Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Новгородский  государственный университет имени  Ярослава Мудрого

Институт  сельского хозяйства и природных  ресурсов

Кафедра «Технология  переработки сельскохозяйственной продукции»

Контрольная работа по дисциплине: «Оборудование  и автоматизация перерабатывающих производств».

                                                                                       Выполнил студент:

                                                                                       Курс: 4 з/о

                                                                                       Факультет: ТПСП

                                                                                       Группа: 8491

                                                                                       Кудрявцева О.А.                 

                                                                                       Проверил преподаватель:

                                                                                       Глущенко Л.Ф.

Великий Новгород

2011

Содержание:

1. Экструдеры……………………………………………………………………..3

2. Сыродельные  цехи…………………………………………………………..24

3. Подобрать  оборудование и разработать компоновочный  чертеж участка: по выпуску  формовых сортов хлеба, мелкоштучных кондитерских изделий до 500кг в час………………………………………………………………………33

Введение…………………………………………………………………………33

3.1 Характеристика хлеба и мелкоштучных  кондитерских изделий ………...35

3.2 Схема производства пшеничного хлеба и технологические расчеты……36

3.3 Расчет технологического и вспомогательного оборудования……………46

3.4 Расчет рабочей силы………………………………………………………...48

3.5 Расчет площади участка…………………………………………………......49

3.6 Расчет расхода воды и электроэнергии…………………………………….50

3.7 План размещение оборудования в хлебопекарне………………………….51

3.8 Организация работы оборудования ..………………………………………52

3.9 Техники безопасности ………………………………………………………54

Заключение…………….………………………………………………………....56

Список литературы ……………………………………………………………...57

1 Экструдеры

      Экструдер – это шприц-машина, предназначенная для размягчения  (плавления) сырья и придания  ему нужной формы (профилирования) путем продавливания через головку  определенного сечения. 

      Экстру́зия (от позднелат. extrusio — выталкивание) — технология получения изделий путем продавливания расплава материала через формующее отверстие. Обычно используется в производстве полимерных (резиновых смесей, пластмасс, крахмалсодержащих и белоксодержащих смесей), ферритовых изделий (сердечники), а также в пищевой промышленности (макароны, лапша и тп.), путем продавливания расплава материала через формующее отверстие экструдера.

      Экструзия представляет собой непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (экструзионную головку, фильеру), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, плёнки, оболочки кабелей, элементы оптических систем светильников- рассеиватели и т. д. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одночервячные, многочервячные, поршневые и дисковые экструдеры.

Экструдер состоит  из: корпуса с нагревательными  элементами; рабочего органа (шнека (винт Архимеда), диска, поршня), размещённого в корпусе; узла загрузки перерабатываемого  материала; силового привода; системы  задания и поддержания температурного режима, других контрольно-измерительных  и регулирующих устройств. По типу основного  рабочего органа (органов) экструдеры подразделяют на одно-, двух- или многошнековые (червячные), дисковые, поршневые (плунжерные) и др. Двухшнековые экструдеры в  зависимости от конфигурации шнеков могут быть параллельными или  коническими. В зависимости от направления  вращения — с сонаправленным или  противонаправленным вращением  шнеков.

Виды экструзии:

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

     Теплая экструзия — сухие компоненты сырья смешиваются с определенным количеством воды и подают в экструдер, где наряду с механическим его подвергают еще и тепловому воздействию. Продукт нагревается извне. Получаемый экструдат отличается небольшой плотностью, незначительным увеличением в объёме, пластичностью, а также ячеистым строением. Иногда экструдату необходимо 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 к продукту, так и через наружные стенки экструдера. Массовая доля влаги в сырье при горячей экструзии составляет 10…20 %, а температура превышает 120 °C.

