Цех виробництва морозива
Зміст
Вступ…………………………………………………………………
1. Опис технологічної схеми і технологічних режимів…………………………...6
2. Розрахунок основних елементів апарату………………………………………14
2.1 Визначення розрахункових параметрів апарату……………………………..14
2.1.1 Висота корпусу апарата……………………………………………………...
2.1.2 Висота рідини в апараті………………………………………………….…..
2.1.3 Розрахунковий внутрішній тиск в апараті………………………………….14
2.2 Розрахунок обичайки корпусу………………………………………………...15
2.2.1 Товщина стінки обичайки при навантаженні
внутрішнім розрахунковим надлишковим
тиском………………………………………………………………
2.2.2 Визначення товщини стінки обичайки
при навантаженні осьовою розтягуючою
силою……………………………………………………………….
2.3 Розрахунок еліптичного днища……………………………………………….16
3. Розрахунок на міцність елементів обладнання………………………………..18
3.1. Обичайка циліндрична № 1…………………………………………………...18
3.2. Днище еліптичне № 1………………………………………………………….20
3.3. Штуцер Α……………………………………………………………………….
3.4. Штуцер В……………………………………………………………………….
3.5. Розрахунок на статичну міцність валу насоса……………………………….30
Висновок…………………………………………………………
Список використаної
літератури………………………………………………….
Вступ
Морозиво - дуже давні ласощі. Історики вважають, що морозиво налічує більше 5000 років.
Ще в 3000 році до нашої ери в Китаї до столу подавалися десерти, віддалено нагадуючи морозиво-сніг і лід, змішані зі шматочками апельсинів, лимонів та зернятками гранатів. Рецепти та способи зберігання були розсекречені лише в XI столітті до нашої ери в книзі «Ши-кінг».
Створення першого справжнього морозива, відомого нам, з додаванням молока, цукру, шоколаду, ванілі і т. д., приписують паризькому кафе "Tortoni" в кінці XVIII століття.
До появи сучасних способів заморожування морозиво було розкішним делікатесом тільки для особливих випадків. Виробництво морозива було досить складним.
В даний час морозиво виробляється з використанням автоматичних фрезерів у випадках, коли продуктивність повинна бути від 1 до 15 кг в годину. Можливості виробництва більш серйозних обсягів доступні на холодокомбінатах.
1. Опис технологічної схеми і технологічних режимів.
Приймання молока здійснюється відповідно до органолептичними, мікробіологічними та фізико-хімічними нормами, встановленими ГОСТом 52054-03, приймання молока здійснюється відцентровим насосом марки В2-ОРА-2. Уся сировина, що використовується для виробництва морозива, приймають за кількістю та якістю. Рідка сировина знаходитися в охолодженому стані в резервуарах, інша сировина зберігається в камерах, в яких підтримуються певна температура і вологість повітря.
Резервування молока. Профільтроване молоко надходить у вертикальний резервуар марки В2-ОМВ-2, 5, де відбувається його охолодження з метою продовження бактерицидної фази і зберігання з метою забезпечення проточності виробництва. Резервуар для зберігання забезпечений теплоізоляцією, охолоджуючою батареєю і мішалкою. В якості холодоносія використовується розчин хлористого кальцію (розсіл). Температура зберігання молока не вище +6 0С.
Підготовка сировини. Для виробництва морозива використовуються наступні компоненти:
• Молоко коров'яче; вода: фільтруються для очищення від механічних домішок і підігріваються в пластинчастому теплообміннику гарячою водою до t 35 - 40 0С.
• Масло коров'яче вершкове: поверхню моноліту очищають від пергаменту, зачищають і розплавляють на змійовикових плавниках, t яких повинна бути не вище 40 0С з метою запобігання витоплювання молочного жиру.
• Цукор-пісок; молоко цільне сухе; молоко знежирене сухе: просівають, в разі необхідності подрібнюють і розтирають. Молоко цільне сухе для кращого розтирання ретельно перемішують із цукровим піском у співвідношенні 2:1 і розтирають в теплому молоці до отримання однорідної маси.
