Моделирование фильтрационно-очистного механизма на заводах по производству алкогольных напитков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННО-ОЧИСТНОГО МЕХАНИЗМА НА ЗАВОДАХ ПО ПРОИЗВОДСТВУ АЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ

Введение

Водкой называется смесь определенного количества этилового ректификованного спирта с умягченной водой, подвергнутая очистке активированным углем и специальной фильтрации.

Водку измеряют по объему и выражают в декалитрах, литрах и долях литра. Как известно содержание безводного спирта в спиртовой смеси, выраженное в процентах по объему принято называть ее крепостью. Крепость выражается в объемных процентах при температуре 20⁰С. В зависимости от содержания безводного спирта в водках различаются водки обычной крепости в 40%, и водки крепостью в 50 и 56%.

Водки отличаются друг от друга по содержанию в них спирта, степени его очистки и по вкусовым признакам, зависящим от количества и характера прибавляемых вкусовых веществ.

Согласно Федеральному закону '' О качестве и безопасности пищевых продуктов'', безопасность продуктов в частности водок - это состояние обоснованной уверенности в том что продукты при обычных условиях их использования не являются вредными и не представляют опасности для здоровья нынешнего и будущего поколений.

Энергетическая ценность водки составляет 235 ккал в 100 гр продукта и обусловлена в основном содержанием этилового спирта (при сгорании 1г в организме выделяется 7 ккал).

Основной причиной, стимулирующей потребление спиртных напитков, является их способность физиологического воздействия на человеческий организм. Физиологическое воздействие пищевых продуктов на организм обусловлено содержанием следующих групп физиологически активных веществ, воздействующих на системы организма человека: нервную (этиловый спирт, кофеин, никотин, теобромин и др.); сердечно - сосудистую (этиловый спирт, кофеин, соли калия, магния, ферменты и др.); пищеварительную (минеральные соли, органические кислоты, ферменты, пектиновые вещества, клетчатка и др.).

Основное физиологическое действие алкогольных напитков на организм человека связано с влиянием этилового спирта на нервную и сердечнососудистую системы, а степень воздействия зависит от дозы алкоголя.

Для удовлетворения потребительских запросов большое внимание уделяется технологии производства. Добиться высокого уровня качества ликероводочной продукции без использования современных технологий сложно, а сделать его стабильным без максимальной автоматизации производства почти невозможно.

Качество продукции во многом определяется точностью соблюдения технологических параметров на всей производственной линии и получить желаемый результат бывает очень непросто. Препятствуют этому и оборудование, используемое на большинстве заводов, и так называемый «человеческий фактор».

В настоящее время одной из основных проблем возникающих на предприятиях является мобильность производства. В условиях жесткой конкуренции на рынке алкоголя в России одним из решающих факторов успешной деятельности является быстрота реагирования на изменения спроса на производимую продукцию. При детальном изучении технологических процессов можно выявить, что необходимо для экономии времени, качественной и эффективной работы предприятия для получения в дальнейшем водки отличного качества. Это современные автоматизированные установки приготовления сортировки и ее фильтрации, ректификованный спирт высокого качества и умягченная вода.

1. Характеристика сырья и вспомогательных материалов для водки

Исходным сырьем для производства водок является спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья ГОСТ Р 51652 - 2000.

Спирт этиловый ректификованный представляет собой прозрачную, бесцветную жидкость, имеющую приятный запах и жгучий вкус, без посторонних запахов и привкусов, удельный вес безводного спирта при 20 °С - 0,78927 г./см³, температура кипения при 760 мм рт. ст. - 78,35 °С, замерзания - 117 °С.

Этиловый спирт гигроскопичен: он хорошо впитывает влагу из воздуха, растительных и животных тканей, вследствие чего они разрушаются. Спирт и его крепкие производные горят бледно-голубым некоптящим пламенем, пары его в смеси с воздухом в пределах концентрации 2,8-13,7% взрывоопасны.

Содержание этилового спирта (крепость) выражается в объемных процентах. Под объемным процентом понимают количество дм? (л) спирта в 100 дм? (л) водно-спиртового раствора при 20 °С, выраженное в процентах.

В зависимости от степени очистки и крепости этиловый ректификованныйспирт вырабатывается (объемная доля этанола, % об., не менее):

* 1-го сорта (для производства алкогольных не используется) - 96,0.

* Высшей очистки - 96,2.

* «Базис» - 96,0.

* «Экстра» - 96,3.

* «Люкс» - 96,3.

* «Альфа» - 96,3.

Качество ректификованного спирта, являющегося исходным сырьем для приготовления водки, согласно установленным стандартом технических требований, характеризуется его органолептическими и аналитическими показателями.

Таблица 1 - Качественные показатели ректификованного спирта

Показатели	Экстра	Высшей очистки
Внешний вид и органолептические свойства	Прозрачная бесцветная жидкость без постороннего запаха или вкуса, без примесей	Прозрачная бесцветная жидкость без постороннего запаха или вкуса и без примесей.
Крепость в% (по объему) должна быть, не ниже…	96,5	96,2
Проба на чистоту с серной кислотой 10:10….	Должен выдерживать	Должен выдерживать
Проба на окисляемость с раствором марганцево-кислого калия не менее, чем в течение……	20 мин.	15 мин.
Содержание альдегидов в мг на 1 дм3 безводного спирта, не более….	2	4
Содержание сивушных масел в мг на 1 дм3 безводного спирта, не более	3	4
Содержание фурфулола	0	0
Содержание сложных эфиров в 1 дм3 безводного спирта, не более мг.	25	30
Содержание метилового спирта по пробе с фуксинсернистым реактивом	Не допускается

Качество водки зависит не только от качества этилового спирта, но и умягченной питьевой воды.

В ликеро-водочном производстве расходуется значительное количество спирта, 9 - 12 дал воды на 1 дал перерабатываемого спирта в расчете на безводный. Находящаяся в недрах земли или на её поверхности пригодная для питья естественная вода никогда не бывает химически чистой и всегда содержит в себе, в зависимости от почвенных, климатических и иных условий, различные органические и минеральные примеси и растворенные газы. К этим примесям относятся нерастворимые в воде вещества. К нерастворимым веществам относятся: глина, песок, частицы растений, водоросли, микроорганизмы. К растворимым в воде минеральным и органическим веществам относятся: известь, гипс, магнезия, глауберловая соль, поваренная соль, кремнекислый натрий, соли железа и алюминия, гуминовые вещества (продукты разложения остатков растений) и др., а также растворимые газы: кислород, углекислый газ, сероводород и др.

Вода, применяемая для приготовления водок, не должна быть жесткой, так как при смешивании спирта с такой водой, находящиеся в этой воде в растворенном состоянии соли кальция и магния выпадают в осадок, вследствие чего водно-спиртовая смесь делается мутной, поэтому вода должна отвечать требованиям СанПиН. В зависимости от данных исходной воды выбирается схема водоподготовки.

Качество водки зависит от применяемого угля для фильтрации сортировки. Активные угли представляют собою пористые сорбенты с сильно развитой удельной поверхностью. В настоящее время их получают из древесного угля-сырца, специальных сортов каменного угля, полукокса и торфа. Исходный уголь подвергают термической обработке при температуре до 800° С в промышленных печах, термической обработке в токе водяного пара, а при использовании торфа - химической активации.

По физико-химическим показателям активный осветляющий древесный порошкообразный уголь должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели активного угля марки ОУ-А

Наименование показателя	Норма
1 Внешний вид	Тонкодисперсный порошок черного цвета, не содержащий посторонних включений
2 Адсорбционная активность по индикатору в миллиграммах на 1 г продукта, не менее по метиленовому голубому или метиленовому синему по метиленовому оранжевому	225 210
3 Адсорбционная активность по мелассе, %, не менее	100
4 Массовая доля золы, %, не более	10
5 Массовая доля влаги, %, не более	10
6 Массовая доля водорастворимой золы, %, не более	2
7 рН водной вытяжки	Не нормируется
8 Степень измельчения, остаток на сетке 0,1К, % не более	5
9 Массовая доля соединений железа в пересчете на Fe, %, не более	0,2
10 Содержание водорастворимых соединений железа	Отсутствие

Уголь активный древесный дробленый БАУ-А. Характеристики угля активного древесного дробленного БАУ-А дают возможность эффективного использования БАУ-А для очистки жидких сред от широкого спектра примесей (от мелких, соизмеримых с молекулами йода, до молекул жиров, масел, нефтепродуктов, хлорорганических соединений и др.) при высоком ресурсе работы.

