Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

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 экстрадированных продуктов. Особое мнение имеют такие параметры, как уклон режущей кромки матрицы и количество тепловой энергии, образующиеся в процессе экструдирования за счет механического преобразования энергии; температура во время 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, подъема давления бывают чаще. В результате продукт из экструдера выпускается неравномерно.

Однако предполагается, что в одношнековом экструдере износу. Изнашиваются шнеки в местах загрузки и выгрузки продукта.

В этой связи свойства конечного продукта и эффективность процесса экструдирования в большей 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. 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. томатный экструдер измельчитель модернизация

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

Материал для матриц должен быть коррозионно - стойким, обладать анти - адгезионными свойствами и высокой прочностью. Чтобы снизить прилипаемость формируемого продукта, отверстия полируют и хромируют. Широко применяют в настоящее время матрицы, состоящие из металлической обоймы и сменных вставок. Вставки представляют собой сменные гильзы с формирующими 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.



Глава 1

1.1 Технология производства томатной пасты

Продукт приготовляют из свежих, зрелых томатов, или томатного пюре, томатной пасты с добавлением сахара, соли, пряностей и уксусной кислоты, с добавлением или без добавления овощей, яблочного пюре, муки, лимонной кислоты и растительного масла.

Ассортимент: соус томатный острый, соус кубанский, соус томатный по - грузинский, соус томатный черноморский, соус томатный острый «Деликатес», соус астраханский, соус аппетитный, соус летний, соус Херсонский.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства томатного соуса, включающем подготовку сырья и материалов, приготовление смеси экстрактов, варку, наполнение и укупоривание тары, стерилизацию, новым является то, что предварительно мытье, очищенные и измельченные помидоры, петрушку, сельдерей, лук, чеснок и черный перец смешивают в пропорции 71,26 : 4,75 : 4,75 : 14,25 : 4,75 : 0,24 и обрабатывают в экструдере, полученную овощную смесь подсушивают до влажности 73 % путем сброса давления и испарения образующихся паров, далее в полученное овощное пюре вводят 90 % - ный сахарный сироп в количестве 2,64 % к первоначальной массе овощной смеси, 6 % - ный водный раствор этановой (уксусной) кислоты в количестве 0,71 % к первоначальной массе овощной смеси и варят полученную смесь под давлением 3400 Па до получения томатного соуса с конечной влажностью 44%.

Помидоры, петрушку, сельдерей, лук, чеснок и черный перец для производства пюре должны быть свежими, здоровыми, с высоким содержанием пектина. Органолептических кислот и сухих растворимых веществ.

Способ производства томатного соуса осуществляется следующим образом.

Помидоры, петрушку, сельдерей, лук, чеснок и чёрный перец подвергаются мойке в отдельности в моечной машине. Затем мытые овощи (помидоры, петрушку, сельдерей, лук, чеснок, чёрный перец) инспектируют и сортируют вручную на сортировочно - инспекционном транспортере. Затем (помидоры, петрушку, сельдерей, лук, чеснок, чёрный перец) после ополаскивания смешивают в пропорции 71,26 : 4,75 : 4,75 : 14,25 : 4,75 : 0,24, что соответствует примерно следующему соотношению: 71,26 кг красных помидоров, 4,75 кг петрушки, 4,75 кг сельдерея, 14,25 кг лука, 2,0 кг чеснока, 0,1 кг черного перца и подвергаются обработке в экструдере.

Предлагаемая пропорция овощей: 71,26 кг красных помидоров, 4,75 кг петрушки, 4,75 кг сельдерея, 14,25 кг лука, 2,0 кг чеснока, 0,1 кг черного перца обеспечивает наиболее рациональное сочетание основных компонентов и благотворно сказывается на степени их усвоения человеческим организмом.

В экструдере смесь овощей (помидоры, петрушку, сельдерей, лук, чеснок, черный перец) подвергается уплотнению и постепенному сжатию. В нем происходит постепенное увеличение давления и уплотнение парообразной массы продукта вследствие уменьшения размеров винтового канала шнека экструдера.