• Молоко цільне згущене з цукром: очищають від можливого запліснівіння.
• Стабілізатор-емульгатор: змішують з цукром-піском, потім підігрівають до t 45 -55 0С.
• Ванілін: вносять в суміш у вигляді 5% водного розчину, або у вигляді водно-спиртового розчину: 300 ± 1 г. ваніліну, 200 ± 1 г. спирту і 500 ± 1 г. води при t не нижче 30 0С.
Складання суміші. Процес відбувається у ваннах марки Д7-ОСА-1 (морозиво вершкове) або у ванні В2-ОСВ-5 (морозиво пломбір). Суміш морозива готують у відповідності з рецептурами, які розраховують виходячи з фактичної наявності сировини, його складу. Сировину для приготування суміші морозива вводять в наступному порядку: рідкі компоненти, згущені молочні продукти, сухі продукти, стабілізатори.
Рідкі компоненти підігрівають до t 35 - 40 0С, після цього у ванну вносять згущені і сухі компоненти. Масло вершкове вводитися в суміш в розплавленому вигляді з t 38 -40 0С. Суміш витримують при перемішуванні протягом 20 -30 хвилин. Перемішування проводиться при t 35 - 40 0С, що забезпечує хороше розчинення і уникає заварювання деяких компонентів. В останню чергу перед пастеризацією вносять стабілізатори, а деякі смакові наповнювачі вносять перед фрезеруванням.
Фільтрування суміші. Для видалення із суміші не розчинившихся грудочок сировини і можливих різних механічних домішок її фільтрують після змішування компонентів, використовуючи для цієї мети сітчасті фільтри марки А1-ОШФ.
Пастеризація. Метою пастеризації є знищення патогенних мікроорганізмів і зниження загального числа змісту мікрофлори. Через підвищення вмісту сухих речовин, необхідності в подальшому отримати більш в'язку, густу консистенцію і надання захисної дії на мікроорганізми вибирається більш суворий режим пастеризації t 80 - 85 0С витримка 3-5 хвилин. Проводять пастеризацію на ОПЯ-2, 5, суміш подається в 2 секції рекуперації, потім надходить у секцію пастеризації. Потім виходить на гомогенізацію з тією ж температурою. Після гомогенізації суміш надходить у секції рекуперації, де частково віддає своє тепло знову надійшовшій суміші, а потім йде в секцію охолодження, де охолоджується до t 4 -6 0С.
Фільтрація суміші проводиться з метою видалення частинок пригару, що утворився при пастеризації.
Гомогенізація суміші проводиться з метою поліпшення структури морозива за рахунок дроблення жирових кульок, що веде до зменшення їх відстоювання при зберіганні.
Гомогенізацію проводять на гомогенизаторах А1-ОГМ-2, 5 2-му ступені з температурою пастеризації, так як більш низька t викликає в суміші утворення жирових кульок, які в результаті процесу збивання руйнують повітряні бульбашки і погіршують збитість морозива, отже, консистенція виходить неоднорідна і відчуваються крупинки жиру. Тиск для вершкового 12,5 МПа, пломбір 9 МПа.
Охолодження і дозрівання суміші. Охолодження проводиться на ОПЯ-2, 5, воно необхідне для підготовки суміші до дозрівання. Охолоджену суміш направляють в резервуар марки В2-ОМВ. У процесі дозрівання, в результаті кристалізації деяких тригліцеридів 50% молочного жиру твердне. А так же в процесі дозрівання відбувається набухання білка молока і стабілізатора, знижується кількість води, що перешкоджає утворенню великих кристалів льоду в процесі заморожування.
Тривалість дозрівання залежить від виду внесеного стабілізатора (желатин - не менше 4 год.; агар-агар - виключається дозрівання).