Уголь активный древесный дробленый импрегнированный серебром БАУ-им. Ag. Уголь активный древесный дробленый импрегнированный серебром БАУ-им. Ag служит для снабжения малогабаритных фильтров и фильтров доочистки.

Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный ОУ-А. Характеристики ОУ-А позволяют эффективно использовать данный угль в жидких средах для поглощения широкого спектра загрязняющих веществ, в первую очередь со средним и высоким молекулярным весом.

Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный ОУ-В. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный ОУ-В, благодаря отличным адсорбционным свойствам при относительно невысокой стоимости, нашел широкое применение в различных отраслях промышленности и жизнедеятельности человека, в решении экологических проблем.

Выбираем в производство для фильтрации водок уголь активный древесный дробленый импрегнированный серебром БАУ-им. Ag

2. Расход сырья и материалов для производства водки

В данном проекте приготовление водки на проектируемом предприятии осуществляется периодическим методом. Воду и спирт смешивают в сортировочном чане. По патрубкам сначала в сортировочный чан подается расчетное количество спирта, а затем умягченной воды, после чего смесь перемешивают до получения однородной смеси. Предприятие рассчитывается на суточную производительность 1700 дал.

2.1 Расчет спирта

Для определения количества спирта расходуемого на приготовления водки, необходимо учесть безвозвратные потери спирта при приготовлении сортировки, обработке ее активированным углем, фильтрации водки и розливе. Эти потери исчисляются в процентах от количества спирта, поступающего в производство.

Согласно ГОСТу для приготовления 40%-ной водки применяется спирт-ректификат крепостью не ниже 96,2% об.

Расход безводного этилового спирта для приготовления 1700 дал 40%-ной водки с учетом потерь его в производстве будет равен:

,

где V - необходимый объем водки, дал.

.

Расход спирта-ректификата крепостью 96,3% об.:

.

.

2.2 Расход исправленной воды

При расчете расхода исправленной воды для приготовления сортировки необходимо учесть степень сжатия смеси. Для получения 40%-ной вводно-спиртовой смеси при использовании спирта крепостью 96,3% об. необходимо к 100 л спирта добавить 147,89 л воды.

Следовательно, для приготовления 1700 дал сортировки 40%-ной водки, на которую расходуется 711 дал спирта, требуется исправленной воды:

.

.

2.3 Расчет количества сортировки

Количество приготовляемой сортировки больше количества получаемой водки. В сортировочных и напорных чанах обычно остается некоторое количество сортировки, которое используется при приготовлении очередной порции сортировки.

Часть сортировки возвращается из очистного отделения при опорожнении фильтров. Часть водки направляется обратно в сортировочное отделение из разливного отделения в виде возвратных продуктов, называемых в производстве чистым браком. Количество возвращаемых из разливного отделения продуктов составляет не более 1.5% от объема выпускаемой продукции.

Примем для расчета общую сумму возвращаемых в сортировочное отделение продуктов равной 3% от объема выпускаемой продукции.

Кроме того, некоторое количество сортировки в процессе производства теряется в виде так называемого грязного брака, который вторично для приготовления сортировки не может быть использован, а сдается для денатурации спирта или на ректификацию. Его количество обычно не больше 0.1% от объема выпускаемой продукции. Количество спирта, сданное водочным цехом в виде грязного брака, учитывается.

Таким образом, при определении количества приготовляемой сортировки необходимо, кроме возвратных потерь, учитывать также количество возвратных продуктов и грязного брака. В нашем случае их объем будет составлять соответственно 3.0 и 0.1% от объема готовой продукции.

Следовательно, объем сортировки будет равен, дал:

.

.

Если учесть потери водки в очистном цехе и принять, что в разливном отделении получается весь грязный брак и возвратных продуктов 1.5% от объема продукции, то объем водки в доводных чанах составит, л:

.

2.4 Расчет количества угля

m= 16·1732,3 = 27,7 кг

16 - количество угля для фильтрации на 1 дал, г;

3. Расчет и подбор оборудования

Водочная сортировка, приготовленная смешиванием спирта и воды, является полупродуктом производства. Только после обработки активным углем водочная сортировка приобретает вкус и аромат, характерные для водки. Чтобы получаемый продукт полностью соответствовал всем показателям качества, производство должно быть оснащено надежным оборудованием.

3.1 Сортировочный чан

Пропускная способность смесителя определяется по формуле:

g= , дал/ч,

где V - суточный объём приготовленной сортировки, дал;

- длительность работы отделения, 8 ч.

Пропускная способность равна:

g = =295 дал/ч

К установке принимается 1 смеситель производительностью 250-400 дал/ч с последующей регулировкой их на заданную мощность. Техническая характеристика смесителя указана в таблице 3.

Таблица 3 - Техническая характеристика смесителя

Производитель-ность, дал/ч	Диаметр, d, мм	высота Н, мм	D выхода сортировки, мм
300 - 700	1700	2740	40

3.2 Напорный чан для сортировки

Емкость напорного чана для сортировки:

V=, дал

где V_сут - суточная производительность, дал;

- коэффициент заполнения чанов, 0,85

В сутки приготавливается сортировки 1764,5 дал. Тогда ёмкость напорного чана для сортировки равна:

V==2075 дал

Предусмотрено установить 2 чана ёмкостью по 1000 дал. Техническая характеристика чанов на 1000 дал указана в таблице 4.

Таблица 4 - Техническая характеристика чанов

Емкость, дал	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм
1000	3060	2040	2100

3.3 Насос

Производительность насоса рассчитывается по формуле:

V=, м³/ч

где g - пропускная способность смесителя, дал/ч;

-объёмный КПД насоса, 0,7-0,9;

100-перевод дал в м³;

Производительность насоса равна:

V==3,5 м³/ч

Техническая характеристика указана в таблице 5.

Таблица 5 - Техническая характеристика центробежных насосов

марки насосов	подача Q	полный напор, Н м	число оборотов, мин	КПД насоса, %
	м3/ч	л/сек
ЭСН - 2/1	4,0	1,2	16,5	2490	23,5

Выбираем насос самовсасывающий.

3.4 Колонка угольная

Количество угольных колонок определяется по формуле:

n=,

где g₁ - оптимальная скорость фильтрации сортировки для данного сорта водки, дал/ч;

g₂ - скорость замедленной фильтрации, дал/ч;

₁ - время фильтрации с оптимальной скоростью, ч;

₂ - время фильтрации с замедленной скоростью, ч;

n - количество угольных колонок для данного сорта водки;

V_сут - суточный объём приготовленной сортировки, дал;

Для производства необходимо угольных колонок:

n==1 колонка

Угольную колонку выбираем спроектированную КР 260204.03.000ГЧ

3.5 Доводной чан

Объём сборника сортировки рассчитывается по формуле:

V=, дал

где n - количество рабочих угольных колонок;

g - скорость замедленной фильтрации сортировки, дал/ч;

16 - время запаса водки, ч.

Объём сборника сортировки на водку:

V==4500 дал

К установке принимаются 4 чана по 1000 дал и 1 на 600 дал.

Таблица 6 - Техническая характеристика чанов

Емкость, дал	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм
1000	3060	2040	2100
600	2650	1710	1750

4. Выбор технологической схемы производства

водка сырье фильтрация производство

Данный курсовой проект направлен на реконструкцию фильтрационно-очистного цеха по производству водки. Важной стадией проектирования является выбор технологической схемы, обеспечивающей высокое качество и выход продукции.

На водочном заводе технология приготовления водки состоит из следующих стадий: прием и хранение спирта, подготовка воды, приготовление сортировки, фитрация сортировки, внесение рецептурных ингредиентов, розлив и внешнее оформление бутылок с водкой, хранение и отпуск готовой продукции.

Водно-спиртовую смесь в ликероводочном производстве приготавливают периодическим и непрерывным способом. При периодическом способе приготовляют сортировку следующим образом. В герметически закрытый чан, называемый сортировочным, набирают из мерников рассчитанное количество спирта, соответственно требуемой крепости сортировки, а затем добавляют воду до получения заданного объема сортировки.

Следует помнить, что для приготовления сортировки необходимо сначала набирать в чан спирт, а уже потом добавлять воду. Так как относительная плотность спирта меньше плотности воды, то спирт при этом поднимается вверх, что способствует лучшему перемешиванию сортировки.

После добавления в чан воды смесь перемешивают одним из следующих способов:

механически - с применением механической мешалки, вмонтированной в сортировочный чан;

с помощью насоса, перекачивая сортировку по трубопроводу из нижней части чана в верхнюю;

сжатым воздухом, поступающим от компрессора или воздуходувки через барботер, расположенный внутри сортировочного чана.

Заливать спирт и воду в сортировочный чан можно также одновременно; при этом достигается частичное размешивание спирта с водой уже в процессе наполнения чана, однако рекомендуется вести залив с таким расчетом, чтобы раньше закончить спуск спирта.

В сортировку добавляют вещества, предусмотренные рецептурой для данного вида водки, и тщательно перемешивают. После этого проверяют крепость сортировки и в случае отклонения ее от установленной добавляют спирт или воду и снова тщательно перемешивают. Полученную сортировку перекачивают насосом в напорный чан и без отстаивания направляют на фильтрацию.

5 Описание аппаратурно-технологической схемы

Аппаратурно-технологическая схема представлена на листе КП 260204. 03.100 ТХ.

Спирт поступает в производство из спиртохранилища в сортировочный чан, куда приливается расчетное количество воды, водно-спиртовая смесь перемешивается до однородной крепости. Насосом смесь перекачивается в напорные чаны1, из которых сортировка поступает на фильтрацию самотеком. Фильтрование сортировки осуществляется на песочных фильтрах2. В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок различной степени зернения, располагаемый в фильтре слоями.

При прохождении сортировки по трубопроводу от форфильтра к угольной колонке в ток задается мелкодисперсный уголь, смешанный с водой, из бункера. Доза задаваемого угля устанавливается с помощью дозирующего устройства 3. Поступившая смесь сортировки с углем находиться в угольной колонке 45 - 10 минут в зависимости от качества спирта и от активности угля, регулирование происходит ротаметром5. После угольных колонок сортировку фильтруют на мешочных фильтрах6 для удаления из нее частиц угольной пыли, загрязнений, которые могут попасть в нее из трубопроводов и емкостей. Затем проводят фильтрацию через песочный фильтры7, что позволяет удалить мельчайшие частички угля и получить продукт безукоризненно прозрачный, с кристальным блеском.

Полученную сортировку направляют в доводной чан8, где проверяют ее крепость. При отклонении крепости от пределов, установленных стандартом, сортировку следует довести до требуемой крепости добавлением спирта или воды. В доводном чане вносятся все ингредиенты, предусмотренные рецептурой. Затем готовая водка поступает на розлив и оформление.

6 .Техника безопасности и охрана труда

1. Режимы технологических процессов производства ликероводочных изделий должны обеспечивать: согласованность работы технологического оборудования, исключающую возникновение опасных и вредных производственных факторов; безотказное действие технологического оборудования и средств защиты работающих в течение сроков, определяемых нормативной документацией; предотвращение возможных пылевыделений; контроль и предупреждение повышения параметров в аппаратах сверх допустимого; предупреждение загораний или пожаров, взрывов; загрузку технологического оборудования, обеспечивающую равномерный ритм работы.

2. В процессах, связанных с применением веществ, обладающих токсическими, раздражающими и пожаровзрывоопасными свойствами, должна быть обеспечена безопасность труда работающих, взрывопожаробезопасность, а также максимальная комфортность.

3. При размещении оборудования следует обеспечить удобство обслуживания и безопасность эвакуации работающих в аварийных ситуациях.

4. В помещениях и на производственных участках должна быть организована эффективная уборка, постоянно обеспечивающая требования санитарных правил.

5. Основной технологической документацией на предприятии является производственный технологический регламент на производство каждого вида вырабатываемой продукции.

6. Производственные процессы, опасные в отношении возникновения статического электричества, должны быть обеспечены отводом зарядов через заземление. Запрещается производить работу на неисправном оборудовании при неисправности контрольно-измерительных приборов, заземления, технологической оснастки, инструмента, защитных ограждений, блокировок и устройств, электрооборудования, пусковой аппаратуры, кнопок и рукояток управления, а также при отключенной местной вытяжной вентиляции.

7. Опасные места должны обозначаться предупреждающими знаками безопасности по ГОСТ 12.4.026. Знаки безопасности должны размещаться на видном месте на высоте 2 - 2,5 м при установке их как внутри, так и вне помещений.

8. Систематический контроль опасных и вредных производственных факторов следует производить в сроки, установленные органами Госкомсанэпиднадзора России, а также при изменении технологического процесса производства.

9. В помещениях и на производственных участках должна быть организована эффективная уборка, постоянно обеспечивающая требования санитарных правил.

10. Технологические процессы должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.3.002, ГОСТ 12.1.004, ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.0.003.

11. Производственные процессы должны быть организованы так, чтобы исключить загрязнение воздуха, почвы и водоемов вредными веществами.

12. Сточные воды должны подвергаться очистке в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85 и полностью обеспечивать требования окружающей среды.

13. В пожароопасных цехах и на оборудовании, представляющем опасность взрыва или воспламенения, в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.026 должны быть вывешены знаки, запрещающие пользование открытым огнем, а также знаки, предупреждающие об осторожности при наличии воспламеняющихся и взрывчатых веществ. Руководитель предприятия (работодатель), цеха (участка) обязан ознакомить всех работающих со значением таких знаков.

14. В каждом подразделении (цехе, мастерской, лаборатории или участке) должна быть разработана руководителем соответствующего подразделения (работодателем) конкретная инструкция о мерах пожарной безопасности, согласована с местной пожарной охраной, утверждена руководителем предприятия (работодателем), изучена в системе производственного обучения и вывешена на видном месте.

15. Оборудование, аппараты, коммуникации и арматура, установленные в взрывопожароопасных производствах должны быть герметичны.

16. Конструкция оборудования и его узлов должны обеспечивать безопасность и удобство при обслуживании, ремонт и санитарную обработку.

водка сырье фильтрация производство

Заключение

Главной задачей курсового проекта была проектирование фильрационно-очистного цеха ликероводочного завода, с годовой производительностью 500 тыс. дал.

По выполненному проекту можно сделать следующие выводы:

- в основу аппаратурно-технологической схемы, представленной на листе КП 260204.03.100ТХ выбрана схема типового ликероводочного завода;

- выполненный продуктовый расчет позволил подобрать технологическое оборудование;

- в качестве угольной колонки выбрана колонка оригинальной конструкции разработанная в КР 260204.03.000ГЧ.

Настоящий проект выполнен на стадии технического предложения.

Список использованной литературы

1. Кретов И.Т., Антипов С.Т., Шахов С.В. Инженерные расчеты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности. - М.: КолосС, 2004. - 391 с.: ил.

2. Фараджева Е.Д., Федоров В.А. Общая технология бродильных производств. - М.: Колос, 2002. - 408 с.: ил.

3. Бачурин П.Я., Смирнов В.А. Технология ликероводочного производства.

- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1975.

4. Нормы технологического проектирования предприятий ликероводочной промышленности ВНТП 35-93 УТВЕРЖДЕНЫ: Комитетом Российской Федерации
по пищевой и перерабатывающей промышленности 15.04.93 г. №636/12/16: Москва 1993 г.

5. М.В. Гернет, А.Н. Кречетникова, Производство алкогольных напитков.

Технология водок. Московский государственный университет пищевых

производств «В помощь специалисту спиртовой и ликероводочной отрасли» 2002 г.

6. www.vodka-tf.ru

Размещено на Allbest.ru