Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Состояние первичной обработки молока в фермерских и личных подсобных хозяйствах 10
1.2 Анализ технологии и технических средств тепловой обработки молока 12
1.3 Классификация пастеризаторов молока 15
1.4 Анализ конструктивных особенностей пастеризаторов 17
1.5 Сравнительные показатели способов обработки молока и энергетические характеристики пастеризационных установок 38
Выводы 43
1.6 Цель и задачи исследований 44
Глава 2 Теоретическое обоснование процесса тепловой обработки молока в установке с индукционнымнагревателем 46
2.1 Поточно-технологическая линия производства питьевого молока с применением индукционного нагревателя 46
2.2 Определение критерия пастеризации 50
2.3 Обоснование требуемой электрической мощности индукционного нагревателя 58
2.4 Технические параметры, обеспечивающие равномерный нагрев молока 60
Выводы 72
3 Программа и методика экспериментальных исследований процесса термической обработки молока в установке с индукционным нагревателем 73
3.1 Цели и задачи экспериментальных исследований пастеризационной установки 73
3.2 Описание лабораторной установки и измерительно-вычислительного комплекса 74
3.3 Методика выполнения экспериментальных исследований 81
3.3.1 Определение коэффициентов неравномерности тепловых потоков и скорости 81
3.3.2 Контроль температур молока в тепловых аппаратах пастеризационной установки 83
3.3.3 Определение производительности индукционного нагревателя и теплового коэффициента полезного действия 84
3.3.4 Определение характера распределения теплового потока по толщине стенки трубы 85
3.4 Планирование эксперимента по определению рациональных конструктивных и энергетических параметров индукционного нагревателя в составе пастеризационной установки 87
3.5 Планирование эксперимента по обеспечению рациональных параметров работы технологической линии термообработки молока 90
3.6 Обработка опытных данных 92
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований пастеризационной установки с индукционным нагревателем 95
4.1 Обеспечение условий режима термообработки 95
4.2 Исследование зависимости теплового коэффициента полезного действия индукционного нагревателя от скорости течения жидкости 97
4.3 Обоснование объема выдерживателя согласно режиму термической обработки 99
4.4 Определение рациональных конструктивных и энергетических
параметров индукционного нагревателя в составе пастеризационной
установки 101
4.5 Исследование теплораспределения по сечению трубы индуктора 107
4.6 Исследование зависимости коэффициентов скорости и неравномерности теплового потока в нагревателе от скорости течения молока 108
4.7 Обеспечение рациональных параметров работы технологической линии термообработки молока 109
Выводы 112
5 Экономическая эффективность внедрения результатов исследования 114
Выводы 119
Общие выводы 121
Список литературы
- Классификация пастеризаторов молока
- Определение критерия пастеризации
- Определение коэффициентов неравномерности тепловых потоков и скорости
- Исследование зависимости теплового коэффициента полезного действия индукционного нагревателя от скорости течения жидкости
Введение к работе
Актуальность темы. Структура животноводческой отрасли в стране представлена сельскохозяйственными субъектами, среди которых выделяют сельхозорганизации (в основном крупные и средние), крестьянско-фермерские хозяйства (КФХ), являющиеся в основном микропредприятиями различной организационно-правовой формы, и хозяйства населения (ЛПХ), которые не имеют зарегистрированного бизнеса, но на долю которых приходится значительный объем производства.
Эффективность семейных ферм доказывает экономический показатель себестоимости. Так, себестоимость литра молока на семейных фермах составляет 8–10,5 рубля, в то время как в сельскохозяйственных организациях не опускается ниже 12 рублей, а на мегафермах составляет даже 14 рублей за литр и выше. Цифры объективно говорят о том, что КФХ в сложных экономических условиях более устойчивы и экономически эффективны. Если говорить о производстве молока, то в целом по отрасли за 10-летний период оно упало на 4,9%, рост произошел лишь в крестьянских хозяйствах, и рост значительный – в 2,5 раза.
В связи с этим была поставлена задача повышения эффективности и снижения эксплуатационных затрат при тепловой обработке молока и его реализации силами хозяйства.
