Разработка технологической схемы производства безалкогольных напитков на базе предприятия ООО (стр. 12 из 24)

Таблица 2.13

Нормы занятости сироповарочного котла

Технологическая операция	Время, мин	Температура, ˚С
Набор воды	10	20-25
Нагрев воды	15	до 60
Внесение сахара	10	60
Кипячение	30	105
Охлаждение	30	70
Внесение лимонной кислоты	10	70
Выдержка	90	70
Охлаждение	60	20-25
Освобождение котла	20	-
Мойка	10	-
Длительность цикла	285

Исходя, из длительности цикла 285 мин при 16-ти часовой работе предприятия можно произвести 3 варки, т.е. сахара на 1 варку нужно:

кг СВ,

где 680,961 - содержание сухих веществ сахара в сахарном сиропе инвертирования для приготовления 1000 дал напитка, кг. Сахарного сиропа с концентрацией 65 % до инвертирования необходимо:

кг или

л.

Для одной варки необходимое количество воды с учетом 10 % на испарение;

кг

Необходимую вместимость варочного котла V (в м³) определим по формуле:

где М_с - масса сахара, вносимого на одну варку, кг; М_в - масса воды на одну варку; ρ - плотность сахарного сиропа = 1316,3, кг/м³; φ - коэффициент заполнения аппарата (0,7 - 0,75).

,

где 226,657 - количество сахара на одну варку в натуральной массе, кг. (226,657/0,9985 = 226,997)

Полную вместимость сироповарочного аппарата, состоящего из цилиндрической и сферической частей, при радиусе сферы, равном радиусу цилиндрической части, можно представить как:

V =

,

где D - внутренний диаметр аппарата, м; h - высота цилиндрической части аппарата, м.

I При h= 0,5D формула примет вид:

V =

, откуда:

D =

,

D =

= 0, 54м..

Поверхность нагрева сферического днища (в м²) равна:

F =

,

F =

= 0,457

Исходя из расчетов к установке принимаем реактор с рубашкой типа РР-550 с данными техническими характеристиками указанные в таблице 2.14:

Таблица 2.14

Технические характеристики

диаметр, мм	1000
объем, л	500
высота, мм	2860
масса, кг	1210

Необходимая мощность электродвигателя якорной мешалки. Мощность электродвигателя якорной мешалки (в кВт) можно рассчитать по формуле:

N_э =

,

где ρ - плотность перемешиваемой массы, кг/м³ (ρ = 1316,3 кг/м³); n – частота вращения мешалки, с^-1 (n = 0,33 - 1,33 с^-1, примем n = l c^-1); d_H – наружный диаметр лопасти мешалки, м (d_H = 0,70 м); d_B - внутренний диаметр мешалки, м (d_B = 0,56 м); η - КПД привода (η = 0,75):

N_э =

.

Выбираем по каталогу электродвигатель 4А806УЗ (N_э = 1,1 кВт, n = 100 мин^-1).

Материальный баланс сироповарочного котла. Количество воды W выпариваемой при варке сиропа, обычно не превышает 10 % от первоначального количества. Составим уравнение материального баланса:

W = М – М_в - Мс,

где М, М_в, Мс - массы соответственно сахарного сиропа, залитой воды для засыпанного сахарного песка, кг.

Количество воды, выпаренной при варко сиропа, определяют из того, что количество сахара при варке сиропа, остается постоянным, изменяется только концентрация сиропа. Тогда:

,

где В_н и В_к - соответственно начальная и конечная концентрация сиропа. Откуда:

W = (М_с+ М_в)·(1- В_н/В_к),

W = (226,997+135,606)·(1- 60/65) = 27,9 кг.

Тепловой баланс сироповарочного аппарата

Составим тепловой баланс сироповарочного котла:

М_с·с_с·t_c + М_n·c_в·t_в + G_n·c_а·t₁ + D = (М_с +М_в –W)·с_сир·t_cир + W· i_в + G_в·c_в·t₂ + D ·c_в·t_к + Q_п,

где М_с, M_B, G_a - массы засыпанного сахарного песка, воды, заливаемый в аппарат, и аппарата, кг; D - расход греющего пара, кг; W- масса выпариваемой воды, кг; с_с, с_в, с_а, с_сир удельные теплоемкости соответственно caxарного песка, воды, аппарата, сиропа, кДж/(кгК); t_c, t_B, t₁, t₂, t_сир, t, - темпер сахарного песка, воды, стенок аппарата до начала варки и после окон варки, сиропа и конденсата пара, °С; i, i_B -- энтальпии греющего и вторичного пара, кДж/кг; Q_n - потери теплоты аппаратом, кДж (Q_n= 5 %). Удельную теплоемкость сахара кДж/(кгК) определим по формуле В. В. Яновского:

С_с = 1,1618 + 0,00356 · t_с,

где t_с - температура сахара перед закладкой, °С (t_c = 20 С),

С_с = 1,1618 + 0,00356 · 20 = 1,233.

Оборудование сироповарочного отделения

При непрерывном способе варки сахарного сиропа сахар-песок предварительно подрабатывают для освобождения его от металлических и других предметов. Крупные предметы отделяют на ситах. Обычное рамное сито устанавливается на загрузочном бункере.

Бункер для сахара стальной, прямоугольной формы с усеченной частью. Объем бункера (в м³ на полусменный расход сахара)

V =

, м³,

V =

= 1,15 м³.

где Q_см — расход сахара на сменную производительность, т; 1,1 — коэффициент, учитывающий 10%-ный запас вместимости; 0,8 — объемная плотность сахара, т/м³.

Объем бункера следует принимать в размере не более 2,5—3 м³. При необходимости устанавливают два бункера и более.

Оборудование для варки сахарного сиропа.

Для приготовления сахарного сиропа периодическим способом применяются котлы стальные эмалированные закрытые с мешалкой типа КМ. Вместимость аппаратов от 63 до 1600 л, коэффициент заполнения 0,8. Сироповарочные котлы работают по следующему графику (в мин): набор воды (20-25˚С) – 5-10, нагрев воды до 60˚С – 10-15, внесение сахара (60˚С) – 5-10, нагрев смеси до 105˚С – 30, освобождение котла – 15-20, мойка котла – 10. итого продолжительность работы котла составляет до 115 мин.

Вместимость сироповарочного отделения рассчитывается на суточный расход сахарного сиропа. Количество сироповарочных котлов:

n =

, шт,

n =

= 1 шт.

где Q_сут — расход сахара, кг/сут; 0,838 — содержание сахара в 1 л сахарного сиропа, содержащего 65 % сухих веществ, кг; V_к - вместимость сироповарочного котла, л; z – оборачиваемость котла; 0,8 — коэффициент заполнения реактора.

Оборачиваемость котла при работе сироповарочного отделения в одну смену (8 ч): z₁ = 480:90=5,3; z₂ = 480:115=4,1.

Готовый сахарный сироп подвергается инверсии при температуре 70°С. Таким образом, сахарный сироп, поступающий из котлов, надо охладить с t₂ = 105°С до t₂ = 70°С. После инверсии сахарного сиропа производится его охлаждение в теплообменнике с 70°С до 20 - 21°С.

Количество теплоты (в кДж), которое необходимо отвести при охлаждении от сахарного сиропа,

Q = cm·(t₂ — t₁) ·1,05, кДж,

Q =

276195,8 кДж.

где с — удельная теплоемкость сахарного сиропа [с=2,93 кДж/(кг-К)]; m — масса сахарного сиропа, кг; t₁ и t₂—начальная и конечная температура сиропа, ˚С; 1,05—коэффициент, учитывающий приток теплоты из окружающей среды.

При охлаждении сиропа до 70°С расход холодной воды по отношению к массе сиропа составляет 2:1. Температура, до которой нагревается вода (в °С),

,°С,

°С.

где t_в —температура нагрева воды, °С; с_в — удельная теплоемкость воды [с_в=4,19 кДж/(кг·К)]; m_в — масса воды, кг; 20 —начальная температура воды, °С.

Средняя разность температур:

для сиропа 125→ 70;

для воды 66← 20.

,°С,

= 54,44°С.

Площадь поверхности охлаждения теплообменника (в м²)

F =

, м²,

F =

= 5 м².