При вращении шнека овощи измельчаются, образуется парообразная смесь попадает в предматричную зону и продавливается через матрицу экструдера. Выходящая из экструдера парообразная масса направляется в вакуум - варочную камеру. После выхода сжатой парообразной массы из экструдера в вакуум - варочную камеру в результате резкого перепада температуры и давления происходит мгновенное испарение влаги. При этом происходит подсушивание полученного томатного соуса до влажности 73 % за счет сброса давления и испарения образующихся паров из вакуум - варочной камеры.

В томатном пюре могут развиваться плесени, уксуснокислые бактерии и некоторые другие виды аэробных микроорганизмов, поэтому пюре подвергают тепловой обработке (пастеризации) для подавления жизнедеятельности микроорганизмов и обеспечения стойкости при хранении. Изменение содержания пропорций вышеуказанных компонентов ведет к существенным изменениям вкуса и глубины физико - химических изменений, происходящих в пюре под действием таких консервантов, как сахар, соль и водный раствор этановой (уксусной) кислоты.

Так, например, использование большого количества сахарного сиропа, например 3,0 %, приведет к изменению вкуса и появлению излишней сладости и, как следствие, ухудшению его качества. Использование меньшего количества сахарного сиропа, например 2,0 %, приведет также к изменению вкуса и появлению солено - кислого вкуса и, как следствие, ухудшению его качества.

Использование большего количества раствора хлорида натрия, например 7,2 %, приведет к изменению вкуса и появлению излишней солености и, как следствие, ухудшению его качества. Использование меньшего количества раствора хлорида натрия, например 5,1 %, приведет так же к изменению вкуса и доминированию сладкого вкуса и, как следствие, ухудшению его качества.

Использование большего количества 6 % - го водного раствора этановой (уксусной) кислоты, например 0,9 %, приведет к изменению вкуса (повышению кислого привкуса) и, как следствие, ухудшению его качества. Использование меньшего количества 6 % - го водного раствора этановой (уксусной) кислоты, например 0,3 % , приведёт к изменению вкуса, нарушению кислотного баланса и недостаточному консервирующему действию на готовый продукт.

За счет нагрева томатной массы и поддержания величины разряжения 3400 Па происходит дальнейшее испарение образующихся водяных паров. Если пюреобразная томатная масса имеет повышенную влажность, то она подвергается дополнительному выпариванию до получения баклажанного парообразного концентрата с конечной влажностью 44 %. Основное назначение нагревателя - не только доведение томатного соуса до конечной 44 % путем испарения избыточной влаги под разряжением 3400 Па, но и инактивация окислительных ферментов. Под влиянием нагревания и органических кислот, присутствующих в овощном пюре, происходит гидролиз протопектина, находящегося в срединных пластинках и клеточных стенках. Прочная связь между клетками нарушается, часть их стенок разрушается и ткань размягчается.

Получение томатного соуса с конечной влажностью 44 % обусловлено следующими соображениями. Если конечная влажность томатного соуса будет менее 44 %, например 41 %, то его консистенция будет недостаточно нежной и мягкой. Пюреобразный томатный соус будет иметь высокую вязкость, что может создать дополнительные трудности при использовании его в пище - концентратной и консервной промышленности.

Таким образом, получают томатный соус заданного состава, который направляют на фасовку и хранение. Горячий томатный соус фасуют в подготовленные стеклянные банки, герметично укупоривают и выдерживают, затем охлаждают.

Таким образом, использование предложенного способа производства томатного соуса позволяет:

1. получать томатный соус заданного состава с введением необходимых дополнительных компонентов (сахарного сиропа, раствора хлорида натрия, водного раствора этановой (уксусной) кислоты) для их дальнейшего использования в пище - концентратной и консервной промышленности;

2. снизить энерго - и трудозатраты на производство томатного соуса вследствие совмещения технологических операций измельчения, протирания, уваривания, введения и перемешивания дополнительных компонентов путем использования процесса экструзии;

3. снизить материальные затраты вследствие устранения вспомогательных и перегрузочных операций;

4. повысить качество томатного соуса за счет исключения многоэтапной и продолжительной обработки продукта на каждой стадии технологического процесса.