Фрезерування - основний процес виробництва морозива, при здійсненні якого відбувається часткове заморожування і насичення суміші повітрям, який в продукті розподіляється у вигляді найдрібніших бульбашок. Процес фрезерування суміші здійснюється на фрезері Б6-ОФШ. Під час цього процесу формуються в суміші повітряні бульбашки, які однакого розподіляються, об'ємна частка повітря в продукті має великий вплив на структуру і смакові достоїнства морозива. Заморожена суміш виходить з фрезера з t -3 - 5 0С, та збитості що досягає 100%. Збитість визначають ваговим або об'ємним методом.
Фасовка. Вихідне з фризера морозиво надходить негайно на фасовку. Морозиво може бути з вафлями і без них, покрита глазур'ю і без неї, упаковано в етикетку або в пакет. Для фасування застосовують потокову лінії М6-ОЛ2В (морозиво у вафельному стаканчику), а також лінії Л5-ОЕК (морозиво ескімо на паличці).
Закалка здійснюється як в спеціальних закальних камерах на лініях М6-ОЛ2В (t повітря в камерах до -30 0С), так і в ескімогенераторах на лінії Л5-ОЕК (безконтактний спосіб). У процесі загартовування утворюються нові кристали льоду, відбувається їх зрощення в жорсткий кристалізаційних каркас, що надає морозиву більшу міцність.
Упаковка. Готове морозиво упаковується в споживчу або транспортну тару. На лінії М6-ОЛ2В морозиво після закалочної камери надходить на стіл, звідки воно вручну укладається в картонну коробку по 32 шт. На лінії Л5-ОЕК за допомогою відвідного конвеєра морозиво подається до загортальної машини, де воно упаковується в етикетку, поперечний шов скріплюється гарячим зварюванням, упаковки від'єднуються одна від одної відрізанням. Укладання морозива здійснюється вручну по 50 шт.
Зберігання та транспортування. Тривале зберігання морозива (понад 2 місяці) можливо тільки при t -30 0С. Допускається зберігати морозиво при t -22 - 26 0С - 1-2 місяці і відносною вологістю повітря 85 - 90%.
Для транспортування морозива до місця реалізації використовують автомобілі, обладнані холодильними камерами.
Продуктовий розрахунок
Морозиво вершкове 2,5 т. в зміну.
Таблиця 1.1.1
Найменування продукції |
Кількість сировини, % |
Кількість сировини, т | |
В зміну |
У добу | ||
1. Молоко коров'яче цільне |
48,24 |
1206 |
1206 |
2. Вершки з коров'ячого молока |
18,22 |
455,5 |
455,5 |
3. Молоко цільне згущене з цукром |
9,7 |
241,2 |
241,2 |
4. Молоко, знежирене згущене з цукром |
11,5 |
287 |
287 |
5.Цукор- пісок |
4,7 |
118,5 |
118,5 |
6.Агароід |
0,3 |
7,3 |
7,3 |
7.Ванілін |
0,02 |
0,4 |
0,4 |
8.Вода питна |
3,9 |
96,3 |
96,3 |
Виробляється морозиво у вафельному стаканчику на лінії М6-ОЛ2В. Річний обсяг переробки 2200т.\рік. Розрахувати витрати компонентів за рецептурою № 1 на 2,5 т.
Таблиця 1.1.2
Компоненти |
На 1 т. без втрат кг. |
На 1 т. з втратами кг. |
На 2,5 т. з втратами кг. |
1. Молоко коров'яче цільне (жир 3,2%, СОМО 8%) |
500 |
511 |
1206 |
2. Вершки з коров'ячого молока (жир 40%, СОМО 4,8%) |
188,8 |
193 |
455,5 |
3. Молоко цільне згущене з цукром (жир 8,5%, СОМО 26%, цукор 43,5%) |
100 |
102,2 |
241,2 |
4. Молоко, знежирене згущене з цукром (СОМО 26%, цукор 14%) |
119 |
121,6 |
287 |
5.Цукор- пісок |
49,1 |
50,2 |
118,5 |
6.Агароід |
3 |
3,1 |
7,3 |
7.Ванілін |
0,15 |
0,15 |
0,4 |
8.Вода питна |
39,95 |
40,8 |
96,3 |
Разом: |
1000 |
1022,0 |
2412,2 |
Знаходимо Нр суміші на 1 т. морозива, розфасованого в вафельний стаканчик, з урахуванням втрат.
