Общие понятия
Физические величины, относящиеся к прессам, полезно знать, чтобы иметь возможность сравнивать цены, рассчитывать установки и контролировать работу прессов с необходимой точностью. Было бы также желательно, чтобы в информации о технических характеристиках машин наряду с условиями использования прессов конструкторы давали достаточно точные данные о производительности оборудования.
Из анализа имеющихся в настоящее время сведений относительно производительности прессов выявляется недостаток литературы по этому вопросу и отсутствие нормативов, даже самых приближенных. Авторы в течение последнего десятилетия пытались с помощью своих коллег провести измерения производительности прессов, результаты которых приведены ниже.
Определения
Прежде всего, необходимо уточнить значения некоторых терминов.
Продолжительность операций.
Различают продолжительность вспомогательных операций (загрузка, разгрузка, опорожнение, мойка, регулировка) и продолжительность собственно прессования. Последняя определяется для горизонтальных прессов началом движения плит в цикле сжатия и концом выдержки последнего повышенного давления; для прессов непрерывного действия и стекателей — временем работы шнека, исключая мертвый ход, а также работы вхолостую, когда в загрузочном лотке не видно продукта.
Средняя продолжительность цикла работы прессов периодического действия включает продолжительность сокоотделения.
Производительность.
Общая производительность есть отношение общей массы отделенного сусла или вина к переработанной мезге. Чистая производительность есть отношение общей массы осветленного сусла или осветленного вина к общей массе переработанного винограда. Нужно также отметить, что оба эти выражения производительности учитывают количество сока-самотека, полученного во время загрузки горизонтальных прессов.
Потребление энергии.
Удельное потребление энергии есть количество энергии, затраченной на единицу массы переработанной мезги.
Дополнительные определения.
Вы ход из свежей или сброженной мезги различных сусел или вин, отделенных самотеком, сусел первого, второго давления и т. д. представляет отношение массы любой из этих жидкостей к первоначальной массе загруженной мезги. Выход прессового сусла есть отношение массы прессового сусла ко времени экстракции (горизонтальные прессы). Эта величина не относится к суслу-самотеку. Дебит прессования есть отношение массы прессованной мезги ко времени экстракции. Видимый коэффициент загрузки горизонтальных прессов есть отношение массы поступающей мезги (выраженный в центнерах) к вместимости корзины в гектолитрах. Этот коэффициент относится к суслу-самотеку.
Наконец, проводят анализ поведения прессов, который выражают в процентном отношении объемов различных категорий сусел или вин к общему объему сусла или вина (например, сусло- самотек/общий объем сусла; сусло первого давления/общий объем сусла и т. д.); или в количественном отношении их, взятых в другой группировке (например, сусло-самотек + сусло первого давления/общий объем сусла; сусло первого давления + сусло второго давления/общий объем сусла и т.д.).
Расчет прессов
Ниже приведены три основных отношения, которые используют для расчета установок, оборудованных горизонтальными прессами при экстракции сусла (прессование по-белому) и вина (сброженная мезга), 
Рис. 14.14. Графическое выражение соотношений между видимым коэффициентом загрузки прессов, вместимостью корзин и объемом полученных сусел для трех значений выхода сусла из мезги, плотность которого равна 1100 кг/м3. Значения массы мезги по отношению к массе сока приняты равными: а — 0,80; б — 0,85; в — 0,90.
Если принять t=1 и допустить, что каждый пресс делает 3 цикла в день, т. е. с=3, то, применяя формулу (3), имеют:
рС= 133/3x1=44 гл.
Следовательно, нужный объем корзины равен 44 гл (рис. 14.14).
Данные о работе горизонтальных прессов, применяемых для прессования белого винограда
Эти данные, установленные главным образом в районе Бордо, представляют средние значения для всех марок прессов, всех сортов и годов урожая с 1966 по 1975, для корзин вместимостью от 20 до 40 гл. Они сгруппированы по характеру перемещения до прессования и по зонам производства (Бордо, Шаранта). Констатировано, что в целом коэффициенты загрузки имеют следующие значения:
Коэффициент загрузки мезги белого винограда после гребнеотделения несколько выше, чем у мезги с гребнями.