Вопросам доения и первичной обработки молока посвящены исследования: Вагина Б.И., Шахова В.А., Кирсанова В.В. Иванова Ю.А., Скоркина В.К., Цой Л.М., Тихомирова И.А. и др. Большой вклад в решение данной проблемы внесли: Кук Г.А., Свириденко А.К., Березин А.Н., Бредихин С.А., Емельянов С.А., Здановская В.С., Тешев А.Ш., Радаева И.А., Храмцов А.Г., Голубева Л.В., Robe K.T., Rowe M.T. и др.
Анализ существующих технологий и машин показывает, что они имеют высокую энергоемкость и значительные потери тепла в окружающую среду. Это обуславливает необходимость разработки и совершенствования пастеризаторов косвенного нагрева молока с использованием индукционных нагревателей в технологических линиях тепловой обработки молока в условиях производства.
Проведенные исследования явились составной частью работ в соответствии с планом научно-исследовательской работы ФГБОУ ВО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия» на 2011-2015 годы по теме 6. «Разработка регионально-адаптированных технологических и технических средств для производства продукции растениеводства и животноводства в хозяйствах Северо-Запада России» и «Разработка инновационных научно-обоснованных решений по развитию и повышению эффективности агропромышленного производства Псковской области» на 2016-2020 годы (тема 6, раздел 2).
Цель исследований: повышение эффективности процесса тепловой обработки молока путем обоснования конструктивных и технологических параметров энергосберегающего нагревателя с выдерживателем.
Задачи исследований:
-
Провести анализ различных конструкций установок для тепловой обработки молока в условиях фермерских хозяйств и выявить среди них наиболее энергетически эффективную.
-
Обосновать новую конструктивно-технологическую схему производства питьевого молока для фермерских хозяйств;
-
Разработать индукционный нагреватель, с использованием его в технологическом процессе тепловой обработки молока;
4. Изучить закономерности и условия равномерного нагрева молока по
сечению нагревателя;
5. Обосновать конструктивные параметры и режимы работы нагревателя;
-
На основе математического планирования экспериментально обосновать конструктивные и технологические параметры индукционного нагревателя, способные обеспечить требуемую производительность при минимальных затратах электроэнергии;
-
Провести экономическую оценку выбранной технологии на примере конкретного фермерского хозяйства.
Объекты исследования: технологический процесс и технические средства тепловой обработки молока.
Научная новизна работы:
- обоснование общей математической модели, описывающей процесс
тепловой обработки молока;
- обоснование конструктивно-технологической схемы предлагаемой ли
нии для тепловой обработки молока;
- разработана конструкция индукционного нагревателя с выдерживателем
для тепловой обработки молока (патент);
- обоснование рациональных конструктивных параметров технических
средств линии тепловой обработки молока с использованием теории планиро
вания экспериментов;
обоснование оптимальных условий распределения тепловых потоков в индукционном нагревателе молока при различной производительности линии;
обоснование эффективности предлагаемой линии для тепловой обработки молока.
Практическая значимость:
разработан индукционный нагреватель с выдерживателем, новизна которого подтверждена патентом RU 137709 UI;
полученные результаты исследований и разработок рекомендуются для животноводческих предприятий, в научно-исследовательских и проектных организациях и в учебном процессе высших учебных заведений сельскохозяйственного профиля.
Реализация результатов.
Результаты исследований использованы в ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА» при разработке индукционного нагревателя молока с выдерживателем.
Внедрена в производство установка для тепловой обработки молока в условиях СПК «Антоново» Западнодвинского района Тверской области.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследования подтверждается: использованием апробированных методик, ГОСТов, ОСТов и РД, современной поверенной контрольно-измерительной аппаратурой; достаточной повторностью измерений; сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; выступлениями на научно-технических конференциях, одобрением материалов докладов и публикациями в открытой печати; внедрением в учебный процесс и производство.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ, г. Санкт-Петербург - Пушкин в 2011-2014 годах; на международных научно-практических конференциях ГНУ ВНИИМЖ в 2012, 2013 годах; на международной научно-практической конференции НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, г. Минск в 2012 году; на международных научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА» в 2010-2014 годах.