Розраховуємо масу компонентів з урахуванням втрат на 1 т. морозива при виробництві та фасуванні за формулою:
, де
М к.п. - маса з урахуванням втрат,
М к.б.п. - Маса компонентів без урахування втрат,
Нр. - Норми втрат.
1.Молоко коров'яче цільне:
9.Карамель (жир 7,5%, сахароза 38,7%, СОМО 64,0%) |
137,3 |
140,3 |
331,1 |
10. Вафельні стаканчики (сухі речовини 96%) |
85,7 |
87,6 |
206,7 |
Мк.п.= = 511 кг.
2. Вершки з коров'ячого молока:
Мк.п.= = 193 кг.
3. Молоко цільне згущене з цукром:
Мк.п.= = 102,2 кг.
4. Молоко, знежирене згущене з цукром:
Мк.п.= = 121,6 кг.
5. Цукор- пісок:
Мк.п.= = 50,2 кг.
6. Агароід:
Мк.п.= = 3,1 кг.
7. Ванілін:
Мк.п.= = 0,15 кг.
8. Вода питна:
Мк.п.= = 40,8 кг.
Разом: 511 + 193 + 102,2 + 121,6 + 50,2 + 3,1 + 0,15 + 40,8 = 1022,0 кг.
9. Карамель:
Мк. п. = = 140,3 кг.
10. Вафельні стаканчики:
Мк. п. = =87,6 кг.
11.Маса суміші морозива:
= 2,36 кг.
Розраховуємо масу компонентів з урахуванням втрат на 2,5 т.
1. Молоко коров'яче цільне
Мк. п. = 511 · 2,36 = 1206 кг.
2. Вершки з коров'ячого молока:
Мк. п. = 193 · 2,36 = 455,5 кг.
3. Молоко цільне згущене з цукром:
Мк. п. = 102,2 · 2,36 = 241,2 кг.
4. Молоко, знежирене згущене з цукром:
Мк. п. = 121,6 · 2,36 = 287 кг.
5. Цукор- пісок:
Мк.п.= 50,2 · 2,36 = 118,5 кг.
6. Агароід:
Мк.п.= 3,1 · 2,36 = 7,3 кг.
7. Ванілін:
Мк.п.= 0,15 · 2,36 = 0,4 кг.
8. Вода питна
Мк.п.= 40,8 · 2,36 = 96,3 кг.
9. Карамель:
Мк.п.= 140,3 · 2,36 = 331,1 кг.
10. Вафельні стаканчики:
Мк.п.= 87,6 · 2,36 = 206,7 кг.
Виходячи з результатів продуктового розрахунку вибираємо обладнання для лінії виробництва морозива.
Для прийому і зберігання молока приймаємо резервуар В2-ОМВ-2, 5 номінальною ємністю 2,5 м3.
Для перекачування молока і молочної суміші вибираємо роторний насос В3-ОРА-2А продуктивністю 2 м3 / ч, призначений для перекачування по трубах в'язких молочних, чи інших харчових продуктів (вершки, концентроване і згущене молоко з концентрацією не менше 45%, суміші для морозива, кисломолочні продукти) температурою до +90 С.
2. Розрахунок основних елементів апарату
2.1 Визначення розрахункових параметрів апарату
2.1.1 Висота корпусу апарата
,
де - висота конічної частини кришки,
100мм - розмір, який приблизно враховує висоту циліндричної відбортовки кришки і товщину фланця кришки.
2.1.2 Висота рідини в апараті
Рівень заповнення апарату рідиною вибираємо 80%
2.1.3 Розрахунковий внутрішній тиск в апараті
Розрахунковий внутрішній тиск в апараті складається із заданого внутрішнього тиску і гідростатичного тиску середовища:
де - гідростатичний тиск середовища.
