Проект машины для производства макарон

Annotation

In the given degree project descriptions and the analysis of existing designs macaroni press esulted.

The design macaroni press for a line by productivity of 90 kg at one o’clock is developed. The basic design calculations on the machine are resulted.

Grocery calculation is made, and also premises{rooms} of manufacture have been designed.

Questions of a labour safety are considered at operation macaroni press in conditions of manufacture.

The basic technical and economic parameters of the project of a technological line on manufacture of dried vegetables are determined. The project will consist of an explanatory note on 100 sheets and a graphic material on 10 sheets.

Содержание Введение

1. Состояние вопроса

2. Технологическая часть

2.1 Описание производства макарон

2.2 Технология производства макаронных изделий

2.3 Расчеты макаронного цеха

3. Конструкторская часть

3.1 Краткий обзор технологии процесса экструзии

3.2 Описание проектируемой машины

3.3 Расчет производительности, потребной мощности

3.4 Кинематический расчет

4. Охрана труда

4.1 Анализ и обеспечение безопасных условий труда и мероприятия по улучшению

4.2 Расчеты

4.3 Возможные чрезвычайные ситуации на объекте

5. Экономическая часть

5.1 Маркетинговое исследование научно-технической продукции

5.2 Организация производства и труда

5.3 Расчет экономической эффективности внедрения линии по производству макаронных изделий малой производительности Выводы Список используемой литературы

Введение

Производство макаронных изделий — древнейшая отрасль пищевой промышленности, вырабатывающая продукты питания повседневного спроса.

Небольшие цеха с примитивной техникой для изготовления макаронных изделий появились в Италии конце XIV в. В России мелкое кустарное производство макарон возникло при Петре I.

В годы первых пятилеток были приняты решения о механизации выработки макаронных изделий, широком строительстве макаронных фабрик, создании машиностроительной базы для производства отечественного макаронного оборудования.

Развитие этих отраслей в «советский» период отличала высокая концентрация и специализация производства. Другая отличительная черта — широкое распространение непрерывного трехсменного режима работы, что обеспечивало более высокую стабильность технологических параметров. Однако, вместе с тем, указанные особенности затрудняли снабжение населения макаронными изделиями, тормозили выработку широкого ассортимента изделий.

В настоящее время наметились структурные изменения в обеспечении населения Российской Федерации макаронными изделиями — произошел переход от строительства крупных макаронных фабрик к развитию сети предприятий малой мощности.

Но далеко от совершенства состояние оборудования предприятий и цехов по производству макаронных изделий. СССР долгое время занимал одно из ведущих мест по производству макаронных изделий. На территории Союза работало около 200 предприятий, из которых 36 имели мощность более 10 тыс. т. изделий в год. Однако после распада СССР трудно назвать точную цифру объема производства макарон в России в связи с возникновением многочисленных частных мелких и средних цехов. Есть данные о том, что выработка макаронных изделий составляет около 680…800 тыс. т. в год при потреблении надушу населения около 7 кг/год и импорте до 200 тыс. т макарон в год.

В последние годы условия работы на макаронных предприятиях существенно изменились. Более половины всех предприятий находятся в частной собственности. В рыночных условиях начинают действовать законы конкуренции.

Технический прогресс в машиностроении, как известно, неразрывно связан с развитием машинопотребляющих отраслей. Пока отечественное технологическое оборудование, выпускаемое для макаронных предприятий, уступает зарубежным аналогам по производительности, эксплуатационной надежности, энергоемкости и степени автоматизации. Закупка по импорту комплектного оборудования за рубежом является вынужденной мерой и не решает проблемы в перспективе. Только разработка и внедрение конкурентоспособного отечественного оборудования позволит вывести производство макаронных изделий на необходимый уровень развития.

При создании нового технологического оборудования необходимо учитывать, что отечественные предприятия перерабатывают до 50% сырья с пониженными хлебопекарными качествами, а выработка значительного количества макаронных изделий производится не из крупки, а из муки хлебопекарного помола (порошкообразной). Это может заметно сказаться на качественных показателях и выходе готовой продукции. Поэтому весьма перспективны такие виды оборудования, которые допускают гибкое регулирование основных технологических процессов — замеса, брожения, формования тестовых заготовок, выпечки или сушки изделий.

В современных условиях макаронные предприятия не испытывают недостатка в любых видах оборудования отечественного и импортного производства. Возросшая конкуренция среди машиностроителей во многих случаях приводит к повышению технического уровня выпускаемых машин и аппаратов, расширению номенклатуры оборудования и приборов. Экономические сложности замедлили процесс технического перевооружения предприятий, однако он продолжается — различный по интенсивности и зависящий от финансовых возможностей.

Состояние технической базы во многом зависит от качественных и экономических показателей работы предприятий. Совершенствование оборудования неразрывно связано с разработкой и внедрением новых прогрессивных технологий, основанных на интенсификации производственных процессов, повышении качества и пищевой ценности вырабатываемой продукции, снижении потерь и затрат сырья.

Развитие технической базы макаронной отрасли должно быть направлено на:

* разработку отечественного конкурентоспособного оборудования для технологических, вспомогательных и транспортных операций наименее механизированных участков производства (приема, хранения и подготовки сырья; выработки специальных сортов; фасования и упаковывания продукции);

* рациональное сочетание специализированной и универсальной техники для выработки массовых и специальных сортов, новых видов продукции;

* значительное повышение эксплуатационной надежности и ремонтопригодности машин и аппаратов;

* создание технологического оборудования для небольших макаронных цехов;

* оснащение линий, отдельных участков и машин компьютерной и микропроцессорной техникой.

1. Состояние вопроса Макаронные изделия на сегодняшний день ни сколько не утратили своей популярности. Они дешевы, вкусны, питательны, существует тысячи рецептов с их участием. Макаронные изделия имеют долгий срок хранения и не требуют для этого особых условий и затрат. Данная продукция привлекательна не только для потребителя, но и для производителя.