При повторной загрузке пресса целыми ягодами коэффициент загрузки возрастает на 50% (такая практика не обеспечивает хорошего отбора сусла).
Результаты относительно кольцевых прессов еще мало известны. Похоже на то, что они имеют в два раза больший коэффициент.
Продолжительность экстракции обычно бывает равной 2—3 ч. Похоже, что предварительное перемещение винограда не оказывает на нее особого влияния. Она зависит прежде всего от конструктивной схемы пресса (1 и 2 плиты, вал вращающийся или неподвижный, степень сжатия, программа и т. п.) от природы винограда. В связи с этим уместно напомнить о понятиях мезги «жирная» и «худая», структура которой оказывает значительное влияние на длительность экстракции первых 90 и последних 10% сока. В некоторых случаях (Террье и сотрудники, 1973) продолжительность извлечения 10% сока очень низкого качества в конце прессования составляет 2/3 общей продолжительности цикла работы пресса. Это положение выдвигает проблему себестоимости сока в конце прессования и недорогих средств для полного отжатия выжимки в достаточно короткое время. Таким образом, порог экономического оптимума извлечения последней фракции сока можно вычислить сравнительно легко.
Производительность прессов пропорциональна их вместимости, и этот параметр можно разложить на элементы, выражая производительность в гектолитрах. Таким путем получают некоторую норму, которая представляет собой среднюю практически наблюдаемую и почасовую производительность на 1 гл корзины, выраженный в килограммах перерабатываемого винограда. Для расчетов авторы приняли продолжительность полученного цикла, прибавив 30 мин к продолжительности экстракции. Эти производительности составляют от 20 до 40 кг при прессовании целых ягод и от 40 до 60 кг при загрузке пресса мезгой, перекачанной насосом.
Рис. 14.15. Кривые извлечения сусел в горизонтальных прессах при прессовании белого винограда (средние данные из наблюдений, проведенных в 1968 и 1974 гг.):
а — стекание сока в зависимости от давления (прессы Васлэн); б — стекание сока в зависимости от продолжительности (Труды сельскохозяйственной палаты, вып. 33).
Что касается относительных количеств различных соков и стекания его во время прессования, то сказанное выше можно иллюстрировать средними данными наблюдений, проведенных в 1968 и 1974 гг. (Террье и сотрудники, 1975). На рис. 14.15 приведены кривые стекания в накапливаемых объемах (самотек+сусло первого давления + сусло второго давления + третьего давления и т. д.), схематически показывающие кривые различных прессов, находящихся в эксплуатации. Независимо от марки пресса кривые имеют почти один и тот же характер. Зато состояние мезги и техника прессования выявляют различия между кривыми, отражающими максимальную и минимальную производительность: 90% общего количества сока можно получать в конце первого давления или же в конце пятого давления соответственно после 30 и 120 мин работы.
Данные о работе прессов непрерывного действия и динамических стекателей при прессовании белого винограда
На рис. 14.16 показаны десять линий стекателей и прессов производительностью в килограммах в час, но когда прессы действуют после стекателей, производительность последних выражается в первоначальной массе мезги, поступающей в стекатель.
Рис. 14.16. Часовая производительность 10 поточных линий извлечения сусла (стекатели+ прессы или только прессы); виноград белых сортов (Труды сельскохозяйственной палаты, 33); П — пресс; С — стекатель.
Следовательно, это производительность, практикуемая в технологической цепи стекатель+пресс (С+П). Вертикальные стрелки показывают линии СхП. Машины работали в оптимальных условиях регулировки для получения белых сухих вин с контролируемыми названиями по происхождению (давления, режимы).
Констатируют, что почасовые производительности стекателей располагаются в ходе опыта между 20 и 30 т для стекателей типа 500 и 600 но производительность полных линий с одним прессом типа 600 находится между 5 и 12 т. При средних диаметрах шнека (например, стекатель типа 500 или 600 и пресс типа 500 или 600) производительности двух машин негармоничны: стекатель работал периодически. Это дефект производственного порядка, который пытаются устранить, подключая второй пресс для параллельной работы вслед за динамическим стекателей. Наконец, на кооперативных заводах, когда стекатель типа 750 обычно присоединяют к двум прессам типа 600, констатируют, что измеряемая в непрерывном режиме производительность линии относительно мала (всего от 13 до 17 т). Правда, такие наблюдения проводили только в двух местах (рис. 14.17).
В Бургундии на стекателе типа 750 при переработке винограда сорта Шардоне (Ривуар и сотрудники, 1965) при режиме 1,8 т/мин измерения показали 27 352 кг/ч.
Интерпретацию результатов можно дать в обобщенном виде для всех марок машин, всех видов регулировок и сортов винограда, выражая производительность линий в килограммах прессованной выжимки на 1 дм2 полезного сечения винта и на обороты в минуту (примечание: при таком суммарном расчете не учитывают шаг винта). Выражаемая таким образом производительность машин располагается в целом между 100 и 200 кг первоначальной массы мезги, имея очень высокое значение при опытах на линиях со стекателями типа 750 (380 кг). Наблюдается тенденция к увеличению производительности при возрастании диаметра винта, причем это относится как к динамическим стекателям (сравнение типов 500—600 и 750), так и к прессам непрерывного действия (сравнение типов 300—400 и 600). Отсутствие достаточного числа измерений не позволяет сделать какие-либо более определенные выводы.
Рис. 14.17. Прессовое отделение кооперативного винзавода, оборудованное для извлечения сусел и вин в потоке.
Другое замечание относится к производительности прессов, выражаемой в первоначальной массе мезги, и реальной производительности, выраженной в мезге после стекания. Измерения, проведенные во время опытов, дают основание заявить, что обе эти производительности связаны коэффициентом, величина которого составляет от 1,7 до 2,8.
Полезно также знать распределение фракций соков, извлеченных на линии (стекатель + пресс). Установлено, что динамический стекатель позволяет получать большое количество сусла-самотека, образующегося быстро и при малом давлении. Описанные выше опыты обеспечивают от 55 до 72,5% сусла- самотека. В других работах (Калед, 1968), проведенных с сортом Мерло белый, получено сусла-самотека между 74—80%. Из сорта Шардоне (Ривуар и сотрудники, 1963) было получено 73,8% сусла-самотека.
Данные о работе горизонтальных прессов, используемых для прессования сброженной мезги красного винограда
Коэффициент загрузки прессов для данного района может значительно изменяться в зависимости от степени уплотнения мезги в корзине пресса. Однако в ходе опытов удалось измерить некоторые значения, которые оказались в пределах 0,50—0,85. Но для расчета прессов удобнее анализировать соотношения между вместимостью чана, объемом мезги в чане после спуска вина и вместимостью корзин прессов. В Жиронде часто отмечают соотношение между двумя первыми параметрами как 1:3 (0,33), но наблюдения авторов показывают, что это соотношение колеблется между 0,18 и 0,54 при среднем значении 0,30.
Продолжительность извлечения сока, которую измеряли в 1974 и 1975 гг., изменяли от 90 до 106 мин (прессы вместимостью 22 гл с вращающимся винтом), чтобы получить степени осушения выжимки (выход вина) порядка 0,54—0,58,
Количество вина, вытекавшее из прессов и измерявшееся в ходе опытов (Баррэр и сотрудники, 1974), в Жиронде составляло от 10 до 11 гл для корзин вместимостью 22 гл, а средняя производительность прессов по поступающей мезге была между 1060 и 1260 кг/ч и по извлеченному вину — между 6 и 7,5 гл/ч.
