Реферат Оборудование для первичной переработки винодельческого сырья
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего пРофессионального образования
российский государственный аграрный университет – МСха
имени К.А. Тимирязева (ФГОУ ВПО ргау - МСХА имени К.А. Тимирязева)
Кафедра процессов и аппаратов
перерабатывающих производств
Реферат
на тему: «Оборудование для первичной переработки винодельческого сырья»
Выполнил студент 405гр, Старикова Е.В.
Преподаватель:
Москва, 2009
Содержание
1. Оборудование для приемки и переработки сырья
2. Средства доставки и приемки винограда и подачи его на переработку
3. Бункера-питатели
4. Дробилки-гребнеотделители
5. Валковые дробилки-гребнеотделители
6. Ударно-центробежные дробилки-гребнеотделители
7. Стекатели, настойники, экстракторы
8. Моечные машины и инспекционные устройства
9. Измельчающие машины
10. Поточные линии переработки винограда и плодово-ягодного сырья
11. Оборудование для получения спирта
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОСТАВКИ, ПРИЕМКИ И ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ
Виноград в стадии технологической зрелости собирают ручным или машинным способом. Преобладающий в настоящее время ручной сбор винограда - весьма трудоемкий и малопроизводительный процесс. Поэтому определенные перспективы имеют виноградоуборочные машины, работающие по принципу среза гроздей, их всасывания (пневматические) или встряхивания (вибрационные). Последние внедряются наиболее успешно.
Собранный виноград доставляется на завод различными транспортными средствами, причем с момента сбора его до начала переработки должно пройти не более 4 ч.
Приемка винограда состоит в определении его количества и качества. Количество определяется как разница в результатах взвешивания транспортного средства при въезде на завод с виноградом и после выгрузки винограда при выезде с завода. Анализ качества состоит в определении внешнего вида винограда и кондиций сусла по сахаристости и кислотности. Переработка винограда ведется в соответствии с установленным технологическим направлением использования партии на поточных линиях, обеспечивающих приемку и подачу его на дробление, чаще всего совмещаемое с отделением гребней, обработку мезги в зависимости от технологической схемы и получение нескольких фракций сусла для последующего осветления и сбраживания для производства белых вин либо получение почти готовых виноматериалов для производства красных вин.
В состав поточных линий переработки винограда в качестве основного оборудования входят бункера-питатели, дробилки-гребнеотдели-тели, стекатели, прессы, оборудование для обработки мезги.
Плодово-ягодное сырье также перерабатывается на поточных линиях, состоящих из устройств для его мойки и инспекции, измельчения, обработки мезги (нагреванием, ферментными препаратами, СВЧ и др.) и извлечения сока.
Средства доставки и приемки винограда и подачи его на переработку
Транспортные средства. Виноград доставляют на переработку в основном так называемым бестарным способом. При транспортировании винограда, особенно для производства марочных вин, ягоды не должны раздавливаться во избежание окисления, спонтанного забраживания и инфицирования сусла. Поэтому высота слоя винограда не должна превышать 60 см; не допускается уплотнение винограда.
При бестарном транспортировании винограда используются специальные контейнеры КВА (они известны и иод маркой БКВ-2.8), обычные самосвалы (с обязательным покрытием внутренних поверхностей кузовов защитными средствами), прицепные тележки ТВП-2,5.
Наиболее распространен контейнер КВА. представляющий собой металлическую емкость, изготовленную из листовою материала. По бортам емкость усилена уголками. Задняя стенка контейнера наклонена мод углом 40-45° к плоскости дна. Контейнер устанавливается на платформе 1рузового автомобиля. Задняя часть контейнера закрепляется с помощью шарнира, вокруг которого контейнер может поворачиваться на угол до 70°. Вверху передней части контейнера имеется скоба для крюка электростали или лебедки.
Части контейнера, соприкасающиеся с виноградом, как правило, покрываются защитными покрытиями.
Разгрузка контейнера осуществляется при опрокидывании его вокруг шарнирной оси с помощью подъемного приспособления. Грузоподъемность контейнера КВА - 2-3 г.
Прицепная тракторная тележка ТВП-2,5 представляет собой платформу из тонколистовой стали, установленную на раме с четырьмя колесами и дышлом. При разгрузке тележки платформа может опрокидываться в правую и левую стороны. Как правило, к трактору присоединяют по три тележки. Суммарная грузоподъемность трех тележек ТВП-2.5 - 2,5 т.
В зарубежном виноделии предпочтение отдается транспортным средствам с разгрузкой в обе стороны. Это позволяет уменьшить затраты времени на подъезд их к бункеру, так как в этом случае возможен заезд сбоку. С другой стороны, применение таких средств требует несколько большей площади разгрузочных площадок для маневрирования и не позволяет одновременно разгружать несколько транспортных средств в расположенные рядом бункера.
Нормы технологического проектирования заводов но переработке винограда предусматривают определенные показатели по использованию грузоподъемности транспортных средств и времени их простоя при взвешивании и разгрузке в зависимости от вида средства и номинальной грузоподъемности. Например, для контейнера КВА коэффициент использования грузоподъемности составляет 0.75, время одного взвешивания - 2 мин, а простоя при разгрузке - 6 мин.
