Материал: Д6348 Баракова НВ Технология отрасли Метод указ к практическим занятиям

G_бр + G_п + G_ф = D + D_ф + G_бар.

Практическое занятие № 5 – 2 ч. Расчет технологического оборудования.

1. Расчет полного объема рабочей части аппарата. Полезный объем рабочей части аппаратов непрерывного действия определяется по формуле

V_п = V_ττ, (3)

где V_τ – объемная производительность аппарата, м³/с, м³/мин, м³/ч и т. д.; τ – время, необходимое для проведения процесса, с, мин, ч и т. д.

Полный объем рабочей части аппарата

V = , (4)

где V – полный объем рабочей части аппарата; V_п – полезный объем рабочей части аппарата; φ – коэффициент заполнения рабочего объема аппарата.

Величина коэффициента заполнения φ зависит от характера процесса, протекающего в аппарате, и принимается 0,4–0,9. Для аппаратов, в которых в процессе работы повышается уровень реагирующих веществ, например происходит пенообразование, φ = 0,40,6; в аппаратах с мешалками, где при перемешивании возможно образование воронки, φ = 0,750,80; в остальных аппаратах, где не наблюдается кипение; вспенивание или иное повышение уровня среды, φ = 0,850,90, в остальных случаях он доходит до 1.

Если производительность аппарата указана в массовых единицах (кг/с, кг/ч и т. д.), она может быть пересчитана на объемную по формуле

V_ = , (5)

где ρ – плотность вещества (продукта), кг/л, кг/м³, т/ м³ и т. д.

Тогда формула (3) примет вид

V_п = , (6)

а формула (4)

V = . (7)

Пример 8. Суточный расход зерна составляет 30 000 кг. Рассчитать вместимость бункера для четырехчасового хранения зерна. Насыпная плотность зерна ρ = 750 кг/м³.

Р е ш е н и е. Часовой расход зерна

Q_час = = = 1250 кг/ч.

Время пребывания зерна в бункере τ = 4 ч. Коэффициент заполнения бункера φ выбираем равным 0,95.

Подставляя значения τ и φ в формулу (7), находим полную вместимость бункера:

V = = 7 м³.

2. Расчет геометрических размеров аппаратов цилиндрической формы. Рассчитать геометрические размеры бродильного чана. Форма бродильного чана принимается за цилиндр.

Размер емкости цилиндрической формы рассчитывается по формуле

V_цил = (8)

где D – диаметр цилиндра, м; H – высота цилиндра, м.

Примерные соотношения объема, диметра и высоты емкости приведены в прил. 2.

Пример 9. Рассчитать геометрические размеры бродильного чана для сбраживания 120 м³ осахаренного сусла.

Р е ш е н и е.  Полезный объем бродильного чана составля- ет 120 м³. Полный объем определим по формуле (4), при этом коэффициент заполнения емкости φ выбираем равным 0,9:

V_полн = = = 133 м³.

Из прил. 2 выберем диаметр бродильного чана – D = 4 м. Тогда, согласно формуле (8), высота бродильного чана

Н = = = 10,58 м.

2. Производство водки

Практическое занятие № 6 – 2 ч. Расчет сортировки.

Водкой называется крепкий алкогольный напиток, приготовленный смешиванием ректификованного спирта и умягченной воды с последующей обработкой водно-спиртовой смеси активным углем и фильтрованием. Полученную водно-спиртовую смесь называют сортировкой. Водку изготавливают различной крепости. Крепостью водки называют содержание в ней безводного спирта, выраженное в объемных процентах.

Для приготовления сортировки заданного объема и стандартной крепости рассчитывают потребное количество спирта и воды. Обозначим: V_с – объем сортировки (дал), X_с – ее крепость (об. %); V_а – объем спирта, применяемого для сортировки, и X_а – его крепость (об. %). Запишем уравнения баланса спирта:

V_c = V_а ; (9)

V_a = V_c . (10)

Смешивание спирта с водой сопровождается контракцией (сжатием) водно-спиртовой смеси. Величина контракции в зависимости от концентрации спирта в его водном растворе была изучена Д.И. Менделеевым. На основании результатов его исследования Г.И. Фертман произвел соответствующие вычисления и составил таблицу величин сжатия жидкости при смешивании спирта с водой при температуре 20 °С (табл. 3).

Таблица 3

Если крепость приготовленной сортировки отличается от заданной, то для доведения ее до стандартной добавляют в аппарат-смеситель соответствующее количество спирта или воды.

Количество спирта и воды, которое требуется добавить в сортировку для корректировки ее крепости, обычно незначительно и поэтому рассчитывается без учета контракции.

Если крепость сортировки ниже заданной, то объем добавляемого спирта

V_a = V_c , (11)

где – крепость полученной сортировки, об. % (остальные обозначения прежние).

Если крепость сортировки выше заданной, объем добавляемой воды

V_в = V_c . (12)

Пример 10. Для приготовления 400 дал сортировки крепостью 45 об. % потребуется спирт крепостью 96,5 об. %.

Решение. По нашему расчету для приготовления 400 дал сортировки крепостью 45 об. % требуется 186,53 дал спирта крепостью 96,5 об. %. В соответствии с табличными данными в 100 дал спирта такой крепости содержится 4,382 дал воды, а в 186,53 дал спирта воды будет 8,174 дал.