Публикации: основные положения и результаты исследований опубликованы в 15 научных работах, в том числе 3 научные работы в перечне изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Основные положения, выносимые на защиту:
общая математическая модель процесса тепловой обработки молока;
конструктивно-технологическая схема предлагаемой линии для тепловой обработки молока;
метод оптимизации конструктивных параметров индукционного нагревателя с выдерживателем с использованием теории планирования экспериментов;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований индук
ционного нагревателя с выдерживателем в составе пастеризационной установ
ки;
- результаты производственных испытаний и технико-экономические по
казатели работы усовершенствованной пастеризационной установки в условиях
СПК «Антоново» Западнодвинского района Тверской области.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. При общем объеме 135 страниц включает 39 рисунков, 16 таблиц и 6 приложений.
Классификация пастеризаторов молока
Качество молока, как бесценного продукта питания человека, зависит от многих факторов: периода лактации коров, состояния их здоровья, условий содержания, рациона кормления и качества кормов, технологии машинного доения, первичной обработки молока и вопросов его кратковременного хранения.
В процессе транспортировки молока по оборудованию оно подвергается воздействию различных бактерий и, особенно, вредных микроорганизмов. Степень инфицирования и сочетание популяций бактерий зависят от чистоты среды, в которой находится корова, и от тех поверхностей, в контакт с которыми вступает молоко. Такими поверхностями являются: доильный аппарат, молочное оборудование, резервуар для транспортировки молока. Причем эти поверхности представляют собой гораздо больший источник бактерий, чем вымя.
Вопросы доения и первичной обработкой молока раскрыты в работах таких ученых как Вагин Б.И. [7, 8, 9], Скоркин В.К. [99-102], Цой Л.М. [119], Цой Ю.А. [120], Тихомиров И.А. [109, 110], Вторый В. Ф., Вторый С. В. [12-16], Шахов В.А. [38, 111, 123-125, 127] и др.[6, 99, 105, 106]. Впервые нагрев жидкостей ниже точки кипения, как способ обеззараживания, предложил Луи Пастер во второй половине XIX века. Он назван именем этого исследователя - пастеризацией. Сравнительно быстро этот способ нашёл широкое применение во всех странах мира. Нагрев с выдержкой в меньшей мере изменяет физико-химические показатели молока, чем обычное кипячение.
Тепловая обработка молока до 63...900 С с целью его обеззараживания называется пастеризацией. При этом без заметного изменения вкуса, запаха и консистенции молока погибают бруцеллезные, туберкулезные и другие болезнетворные микроорганизмы [18].
Основная цель пастеризации - уничтожение вегетативных форм микроорганизмов, находящихся в молоке (возбудителей кишечных заболеваний, бруцеллеза, туберкулеза, ящура и др.), сохраняя при этом его биологическую, питательную ценность и качество [30].
Наиболее интенсивно научные работы велись в области обоснования параметров и режимов работы пастеризаторов косвенного нагрева молока, теплоносителем в которых выступает пар или горячая вода. Большой вклад в решение этой проблемы внесли Кук Г.А. [54, 55], Свириденко А.К. и Березин А.Н. [98], Бредихин С.А. [5], Емельянов С.А.[31, 32], Здановская B.C. [34], Тешев А.Ш. [108], Robe К. [129], Rowe M.T. [130], Радаева И.А., Храмцов А.Г., Голубева Л.В. и др. [2, 35, 43, 82, 122].
В современной молочной промышленности используются следующие способы пастеризации: длительная, тонкослойная, биоризация, кратковременная высокотемпературная и мгновенная [21-27, 73]. Длительная пастеризация проводится в танке или цистерне, где весь объем молока нагревается до температуры не ниже 63С и выдерживается в течение 30 мин. Этот способ пастеризации имеет существенные недостатки: он требует большого количества пара на единицу продукции (100...140 кг на 1 т молока), низкопроизводителен, не исключает размножение термофильных бактерий. Доступ кислорода к продукту отрицательно влияет на качество молока (снижается уровень витамина С) [126, 131].
В других способах прогревается поток молока, пропускаемый через трубчатый или пластинчатый теплообменный аппарат; в обоих случаях поток молока имеет турбулентный характер течения, чем и обеспечивается быстрая теплопередача. Контакта молока с атмосферным воздухом не происходит.
Биоризация молока осуществляется в закрытом от атмосферного воздуха пространстве аппарата путём распыления его под высоким давлением, быстрого и равномерного нагрева до температуры 72-76С и последующего быстрого охлаждения. При этом способе пастеризации молока окисляющее действие наружного воздуха устраняется.
Тонкослойная пастеризация (или стассанация) обоснована доктором Стассано. Она производится при температуре 75С без доступа воздуха сравнительно быстрым нагревом (не более 15...16 с) тонкого слоя молока (около 1 - 1,2 мм) с двух сторон. Далее молоко поступает в теплообменную батарею и затем быстро охлаждается.
Во всем мире наибольшее распространение получил метод высокотемпературной кратковременной пастеризации с использованием пластинчатого пастеризатора. В собранном аппарате с обеих сторон пластин, кроме концевых, имеются каналы, по которым движутся жидкости с разной температурой. Каналы с более теплой жидкостью чередуются с каналами с холодной. Через стенку пластины от более теплой жидкости теплота передается жидкости с низкой температурой. Герметичность каналов в аппарате обеспечивается резиновыми прокладками, приклеиваемыми в пазах пластин. Сжатие пластин в аппарате происходит посредством главной стойки, нажимной плиты, распорок и зажимных муфт. Поток молока нагревается до 80С и выдерживается при этой температуре около 15 с. Этот способ пастеризации молока до настоящего времени преобладает в большинстве стран мира [82, 108]. Существенным недостатком его является некоторое ухудшение вкусовых качеств и питательной ценности молока и образование накипи на стенках греющих элементов в результате отложения фосфорнокислых и лимоннокислых солей.
При мгновенной пастеризации тонкий слой молока в потоке быстро нагревается без доступа воздуха до температуры не менее 85С и немедленно охлаждается в дополнительном оборудовании [82, 97, 128]. B нём в процессе интенсивного нагревания уничтожаются все вегетативные формы микроорганизмов. Это достигается в настоящее время в пластинчатых и трубчатых аппаратах, представляющих собой сложные комплексы оборудования, оснащённые средствами автоматики.
Выше указывались минимальные значения температуры и длительности выдерживания. На практике производители молочных продуктов проводят пастеризацию при более высоких температурах, чтобы увеличить допустимые сроки хранения своих изделий [30, 82, 122].
К альтернативным способам обработки молока можно отнести следующие: обработка ультрафиолетом, ультразвуком, инфракрасным электронагревом, электрообработки (электрохимической обработки), сверхвысоким давлением, бактофугирование, импульсным электронным пучком, стерилизация, СВЧ нагрев, мембранный метод и др. [2, 28, 31, 46, 78, 86, 91, 93]. Однако, они не нашли широкого применения в связи со сложностью и невысокой надежностью конструкций, что приводит к затратам на ремонт и потребности в высококвалифицированном обслуживающем персонале.
Определение критерия пастеризации
В качестве источника тепла в пастеризационной установке мы применяем индукционный нагреватель, где предварительно подогретое в регенераторе молоко нагревается до температуры пастеризации. Основной особенностью индукционного нагрева является выделение теплоты в самих нагреваемых телах, что позволяет передать в них больше мощности, получить высокий термический коэффициент полезного действия за счет выделения теплоты только в требуемых частях объемов. В ряде случаев получить температурные распределения, недостижимые при других способах нагрева (например, с обратным теплоперепадом - когда внутренние слои нагреваются до температуры большей, чем максимальная температура поверхности за весь период нагрева). Нами разработана полезная модель индукционного нагревателя молока с выдерживателем (патент РФ №137709).
Рассмотрим электротехнологический процесс первичной обработки в пастеризационной установке с индукционным нагревателем молока.
Индукционный нагреватель с выдерживателем представлен на рис. 2.2. Индукционный нагреватель молока с выдерживателем [65, 70, 83, 84] включает в себя корпус 1, выполненный из пищевых пластмасс, нижнюю входную камеру 2 и верхнюю выходную камеру 3, снабжённые входным и выходным патрубками 4 и 5. Движение нагреваемой жидкости осуществляется через кольцевые зазоры 6, образованные коаксиально расположенной трубой 7 и стержнем 8, выполненными из нержавеющей стали. Снаружи корпуса размещена обмотка индуктора 9, поверх которой располагается выдерживатель 10, представляющий собой кольцевую емкость.
При такой конструкции нагрев молока осуществляется от стенок коаксиально расположенных труб в кольцевых зазорах между ними. К качеству пастеризации предъявляются жесткие требования, поэтому тепловая обработка должна быть в равной степени эффективна для всего объема обрабатываемого продукта (молока), т. е. температура и время нагрева должны быть одинаковыми для всех потоков [68, 71]. Потери энергии на всех этапах преобразования будут пропорциональны площади контакта нагретых поверхностей (корпусов, трубопроводов) с окружающей средой. Мы считаем, что уменьшить площадь поверхности возможно, объединив в одной конструкции нагреватель и выдерживатель. Таким образом, передача и преобразование энергии проходят в одном устройстве, где с окружающей средой контактирует только выдерживатель. За счет этого повышается коэффициент полезного действия пастеризационной установки и энергосбережение в электротехнологическом процессе тепловой обработки молока с использованием индукционного нагревателя. Эффективность пастеризации молока зависит от температуры нагрева и продолжительности воздействия температуры. Известно, что температура 60С и выше может подавлять микрофлору молока [1, 48, 54]. Ниже 60 С любой аппарат выполняет лишь функции нагрева молока. При температурах выше 60 С происходит пастеризация, для завершения которой требуется определённое время, зависящее от температуры нагрева молока.
Исходными данными при обосновании мощности индукционного нагревателя является производительность пастеризационной установки. Тепло QП, необходимое для обработки молока, в пастеризационной установке вырабатывается индукционным нагревателем мощностью PТ.
Тепловая энергия индукционного нагревателя (I) расходуется на нагрев молока QП, потери тепла QОС через наружные поверхности нагревателя, выдерживателя (II), регенератора (III) и трубопроводов в окружающую среду, а так же значительная часть тепла QОВ уходит с охлаждающей жидкостью в секции охлаждения регенератора (IV).
Регенератор (III) пастеризационной установки представляет собой противоточный пластинчатый аппарат, в который поступает нагретое пастеризованное молоко, охлаждаемое поступающим в пастеризационную установку холодным молоком [35, 44].
Составляющие этой зависимости примерно равны, если в пастеризационной установке свести к минимуму потери тепла в нагревателе, выдерживателе и регенераторе. Степень завершенности пастеризации определяется критерием Пастера Ра [55]. Величина его безразмерна и выражает отношение фактического времени воздействия на молоко температуры пастеризации Тф ко времени Тп её действия, достаточного для успешного завершения пастеризации (для подавления микрофлоры): D ТФ а гр п (2.9) Молоко, поступающее в противоточный регенератор (III) (рис. 2.3), нагревается до температуры регенерации tp, далее нагревается в индукционном нагревателе (I) до температуры пастеризации tn за время 7#, выдерживается (II) при этой температуре в течении времени Твыд и транспортируется на вход регенератора (III), где охлаждается потоком встречного молока до температуры t p, далее в секции охлаждения достигает температуры toxn.
При минимально допустимой температуре пастеризации (прямая AБ рисунка) зона температур выше её является зоной подавления микрофлоры. Интегральный эффект температурного поля пастеризации находится в пределах от tmin до tn и далее до точки Б кривой температур в регенераторе. Зоны ниже линии AБ в определении критерия Ра не участвуют и существенной роли в подавлении микрофлоры молока не играют.