Прием винограда рассчитывается на 10 ч в сутки при некоторой неравномерности поступления сырья в течение дня, учитываемой поправочным коэффициентом 1,4. Длительность сезона (расчетная) принимается 20 сут.
Средства приемки винограда и отбора проб. Количество поступающего винограда определяют взвешиванием транспортных средств на цифропоказывающих и регистрирующих автомобильных плач форменных весах РС-10Ц13, РС-30Ц13А (АЦ-ЗОС), РС-10Ц13А, РС-15Д24А (с пределами взвешивания соответственно 0,5-10; 1,5-30; 0,5-10 и 0,75-15 т) и др.
При взвешивании одновременно отбирают пробы винограда для анализа. Отбор проб может производиться специальными пробоотборниками СПВ, разработанными в различных модификациях.
Типовым является стационарный пробоотборник СПВ-1М (рис. 1.1). Он представляет собой устройство, смонтированное над автовесами и предназначенное для объективного отбора средней пробы из партии винограда в виде отжатого сусла. Анализ состоит в определении сахаристости и кислотности отобранного сусла. Выжимка из пробо-оттборного устройства выпадает в тару для винограда.
Пробоотборник может перемещаться по горизонтали вперед-назад но радиусу, поворачиваться вокруг вертикальной оси и перемешаться в вертикальной плоскости вверх-вниз.
Перемещение по радиусу осуществляется при помощи каната, который намотан на барабан, насаженный на выходной вал исполнительного механизма (рис. 1.1,6), концы каната связаны с консолью. При вращении барабана консоль с пробоотборным устройством перемещается по направляющим роликам. Скорость при перемещении по радиусу 8 м/мин, при повороте - 175 об/мин, ход но радиусу 2 м, угол поворота 130°.
Поворот вокруг вертикальной оси происходит с помощью цилиндрического прямозубого колеса, насаженного на выходной вал электрического исполнительного механизма 3 (см. рис. 1.1, в) и зубчатого сектора, неподвижно закрепленного на ходовой вертикальной тубе.
Перемещение пробоотборника в вертикальной плоскости вверх-вниз осуществляется при помощи каната, намотанного на барабан. Концы каната связаны с ходовой трубой, которая при вращении барабана перемещается по направляющей тубе. Ход вертикального перемещения 1.5 м, скорость при перемещении вниз 3.75 м/мин, вверх (ускоренная) - 7,5 м/мин.
Пробоотборник обеспечивает отбор 30 проб в час; продолжительность отбора одной пробы при трехкратном погружении - 2 мин; объем пробы, отбираемой за одно погружение - 300 мл; мощность установленных электродвигателей - 1,4 кВт.
Разработана также конструкция пробоотборника марки СПВ-2.
В пробоотборниках СПВ может быть использовано специальное устройство в виде полого цилиндра с дистанционным запиранием, что позволяет одновременно с технологическим анализом сусла отбирать пробы винограда для инспекции его внешнего вида.
Рис. 1.1. Пробоотборник СПВ-1М:
а общий вид (
I
- опора; 2 - механизм перемещения стрелы; 3 - стрела; 4 - привод: 5 - выключатель; 6 - пробоотборное устройство; 7 - механизм подъема стрелы); б - пробоотборное устройство (I
. 8 - ножи: 2 - кожух: 3 - шнек: 4 -трубка; 5 - вал; 6 - камера: 7 - стакан!: в - кинематическая схема
{1,6- редукторы; 2, 5 - электродвигатели; 3, 4 - исполнительные механизмы; 7 - шнек)
Бункера-питатели
Виноград из транспортных средств выгружается в бункера-питатели, служащие одновременно в качестве накопителей винограда и устройств, равномерно подающих его на дробление. Бункера имею! транспортирующие устройства, в большинстве случаев шнеки из коррозиестойкой стали, расположенные поперечно или продольно относительно стены дробильно-прессового отделения.
Сами бункера выполнены из бетона с соответствующим покрытием в виде плиток, а в последних выпусках - в виде металлических листов.
Разработано несколько моделей бункеров-питателей серии 13БШ производительностью 10/20, 20/30, 30/50 (в первом варианте производительности частота вращения шнеков меньше) и 100 т/ч. С конструктивной точки зрения это несложные устройства. Количество шнеков в бункерах-питателях от одного до трех, диаметр шнеков 400-634 мм, частота вращения 7.1-14.45 об/мин эти параметры зависят от производительности).
На рис. 1.2 показаны общие виды бункеров-питателей ВБШ-101 и ВБШ-50, а также их кинематические схемы.
В последнее время предпочтение отдастся стальным бункерам вместо железобетонных, что весьма рационально, так как последние имеют ряд эксплуатационных недостатков, в том числе с точки зрения промышленной санитарии и трудностей ремонта.
Исследования конструкций бункеров-питателей показали, что для надежной их работы большое значение имеет конфигурация внутренних рабочих плоскостей. Бункера могут иметь одну отвесно вертикальную и одну наклонную стенки (рис. 1.3, а) или две наклонные стенки (рис. 1.3, б). В варианте а виноград практически не зависает. Конструкция подшнекового дна в вариантах а и б также способствует свободному проходу винограда. Немаловажное значение с этой точки зрения имеет и диаметр шнека: его целесообразно принимать не менее 400 мм.