1.2 Назначение и классификация экструдеров

Экструдер - измельчитель относится к оборудованию для производства экструдированных текстуратов в различных отраслях пищевой промышленности.

Недостатком данной конструкции экструдера является необходимость применения дополнительного оборудования для измельчения и просеивания, и как следствие, повышение удельных энергозатрат на производство.

Технической задачей изобретения является разработка конструкции экструдера, позволяющей осуществлять операции измельчения и просеивания продукта.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является экструдер для производства профильных изделий с регулируемым сечением формующего канала, содержащий корпус, соединенный с ним формующий фланец, шнек и калибрующую матрицу.

Поставленная задача достигается тем, что к матрице прикреплена измельчительная камера с установленным внутри достигается тем, что к матрице прикреплена измельчительная камера с установленным внутри нее вращающимся валом, на котором последовательно расположены дорн, входящий своей конусной частью в матрицу экструдера, нож и четыре волнообразные лопасти, на конце одной из пар которых расположены гребенчатые измельчители, а на конце второй закреплена щетка, в нижней части измельчительной камеры установлена сетка и патрубок для выгрузки готового продукта, а в ее верхней части - патрубок для отвода испаряемых паров, в центральной части волнообразной лопасти вырезано овальное отверстие, причем на наружной поверхности дорна выполнены постепенно расширяющиеся, изогнутые каналы прямоугольного сечения.

Рисунок 1 Классификация экструдеров



1.3 Обоснование темы проекта

Недостатками известных моделей экструдеров являются невозможность оперативной перестройки конструкции, что приводит к увеличению времени пребывания продукта в зонах экструдирования (гомогенизации, пластификации) и, как следствие, к снижению качества продукции.

Предлагаемый экструдер - измельчитель позволяет тонко измельчать томаты путем использования 4 - х волновых лопастей в камере измельчителя позволяет получить качественно измельченный однородный текстурат даже на максимальных скоростях работы шнека без угрозы переполнения.

Применение вариатора клиноременной конструкции позволяет не только менять плавно скорость вращения шнека, но и выполнять роль предохранительной муфты в случае заклинивания шнека за счет проскальзывания ремня в конусных шкивах.

1.4 Задачи и цель проекта

Цель: модернизация экструдера - измельчителя в линии производства томатной пасты для получения более качественного и более тонко измельченного текстурата, что позволит выпускаемой предприятием продукции конкурировать на рынке.

Задача: Технической задачей является разработка конструкции экструдера - измельчителя, позволяющей осуществлять операции измельчения и просеивания.



Глава 2

2.1 Анализ конструкций экструдеров

В основном экструдер состоит из нескольких основных узлов - корпуса, оснащенного нагревательными элементами, рабочего органа 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, пластифицируются 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 (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 размягченный материал.

Конструкций экструдеров могут быть классифицированы также по геометрической форме, механическим, функциональным или термодинамическим характеристикам. Кроме того, экструдеры рекомендуется классифицировать по их физическим признакам, 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 экструдированной 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.

В этой связи свойства конечного продукта и эффективность процесса экструдирования в большей степени зависят от износа рабочих органов машины при обработке в двухшнековом экструдере. При использовании двухшнековом 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 давлении отделены друг от друга, что позволяет независимо осуществлять пластификацию и экструдирование продукта. Известно, что затраты, связанные с приобретением 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.

Формирование экструзией имеет ряд преимуществ: непрерывность осуществления процесса с высокой скоростью, безотходность технологии и высокая культура производства.



2.2 Патентная проработка

В оригинальной (по патенту) использован нож с четырьмя лезвиями, переработанная конструкция имеет 8 ножей, что обеспечивает более качественное измельчение текстурата и позволяет эффективно использовать установку как на малых так и на высоких скоростях работы шнека.

Использование 4 - х волновых лопастей в камере измельчителя позволяет получить качественно измельченный однородный текстурат даже на максимальных скоростях работы шнека без угрозы переполнения.

