vзаг):
Vзаг=Vц+Vк=2,71+0,339≈3,049 м3
Висновок: Загальний об'єм ЦКТ становить 3,049 м³.
РОЗРАХУНОК ТРАНСПОРТУЮЧОГО ПРИСТРОЮ
Для перекачки збродженого сусла з ЦКТ в наступний етап виробництва можна використовувати відцентровий насос, який забезпечує ефективне переміщення сусла з продуктивністю, що дозволяє здійснити перекачування за 20 хвилин. Продуктивність лінії складає 4000 л/добу. Виходячи з цього, необхідна продуктивність відцентрового насосу буде:
4000л/добу/24 год = 166,67л/год = 0,1667 м3/год
Однак, оскільки даний насос також може використовуватися на інших етапах при виробництві, приймаємо об’ємну подачу насоса 0,25 м³/год. Густина готового сусла складає 1000 кг/м³, а в’язкість — 2,2*
10
−6
м²/с, що є стандартними показниками для рідких продуктів у даному виробництві.
Розрахунок
Для розрахунку внутрішнього діаметра всмоктувального та нагнітаючого трубопроводів використовують наступну формулу:
/,
де:
Q — об'ємна подача насосу (м³/год),
v — рекомендована швидкість руху рідини в трубопроводі (м/с),
dвс — внутрішній діаметр трубопроводу (м).
У нашому випадку об'ємна подача насосу Q=0,25м3/год. Щоб перевести це в м³/с, використовуємо перетворення:
/
Рекомендована швидкість для всмоктувального та нагнітаючого трубопроводів зазвичай становить:
- для всмоктувального трубопроводу vвс≈0,8−1,0м/с;
- для нагнітаючого трубопроводу vнагн≈1,5−2,0м/с.
Для розрахунку вибираємо значення швидкості v=1м/с для всмоктувального трубопроводу і v=1,5м/с для нагнітаючого.
Розрахунок діаметра всмоктувального трубопроводу:
/
Розрахунок діаметра нагнітаючого трубопроводу:
/
Висновок: Внутрішній діаметр всмоктувального трубопроводу dвс становить 9,4 мм.
Внутрішній діаметр нагнітаючого трубопроводу dнагн становить 8,1 мм.
3. Гідродинамічний режим руху рідини в трубопроводах визначається через критерій Рейнольдса (Re), який розраховується за формулою:
/,
де:
ω — швидкість руху рідини (м/с),
μ — кінематична в'язкість рідини (м²/с),
d — внутрішній діаметр трубопроводу (м).
Для розрахунку критерія Рейнольдса для всмоктувального трубопроводу (Reвс) та нагнітаючого трубопроводу (Reнагн), використовуємо такі значення:
Кінематична в'язкість рідини для сусла: μ=2,2*10−6м2/с,
Швидкість рідини в трубопроводі:
для всмоктувального трубопроводу ωвс=1м/с,
для нагнітаючого трубопроводу ωнагн=1,5м/с,
Діаметр трубопроводів:
для всмоктувального трубопроводу dвс=0,0094м,
для нагнітаючого трубопроводу dнагн=0,0081 м.
Розрахунок критерія Рейнольдса для всмоктувального трубопроводу (Reвс):
/
Розрахунок критерія Рейнольдса для нагнітаючого трубопроводу (Reнагн):
/
Гідродинамічний режим руху рідини:
Якщо Re > 4000, то рух рідини є турбулентним.
Якщо Re < 2000, то рух рідини є ламінарним.
Якщо Re між 2000 і 4000, то рух рідини є переходом між ламінарним і турбулентним.
З урахуванням отриманих значень:
Reвс = 4272,7: Режим турбулентний.
Reнагн = 5503,4: Режим турбулентний.
Висновок: Reвс > 4000 — режим турбулентний для всмоктувального трубопроводу. Reнагн > 4000 — режим турбулентний для нагнітаючого трубопроводу.
4. Для розрахунку напору насосу використовується така формула:
N=H+ΔP+hп.вс+hп.н
де:
H — висота підйому рідини (м),
ΔP — різниця тиску середовища в просторі нагнітання та всмоктування (Па),
hп.вс — втрати напору у всмоктувальному трубопроводі (м),
hп.н — втрати напору у нагнітаючому трубопроводі (м).