Для обеспечения равномерной подачи винограда и во избежание забивания разгрузочного окна и стыкового элемента между бункером и дробилкой разгрузочное окно должно быть защищено отсекателем (рис. 1.3,«). Для бункеров-питателей большой производительности желательно также, чтобы во время разгрузки контейнера удар приходился на наклонную плоское , расположенную над шнеком, а не на сам шнек. Равномерной подаче винограда способствует регулирование частоты вращения шнеков, позволяющее изменять их производительность в широких пределах.
| |
Рис. Бункера-питатели:
а. б - общие виды соответственно ВБШ-10 и ВБШ-50: в, г - кинематические схемы соответственно ВБШ-10 и ВБШ-50
Интерес представляют бункера-питатели, разработанные фирмой «Sernagiotto» (Италия), в которых над транспортирующим шнеком параллельно располагается шнек меньшего диаметра (рис. 1.3. г), препятствующий образованию сводов винограда.
Минимальная вместимость приемного бункера равна максимальной вместимости кузова самосвала или контейнера, доставляющего виноград на переработку, плюс объем винограда, равный 3-5-минутной производительности дробильно-гребнеотделяющей машины, установленной на заводе.
Виноград может находиться в бункере не более 0,5 ч. Практика показала, что при грузоподъемности существующих транспортных средств 2-3 т минимальная вместимость бункера должна составлять 5-6 т.
Рис. 1.3. Конструкции бункеров-питателей:
а — с вертикальной и наклонной стенками: б - с двумя наклонными стенками: в - с отсекателем: г -с двумя шнеками (фирмы «
Sernagiotlo
»)
Пропускная способность П (в кг/с) шнеков бункеров-питателей по винограду, если отбор сусла из-под них не производится, рассчитывается по обычной методике:
где
D
- наружный диаметр шнека, м:
d
- диаметр вала, м;
S
- шаг шнека, м (принимается 0.8
D
); п - частота вращения шнека, об/мин: р - объемная масса винограда (600 кг/м): <р - коэффициент сечения желоба шнека (0,8-0,9); с - коэффициент, учитывающий наклон шнека (при угле наклона 15-30° с = 0,9): т - количество шнеков.
Дробилки-гребнеотделители
Начальная операция при переработке винограда - его дробление. Под дроблением понимается разрушение целости кожицы ягод и их клеточной структуры, облегчающее получение сока. Степень измельчения винограда существенно влияет на выход сусла-самотека и скорость суслоотделения: чем интенсивнее разрушение, тем больше выход сусла, но хуже его качество, так как сильное дробление приводит к обогащению сусла обрывками кожицы, мякоти и другими взвешенными частицами. Разрушение клеток в дробильно-гребнеотделяющих машинах осуществляется путем механического воздействия на виноград; при этом перетирание и дробление гребней и семян должно быть по возможности минимальным во избежание обогащения сусла дубильными веществами.
Процесс дробления винограда производится с отделением гребней или без отделения их. В первом случае в сусле меньше дубильных веществ, зато во втором несколько ускоряется суслоотделение (на стека-гелях и при прессовании) за счет того, что гребни препятствуют спрессовыванию мезги и улучшают дренаж. Кроме того, при приготовлении специальных типов вин предусматривается переработка винограда без отделения гребней.
Современные дробильно-гребнеотделяющие машины но способу разрушения кожицы ягод можно разделить на раздавливающие при помощи профильных валков и разрушающие за счет удара при помощи бичей. В принципе измельчение винограда можно осуществлять и на дробильных машинах других типов: лопастных, роторных, молотковых, однако в отечественном виноделии они не нашли распространения. Кроме того, дробилки-гребнеотделители могут быть объединены с другими машинами (весами, стекателями, насосами и др.) в агрегаты.
Валковые дробилки-гребнеотделители
Основными рабочими органами, от которых зависит эффективность работы валковой дробилки-гребнеотделителя, являются валки и гребнеотделитель.
В настоящее время применяют профильные валки, геометрия и кинематические условия действия которых способствуют тому, что при попадании между выступами и впадинами валков грозди подвергаются меньшему перетиранию. Рабочий процесс дробления приближается к наиболee рациональному варианту - раздавливанию гроздей в результате параллельного сближения плоских дробящих поверхностей.
Профильные валки выполняют четырех-, шести- или восьмистными. Валки изготовляют из различных материалов: черных металлов с покрытием, дерева, камня, а в последнее время чаще всего из резины (либо обрезиненными).
Рис. 1.4. Валковые дробилки:
а - общий вид ВГД-20 (I
, 3 - валки: 2 - бункер: 4 - цлииндр; 5 - вал: 6 - бич: 7 - лоток; 8 - шнек; 9 - заслонка); б, в - кинематические схемы соответственно ВГД-20 и ВДВ-100
При работе без гребнеотделителя заслонка устанавливается в крайнем правом положении, дробленая масса непосредственно из-под валков проваливается в нижнюю часть машины и шнеком выносится к выходному патрубку.