Выход вин при различных давлениях составляет от 90 до 95% после третьего давления. Во время предыдущих опытов, проведенных в Медоке (Буасено и сотрудники, 1970) с сортом Каберне Совиньон, такой выход был достигнут только после пятого давления.
Рис. 14.18. Кривые извлечения виноматериалов на горизонтальных прессах при прессовании мезги:
а — выход вин в зависимости от давлений; б — выход вин в зависимости от времени. Условные обозначения кривых: 1 — Медок 1970; 2 — Медок 1971; 3 — Сусак 1971; 4 — Сусак 1972; р1-6 — давления 1, 2, 3...
Кривые стекания вин в зависимости от продолжительности процесса представлены на рис. 14.18. В противоположность кривым отделения сусла от мезги кривые отделения вина от сброженной мезги в зависимости от времени выражаются довольно прямолинейной линией. Зависимость отделения вина от давления (прессы с возрастающим давлением) выражается в виде различных кривых. Из опытов, проведенных в Жиронде (Севенэ, 1971), вытекает, что при использовании программы «слабого давления» получают прессовые сусла, которые при частичном добавлении к суслу-самотеку дают полные, гармоничные, хорошо сложенные, так называемые круглые вина с меньшим содержанием дубильных веществ, чем вина из сусел, полученных по программе «сильного давления».
Данные о работе поточной линии для прессования сброженной мезги
Как и в виноделии по белому способу, технологические линии извлечения вина из мезги в производстве красных вин могут иметь только один пресс непрерывного действия вместо динамического стекателя в блоке с одним или двумя прессами непрерывного действия, работающими параллельно. Определения производительности, предложенные выше, могут быть также распространены на определения при извлечении вина из мезги в производстве красных вин. Способ перемещения мезги от бродильного чана до стекателя может учитываться в случае необходимости, особенно если речь идет о перекачке всей сброженной мезги. В других случаях влияние способа перемещения на производительность прессов незначительно, за исключением возможности замедления или перерывов в работе.
В большом действующем бродильном отделении в районе Бордо (мезга без гребней после завершения брожения) авторы установили такие условия: стекатель типа 750 с частотой вращения 2 об/мин синхронизирован с двумя прессами типа 750, действующими параллельно с частотой от 1 до 1,9 об/мин; прессование в непрерывном режиме позволяет отделять от мезги 900 гл сусла в час.
Производительность ординарных прессов (в кг/ч) составляет (масса поступившей в обработку мезги):
Производительность (в гл/ч высвобожденного сусла) будет:
Анализ этих данных только для прессов показывает линейную пропорциональность формы у=ах, позволяющей с достаточной точностью переходить от производительности по массе к производительности по объему и обратно в условиях, близких к условиям опыта, которые обусловили отношение (сорт Сен Эмильон, мезга без гребней, брожение завершено) кг сброженной мезги/гл полученного вина = 22.
Можно предложить другое выражение результатов. При малых давлениях и для прессов средних размеров существует корреляция между производительностью прессов, их режимом работы, сечением и выходом вина из сброженной мезги, которая выражается следующим образом: производительность по сброженной мезге равна
с х режим · сечение · выход вина.
Значение с для каждого виноградника может быть различным, оно также зависит от года, сорта винограда, способа виноделия. Оно не зависит от диаметра прессов и имеет значение, близкое к 175 при единицах измерения кг, дм2, об/мин. Это правило, если оно подтвердится, может привести к появлению нового метода выбора размеров прессов.
Для получения вин высокого качества регулировкой пресса на слабой давление установлен диапазон выхода вина из мезги в пределах значений 0,41 и 0,63, но существует возможность и большего осушения выжимки. Рекомендуется устанавливать три приемные емкости для отбора разных фракций под отдельно работающими прессами и во всех случаях разделять вино, полученное из камеры сжатия в незначительном количестве (около 2% общего объема вина), но очень невысокого качества по своему составу.
