Расчет оборудования поточной линии производства завернутой карамели с начинкой

Задание

Рассчитать, подобрать оборудование и составить машинно-аппаратурную схему механизированной поточной линии производства завернутой карамели с начинкой. Производительность линии 6000 кг/смену.

Расчет технологического оборудования

1. Расчет змеевикового вакуум-варочного аппарата Часовая производительность Пч (кг/ч) линии по готовой карамели

(1)

где Псм — сменная производительность линии по готовой карамели, кг/смену (по заданию Псм = 6000 кг/смену); - длительность работы смены, ч (= 8 ч).

кг/ч = 0,208 кг/с.

Количество карамельной массы Gк (кг/ч), перерабатываемой в линии при заданном процентном содержании начинки в готовой карамели

(2)

где Вн — содержание начинки в готовой карамели, % (Вн = 30%).

кг/ч = 0,14 кг/с.

Расход сиропа Gс (кг/ч)

(3)

где Wс — влажность карамельного сиропа, % (Wс = 14%); Wк — влажность карамельной массы, % (Wк = 2%).

кг/ч = 0,16 кг/с.

Расход греющего пара и площадь поверхности теплообмена определим на основе уравнения теплового баланса, которое для змеевикового вакуум-варочного аппарата при уваривании карамельной массы имеет вид

(4)

где сс и ск — удельная теплоёмкость сиропа и карамельной массы, Дж/(кгоК); tс и tк — температура сиропа и карамельной массы, оС (tс = 100 оС и tк = 120 оС); Д1 — расход греющего пара, кг/с; Д2 — количество выпаренной влаги, кг/с; и — удельная энтальпия греющего пара и конденсата, Дж/кг (= 2,75 106 Дж/кг, = 638,8 Дж/кг); - удельная энтальпия вторичного пара, Дж/кг (= 2,66 106 Дж/кг); Qп — потери теплоты аппаратом в окружающую среду, Дж/с (Qп = 2000 Дж/с).

Удельную теплоемкость сиропа и карамельной массы определим по формуле

(5)

где с — удельная теплоемкость сиропа или карамельной массы, t — температура сиропа или карамельной массы; а — концентрация сахара в растворе, кг/кг (а = 0,5 кг/кг).

Дж/(кгоК);

Дж/(кгоК).

Количество выпаренной влаги

(6)

где а1 и а2 — содержание сухих веществ в карамельном сиропе и карамельной массе, кг/кг (а1 = 0,86 кг/кг и а2 = 0,98 кг/кг).

кг/с.

Расход греющего пара для вакуум-варочного аппарата

. (7)

кг/с.

Площадь поверхности теплообмена F (м2) змеевикового вакуум-варочного аппарата

(8)

где K — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К) (K = 1000 Вт/(м2 К)); tср — средний температурный напор между продуктом и греющим паром, оС.

При противотоке tср определим по формуле

(9)

где — большая разность температур; - меньшая разность температур.

оС;

оС;

.

м2.

Внутренний диаметр dв (м) трубы змеевика

(10)

где — скорость движения карамельного сиропа, м/с (= 0,5 м/с); - плотность карамельного сиропа, кг/м3 (= 1300 кг/м3).

м.

Расчет охлаждающей машины Производительность охлаждающей машины П (кг/ч)

(11)

где — скорость движения карамельной массы, м/мин (=4 м/мин); В — ширина ленты карамельной массы, м (В = 0,6 м); - плотность карамельной массы, кг/м3; - толщина ленты карамельной массы, м.

Приравнивая производительность охлаждающей машины к количеству карамельной массы, перерабатываемой в линии (П = Gк = 525 кг/ч), из формулы (11) определим толщину ленты карамельной массы (м).

;

м.

Количество теплоты Q (Вт), необходимое для охлаждения карамельной массы

(12)

скм — удельная теплоёмкость карамельной массы, Дж/(кгоС); , — начальная и конечная температура карамельной массы, С (= 120 С, = 95 С).

Вт.