Очевидно:
МПа,
тут м/с2 - прискорення вільного падіння,
кг/м3 - щільність середовища.
Оцінюємо величину гідростатичного тиску в порівнянні з тиском в апараті
У нашому випадку розрахунковий тиск дорівнює
Мпа.
2.2 Розрахунок обичайки корпусу
У процесі роботи апарату обичайка відчуває наступні деформації:
розтягнення в окружному напрямку від внутрішнього тиску,
розтягнення по висоті апарата від осьової сили, що розтягує.
2.2.1 Товщина стінки обичайки при навантаженні внутрішнім розрахунковим надлишковим тиском визначається виразом
,
де - ц - коефіцієнт міцності поздовжнього зварного шва, який приймається в залежності від типу зварного шва, виду зварювання і довжини контрольованих швів. Орієнтовно його значення приймають у межах 0,65-1. Приймаємо ц=1, - розрахунковий тиск.
- діаметр апарату.
- допустима напруга для сталі 08Х18Н10Т.
Отримуємо:
мм.
2.2.2 Визначення товщини стінки обичайки при навантаженні осьовою розтягуючою силою
Осьова сила, що розтягує:
кН,
Товщина стінки:
мм.
Надбавки до розрахункової товщини стінки обичайки:
,
тут - надбавка для компенсації корозії та ерозії:
,
де - надбавка для компенсації ерозії. , так як швидкість руху середовища в апараті менше 20 м/с і відсутні абразивні частки, - надбавка для компенсації корозії:
мм.
тут ф = 10 років - термін служби апарату,
мм/год - швидкість корозії для сталі 08Х18Н10Т.
Тоді
мм.
Загальна товщина обичайки:
мм
З ГОСТ 19903-74 «Сталь листова
гарячекатана» приймаємо
2.3 Розрахунок еліптичного днища
Товщина стінки днища при навантаженні внутрішнім розрахунковим надлишковим тиском визначається виразом
мм.
Надбавки до розрахункової товщини стінки обичайки:
,
тут - надбавка для компенсації корозії та ерозії:
,
де - надбавка для компенсації ерозії. , так як швидкість руху середовища в апараті менше 20 м/с і відсутні абразивні частки, - надбавка для компенсації корозії:
мм.
тут ф = 10 років - термін служби апарату,
мм/год - швидкість корозії для сталі 08Х18Н10Т.
Тоді
мм.
Загальна товщина обичайки:
мм.
3. Розрахунок на міцність елементів обладнання
3.1. Обичайка циліндрична № 1
3.1.1. Вихідні дані:
Матеріал: 08Х18Н10Т
Внутрішній діаметр, D: 1,6 ∙ 103 мм
Товщина стінки, s: 3 мм
Надбавка для компенсації корозії та ерозії, c1: 1 мм
Надбавка для компенсації мінусового допуску, c2: 0,8 мм
Надбавка технологічна, c3: 0 мм
Сума надбавок до розрахункової товщини стінки, c: 1,8 мм
Довжина обичайки, L: 2,5 ∙ 103 мм
Коефіцієнти міцності зварних швів:
Поздовжній шов:
Окружний шов:
- Результати розрахунку:
Допустимі напруги для матеріалу 08Х18Н10Т при температурі (робочі умови):
МПа
Модуль поздовжньої пружності для матеріалу 08Х18Н10Т при температурі :
МПа
- Розрахунок на міцність і стійкість за ГОСТ 14249-89
Гладка обичайка, навантажена внутрішнім надлишковим тиском.
Допустимий тиск:
МПа
МПа МПа
Висновок: Умова міцності виконана.
Розрахункова товщина стінки з урахуванням прибавок:
мм
Розрахунковий діаметр одиночного отвору, що не потребує зміцнення:
Мінімальна відстань між "одиночними" штуцерами:
мм
Обичайка, навантажена осьовим розтягуючим зусиллям.