     Применение экструзионной технологии:

- Химическая промышленность. В химической промышленности метод экструзии применяется для нагрева, пластификации, гомогенизации и придания необходимой формы исходному сырью. Химический состав конечного продукта при этом идентичен химическому составу исходного сырья, что позволяет добиваться стабильного качества продукта прибегая при этом к минимальному количеству настроек экструдера, этим объясняется относительная простота машин, работающих в химической промышленности. Методом экструзии в химической промышленности изготавливают различные погонажные изделия, такие как трубы, листы, плёнки, оболочки кабелей, элементы оптических систем светильников — рассеиватели и т. д.

-  Пищевая промышленность. В пищевой промышленности метод экструзии применяется намного шире. В ходе процесса под действием значительных скоростей сдвига, высоких скоростей и давления, происходит переход механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях перерабатываемого сырья, например денатурация белка, клейстеризация и желатинизация крахмала, а также другие биохимические изменения.

Пищевой  экструдер Shtak-72

Экструдер состоит  из нескольких основных узлов —  корпуса, оснащенного нагревательными  элементами, рабочего органа (шнека, диска, поршня), размещенного в корпусе, узла загрузки перерабатываемого продукта, привода, системы задания и поддержания температурного режима и других контрольно-измерительных и регулирующих устройств.

 Наибольшее  распространение в промышленности  получили шнековые экструдеры. Захватывая  исходный продукт, шнек перемещает  его от загрузочного устройства  вдоль корпуса экструдера. При  этом продукт сжимается, разогревается,  пластифицируется и гомогенизируется. Давление в экструдере достигает  15... 100 МПа. По частоте вращения  шнека экструдеры подразделяют  на нормальные и быстроходные  с окружной скоростью соответственно  до 0,5 и 7 м/мин, а по конструктивному  исполнению — на стационарные  и с вращающимся корпусом, с  горизонтальным и вертикальным  расположением шнека.

       Существуют экструдеры со шнеками, осуществляющими не только вращательное, но и возвратно-поступательное движение. Для эффективной гомогенизации продукта на шнеках устанавливают дополнительные устройства — зубья, шлицы, диски, кулачки и др. В последнее время получают распространение планетарно-вальцовые экструдеры, у которых вокруг центрального рабочего органа (шпинделя) вращается несколько дополнительных шнеков (от 4 до 12). Принцип действия дискового экструдера основан на использовании возникающих в упруговязком материале напряжений, нормальных к сдвиговым. Основу конструкций такого экструдера составляют два плоскопараллельных диска, один из которых вращается, создавая сдвиговые и нормальные напряжения, а другой неподвижен. В центре неподвижного диска имеется отверстие, через которое выдавливается размеченный материал. Поршневой экструдер из-за низкой производительности используют ограниченно, в основном для изготовления труб и профилей из реактопластов.

     Конструкции экструдеров могут быть классифицированы также по геометрической форме, механическим, функциональным или термодинамическим характеристикам. Кроме того, экструдеры рекомендуется классифицировать по их физическим признакам, поскольку они оказывают влияние на химические структурные характеристики экструдированных продуктов. Особое значение имеют такие параметры, как уклон режущей кромки матрицы и количество тепловой энергии, образующейся в процессе экструдирования за счет механического преобразования энергии; температура во время ведения процесса; влажность экструдируемой массы.

     При переработке пищевых продуктов наибольшее распространение получили экструдеры со шнеками полного зацепления, вращающимися в одном направлении, когда вершины одного шнека взаимодействуют с впадинами другого.

В двухшнековых самоочищающихся экструдерах обеспечиваются более быстрый пуск шнека и  работа на повышенной скорости. В них  реже возникают подъемы давления, так как не происходит накопление продукта. В одношнековых экструдерах, вследствие того, что продукт может  оставаться в витках и накапливаться, создавая разрывы потока, подъемы  давления бывают чаще. В результате продукт из экструдера выпускается  неравномерно.

Однако предполагается, что в одношнековом экструдере износ  шнека концентрируется по наружной кромке к торцу его витков, и  это обеспечивает восстановление шнека.