Проблема заключается в том, что сейчас практически не существует небольших отечественных линий для производства макаронной продукции. В производстве задействованы либо старые советские линии большой мощности с большим износом оборудования, либо импортные разработки. Четко прослеживается необходимость восполнения пустот в рядах отечественного и недорогого оборудования невысокой энергоемкости.

Практика показала, что гораздо выгоднее поставлять несколько небольших, однотипных машин с взаимозаменяемыми деталями, чем одну высокой производительности. А расчет экономической эффективности, срока окупаемости капитальных вложений порою ставятся выше удобства и срока службы. Также любой производитель заинтересован в увеличении выпуска продукции за счет сокращения времени производства.

Именно поэтому необходимо рассмотреть в проекте линии для производства короткорезанных макаронных изделий.

2. Технологическая часть

2.1 Описание производства макаронных изделий Макароны — кулинарный полуфабрикат из высушенного пресного пшеничного теста, который перед употреблением в пищу подвергается варке. Ассортимент макаронных изделий подразделяют на типы и виды: трубчатые (длинные, короткорезанные, рожки, перья), нитеобразные (вермишель), ленточные (лапша), фигурные (ракушки, суповые засыпки) и др.

Основным сырьем для производства макарон является пшеничная мука, а также питьевая вода. Для повышения пищевой ценности макарон иногда используют дополнительное сырье: яйцепродукты, белковые смеси и другие пищевые добавки-обогатители. Применяется мука из твердой (дурум) и мягкой стекловидной пшеницы в виде крупки или полукрупки. Некоторые виды макаронных изделий изготовляют из хлебопекарной муки. Дополнительное сырье преобразуют в жидкие промежуточные полуфабрикаты.

Макаронное тесто состоит в основном из муки и воды, разрыхлители отсутствуют. Оно содержит меньше влаги, чем хлебопекарное тесто, и перед подачей в макаронный пресс представляет собой рыхлую массу из крошек и небольших комочков. Отформованные мягкие сырые тестовые заготовки после высушивания превращаются в твердые прочные макаронные изделия.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Массовые виды макаронных изделий вырабатывают на четырех типах поточных линий. Короткие изделия производят на линиях с конвейерными или барабанными сушилками. Для производства длинных изделий применяют линии с сушкой в цилиндрических кассетах либо с сушкой на бастунах — тонких металлических трубках.

Стадии технологического процесса. Производство макаронных изделий включает следующие основные стадии и операции: подготовка сырья к производству — хранение, смешивание, просеивание и дозирование муки; приготовление воды и добавок-обогатителей; дозирование и смешивание рецептурных компонентов; вакуумирование крошкообразной смеси; замес и прессование теста; формование и резка сырых заготовок; сушка, стабилизация и охлаждение тестовых заготовок; подготовка макаронных изделий к упаковке; упаковывание изделий в потребительскую и торговую тару.

Характеристика комплексов оборудования. Начальные стадии производства макаронных изделий выполняются при помощи комплексов оборудования для хранения, транспортирования и подготовки к производству муки, воды и добавок-обогатителей. Для хранения сырья используют мешки, металлические емкости и бункера. На небольших предприятиях применяют механическое транспортирование мешков с мукой погрузчиками, нориями, а муки — нориями, цепными и винтовыми конвейерами. На крупных предприятиях используют системы пневматического транспортерами. На крупных предприятиях используют системы пневматического транспорта муки, жидкие полуфабрикаты перекачивают насосами.

Подготовку сырья осуществляют при помощи просеивателей, смесителей, магнитных уловителей, фильтров и вспомогательного оборудования.

Ведущий комплекс линии состоит из оборудования для дозирования, смешивания и вакуумирования рецептурных компонентов, макаронного пресса, режущего и обдувочного устройств.

Завершающие стадии производства выполняют при помощи сушильных аппаратов, накопителей-стабилизаторов, машин для фасования и групповой упаковки макаронных изделий.

На рисунке 1 приведена машинно-аппаратурная схема линии производства короткорезанных макаронных изделий.

Устройство и принцип действия линии. Автомуковоз подключают к мукоприемному щитку 1 и загружают муку в один из силосов 2 для ее хранения. С помощью шнековых питателей 3 муку выгружают из различных силосов 2 в нужных пропорциях и смешивают винтовым конвейером 4. Мучная смесь в виде аэрозоля роторным питателем 5 подается в циклон 6, расположенный в цехе.

В циклоне мука отделяется от воздуха и роторным дозатором 7 направляется в просеиватель 8. Просеянная мука проходит магнитный уловитель 9. Просеянная мука проходит магнитный уловитель 9, взвешивается на весах 10 и загружается в цеховой бункер 11.

Для приготовления теста кроме муки требуется эмульсия, которая представляет собой суспензию, состоящую из теплой воды и добавок. Ее готовят в сборнике 12. Готовая эмульсия поступает в расходный бак 13, снабженный мешалкой и рубашкой для теплой воды.

Мука и эмульсия роторным дозатором 15 и насосом-дозатором подаются в ворошитель макаронного пресса, а затем в тестосмеситель. В тестосмесителе тесто вакуумируется системой 17. Затем тесто поступает в макаронный пресс 16.

Ножи 18, вращаясь в плоскости выходных отверстий матриц, отрезают от тестового потока необходимые по длине тестовые заготовки, которые обдуваются воздухом из кольцевого сопла 19.

Сырые заготовки макаронных изделий направляются в секции вибрационного подсушивателя 20. В секции продукт проходит сверху вниз пяти вибрирующим ситам 21, обдувается воздухом от вентилятора 22 и подсушивается. Затем поток подсушенных тестовых заготовок объединяется в вибролотке 23 и элеватором 24 транспортируется к устройству 25, которое распределяет их равномерным по толщине слоем по всей площади верхнего яруса 27 сушилки 26. Тестовые заготовки проходя сверху вниз ленточные конвейеры, высушиваются.

После сушки нагретые заготовки элеватором 28 подвижным ленточным конвейером 29 направляется в бункера 30 накопителя-стабилизатора. В них заготовки постепенно остывают до температуры помещения цеха, в них происходит выравнивание влагосодержания.

Готовые изделия системой конвейеров 31 подают в фасовочную машину 32 и упаковываю в коробки из картона или пакеты из полимерной пленки. В машине 33 пакеты упаковывают в торговую тару и отправляют на склад.

2.2 Технология производства макаронных изделий Взаимодействие химических соединений муки и воды является решающим фактором производства и потребления макаронных изделий. При приготовлении теста в макаронную муку влажностью 15% добавляют такое количество воды, чтобы влажность смеси стала 29,5. .. 31,0%. Этот диапазон влажности соответствует применяемому наиболее часто среднему замесу макаронного теста. На первом этапе замеса производится предварительное смешивание компонентов до образования крошкообразной массы. В процессе замеса происходит диффузия воды во внутрь частиц муки, растворение водорастворимых веществ, набухание белков и углеводов, входящих в состав муки. Для протекания этих процессов необходим определенный промежуток времени — выдержка теста. На следующем этапе замеса проходит пластикация сухих, твердых химических соединений муки и образование коллоидной системы — теста. Оно является, по существу, твердожидким телом, и обладает одновременно упруго-эластичными и пластично-вязкими свойствами. Для проведения такого сложного преобразования рецептурной смеси в готовое тесто требуются значительные механические воздействия. В условиях механизированного производства макарон второй этап замеса осуществляется шнеками макаронного пресса за счет интенсивного сдвига слоев теста.

Следующая стадия взаимодействия химических соединений муки и воды происходит при сушке отформованных тестовых заготовок макаронных изданий. Непосредственно на выходе из матрицы макаронного пресса пряди заготовок обдувают воздухом для быстрой подсушки поверхности, что снижает пластичность заготовок и придает им упругость и устойчивость к деформациям, слипанию и искривлению. Затем заготовки в течение 0,5 ч подвергают предварительной сушке и удаляют от одной трети до половины влаги от того количества, которое должно быть удалено из заготовок. Такое интенсивное обезвоживание за сравнительно короткое время возможно только на первом этапе сушки, когда заготовки еще пластичный не возникает опасности растрескивания. В результате предварительной сушки происходит стабилизация формы заготовок, предотвращается их закисание, плесневение и вытягивание.

На последующих этапах сушки тестовые заготовки приобретают свойства твердообразных тел и находятся в области упругих деформаций. Чтобы избежать растрескивания и искривления заготовок, требуется болт длительный период сушки, снижение скорости испарения влаги с поверхности заготовок до скорости ее диффузии из внутренних слоев к наружным.

При охлаждении высушенных тестовых заготовок условием сохранения к правильной формы являются продолжительные процессы перераспределения температуры и влаги в их объеме. Для этого применяют операции выстаивания или стабилизации макаронных изделий в соответствующих устройствах.

Готовые макаронные изделия очень гигроскопичны и обладают повышенной адсорбционной активностью. Изделия, предназначенные для длительного хранения, не должны иметь влажность выше 11%. Влажность выше 16% уже становится опасной в отношении плесневения. Поэтому при хранении макарон требуется соблюдение определенных климатических условий. При них упакованные изделия могут храниться в течение года.

Взаимодействие между составными веществами макарон и водой происходит также при их кулинарной обработке — варке. Поведение при варке — важнейший показатель качества макаронных изделий. Он характеризуется увеличением объема и сохранностью объема должно быть не менее двукратного. Чем меньше экстрактивных веществ переходит в варочную воду, тем выше ценятся макаронные изделия. Мука из твердой пшеницы меньше набухает и лучше удерживает экстрактивные вещества, чем мука из мягкой пшеницы.

Расчет рецептуры производства короткорезанных макаронных изделий и расчет выхода готовой продукции. Макаронные изделия приготовляются из особых сортов муки, питьевой воды и меланжа.

1) Расчет количества воды производим по формуле (1).

(1)

где М_м — масса муки, кг; М_м = 100 кг;

W_м — влажность муки, %; W_м = 14,5%;

W_T — влажность теста, %; W_T = 30%;

М_мел — масса меланжа, кг; М_мел = 10 кг;

W_мел — влажность меланжа, %; W_мел = 75%.

л.

Расчет количества эмульсии определим по формуле (2).

Э = В + М_мел, (2)

Э = 15,7 + 10 = 25,7 л.

Расчет количества теста определим по формуле (3).

Т = М+Э, (3)

Т = 100 + 25,7 = 125,7 кг.

2) Температуру эмульсии для замеса теста рассчитываем по формуле (4)

(4)

где с_Т — удельная теплоемкость теста, Дж/кг•К; с_Т = 2440 Дж/кг•К;

t_Т — температура теста, ?С; t_Т = 40? С;

с_м — удельная теплоемкость муки, Дж/кг•К; с_м = 1960 Дж/кг•К;

t_м — температура муки, ?С; t_м = 20? С;

с_Э — удельная теплоемкость эмульсии, Дж/кг•К; с_м = 3840 Дж/кг•К;

?С.

3) Удаляемая влага рассчитывается по формулам (5) и (6).

(5)

где — Вл? — удаляемая влага при подсушивании макаронных изделий, кг;

W?_n — влажность продукта после подсушивания, %; W?_n = 24%.

кг.

(6)

где — Вл? — удаляемая влага при подсушивании макаронных изделий, кг;

W?_n — влажность продукта после высушивания, %; W?_n = 13%.

кг.

4) Выход продукции рассчитывается по формуле (7).

m = М — Вл? — Вл?, (7)

m = 125,7 — 7,542 — 13 = 105,2 кг.

5) Потери на линии составляют 0,3% от массы готовых изделий, т. е.

П = 105,2•0,3/100 = 0,32 кг.

2.3 Расчеты макаронного цеха Определение суточной производственной мощности цеха в ассортименте Годовую производственную мощность фабрики Р_год, т/сут, определяем по формуле (8).

(8)

где Р_год — производственная мощность фабрики, т/год;

Т — годовой фонд рабочего времени фабрики, сут.

Годовой фонд рабочего времени Т, сут, определяем по формуле (9).

Т = 365 — (О_кр + О_прф + О_вых + О_пр + О_сан), (9)

где О_кр — остановки на капитальный ремонт (О_кр = 21), сут;

О_прф — остановки на профилактику, сут;

О_вых — остановки на выходные дни (при трехсменной работе О_вых = 0), сут;

О_пр — остановки на праздники (О_пр = 9), сут;

О_сан — остановки на санитарную очистку (принимаем О_сан = 3), сут.

Остановки на профилактику рассчитываем исходя из того, что автоматизированная линия будет останавливаться на двое суток через каждые 12 дней работы. Тогда О_прф=365/(14•2) = 53 сут. Отсюда:

Т = 365 — (21 + 53 + 0 + 9 + 3) = 279 сут Р_год = 6•279 = 1674 т/год.

Суточную производственную мощность фабрики Р_св, т/сут, по видам изделий найдем по формуле (10).

(10)

где Р_сут — суточная производственная мощность фабрики, т/сут;

С_в — процентное отношение количества вырабатываемых изделий определенного вида к общему количеству вырабатываемых изделий, %; С_в = 100%.

Р_св = 6 т/сут.

Выбор и расчет количества основного технологического оборудования Для организации данного производства основным устанавливаемым оборудованием являются шнековый пресс, разработанный самостоятельно; ленточная сушилка ТТНV — 500 и стабилизатор-накопитель бункерного типа, фасовочно-упаковочная установка.

Для обеспечения данной производительности определяем количество сушилок по формуле (11).

(11)

где Q_c — производительность сушилки, кг/ч; Q_c = 500 кг/ч,

? — время работы сушилки в сутки с учетом профостановок, ч;? = 22 ч.

Принимаем к установке 1 сушилку.

Ориентировочная производительность прессов определяется по формуле (12).

(12)

где n — количество прессов, n = 3;

? — время работы, ч,? = 22 ч.

Тогда при установке 3 прессов

кг/ч.

Принимаем установку 3 прессов производительностью 90 кг/ч.

Для обеспечения данной производственной мощности количество бункеров в стабилизаторах-накопителях бункерного типа находим по формуле (13).

(13)

где ?_сн — время стабилизации и накопления изделий (фасовка изделий производится в 1 смену, при этом стабилизатор-накопитель должен быть рассчитан на 21час) ?_сн = 21 час;

? — объемный вес сухих макаронных изделий, т/м³;? = 0,6 т/м³;

V_б — полезный объем бункера.

Полезный объем бункера находится по формуле (14).

V_б=V₁+V₂+V₃, (14)

где V₁ — объем выпускной воронки, м³;

V₂ — объем макарон, рассыпанных в бункере под углом? (? — угол естественного откоса,? = 30?), м³;

V₃ — объем прямоугольной части бункера, занятая макаронными изделиями, м³.

где, а — сторона бункера, м; а = 2 м;

? — угол наклона выпускной воронки,? = 45?.

м³.

м³.

где h₃ = H-(h₂+h₁),

здесь Н — общая высота бункера, м; Н = 3,5 м.

h₃ = 3,5 — (1 + 1)=1,5 м.

м³.

V_б=1,33+0,77+6=8,1 м³.

Принимаем 2 бункера.

Производительность линии определяется по производительности наиболее загруженного оборудования. В данном случае из основного оборудования наиболее загруженным является макаронный пресс, техническая производительность которого 90 кг/ч.

Определение фактической суточной производственной мощности и производственной программы фабрики Фактическая суточная производственная мощность фабрики Р_ф., т/сут, по видам изделий определяется по формуле (15).

Р_ф. = n•Q_т, (15)

где n — количество линий, установленных для производства данного вида изделия; n = 3;

Q_т — техническая производительность линии, т/сут; Q_т = 24•90 = 2160 кг/сут.

Р_ф. = 3•2160 = 6480 кг/сут = 6,48 т/сут.

Фактическая суточная производственная программа фабрики П_ф.в, т/сут, по видам изделий рассчитывается по формуле (16).

П_ф.= К_и•Р_ф., (16)

где К_и — коэффициент использования оборудования, К_и = 0,9.

П_ф.= 0,9•6,48 = 5,832 т/сут.

Таблица 1 — Фактическая суточная производственная программа и производственная мощность фабрики.

Расчет производственной программы цеха в ассортименте Выбираем следующий ассортимент вырабатываемых изделий:

вермишель — 30%;

лапша — 30%;

рожки — 40%.

Производственную программу фабрики в ассортименте П_а, т/сут, рассчитываем по формуле (17).

(17)

где П_ф.в — фактическая производственная программа фабрики, т/сут;

С — процентное отношение вырабатываемого количества данного изделия к общему количеству изделий данного вида, С = 100%.

Расчет сводим в таблицу 2.

Таблица 2 — Производственная программа фабрики в ассортименте

Составление графика работы оборудования, уточнение производственной программы

Определение количества смен занятости К прессов в течение рабочего цикла (12 сут) производим по формуле (18).

(18)

где b — количество смен занятости линий за 12 суток (b = 36 смен);

n — количество прессов, устанавливаемых на выработке данного вида изделий (n = 1);

C — процентное отношение вырабатываемого количества данного изделия к общему количеству изделий данного вида.

Количества смен занятости линий округляем до целого числа таким образом, чтобы суммарное количество смен занятости линий на выработке всех изделий определенного вида было равно b•n.

принимаем К_прин=11;

принимаем К_прин=11;

принимаем К_прин=14.

В связи с округлением необходимо произвести уточнение производственной программы.

Уточненную производственную программу найдем по формулам (19 и 20).

(19)

%;

%;

%.

(20)

т/сут;

т/сут;

т/сут.

Расчет сводим в таблицу 3.

Таблица 3 — Уточненная производственная программа

Составление графика работы линии Строим график работы линий на 12 суток в виде таблицы (см. приложение Б).

Расчет расхода муки, яичных и молочных обогатителей (сухое молоко) Суточный расход муки рассчитывается по формуле (21).

(21)

где П_изд.б/д — количество изделий без добавок, вырабатываемые в сутки;

— количество изделий с i-ой добавкой;

a_i — поправочный коэффициент к плановой норме расхода муки при выработке изделий с i — ой добавкой (для молочных a_i = 110 кг/т; для яичных при использовании яичного порошка a_i = 80 кг/т) ;

H_м.пл. — плановая норма расхода муки.

Количество изделий без добавок, вырабатываемое в сутки, рассчитывается по формуле (22).

(22)

где — i-ая суточная выработка для всех изделий;

С_б/д — процентное отношение количества изделий, вырабатываемых без добавок, к общему количеству изделий (80%).

Количество изделий с i — ой добавкой рассчитывается аналогично количеству изделий без добавок (С_i/д = 10%).

т;

т;

т.

Плановая норма расхода муки рассчитывается по формуле (23)

Н_м.пл. = З_т + У_у + Б_у, (23)

где З_т — затраты технологические, кг/т;

У_у — удельная норма учтенных потерь (принимаем 2 кг/т), кг/т;

Б_у — удельная норма безвозвратных потерь (принимаем 1 кг/т), кг/т.

Затраты технологические рассчитываются по формуле (24).

(24)

где W_п — плановая влажность изделий (принимаем W_п = 13%), %;

W_м — плановая влажность муки (принимаем W_м = 14,5%), %.

кг/т.

Н_м.пл. = 1017,54+2+1 = 1020,54 кг/т.

Суточный расход обогатителей рассчитываем по формуле (25).

М_i = Н_дi • П_i • (М_м.пл. — а_i) • 0,001, (25)

где Н_дi — расход iой добавки на 1 т муки (для сухого молока 102,1 кг/т; для яичного порошка 80 кг/т).

М_сут=(4,6656•1020,54+0,5832•(1020,54−110)+0,5832•(1020,54−80))•0,001=5,841т/сут.

М_яич=80•0,5832•(1020,54−80)•0,001 = 43,88 кг/сут = 0,4 388 т/сут.

М_мол = 110•0,5832•(1020,54−110)•0,001 = 58,41 кг/сут = 0,5 841 т/сут.

Расчет количества силосов для хранения муки По правилам проектирования макаронных фабрик при бестарном хранении муки она должна храниться в металлических силосах, емкость которых обеспечивает бесперебойную семисуточную работу фабрики.

Для хранения используем силоса бункерного типа с размерами 3,5×2×2м (аналогичные стабилизаторам-накопителям). Вместимость бункера определяем по формуле (26).

т (26)

где V — полезный объем такого бункера, м³; V = 8,1 м³.

т.

Принимаем, что 60% изделий изготовляются из крупки, тогда суточный расход крупки найдем по формуле (27).

М_кр = 0,6 • M_сут (27)

М_кр = 0,6 • 5,841 = 3,505 т.

Принимаем, что 40% изделий изготавливаются из полукрупки, тогда суточный расход полукрупки найдем по формуле (28).

М_пкр = 0,4 · M_сут (28)

М_пкр = 0,4 · 5,841 = 2,336 т.

Количество силосов для хранения крупки находим по формуле (29).

(29)

принимаем 6.

Для хранения полукрупки находим аналогично, по формуле (30).

(30)

принимаем 4.

N = N_кр + N_пкр

N = 6 + 4 = 10.

Организация упаковки готовых изделий Упаковка всех видов изделий производится в одну смену. 60% изделий расфасовываются в мелкую тару и упаковываются в крупную тару. Для фасовки в мелкую тару будем применять фасовочную машину РТ-УМ-21−3. Для обеспечения бесперебойной работы упаковочного отделения необходимо установить 1 машину РТ-УМ-21−3.

Подбор вспомогательного технологического оборудования Для обеспечения подготовки рассчитанного количества сырья необходимо в отделении подготовки муки установить 1 просеиватель — бурат ПБ-1,5. Для подготовки эмульсии устанавливаем 1 установку для подготовки и дозирования обогатителей Б6-ЛОА. Для дозирования муки устанавливаем 1 дозатор Ш2-ХДА. Для обеспечения виброподсушивания устанавливаем 1 подсушиватель А1-ОГК.

Организация складирования готовой продукции и расчет площади склада Картонные короба и крафтмешки с упакованными в них изделиями устанавливаются на поддоны по 6 коробов в плане и 5 по высоте.

Ориентировочно площадь склада рассчитывается на 14 суточную работу фабрики и определяется из расчета хранения 0,4 т изделий на 1 м? и, следовательно, будет равна:

S = (5,832•14)/0,4 = 204,12 м?.

Действительная площадь склада готовой продукции определится при компоновке стеллажей.

Определение площадей подсобно-производственных помещений Площади подсобно-производственных помещений определяются из норм технологического проектирования предприятий макаронной промышленности, мощности и технической оснащенности фабрики.

Ориентировочно приняты следующие площади, м?:

лаборатория 20

механическая мастерская и инструментальная 36

электротехническая мастерская 18

мастерская КИП и автоматики 18

помещение для дежурных слесарей и электромастеров 18

насосная 8

кладовая хозинвентаря 4

материальный склад 18

тарный цех 70

матрицемойка 18

помещение для водобаков 18

Предусмотрены помещения для размещения оборудования для кондиционирования воздуха и для размещения вентиляционных установок.

Расчет расхода воды, тепла и электроэнергии на технологические нужды. Расход воды на технологические нужды определяем по таблице 4.

Таблица 4 — Расчет расхода воды на технологические нужды.

Расход тепла на технологические нужды складывается из расхода тепла на сушку макаронных изделий и на подогрев воды, необходимой для замеса теста, подогрева прессующих устройств.

Максимальный часовой расход тепла на подогрев воды, расходуемой на технологические нужды Q_г.в, Вт, определяется по формуле (31).

(31)

где G_макс — максимальный расход воды, л/ч, G_макс = 665,6 л/ч;

t_гор — температура горячей воды, t_гор = 70С;

t_хол — температура холодной воды, t_хол = 5С;

c — удельная теплоемкость воды, с = 4,19 кДж/(кг•град).

Q_г.в = 665,6•(70 — 5)•4,19/3,6 = 50 354,5 Вт.

Таблица 5 — Расчет расхода электроэнергии не технологические нужды

Расчет штата фабрики Расчет штата фабрики представлен в таблице 6.

Таблица 6 — Расчет штата фабрики

Численность работающих, пользующихся санпропускниками: всего 24 человека, в сутки — 19 человек, в максимальную смену — 13 человека. Численность конторского персонала 3 человека.

Расчет площадей бытовых и административно-конторских помещений Ориентировочно площадь бытовых помещений определяем из расчета 1,75 м? на каждого, пользующегося санпропускниками, следовательно, она будет 1,75•24 = 42 м?.

Площадь административно-конторских помещений принимаем равной 42 м?.

Компоновка цеха Компоновка должна обеспечивать последовательность производственного потока, удобную связь между отдельными цехами и помещениями, сокращение путей внутрифабричной транспортировки и пробега подвижного оборудования, она должна создавать оптимальные условия работы и бытового обслуживания рабочих.

При компоновке основного производственного цеха учитывается то, что мучной склад должен примыкать к прессовому отделению, упаковочное отделение — к сушильному отделению; тарный цех, склад готовой продукции — к упаковочному отделению.

При компоновке основного производства и складов в цехах и складах предусмотрены необходимые подсобные помещения (для вентиляционных установок, кладовых, заведующего складом, начальников смен и т. п.).

В цехе основного производства размещены материальный склад, холодильная камера с помещением для подготовки обогатителей к производству, насосная, аккумуляторная с помещением для вилочных погрузчиков. Водобаки размещены выше потребителей воды, чтобы обеспечить подачу воды к ним самотеком.

Отопление Центральное водяное или паровое отопление предусматривается во всех помещениях за исключением: котельной, материального склада, склада смазочных материалов, складов тары и ящичных комплектов.

Ориентировочно расход тепла на отопление определяется по формулам (32 и 33).

Q_час = 0,80•V•g_o•(t_с.вн -t_р.о), (32)

где Q_час — максимальный часовой расход тепла на отопление, Вт;

V — объем отапливаемой части здания по наружному обмеру, м³, V = 3499,2 м³;

g_о — удельная тепловая характеристика здания, g_о = 0,36 Вт/м?;

t_с.вн — средняя температура отапливаемых помещений, t_с.вн = 18? C;

t_р.о — расчетная температура наружного воздуха — средняя температура наиболее холодной пятидневки, принимается по СН и П 2 А.6−62 t_р.о = - 30? C.

Q_час = 0,80•3499,2•0,36•(18 — (-30)) = 48 373 Вт.

Q_год = 0,80•V•g_o•(t_с.вн — t_с.о)•m•n, (33)

где Q_год — годовой расход тепла на отопление, Вт;

t_с.о — средняя температура наружного воздуха в отопительный период, принимаем по СН и П 2 А.6−62 t_с.о = -10?C;

m — число часов работы системы отопления, m = 24 часа;

n — число дней отопительного периода, по СН и П 2А.6−62 n = 180 дней.

Q_год = 0,80•3499,2•0,36•(18 -(-10)) 24•180 = 121 899 810,8 Вт = 121 899,8 кВт.

Вентиляция и кондиционирование воздуха При работе сушилок выделяется горячий воздух, насыщенный паром, который отрицательно сказывается на самочувствии рабочих, повышая температуру и влажность воздуха в цехе. Вентиляция и кондиционирование воздуха применяются для создания комфортных условий труда в основном производственном цехе и других помещениях.

Общее количество вентиляционного воздуха при приближенных подсчетах определяем по формуле (34).

L_в = V•0,6•n, (34)

где L_в — количество воздуха, м?/ч;

V — объем здания по наружному обмеру, м?; V =3888 м³;

0,6 — коэффициент, приводящий объем здания по наружному обмеру в суммарный объем вентилируемых помещений;

n — средняя кратность воздухообмена, n = 4 обменам в час.

Lв = 3888•0,6•4 = 9331,2 м?/ч.

Расход на вентиляцию определяется по формуле (35).

(35)

где Q_в — расход тепла на вентиляцию, Вт;

1,2 — плотность воздуха, кг/м?;

1,005 — весовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг•град);

t_с.вн — средняя температура отапливаемых помещений, t_с.вн = 18? C;

t_р.о — расчетная температура наружного воздуха, t_р.о = -10?C.

Qв = 9331,2•1,2•1,005•(18-(-10))/3,6 = 87 526,65 Вт.

Суммарная потребная мощность электродвигателей в приточных и вытяжных вентиляционных установках определится по формуле (36).

(36)

где N_потр — суммарная потребная мощность, кВт;

50 — среднее сопротивление приточных и вытяжных систем вентиляции, кг/м?;

102 — переводной коэффициент;

0,4 — КПД вентилятора и привода;

1,3 — средний коэффициент запаса на потребную мощность.

N_потр = 1,3•9331,2•50/(102•3600•0,4) = 4,129 кВт.

Годовой расход тепла на вентиляцию определится по формуле (37).

(37)

где m — продолжительность работы фабрики в сутки, m = 24 часа;

е — количество рабочих дней в отопительном периоде, по СН и П 2А.6−62 е = 180 дней.

Q_г.в = 9331,2•1,2•1,005•(18-(-10))•24•180/3,6 = 378 115 153,9 Вт = 378 115,12 кВт.

Годовой расход энергии на вентиляцию определим по формуле (38).

N_г.в = N_потр•m•T, (38)

где Т — количество рабочих дней фабрики в году, Т = 279.

N_г.в = 4,129•24•279 = 27 647,784 кВтч.

Водоснабжение Холодное водоснабжение Вода на макаронных фабриках расходуется на технологические нужды, противопожарные нужды, хозяйственно-бытовые нужды и компенсацию потерь воды в котельной. Общий расход воды представлен в таблице 7.

Расчет потребности воды для душевых ведем из расчета, что на одну душевую приходится 5 работающих в наиболее многочисленной смене. Душ работает 3 раза в сутки по 1,5 часа, при этом расходуется 500 литров воды в час на одну сетку. Тогда на одну душевую сетку расходуется 2 250 литров в сутки. Исходя из численности рабочих, устанавливаем 2 душевые сетки, и суточный расход составит 4500 литров. Потребность в холодной воде на приготовление пищи рассчитываем из расчета 5 литров в сутки на 1 человека, в том числе 3 литра на мойку посуды. Расход воды на поливку территории берется 1,5 литра на 1 квадратный метр, компенсация воды в котельной составляет 5% от количества воды, испаряемой в котлах.

Необходимые напоры на вводе водопровода составят:

— для производственно-хозяйственно-питьевого водозабора до верхнего крана — 2 метра;

— для подъема воды в бак на высоту 6 метров с напором при изливе 2 метра — 8 метров;

— для внутреннего пожаротушения — 18 метров.

Хозяйственный насос для подкачки воды в бак должен обеспечить подачу воды G_сек = 2,2 литра в секунду. Устанавливаем центробежный насос диаметром 50/25 миллиметров. Мощность электродвигателя насоса определится по формуле ().

(39)

где Н — необходимый напор, м; Н = 8 м;

_уст — коэффициент полезного действия; _уст = 0,4.

кВт.

Таблица 8 — Общий расход воды

Противопожарный насос должен обеспечивать подачу двух струй по 12,5 литра в секунду каждая. Устанавливаем центробежный насос диаметром 65/50 миллиметров с мощностью электродвигателя насоса:

кВт.

Горячее водоснабжение Горячая вода используется на технологические нужды, а также на мойку столовой посуды, на мойку полов, в душевых и умывальниках. Часовой расход тепла на нагрев воды Q_г.в, Вт, рассчитывается по формуле (40).

(40)

где g_max — максимальный часовой расход горячей воды, л;

К — коэффициент, учитывающий теплопотери, К = 1,1−1,2;

t_гор — температура горячей воды, С;

t_хол — температура холодной воды, С; t_хол = 5С;

с — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг•град).с = 4,19 кДж/(кг•град).

Расход воды, используемой на технологические и хозяйственно-бытовые нужды, и расчет тепла на ее подогрев сведен в таблицу 9.

Таблица 9 — Расчет расхода горячей воды и тепла

Максимальный часовой расход воды g_max, л/ч, имеющей температуру 70С, определяется по формуле (41).

(41)

где

t_гор = 70С;

t_хол = 5С.

Нагрев воды производится в баке, как правило, при помощи парового змеевика, поверхность которого F, м?, определяется по формуле (42).

(42)

где Q_общ — количество тепла, подаваемого от источника теплоснабжения, Вт;

k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м?•град); k = 870 Вт/(м?•град);

t — средняя разность температур, С, определяется по формуле (43).

(43)

где t_ср — температура насыщенного пара, поступающего в змеевик, С; t_ср = 143 С.

С.

м?.

Суммарная емкость баков горячей и холодной воды:

1130,45•8 + 430•8 = 12 483,6 л = 12,5 м?

Емкость бака горячей воды:

2660/977,81 = 2,72 м?

Емкость бака холодной воды:

12,5 — 2,72 = 9,78 м?

При полезной высоте баков 5 м площадь бака холодной воды будет:

9,78/5 = 1,956 м?,

а бака горячей воды:

2,72/5 = 0,544 м?.

Минимальная высота помещения для баков:

5 + 0,15 + 0,25 + 0,50 = 5,8 м,

(здесь 0,15 — запас высоты бака; 0,25 — высота подставки под баки; 0,50 — расстояние от верха бака до перекрытия).

Годовой расход тепла на горячее водоснабжение Q_{год.общ}, Вт, определяется по формуле (44).

Q_{год.общ} = Q_{ср.час.общ}•m•T, (44)

где Q_{ср.час.общ} — средний часовой расход тепла на горячее водоснабжение, Вт;

m — число часов работы в сутки, m = 24;

Т — количество рабочих дней в году, Т = 279.

Q_{год.общ} = 21 044•24•279 = 140 910 624 Вт = 140 910,624 кВт Канализация По характеру загрязнения сточные воды делятся на условно чистые и загрязненные. К условно чистым стокам относятся сточные производственные воды от прессов после охлаждения прессующих устройств, от ванн для разогрева меланжа, от вакуумных насосов, от водонапорных баков при их переливе. К загрязненным (фекально-хозяйственным) стокам относятся стоки от душевых, уборных, умывальников, раковин, моечных ванн, трапов. Количество сточных вод определяется исходя из общего расхода воды по таблице 10.

Таблица 10- Расчет количества сточных вод

Условно чистые воды в цехе отсутствуют.

Количество загрязненных сточных вод в сутки: 10 994 л, максимальночасовое: 2578,5 л.

3. Конструкторская часть

3.1 Краткий обзор техники и технологии процесса экструзии Экструзией называется процесс переработки продуктов в экструдере путем размягчения или пластификации и придания им формы продавливанием через экструзионную головку, сечение которой соответствует конфигурации изделия. Входе процесса под действием значительных скоростей сдвига, высоких температуры и давления происходит переход механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях перерабатываемого сырья (денатурация белков, клейстеризация крахмала и другие биохимические изменения). Характер и глубина изменений и их влияние на качество продукции зависят от режима процесса экструзии и его длительности.

Для производства экструдированных продуктов с определенными функциональными свойствами применяют три основных способа экструдирования пищевого сырья:

— холодная экструзия — возможны только механические изменения в материале вследствие медленного его перемещения под давлением и формование этого продукта с образованием заданных форм.

При холодной экструзии массовая доля влаги в сырье составляет W = 30…60%;

теплая экструзия — сухие компоненты сырья смешивают с определенным количеством воды (W = 20…30%) и подают в экструдер, где наряду с механическим их подвергают еще и тепловому воздействию. Продукт подогревается из вне. Получаемый экструдат отличается небольшой плотностью, незначительным увеличением в объеме, пластичностью, а также ячеистым строением. Иногда экструдату необходима дополнительная обработка — подсушивание;

горячая экструзия — процесс протекает при высоких скоростях и давлениях, значительном переходе механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях материала. Кроме того, может иметь место регулируемый подвод тепла как непосредственно в продукт, так и через наружные стенки экструдера. Массовая доля влаги в сырье при горячей экструзии составляет W = 10…20%, а температура превышает 120 °C.

В настоящее время экструдирование широко применяется в макаронной, кондитерской, хлебопекарной, крахмалопаточной, пищеконцентратной, мясной, рыбной и комбикормовой отраслях промышленности.

Компании США, ЕС и Японии на экструдерах разных конструкций вырабатывают пасты, сухие зерновые завтраки, макаронные изделия, бисквиты, хрустящие хлебцы, снеки, продукты детского и диетического питания, кондитерские изделия (шоколад, конфеты, печенье, жевательную резинку), текстурированные растительные протеины, модифицированные крахмалы, ингредиенты кормов для домашних животных, птиц, рыб, воздушные крупяные (кукурузные, рисовые, перловые и т. д.) и картофельные палочки, сухие супы, соусы, приправы, сухие смеси для напитков и многое другое. В процессе экструзионной обработки перерабатываемый материал подвергается целому ряду фазовых превращений — из хрупкого стеклообразного состояния в высокоэластичное и затем в вязкотекучее.

Классификация шнековых экструдеров Анализ техники и технологии экструдирования западных стран позволил систематизировать важнейшие типы этих машин и классифицировать их по различным признакам, что, на наш взгляд, наиболее полно отражает сущность экструзионного процесса и является важным вспомогательным материалом при проектировании современных экструзионных установок для выработки новых видов продукции.

По типу основного рабочего органа экструдеры подразделяют на одно — и двухшнековые, многошнековые, дисковые, поршневые, валковые, винтовые, шестеренные и комбинированные (рисунок 2). Конструкции экструдеров также могут быть классифицированы: по частоте вращения рабочего органа — на нормальные и быстроходные; по конструктивному исполнению — на стационарные, с вращающимся корпусом, с горизонтальным расположением рабочего органа, с вертикальным расположением рабочего органа; по физическим признакам — с коротким шнеком (автогенные), с большим уклоном режущей кромки матрицы, с незначительным уклоном режущей кромки матрицы.

Рисунок 2 — Классификация экструдеров Кроме того, экструдеры рекомендуется классифицировать по геометрической форме, механическим, функциональным или термодинамическим характеристикам, поскольку они оказывают влияние на химические и структурные характеристики экструдированных продуктов. Особое значение имеют такие параметры, как количество тепловой энергии, образующейся в процессе экструдирования за счет механического преобразования энергии; температура во время ведения процесса; влажность экструдируемой массы.

Более детально рассмотрим классификацию шнековых экструдеров, так как они нашли наибольшее применение в промышленности (рисунок 3).

Рисунок 3 — Классификация шнековых экструдеров Одношнековые экструдеры имеют как свои достоинства, так и недостатки (рисунок 4). Они проще в изготовлении, относительно дешевы, возможно восстановление их рабочего органа, но по некоторым параметрам сложны в эксплуатации.

Недостатками одношнековых экструдеров являются плохое смешивание обрабатываемого продукта, отсутствие принудительного транспортирования и самоочистки. В таких экструдерах чаще возникают скачки давления из-за накопления продукта; переход с одного сырья на другое затруднен тем, что камеру и шнек необходимо очищать, а значит, нужно разбирать экструдер. Более высокие расходы по эксплуатации одношнековых машин связаны с длительными простоями при чистке, большими трудозатратами и объемом работ по обслуживанию.

Двухшнековые машины (см. рисунок 4), несмотря на сложность конструкции (вследствие чего потребляют на 20…50% больше энергии, а стоимость их выше на 60%), трудоемкость в использовании и значительный износ рабочих органов, обеспечивают более высокое качество продукции. Применение двухшнекового экструдера не требует предварительной гидротермической обработки продукта, что упрощает производственный процесс. Преимущество двухшнекового экструдера — точное объемное дозирование, лучшее перемешивание продукта, эффект самоочистки, а также способность перерабатывать смеси с высоким содержанием жира и сахара.