Проект отделения производства шоколадных масс с разработкой смесителя и мельницы

 

1.3 Описание технологической схемы

Из ёмкостей(поз.1) для хранения, компоненты поступают в смеситель (поз.2).

Смешивание рецептурных компонентов  осуществляется в  смесителе(поз.2). С помощью компьютера осуществляется контроль веса, для чего смеситель(поз.2) установлен на весы, а показания веса выводятся на компьютер.

После окончания  загрузки в смесителе(поз.2) происходит процесс смешивания, продолжительность которого зависит от вида массы. Весь процесс загрузки, смешивания и выгрузки занимают 30 минут.

Хорошее смешивание всех компонентов, предназначенных  для вальцевания, необходимо для  получения качественной продукции. Плохо перемешанная масса усложняет процесс вальцевания и не дает однородного продукта. Слишком короткое время смешивания - слишком сухая масса. Слишком большое время смешивания - слишком мягкая масса.

Поскольку смешанная  масса содержит сахар-песок, кристаллы которого достаточно крупного размера и требуют дополнительного измельчения, то данная масса из смесителя(поз.2) с помощью транспортера(поз.7) сначала поступает в приемную воронку(поз.3), а затем в двухвалковую мельницу(поз.4) для предварительного измельчения  массы.

В процессе вальцевания  происходит измельчение частиц массы  и смешивание последних между  собой.

Из двухвалковой мельницы(поз.4) масса поступает на транспортер(поз.7), передающий массу в приемные воронки пятивалковых мельниц(поз.5), где подвергается более тонкому измельчению для получения конечной дисперсности, равномерности и удовлетворения высоким требованиям по качеству.

Масса перемещается с нижнего валка на верхний. С  пятого валка масса срезается  ножом и поступает на транспортер в виде шоколадного порошка.

Полученная  после обработки на пятивалковых мельницах масса анализируется  на степень измельчения.  Отбирается средняя проба массы не менее 2-х раз или чаще по мере необходимости  в течение одного заказа со всех пятивалок и измеряется на специальном аналитическом оборудовании (Малвер).

Если результат  анализа не соответствует нормам, регулируется величина зазора между  валками, добиваясь необходимых  результатов и вновь контролируется.. Вальцованная  шоколадная  масса  транспортером(поз.7)  подается  в конш-машину.

В конш-машинах(поз.6)  имеются три вала с лопастями, два из них вращаются в одну сторону, а третий в противоположную. Таким образом происходит эффект двойного переворачивания. Зоны давления возникают внутри массы, между массой и дном машины. Обеспечивается хорошая вентиляция и захват воздуха массой. За счет этого достигаются значительные разрывающие напряжения, необходимые для предотвращения агломерации порошкообразной массы, поступающей на конширование.

Конширование массы происходит за счет перемешивания ее с помощью вращающихся лопастей сначала в одну сторону, а затем в другую. При этом скорость вращения лопастей меняется в зависимости от вида массы и стадии конширования. Процесс конширования  записан в память компьютера в виде рецепта. Для обработки каждого вида массы имеется определенный рецепт Время обработки и температура зависят от свойств применяемого сырья и желательного качества готовых изделий, и  устанавливаются в соответствии с рецептурами на конкретный вид массы.

     Готовая масса перекачивается насосом(поз.8) на производство.

4. Материальный баланс оборудования

Исходными     данными     для     материальных     расчетов     являются утвержденные рецептуры  на молочную шоколадную массу, а также производительность цеха-72 тонны в сутки.

             Таблица 1.8.