Двухшнековый  экструдер более подвержен износу. Изнашиваются шнеки в местах загрузки и выгрузки продукта. В этой связи  свойства конечного продукта и эффективность  процесса экструдирования в большой  степени зависят от износа рабочих  органов машины при обработке  в двухшнековом экструдере. При использовании  двухшнекового экструдера не требуется  предварительной гидротермической обработки продукта, что упрощает производственный процесс. Гидролиз крахмала пшеничной муки протекает гораздо  эффективнее в двухшнековом экструдере, чем в одношнековом. В двухшнековом экструдере зоны пластификации и  повышения давления отделены друг от друга, что позволяет независимо осуществлять пластификацию и экструдирование продукта. Известно, что затраты, связанные с приобретением одношнековых экструдеров, ниже по сравнению с затратами на приобретение двухшнековых машин. Однако последние компенсируются меньшими эксплуатационными расходами. Высокие расходы по эксплуатации одношнековых машин связаны с длительными простоями при чистке, большими трудозатратами и объемом работ по обслуживанию.

Сравнение конструктивных и технологических достоинств одношнековых и двухшнековых экструдеров показывает значительное преимущество последних.

     Материал для матриц должен быть коррозионно-стойким, обладать антиадгезионными свойствами и высокой прочностью. Чтобы снизить прилипаемость формуемого продукта, отверстия полируют и хромируют. Широко применяют в настоящее время матрицы, состоящие из металлической обоймы и сменных вставок. Вставки представляют собой сменные гильзы с формующими отверстиями, изготовляются из пластмасс с сильно выраженными антиадгезионными свойствами.

Форма и размер предматричной камеры зависят от свойств перерабатываемого продукта, типа и размеров нагнетающего механизма  и должны способствовать выходу выпрессовываемой массы через каналы матрицы с  возможно более равномерной скоростью, а также препятствовать образованию  застойных зон. Формование экструзией имеет ряд преимуществ: непрерывность  осуществления процесса с высокой  скоростью, безотходность технологии и высокая культура производства.

Машина А1-КХП (рис.) предназначена для формования палочек из кукурузной крупы тепловой и механической обработкой.

Рис. Машина А1-КХП

Машина состоит  из станины 1, бункера 7, корпуса подшипника 9, цилиндра 3, механизма резки 4, вариатора, щита управления с нагревателями. Машина имеет два индивидуальных привода: для шнека и механизма резки.

На верхней  плите сварной станины установлен электродвигатель 8 привода шнека, соединенный  через муфту с быстроходным валом  редуктора 10. Последний, в свою очередь, с помощью муфты соединяется  с валом корпуса подшипника. В  литом корпусе подшипника установлен вал, вращающийся в радиальных подшипниках  качения. Для восприятия осевой нагрузки от формующего шнека в корпусе  установлен упорный шарикоподшипник.

К корпусу  подшипника фланцем крепится сварной  цилиндр с расположенным внутри него шнеком. С противоположной стороны  цилиндр закрыт матрицей. Температура  в рабочей зоне контролируется термопарами, введенными в зону через пробку 5. Для нагрева кукурузной массы  в передней части цилиндра укреплен блок электронагревателей 6.

У переднего  торца матрицы расположен механизм резки с вращающимися ножами, который  приводится в движение от отдельного электродвигателя через бесступенчатый вариатор. Электродвигатель и вариатор находятся внутри станины. Частота  вращения вариатора регулируется рукояткой 2, установленной в непосредственной близости от панели управления. Для удобства обслуживания механизм резки отводится в сторону.

Над цилиндром  установлен бункер для приема кукурузной крупы. Кукурузная крупа из бункера  машины через регулируемую заслонку поступает в приемное отверстие  цилиндра, где происходит прессование  продукта и нагрев до температуры 145 °С.

В результате воздействия тепла, влаги и давления крупа превращается в пластическую массу, которая выдавливается шнеком через отверстия матрицы. При  выходе из отверстий матрицы масса  под действием пара, образующегося  из перегретой влаги, вспучивается, образуя  пористую хрустящую жилу. Механизм резки делит выходящие жилы на палочки, которые уносятся конвейером.

Порция крупы (1,5... 2,0 кг при температуре в цилиндре 80... 145 °С) приготовляется за 30...60 мин  до пуска машины.

Режим нагрева  цилиндра подбирается для каждой машины индивидуально в зависимости  от сорта, помола, влажности крупы  и степени износа.

      Машина Б8-КХ-ЗП (рис.) предназначена для производства палочек из кукурузной крупы посредством ее тепловой и механической обработки с последующей фасовкой на других автоматах.

Рис. Машина Б8-КХ-ЗП

Машина состоит  из станины 1, формующего механизма 2, механизма 5 отрезки палочек по длине, ворошителя 3 кукурузной крупы, блока электронагревателей 4.

Формующий механизм состоит из охватываемого шнека  с правой нарезкой, шнековой втулки с левой нарезкой, матрицы с  двенадцатью отверстиями диаметром 3 мм, обоймы с четырьмя отрезными  ножами, приводимой во вращение через  цепную и клиноременную передачи от электродвигателя.

Ворошитель  представляет собой корпус, внутри которого вращается вал с лопастями, перемешивающий поступающую из бункера  крупу.

Блок электронагревателей  предназначен для нагрева рабочей  зоны машины в период пуска и автоматического  под держания постоянной температуры  от 160 до 180 °С. Во избежание перегрева  машины в зоне загрузки предусматривается  принудительное водяное циркуляционное охлаждение корпуса формующего механизма  с подключением к сети водоснабжения.

Схемой машины предусмотрено ручное управление электроприводами шнека и ножа, а также ручное и автоматическое управление блоком нагревателей.

Перед пуском машины производится нагрев рабочей  зоны формующего механизма в течение 30...35 мин до 160... 180 °С с помощью  блока электронагревателей. За 25.. .30 мин до пуска машины готовится  первая порция крупы влажностью 20.. .21 %. Подготовленная крупа по специальному лотку вручную засыпается небольшим  потоком в отверстие зоны загрузки при включенной машине. После выхода палочек из формующей матрицы  открывается заслонка, и в машину поступает крупа влажностью 13... 14 %.

Нагрев продукта в момент запуска происходит за счет теплопередачи, а в дальнейшем —  за счет тепла, образующегося в результате трения между продуктом, шнеком и  шнековой втулкой. Выпрессованная полужидкая масса за счет перепада давления при  выходе из отверстия формующей матрицы  взрывается с диаметра 3 мм до диаметра 8... 12 мм.

     Экструдер МФБ-1 (рис.) состоит из плиты 15, станины 1 с кронштейном 12, электродвигателя 14, червячного редуктора 13, корпуса 4 со шнеком 3 и формующей матрицей 2, головки 7 с парой конических шестерен 8 и загрузочной воронки 5 со спиралью 11.

Рис. Шнековый экструдер МФБ-1

Внутри головки 7 находятся горизонтальный вал 9 с  конической шестерней и приводной  звездочкой 10, вертикальный вал 6 с конической шестерней и спиралью. Спираль 11 подает конфетную массу в корпус 4 и непрерывно перемешивает ее в  загрузочной воронке 5. Шнек 3 выпрессовывает массу через формующие каналы матрицы 2 в виде пяти бесконечных  жгутов, которые после предварительного охлаждения разрезаются на конфеты.

       Двухшнековый экструдер поточных линий ШФК (рис.) отличается от экструдера МФБ-1 наличием двух горизонтальных шнеков, находящихся в самостоятельных камерах. Шнеки нагнетают массу в общую предматричную камеру 3. Масса выходит через шесть или восемь формующих каналов. Частота вращения спирали в загрузочной воронке 2 изменяется бесступенчатой рукояткой 1. Нагнетающие шнеки имеют постоянную частоту вращения. При переходе с формования жгутов круглого сечения на прямоугольные шнеки заменяют.