Установлено, что наиболее эффективный способ гребнеотделения состоит в сочетании ударного воздействия на продукт с протиранием его по сепарирующей поверхности рабочих органов. Этот способ и положен в основу промышленных гребнеотделяющих устройств.
Вместе с тем следует отметить, что технология, механизм процесса и энергетика валковых дробилок изучены недостаточно.
В принципе, энергия в валковой дробилке-гребнеотделителе расходуется на преодоление сопротивления вращению валков и отделение ягод от гребней. Практический расчет энергетических затрат, однако, затруднен из-за отсутствия методики и данных по величинам усилий, возникающих при дроблении вино1рада.
Валковые дробилки-гребнеотделители, выпускаемые за рубежом (Венгрия, Италия, Франция, США), в принципе работают по той же схеме, что и отечественные. Имеются различия в числе валков, что определяет производительность, в наличии дополнительных конструктивных элементов на валу гребнеотделителя для равномерной подачи и направления гребней и др.
Валковую дробилку оригинальной конструкции выпускает фирма «Diemme» (Италия). Дроблению винограда валками предшествует отделение 1ребней. Это позволяет дробить виноград в щадящем режиме и тем самым получать сусло более высокого качества.
В Болгарии выпускают гак называемые валковые дробилки с центробежным гребнеотделителем (некоторые исследователи с достаточным основанием относят их к ударно-центробежным дробилкам с валковым дробильным органом, хотя по технологической схеме они соответствуют дробилке, приведенной на рис. 1.4). Однако качество сусла, получаемого при раздавливании винограда на этих машинах, такое же, как и у получаемого с использованием ударно-центробежных дробилок (см. ниже).
Оценивая тенденции развития конструкций валковых машин, следует отметить способ многоступенчатого дробления винограда. Как упоминалось, с уменьшением степени дробления качество получаемых виноматериалов улучшается. Наиболее высоким оно становится при межвалковом зазоре 9 мм. С целью сохранения при этом количества (выхода) сусла некоторыми исследователями рекомендуется применение межвалковых дробилок, в которых виноград сначала раздавливается при зазоре 9 мм. а затем (на второй ступени дробления) при 3 мм.
Ударно-центробежные дробилки-гребнеотделители
В этих дробилках виноград разрушается при ударе по нему бичей гребнеотделяющего устройства и истирании его о стенки этого устройства. Окружная скорость вращения лопастей должна обеспечить разрушение ягоды в момент удара. Поэтому в таких машинах более высокие рабочие скорости, чем в гребнеотделителях валковых дробилок. Кроме того, особенность дробилок-фебнеотделителей такого типа состоит в совмещении дробления и гребнеотделения в одном рабочем органе.
С технологической точки зрения, однако, применение высоких скоростей отрицательно сказывается на качестве сусла.
В настоящее время наиболее известны отечественные ударно-центробежные дробилки-гребнеотделители вертикального типа серии ЦДГ (ЦДГ-20А, ЦДГ-ЗОА, ЦДГ-50), схемы которых одинаковы. Их выпускаю! производительностью 20. 30 и 50 т/ч.
На рис. 1.6 показан общий вид и кинематическая схема дробилки ЦДГ-50.
Виноград подается в бункер 5 дробилки, откуда поступает в малый сплошной цилиндр 8. где при помощи вращающихся дробильных бичей 7 происходит дробление винограда и гребнеотделение. В нижней части корпуса виноград отбрасывается центробежной силой на винтообразные гребневыносные лопасти 9. Раздробленные ягоды проваливаются через отверстия перфорированного цилиндра 4 и поступают в мезгосборник, а гребни подхватываются лопастями, поднимаются по внутренней поверхности перфорированного цилиндра и выбрасываются через окно, расположенное в боковой поверхности корпуса.
Диаметры малых (сплошных) цилиндров в таких дробилках 410-550 мм (в зависимости от производительности), частоты вращения вала с бичами 125-275 об/мин, вала с гребневыносными лопастями 400 и 300 мм.
В некоторых машинах этой серии (ЦДГ-20) дробильные бичи и 1ребневыносные лопасти крепятся на одном валу (устаревший вариант).
За рубежом (США. Италия) выпускаются ударно-центробежные дробилки горизонтального типа.
Корректной методики расчета производительности центробежных дробилок-гребнеотделителей практически нет из-за отсутствия обобщающих теоретических и экспериментальных исследований. То же следует сказать и о расходе энергии. В практике для расчета производительности пользуются лишь формулой для определения пропускной способности выносных лопастей для гребней.
Ударно-центробежные дробилки-гребнеотделители, в сравнении с валковыми, обеспечивают впоследствии более высокий выход сусла-самотека на стекателях, так как степень измельчения винограда в них значительно выше, однако более интенсивное механическое воздействие на виноград сопровождается образованием мельчайших частиц кожицы и гребней, которые переходят в сусло, образуя трудноосаждаемые взвеси. Это снижает качество виноматериалов и является недостатком ударно-центробежных машин.
К недостаткам этих машин следует отнести также повышенное содержание дубильных веществ в сусле, что особенно нежелательно при выработке высококачественных виноматериалов, и большое окисление сусла
Рис. 1.6. Ударно-центробежная
а - разрез общего вида (
I
- крестовина; 2 - корпус; 3 - труба; 4.8- цилиндры; 5- бункер; б - вал; 7- бич; 9 -лопасть}
По общим же конструктивным показателям (металло- и энергоемкости, занимаемой площади и т. д.) ударно-центробежные машины более совершенны.
Помимо описанных выше имеются другие конструктивные разновидности дробильно-гребнеотделительиых машин, в том числе дезинтеграторы. Последние по конструкции рабочих органов имеют сходство с молотковыми и роторными дробилками, предназначенными для мелкого дробления материалов. Чаще всего дезинтефекаторы используют для измельчения гребней и выжимок.
Стекатели, настойники, экстракторы
Отделение сусла первой фракции (самотека) имеет целью помимо получения продукта высшего качества облегчить прессование мезги. Сусло-самотек используется для приготовления лучших марочных вин. Норма отбора сусла первой фракции, получаемого на стекателях из винограда, 50-55 дал при общем количестве сусла 75-80 дал.
В последнее время при производстве отдельных типов вин с целью обогащения сусла экстрактивными и ароматическими веществами применяют специальные аппараты - так называемые настойники. Для получения красных вин по определенной схеме применяют экстракторы, обеспечивающие более полный переход в виноматериал красящих и дубильных веществ.
Стекатели и настойники. Стекание сусла из мезги можно рассматривать как гидродинамический процесс течения жидкости через пористую среду, который сопровождается более или менее полным разделением твердой и жидкой фаз суспензии. Общие закономерности этого процесса исследованы В. П. Нечаевым
Производительность стекателей периодического действия правильнее всего определять с учетом кинетики процесса, но это чаще всего невозможно из-за отсутствия экспериментальных данных или их теоретического обобщения. Полому для расчетов может быть рекомендована формула для определения производительности П (в дал/с) стекателей по суслу:
где (/> - коэффициент, учитывающий степень заполнения корзины, камеры, ем кости (0,8-0,9): V- объем корзины, камеры, емкости. м; р - объемная масса мезги, кг/м'; q
- количество сусла, получаемом из /000 кг винограда, дал: г,. -время рабочего периода цикла, с.
Формула (1.7) определяет итоговую, суммарную производительность стекателя, так как в нее входит время рабочего периода цикла тр. При подсчете производительности в час, смену и т. д. необходимо учесть нерабочее время цикла и коэффициент использования оборудования К.
Для расчета рабочего объема и производительности камерных стекателей следует принимать длительность одного цикла работы 4 ч. Это обосновывается рациональной продолжительностью процесса настаивания мезги при изготовлении белых столовых вин в течение 2-4 ч. Значение г обычно принимается равным 10 ч. Тогда л следует принять равным 3. В связи с тем, что камерные стекатели являются аппаратами периодического действия, их число N должно быть не менее двух для обеспечения непрерывности работы линии. При этом каждый стекатель должен находиться под разгрузкой стекшей мезги поочередно в течение 2 ч. Количество отходов гребней М обычно составляет 4"% массы вино-1рада. Объемная масса свежей мезги может быть принята 1080 кг/м3.
В отечественном виноделии благодаря большой производительности, непрерывности действия, малым габаритным размерам и другим преимуществам - наибольшее распространение получили шнековые стекатели, принятые в качестве типовых. К ним относятся стекатели серии ВССШ (разных модификаций производительностью 10, 20, 30, 50 и 100 т/ч) и стекатель ВСН-20 (производительностью 20 т/ч).
Стекатели производительностью 10, 20 и 30 т/ч (рис. 1.9, я, б) устроены одинаково. Внутренние боковые стенки бункера 2, огражденные кожухами, наклонные, перфорированные; передняя и задняя стенки вертикальные. Внутри бункера имеется дренажная перегородка (на рисунке не показана), увеличивающая площадь дренирующей поверхности и способствующая лучшему распределению массы мезги в бункере. В нижней части бункера находится патрубок для отбора сусла. В месте выхода мезги корпус 4 имеет форму конуса, что способствует легкому отжиму мезги.
Рис. 1.9. Принципиальные (а) и кинематические (б, в) схемы шнековых
стекателей: а - ВССШ-10. ВССШ-20Д, ВССШ-ЗОД (1 - рама; 2 - бункер; 3 - шнек; 4 -
корпус; б - те .же (1.2- шкивы; 3 - электродвигатель; 4 -редуктор; 5 - вал шнека); в - ВССШ-50, ВСШ-100 (обозначения те же)
Мезга из лробилки подается в первую по ходу движения секцию бункера и через пространство между поперечной перегородкой и шнеком 3 перемещается во вторую секцию, а оттуда - в цилиндрический корпус стекателя. За счет уменьшения поперечного сечения в конусной части корпуса осуществляется некоторый отжим мезги (давление до 0,16 МПа). Степень отжатия обусловливается величиной сужения конусной части барабана.
Стекатели производительностью 50 и 100 т/ч в принципе устроены так же. Они отличаются лишь наличием двух шнеков. Кинематическая схема стекателей показана на рис. 1.8, в (обозначения те же; цифры приводятся для стекателя ВССШ-50). Кроме того, в стекателе ВССШ-50 для дополнительного регулирования степени отжатия мезги на выходной части перфорированного корпуса установлена специальная крышка. При совмещении ребер крышки с ребрами лотка степень отжатия минимальная; при повороте крышки сопротивление, а следовательно, и степень сжатия увеличиваются. Подобным поворотом ребер крышки можно регулировать степень отжатия мезги в пределах до 10'.?.
Диаметры шнеков в стекателях ВССШ производительностью 10, 20 и 30 т/ч - 634 мм, а производительностью 50 и 100 т/ч - 697 и 797 мм, частоты вращения соответственно 1,3; 2,1; 4.0; 3,0 и 1,5/2,5 об/мин.
Длительность нахождения мезги в таких стекателях 8-16 мин
К двухшнековым (диаметр шнеков 536 мм) относится и стекатель ВСН-20 (автор В. А. Наумов), получивший большое распространение благодаря простоте и хорошим технологическим показателям. Этот стекатель отличается от стекателей ВССШ малыми размерами бункера 7. Перфорированные цилиндрические корпуса 3 стекателя ВСН-20 заканчиваются конусами для подпрессовки мезги или шарнирно установленными подпружиненными крышками - лепестками, образующими диафрагму 2 и имеющими то же назначение. Общий вид стекателя и его кинематическая схема показана на рис. 1.10, не требующем пояснения.
Зарубежные конструкции шнековых стекателей, например, фирмы «Diemme» (Италия) и др., в принципе построены по той же схеме, что и отечественные. Некоторый интерес представляют стекатели фирмы «Sernagiotto» (Италия), в бункерах которых установлено несколько вертикальных шнеков, обеспечивающих легкий отжим мезги и равномерную подачу ее на три основных шнека.
Наиболее полно шнековые стекатели исследованы В. П. Тихоновым [36J. Результаты этих исследований положены в основу описанных выше конструкций стекателей ВССШ.
Теоретический расчет производительности шнековых стекателей представляет определенные трудности ввиду отсутствия теоретических исследований. Можно исходить из пропускной способности перемещаю-
щего органа, но правильные результаты при этом могут быть получены лишь при введении условных коэффициентов, учитывающих постоянно уменьшающееся в связи с отбором сусла количество перемещаемой мезги.
Рис. 1.10. Стекатель ВСН-20:
а - общий вид (
I
- лоток для выгрузки мезги; 2 - коническая диафрагменная насадка; 3 - цилиндр; 4 - шнек; 5 - крышка; 6 - люк; 7 - бункер; 8 - дренажная сетка; 9 -редуктор; 10 -рама; 11 - поддон для сусла); б - кинематическая схема (I
- электродвигатель; 2,6- шкивы;.?, 4 - шнеки; 5 -редуктор)
Для расчета фактической производительности шиековых стекате-лей Пф на основании обработки экспериментальных данных В. II. Тихоновым предложена формула
Пф=17ГКуКГКОБК„<рК0Кя.
(1.10)
где ПТ - теоретическая производительность шнекового стекатечя, которая может быть опредечена по формуле (1.1) при условии, что р- объемная масса мезги, кг/м . с =
I
/
cosa
(где а -угол накюна шнека, град,
tp
= I
); К,. - коэффициент, учитывающий фактический выход сует (при выходе 40-65 дал/т К, = 1,05*0,86); К/- - коэффициент, учитывающий снижение производительности при перера-ооткс мезги с гребнями (К, = 0,96+0,98); Коь - коэффициент, учитывающий наличие в стекателе обтюратора, препятствующего обратному току мезги (выходах сусла Кок = I
; при выходах 55-70 дал/т
Koh
= 1+1,27);
Kj
-коэффициент, учитывающий форму отверстий в цилиндре (при площади живого
сечения не менее 10% и диаметре отверстий 0,6-2,5 мм
Kri
= 0,75+0,94; при щелевых отверстиях Kj
= Г); <р - коэффициент, учитывающий величину обратного потока мезги вдоль винтового канала и через радиальный зазор между шнеком и цилиндром (при частоте вращении шнеков п = 1+10 об/мин f
= 0,65+1; в общем
случае (р = п ' ); Кв - коэффициент, служащий для приведения производительности стекателя по мезге к производительности по винограду (Ко = 75); Кц - коэффициент, характеризующий изменение производительности в зависимости от
геометрических размеров конструкции (для реальных апекателей при диаметрах
цилиндра до 800 ли/ Кц = 1).
Интересные результаты получены при изучении влияния обтюрирующих устройств на процесс получения сусла. Такою рода устройства в виде звездочек используются во многих конструкциях стекателей и шнековых прессов. Их назначение - уменьшать обратный поток мезги, снижающий производительность машин. Установлено, что при выходах сусла до 55 дал/т отсутствие обтюрирующего устройства не приводит к снижению производительности установки. При дальнейшем увеличении степени отжатая перерабатываемого продукта, например, до выхода 70 дал/т, производительность снижается на 27%. Поэтому при разработке нового оборудования расчет рабочего органа следует проводить с учетом влияния этого фактора, причем с
экономической точки зрения, так как одни факторы (увеличение производительности) играют положительную роль, а другие (повышение концентрации взвесей в сусле, увеличение металлоемкости) - отрицательную.
