Инженерно-технологический проект цеха розлива шампанских вин производительностью 3 млн бутылок в год

Введение: Цель, задачи и актуальность проекта

Российский рынок игристых вин демонстрирует устойчивую тенденцию к росту, требуя от производителей не только увеличения объемов, но и внедрения высокотехнологичных, эффективных мощностей. Проектирование современных цехов розлива, способных обеспечить высокую производительность при строгом соблюдении требований качества и безопасности, становится критически важным звеном в цепочке создания стоимости винодельческого предприятия, что и обуславливает актуальность проекта. Создание производственной единицы, ориентированной на крупносерийный выпуск, требует применения наиболее экономически и технологически обоснованных методов производства, а также подбора автоматизированного оборудования с адекватным запасом мощности.

Целью настоящей работы является разработка технически обоснованного проекта цеха розлива шампанских вин с годовой производительностью 3 млн бутылок, включая выбор оптимальной технологической схемы, расчет материального баланса, подбор основного и вспомогательного оборудования, а также определение инженерно-технических показателей.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Обосновать выбор резервуарного непрерывного метода шампанизации.
2. Проанализировать требования ГОСТ к сырьевым материалам и готовой продукции.
3. Рассчитать требуемую производительность линии розлива и определить материальный баланс цеха на основе норм потерь (ВНТП).
4. Подобрать автоматизированное оборудование с расчетом коэффициента резерва.
5. Определить основные инженерно-технические показатели цеха (персонал, расход ресурсов, площадь).

Теоретическое и технологическое обоснование выбора метода

Ключевым решением в проектировании цеха высокой производительности является выбор метода вторичного брожения (шампанизации), который определяет скорость, качество и себестоимость готового продукта. Если производитель нацелен на массовый сегмент, стратегически верным является выбор в пользу интенсификации, а не длительного созревания.

Сравнительный анализ методов производства игристых вин

В мировой практике виноделия наиболее распространены два основных метода производства игристых вин: классический (бутылочный) и резервуарный (акратофорный).

Метод	Описание	Производительность	Основные характеристики
Классический	Вторичное брожение происходит в самой бутылке.	Низкая/Средняя	Длительный цикл (от 9 месяцев до нескольких лет), высокие трудозатраты, исключительное качество.
Резервуарный периодический	Вторичное брожение в герметичных емкостях (акратофорах) одной порции.	Средняя	Цикл 25–30 дней, подходит для средних объемов.
Резервуарный непрерывный (Метод Мержаниана)	Вторичное брожение происходит в системе последовательно соединенных ферментеров/акратофоров с непрерывным потоком.	Высокая	Цикл ≥ 17 суток, минимальные трудозатраты, идеален для массового производства.

Для достижения заданной годовой мощности в 3 млн бутылок наиболее рациональным и экономически выгодным является резервуарный непрерывный метод шампанизации, разработанный А.А. Мержанианом и Г.Г. Агабальянцем.

Обоснование выбора: Данный метод позволяет значительно интенсифицировать процесс и тем самым повысить эффективность использования основного оборудования. Согласно технологическим данным, резервуарный непрерывный метод позволяет увеличить производительность основного оборудования на 40% по сравнению с резервуарным периодическим способом, делая его идеальным для крупносерийного производства. И что из этого следует? Это прямо ведет к снижению капитальных затрат на покупку и установку емкостного парка, поскольку требуется меньшее количество акратофоров для достижения нужной мощности.

Технологические параметры непрерывной шампанизации

Процесс шампанизации в непрерывном потоке требует строгого соблюдения определенных параметров для обеспечения качества вина и его стабильности при розливе:

1. Продолжительность вторичного брожения: Общая продолжительность процесса, включая выдержку в потоке, должна составлять не менее 17 суток (согласно ВНТП 26-94). Это минимальный срок, необходимый для накопления достаточного количества углекислоты и формирования характерных вкусовых свойств.
2. Рабочее давление: Процесс шампанизации в резервуарах непрерывного потока ведется при более высоком рабочем давлении углекислоты, доходящем до 0,5 МПа (5 атмосфер). Высокое давление способствует лучшему растворению $\text{CO}_2$ в вине.
3. Температурный режим: Температура в акратофорах должна поддерживаться на уровне не выше 15 °С. Поддержание низкой температуры необходимо для замедления окислительных процессов и более полного насыщения вина углекислым газом.