Рис. Шнековый экструдер ШФК

В шнековых экструдерах скорости выхода жгутов через формующие каналы неодинаковы. Для выравнивания скоростей увеличивают  длину средних формующих каналов  по сравнению с крайними, устанавливают  дополнительные сопротивления перед  средними каналами или в самих  каналах либо устанавливают более  высокую температуру стенок крайних  формующих каналов. Добиться полного  равенства скоростей во всех каналах  весьма трудно.

      Экструдер ШВФ-22 (рис.) предназначен для выдавливания конфетной массы при производстве пралиновых конфет.

Рис. Экструдер ШВФ-22

Он имеет  в предматричной камере перегородки, образующие секции у каждого выходного  отверстия. Это выравнивает скорости у выдавливаемых жгутов. Бункер 1 укреплен на корпусе питателя 2 с  расположенными в нем рифлеными  валками 3. В корпусе нагнетателя 4 вращаются нагнетающие шестеренные  роторы 5, выполненные из набора шестерен. Предматричная камера 7 имеет вертикальные формующие каналы 8. В нижней части  корпуса нагнетателя и предматричной  камеры имеются вертикальные перегородки 6, которые делят корпус и камеру на отдельные секции.

Бункер, корпус нагнетателя и нагнетатель, а  также предматричная камера имеют  рубашки для обогрева.

Конфетная масса  вытягивается из бункера рифлеными  валками 3 и равномерно подается по всей длине шестеренных роторов 5. Они нагнетают массу в предматричную  камеру 7 и из нее через формующие  каналы 8 выдавливаются жгуты 9 пралиновой массы.

       Экструзионные продукты, получаемые на пищевых экструдерах: пельмени,

кукурузная  палочка, подушечки и трубочки с начинкой, хрустящие хлебцы и соломка, фигурные сухие завтраки, хлопья кукурузные и из других злаков, быстрозавариваемые каши, детское питание, фигурные чипсы, экструзионные сухарики, мелкий шарик из риса, кукурузы, гречи, пшеницы, для наполнения и обсыпки шоколадных изделий, мороженого и других кондитерских изделий, пищевые отруби, продукты переработки отходов животноводства: модифицированный крахмал, реагент на основе крахмала применяемый в нефте- и газодобыче, строительные крахмалсодержащие смеси, основы для клеев.

      Комбикормовая промышленность: полножирная соя, зерновые экструдаты,  корма для кошек, собак, домашних грызунов, крупного рогатого скота, корма для промысловых и аквариумных рыб.

      Производство твердого биотоплива. Одним из наиболее популярных методов получения топливных брикетов является использование специальных экструдеров. Процесс предствляет собой прессование шнеком отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и т. п.) и мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением при нагревании от 250 до 350 С°. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального — лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикета.

    Применение экструзионной технологии.

Химическая  промышленность.

    В химической промышленности метод экструзии применяется для нагрева, пластификации, гомогенизации и придание необходимой формы исходному сырью, химический состав конечного продукта при этом идентичен химическому составу исходного сырья, что позволяет добиваться стабильного качества продукта прибегая при этом к минимальному количеству настроек экструдера, этим объясняется относительная простота машин работающих в химической промышленности. Методом экструзии в химической промышленности изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, плёнки, оболочки кабелей, элементы оптических систем светильников- рассеиватели и т.д.

Экструдер в линии по производству пластикового плинтуса.

Алюминиевые детали, полученные методом экструзии.

     Экструдер одношнековый ШТАК-80М:

ШТАК-80М —  единственный одношнековый российский экструдер максимально приближенный по технологическим возможностям к  двушнековым машинам, позволяющий  получать качественный продукт сложных  эструзионных технологий. Две зоны охлаждения корпуса, возможность подачи питьевой воды внутрь экструзионной  зоны позволяют точно поддерживать технологические режимы и добиваться отличного качества продукта, а при  производстве кукурузной палочки и  пищевых отрубей вообще отказаться от предварительного увлажнения смеси. Эти машины отличаются хорошей управляемостью, простотой сборки и разборки, высокой ремонтопригодностью, удобством обслуживания. В штатном режиме ШТАК-80М обслуживает один оператор. К 2007 г. 27 машин работает на предприятиях России, Украины, Беларуси, Казахстана, Молдавии, Латвии, Эстонии по производству соевого текстурата, подушечек и батончиков с начинкой, хлебцев, кормов для животных, пищевых отрубей. Увеличен ресурс быстро изнашивающихся частей (шнеки, рабочий корпус) по сравнению с другими одношнековыми экструдерами более чем в 2,5 раза. Выход на технологический режим — 5 минут. Простая и надежная конструкция опорного узла с применением самоустанавливающихся импортных подшипников позволяет обеспечить его работу без ремонта более 10 000 часов. Минимальное отношение стоимости к производительности позволяет выделить ШТАК-80М, как лидера среди одношнековых экструдеров по технико-экономическим показателям. Износостойкость шнеков (на выходе продукта) 2000 часов, корпуса 4000 часов при работе на муке. Современная модификация обладает улучшенными характеристиками загрузочной зоны, что позволяет эффективно применять ШТАК-80М при производстве бысторозавариваемых каш, набухающей муки, основы для клея, крахмалсодержащего реагента, модифицированного крахмала, строительных крахмалсодержащих смесей.

     Технические характеристики ШТАК-80М:

Диаметр шнека, мм 80

Относительная длина экструзионной зоны 15

Мощность  главного привода, кВт 45

Установленная мощность, кВт 48 (max)

Количество  зон охлаждения 2

Производительность  на штатной матрице (100% провар), кг/час 220

Рабочее давление перед матрицей, МПа (кг/см2) 10-15 (100-150)

Расход воды на охлаждение при штатной работе, л/час 60-80

Габариты, мм 

длина          2800

ширина 650

высота 2700

Вес экструдера, кг 1000

Степень защиты оболочек электроагрегатов экструдера IP54 

ЗИП — выходные шнеки, манжеты опорного узла

        Двухшнековый экструдер в производстве ДПК.

В отличие  от одношнековых машин в корпусе  двухшнековых экструдеров параллельно  располагаются два шнека. По характеру  расположения и направлению вращения шнеков различают двухшнековые экструдеры с зацепляющимися и незацепляющимися шнеками; с однонаправленным и разнонаправленным  вращением шнеков. Определяющими  параметрами, также как и в  случае одношнековых экструдеров, являются диаметр шнеков D и отношение длины  шнека L к его диаметру (L/D)

       Конструкция двухшнекового экструдера:

Практически любой двухшнековый экструдер состаит  из корпуса (1), шнеков (2) и (2а), блока  упорных подшипников (5) и (5а) с фрикционными косозубыми шестернями (4) и (4а), редуктора (7), соединенного с ведомым шнеком при помощи цепной передачи (6). Привод экструдера осуществляется от регулируемого  электродвигателя (8). Перерабатываемый материал поступает в экструдер  через загрузочный бункер (3). Готовый  пластикт экструдируется через гранулирующую  или профилирующую экструзионную  головку (9).

      Двухнековые экструдеры со шнеками противоположного (встречного) вращения (counter-rotating extruder):

 В экструдерах  такого типа шнеки, вращаясь  навстречу друг другу, работают  подобно вальцам. Они перетирают  материал в межшнековом зазоре  и транспортируют его к экструзионной  головке. Если шнеки входят  в полное зацепление, то винтовой  канал одного из них перекрывается  гребнями второго, в этом случае  величина противотока материала  минимальна. Кроме того, при зацепляющихся  шнеках не образуется застойных  зон расплава материала, а шнеки  самоочищаются в процессе экструзии.  В таких экструдерах смесительный  эффект минимален, но исключительно  точна объемная дозировка расплава.

Данный тип  экструдеров используется при переработке  нетермостойких, чувствительных к напряжению сдвига материалов. Все профили ПВХ  производятся, в основном, на экструдерах  этого типа. В производстве изделий  из древесно-полимерного композита - ДПК – применение таких экструдеров  оправдано только при работе по двухступенчатой  технологии, т.е. производство изделий  ДПК из гранулы древесно-полимерного  композита.