Определение коэффициентов неравномерности тепловых потоков и скорости
Физическое моделирование является одним из основных методов исследования индукционных устройств. Эксперименты на физических моделях и натурных устройствах применяются для проверки адекватности математических моделей реальным объектам, нахождения или уточнения физических свойств материалов, определения влияния принятых допущений, а так же решения вопросов технологического и конструктивного характера.
Целью экспериментальных исследований является подтверждение и уточнение достоверности принятых допущений при выводе теоретических зависимостей, определение погрешности в расчёте параметров пастеризационной установки по предлагаемым нами выражениям, установление ряда показателей процесса пастеризации в установке с индукционным нагревателем, аналитическая оценка которых затруднена [61, 66, 74].
В связи с этим в программу экспериментальных исследований входили следующие задачи по определению: - коэффициента неравномерности тепловых потоков; - производительности индукционного нагревателя в составе пастеризационной установки; - характера распределения теплового потока по толщине стенки трубы; - рациональных конструктивных и энергетических параметров; - рациональных параметров работы технологической линии; - проверка полученных аналитических зависимостей процесса работы экспериментальной пастеризационной установки. В лабораторных условиях применялись как однофакторные эксперименты при варьировании одного из факторов, влияющих на процесс тепловой обработки молока, так и многофакторные по нахождению рациональных сочетаний конструктивных параметров нагревателя [115], при которых достигается снижение энергетических затрат.
Для исследования параметров и режимов работы пастеризационной установки с индукционным нагревателем использовалось оборудование лаборатории кафедры "Механизация животноводства и применения электроэнергии в сельском хозяйстве" ФГБОУ ВО ВГСХА. Общий вид установки показан на рис. 3.1.
Лабораторная установка (рис. 3.2) выполнена на базе промышленной пастеризационной установки ПМР-02 ВТ, в которой роторный нагреватель заменен индукционным нагревателем промышленной частоты, выполненным в виде цилиндрической катушки, намотанной на цилиндрический корпус, из пищевой термостойкой пластмассы, внутри которого находится стальная труба и центральный стержень. Через зазор между ними протекает нагреваемое молоко [84]. Снаружи катушки индуктора располагается выдерживатель рубашечного типа, представляющий собой кольцевую емкость.
Датчик ТЕ1 контролирует температуру tН в приемном баке, то есть температуру входящего на обработку продукта. Датчик ТЕ2 измеряет температуру tp на выходе из секции регенерации перед индукционным нагревателем. Датчик ТЕ3 измеряет температуру tn на выходе из нагревателя, эта температура должна соответствовать температуре заданной пастеризации (750 С). Датчики ТЕ4 и ТЕ5 контролируют температуры (tП и tРК) на входе и выходе регенеративного теплообменника, а датчик ТЕ6 контролирует конечную температуру охлажденного продукта tОХЛ на выходе из установки.
Для проведения экспериментальных исследований с целью изменения частоты вращения электродвигателя молочного насоса используется преобразователь частоты 8. При изменении производительности насоса изменяется температура молока, которая контролируется датчиком ТЕ3. Таким образом, поддерживается постоянная температура пастеризации, а производительность становится функционально зависимой от конструкции нагревателя. При проведении исследований использовался измерительно-вычислительный комплекс в состав которого входят: измерительные преобразователи ТСМ - 100 (ТЕ1…ТЕ6), аналого-цифровой преобразователь АЦП Е-14-140м, ПЭВМ, преобразователь частоты и терморегулятор 2ТРМ-1 (рис. 3.3).
Исследование зависимости теплового коэффициента полезного действия индукционного нагревателя от скорости течения жидкости
Расчёт экономической эффективности внедрения результатов исследования производился по действующим методикам, стандартам и нормативным документам [51, 75] с учётом среднего уровня инфляции, при этом использованы показатели, отражающие стоимостные и натуральные характеристики сравниваемых вариантов, что обусловлено современными требованиями рыночной экономики.