Расход охлаждающей воды для охлаждения карамельной массы Gв (кг/с)

(13)

где св — удельная теплоёмкость воды, Дж/(кг К) (св = 4190 Дж/(кгК)); , — конечная и начальная температура охлаждающей воды, С (= 15 С, = 23 С).

кг/с.

Общая площадь поверхности теплообмена (контакта карамельной массы с охлаждающими валками и плитой) Fобщ (м2)

(14)

где K — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К) (K = 180 Вт/(м2К)); tср — средний температурный напор между охлаждаемой массой и охлаждающей водой, С.

оС;

оС;

.

м2.

Площадь поверхности охлаждающих барабана Fб (м2)

(15)

где D — диаметр большого барабана, м (D = 0,32 м); d — диаметр малого барабана, м (d = 0,16 м); В — ширина ленты карамельной массы, м (В = 0,6 м).

м2.

Площадь поверхности охлаждающей плиты Fп (м2)

. (16)

м2.

Длина охлаждающей плиты L (м)

(17)

где b — зазор между краем охлаждающей плиты и карамельной лентой, м (b = 0,05 м).

м.

Расчет плунжерного насоса-дозатора Производительность плунжерного насоса-дозатора П (кг/ч) для перекачивания сиропов

(18)

где F — площадь поперечного сечения плунжера, м2 (F = 0,0028 м2); S — ход плунжера, м (S = 0,05 м); n — число двойных ходов плунжера в минуту (n = 62,5); i — число рабочих полостей насоса, шт. (i = 1 шт.;); 0 — коэффициент подачи (0 = 0,7 — 0,8); - плотность сиропа, кг/м3 (= 1300 кг/м3).

кг/ч.

Расчет охлаждающего агрегата Производительность охлаждающего агрегата Похл (кг/ч)

(19)

где — скорость движения ленты охлаждающего агрегата, м/с; В — ширина ленты транспортера, м (В = 0,7 м); - плотность карамели с начинкой, кг/м3 (= 1300 кг/м3); - коэффициент заполнения ленты (= 0,8); h — высота слоя карамели, м (h = 0,01 м).

Приравнивая производительность охлаждающего агрегата к часовой производительности линии по готовой карамели (Похл = Пч = 750 кг/ч), из формулы (19) определим скорость движения ленты

м/с.

Продолжительность охлаждения карамели охл (с)

(20)

где mк — масса одной карамели, кг (mк = 0,01 кг); си — удельная теплоемкость карамели с начинкой, Дж/кгК (си = 3100 Дж/(кгК)); tн, tк — начальная и конечная температура карамели, С (tн, = 55 С; tк = 40 С); - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К) (= 100 Вт/(м2К)); Fк — площадь поверхности одной карамели, м2 (Fк = 0,0006 м2); t — средняя разность температур между охлаждающим воздухом и карамелью, С (t = 30 С).

с.

Длина транспортерной ленты L (м) охлаждающего агрегата

. (21)

м.

Расчет просеивателя для сахара-песка Производительность просеивателя с плоским ситом П (кг/с)

(22)

где В — ширина сита, м (В = 0,6 м); h — толщина слоя материала на сите, м (h = 0,05 м); - скорость перемещения материала по ситу, м/с (= 0,1 м/с); - плотность материала (сахара-песка) кг/м3 (= 800 кг/м3); K — коэффициент заполнения сита (K = 0,8).

кг/с.

Расчет тянульной машины Производительность тянульной машины П (кг/с)

(23)

где m — количество карамельной массы в машине, кг (m = 30 кг); - продолжительность обработки массы в машине, с (= 120 с).

кг/с Расчет карамелеобкаточной машины Производительность карамелеобкаточной машины П (кг/ч) для формирования карамельного жгута

(24)

где v — скорость выхода карамельного жгута, м/с (v = 0,3 м/с); - плотность карамельного жгута, кг/м3 (= 1440 кг/м3); F — площадь поперечного сечения жгута, м2 (F = 0,0003 м2).

кг/ч Расчет цепной карамелеформующей машины Производительность цепной карамелеформующей машины П (кг/с)

(25)

где v — линейная скорость формующих цепей, м/мин (v = 1,2 м/мин); C — коэффициент использования машины (C = 0,92); K — количество штук карамели в 1 кг (K = 65 шт.); l — шаг формующей цепи, м (l = 0,0038 м).

