Разработка агрегатно-технологической линии производства крепленного вина и расчет подогревателя спирального типа производительностью 25 кг/ч

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИАНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

РЫБОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГОУ ВПО "Дальрыбвтуз")

Кафедра "Пищевая инженерия"

Курсовая работа

"Разработка агрегатно-технологической линии производства крепленного вина и расчет подогревателя спирального типа производительностью 25 кг/ч".

Разработал: студент группы ПИ-31

Фищук Т.В.

Проверил: д. т. н. профессор Угрюмова С.Д.

Владивосток 2011

Содержание

Введение

1. Пищевая ценность вина

2. Агрегатно-технологическая линия

3. Характеристика оборудования в линии

4. Особенности теплообмена в аппарате

5. Расчет теплообменника спирального типа

6. Пути интенсификации теплообмена

Список использованной литературы

Введение

Производство винограда и вина известно с незапамятных времен. Даже обладая многочисленными древнейшими письменами и археологическими данными нельзя с абсолютной достоверностью утверждать, в каком месте земного шара впервые появилась виноградная лоза. Можно говорить только о значительном географическом пространстве, где были обнаружены очаги виноградарства и виноделия. Это, прежде всего, Средиземноморье, Закавказье, Ближний Восток, Средняя Азия и Балканы. По сведениям археологов, уже в каменном веке люди изготовляли опьяняющие напитки из сока малины и ежевики. С течением времени люди заметили также, что наилучший по вкусовым свойствам и хорошо опьяняющий напиток получается из сока винограда, и поэтому начали выращивать виноградную лозу и постепенно путем отбора, селекции и культивирования все более и более улучшали ее качества.

Ценность вина понимали еще в античности. О высоком, непревзойденном в античном мире качестве греческих вин свидетельствует тот факт, что возлияния в честь богов в Риме осуществляли греческим вином, как лучшим, наиболее ценным, хотя местных было достаточно.

Виноградники Древней Греции были расположены в местностях, разнящихся своими природными условиями. Однако все они отличались обилием тепла и света, наличием условий для продолжительного вегетационного периода, разной крутизной и экспозицией склонов, рыхлыми, хорошо прогреваемыми почвами, близостью к морю и исключительной чистотой и прозрачностью воздуха. Для высококачественного виноделия лучших условий нельзя было желать.

По своим качествам греческие вина не повторяли друг друга из-за различий в климате, почвах, условий увлажнения отдельных районов произрастания винограда. На территории Греции произрастали не только отдельные, строго локализованные сорта, но и группы сортов винограда.

Ростовская область <#"730026.files/image001.gif">

Рис 1. Агрегатно-технологическая линия производства вина

-специальный транспорт для доставки виноматериалов;

,3,4 - емкости для отдыха, купажа и оклейки;

,8,12 - фильтры;

,9,11 - спиральные теплообменники;

,10 - термоцистерны;

- резервуар;

- машина для расформирования пакетов из ящиков;

- машина для выемки бутылок из ящиков;

- бутыломоечная машина;

- устройство для инспекции пустых бутылок;

- аппарат для стерилизации бутылок;

- фасовочная машина;

- укупорочная машина;

- аппарат для пастеризации бутылок;

- инспекционная машина;

- машина для отделки горлышек бутылок;

- этикетировочная машина;

- устройство для завертки бутылок в бумагу;

- устройство для санитарной обработки ящиков;

- устройство для укладки бутылок в ящики;

- устройство для формирования пакетов в ящики;

- устройство для межэтажного транспортирования пакетов из ящиков;

,31 - контейнеры для ящиков

3. Характеристика оборудования в линии

. Фильтр-пресс (рис. 2)

Назначение: фильтрование минеральных вод, вин, водок, шампанских вин, коньяков, пива, купажей, сиропов, безалкогольных напитков, растительного масла и других жидкостей.

Рис. 2. Фильтр-пресс

Процесс фильтрации происходит вручную, посредством поворота механизма выжима. Также на фильтре может быть установлен насос помогающий заполнить фильтр перед выжимом.

Фильтровальные плиты изготовлены из полипропилена или нержавеющей стали.

2. Спиральный теплообменник. (рис. 3)

Процессы:

. Жидкость/жидкость - нагрев, охлаждение, рекуперация тепла.

. Пар/жидкость - конденсаторы вакуумные, газоохладители.

Процесс: поверхность нагрева образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделительной перегородке (керну) и свёрнутыми в виде спиралей <#"730026.files/image003.gif">

Рис. 3. Спиральный блоками по два, четыре и восемь аппаратов.

Типы сред: жидкости, образующие отложения, - содержащие твердые частицы, волокна, щелок, шлам, взвеси и суспензии. Газы - чистый пар и его смеси с инертными газами.

3. Машина для расформирования пакетов из ящиков.

Конструкции унифицированы на 70-80%. Машины манипуляторного типа универсальны, они могут быть запрограммированы на нужный режим - формирование или расформирование пакетов. Эти машины весьма перспективны, их можно унифицировать с другими по назначению машинами для создания укрупненных транспортных единиц, например, тара-оборудование для бутылочной продукции с вертикальным способом загрузки и выгрузки бутылок.

Машина, предназначенная для сборки ящиков в пакеты. Ящики по транспортеру поступают на рольганг ящиков, гребенка сдвигает поочередно готовые ряды на лист, пока не соберется слой ящиков Лист выдвигается из-под слоя ящиков, который удерживается упором и устанавливается на поддон. Каретка опускается на высоту ящика, и следующий слой устанавливается на предыдущий. Собранный пакет ящиков поступает на рольганг выдачи.

Основным условием успешного проведения бутылкомоечного процесса является полное удаление загрязнений органической и неорганической природы с поверхности бутылки с целью избежать возможности микробиологического заражения, помня при этом, что внешний вид бутылки должен соответствовать эстетическим запросам потребителя.

5. Этикетировочная машина. (на рис. 4)

Машина для нанесения круговой самоклеящейся этикетки на продукты цилиндрической формы.

Этикетки наносятся на боковую сторону методом обкатки.

Рис. 4. Этикетировочная машина

Оснащена ориентирующим модулем OR для ориентации этикетки на продукте. Характеристики машины:

·              Система самонастройки

·              Регулируемая скорость конвейера

Машина встраивается в любую линию розлива, также может использоваться отдельно от линии.

4. Особенности теплообмена в аппарате

Теплопередачей называется процесс переноса тепла тепловой энергии от одной среды к другой через твердую разделяющую поверхность. Количественной характеристикой этого процесса является коэффициент теплоотдачи К, значение которого определяет количество тепла, переданного за единицу времени от одной жидкости к другой при разности температур между ними в один градус.

В нашем случае происходит теплоотдача через однородную плоскую стенку с коэффициентом теплопроводности l и толщиной d (рис.5). По одну сторону стенки находится горячая среда с температурой t_ж1, по другую - холодная с температурой t_ж2. Температуры поверхностей стенки неизвестны, обозначим их буквами t_с1 и t_c2. Значение суммарного коэффициента теплоотдачи на горячей стороне равно a₁, а на холодной - a₂.

Рис. 5. Теплопередача плоскую стенку

При установившемся тепловом состоянии количество тепла, переданное от горячей жидкости к стенке, равно количеству тепла, переданному через стенку, и количеству тепла, отданному от стенки к холодной жидкости. Следовательно, для теплового потока q можно написать три выражения.

Из этих уравнения определяются частные температурные напоры, а именно:

 (4.1)

Складывая их, получаем полный температурный напор

 (4.2)

из которого определяются значение теплового потока

 Вт/м² (4.3)

значение коэффициента теплопередачи

, Вт/м²К

Таким образом, чтобы вычислить значение коэффициента теплопередачи K для плоской стенки, необходимо знать толщину этой стенки d, коэффициент теплопроводности l и значение коэффициентов теплоотдачи a₁ и a₂.