После завершения шампанизации вино подвергается обработке холодом, фильтрации и направляется на линию розлива в бутылки.

Требования к сырью, материалам и качеству готовой продукции

Инженерный проект цеха розлива обязан учитывать строгие требования к качеству входящих материалов (виноматериалов, тары) и готовой продукции, регламентированные национальными стандартами и техническими регламентами.

Оценка качества шампанских виноматериалов (ГОСТ Р 51147-98)

Виноматериал, поступающий на шампанизацию, должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 51147-98 «Виноматериалы шампанские. Технические условия».

Контроль качества включает органолептическую оценку (чистый, свежий вкус, отсутствие посторонних тонов) и физико-химический анализ. Особое внимание уделяется параметрам, критичным для стабильности и безопасности готового шампанского:

1. Концентрация железа ($\text{Fe}$): Железо является катализатором окислительных процессов, вызывая помутнения. Согласно ГОСТ Р 51147-98, массовая концентрация железа в шампанских виноматериалах не должна превышать 10 мг/дм³. При необходимости виноматериал подвергается обработке для удаления излишков металлов.
2. Содержание диоксида серы ($\text{SO}_2$): Сернистая кислота используется как антиоксидант и антисептик. Требования безопасности по ГОСТ Р 51147-98 устанавливают массовую концентрацию общего диоксида серы не более 200 мг/дм³ в виноматериалах. Важно отметить, что в готовом шампанском содержание свободной сернистой кислоты не должно превышать 20 мг/дм³ (ВНТП 26-94).
3. Приведенный экстракт и сахара: Эти показатели контролируются для обеспечения стандартизированного состава купажа перед вторичным брожением.

Требования к таре и безопасность розлива

Розлив шампанского производится в специальные бутылки, которые должны выдерживать высокое внутреннее давление. Требования к таре регламентированы ГОСТ 10117.2-2001 и ГОСТ 30288-95.

Ключевое требование безопасности: Бутылки для игристых вин должны выдерживать внутреннее гидростатическое давление не менее 1,67 МПа (17 кгс/см²). Это требование является критическим, поскольку рабочее давление в готовом шампанском может достигать 0,5–0,6 МПа. Несоответствие тары данному стандарту влечет за собой риск взрыва бутылок на линии, в процессе транспортировки и хранения.

Расчет производственной мощности и материальный баланс цеха

Инженерный расчет начинается с определения требуемой мощности линии розлива, исходя из годового объема производства, и составления материального баланса для расчета потребности в сырье и вспомогательных материалах. Какой важный нюанс здесь упускается при планировании? Необходимо заложить не только технологические потери, но и достаточный резерв мощности линии, чтобы избежать работы оборудования на пределе его возможностей.

Расчет годового объема и требуемой производительности линии

1. Расчет годового объема в декалитрах (дал):
Заданная годовая мощность составляет 3 000 000 бутылок объемом 0,75 л.

M дал = (3 000 000 бут × 0,75 л/бут) / 10 л/дал = 225 000 дал/год

2. Расчет требуемой минимальной производительности линии розлива (P лин):
Для расчета используем формулу, учитывающую годовой фонд времени и коэффициенты потерь и использования:

M год = (P лин × T год × К ти × К п) / 10

Где:

• $M_{год}$ — годовой объем (225 000 дал).
• $T_{год}$ — годовой фонд рабочего времени. Принимаем одну смену: $249 \text{ дней} \times 8 \text{ ч/день} = 1992 \text{ ч}$.
• $К_{ти}$ — коэффициент технического использования оборудования (принимаем $\approx 0,85$).
• $К_{п}$ — коэффициент потерь (учитывает потери виноматериала, принимаем $\approx 0,985$ или 1,5% потерь).

Выражаем $P_{лин}$:

P лин = (M год × 10) / (T год × К ти × К п)

P лин = (225 000 × 10) / (1992 × 0,85 × 0,985) ≈ 1346,9 бут/ч

С учетом округления и необходимого резерва, минимально требуемая производительность линии розлива составляет 1432 бут/ч.

Детализированный расчет материального баланса (на 1000 бут)

Материальный баланс составляется для определения фактического расхода сырья и вспомогательных материалов, основываясь на технологических нормах потерь (ВНТП 26-94).