кг/с.

Расчет заверточного автомата Производительность заверточного автомата П (кг/ч)

(26)

где n — частота вращения ротора, мин-1 (n = 60 мин-1); z — число захватов на роторе, шт. (z = 7 шт.); C1 — коэффициент, учитывающий возвратные отходы при завертке (C1 = 0,99); C2 — коэффициент использования производительности автомата (C2 = 0,9); k — количество завертываемых изделий в 1 кг (k = 65 шт.).

кг/ч.

Потребное количество заверточных автоматов Кавт (шт.)

; (27)

шт.

Механизированная поточная линия производства глянцевой карамели с начинкой Основным сырьем для производства карамели с фруктовой начинкой являются сахар, патока, фруктовые и ягодные заготовки, вода.

Сахар-песок из завальной ямы 17 норией 18 подается в приемный бункер 19, а затем в просеиватель 20. Очищенный сахар поступает через дозатор 21 в смеситель 22. В этот же смеситель из емкости 25 непрерывно в нужном количестве подается предварительно подогретая водопроводная вода.

Патоку, доставленную в автоцистернах, сливают в металлические резервуары с обогревом, где она подогревается и насосом перекачивается в резервуар 23, где она нагревается до температуры, близкой к 90 °C. Патока в нужном количестве подается в тот же смеситель 22, в который одновременно поступают очищенный сахар и вода; а из смесителя плунжерный насос 10 нагнетает полученную кашицеобразную смесь в варочную змеевиковую колонку (растворитель) 11. Затем эта смесь (сироп) проходит через фильтр 26, подогреватель 27 и насосом 2 подается в закрытый сборник. Концентрация сухих веществ в нем 84 — 88%.

Плунжерным насосом-дозатором 10 с регулируемой подачей этот сироп перекачивается в варочную змеевиковую колонку 30 вакуум-аппарата. Здесь сироп уваривается в карамельную массу с концентрацией сухих веществ 98,5%. Вторичный пар, получаемый в результате уваривания сиропа, поступает из вакуум-камеры 31 в конденсатор, откуда смесь образовавшегося конденсата и охлаждающей воды откачивается мокровоздушным насосом 29.

Карамельная масса периодически выпускается из вакуум-камеры 31 в загрузочную воронку охлаждающей машины 32, в которой она движется в виде тонкого пласта по наклонной охлаждаемой плите. При этом на движущийся пласт карамельной массы из дозаторов 33 и 34 непрерывно подаются эссенция, лимонная кислота и красители.

Охлажденная до 90−95°С карамельная масса конвейером 35 передается на тянульную машину, где масса непрерывно перетягивается, перемешиваясь с красящими и ароматизирующими добавками, и насыщается воздухом.

Тянутая масса непрерывно подается ленточным транспортером в карамелеобкаточную машину 37 с начинконаполнителем 36. Начинконаполнитель нагнетает начинку по гибкому шлангу и трубе внутрь карамельного батона. По мере обкатывания карамельный батон превращается в жгут.

Выходящий из карамелеобкаточной машины карамельный жгут с начинкой проходит через жгутовытягивающую машину 38, которая калибрует изделие до нужного диаметра. Откалиброванный карамельный жгут непрерывно поступает в карамелеформующую машину 39, которая формует и разделяет его на отдельные изделия соответствующей формы с рисунком на поверхности. Отформованная карамель температурой 60−65°С непрерывной цепочкой с тонкими перемычками поступает на узкий ленточный охлаждающий транспортер 40, на котором происходит охлаждение перемычек и предварительное охлаждение поверхности карамели (образование корочки), далее карамель вибролотком 41 подается в охлаждающий шкаф. На узкий охлаждающий транспортер и в шкаф вентилятором по воздуховодам непрерывно подается охлаждающий воздух температурой 8 — 10 0С.

Рис. 1

На охлаждающем транспортере и в шкафу карамельная цепочка разбивается на отдельные изделия и охлаждается до температуры 40 — 45 0С. Охлажденная карамель из шкафа поступает на распределительный конвейер 43, вдоль которого установлены карамелезаверточные автоматы 44. Под распределительным конвейером расположен ленточный конвейер 45 для сбора завернутой продукции.