Величину висоти підйому рідини приймаємо рівною 10 м.
Величину різниці тиску середовища в просторі нагнітання та всмоктування приймаємо рівною 0 (якщо немає значних перепадів тиску між цими точками).
Густина сусла дорівнює 1000 кг/м³.
Прискорення вільного падіння (g): g=9,81м/с2.
Втрата напору в трубопроводах визначається за формулою:
/
де:
f — коефіцієнт гідравлічного тертя,
L — довжина трубопроводу (м),
d — діаметр трубопроводу (м),
v — швидкість руху рідини в трубопроводі (м/с),
∑K — сума коефіцієнтів місцевих гідравлічних опорів.
Довжина всмоктувального трубопроводу — 3,05 м, діаметр — 9,4 мм = 0,0094 м. Швидкість — 1 м/с. Згідно з таблицею коефіцієнтів місцевих опорів для всмоктувального трубопроводу:
∑Kвс=2,2+0,2+0,6+0,25+0,1=3,35
Підставляємо значення в формулу для втрат напору в всмоктувальному трубопроводі:
/.
Довжина нагнітаючого трубопроводу — 6,0 м, діаметр — 8,1 мм = 0,0081 м. Швидкість — 1,5 м/с. Згідно з таблицею коефіцієнтів місцевих опорів для нагнітаючого трубопроводу:
∑Kнагн=0,4+0,2+0,3+4,1+1,0=6,0
Підставляємо значення в формулу для втрат напору в нагнітаючому трубопроводі:
/.
Тепер розрахуємо напір насосу:
N=H+ΔP+hп.вс+hп.н
N=10м+0+0,1м+0,74м=10,84м.
Висновок: Напір насосу за розрахунком дорівнює 10,84 м.
5. Для розрахунку потужності електродвигуна для приводу насоса використовується наступна формула:
/,
де:
N — потужність електродвигуна (кВт),
Q — об’ємна подача насоса (м³/с),
H — напір насосу (м),
ρ — густина рідини (кг/м³),
g — прискорення вільного падіння (9,81 м/с²),
ηнасос— коефіцієнт корисної дії насосу,
ηпередача— коефіцієнт корисної дії передачі від двигуна до насосу,
cosφ — коефіцієнт потужності двигуна (зазвичай 0,9 для асинхронних двигунів),
ηзапас — коефіцієнт запасу.
Параметри для розрахунку:
Коефіцієнт запасу (ηзапас): зазвичай приймається значення 1,1-1,2 для забезпечення надлишкової потужності. Приймаємо 1,1.
Коефіцієнт корисної дії насосу (ηнасос): зазвичай для відцентрових насосів він становить 0,7-0,8. Приймаємо 0,75.
Коефіцієнт корисної дії передачі (ηпередача): для передач від двигуна до насосу зазвичай приймається значення 0,9.
Дано:
Об’ємна подача насосу Q=0,25 м3/год=6,94×10−5 м3/с
Напір H=10,84м,
Густина сусла ρ=1000кг/м3.
Розрахунок потужності:
Підставимо значення в формулу:
/
Висновок: Потужність електродвигуна для приводу відцентрового насоса становить 9,95 кВт.
РОЗРАХУНОК ПРОПЕЛЕРНОЇ МІШАЛКИ
Дано:
Тип мішалки
D
Н
Нр
ω
ρ
μ
dв
Р∙10⁻⁵
d/D
Перегородки
Пропелерна
1000 мм
1300 мм
1000 мм
7,5 м/с
950 кг/м³
1,7 Н∙с/м²
30 мм
2 Н/м²
3
Без перегородок
/
Рис. 3.1 Пропелерна мішалка
Розрахунок
1. Для визначення гідродинамічного режиму та коефіцієнта потужності для пропелерної мішалки використовуємо критерій Рейнольдса:
/,
де:
ρ — густина рідини (950 кг/м³),
D — діаметр робочого органу мішалки (1000 мм = 1 м),
n — кількість обертів мішалки (7,5 м/с),
μ — кінематична в'язкість рідини (1,7 Н·с/м²).
Підставимо дані:
/
2. Діаметр робочого органу мішалки (d) для пропелерної мішалки буде d=1м
3. Кількість обертів (n) мішалки задана: n=7,5м/с.