Другие типы стекателей (вибрационные, центробежные, вакуумные) не нашли практического применения в промышленности ввиду технологических и конструктивных недостатков (аэрация сусла, обогащение его взвесями и др.). Представляется, однако, что ряд видов обработки мезги в процессе отъема самотека (ультразвуком, ферментными препаратами) при надлежащем конструктивном оформлении могут лечь в основу создания новых типов стекателей.
Экстракторы
Они предназначены для одновременного экстрагирования и брожения мезги. Наиболее распространенным отечественным экстрактором является аппарат ВЭКД-5 (рис. 1.12, а, б). В аппарате происходит непрерывное брожение мезги с плавающей «шапкой». Исходная (свежая) мезга подается периодически.
Аппарат работает следующим образом. Свежая мезга загружается до уровня на 0,5 м ниже желоба разгрузочного шнека 2. Для ускорения брожения в аппарат дозируют дрожжевую разводку до 3% мезги. В процессе брожения сусло перемешивают 3-4 раза в сутки. Для этого сусло отбирается через перфорированные стенки 8, установленные в нижней части резервуара, и орошает поверхность «шапки» через пятирожковый разбрызгиватель 4. При остаточном содержании сахара в сусле до 5% производится выпуск бродяшего сусла-самотека. Единовременный объем выпускаемой жидкости не до;гжен превышать 50% ее общего объема в аппарате. В противном случае старая «шапка» опускается в зону перфорированных стенок, а свежая мезга при подаче ее в аппарат образует свищи и прорывается на поверхность старой, в результате чего аппарат выводится из непрерывного режима работы. Для восстановления рабочего режима аппарат необходимо полностью разгрузить и повторно пустить в работу.
После выпуска сусла до нужного остаточного уровня в аппарат подают свежую мезгу. Она поднимает старую «шапку» в верхнюю часть аппарата, где ее граблями 3 сваливают в разгрузочный желоб и выводят из аппарата, направляя на дожимочный пресс.
Производительность экстрактора - 5 т/ч; объем - 44,5 м3; длительность экстрагирования - 10 ч; диаметр - 5082 мм, высота - 8015 мм.
Опыт эксплуатации экстрактора ВЭКД-5 показал, однако, несовершенство механизма вьирузки «шапки» в описанном варианте. Более целесообразно перекачивать мезгу из экстрактора при помощи насоса, направляя ее в стекатель до прессования (или в необходимых случаях возвращая ее в экстрактор).
в
Рис. 1.12. Экстракторы ВЭКД (а, б) и фирмы «Padovan» (в): а - принципиальная схема (I
-резервуар; 2 - шнек; 3 - грабли; 4 - разбрызгивав-пиль; 5 - ваг, 6 - труба; 7 - насос; 8 - стенка; 9, 10 - патрубки с кранами); б -кинематическая схема (1 - электродвигатель; 2 -редуктор; 3 - цепная передача; 4 - шнек; 5 - грабли; 6.7- шестерни); в - принципиальная схема (I
- грабли; 2 -шнек; 3, 6,7- патрубки; 4,5 - патрубки с кранами; 8,9- вентили)
В установке Padovan (рис. 1.12, в), принципиально похожей на экстрактор ВЭКД-5, процесс рециркуляции мезги осуществляется следующим образом: сформированная вверху «танка» собирается граблями / и при помощи шнека 2 подается в устройство для рециркуляции, в которое одновременно поступает сусло из нижней части резервуара, создавая встречный поток- Затем обогащенная суслом мезга подается в нижнюю часть резервуара. Всего производится три рециркуляции по 1-1,5 ч каждая через 3. 7 и 13 ч после загрузки. Рециркуляция считается законченной, когда «шапка» полиостью опустится в вино. Когда «шапка» поднимается вновь, можно начинать следующую рециркуляцию либо приступить к выгрузке мезги. Вместимость резервуара до 100 м .
Шнек состоит из двух частей, одна из которых обеспечивает передвижение мезги при разгрузке «шайки», а вторая подает мезгу для рециркуляции. Сброженное сусло отводится через нижний кран 5 при периодическом сбраживании и через кран 4 - при непрерывном. Осадки удаляются через патрубок 6, мезга - через патрубок 7, а выделяющийся диоксид углерода - через вентиль 9 с предохранительным клапаном. В остальном принцип действия установки ясен из рисунка.
В настоящее время фирма «Diemme» (Италия) выпускает экстрак-торы-винификаторы более совершенных конструкций: вертикального типа (в которых бродящее сусло, отбираемое снизу, орошает «шапку» мезги) и горизонтального (которые представляют собой вращающиеся резервуары со спиральной лопастью внутри и коническим днищем: при вращении происходит перемешивание мезги и обогащение вина фе-нольными и красящими веществами: марка таких установок NS; их вместимость - в зависимости от типоразмера - от 10 до 70 м).