Карамель, двигаясь по распределительному конвейеру, подается по наклонным желобам с регулируемыми затворами в автоматические питатели заверточных автоматов. Завернутая карамель промежуточным транспортером подается на весы, взвешивается и упаковывается в картонные ящики, которые затем закрывают и оклеивают бандеролью.

Начинку, которой наполняется карамельный жгут, готовят следующим образом. Из резервуара 1 пульпа насосом 2 подается в сборник 3, откуда насосом 2 в десульфитатор 6. Здесь она размешивается и пропаривается, из нее удаляется сернистый газ — оксид серы (IV). Затем пульпа передается в измельчитель, а оттуда — насосом 2 на протирочную машину 7.

Протертая плодовая мякоть (пюре) насосом 2 подается в сборник накопитель 6, который для предотвращения расслаивания пюре снабжен лопастным валом. Из сборника 6 пюре перекачивается насосом 2 в смеситель 9. В этот же смеситель подается сироп из сборника 8. Полученная рецептурная смесь влажностью 42% насосом-дозатором 10 подается в змеевиковый варочный аппарат (колонка непрерывного действия) 11, где уваривается до влажности 16 — 30%. Из пароотделителя 12 колонки вторичный пар отсасывается вентилятором, или при уваривании под вакуумом вторичный пар поступает в конденсатор. Из пароотделителя начинка стекает в сборник, откуда насосом 2 перекачивается в сборник с мешалкой 16, где смешивается с эссенцией и охлаждается до температуры, которая примерно на 10 °C ниже температуры карамельной массы в карамелеобкаточной машине.

В случае выработки глянцевой карамели с начинкой после охлаждения в охлаждающем шкафу карамель предварительно подается в агрегат для непрерывного глянцевания карамели, а оттуда — на весы и упаковочный автомат.

дозатор просеиватель карамелеобкаточный производительность Таблица 1 — Техническая характеристика основного оборудования механизированной поточной линии производства глянцевой карамели с начинкой

Список использованных источников

1. Практикум по курсу «Технологическое оборудование хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» / В. И. Карпенко, О. А. Носов, В. А. Дятлов; Воронеж. гос. технол. акад. — Воронеж, 1996. — 84 с.

2. Драгилев А. И. Практикум по расчетам оборудования кондитерского производства / А. И. Драгилев, Г. М. Невзоров. — М.: Агропромиздат, 1990. — 176 с.

3. Лунин О. Г. Технологическое оборудование предприятий кондитерской промышленности / О. Г. Лунин, А. И. Драгилев, А. Я. Черноиванник. — М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1984. — 383 с.

4. Драгилев, А. И. Основы кондитерского производства [Текст] / А. И. Драгилев, Г. А. Маршалкин. — М.: ДеЛи принт, 2007. — 532 с.

5. Драгилев А. И. Сборник задач по расчету технологического оборудования кондитерского производства [Текст] / А. И. Драгилев, М. Д. Руб. — М.: ДеЛи принт, 2005. — 244 с.

6. Драгилев, А. И. Технологическое оборудование: хлебопекарное, макаронное и кондитерское [Текст] / А. И. Драгилев, В. М. Хромеенков, М. Е. Чернов. — М.: Академия, 2006. — 432 с.

7. Козлова А. В. Альбом условных обозначений технологического оборудования кондитерских предприятий [Текст] / А. В. Козлова. — М.: ДеЛи принт, 2005. — 108 с.

8. Лабораторный практикум по курсу «Технологическое оборудование отрасли» [Текст]: учеб. пособие / Г. О. Магомедов, В. И. Карпенко, В. И. Корчагин, А. А. Журавлев, В. А. Дятлов; Воронеж,. гос. технол. акад. — Воронеж: Изд-во «Истоки», 2007. — 150 с.

9. Медведев Г. М. Технология макаронных изделий [Текст] / Г. М. Медведев. — СПб.: ГИОРД, 2005. — 312 с.