3.4. Расчет и подбор технологического оборудования

Расчет и подбор технологического оборудования ведется на основании графика организации технологических процессов, продуктового расчета и обосновывается технической и технологической целесообразностью вида оборудования. Предпочтительно ориентироваться на аппараты непрерывного действия, линии поточного производства, механизации трудоемких работ.

Подбираемое оборудование должно обеспечить:

• переработку сырья в соответствии с результатами продуктового расчета;

• поточность, высокий уровень механизации и автоматизации производства;

• экономичность расхода энергоносителей;

• высокую степень загрузки оборудования в течение смены (суток).

В начале подбирают оборудование, выполняющее основные операции (пастеризационно-охладительные установки, резервуары для кисломолочных напитков, сырные и творожные ванны, маслоизготовители и маслообразователи, вакуум-выпарные аппараты, сушилки и др.)

Продолжительность работы ведущего основного оборудования в смену принимается:

• для пастеризационно-охладительных установок – 5-6 часов;

• для вакуум-выпарных аппаратов циркуляционного типа – 20 часов, пленочного типа – 13 часов;

• для сушилок – работа должна совпадать с работой вакуум-выпарных аппаратов

Остальное оборудование подбирается с учетом производительности основного.

Оборудование для приемного цеха: На участке приемки молоко взвешивают на весах, поступающее в полных автомолцестернах – принимают по объему с пересчетом на массу. При использовании счетчиков замеряют весь объем молока.

Пропускная способность весов (N_B) определяется по формуле:

где, G_B – грузоподъемность весов, кг;

Z_Ц – продолжительность одного цикла, 5 – 10 минут.

В течение 1 час можно сделать 10 – 12 взвешиваний, за одно взвешивание пропускается 500кг молока, а в один час 5-6т молока. При приемке 30т молока продолжительность операций составит 6-5 часов, что не желательно. Большей грузоподъемности весов нет, следовательно подбирают счетчик для молока производительностью 25т/ч молока.

Емкости для хранения молока и жидких молочных продуктов подбирают в зависимости от интенсивности последующих технологических операций. Вместимость емкостей хранения сырого молока рекомендуется принимать равной 100% суточного поступления молока на сырзаводах, 80% - на молочные комбинаты, 60% - на молочно-консервные заводы. Для хранения пастеризованного обезжиренного молока для возврата и сыворотки выбирают емкости на разовый объем обезжиренного молока и на суточный объем полученной сыворотки.

Насосы подбирают в зависимости от назначения, вида сырья или продукта. Центробежные (сымовсасывающие, дисковые, лопастные) применяются для перекачивания молока, сыворотки, пахты. Роторные (шестеренчатые, одновинтовые, шиберные, кулачковые) – для вязких продуктов (сгущенное молоко, смесь мороженого, высокожирные сливки, кисломолочные продукты, сырное зерно с сывороткой и др.), поршневые и винтовые – для подачи смесей в форсунки распылительных сушильных установок.

Выбирают насосы по интенсивности процесса в соответствии с графиком технологических процессов.

Сепараторы подбирают по часовой производительности с учетом массы сырья, производительности другого оборудования входящего в комплект линий.

Гомогенизаторы подбирают с учетом массы сырья, времени непрерывной работы основного оборудования в течение смены.

Оборудование для тепловой обработки молока и молочных продуктов подбирают с учетом массы сырья, режима тепловой обработки, графика организации технологических процессов и норм производительности.

Для стерилизации молока в бутылках и сгущенного в банках предусматривают башенные стерилизаторы непрерывного действия.

Внутризаводской транспорт подбирается с учетом требований технологии и условий труда в зависимости от мощности предприятия и его профиля:

• цельномолочная продукция мощностью до 50 тонн в смену – напольные цепные транспортеры, ручные вилочные тележки;

• цельномолочная продукция мощностью 50 и 100 тонн в смену – электропогрузчики, поддоны;

• сыродельные заводы – контейнеры и электропогрузщики;

• маслодельные заводы – пакетные перевязки.

Для фасования и упаковывания молока и молочных продуктов проектируют молочные автоматы различных марок в зависимости от вида тары, вида продуктов и рассчитывают по часовой интенсивности с учетом норм производительности их в смену, массы продукта, подлежащей фасованию и графика технологических процессов.

Для выработки стерилизованного молока проектируют автоматизированную линию с асептическим розливом в бумажные пакеты по 0,5л А1-ОЛР производительностью 3000 пакетов в час.

При производстве сметаны резервуарным способом подбирают емкостные аппараты вместимостью 1000, 3000, 5000л и линию розлива сметаны в коробочки и стаканы из полимерных материалов.

При производстве сыра для нормализации молока подбирают саморазгружающийся сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С с устройством для нормализации в потоке, производительность которого обуславливается временем, необходимым для выполнения этой операции согласно графику технологического процесса.

Аппараты для производства сырного зерна рассчитывают и подбирают с учетом массы сырья, продолжительности цикла выработки сыра с учетом продолжительности подготовительного и заключительного времени. Занятость емкости аппарата выработки сырного зерна в одном цикле складывается из последовательных операций от наполнения аппарата; подготовки молока к свертыванию белка; свертывания белка; обработки сырного зерна; предварительного слива сыворотки; вымешивания; удаления сыворотки; второго нагревания до окончания процесса и мойки. Зная продолжительность отдельных технологических операций , .цикла занятости аппарата, определяют общую продолжительность одного цикла производства сыра.

Цикл занятости аппарата

Подготовка аппарата выработки сырного зерна	10
Наполнение	30
Внесение закваски, хлорида кальция, сычужного фермента	5-10
Свертывание молока	30
Разрезка сгустка, постановка зерна	10
Вымешивание	30
Удаление сыворотки	7
Второе нагревание	30
Окончательное вымешивание	45
Удаление сыворотки	7
Вымешивание, частичная посолка	20
Опорожнение	10
Мойка аппарата	40

Рассчитанное количество аппаратов уточняют при составлении графика работы машин и аппаратов.

Аппараты для формования сырного зерна подбирают в зависимости от массы нормализованной смеси и способа формования: наливом сырной массы или насыпью сырного зерна. Аппараты Б6-ОФБ (в комплекте с насосом Г2-ОПЕ для сырного зерна) -для формования сырной массы рабочей вместимостью емкости 4900л на 1000кг сырной массы и Б6-ОФА емкостью 2600л - на 500кг сырной массы.

Прессы подбирают в зависимости от вида сыра. Проектируют пневматические прессы или баропрессы вертикальные, горизонтальные, туннельные.

Прессование сыра на пневматических туннельных прессах проектируют прессы типа 41131. Количество одновременно прессуемых головок сыра на одном прессе – 40.

Продолжительность прессования сыра российского в перфорируемых формах 10-12 ч. Самопрессование происходит в тележках для сырных форм. На одну варку сыра необходимо три тележки (108 головок сыра с одной варки). Оборачиваемости прессов в смену нет. Подбирают 22 пресса для работы сыродельного цеха в сутки.

Солильные бассейны. Солильные бассейны предусматривают глубиной 1,2-1,8м. Сыр чаще всего солят в контейнерах. Вместимость контейнера или нагрузка сыра на 1м² солильного бассейна и съема сыра с 1м² солильного бассейна.

Площадь солильного бассейна рассчитывают по формуле

где F_С.Б. –площадь солильного бассейна, м².

N_К – количество контейнеров находящихся в бассейне для посолки сыра, шт.

f – площадь, занятая одним контейнером, м².

K – коэффициент использования площади солильного бассейна (К=0,8)

Общую длину бассейна рассчитывают по формуле

L=Fс.б/Ш,

где L – длина солильного бассейна, м; Ш – ширина бассейна, м.

Ш=l+0,1,

где l – длина контейнера для посолки сыра, м; 0,1 – расстояние между контейнерами, м.

Посолку сыра проектируют в контейнерах Т-547 в течение 2 сут. Вместимость одного контейнера 360кг сыра. Количество контейнеров, необходимых для посолки сыра, определяют по формуле:

Nк=McZ/G,

Nк=7355,6*2:360=41 шт.

где Mc – масса сыра, вырабатываемого в сутки, кг; Z – длительность посолки сыра в солильном бассейне, сут; G – вместимость контейнера, кг.

Для созревания сыра рассчитывают и подбирают контейнеры Т-480 и стеллажи. Количество контейнеров, для созревания сыра, рассчитывают по формуле: Nк=McZ/G, где Z – выдержка сыра в камерах созревания, в зависимости от вида.

Например созревание сыра в камерах в течение 60 суток проектируют в контейнерах Т-480 вместимостью 360кг. Количество контейнеров определяют:

Nк=7355,6*60:360=1226 шт.

При созревании сыров на стеллажах сначала рассчитывают количество стеллажей, необходимых для созревания сыров данного вида. Затем методом моделирования определяют площадь камер созревания сыров с учетом проездов, проходов в камере и места обслуживания стеллажей в период созревания сыра. Коэффициент использования площади камеры при созревании сыра на стеллажах равен 0,3.

При созревании сыра в пленке «Повиден» подбирают комплект оборудования М6-УАД для упаковки сыра в усадочную пленку производительностью 150-200 головок в час.

По уходу за сырами в период созревания подбирают комплект оборудования В2-оук производительностью 3000 кг/ч.

Заквасочники для выработки закваски подбирают исходя из двухсуточной ее потребности. Например, для выработки 635кг закваски (6352=1270 кг) на производство сыра потребуются два заквасочника ОЗУ-600 вместимостью 600 л и один заквасочник ОЗ-80 вместимостью 80 л.

В производстве плавленого сыра предусматривают машины для подготовки, обработки натуральных сыров к плавлению, аппараты плавления сырной массы, машины разрезания сыра, автоматы фасования и упаковывания плавленого сыра, подбирают по часовой интенсивности с учетом массы сырья, графика организации технологических процессов.

Для выработки сливочного масла методом непрерывного сбивания подбирают маслоизготовитель производительности, обеспечивающей выработку масла в сроки, установленные графиком технологических процессов с промывкой и без промывки масляного зерна, с обработкой масла под вакуумом и фасованием масла в крупные блоки массой дозы 20 и 25,4 кг, а также пачки массой дозы 200 и 100 г.

Маслоизготовитель периодического действия подбирают в зависимости от массы сливок, перерабатываемых в смену, цикла занятости маслоизготовителя: наполнения емкости сливками, сбивания сливок, выпуска пахты, обработки масляного зерна и выемки масла из маслоизготовителя с учетом времени, необходимого для подготовки и мойки маслоизготовителя.

Производительность маслоизготовителя периодического действия рассчитывают по формуле

N_п.д.=(Vz_см/z_ц)p,

где N_п.д.- сменная производительность маслоизготовителя периодического действия, кг; V – вместимость емкости маслоизготовителя, м3; z_см – продолжительность смены, ч; z_ц – продолжительность цикла, ч; p – плотность сливок, кг/м³.

Масло фасуют и упаковывают в пергамент или кашированную фольгу на автоматах АРМ производительностью 40-80 брикетов в минуту; на машинах М6-АУБ для крупной фасовки 93 брикета в минуту.

Линии для производства масла способом преобразования высокожирных сливок подбирают в зависимости от мощности маслодельного цеха: при небольшой мощности цеха (2500-3000 кг масла в смену) проектируют линии Т1-ОМ-2Т производительностью 550-650 кг/ч; при значительном объеме выработки масла – линии Р3-ОУА-1000 производительностью 1000 кг/ч.

Оборудование для производства молочных консервов

Для производства сгущенных молочных консервов подбирают вакуум-выпарные установки, сироповарочные станции, кристаллизаторы, машины для фасования и упаковывания молочных консервов.

Вакуум-выпарные установки поступают для монтажа и эксплуатации в комплекте. Производительность установок соответствует производительности вакуум-выпарного аппарата по испаренной влаге. При расчете вакуум-выпарного аппарата непрерывного и периодического действия циркуляционного типа пользуются уравнением материального баланса:

С_н.м.М_н.м.=С_пр.М_пр.

На основе этого уравнениея, определяют производительность вакуум-выпарного аппарата по испаренной влаге.

Массу испаренной влаги (W_cr)определяют по формуле:

где М_н.с.- масса нормализованной смеси, кг

С_н.м..,С_пр. – массовая доля сухих веществ в нормализованном молоке и готовом продукте соответственно.

Данные для расчета С_н.м.,С_пр. берут из продуктового расчета.

Затем определяют технологическое время работы вакуум-аппарата исходя из его паспортной производительности.

где t_сг – время сгущения в аппарате, ч;

М_п – паспортная производительность вакуум-выпарного аппарата по испаренной влаге, кг/ч

Затем определяют массу влаги подлежащей выпариванию в течение одного часа (W'_cr )

По нормам производительности ведущего оборудования эффективное время работы вакуум-выпарной установки (t_cr)19-19,5ч в сутки.

По общей массе испаряемой влаги и проектируемой продолжительности выпаривания рассчитывают фактическую производительность вакуум-выпарной установки (М_р)

После чего подбирают вакуум-выпарную установку периодического или непрерывного действия, циркуляционного или пленочного типа, сравнивая фактическую (проектируемую) и паспортную производительность по испаренной влаге в час, сопоставляя время выпаривания при паспортной производительности вакуум-аппарата и проектируемое эффективное время выпаривания.