На основании табличных данных в 100 дал 45 %-й сортировки содержится 58,542 дал воды, а в 400 дал такой сортировки воды будет 234,168 дал. Следовательно, в сортировку необходимо добавить

234,168 – 8,174 = 225,994 дал воды.

Пример 11. Допустим, что получили 400 дал сортировки крепостью 44,8 об. % вместо 45 об. % и 400 дал сортировки крепостью 45,2 об. %.

Решение. Согласно формуле (11), необходимо добавить Х дал спирта крепостью 96,5 об. %:

Х = = 1,928 дал спирта;

согласно формуле (12), если сортировка получилась крепостью 45,2 об. %, то для снижения ее крепости до 45 об. % необходимо добавить Х дал воды:

Х = = 1,78 дал воды.

3. Производство ликероводочных изделий

Ликероводочные изделия приготавливают из натурального сырья. Плоды, сушеное растительное сырье, эфирные масла, сахар, спирт, лимонная кислота и красители должны отвечать требованиям соответствующих стандартов или технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Применяемое растительное сырье, ароматизаторы, красители, пищевые добавки должны быть разрешены Минздравом России для использования в ликероводочном производстве.

Для приготовления ликероводочных изделий применяют воду, качество которой должно соответствовать санитарным нормам на воду питьевую по ГОСТ Р51232–98 жесткостью до 1 мг-экв/л для естественной неумягченной воды и до 0,36 мг-экв/л для умягченной воды.

Для приготовления ликероводочных изделий применяют спирт этиловый ректификованный высшей очистки по ГОСТ Р 51652–2000.

Форма рецептуры

Каждая рецептура построена по следующей схеме:

1. Показатели изделия: физико-химические – крепость, общее количество экстрактивных веществ, общий сахар, кислотность в пересчете на лимонную кислоту и цветность; органолептические – цвет, вкус, аромат.

2. Наименования и количество полуфабрикатов для приготовления 1000 дал изделия. Полуфабрикатами для ликероводочных изделий являются: спиртованные соки, морсы, настои, ароматные спирты.

Спиртованные соки получают прессованием свежего плодово-ягодного сырья с последующим консервированием спиртом до крепости 25 об. %; содержание экстрактивных веществ – 6–10 г/100 мл, сахара – 3–6 г/100 мл и кислот – 0,5–4,0 г/100 мл.

Морсы – это водно-спиртовые смеси экстрактивных веществ, получаемые настаиванием сушеных и свежих плодов и ягод. Морсы из сушеного сырья содержат спирта 35–47 об. %, экстрактивных веществ – 6–14 г/100 мл и кислот – 0,4–1,5 г/100 мл, а морсы из свежего сырья содержат спирта – 25 об. %, экстрактивных веществ – 3–6 г/100 мл и кислот – 0,3–1,5 г/100 мл.

Настоями называют водно-спиртовые вытяжки ароматических и вкусовых веществ из эфиромасличного и неароматического сырья. Настои готовят двукратным настаиванием измельченного растительного сырья в экстракционных установках при комнатной температуре. Крепость настоев 40–70 об. %.

Ароматный спирт представляет собой бесцветный водно-спир-товой раствор крепостью 70–80 об. %, содержащий 0,2–0,6 г эфирного масла в 100 мл.

В рецептурах изделий на полуфабрикатах из эфиромасличного сырья указано количество эфирного масла в литрах на 1000 дал.

3. Наименование и расход сырья для приготовления 1000 дал изделия. Расход сырья каждого вида указан в рецептурах в расчете на 1000 дал изделия.

4. Эфирные масла, предназначенные для внесения в купаж, предварительно растворяют в спирте высшей очистки крепостью 96,2 об. %. Соотношение между эфирным маслом и спиртом указано в рецептурах сокращенно 1:10 (единица означает массу масла в килограммах, 10 – объем спирта в литрах).

5. Ванилин вносят в купаж в растворе 96,2 %-го спирта, при-готовленного из расчета 1 кг на 10 л.

6. Красители вносят в купаж, предварительно растворив в воде или купаже. Расход красителей указан в рецептурах в килограммах (колер, индигокармин, тартразин, пищевой красный краситель и энокраситель).

7. Лимонную кислоту перед введением в купаж растворяют в воде.

Практическое занятие № 7 – 2 ч. Технологические расчеты при спиртовании соков и приготовлении сахарного сиропа.

1. Спиртование соков из сочного плодово-ягодного сырья. Расчеты спиртования соков проводят так, чтобы обеспечить заданные кондиции по спирту спиртованных соков. При расчете спиртования сока решают одну из двух задач:

а) устанавливают объем ректификованного спирта V₁, который необходимо внести в заданный объем купажа для получения смеси необходимой кондиции а;

б) устанавливают объемы спирта и сока для получения заданного объема смеси V нужной концентрации.

Эти задачи могут быть решены с помощью математической формулы, так называемой «звездочки», предложенной французским ученым-энологом Полем Лесуром [6]. Для составления звездочки производят следующую запись:

(13)