Применение вариатора клиноременной конструкции позволяет не только менять плавно скорость вращения шнека, но и выполнять роль предохранительной муфты в случае заклинивания шнека за счет проскальзывания ремня в конусных шкивах.



Глава 3. Описание экструдера-измельчителя

Технической задачей является разработка конструкции экструдера, позволяющей осуществлять операции измельчения и просеивания продукта.

Поставленная операция достигается тем, что к матрице прикреплена измельчительная камера с установленным внутри нее вращающимся валом, на котором последовательно расположены дорн, входящий своей конусной частью в матрицу экструдера, крестообразный нож и две волнообразные лопасти, на конце второй закреплена щетка, в нижней части измельчительной камеры установлена сетка и патрубок для выгрузки готового продукта, а в ее верхней части каждой волнообразной лопасти вырезано овальное отверстие, причем на наружной поверхности дорна выполнены постепенно расширяющиеся, изогнутые каналы прямоугольного сечения. К матрице 4 прикреплена измельчительная камера 5 с установленным внутри нее вращающимся в подшипниковой опоре 10 валов 11. На валу 11 последовательно расположены дорн 8, входящий своей конусной частью в матрицу 4, нож 6 и четыре волнообразные лопасти 7. В центральной части каждой волнообразной 7 вырезано овальное отверстие, обеспечивающее более равномерное перемещение продукта в камере 5. В нижней части измельчительной камеры 5 установлена сетка 12 и патрубков 13 для выгрузки готового продукта, а в ее верхней части - патрубок 14 для отвода испаряемых паров.



1 - патрубок; 2 - корпус шнека; 3 - шнек; 4 - матрица; 5 - камера измельчителя; 6 - крестообразный нож; 7 - волнообразные лопасти; 8 - дорн; 9 - изогнутые каналы прямоугольного сечения;10 - подшипниковая опора; 11 - вал; 12 - сетка; 13 - патрубок для выгрузки готового продукта; 14 - для отвода испаряемых паров; 15 - цепные звездочки; 16 - мотор - редуктор; 17 - электродвигатель; 18 - цепная передача; 19 - корпус вариатора; 21 - щетка.

Рисунок 3 Общий вид экструдера - измельчителя

На конце одной лопасти 7 расположены гребенчатые измельчители 20, а на конце второй закреплена щетка 21, предназначенная для очистки поверхности камеры от налипших частиц.

На наружной поверхности дорна 8 выполнены постепенно расширяющихся, изогнутые каналы 9 прямоугольного сечения.

Вал 11 приводится во вращение с помощью мотор - редуктор 16 и цепных звездочек 15.



3.1 Назначение и область применения экструдера - измельчителя

Данный экструдер - измельчитель предназначен для производства экструдированных текстуратов в различных отраслях пищевой промышленности, а также для экструзионной обработки томатов для производства томатной пасты на предприятиях пищевой промышленности.

3.2 Описание конструкции и принципа действия экструдера - измельчителя

Разработанный экструдер - измельчитель работает следующим образом.

Включается электродвигатель, который с помощью цепных звездочек и вариатора приводит во вращение шнек. Одновременно включается мотор - редуктор, который с помощью цепных звездочек приводит во вращение вал.

Вал 11 подшипниковую опору 10 в свою очередь приводит во вращение крестообразный нож 6, две волнообразные лопасти 7 и дорн 8.

Исходный продукт из загрузочного патрубка 1 поступает в зону загрузки винтового канала шнека 3 и увлекается им за счет разницы сил одновременно постепенно уплотняясь при этом.

В зоне смешивания продукт перемешивается винтовой нарезкой шнека 3 с целью получения однородной смеси. Далее в зоне гомогенизации происходит постепенное увеличение давления и уплотнение шнека 3. Здесь происходит превращение сыпучей массы в однородный расплав, однородный по структуре и температуре.

В гомогенизации продукт окончательно переходит из твердой фазы в вязкопластичную; здесь происходит плавление продукта в результате эффекта диссипации, т.е. преобразования механической энергии рабочих органов экструдера в тепловую энергию за счет внутреннего трения при автогенном режиме работы экструдера.