Прессы
Прессы предназначены для отделения сусла от мезги после отбора сусла первой фракции на стекателях; при этом норма выхода прессовых фракций сусла около 25 дал/т. В отдельных случаях прессуются целые грозди винограда. Некоторые схемы производства красных вин предусматривают подачу на прессование уже сброженной мезги после отделения от нее большей части полученного при брожении вина.
Во всех случаях в прессах происходит разрушение растительных клеток ягоды, истирание кожицы, а при неблагоприятных условиях -раздавливание и перетирание виноградных семян. Поэтому в прессовом сусле имеется определенное количество взвесей, дубильных и других веществ. Содержание их колеблется в зависимости от сорта и качества винограда. режима процессов дробления и прессования мезги, а также требований к качеству получаемого продукта (последнее зависит от типа вина, для которого продукт предназначен).
Прессы периодического действия.
Принципиальные схемы прессов периодического действия показаны на рис. 1.14.
В горизонтальном гидравлическом прессе (рис. 1.14, а) мезгу отжимает поршень, перемешающийся к торцевой стенке корзины. В пневматическом прессе (рис. 1.14, б) мезга отжимается раздувающимся баллоном, в который подается воздух. Обе приведенные схемы нашли конструктивное воплощение (см. ниже).
Рис. 1.14. Принципиальные схемы горизонтальных корзиночных прессов периодического действия: а - гидравлические бокового давления: б - пневматические
Несмотря на общие недостатки, присущие всем прессам периодического действия (низкая производительность, большие затраты труда), эти прессы имеют и ряд преимуществ, а именно: обеспечение регулируемого «щадящего» режима прессования в зависимости от сорта винограда, степени его зрелости и т. п. факторов. Соблюдение режимов прессования с учетом этих факторов может осуществляться при помощи современных средств микропроцессорной техники.
Такие прессы обеспечивают не только получение сусла высокого качества, но и несколько больший выход его. Например, пневматические баллонные прессы обеспечивают наилучшее качество сусла (из всех известных конструкций прессов) благодаря осуществляемому в них радиальному давлению, способствующему растягиванию мезги (а не уплотнению ее) по внутренней поверхности корзины (барабана) (такие прессы были известны как Wilimes- прессы, а в СССР они выпускались под маркой ГППД-1.7).
Все прессы периодического действия обеспечивают получение сусла нескольких давлений (за счет возврата рабочих органов в исходное положение).
Из современных конструкций прессов периодического действия наибольший интерес представляют поршневые корзиночные прессы бокового давления. Примером может служить пресс HP, выпускаемой фирмой «Bucher» (Швейцария) Общий вид пресса показан на рис. 1.15, а. Давление в этом прессе создается поршнем, перемещающемся в корзине 5 под действием штока 7 гидроцилиндра 8. В корзине расположены дренажные устройства 4, представляющие собой гибкие, выполненные полимерных материалов трубки-желобки, покрытые фильтрующей тканью. Желобки крепятся к перемещающемуся поршню и неподвижному диску, расположенному в торце корзины. Мезга поступает в корзину через торцевой патрубок 2, а отпрессованное сусло по трубам 13 попадает в кольцевой канал 3, откуда выводится
| |
Рис. 1.15. Пресс HP:
" - общий вид (I
, 2 - патрубки; 3 - кольцевой канал; 4 - дренажные устройства; 5 - корзина; 6 - стяжка; 7 - шток; 8 - гидроцилиндр; 9 - трубопровод; 10 - рама; И - станина; 12 - шнек: 13 - труба); б - принципиальная технологическая схема (', 3 - патрубки; 2 - неподвижный диск; 4 - дренажные устройства; 5 - поршень; о - гидроцилиндр; 7 - цепная передача; S
- привод; 9 - рама; 10 - штанга)
Прессы непрерывного действия.
Применяемые в винодельческой промышленности прессы непрерывного действия более производительны, позволяют автоматизировать переработку винограда, хотя сусло, получаемое на большинстве типов этих прессов, более низкого качества. Самыми распространенными прессами этой группы являются шнековые. Конструктивно они могут быть выполнены по-разному в зависимости от количества шнеков и их расположения.
На подавляющем большинстве отечественных предприятий применяют двухшнековые прессы с последовательно расположенными шнеками серии ВПО производительностью 5, 10, 20, 30, 50 и 100 т/ч. Принципиально они устроены одинаково.
На рис. 1.16, а в качестве примера показан пресс ВПО-30А. Мезга из бункера 4 поступает на транспортирующий шнек 14. При этом часть сусла через сетку корпуса стекает в его нижнюю часть и отводится по патрубку. По мере продвижения мезги посредством транспортирующего шиека происходит отбор сусла второй фракции, стекающего через перфорированный цилиндр в поддон.
| |
Рис. 1.16. Пресс ВПО-ЗОА:
а -разрез общего вида (1 - рама; 2 -редуктор; 3 - электродвигатель; 4 - бункер; 5 - корпус; б - цилиндр: 7 - прессующи шнек; 8 - конус; 9-блок управления; 10 - насос; 11 - опора; 12 - барабан; 13 - поддон; 14 - транспортирующий шнек