Рецептура и величина потерь шоколадной массы

 

компонент	Массовая доля компонентов, %	Массовая доля в кг. на тонну готовой продукции	Потери, %	Массовая доля потерь на тонну готовой  продукции, кг.
1	2	3	4	5
Какао масса	20.356	203,56	0,9471	1,9
1
Сахар песок	54,166	541,66	2,52	13,65
Сухое молоко	0,03	0,3	0,00092	0.00000276
Сыворотка молочная	0,038	0,38	0,00176	0.000067
Эмульгатор	0,36	3,6	0,086	0.003
Ванилин	0,33	3,3	0,0154	0.00051
Обезвоженный молочный жир	1,3	13	0,0399	0.005
Масло какао	23,42	234,2	0,72	1.69
Итого	100	1000		17,249

 

Пример расчета:

Массовая доля какао массы на тонну готовой продукции:

Мкако масса=(Хкакао масса *1000)\100, где (1.1)

Хкакао масса=20,356-массовая доля компонента, %

Мкако масса=(20,356*1000)/100=203,56 кг.

Данный расчет ведется по каждому  компоненту рецепта.

Массовая доля потерь какао массы на тонну готовой продукции:

Пкакао масса= (Мкако масса*П)/100, где (1.2)

П=0,947-потери какао массы, %

Пкакао масса=(203,56*0,947)\100=1,9 кг.

Данный расчет ведется по каждому  компоненту рецепта.

Сумма потерь при производстве 1000 кг. шоколадной массы: ∑П=17,249

Сумма потерь при производстве 72000 кг. шоколадной массы: 17,249*72=1242 кг\сутки

Расход продукта для производства 72000 кг. в сутки:

Qсутки=72000+1242=73242кг\сутки

 

Производительность  смесителя за цикл.

Количество циклов:

 циклов, где (1.3)

-время одного цикла, 0.5 часа.

Количество массы загружаемой  за цикл:

Qц=73242/ =1525 кг/цикл

 

 

 

 

Таблица 1.9.

Расход каждого компонента за цикл.

 

Наименование компонента	%	Расход за цикл, кг.
Какао масса	20,356	310,04
Сахар песок	54,166	826,03
Масло какао	23,42	357,16
Сухое молоко	0,03	0,46
Сыворотка молочная	0,038	0,58
Эмульгатор	0,36	5,49
Ванилин	0,33	5,03
Обезвоженный молочный жир	1,3	19,83

 

 

 

Расход какао массы за цикл:

Рц=(Qц* Хкакао масса)/100 (1.4)

Рц=(1525*20,356)/100=310,429 кг\цикл

Данный расчет ведется по каждому компоненту рецепта.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.10.

Таблица материального баланса

 

Приход			Расход
Наименование статей прихода	Количество		Наименование статей расхода	Количество
	кг	%		кг	%
Какао масса	306,6	20,35	Шоколадная масса	1525	98,36
Сахар песок	815,7	54,166	Потери	25	1,64
Масло какао	352,9	23,43
Сухое молоко	0,57	0,03
Сыворотка молочная	4,51	0,038
Эмульгатор	4,67	0,36
Ванилин	3,02	0,33
Обезвоженный молочный жир	0,45	1,3
Итого	100	1506	Итого	1525	100

 

Сумма потерь при производстве 1000 кг. шоколадной массы 17,249 кг. значит при производстве 1500 кг. шоколадной массы потери будут состовлять: (1500*17,249)\1000=25 кг.

 

1.5.Расчет вместительности  смесителя за цикл

 

Vц=1525/(ρ*Кз), где (1.5)

 

ρ - плотность шоколадной массы, 1630 кг/ м³

Кз-коэффициент заполнения, 0,8

 

Vц=1525/(1630*0,9)=0,9 м³

1.6.Расчет производительности мельницы

 

Режим работы мельницы: непрерывный.

Потери продукта в мельнице очень малы поэтому ими можно  пренебречь.

Производительность мельницы:

Qмельницы=Qсутки/24 (1.6)

                                               Qмельницы=72000 /24=3000 кг/час

 

 

 

2.Проектно-конструкторская  часть

2.1.Расчет смесителя

2.1.1. Конструктивный расчет смесителя

Для проведения процесса смешения необходимо правильно выбрать конструктивную схему корпуса. Выберем схему корпуса тип ВКЭ исполнение 2 по ГОСТ 9931-79 наиболее отвечающую требованиям производства (выберем угол при вершине конического днища α = 60º), крышку принимаем эллиптическую отбортованную.

Определим конструктивные размеры  обечайки с учетом принятой номинальной внутренней вместимости корпуса: диаметр обечайки: 600 мм; длина цилиндрической части обечайки 500 мм, общая длина аппарата L=1246 мм.

 Материал обечайки-сталь 12Х18Н10Т ([σ] = 157 МПа;    n = 0,1 мм/год   Е = 2,15∙10⁵ МПа)

   Конструктивные размеры  крышки: диаметр D=600 мм, высота  Н=175мм, днища: диаметр D=600 мм, высота Н=571 мм.

Принимаем фланцы для аппаратов  стальные плоские приварные: фланец 1-600-3 ОСТ 26-426-79.

Так как ведётся перемешивание тяжелой массы и  нежелательно выпадение отдельных компонентов на стенках сосуда, то выбираем рамное перемешивающие устройство.

 

2.1.2.Определение размеров мешалки

Диаметр мешалки:

 мм. (2.1)

Ширина лопасти мешалки:

 мм. (2.2)

Расстояние от днища до мешалки:

 мм.  (2.3)

Высота мешалки:

 мм. (2.4)

 

 

 

2.1.3.Расчет мощности привода

Мощность привода на перемешивание  среды:

, где (2.5)

– диаметр мешалки;

= 1630 кг/м³ – плотность перемешиваемой среды (шоколад);

Примем частоту вращения мешалки  n = 69 об/мин, которая обеспечивает нормальное протекание технологического процесса и предотвращает загустение и налипание продукта на стенки смесителя.

– критерий мощности, характеризующий  режим движения среды в аппарате, тип перемешивающего устройства и конструктивные особенности аппарата.

Определим критерий мощности.

Критерий мощности зависит от критерия Рейнольдса и определяется по графику конкретно для каждого типа перемешивающего устройства.

Критерий Рейнольдса:

, где (2.6)

 н∙с/м² – динамический коэффициент вязкости шоколадной массы при 20ºС.

Тогда

Определяем значение критерии мощности по графику :

= 0,7

Тогда

Вт.

Окончательно требуемая мощность определяется по формуле:

, где (2.7)

= 1,5 – если вязкость жидкости  больше 0,5 н∙с/м²;

= 1 ÷ 2,5 – для рамной мешалки  → принимаем  = 2;

-если есть термометр;

Тогда

 Вт.

По полученному значению мощности для мешалки подбираем мотор-редуктор типа МПО2 и электродвигателем серии АО2. Привод 3-2,2-6,6 МН 5855-66.

2.1.4. Расчет обечайки, работающей под наливом

Расчетная толщина стенки обечайки, работающего под    наливом, подверженному внутреннему давлению определяется по формуле:

,  где (2.8)

s – толщина стенки аппарата, м;

       – внутренний диаметр аппарата, м;

  – расчетное давление, МПа;

       [σ] – допускаемое напряжение материала аппарата, МПа;

       φ – коэффициент  прочности сварного шва;                                   

       с – прибавка  на износ металла, с учетом срока службы аппарата и

             минусовый допуск по толщине,  м. 

Допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т при температуре 20ºС          [σ] = 157 МПа;   

модуль упругости Е = 2,15∙10⁵ МПа;  

скорость коррозии n = 0,1 мм/год. 

 

φ = 1 – сварной шов стыковой или  тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой по ГОСТ 14249-80 .

с = , где (2.8)

мм/год – скорость износа материала;

 лет – срок службы аппарата.

с =

мм

Расчетное давление:

, где (2.9)

 – давление среды ( = 0,1); – высота столба жидкости (примем = 1,1м).

Тогда

 МПа.

=785

Тогда

м.

Принимаем s = 4 мм.

Проверочный расчет:

; .

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

 (2.10) 

 – условие выполняется.