В зоне дозирования расплав продукта выдавливается шнеком 3 из корпуса 2 и попадает в конический кольцевой зазор между наружной конической поверхностью дорна 8 и внутренней поверхностью матрицы 4, где он подвергается интенсивному воздействию вращающего дорна 8.

Благодаря наличию постепенно расширяющихся, изогнутых каналов 9 расплав подвергается интенсивной деструкции. При этом происходит разрыв цепи белковых молекул на более мелкие составляющие (полипептиды и пептиды). Одновременно после выхода расплава из конического кольцевого зазора между наружной конической поверхностью дорна 8 и внутренней поверхностью матрицы 4 в измельченную камеру 5 в результате резкого перепада температуры и давления происходит мгновенное испарение влаги, аккумулированная продуктом энергия высвобождается со скоростью, примерно равной скорости взрыва, что приводит к образованию пористой структуры и увеличению объема экструдата. Образующиеся при взрывании экструдата водяные пары удаляются через патрубок 14, который соединен с вентилятором для поддержания разряжения в камере 5



6 - нож; 7 - волнообразные лопасти; 8 - дорн; 10 - подшипниковая опора; 11 - вал; 12 - сетка.

Рисунок 4 - Измельчитель

Затем после выхода из кольцевого зазора экструдированные текстураты отрезаются ножом 6 и падают внутрь измельчительной камеры 5, где они захватываются вращающимися волнообразными лопастями 7 и прижимаются к поверхности камеры 5.

При этом расположенные на конце второй лопасти 7 щетка 21 очищает поверхность сетки 12 от частиц, забивающих ее отверстия. Расположенные в центральной части каждой волнообразной лопасти 7 овальное отверстие обеспечивает более равномерное пересыпание продукта в камере 5.

В результате такого воздействия частицы экструдированного текстурата измельчаются и после достижения определенного размера просеиваются через сетку 12 и попадают в патрубок 13 для отвода измельченного текстурата.

Такого образом, использование данной конструкции позволит:

- получать экструдированные текстураты заданного состава с введением необходимых дополнительных компонентов для их дальнейшего использования в качестве белковых обогатителей при производстве хлебобулочных изделий, вареных колбас и т.п.;

- снизить удельные энергозатраты на производство измельченных текстуратов за счет последовательного использования совмещенных механизмов для отрезания, измельчения, перемешивания и достижения более равномерной обработки вследствие использования рациональных конструкций дорна с расширяющимися изогнутыми каналами, крестообразного ножа, волнообразных лопастей, сетки;

- снизить материальные затраты и повысить производительность экструдера - измельчителя вследствие устранения вспомогательных и перегрузочных операций.

Привод (см. рисунок 3) шнека состоит из электродвигателя 17, приводных звездочек 18, а также вариатора 18, позволяющего плавно менять обороты вращения шнека в достаточно широких пределах, тем самым обеспечивая необходимую производительность экструдера в заданный интервал времени.



1 - ведущий вал; 2 - штурвал; 3, 5, 8, 9 - шкивы; 4 - клиновый ремень; 6 - стакан; 7 - ведомый вал; 12 - пружина; 13 - шкив.

Рисунок 5 - Вариатор.

Вариатор (рисунок 5) представляет собой конструкцию с раздвижными конусами и самозатягивающимся ремнем. Ведомый вал 7 приводится во вращение от ведущего вала 1 силами трения между стальными шкивами 3, 5, 8, 9 и армированным клиновым ремнем 4. Регулирование частоты вращения осуществляется изменением радиусов окружностей контакта шкивов 3, 5 и 8, 9 с клиновым ремнем 4 при перемещении винтовым механизмом со штурвалом 2 шкива 5 в осевом направлении вместе со стаканом 6. Поджим шкива 13 осуществляется пружиной сжатия совместно с силами самозатягивания.

3.3 Техническая характеристика экструдера - измельчителя

Производительность: 59…1002 кг/ч

Скорость вращения шнека: 110….1860 об/мин.

Тип привода: электрический

Тип передачи двигатель-исполнитель: цепная передача

Глава 4

4.1 Технологические расчеты

На основе гидродинамического подхода к анализу взаимодействия рабочих органов с перерабатываемым материалом в дозирующей зоне экструдера принято рассматривать три составляющие потока движения расплава:

- поток расплава, движущийся по межвитковому пространству в направлении от зоны загрузки к зоне дозирования вдоль оси шнека, возникающий вследствие вращения шнека относительно цилиндра;

- поток расплава, движущийся в зазоре между наружной поверхностью витков шнека и внутренней поверхностью материального цилиндра в направлении от зоны дозирования.

Подобное разделение на три потока в канале шнека следует считать условным, так как противотока практически не существует, а имеет место некоторое ограничение прямого потока, возникающее в результате сопротивления головки.

Рисунок 6 - Исходные данные геометрии шнека



Объемная производительность () шнековой машины равна:

где - коэффициент геометрической формы головки, равный 0,25;

- частота вращения шнека, . В нашем случае частота вращения шнека может варьироваться от до .

- постоянная прямого потока для шнека с переменной глубиной нарезки в зоне дозирования, ;

- постоянная обратного потока для шнека с переменной глубиной нарезки в зоне дозирования, ;

- постоянная потока утечек для шнека с переменной глубиной нарезки в зоне дозирования, м³

Постоянная б прямого потока равна:

где - шаг нарезки шнека, м; равен 0,12м;

- ширина гребня нарезки, м; равен 0,006м;

- число заходов шнека; равно 1.

Постоянная в обратного потока равна:

где l₀ - длина зоны дозирования, м, равна 0,9м.

Постоянная г потока утечек равна:

где - величина радиального зазора между гребнем нарезки и внутренней поверхностью материального цилиндра, м; равна 0,005м.

Величина представляют собой коэффициенты, характеризующие конструкцию шнека с переменной глубиной винтового канала и определяют по следующим соотношениям:

где - глубина винтового канала шнека в начале зоны дозирования, м; и равен:

- соответственно глубина винтового канала в зоне загрузки и на конце шнека, м; .

Поставив имеющиеся значения, получим:

где - диаметр сердечника шнека в начале зоны дозирования, м, равен

- диаметр сердечника шнека под загрузочной воронкой, м;, равен 0,073м;

- диаметр сердечника на конце шнека, м;, равно 0,073м;

Определяем коэффициенты потоков:

Рассчитываем производительность экструдера при двух (крайних) режимах работы: самый быстрый и наиболее медленный .

При условии, что плотность текстурата составляет 1125 , получаем следующий интервал производительности экструдера в кг/ч:

Общая мощность перегрузок принимаем расчетную мощность больше на 25%, т.е. равной 3274,6Вт.

Выбираем для привода шнека трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного назначения серии АМУ160МА8 мощностью 4кВт и частотой вращений 750 об/мин.

4.2 Энергетический расчет

1. Определение общего передаточного отношения, от вала электродвигателя, до вала, на котором крепится ведущее звено исполнительного механизма.

где - общее передаточное отношение;

- частота вращения вала электродвигателя;

- частота вращения вала исполнительного механизма.

2. Распределение общего передаточного отношения всей кинематической цепи привода между отдельными передаточными механизмами, составляющими эту кинематическую цепь.

где - передаточные отношения соответственно, начиная от электродвигателя, передаточных механизмов.

3. Определение конструктивных параметров каждого передаточного механизма

Для цепных передач - определение числа зубьев

где - число зубьев ведомой звездочки;

- число зубьев ведущей звездочки.

4. Определение частоты вращения валов каждого из передаточных механизмов кинематической цепи из соотношений

Для цепных передач:

5. Определение для вариаторов предельных (максимальных и минимальных) значений передаточного отношения и частоты вращения выходного вала.

