МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВО

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

^{____________________________________}

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ БРОДИЛЬНЫХ И САХАРИСТЫХ ПРОИЗВОДСТВ

^{____________________________________________________________________________________________________________}

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ БРОДИЛЬНЫХ И САХАРИСТЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Методические указания к выполнению практических работ по оборудованию бродильных производств

Для студентов, обучающихся по направлению

19.03.02 - « Продуктов питания из растительного сырья»

ВОРОНЕЖ

2015

УДК 664.1

Технологическое оборудование и проектирование бродильных и сахаристых производств [Текст] : Методические указания к выполнению практических работ по оборудованию бродильных производств / Воронеж. гос. ун-т инж. технол.; сост. Г. В. Агафонов, В. А. Федорук. - Воронеж : ВГУИТ, 2015. – 26 с.

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ФГОС ВПО подготовки выпускников по направлению 19.03.02 - «Продукты питания из растительного сырья». Они предназначены для закрепления теоретических знаний дисциплин цикла Б1 применительно к бродильному производству и содержат методические указания к выполнению практических работ и список рекомендуемой литературы.

Библиогр.: 30 назв.

Составители: профессор АГАФОНОВ Г.В.

доцент ФЕДОРУК В.А.

Научный редактор профессор Г. В. АГАФОНОВ

Рецензент профессор Н. М. ДЕРКАНОСОВА

(Воронежский государственный аграрный университет им. Петра I)

Печатается по решению

редакционно-издательского совета

Воронежского государственного университета

инженерных технологий

© Агафонов Г.В.,

Федорук В.А., 2015

© ФГБОУ ВО

«Воронеж. гос. ун-т инж.

технол», 2015

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежского государственного университета инженерных технологий, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.

Практическая работа № 1 Расчет бутылкомоечной машины

Цель работы: изучение теоретических основ процесса мойки; приобретение практических навыков по расчету бутылкомоечной машины.

Расчетная часть

Выполнить расчет бутылкомоечной машины, если заданы: ширина бутылконосителя а, м; высота бутылконосителя b, м; производительность машины, П_т, бут./ч; продолжительность технологического цикла (время активной мойки) Т_m, с; количество отверстий в шприцевальных трубках для щелочного раствора n₁, шт.; количество отверстий в опрыскивающих трубках для щелочного раствора n₂, шт.; количество отверстий в шприцевальных трубках для подачи воды n₁’, шт.; количество отверстий в опрыскивающих трубках для подачи воды, шт.; время нагревания раствора, с.

Определение шага бутылконосителей и радиусов поворотных блоков. Размеры бутылкомоечных машин зависят от правильного выбора шага носителей и радиусов поворотных блоков. При уменьшении шага носителей уменьшается длина конвейера бутылконосителей и, следовательно, длина машины. В то же время уменьшение шага носителей неизбежно приводит к увеличению диаметров поворотных блоков, и как следствие, к увеличению размеров машины.

Соотношение между величинами шага носителей S, м, и радиуса поворотных блоков R, м, можно определить с учетом свободного прохождения бутылконосителей через поворотные блока.

Радиус поворотного блока R, м (рис. 1),

и шаг носителей S, м,

где а и b – соответственно ширина и высота носителя, м.

а

Рис. 1. Схема поворотного блока

Оптимальные величины R и S должны соответствовать минимуму функции, представляющей собой их произведение. Приравнивая первую производную этой функции нулю, находим после ряда преобразований z_опт оптимальное число носителей на начальной окружности поворотного блока

.

Расчёт привода транспортёра бутылконосителей. Рабочий цикл машины Т_р, с,

,

где П_т – теоретическая производительность машины, бут./ч; U – число потоков в машине (принимается равным числу бутылок в бутылконосителе U = 24).

Так как бутылкомоечная машина с прерывистым движением конвейера относится к машинам II класса, то ее рабочий цикл равен кинематическому Т_к.

Определение количества бутылконосителей и длины конвейера машины. Средняя скорость движения конвейера v_ср, м/с,

v_ср = S/Т_р,

где S – путь, который проходит конвейер машины за время рабочего цикла Т_р, м.