1. Расход шампанизированного виноматериала:
Объем готового продукта на 1000 бутылок ($V_{кон}$) составляет $1000 \text{ бут} \times 0,75 \text{ л/бут} / 10 = 75 \text{ дал}$.

Норма технологических потерь при операции «Розлив, укупорка» шампанского ($P_{розлив}$) по ВНТП 26-94 составляет 1,50% (включая 1,00% потерь и 0,5% отходов).

Расчет начального расхода шампанизированного виноматериала ($V_{нач}$):

V нач = V кон / (1 - P розлив)

V нач = 75 дал / (1 - 0,015) = 75 дал / 0,985 ≈ 76,14 дал

Таким образом, для получения 1000 бутылок готового шампанского требуется $\mathbf{76,14}$ дал шампанизированного виноматериала.

2. Расход стеклянной тары:
Норма потерь стеклянных бутылок в производстве (бой) для ориентировочных расчетов, согласно усредненным показателям ВНТП, принимается на уровне 3%.

Для производства 1000 бутылок готовой продукции необходимо закупить ($N_{закуп}$) тары:

N закуп = N кон / (1 - P бой)

N закуп = 1000 бут / (1 - 0,03) = 1000 / 0,97 ≈ 1031 бутылка

Показатель	Единица измерения	Норма/Потери	Расход на 1000 бут
Объем готового вина	дал	75	75,00
Потери виноматериала при розливе ($P_{розлив}$)	%	1,50	1,14
Расход виноматериала начальный	дал	—	76,14
Готовая продукция (бутылки)	бут	1000	1000
Бой стеклянной тары ($P_{бой}$)	%	3,00	31
Расход стеклянной тары начальный	бут	—	1031

Подбор и компоновка технологического оборудования

Обеспечение годовой производительности в 3 млн бутылок требует использования полностью автоматизированного комплекса, способного работать в условиях высоких скоростей и давления, характерных для розлива игристых вин.

Выбор основного оборудования (Триблок)

Основным элементом линии розлива является триблок (машина, объединяющая ополаскивание, изобарическое наполнение и укупорку).

Обоснование выбора мощности:
Ранее рассчитанная минимально необходимая производительность линии составила $P_{лин} \approx 1432 \text{ бут/ч}$.
Для обеспечения надежности, возможности работы в пиковые периоды и учета внеплановых простоев, в соответствии с типовыми подходами проектирования, необходимо выбирать оборудование с запасом мощности.

Выбираем автоматическую линию розлива (Триблок) с номинальной производительностью 3000 бут/ч.

Расчет коэффициента резерва ($К_{рез}$):

К рез = Номинальная производительность / Требуемая производительность

К рез = 3000 бут/ч / 1432 бут/ч ≈ 2,09

Коэффициент резерва, равный 2,09, является высоким, но оправданным, так как он позволяет:

1. Снизить износ оборудования при работе в штатном режиме (фактическая загрузка линии будет составлять менее 50% номинала).
2. Обеспечить работу цеха в две смены или в режиме пиковой нагрузки, что дает высокую гибкость производства.
3. Компенсировать простои, связанные с заменой расходных материалов, техническим обслуживанием или внезапными поломками, без срыва годового плана.

Технические требования к линии розлива шампанского

Линия розлива игристых вин должна выполнять следующие ключевые операции в строгих технологических условиях:

1. Ополаскивание: Осуществляется в ополаскивательной секции триблока. Бутылки должны быть очищены изнутри от пыли и мелких частиц.
2. Изобарическое наполнение: Розлив шампанского всегда осуществляется под избыточным давлением (изобарический розлив), чтобы предотвратить дешампанизацию (выделение $\text{CO}_2$). Требуется поддержание постоянного давления в разливочной машине не менее 200 кПа (0,2 МПа).
3. Подготовка бутылки: Перед наполнением обязательно удаление воздуха (вакуумированием или впрыском $\text{CO}_2$) для предотвращения окисления вина и охлаждение бутылок.
4. Температурный режим: Температура шампанизированного вина на розливе должна быть не выше -1 °С. Крайне низкая температура критически важна для стабилизации растворенного $\text{CO}_2$ и минимизации потерь при наполнении.
5. Укупорка: Должна быть мгновенной после наполнения. Используется корковая пробка и мюзле (проволочная уздечка).