Передаточное отношение вариатора:1:6

4.3 Кинематические расчеты

Разность давления, создаваемого на матрице

Вязкость кинематическая

КПД цепи

КПД вариатора µ_{вариатора} = 0,8

КПД муфты µ_муфты = 0,99

Рисунок 7. Кинематическая схема для расчета электродвигателя

Особенность расчета заключается в том, что винтовая нарезка меняет высоту. Мощность, затрачиваемая в зоне дозирования, определяется суммой мощностей расходуемых на принудительное проталкивание массы по винтовому каналу шнека ; на срез материала в зазоре между вершиной витка нарезки и стенкой цилиндра . Формула расчета принимает следующий вид:

Общая мощность равна:

С учетом пусковых перегрузок принимаем расчетную мощность больше на 25%, т.е. равной 3274,6 Вт.

Выбираем для привода шнека трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного назначения серии АМУ160МА8 мощностью 4 кВт и частотой вращений 750 об/мин.

4.4 Расчеты на прочность

- из расчета производительности;

об/мин

- наружный диаметр шнека (по виткам);

- из расчета мощности привода;

- из чертежа шнека;

- из чертежа шнека;

- из чертежа шнека;

- 12Х18Н10Т пищевая нержавеющая сталь;

- из марочника сталей для 12Х18Н10Т

- из марочника сталей для 12Х18Н10Т

Расчетное значение меньше .

Прочностной расчет выполнен.



Глава 5. Безопасность жизнедеятельности

При разработке конструкции надо руководствоваться основными требованиями:

1) Производственное оборудование должно быть безопасно при монтаже, эксплуатации и ремонте как отдельно, так и в составе комплексов и технологических схем, а так же при транспортировании и хранении.

2) Все виды производственного оборудования должны охранять окружающую среду (воздух, почву, водоемы) от загрязнения выбросами вредных веществ выше установленных норм.

3) Непременным условием является обеспечение надежности, а также исключение опасности при эксплуатации в пределах установленных технической документацией. Нарушение надежности может возникнуть в результате воздействия влажности, солнечной радиации, механических колебаний, перепадов давлений и температур, агрессивных веществ, ветровых нагрузок, обледенения.

4) Материалы, применяемые в конструкции производственного оборудования (особенно в пищевой отрасли), не должны быть опасными и вредными. Не допускается использование веществ и материалов, не прошедших проверки на пожаробезопасность.

5) Составные части оборудования должны исключать возможность их случайного повреждения, вызывающего опасность.

6) Конструкции технологического оборудования, имеющие газо -, паро -, гидро -, и другие системы, выполняются в соответствии с требованиями безопасности, действующими для этих систем.

7) Конструкция оборудования должна исключать возможность случайного соприкосновения работающих с горячими и переохлажденными частями.

8) Выделение и поглощение оборудование тепла, а также выделение им влаги в производственных помещениях не должны превышать предельно допустимых концентраций в рабочей зоне.

9) Концентрация оборудования должна предусматривать защиту от поражения электрическим током, включая случаи ошибочных действий обслуживающего персонала.

10) Конструкция оборудования должна обеспечивать исключение или снижение до регламентированных уровней шума, ультразвука, вибрации, а так же вредных излучений.

11) Для обеспечения безопасности основного оборудования при его эксплуатации дополнительно предусматривают защитные устройства (специальные и общие). Специальные - объединяют защитные установки от радиоактивных излучений, электрического тока и т.п. Общие защитные устройства включают ограждения, блокировки, тормоза и другие приспособления.

При эксплуатации производственного оборудования в результате действия опасных факторов создается возможность травматизма.

Опасные зоны могут возникать у различных механических передач: ременных, цепных, зубчатых и т.п.; конвейеров, режущих инструментов, рабочих органов технологических машин и т.д.

показатель	величина
производительность линии в смену	7750
до реконструкции	8000
после реконструкции	3
количество смен работы оборудования
режим работы предприятия
смены	2
дни	244
интенсивный коэффициент использования мощности	0,085
выпуск продукции до реконструкции, т/год	3684
средняя оптовая цена тонны продукты	33000
затраты на реконструкцию включая проектирование	80000
число рабочих на линии в смену
до реконструкции	8
после реконструкции	7
уменьшение расценки на тонну продукта (на 12,5%)	0,0125
отчисления на соцстрах, %	6,8
доплаты к сдельной зарплате	20
дополнительная заработная плата	7
количество комплектов сан одежды на одного рабочего в год	2
расходы на сан одежду	10
норма амортизации на оборудование	14,8
норма амортизации на здания	2,4
норма расхода на содержание и ремонт оборудования	15
норма расхода на содержание и ремонт площадей	8,4
стоимость оборудования до внедрения	1700000
производственная площадь
до реконструкции	50
после реконструкции	50
стоимость м2 производственной площади	3000
условно - постоянная часть накладных расходов на 3684,4т	150000
прибыль на 1 т продукта до реконструкции	3300
срок действия мероприятия, мес	1
нормативный коэффициент эффективности	0,15
стоимость 1 т продукта до внедрения мероприятия	29700