Минимальное теоретическое количество бутылок, единовременно находящихся в машине, составит

Б_т = П_тТ’_т/3600,

где Т’_т – продолжительность технологического цикла, которая действительно полезно используется (время активной мойки), с.

Минимальное теоретическое количество кассет К_т, шт., равно

К_т = (П_тТ’_т)/(3600U).

К этому минимальному числу кассет необходимо прибавлять некоторое число кассет для вспомогательных операций (для загрузки и выгрузки бутылок, стекания капель моющих жидкостей при переходе кассет из одной зоны в другую, неизбежный холостой ход кассет и т. д.).

Тогда действительное количество бутылок Б_д, шт., находящихся в машине,

Б_д = Б_т/k_н,

а действительное количество кассет К_д, шт.,

К_д = К_т/k_н,

где k_н – коэффициент непрерывности, равен отношению той доли технологического цикла, которая действительно полезно используется, к общему времени технологического цикла (k_н = 0,56).

Полная длина конвейера L, м,

L = SК_д.

Расчет режима гидродинамической обработки бутылок. Предельное количество моющей жидкости m₁, м³/с, подаваемой в бутылку, определяем по эмпирической формуле

где D – внутренний диаметр горлышка бутылки, мм (D = 17 мм).

Предельный диаметр сопла шприца d₁ ,м,

где µ – коэффициент расхода жидкости при истечении ее из отверстия (µ = 0,65...0,70); р₁ – давление моющего раствора в шприцевальных трубках, МПа (p₁ = (2...3)∙10⁵ Па); ρ – плотность моющего раствора, кг/м³ (ρ ≈ ρ_в = 1000 кг/м³).

Диаметр отверстия ополаскивающей форсунки d₂, м,

где m₂ – количество моющего раствора, необходимого для ополаскивания наружной поверхности бутылок, м³/с (для бутылок вместимостью 0,5 дм³ – m₂ = (0,15...0,20)∙10^-5 м³/c); µ – коэффициент расхода жидкости при истечении ее из отверстия (µ = 0,65...0,70); р₂ – давление перед форсункой, МПа (р₂ =(0,5...0,6)∙10⁵ Па).

Определение подачи насосов и потребляемой ими мощности. Расход щелочного раствора на шприцевание и обливание бутылок W_щ.р., м³/с,

где µ – коэффициент расхода жидкости при истечении ее из отверстия (µ = 0,65); d₁ – диаметр отверстий в шприцевальных трубках, мм; d₂ – диаметр отверстий в опрыскивающих трубках, мм; n₁ и n₂ – общее количество отверстий соответственно в шприцевальных и опрыскивающих трубках, шт.; p₁ и р₂ – давление моющего раствора соответственно в шприцевальных и опрыскивающих трубках, МПа.

Мощность, потребляемая насосом N₁, кВт, перекачивающим щелочной раствор, составит

где Р – давление щелочного раствора, МПа (Р = (2...3)∙10⁵ Па); η_н – КПД насоса (η_н = 0,5); η_дв – КПД двигателя (η_дв = 0,85).

Расход воды на шприцевание и обливание бутылок W_в, м³/с, определяем по формуле

.

Мощность, потребляемая насосом N₂, кВт, перекачивающим воду

Определение расхода пара. Расчет произведем по методу теплового баланса. Составим уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q_6,

где Q₁ – приход теплоты с бутылками, кДж,

,

Q₂ – приход теплоты с холодной водой, кДж,

,

Q₃ – приход теплоты с греющим паром, кДж

Q₃ = D∙i,

Q₄ – расход теплоты с уходящими бутылками, кДж

,

Q₅ – расход теплоты с отработанной водой, сливаемой в канализацию, кДж

,

Q₆ – расход теплоты с конденсатом пара, кДж

Q₆ = D∙θ,

Q₇ – потери теплоты в окружающую среду, кДж, принимаются равными 20 % к расходу теплоты