Описание конструкции аппарата.

Спиральные теплообменники - оборудование, широко распространенное и применяемое в мировой промышленности. Эти аппараты предназначены для подогрева или охлаждения жидкости с помощью жидких теплоносителей и пара. Поверхность теплообмена образована двумя металлическими лентами 1 и 2. (рис.6), свернутыми в виде спиралей, концы которых приварены к глухой перегородке 3. С двух сторон к образованным таким образом спиральным каналом прижаты через уплотнительные прокладки 6 и 9. Один теплоноситель поступает через патрубок 4 и выходит через патрубок 8. Второй теплоноситель поступает через патрубок 7 и выходит через патрубок 5. В аппарате может осуществляться и прямоток, и противоток теплоносителей.

Рис. 6. Схема спирального теплообменника: 1,2-спиральные листы; 3-перегородка; 4,7-паирубки для подвода теплоносителей; 5,8-патрубки для подвода теплоносителей; 6,9-крышки.

Спиральные теплообменники бывают двух типов:

·              разборные теплообменники;

·              сварные теплообменники.

Сварные теплообменники дешевле, но они не обладают таким преимуществом как возможность разборки и элементарной очистки теплообменника.

Спиральные теплообменники можно разбирать для механической очистки поверхности. Недостаток аппаратов этого типа - невозможность использования их при высоких (свыше  Па) давлениях.

Спиральные теплообменники используют также при обогреве паром. В этом случае спиральные поверхности устанавливают вертикально, канал для жидкости наглухо закрывают сверху, а более широкий канал для пара сверху остается открытым, чтобы пар поступал из-под сферической крышки сразу во все витки спирали. Конденсат, совершая, как и жидкость, спиральный путь, отводится через нижнюю крышку. Спиральные теплообменники используются в спиртовой, пищевой, фармацевтической, нефтяной, химической, ЖКХ и других отраслях промышленности, где требуется высокоэффективный теплообмен. На спиртовых предприятиях использование спиральных теплообменников позволяет резко снизить объемы потребляемой воды. Можно использовать жидкости, которые содержат до 20% твердых примесей (осахаренное сусло, бражка), а также встречные потоки газ-жидкость и газ-газ. Горизонтальные спиральные теплообменники применяют для теплообмена между двумя жидкостями.

5. Расчет теплообменника спирального типа

Для конструктивного расчета спирального теплообменника исходными данными служат площадь поверхности теплообменника F, ширина канала b, толщина листов d и высота спирали h. Рассчитаем шаг спирали:

.

Обычно принимают b=8+12= 20мм, d=2+4=6мм.

S=20+6=26мм

Каждый виток спирали строят по радиусам r₁ и r₂:

r₁=0,5d, r₂=0,5d+S,

где d - диаметр первого витка (выбирают по конструктивным соображениям), в первом приближении d»500мм.

r₁=0,5×500=0,25м,

r₂=0,25+0,026=0,276м

Ширина керна (длина пластины разделительной перегородки - пластины, к которой привариваются концы листов первой спирали):

B_k=2r₁-S.

B_k=2×0,25-0,026=0,474м.

Высота спирального канала:

h=G/ (bwr),

где G - массовый расход жидкости, кг/с; w и r - скорость и плотность жидкости.

Скорость движения продукта по трубам лежит в пределах от2 до 4м/с. При первом приближении w=3м/с; r=1020кг/м³ (прил.9 стр140)

м.

Число витков спирали:

,

где L₀ - длина спирали, которую определяют исходя из площади поверхности теплообмена F:

L₀=F/h=1,57м,

где F=pdl=3,14×0,5×1,471=2309,5м²

Затем рассчитаем наружный диаметр спирального теплообменника:

D=d+2nS+d,=0,5+2×3,14×0,026+0,06=0,72м.

Выводы по расчету.

Рассчитав теплообменник спирального типа, мы выяснили, что по конструкции он подходит для производства вина 25кг/ч.

А именно, мы нашли:

·        толщина спирали 6мм,

·        диаметр первого витка спирали d=500мм,

·        наружный диаметр D=720мм,

·        длина спирали L₀=1,57м,

·        площадь теплообмена 2309,5м²

·        число витков в данном теплообменнике равно 3.

6. Пути интенсификации теплообмена

Теплообменные аппараты применяются в пищевой, авиационной и космической и холодильной технике, в системах отопления и горячего водоснабжения, кондиционирования, в различных тепловых двигателях. С ростом энергетических мощностей и объема производства все более увеличиваются масса и габариты применяемых теплообменных аппаратов. На их производство расходуется огромное количество легированных и цветных металлов. Уменьшение массы и габаритов теплообменных аппаратов является актуальной проблемой. Наиболее перспективный путь решения этой проблемы - интенсификация теплообмена.

,

где Q-предаваемая энергия;

K-коэффициент теплопередачи;

F-поверхность теплообмена;

Увеличить количество передаваемой энергии можно увеличив коэффициент теплопередачи К.

Т.к. К - обратная полному термическому сопротивлению (), значит чтобы увеличить К, можно уменьшить R.

 - коэффициент теплоотдачи от жидкости к наружной стенки.

Существуют активные и пассивные методы интенсификации.

К активным методам относятся:

) увеличение скорости теплоносителя Wт;

) увеличение скорости движения теплопередающей поверхности W_пов.

Это методы, влияющие на скорость самого горячего теплоносителя.

К пассивным методам относятся методы при которых, не увеличивая габариты аппарата, можно увеличить поверхность нагрева за счет геометрических форм. Например, рефленные, пластинчатые поверхности и различные вставки. Эти методы влияют на состояние и конфигурацию поверхности.

Для интенсификации теплообмена при кипении используют нанесение на поверхность тонких покрытий из низкотеплопроводного или пористого материала, устанавливают неизотермические ребра, используют шероховатые поверхности.

Для интенсификации теплообмена при конденсации предлагают турбулизаторы или ребра, разрушающие пленку конденсата, несмачиваемые покрытия, жидкие стимуляторы для создания капельной конденсации, закрутку потока или вращение поверхности теплообмена.

Высокоэффективным часто оказывается применение комбинированных методов интенсификации: комбинирование турбулизаторов с оребрением поверхности или с закруткой потока, использование закручивающих устройств при течении суспензии, при кипении - применение турбулизаторов с низкотеплопроводными покрытиями.

При выборе того или иного метода интенсификации теплообмена приходится учитывать не только эффективность самой поверхности, но и технологичность изготовления поверхности, технологичность сборки теплообменного аппарата, прочностные требования, загрязняемость поверхности, особенности эксплуатации и т.д.

Список использованной литературы

1.       Процессы и аппараты пищевых производств: Учебное пособие/Г.Н. Ким, С.Д. Угрюмова-Владивосток: Дальрыбвтуз, 2010-482с.

2.       Машины и аппараты пищевых производств. В 2кн. Учебн. Для вузов/С.Т. Антипов, И. Т Кретов, А.Н. Остриков и др.: Под ред. Акад. РАСХН В.А. Панфилова. - М.: Высш. шк., Кн1: 2001-703с. Кн2: 2001. - 680с.: ил.

.        С.Д. Угрюмова, Т.И. Ткаченко - Курсовое проектирование "Процессы и аппараты пищевых производств". Уч. Пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2007. - 156с.

.        Баранцев В.И. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств. М.: Агропромиздат, 1985-136с.

.        С.А. Галкин - Книга о вине. 1999-104с.

.        Физико-химические показатели вина и виноматериалов.: В.А. Субботин, С.Т. Тюрин, Г.Г. Валуко. Издательство: Пищевая промышленность. 1972-161с.

.        "Политехнический словарь" / Гл. ред. Акад.А.Ю. Ишлинский - П50 2-е изд. - М: Советская энциклопедия, 1980-656с., илл.

8.       www.ua. all. biz.ru