При проектировании вакуум-аппарата периодического действия массу нормализованной смеси на одну варку (М_{н.м.вар.})определяют по формуле: М_{н.м.вар.}=0,5VП,

где V – рабочая вместимость емкости вакуум-выпарного аппарата, м³;  - плотность готового продукта при температуре сгущения, кг/м³; П – степень сгущения или отношение массовой доли сухих веществ в продукте к массовой доле сухих веществ в нормализованной смеси.

Сироповарочные станции подбирают по производительности с учетом режимов варки, графика организации технологических процессов.

Производительность сироповарочных станций периодического действия рассчитывают по формуле

N_с.ст.=VZ_см/Z_ц

где N_с.ст. – производительность сироповарочных станций периодического действия, м³; V – вместимость емкости сироповарочных колонн, м³; Z_см – продолжительность смены, ч; Z_ц – продолжительность цикла, ч.

При бессиропном методе внесения сахара-песка в потоке при выработке молока сгущенного с сахаром сироповарочные станции и кристаллизаторы не применяют.

Оборудование для выработки сухого молока. Распылительные сушки подбирают для сушки цельного молока, быстрорастворимого молока (с инстантайзером, входящим в состав сушильной установки), сухого обезжиренного молока (исключается процесс гомогенизации сгущенного молока), сухих сливок, простокваши, масла, сухих молочных продуктов для детского питания, сухих смесей для мороженого и ЗЦМ.

Сушилки рассчитывают и подбирают в соответствии с проектируемым способом сушки и тепловыми режимами по массе испаренной влаги в час с учетом норм производительности ведущего оборудования.

Массу влаги, удаляемой при сушке (W_c), рассчитывают по формуле:

где М_сг.пр – масса подсгущенного продукта, поступающего на сушку, кг/ч;

W_сг.пр – массовая доля влаги в нем; W_пр – массовая доля влаги в готовом продукте, %;С_сг.пр, С_пр – массовая доля сухих веществ в подсгущенном и готовом продукте соответственно, %.

Технологическое время работы сушилки и фактическую производительность ее по испаренной влаге в час определяют аналогично расчетам вакуум-выпарного аппарата.

Сушилки поступают в комплекте с машинами и аппаратами, необходимыми для их обслуживания. Производительность машин и аппаратов по технологическим показателям соответствует производительности сушилок по испаряемой влаге в час.

Для фасования и упаковывания сухих молочных продуктов в комбинированные картонно-металлические банки производительностью до 150 банок в минуту с массой дозы 250 и 500г подбирают линию А5-АЛСМ-1, а для фасования и упаковывания сухих молочных продуктов в крафт-мешки с полиэтиленовым вкладышем вместимостью 25-30кг - В6-ОФА. Для транспортирования сухих молочных продуктов от сушилки подбирают комплект оборудования В6-ОФБ производительностью 36000кг в смену.

При бестарном хранении подбирают бункеры на объем суточной выработки, что позволяет проводить упаковку только в дневную смену и сократить численность работающих в цехе. В бункеры – подается пневмотранспортером или виброконвеером.

Оборудование для переработки побочного сырья. Применяют традиционно-общепромышленное оборудование: аппараты для отваривания альбумина, кристаллизаторы-охладители, сушильные установки для сушки молочного сахар, реакторы-растворители.

Применяют ультрафильтрационные установки непрерывного действия А1-ОУС производительностью 6700-5000л/ч (поверхность фильтрации 152м²) для подсырной сыворотки; для творожной сыворотки подбирают ультрафильтрационные установки А1-ОУП – 3600-2000л/ч (поверхность фильтрации 76м²); для обезжиренного молока А1-ОУВ – производительностью 3800-2000л/ч (поверхность фильтрации 65м²).например линия А1ОБС получения белков из подсырной сыворотки методом ультрофильтрации производительностью 5000л/ч по сыворотке, по готовому продукту (концентрату) – 49кг/ч. Линию А2-ОБС можно применять и для выделения белков из творожной сыворотки, обезжиренного молока, пахты. В состав этой линии входит ультрафильтрационная установка А2-ОУС производительностью 5000л/ч, распылительная сушилка А1-АРС производительностью (по испаренной влаге) 150кг/ч.

В пояснительной записке приводится обоснование выбора каждого оборудования и необходимый расчет.

Для молочных заводов или цехов малой производственной мощности нецелесообразно проектировать линии поточного производства.

В случае, если задания курсовой работы предусматривает использование имеющегося оборудования действующего молочного завода, расчеты его использования должны быть обоснованы с учетом физического состояния и морального износа каждого аппарата.

После всех расчетов и подбора приводится сводная таблица оборудования, в которой указывается количество машин, производственная мощность, габаритные размеры, занимаемая площадь, потребляемая электроэнергия, завод изготовитель.