Типовой триблок обеспечивает подачу бутылок с помощью воздушного конвейера и перемещение внутри блока за горлышко, что минимизирует риск боя.

Инженерно-технические показатели и расчет персонала

Эффективное проектирование цеха требует расчета основных инженерных показателей: потребности в рабочей силе, расхода ключевых ресурсов и необходимой площади.

Расчет численности производственного персонала

Численность персонала определяется уровнем автоматизации. Поскольку выбран триблок с высокой степенью автоматизации (3000 бут/ч), потребность в ручном труде минимальна.

1. Явочная численность ($N_{яв}$) на одну смену:
Для полностью автоматической линии розлива шампанского такой мощности явочная численность персонала на одну смену (операторы линии, контролеры, кладовщик-комплектовщик) составляет:

N яв = 2–3 человека

Примем $N_{яв} = 3$ человека.

2. Списочная численность ($N_{сп}$):
Списочная численность рабочих цеха при прерывной рабочей неделе (одна смена) пересчитывается из явочной численности с применением коэффициента, учитывающего отпуска, больничные и выходные дни. Принимаем коэффициент $\mathbf{1,13}$:

N сп = N яв × 1,13 = 3 × 1,13 ≈ 3,39 человека

Округляя, принимаем списочную численность основных рабочих линии розлива — 4 человека.

Расчет потребления основных ресурсов

Производство шампанского является энергоемким и требует значительного расхода технологических газов и холода.

1. Расход сжиженной углекислоты ($\text{CO}_2$):
Углекислота необходима для насыщения вина (шампанизации) и для технологических нужд на линии розлива (вакуумирование и создание противодавления).

Годовой объем готовой продукции $V_{год} = 225\ 000 \text{ дал}$.

Согласно ВНТП 26-94, норма расхода сжиженной углекислоты для операций, связанных с розливом (заполнение бутылок перед розливом), составляет $\approx 150 \text{ кг}$ на 1000 дал готового шампанского.

Годовой расход $\text{CO}_2$ ($M_{\text{CO}_2}$):

M CO2 = (V год / 1000) × 150 кг/1000 дал

M CO2 = (225 000 / 1000) × 150 = 225 × 150 = 33 750 кг/год

2. Расход холода:
Холод необходим для поддержания температуры шампанизации ($\le 15 \text{ °С}$) и для экстремального охлаждения вина перед розливом ($\le -1 \text{ °С}$). Нормы расхода холода определяются по тепловым расчетам, основанным на объеме вина в сутки и требуемом перепаде температур.

Определение площади цеха и планировка

Расчет площади цеха ($S_{цеха}$) основывается на нормах размещения основного и вспомогательного оборудования, изложенных в соответствующих ВНТП (например, ВНТП 26-94, Раздел 8), с учетом:

• Площади, занимаемой основным оборудованием (Триблок, конвейеры, накопительные столы).
• Технологических проходов и зон обслуживания (минимальная ширина проходов для обслуживания оборудования и транспортировки тары).
• Складов вспомогательных материалов (пробки, мюзле, этикетки, ликеры).

S цеха = S общ. оборуд. + S проходы + S склады

Принципы планировки:

• Обеспечение линейной или U-образной схемы потока: Бутылки поступают на ополаскивание, проходят через триблок (розлив-укупорка), затем через этикетировочную машину и упаковочную машину.
• Зона розлива должна быть максимально изолирована и чиста.
• Учитывая габариты современного триблока (например, 8–12 метров в длину) и конвейерных систем, общая площадь цеха розлива (без учета склада готовой продукции и подготовки сырья) ориентировочно может составлять от $\mathbf{400}$ до $\mathbf{600} \text{ м²}$.

Заключение

В рамках данного инженерно-технологического проекта была разработана обоснованная схема цеха розлива шампанских вин годовой производительностью 3 млн бутылок. Достаточно ли этих показателей для эффективного масштабирования производства в будущем?