Допустиме осьове стискуюче зусилля з умови міцності:
Н
Допустиме осьове розтягуюче зусилля:
Н
Висновок: Умову міцності і стійкості виконано.
Обичайка, що працює під спільною дією внутрішнього тиску, осьового розтягуючого зусилля і згинального моменту.
Перевірка умови міцності:
Висновок: Умову міцності виконано.
3.2. Днище еліптичне № 1
Розрахунок на міцність і стійкість за ГОСТ 14249-89
3.2.1. Вихідні дані
Матеріал: 08Х18Н10Т
Внутрішній діаметр, D: 1,6 ∙ 103 мм
Товщина стінки днища, s1: 5 мм
Надбавка для компенсації корозії та ерозії, c1: 1 мм
Надбавка для компенсації мінусового допуску, c2: 0 мм
Надбавка технологічна, c3: 0 мм
Сумарна надбавка до товщини стінки, c: 1 мм
Висота днища, H: 350 мм
Довжина відбортовки, h1: 100 мм
Радіус кривизни в вершині днища:
мм
Коефіцієнт міцності зварного шва:
3.2.2. Розрахунок у робочих умовах
3.2.3. Умови навантаження:
Розрахункова температура, T: 20 ˚C
Розрахунковий внутрішній надлишковий тиск, p: 0,2032301 МПа
3.2.4. Результати розрахунку:
Допустимі напруги:
Допустимі напруги для матеріалу 08Х18Н10Т при температурі (робочі умови):
МПа
Модуль поздовжньої пружності для матеріалу 08Х18Н10Т при температурі :
МПа
Днища, навантажені внутрішнім надлишковим тиском.
Розрахункова товщина стінки з урахуванням прибавок:
мм
Допустимий тиск:
МПа
МПа МПа
Висновок: Умову міцності виконано.
3.3. Штуцер А
Розрахунок міцності вузла врізки штуцера
3.3.1. Вихідні дані
Елемент: Штуцер А
Умовне позначення (мітка) А
Елемент, що несе штуцер: Днище еліптичне
Тип елемента, що несе штуцер: Днище еліптичне
Тип штуцера: непроходящий без зміцнення.
Матеріал несучого елемента: 08Х18Н10Т
Товщина стінки несучого елемента, s: 5 мм
Сума прибавок до стінки несучого елемента, c: 1 мм
Матеріал штуцера: 08Х18Н10Т
Внутрішній діаметр штуцера, d: 50 мм
Товщина стінки штуцера, s1: 5 мм
Сума надбавок до товщині стінки штуцера (включаючи корозію), cs: 1 мм
Довжина штуцера, l1: 160 мм
Розрахункові параметри розміщення штуцера:
Найближчий штуцер
Назва штуцера: Штуцер В
Відстань до стінки найближчого штуцера, b: (для похилих штуцерів
визначається наближено) 409,1804 мм
Коефіцієнти міцності зварних швів:
Поздовжній шов штуцера:
Шов обичайки в зоні врізання штуцера:
Розрахунковий діаметр випуклого еліптичного днища:
3.3.2. Розрахунок у робочих умовах
3.3.3. Умови навантаження:
Розрахункова температура, T: 20 ˚C
Розрахунковий внутрішній надлишковий тиск, p: 0,2221402 МПа
Властивості матеріалу елемента, що несе штуцер
Допустимі напруги для матеріалу 08Х18Н10Т при температурі (робочі умови):
МПа
Модуль поздовжньої пружності при температурі
МПа
Властивості матеріалу штуцера:
Допустимі напруги для матеріалу 08Х18Н10Т при температурі (робочі умови):
МПа
Модуль поздовжньої пружності при температурі
МПа
Розрахункова товщина стінки штуцера:
мм
Допустимий тиск:
МПа
24 МПа ≥ 0,2221402 МПа
Висновок: Умова міцності і стійкості виконано.
3.3.4. Розрахунок зміцнення отвору по ГОСТ 24755-89