где G_б – масса бутылок, поступающих в машину, кг/ч; с_ст = 0,84 кДж/(кг∙К) – удельная теплоемкость стекла; W – расход холодной воды, кг/ч (при установившемся режиме работы равен расходу отработанной воды, в расчете принимается W_в = W₁ = = W₂); D – расход пара, кг/ч; i = 2724 кДж/кг – энтальпия греющего пара; θ = 557,3 кДж/кг – энтальпия конденсата; m_б = 0,485 кг – масса одной бутылки вместимостью 0,5 дм³; t_н.б. = 5 °C – начальная температура грязных бутылок; t_н.в. = 8 °С – температура холодной воды; t_к.в. = 35 °С – температура отработавшей воды; t_к.б. = 37 °С – температура чистых бутылок; t_к = 99 °С – температура конденсата; р = 1,695 МПа – давление греющего пара; t_н.р. = 20 °С – начальная температура моющей жидкости.

Тогда расход пара D, кг/с, можно определить по формуле:

Однако, такой расход пара будет только при установившемся режиме работы машины. Здесь не учтен расход пара на нагревание моющих жидкостей перед пуском машины.

Учитывая малую массовую долю щелочных растворов, будем считать их теплоемкость такой же, как и для воды.

Расчет трубчатого подогревателя раствора в первой ванне. Расход теплоты на нагревание раствора в первой ванне

где с_в – удельная теплоемкость воды (с_в = 4,186 кДж/(кг∙К)); t_к.р., t_н.р. – соответственно конечная и начальная температура щелочного раствора, °С (t_н.р. = 20 °С; t_к.р. = 65 °С).

Средняя разность температур ∆t_cp, °С

здесь t_п – температура греющего пара (t_п = 133 °С).

Площадь поверхности теплопередачи F, м²,

где τ – время нагревания, с; k = 10 кВт/(м²∙К) – коэффициент теплопередачи между трубами подогревателя и раствором в первой ванне.

Найдем полную длину труб, м,

где d_н – наружный диаметр труб подогревателя, м (d_н = 0,06 м).

Полная длина одной трубы равна, м,

где n₃ – число труб в подогревателе, шт. (в расчете принимается n₃ = 15 шт.).

Задача. Определить согласно варианту, указанному в табл. 2, расход на шприцевание и ополаскивание бутылок в БММ при найденной в задаче 2 производительности, если коэффициенты расхода жидкости при вытеснении из конического сопла шприца и цилиндрического отверстия оросительной трубы соответственно k₁ = 0,65 и k₂ = 0,5. Давление воды в шприцах Р₁, МПа, в патрубках оросительных труб Р₂, МПа. Диаметр выходного отверстия шприца d_ш = 0,0025 м, оросительной трубы d_тр = 0,003 м. Шприцы и оросительные трубы установлены в трех коллекторах (n_к = 3) по два ряда в каждом, а число шприцев и оросительных труб равно числу гнезд в бутылконосителях.

Таблица 2

Вариант	Gв1, кг	Температура, °С					Qп, %	Давление воды, МПа
		tв.н.	tв.к.	tб.н.	tб.к.	tк
								Р1	Р2
1	0,50	4	27	5,0	8	92	8,0	190000	115000
2	0,55	4	28	5,5	8	92	8,5	190500	115500
3	0,60	5	29	6,0	9	94	9,0	191000	116000
4	0,65	5	30	6,5	9	94	9,5	191500	116500
5	0,70	6	31	7,0	10	96	10,0	192000	117000
6	0,75	6	32	7,5	10	96	10,5	192500	117500
7	0,80	7	33	8,0	11	98	11,0	193000	118000
8	0,85	7	34	8,5	11	98	11,5	193500	118500
9	0,90	8	35	9,0	12	100	12,0	194000	119000
0	0,95	8	36	9,5	12	100	12,5	194500	119500

Контрольные вопросы

1. Какие моющие средства используются для мойки тары?

2. Назовите основные технологические операции процесса мойки стеклотары.

3. Приведите уравнение теплового баланса для установившегося режима мойки бутылок.

4. Что такое термический бой стеклотары?

5. Каковы предельно допустимые температуры нагревания и охлаждения бутылок?

6. Каков характер движения транспортера бутылконосителей?

7. Каковы основные направления совершенствования конструкций бутылкомоечных машин?