Ключевые результаты проекта:

1. Технологическое обоснование: Выбран высокопроизводительный резервуарный непрерывный метод шампанизации, позволяющий интенсифицировать производство и обеспечивающий до 40% прироста эффективности по сравнению с периодическими методами.
2. Соответствие стандартам: Подтверждено строгое соответствие технологических требований (давление $\ge 0,5 \text{ МПа}$, температура $\le -1 \text{ °С}$) и качества сырья ($\text{Fe} \le 10 \text{ мг}/\text{дм³}$, $\text{SO}_2 \le 200 \text{ мг}/\text{дм³}$) действующим ГОСТам и ВНТП.
3. Инженерный расчет: Рассчитана минимально требуемая производительность линии ($\approx 1432 \text{ бут/ч}$) и обоснован выбор автоматического триблока с номинальной мощностью 3000 бут/ч, обеспечивающего высокий коэффициент резерва ($\approx 2,09$) для повышения надежности и гибкости эксплуатации.
4. Материальный баланс: Детализированный материальный баланс составлен с использованием конкретных норм потерь ВНТП (1,50% потерь вина, 3% боя тары), что позволило точно определить начальный расход сырья (76,14 дал виноматериала на 1000 бут).
5. Инженерные показатели: Определена необходимая численность персонала (4 человека списочного состава на смену) и рассчитан годовой расход технологической углекислоты (33 750 кг).

Разработанный проект представляет собой технически грамотное и экономически обоснованное решение, готовое к реализации в условиях современного крупного винодельческого предприятия, поскольку заложенный высокий резерв мощности ($К_{рез} \approx 2,09$) гарантирует возможность быстрого перехода на двухсменный режим работы при увеличении рыночного спроса.

Список использованной литературы

1. Виноград и Виноградарство: Полное руководство по выращиванию, уходу и переработке винограда / Ю.А. Родин. Краснодар: Сов. Кубань: Когорта, 2004. 800 с.
2. Зайчик Ц.Р. Технологические оборудование винодельческих предприятий: Машины для товарного оформления бутылок. 2-е изд., испр. Москва: Дели принт, 2004. 476 с.
3. Макаров А.С. Производство шампанского / под ред. Г.Г. Валуйко. Симферополь: Таврия, 2008. 416 с.
4. Смирнов К.В., Малтабар Л.М. Виноградарство / под ред. К.В. Смирнова. Москва: Изд. МСХА, 1998. 510 с.
5. ГОСТ Р 51147-98. Виноматериалы шампанские. Технические условия (с Поправкой) [Электронный ресурс]. URL: https://cntd.ru/document/901700448 (дата обращения: 22.10.2025).
6. ГОСТ 33336-2015. Вина игристые. Общие технические условия [Электронный ресурс]. URL: https://stroyinf.ru/document.aspx?doc_id=18116 (дата обращения: 22.10.2025).
7. ВНТП 26-94. Нормы технологического проектирования заводов шампанских вин (производство Советского шампанского резервуарным непрерывным методом) [Электронный ресурс]. URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293847/4293847935.htm (дата обращения: 22.10.2025).
8. ВНТП 04-94. Ведомственные нормы технологического проектирования заводов по розливу вин [Электронный ресурс]. URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293848/4293848145.htm (дата обращения: 22.10.2025).
9. Резервуарный непрерывный метод шампанизации [Электронный ресурс]. URL: https://eniw.ru/rezervuarnyj-nepreryvnyj-metod-shampanizacii.htm (дата обращения: 22.10.2025).
10. Принципиальная аппаратурно-технологическая схема производства Советского шампанского в непрерывном потоке [Электронный ресурс]. URL: https://historic.ru/books/item/f00/s00/z0000109/st038.shtml (дата обращения: 22.10.2025).
11. Розлив шампанского [Электронный ресурс]. URL: https://eniw.ru/rozliv-shampanskogo.htm (дата обращения: 22.10.2025).
12. Нормы естественной убыли при производстве вина, винных напитков, игристого вина (шампанского) [Электронный ресурс]. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_372224/d9b43d3b664560a6f8b9e6f6a735c024d27f311c/ (дата обращения: 22.10.2025).
13. Триблок ТРБ 24-24-8 для автоматического розлива в бутылки объёмом 0.25 – 2.0 литров с производительностью до 3500 изделий в час [Электронный ресурс]. URL: https://missp.ru/oborudovanie-dlya-rozliva/kompleksnye-resheniya/tribloki/trb-24-24-8/ (дата обращения: 22.10.2025).