4. Визначимо критерієм Рейнольдса, чи знаходиться мішалка в турбулентному чи ламінарному режимі:
Reв=4,17×106
Для турбулентного потоку Re > 4000, отже, режим турбулентний.
5. Коефіцієнт потужності (КН). Для пропелерної мішалки коефіцієнт потужності KN можна визначити, якщо ми знаємо параметри потоку та форму мішалки. При турбулентному потоці, коефіцієнт потужності залежить від значення критерію Рейнольдса, але також вимагає точних даних для конкретної мішалки.
Для пропелерних мішалок типово використовується значення близьке до:
KN≈0,06*Reв0,75
6. Потужність на переміщення (КN)/ Для пропелерних мішалок, потужність на переміщення KN визначається через об'єм рідини, що переміщається, швидкість потоку та інші параметри, але для загальних обчислень можна прийняти значення KN≈0,25 кВт для даного типу мішалки.
7. Потужність в сальнику (Nc)
Потужність в сальнику може бути розрахована через тертя:
Nc=0,3кВт
8. Розрахунок коефіцієнта k1 для пропелерної мішалки можна оцінити за стандартними таблицями або за емпіричними формулами, що залежать від конкретної конфігурації і потоку: k1=1,25
9. Розрахунок потужності електродвигуна (Nед):
/,
де
Nм — потужність мішалки,
ηм— коефіцієнт корисної дії мішалки (приймаємо ηм=0,75).
Підставимо дані:
/
Висновок: Потужність електродвигуна для пропелерної мішалки розрахована як 7,33 кВт.
ВИСНОВКИ
Під час виконання завдання було розраховано основні параметри для виробництва шоколадного лікеру з використанням купажного апарату та мішалки. Оцінено потужність електродвигуна для приводу насосу, визначено необхідну кількість апаратів для забезпечення потрібної продуктивності, а також розраховано втрати напору та гідродинамічні режими в трубопроводах. Крім того, було виконано розрахунок потужності мішалки та її електродвигуна, що забезпечує ефективне перемішування рідких інгредієнтів.
Переваги ЦКТ:
Висока ефективність перемішування та купажування рідких інгредієнтів.
Стабільність та однорідність кінцевого продукту.
Можливість інтеграції в автоматизовані системи контролю технологічних процесів.
Недоліки ЦКТ:
Високі енергетичні витрати для забезпечення необхідної потужності мішалки.
Необхідність постійного технічного обслуговування та очищення.
Обмежена продуктивність за умови використання одного апарата при високих обсягах виробництва.
Отже, купажний апарат та мішалка, враховуючи їх переваги та недоліки, є ефективними елементами виробничої лінії для виготовлення шоколадного лікеру, що дозволяє забезпечити високу якість продукту при оптимальних витратах на енергію та час.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Обладнання підприємств переробної і харчової промисловості: Закалов О.В., Закалов І.О. Технологічне обладнання харчових виробництв. Тернопіль: ТДТУ, 2000. 406 с.
Інноваційні технології та обладнання галузі. Переробка продукції рослинництва: посібник-практикум. / К. О. Самойчук, С. В. Кюрчев, В. Ф.
Ялпачик, Н. О. Паляничка, В. О. Верхоланцева, О. П. Ломейко. ТДАТУ. Мелітополь: видавничо-поліграфічний центр «Lux», 2020. 312 с.
Удосконалення процесів та обладнання харчової індустрії: колективна монографія; за заг. ред. Г. В. Дейниченка. Харків: Факт, 2019. 276 с.
Основи розрахунку та конструювання обладнання переробних і харчових виробництв: підручник. Самойчук К. О., Бойко В. С., Олексієнко В. О., Петриченко С. В., Тарасенко В. Г., Паляничка Н. О., Верхоланцева В. О., Ковальов О. О., Задосна Н. О. ТДАТУ: за ред. Самойчука К.О. К: ПрофКнига, 2020. 428 с.
Ковалевський К.А., Ксенжук Н.І., Слезко Г.Ф. Технологія і техніка виноробства: навчальний посібник. Київ: Фірма "ІНКОС", 2004. 560 с.
23.11.2025 17:11-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора