Capitolul 3 Culea Rodicaj

3. Elemente de operaţii şi utilaje

3.1. Bilanţul de materiale

3.1.1. Calculul bilanţului de materiale

Calculul bilanţului de materiale se efectuează având la bază schema bloc stabilită în capitolul 2.1.1 (fig. 2.x).

Pentru întocmirea bilanţului de materiale al procesului tehnologic realizat în secţia de condiţionare, îmbuteliere şi învechire la butelie a vinului rozé sunt cunoscute următoarele date (din tema proiectului, calculate sau din subcap. 1.2 şi 1.3): capacitatea de producţie anuală: 12.000.000 butelii/an de vin rozé învechit; producţia zilnică: 52174 butelii/zi, respectiv 39 130,5 litri/zi; producţia pe un schimb:

butelii/schimb, respectiv 19.565,25 litri / schimb;

producţia într-o oră: 3.727 butelii/h, respectiv 2.806,43 litri/h.

Bilanţul de materiale se întocmeşte cu debite sau cantităţi exprimate masic. Pentru aceasta, volumul de vin prelucrat într-o oră (debit volumic) trebuie transformat în debit masic cu ajutorul densităţii vinului.

Densitatea vinului se determină din tabele, în funcţie de tipul de vin şi temperatura medie. Se asimilează vinul alb Sauvignon Blanc şi cu un vin sec datorită concentraţiei alcoolice de 13,5 % vol. şi a conţinutului redus de glucide. Temperatura la care se determină densitatea vinului este cea considerată normală, adică 20°C. Prin urmare, densitatea vinului rozé este:

ρv, 20°C = 993 kg/m3 (Macovei, 2000, p. 129, tabelul 5.13)

Debitul masic de vin este:

kg/h (3.1)

Întrucât se cunoaşte debitul de produs finit obţinut în secţia proiectată, respectiv vinul îmbuteliat învechit, bilanţul de materiale se întocmeşte de la depozitare spre limpezire prin centrifugare.

Calculul bilanţului de materiale pentru fiecare operaţie tehnologică presupune cunoaşterea pierderilor tehnologice specifice. Acestea sunt determinate din literatura de specialitate şi exprimate procentual din materialele intrate în operaţie.

Pierderile tehnologice adoptate pentru efectuarea calculelor de bilanţ de materiale sunt: pierderi la recepţie şi depozitare: pr-d = 0,2 % din vinul maturat recepţionat în secţie şi

depozitat temporar în vederea condiţionării şi îmbutelierii; pierderi la limpezire prin centrifugare: pcf = 1 % din vinul maturat depozitat; pierderi la stabilizare prin refrigerare: pref = 0,4 % din vinul limpezit; pierderi la separare prin filtrare: pf = 0,1 % din vinul stabilizat prin refrigerare; pierderi la îmbuteliere: pîmb = 0,5 % din vinul condiţionat; pierderi la închidere cu dop de plută: pînch = 0,3 % din vinul îmbuteliat; pierderi la învechirea vinului blanc în butelii: pînv = 1 % din vinul dopuit; pierderi la etichetare şi capişonare: pet = 0,2 % din vinul învechit; pierderi la ambalare colectivă în cutii de carton: pamb = 0,2 % din vinul etichetat;

pierderi la paletizare şi depozitare: pp-d = 0,2 % din vinul ambalat în cutii de carton.

3.1.1.1. Bilanţul de materiale la paletizare şi depozitare

Bilanţul de materiale la paletizare şi depozitare se întocmeşte conform schemei:

în care:Dm vin amb este debitul masic de vin ambalat colectiv în cutii de carton, în kg/h;Dm vin p-d – debitul masic de vin paletizat şi depozitat, în kg/h;Pp-d – pierderile la paletizare-depozitare, în kg/h.

Ecuaţia de bilanţ de materiale pentru paletizare-depozitare este:

(3.2)

Pierderile la paletizare-depozitare de determină astfel:

(3.3)

Înlocuind ecuaţia (3.3) în (3.2) se obţine:

(3.4)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin ambalat în cutii de carton:

kg/h (3.5)

3.1.1.2. Bilanţul de materiale la ambalare colectivă

Bilanţul de materiale la ambalare colectivă în cutii de carton se întocmeşte conform schemei:

în care:Dm vin et este debitul masic de vin etichetat şi capişonat, în kg/h;Dm vin amb – debitul masic de vin ambalat colectiv în cutii de carton, în kg/h;Pamb – pierderile la ambalare colectivă, în kg/h.

Ecuaţia de bilanţ de materiale pentru ambalare colectivă este:

(3.6)

Pierderile la ambalare colectivă se determină astfel:

(3.7)


(3.8)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin etichetat şi capişonat:

kg/h (3.9)

3.1.1.3. Bilanţul de materiale la etichetare

Bilanţul de materiale la etichetare şi capișonare se întocmeşte conform schemei:

în care:Dm vin înv -este debitul masic de vin învechit în butelii, în kg/h;Dm vin et – debitul masic la etichetare capisonare, în kg/h;Pet – perderile la etichetare, capișoanare, în kg/h.

Ecuația de bilanț de materiale pentru etichetare şi capișonare este:

(3.10)

Pierderile la etichetare şi capişonare se determină astfel:

(3.11)


(3.12)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin învechit:

kg/h (3.13)

3.1.1.4. Bilanţul de materiale la învechire

Bilanţul de materiale la învechirea vinului rozé în butelii se întocmeşte conform schemei:

în care:Dm vin înch – este debitul masic de vin la închidere, în kg/h;Dm vin înv – debitul masic la învechirea vinului în butelii, în kg/h;P înv – pierderi la învechirea vinului în butelii, în kg/h.

Ecuația de bilanț de materiale pentru învechirea vinului rozé în butelii este:

(3.14)

Pierderile la învechire se determină astfel:

(3.15)


(3.16)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin la închidere:

kg/h (3.17)

3.1.1.5. Bilanţul de materiale la închidere

Bilanţul de materiale la închiderea buteliilor de vin rozé cu dop de plută se întocmeşte conform schemei:

în care:D m vin îmb este debitul masic de vin îmbuteliat, în kg/h;Dm vin înch – debitul masic la închidere cu dop de pluta, în kg/h;Pînch – pierderi la închidere, în kg/h.

Ecuația de bilanț de materiale pentru închiderea cu dop de plută este:

(3.18)

Pierderile la închidere se determină astfel:

(3.19)


(3.20)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin îmbuteliat:

kg/h (3.21)

3.1.1.6. Bilanţul de materiale la îmbuteliere

Bilanţul de materiale la îmbutelierea vinului rozé se întocmeşte conform schemei:

în care:Dm vin f este debitul masic de vin filtrat, în kg/h;Dm vin îmb – debitul masic de vin îmbuteliat, în kg/h;Pîmb – pierderi la îmbuteliere.

Ecuația de bilanț de materiale pentru îmbuteliere este:

(3.22)

Pierderile la îmbuteliere se determină astfel:

(3.23)


(3.24)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin filtrat:

kg/h (3.25)

3.1.1.7. Bilanţul de materiale la separare prin filtrare

Bilanţul de materiale la separarea vinului rozé prin filtrare se întocmește conform schemei:

în care:Dm vin ref este debitul masic de vin stabilizat prin refrigerare, în kg/h;Dm vin f – este debitul masic de vin filtrat, în kg/h;Pf – pierderi la separare prin filtrare, în kg/h.

Ecuația de bilanț de materiale pentru separare prin filtrare este:

(3.26)

Pierderile la filtrare se determină astfel:

(3.27)


(3.28)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin stabilizat prin refrigerare:

kg/h (3.29)

3.1.1.8. Bilanţul de materiale la refrigerare

Bilanţul de materiale la stabilizarea vinului rose prin refrigerare se întocmeşte conform schemei:

în care: Dm vin cf este debitul masic de vin limpezit prin centrifugare, în kg/h;Dm vin ref – debitul masic de vin stabilizat prin refrigerare, în kg/h;Pref – pierderi la stabilizare prin refrigerare, în kg/h;

Ecuația de bilanț de materiale pentru stabilizare prin refrigerare este:

(3.30)

Pierderile la stabilizare prin refrigerare se determină astfel:

(3.31)


(3.32)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin limpezit prin centrifugare:

kg/h (3.33)

3.1.1.9. Bilanţul de materiale la limpezire

Bilanţul de materiale la limpezirea vinului rozé prin centrifugare se întocmeşte conform schemei:

în care;Dm vin r-d este debitul masic de vin la recepţie şi depozitare, în kg/h;Dm vin cf – debitul masic de vin limpezit prin centrifugare, în kg/h;Pcf – pierderi la limpezire prin centrifugare, în kg/h.

Ecuația de bilanț de materiale pentru limpezire prin centrifugare este:

(3.34)

Pierderile la limpezire prin centrifugare se determină astfel:

(3.35)


(3.36)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin de la recepţie-depozitare:

kg/h (3.37)

3.1.1.10. Bilanţul de materiale la recepție și depozitare

Bilanţul de materiale la recepție şi depozitarea vinului rozé se întocmeşte conform schemei:

în care:Dm vin mat este debitul masic de vin maturat, în kg/h;Dm vin r-d – debitul masic de vin la recepție-depozitare temporară, în kg/h;Pr-d – pierderi la recepție-depozitare, în kg/h.

Ecuația de bilanţ de materiale pentru recepție-depozitare este:

(3.38)

Pierderile la recepţie-depozitare se determină astfel:

(3.39)


(3.40)

ecuaţie din care se obţine debitul de vin maturat primit în secţia proiectată:

kg/h (3.41)

3.1.2. Sistematizarea tabelară a bilanţului de materiale

Calculele de bilanţ de materiale sunt sistematizate în tabelul 3.1 pentru a verifica dacă au fost întocmite corect.

Tabelul 3.1. Sistematizarea tabelară a calculelor de bilanţ de materiale

Operaţia tehnologică

Materiale intrate Materiale ieşite

Denumire Simbol Valoare kg/h Denumire Simbol Valoare

kg/h

Recepţie depozitare

Debit masic de vin maturat

Dm vin mat 2.903,74 Debit masic de vin recepţionat-depozitat

Dm vin r-d 2.897,94

Pierderi la recepţie-depozitare

Pr-d 5,8

Total 2.903,74 Total 2.903,74

Limpezire prin centrifugare

Debit masic de vin recepţionat-depozitat

Dm vin r-d 2.897,94 Debit masic de vin limpezit prin centrifugare

Dm vin cf 2.868,97

Pierderi la limpezire prin centrifugare

Pcf 28,97

Total 2.897,94 Total 2.897,94

Stabilizare prin refrigerare

Debit masic de vin limpezit prin centrifugare

Dm vin cf 2.868,97 Debit masic de vin stabilizat prin refrigerare

Dm vin ref 2.857,50

Pierderi la stabilizare prin refrigerare

Pref 11,47

Total 2.868,97 Total 2.868,97

Separare prin filtrare

Debit masic de vin stabilizat prin refrigerare

Dm vin ref 2.857,50 Debit masic de vin filtrat

Dm vin f 2.854,65

Pierderi la separare prin filtrare

Pf 2,85

Total 2.857,50 Total 2.857,50

Îmbuteliere Debit masic de vin filtrat

Dm vin f 2.854,65 Debit masic de vin îmbuteliat

Dm vin îmb 2.840,38

Pierderi la îmbuteliere

Pîmb 14,27

Total 2.854,65 Total 2.854,65

Închidere Debit masic de vin îmbuteliat

Dm vin îmb 2.840,38 Debit masic de vin de la închidere

Dm vin înch 2.831,86

Pierderi la închidere

Pînch 8,52

Total 2.840,38 Total 2.840,38

Învechire în butelii

Debit masic de vin de la închidere

Dm vin înch 2.831,86 Debit masic de vin învechit

Dm vin înv 2.803,55

Pierderi la învechire

P înv 28,31

Total 2.831,86 Total 2.831,86

Tabelul 3.1. Sistematizarea tabelară a calculelor de bilanţ de materiale (continuare)

Operaţia tehnologică

Materiale intrate Materiale ieşite

Denumire Simbol Valoare kg/h Denumire Simbol Valoare

kg/h

Etichetare şi capișonare

Debit masic de vin învechit

Dm vin înv 2.803,55 Debit masic de vin de la etichetare

Dm vin et 2.797,95

Pierderi la etichetare

Pet 5,60

Total 2.803,55 Total 2.803,55

Ambalare colectivă

Debit masic de vin de la etichetare

Dm vin et 2.797,95 Debit masic de vin de la ambalare colectivă

Dm vin amb 2.792,36

Pierderi la Pamb 5,59Total 2.797,95 Total 2.797,95

Paletizare-depozitare

Debit masic de vin de la

Dm vin amb 2.792,36 Debit masic de vin paletizat-

Dm vin p-d 2.786,78

ambalare colectivă

depozitatPierderi la paletizare depozitare

Pp-d 5,58

Total 2.792,36 Total 2.792,36

3.1.3. Consumuri specifice și randamente de fabricație

Factorul cel mai important care trebuie urmărit într-un proces industrial, în afara cantităţii produselor, este eficienţa procesului. Un indicator care face posibilă aprecierea eficienţei este randamentul:

(3.42)

Această formă de scriere / calcul a randamentului este aplicabilă oricărui proces tehnologic sau chiar economic.

Pentru procese particulare se obţin definiţii şi expresii matematice specifice:– la transformarea materiilor prime în produse finite, randamentul, notat , reprezintă

cantitatea de produs finit obţinută din materia primă introdusă în proces;– din cauza existenţei pierderilor, randamentul este subunitar < 1.

Un alt indicator utilizat pentru aprecierea eficienţei unui proces tehnologic este consumul specific:

(3.43)

Consumul specific este exprimat în kg materie primă / kg produs finit. Nu este adimensional, fiind vorba de cantităţi de produse diferite (Turtoi, 2012).

Consumul specific pentru secţia proiectată este:

kg vin maturat / kg vin îmbuteliat (3.44)

Valoarea obţinută corespunde cu pierderile totale care sunt de 4,1 %:

(3.45)

Randamentul de fabricaţie pentru procesul tehnologic din secţia de condiţionare – îmbuteliere este:

sau 96 % (3.46)

3.2. Bilanţul termic

La tratamentul termic al vinului se foloseşte un schimbător de căldură cu plăci cu două zone.

3.2.1. Calculul bilanţului termic la tratamentul termic al vinului

Ecuaţia generală de bilanţ termic este:

(3.47)în care:i reprezintă fluxul termic intrat, în W;ie – fluxul termic ieşit, în W;p – fluxul termic pierdut, în W.

Fluxul termic pierdut reprezintă 1-3 % din fluxul termic cedat. Se adoptă:

(3.48)

Schiţa de principiu a schimbătorului de căldură cu plăci cu două zone este prezentată în figura 3.1.

Semnificaţia notaţiilor din figură este următoarea:I – prima zonă a aparatului;II – a doua zonă a aparatului;Dv este debitul masic de vin centrifugat, supus refrigerării (Dm vin cf în bilanţul de materiale, în

kg/h sau kg/s;cv – capacitatea termică masică a vinului la temperatura medie, în J/(kg·K);t1 – temperatura iniţială a vinului, în °C;t2 – temperatura vinului la ieşire din prima zonă şi intrare în zona a doua, în °C;t3 – temperatura finală a vinului, în °C;Dag – debitul masic de apă glacială folosită ca agent de răcire în prima zonă, în kg/h sau kg/s;cag – capacitatea termică masică a apei glaciale la temperatura medie, în J/(kg·K);

– temperatura iniţială a apei glaciale, în °C;

– temperatura finală a apei glaciale, în °C;Deg – debitul masic de etilenglicol folosită ca agent de răcire în zona a doua, în kg/h sau kg/s;ceg – capacitatea termică masică a etilenglicolului la temperatura medie, în J/(kg·K);

– temperatura iniţială a apei glaciale, în °C;

– temperatura finală a apei glaciale, în °C;

Fig. 3.1. Schiţa de principiu a schimbătorului de căldură cu plăci folosit la refrigerarea vinului

3.2.1.1. Bilanţul termic pentru zona I

În zona I vinul este răcit de la temperatura t1 = 15...20°C (temperatura mediului ambiant) la temperatura t2 cu ajutorul apei glaciale care intră cu temperatura şi iese cu .

Se consideră t1 = 20°C, debitul masic de apă glacială Dag = 1,2·Dv, iar temperaturile agentului de răcire la intrare 2°C şi la ieşire 8°C.

Ecuaţia de bilanţ termic pentru zona I este:

(3.49)

în care:pI este fluxul termic pierdut în zona I, în W.

Capacitatea termică masică a vinului şi a apei se determină din tabele în funcţie de temperatura medie:

(3.50)

Întrucât temperatura t2 este necunoscută, capacitatea termică masică a vinului se adoptă (Macovei, 2000, p 129, tabelul 5.13):

cv = 3.784,8 J/(kg·K)

°C (3.51)

cag = 4.190 J/(kg·K) (Amarfi şi Turtoi, 1998, p. 125, tabelul 2.138).

Fluxul termic cedat în zona I este:

(3.52)

astfel că fluxul termic pierdut în zona I este:

(3.53)

Înlocuind Dag = 1,2·Dv şi expresia fluxului termic pierdut, ecuaţia (3.49) devine:

(3.54)

Se simplifică ecuaţia cu mărimea Dv care se regăseşte în fiecare termen al ecuaţiei şi se obţine:

(3.55)

sau

(3.56)

din care se calculează temperatura t2:

°C (3.57)

3.2.1.1. Bilanţul termic pentru zona a II-a

În zona a II-a vinul este răcit de la temperatura t2 la temperatura t3 = –5°C (temperatura de refrigerare) cu o soluţie de etilenglicol care intră cu temperatura = –10°C şi iese cu = 0°C.

Ecuaţia de bilanţ termic pentru zona a II-a este:

(3.58)

în care:pII este fluxul termic pierdut în zona a II-a, în W.

Din bilanţul de materiale se cunoaşte debitul masic de vin care intră în operaţia de stabilizare prin refrigerare:

Dm vin cf = Dv = 2.200,48 kg/h ≈ 2.200 kg/h

Capacitatea termică masică a soluţiei de etilenglicol se determină din tabele în funcţie de temperatura medie:

°C (3.59)

ceg = 3.768 J/(kg·K) (Macovei, 2000, p 424, tabelul 14.6):.

Fluxul termic cedat în zona a II-a este:

(3.60)

astfel că fluxul termic pierdut în zona a II-a este:

(3.61)

Înlocuind ecuaţia (3.61) în ecuaţia (3.58), apoi rearanjând termenii se obţine:

(3.62)

din care se determină debitul de soluţie de etilenglicol necesar pentru răcire în zona a II-a:

1,01 kg/s (3.63)

= 1,01·3.600 = 3.636,00 kg/h

Fluxurile termice implicate în schimbul de căldură sunt:

W (3.64)

kg/h (3.65)

W (3.66)

W (3.67)

W (3.68)

W (3.69)

W (3.70)

W (3.71)

W (3.72)

W(3.73)

3.2.2. Calculul bilanţului termic al maşinii de spălat butelii de sticlă

Bilanţul termic al maşinii de spălat butelii de sticlă pentru vin se întocmeşte pe zone datorită variaţiei temperaturii buteliilor, respectiv a agentului de spălare şi a apei de clătire.

Capacitatea maşinii de spălat butelii de sticlă cunoscută de la subcapitolul 1.2. se majorează cu un coeficient de pierderi care pot avea loc în timpul spălării (2-3%).

Se consideră pierderi datorate spargerii buteliilor de sticlă 3%

(3.74)

(3.75)

butelii/h (3.76)

3.2.2.1. Diagrama termică

Pentru calcul se întocmeşte diagrama termică (fig. 3.2) a maşinii de spălat în care sunt prezentate: evoluţia temperaturii ambalajelor. variaţia temperaturii, soluţiei alcalinei sau a apei în fiecare zona a maşinii de spălat.

Bilanţul termic se întocmeşte pentru fiecare zonă a maşinii de spălat determinând fie necesarul de apă, fie necesarul de soluţie alcalină de spălare:

(3.77)în care:cedat este fluxul termic cedat, în W;primit – fluxul termic primit, în W;pierdut – fluxul termic perdut, în W:

(3.78)

3.2.2.2. Bilanţul termic al zonei I

Bilanţul termic al primei zone este:

(3.79)

(3.80)

(3.81)

(3.82)

(3.83)

în care:ced,I este fluxul termic cedat în prima zonă, în W;Da1 – debitul de apă necesar în prima zonă, în kg/s;ca1 – capacitatea termică masică a apei, în J/(kg·K);

- temperatura apei la intrare în zona I, în °C; - temperatura apei la ieşire din zona I, în °C;

primit,I – fluxul termic primit în prima zonă, în W;N – numărul de butelii spălate pe oră;mb – masa unei butelii, în kg;cst – capacitatea termică masică a sticlei, în J/(kg·K);t1 – temperatura buteliilor la intrare în prima zonă, în °C;t2 – temperatura buteliilor la ieşire din prima zonă, în °C;pierdut,I – fluxul termic pierdut în prima zonă, în W.

Masa buteliei Bordeaux de 750 ml este 480 g, deci mb = 0,48 kg (Turtoi, 2000, p. 193, tabelul 8.12).

Capacitatea termică masică a sticlei este cst = 420-840 J/(kg·K) la temperaturi cuprinse între 0...100°C (Turtoi, 2000, p. 76, tabelul 4.1). Se consideră cst = 600 J/(kg·K).

Capacitatea termică masică a apei se determină în funcţie de temperatura medie a apei în zona I:

J/(kg·K)

Din ecuaţia (3.81) se determină necesarul de apă în prima zonă a maşinii de spălat:

kg/h = 0,64 kg/s

3.2.2.3. Bilanţul termic al zonei II

Bilanţul termic al zonei a doua este:

(3.84)

(3.85)

(3.86)

(3.87)

(3.88)

în care:ced,II este fluxul termic cedat în zona a doua, în W;Ds2 – debitul de soluţie alcalină necesar în zona a doua, în kg/s;cs2 – capacitatea termică masică a soluţiei alcaline, în J/(kg·K);

- temperatura soluţiei alcaline la intrare în zona a doua, în °C; - temperatura soluţiei alcaline la ieşire din zona a doua, în °C;

primit,II – fluxul termic primit în zona a doua, în W;t2 – temperatura buteliilor la intrare în zona a doua, în °C;t3 – temperatura buteliilor la ieşire din zona a doua, în °C;

pierdut,II – fluxul termic pierdut în zona a doua, în W.

Capacitatea termică masică a soluţiei alcaline se calculează în funcţie de concentraţie şi de temperatura sa medie în zona a doua:

°C

J/(kg·K) (3.89)

Din ecuaţia (3.88) se determină debitul de soluţie alcalină necesar în zona a doua:

kg/h = 0,75 kg/s

3.2.2.4. Bilanţul termic al zonei III

Bilanţul termic al zonei a treia este:

(3.90)

(3.91)

(3.92)

(3.93)

(3.94)

în care:ced,III este fluxul termic cedat în zona a treia, în W;Ds3 – debitul de soluţie alcalină necesar în zona a treia, în kg/s;cs3 – capacitatea termică masică a soluţiei alcaline, în J/(kg·K);

- temperatura soluţiei alcaline la intrare în zona a treia, în °C; - temperatura soluţiei alcaline la ieşire din zona a treia, în °C;

primit,III – fluxul termic primit în zona a treia, în W;t3 – temperatura buteliilor la intrare în zona a treia, în °C;t4 – temperatura buteliilor la ieşire din zona a treia, în °C;

pierdut,III – fluxul termic pierdut în zona a treia, în W.

Capacitatea termică masică a soluţiei alcaline este aceeaşi ca în zona a doua.

Din ecuaţia (3.94) se determină debitul de soluţie alcalină necesar în zona a treia:

kg/h = 1,18 kg/s

3.2.2.5. Bilanţul termic al zonei IV

Bilanţul termic al zonei a patra este:

(3.95)

(3.96)

(3.97)

(3.98)

în care:ced,IV este fluxul termic cedat în zona a patra, în W;Ds4 – debitul de soluţie alcalină necesar în zona a patra, în kg/s;cs4 – capacitatea termică masică a soluţiei alcaline, în J/(kg·K);

- temperatura soluţiei alcaline la intrare în zona a patra, în °C; - temperatura soluţiei alcaline la ieşire din zona a patra, în °C;

primit,IV – fluxul termic primit în zona a patra, în W;t4 – temperatura buteliilor la intrare în zona a patra, în °C;t5 – temperatura buteliilor la ieşire din zona a patra, în °C;

pierdut,IV – fluxul termic pierdut în zona a patra, în W.

Capacitatea termică masică a soluţiei alcaline este aceeaşi ca în zona a doua şi a treia.

Din ecuaţia (3.99) se determină debitul de soluţie alcalină necesar în zona a patra:

kg/h = 0,75 kg/s

3.2.2.6. Bilanţul termic al zonei V

Bilanţul termic al zonei a cincea este:

(3.99)

(3.100)

(3.101)

(3.102)

în care:ced,V este fluxul termic cedat în zona a cincea, în W;Da5 – debitul de apă necesar în zona a cincea, în kg/s;ca5 – capacitatea termică masică a apei, în J/(kg·K);

- temperatura apei la intrare în zona a cincea, în °C; - temperatura apei la ieşire din zona a cincea, în °C;

primit,V – fluxul termic primit în zona a cincea, în W;t5 – temperatura buteliilor la intrare în zona a cincea, în °C;t6 – temperatura buteliilor la ieşire din zona a cincea, în °C;

pierdut,V – fluxul termic pierdut în zona a cincea, în W.

Capacitatea termică masică a apei este aceeaşi ca în prima zonă.

Din ecuaţia (3.102) se determină debitul de apă necesar în zona a cincea:

kg/h = 0,55 kg/s

3.2.2.7. Bilanţul termic al zonei VI

Bilanţul termic al zonei a şasea este:

(3.103)

(3.104)

(3.105)

(3.106)

în care:ced,VI este fluxul termic cedat în zona a şasea, în W;Da6 – debitul de apă necesar în zona a şasea, în kg/s;ca6 – capacitatea termică masică a apei, în J/(kg·K);

- temperatura apei la intrare în zona a şasea, în °C; - temperatura apei la ieşire din zona a şasea, în °C;

primit,VI – fluxul termic primit în zona a şasea, în W;t6 – temperatura buteliilor la intrare în zona a şasea, în °C;t7 – temperatura buteliilor la ieşire din zona a şasea, în °C;

pierdut,VI – fluxul termic pierdut în zona a şasea, în W.

Din ecuaţia (3.106) se determină debitul de apă necesar în zona a şasea:

kg/h = 0,62kg/s

3.2.2.8. Bilanţul termic al zonei VII

Bilanţul termic al zonei a şaptea este:

(3.103)

(3.104)

(3.105)

(3.106)

în care:ced,VII este fluxul termic cedat în zona a şaptea, în W;Da7 – debitul de apă necesar în zona a şaptea, în kg/s;

ca7 – capacitatea termică masică a apei, în J/(kg·K); - temperatura apei la intrare în zona a şaptea, în °C; - temperatura apei la ieşire din zona a şaptea, în °C;

primit,VII – fluxul termic primit în zona a şaptea, în W;t7 – temperatura buteliilor la intrare în zona a şaptea, în °C;t8 – temperatura buteliilor la ieşire din zona a şaptea, în °C;

pierdut,VII – fluxul termic pierdut în zona a şaptea, în W.

Din ecuaţia (3.106) se determină debitul de apă necesar în zona a şaptea:

kg/h = 0,29 kg/s

3.2.2.9. Determinarea necesarului de abur la maşina de spălat

a) La pornirea maşinii de spălat se determină necesarul de abur pentru încălzirea soluţiei din bazinul de înmuiere al zonelor II şi III, respectiv pentru încălzirea apei din bazinul de colectare al zonelor V şi VI de la temperatura mediului ambiant la temperatura necesară în fiecare zonă.

b) În timpul funcţionării se determină necesarul de abur pentru acoperirea pierderilor de căldură în mediul ambiant.

Zona II

II a) Necesarul de abur pentru zona a doua trebuie să asigure încălzirea soluţiei alcaline din baia de înmuiere cu volumul: Vbaie înm 1 = 7,5 m3 de la temperatura mediului ambiant la = 56°C.

Ecuaţia de bilanţ termic este:

(3.107)

în care:Qced,î,II este fluxul termic cedat de abur la încălzirea soluţiei din prima baie de înmuiere:

(3.108)

AbII,î – necesarul de abur la încălzirea soluţiei, în kg;

lc – căldura latentă masică de condensare a aburului, în J/kg;

Qpr,î,II – căldura primită de soluţia din prima baie de înmuiere:

(3.109)

Ms2 – cantitatea de soluţie din prima baie de înmuiere, în kg;

(3.110)

(3.111)

°C

J/(kg·K) (3.112)

2.171.000 J/kg (Amarfi şi Turtoi, 1998, p. 126, tab. 2.139).

kg

(3.113)

II b) Necesarul de abur pentru zona a doua la menţinere trebuie să asigure încălzirea soluţiei alcaline din baia de înmuiere de la = 54 la = 56°C.

(3.114)

kg

Zona III

III a) Necesarul de abur pentru zona a treia trebuie să asigure încălzirea soluţiei alcaline din baia de înmuiere cu volumul: Vbaie înm 1 = 6 m3 de la temperatura mediului ambiant la = 80°C.


(3.115)

în care:Qced,î,III este fluxul termic cedat de abur la încălzirea soluţiei din a treia baie de înmuiere:

(3.116)

AbIII,î – necesarul de abur la încălzirea soluţiei, în kg;


Qpr,î,III – căldura primită de soluţia din a treia baie de înmuiere:

(3.117)

Ms3 – cantitatea de soluţie din a doua baie de înmuiere, în kg;

(3.118)

(3.119)

°C

J/(kg·K) (3.120)

kg (3.121)

III b) Necesarul de abur pentru zona a treia la menţinere trebuie să asigure încălzirea soluţiei alcaline din baia de înmuiere de la = 78 la = 80°C.

(3.122)

kg

Zona IV

IV a) Necesarul de abur pentru zona a patra trebuie să asigure încălzirea soluţiei alcaline din baia de înmuiere cu volumul: Vbaie înm 1 = 4 m3 de la temperatura mediului ambiant la = 56°C.


(3.123)

în care:Qced,î,IV este fluxul termic cedat de abur la încălzirea soluţiei din a patra baie de înmuiere:

(3.124)

AbIV,î – necesarul de abur la încălzirea soluţiei, în kg;


Qpr,î,IV – căldura primită de soluţia din a patra baie de înmuiere:

(3.125)

Ms2 – cantitatea de soluţie din a patra baie de înmuiere, în kg;

(3.126)

(3.127)

kg (3.128)

IV b) Necesarul de abur pentru zona a patra la menţinere trebuie să asigure încălzirea soluţiei alcaline din baia de înmuiere de la = 54 la = 56°C.

(3.129)

kg

3.2.3. Sistematizarea tabelară a bilanţului termic

Pentru verificarea corectitudinii întocmirii calculelor de bilanţul termic, acestea sunt sistematizate în tabelele 3.2 şi 3.3.

Tabelul 3.2. Sistematizarea tabelară a bilanţului termic pentru schimbătorul de căldură cu plăci(la refrigerarea vinului)

Zona aparatului

Fluxuri termice intrate Fluxuri termice ieşiteDenumire Simbol Valoare,

WDenumire Simbol Valoare, W

Zona I Flux termic intrat cu vinul

1 =Dv·cv·t1

46.258,67 Flux termic ieşit cu vinul

3 =Dv·cv·t2

27.454,52

Flux termic intrat cu apa glacială

2 = 6.145,33 Flux termic ieşit cu vinul

4 = 24.581,33

Flux termic pierdut în zona I

p I =1-3

376,08

Total 52.404,00 Total 52.411,93Zona II Flux

termic intrat cu vinul

3 =Dv·cv·t2

27.454,52 Flux termic ieşit cu vinul

6 = –11.564,67

Flux termic intrat cu soluţia de etilenglicol

5 = –38.056,80

Flux termic ieşit cu soluţia de etilenglicol

7 = 0

Flux termic pierdut în zona II

p II =3-6

780,38

Total –10.602,28

Total –10.784,29

Întrucât diferenţele dintre suma fluxurilor termice intrate şi ieşite pentru fiecare zonă a aparatului sunt nesemnificative, rezultă că bilanţul termic a fost întocmit corect.

3.3. Alegerea şi dimensionarea tehnologică a utilajelor

3.3.1. Alegerea utilajelor

Alegerea utilajelor necesare pentru realizarea producţiei de vin secţia de îmbuteliere proiectată s-a efectuat ţinând seama de capacitatea de producţie orară şi de performanţe.

Cisterna de vin are 10.000 litri (10 m³), iar timpul de descărcare considerat este 30 minute.

m3/h

Calculul necesarului de rezervoare de vin

Vinul recepţionat este păstrat în rezervoare 2-3 zile înainte de condiţionare şi îmbuteliere. Un rezervor de vin are 18 m3, deci volumul util este Vu = 18 × 0,9 = 16,2 m3.

Volumul de vin care trebuie depozitat după recepţie timp de patru zile este:

Vvin = 6,3 m3/h × 7 h/schimb × 2 sch./zi × 3 zile = 264,6 m3

Numărul de rezervoare necesare este:

buc + 1 de rezervă = 18 buc

3.3.2. Lista utilajelor

Principalele caracteristici ale utilajelor alese sunt prezentate în tabelul 3.3.

Tabelul 3.3. Lista utilajelor

Poz.Tehn.

Denumire utilaj, caracteristici

Dimensiuni de gabarit Consum de utilităţi

Ne-

ce-sarbuc

Preţ€/buc.

Furnizor

m

Lm

lm

Hm

PkW

Da

kg/h

Dab

kg/h

2 Pompă de descărcare2AN 65-50-160Dv = 25 m3/h

- 780 265 420 3,5 - - 1 4.000 Lotzer MuhlenbruchGermania

3.1-3.18

Rezervor depozitareVt = 18 m3

2200

2400

2220

5500

- - - 18 12.000

Confecţionat local

4 Pompă centrifugală2AN 50-32-160Dv =6,3 m3/h

- 725 300 372 1,1 - - 1 1.500

5 Separator centrifugalGSC-18

- 908 488 952 7,5 - - 1 73.000

GEA WestfaliaGermania

6.1-6.6


2200

2400

2220

5500

- - - 6 15.000

Confecţionat local

7 Pompă centrifugală

- 725 300 372 1,1 - - 1 2.000

2AN 50-32-160Dv =6,3 m3/h

8 Schimbător de căldură cu plăci

- 1000

450 1200

- 70.000

GEA EcoflexSuedia


- 725 300 372 1,1 - - 1

10 Filtru - 450 250 280 0,5 - - 1 85.000

FiltroxElveţia

11.1-11.6


2200 2400 2220 5500 - - - 6 16.000 Confecţionat local


- 725 300 372 1,1 - - 1

13 Transportor cu plăcuţe alimentare maşină de spălat butelii

- ? 200 1000 2 - - 1 MectraItalia

14 Maşină de spălat butelii

- 1

15 Transportor cu plăcuţe evacuare butelii spălate

- ? 200 1000 2 - - 1 MectraItalia

16 Unitate de control bute-lii spălate

- 1000 400 2000 2 - - 1 6.500 KronesGermania

17 Maşină de îmbuteliere

1 KronesGermania

18 Transportor cu plăcuţe butelii pline

- ? 200 1000 2 - - 1 MectraItalia

19 Maşina de dopuit

- 1100 1675 1800 4 - - 1 36.000 Skilt

20 Transportor cu plăcuţe butelii în depozitul de maturare

- ? 200 1000 2 - - 1 MectraItalia

21 Transportor cu plăcuţe butelii la etichetare

- ? 200 1000 2 - - 1 MectraItalia

22 Maşina de etichetat

- 2400 1350 1500 4 - - 1 42.000 KronesGermania

23 Unitate de control după etichetare

- 1000 400 2000 2 - - 1 5.500 KronesGermania

24 Maşină de cartonat

- 1300 600 1500 2 - - 1 78.000 Lead

25 Electrocar - 3750 1300 3000 3 - - 2 5.000 Dowson ImkaSuedia

3.5. Calculul suprafeţei de producţie

Dimensionarea depozitelor sau a spaţiilor tehnologice asimilate acestora

Suprafaţa totală a depozitelor sau a spaţiilor tehnologice asimilate acestora se determină cu relaţia pentru materialele ambalate:

, m2

în care:St este suprafaţa totală a depozitului sau a spaţiului tehnologic asimilat, în m2; - coeficient de utilizare, adimensional:

Su – suprafaţa utilă, în m2.pentru depozitare în stivă, pe podea, = 0,6 – 0,7;pentru depozitare în rafturi, = 0,3 – 0,4.

n – numărul de ambalaje (palete) de depozitat;a · b – produsul dintre dimensiunile în plan orizontal ale ambalajului (paletei), m·m.B – coeficientul de corecţie pentru spaţiul gol rămas între ambalaje (palete), B = 1,1 – 1,2.m – numărul de rânduri pe înălţime.

Spaţiile de circulaţie din interiorul depozitului dintre stive şi rafturi, precum şi spaţiul necesar în exterior pentru mijloacele auto şi CF.

Tabelul 3.4. Lăţimea căilor de circulaţie din depozite

Destinaţia căii de circulaţie Lăţimea max. a mijlocului de transport, m

Lăţimea min. a căii de circulaţie, m

– circulaţie personal în ambele sensuri şi 0,7 1,2

cărucioare într-un singur sens– circulaţie de cărucioare în ambele

sensuri0,7 2,0

– circulaţie într-un singur sens cu electrocare, electrostivuitoare etc.

1,4 2,0

Depozitul de butelii goale

În tema proiectului depozitul de butelii goale trebuie să fie asigurat în 3 zile.

Se calculează necesarul de butelii pe 3 zile:

n = 3.727 × 7 × 2 ×3 = 156.134 butelii

Pentru vin rozé se utilizează butelia tip Bordeaux cu capacitatea de 750 ml.

Caracteristicile buteliei Bordeaux sunt (Turtoi, 2006, Anexa 1.5):D = 77 mmH = 310 mmd = 29 mmS = 6 mmm = 545 mm

Caracteristicile paletelor plane (Anexa 3.2, M. Turtoi, 2006) (800×1200)H = 144 mmL = 120 mml = 800 mm

butelii

butelii

Se calculează câte butelii încap pe paletă

15 × 10 = 150 butelii / rând

150 × 6 rânduri = 900 butelii/paletă

h = 6 rânduri × 310 = 1.860 mm

h - înălţimea paletei, în mm

H + h + hp = 1.860 + 144 = 2004 mm

Se calculează necesarul de palete în 3 zile pentru depozitul de butelii goale:

palete / 3 zile

Se calculează suprafaţa totală a depozitului de butelii goale:

m2

Suprafaţa depozitului minim necesară este de 300 m2.

Depozitul pentru învechire

Vinul rozé este învechit în butelii şase luni de zile, adică 181 zile (subcap. 1.2). Pentru învechire, buteliile pline şi închise sunt aşezate în rastele în poziţie culcat sau uşor înclinat faţă de orizontală. Rastelele pot fi construite cu înălţime de până la 4 m. Buteliie sunt puse pe rânduri la distanţa de 77 × 1,25 = 96,25 ≈ 100 mm, deci un rastel are 4 : 0,1 = 40 rânduri de butelii pe înălţime.

Se consideră lungimea rastelului de 5 m, compartimentat pentru susţinere. Buteliile sunt aşezate alăturat cu distanţe mici între ele: 77 × 1,1 = 84,7 ≈ 85 mm.

Pe un rând se află 5 : 0,085 = 58,82 ≈ 58 butelii

Pe un rastel se află: 40 × 58 = 2.320 butelii

Necesarul de rastele este:

rastele

Considerând că un rastel are lăţimea de min. 310 mm cât este înălţimea buteliei Bordeaux, suprafaţa ocupată de un rastel este de 5 × 0,32 = 1,6 m2 la care se adaugă spaţiul necesar pentru circulaţie 1,6 × 1,5 = 2,4 m2 (se consideră că rastelele se dispun două alăturate).

Suprafaţa depozitului de învechire este:

4.071 rastele × 2,4 m2 = 9770,4 m2

Depozitul de butelii pline pentru livrare

Într-o cutie de carton încap 6 butelii. Se calculează dimensiunile cutiei de carton:

mm

mm

H = min 320 mm

Cutia de carton are dimensiunile: 240 × 160 × 340 mm

Se calculează numărul de cutii pe o paletă:

cutii dispuse pe lungimea paletei;

cutii dispuse pe lungimea paletei;

Pe un rând sunt 5 × 5 = 25 cutii de carton, iar pe o paletă 25 × 6 rânduri = 150 cutii.

Numărul de butelii pe o paletă este:

150 cutii × 6 butelii/cutie = 900 butelii/paletă

Producţia de butelii pline în două zile este:

n = 3.727 × 7 × 2 × 2 = 104.356 butelii / 2 zile de depozitare

Necesarul de palete:

palete / 2 zile

Se calculează suprafaţa totală a depozitului de butelii pline:

m2

Suprafaţa depozitului de butelii pline minim necesară este de 207 m2.

Documents

Capitolul 3 Culea Rodicaj