В расчете принимаем, что расход топлива и электрической энергии на 1 т томатной пасты не изменился. Тогда:

1) Годовой прирост мощности предприятия, цеха:

где - производительность линии до и после реконструкции, кг/смену;

- количество смен работы оборудования, применяемого при расчете мощности;

- количество рабочих дней в году;

2) Годовой прирост выработки в натуральном измерении

где - количество смен работы оборудования по утвержденному режиму;

- коэффициент интенсивности использования мощности;

3) Увеличение выработки в денежном выражении

где - средняя оптовая цена 1 т томатной пасты, руб

4) Годовой выпуск продукции в натуральном выражении после реконструкции

5) Экономия сдельной (основной) заработной платы за счет снижения расценки за 1 т томатной пасты

где - изменение расценки за единицу выпускаемой продукции на данном участке в результате внедрения мероприятий, руб.;

6) Экономия основной заработной платы за счет доплат к заработной плате, выплачиваемой из фонда заработной платы, руб.;



где: - доплаты к сдельной заработной плате рабочих данного участка, выплачиваемые из фонда зарплаты, руб.;

7) Экономия по основной заработной плате

8) Экономия по дополнительной заработной плате

где дополнительная заработная плата, %;

9) Экономия по заработной плате производственных рабочих

10) Экономия по отчислениям на социальное страхование

11) Число относительно высвобожденных рабочих

12) Экономия по сан одежде высвобождаемых рабочих



- расходы на комплект сан одежды (цена, стирка, починка), руб,

- потребность в сан одежде, комплектов в год;

13) Стоимость оборудования после внедрения мероприятия

где: - стоимость оборудования до внедрения мероприятия, руб;

- затраты на реконструкцию, руб;

14) Изменение затрат по амортизационным отчислениям на оборудование

где - норма амортизационных отчислений на оборудование, %

15) Изменение затрат по амортизационным отчислениям на стоимость зданий

где - стоимость 1 производственной площади, руб;

- производственная площадь, используемая для данного участка до и после внедрения мероприятия, ;

- норма амортизационных отчислений на здания, %;

16) Изменение затрат на содержание и текущий ремонт оборудования

где - норма расхода на содержание и текущий ремонт оборудования %,

17) Измерение затрат на содержание и текущий ремонт здания (производственной площади)

где - затраты на содержание и текущий ремонт производственной площади, руб;

18) Экономия на условно - постоянной части накладных расходов

19) Снижение себестоимости продукции (условно - годовая экономия)

20) Годовой рост прибыли в результате увеличения производства томатной пасты

где - прибыль на 1 т печенья, руб.

21) Общий годовой рост прибыли

22) Срок окупаемости затрат

23) Экономия до конца планируемого года за счет снижения себестоимости

24) Рост прибыли до конца планируемого года за счет увеличения производства томатной пасты

25) Общий рост прибыли до конца года

26) Коэффициент общей абсолютной экономической эффективности



27) Годовой экономический эффект

28) Прирост производительности труда на участке

где - расчетная среднесписочная численность рабочих на участке, в присчёте на объеме производства после внедрения.



Заключение

В виду проведенных расчетов технико - экономических показателей модернизации экструдера - измельчителя: сократились затраты: на электроэнергию, численность обслуживающего персонала, увеличился прирост производительности труда и количество и повысилось качество выпускаемой продукции - следовательно снизилась себестоимость продукции и как следствие цена продукции на рынке.

Размещено на Allbest.ru

...