Оценка эффективности использования усовершенствованной установки для пастеризации молока с индукционным нагревателем выполнена по показателям затрат труда, материалов, электроэнергии и эксплуатационных затрат при использовании ее в цеху по переработке молока СПК "Антоново". В качестве базовой установки принята промышленная пастеризационная установка марки ПМР-0.2, оснащённая гидродинамическим нагревателем с боковым расположением ячеек в роторе, а за новый вариант принимается усовершенствованная установка, в которой роторный нагреватель с электродвигателем и выдерживатель заменены новой конструкцией индукционного нагревателя с выдерживателем. За счет данного технического решения мы получаем снижение металлоемкости пастеризационной установки.
Индукционный нагреватель с выдерживателем имеет полную массу 16 кг, из нержавеющей стали в нем выполнены только греющая труба и центральный стержень-вытеснитель, общей массой 6,5 кг, медная обмотка массой 2кг. Остальные элементы конструкции изготовлены из пищевой пластмассы.
Гидродинамический нагреватель выполнен из алюминия массой 10 кг. Привод осуществляется от электродвигателя мощностью 7,5 кВ, массой 45 кг. Штатный выдерживатель представляет собой змеевик, выполненный трубой из нержавеющей стали, помещенный в стальной цилиндрический корпус массой 10 кг. Общее снижение массы по элементам конструкции составляет 49 кг. Дополнительные капитальные вложения в создание нового оборудования составили 20 тыс. руб., а стоимость устройств, которые были удалены - 45 тыс. руб.
Капитальные вложения в усовершенствованную установку определяли с учётом затрат на приобретение материалов, комплектующих изделий, изготовление новых деталей, доставку их и монтаж по удельным затратам на один килограмм устройств аналогичной конструкции и назначения: Кб = кудОб, (5.1) где Куд - удельная цена одного килограмма конструкции промышленных пастеризационных установок, куд = 350...400 руб/кг [66, 75]; Об - масса внедряемой пастеризационной установки с индукционным нагревателем, кг. Эксплуатационные затраты в сравниваемых вариантах представляют собой прямые текущие затраты, которые определялись по формуле: Иэ =3П+3Э+А + ТР+П, (5.2) где Зп - затраты на оплату труда оператора пастеризационной установки, руб; Зэ - затраты на электроэнергию, руб.; А - амортизационные отчисления, руб.; Тр - затраты на ремонт и техническое обслуживание, руб.; П - прочие затраты, руб. Прочие затраты включают расходы на смазку, воду и химикаты для промывки установки, обтирочные материалы и др. Они равны в сравниваемых вариантах и в дальнейших расчётах не учитывались. Затраты на оплату труда с начислениями определены по формуле: 3„ = (Зосн + 3Доп )(1 + Нотч ), (5.3) где Зосн - основная оплата труда оператора, руб.; 116 Здоп - дополнительная оплата труда, руб.; Нотч - норматив отчислений на социальные нужды (в пенсионный фонд, в фонды медицинского, социального страхования и занятости населения), Нотч = 0,311. Основная оплата труда определяется по формуле: 3ОСН =Т,Старг3трЛ , (54) где стар І - часовая тарифная ставка обслуживающего персонала по i - тому разряду работ, руб/ч; Зтр - затраты труда на пастеризацию молока, ч; Л - количество обслуживающего персонала, чел. Определение дополнительной оплаты труда производится по формуле: Здоп=3ОСнРдоп, (5.5) где рдоп - коэффициент, учитывающий добавки к зарплате за классность, премии, выполнение дополнительных обязанностей и др., / доп=1,4. Затраты труда на обслуживание установки в год находятся по формуле: 3ТР=пРїд+пПРїПР, (5.6) где Пр и пПР - количество полных и неполных (субботних и предпраздничных рабочих дней в году; tM и tnP - продолжительность полного и неполного рабочих дней, ч.
Критерием экономической оценки эффективности сравниваемых вариантов пастеризации молока служат приведенные затраты: где е - нормативный коэффициент окупаемости капиталовложений; К - капиталовложения по сравниваемым вариантам, руб. Отчисления на амортизацию и ремонт пастеризационных установок определяется по формулам: