Сусловарочный аппарат
Содержание
Введение
1.Расчёт объёма и геометрических размеров сусловарочного
аппарата
2.Расчёт площади поверхности теплопередачи
3.Определение расхода пара
4.Расчёт мощности электродвигателя мешалки
Заключение
Список литературы
Введение
Технологический процесс производства пива состоит из следующих основных операций: приёма, хранения, очистки и дробления солода, приготовления пивного сусла, получения чистой культуры дрожжей, сбраживания пивного сусла, осветления и розлива пива в бутылки, бочки, автотермоцистерны. В свою очередь, получение пивного сусла состоит из процессов приготовления затора, кипячения сусла с хмелем, осветления и охлаждения сусла.
Кипячение сусла с хмелем является неотъемлемым и очень важным технологическим процессом. При этом происходит экстрагирование и превращение горьких и ароматических веществ хмеля ( охмеление сусла), осаждение (коагуляция) высокомолекулярных белков, инактивация ферментов, стерилизация сусла, образование редуцирующих веществ, испарение части воды, которые влияют на качество пива. Поэтому важно правильно и разумно проводить данный процесс, так как от этого зависит конечный выход продукта, экономика и конкурентоспособность предприятия в целом.
Для варки пивного сусла с хмелем и выпаривания части воды для получения сусла определенной плотности предназначены сусловарочные аппараты. По конструкции эти аппараты представляют собой сварной цилиндрический резервуар с паровой рубашкой, сферическим днищем и крышкой, обеспечивающей интенсивную круговую циркуляцию кипящего сусла. В аппаратах открытого типа открытого типа ВСЦ-1А и ВСК-5 (на 1000 и 5000 кг затора) интенсивность испарения составляет 5…6% в час при длительности кипячения сусла 1,5…2 ч. При кипячении сусла под давлением 0,03…0,05 МПа в котлах ВСЦ-1,5 и ВСК-3 (на 1500 и 3000 кг затора) достигается более полная коагуляция белков, повышаются биологическая стойкость пива и коэффициент теплопередачи.
Интенсивная циркуляция сусла обеспечивается работой мешалки и неравномерностью нагрева у стенок и в середине котла. Так как сусло возле стенок нагревается сильнее за счет большей поверхности теплопередачи, чем в середине, то возле стенок образуются пузырьки пара, вытесняемые более плотной и холодной жидкостью из середины котла. Таким образом обеспечивается непрерывное перемешивание сусла.
Для обогрева сусловарочных аппаратов, работающих под давлением, можно использовать вторичный пар, что снижает общий расход греющего пара. Наиболее простой способ использования вторичного пара – выпарка с термокомпрессией.
В данной работе мы произведём расчёт геометрических размеров и поверхности теплообмена сусловарочного аппарата в соответствии с исходными данными, так как эти параметры являются важнейшими для правильного проведения технологического процесса. Также мы вычислим расход пара, необходимого для кипячения сусла с хмелем, и мощность электродвигателя мешалки.
1. Расчёт объёма и геометрических размеров сусловарочного аппарата
Объём сусловарочного аппарата (м3) определяем, исходя из его необходимой производительности по формуле:
, (1.1)
где – необходимая производительность сусловарочного аппарата, кг/ч;
τц – продолжительность цикла кипячения сусла с хмелем, ч. τц = 1,5 ч;
– плотность сусла, кг/ м3;
φ – коэффициент заполнения сусловарочного аппарата, φ = 0,85.
Объём сусловарочного аппарата можно также определить по начальному количеству сусла. Плотность сусла определим по начальному количеству сухих веществ (= 9,5%) уравнением интерполяции:
.
В соответствии с заданным Gсусла= 7000 кг, полный объем аппарата равен:
Диаметр корпуса сусловарочного аппарата равен:
(1.2)
Высота выпуклой части наружной поверхности днища:
(1.3)
Радиус кривизны в вершине днища Rдн = D = 2,75 м.
Объём днища сусловарочного аппарата:
(1.4)
Объём цилиндрической части сусловарочного аппарата:
(1.5)
Высота цилиндрической обечайки:
(1.6)
Сопоставим полученную высоту с конструктивным требованием:
1
Нц незначительно отличается от H’ц , значит расчёт можно считать достоверным.
Высота слоя сусла в аппарате:
Нсусла = Нц + hдн + = 1,373+ 0,688 = 2,06 м ; (1.7)
Площадь поверхности жидкости в аппарате вычисляется по формуле:
(1.8)
Площадь сечения вытяжной трубы равна:
(1.9)
Диаметр вытяжной трубы:
(1.10)
Коэффициент формы днища сусловарочного аппарата:
, (1.11)
где d0 – диаметр отверстия для спуска сусла. Примем d0 = 0,2 м [1], тогда
1
Находим толщину стенки днища по формуле:
, (1.12)
где Р – наружное избыточное давление, МПа;
[σ] – допускаемое напряжение при сжатии, МПа;
φ – коэффициент прочности сварного шва, φ=1;
С– прибавка к расчётной толщине, С = 0,002 м.
Обычно оптимальными для сусловарочных аппаратов являются рабочее давление Р = 0,25 МПа и допускаемое напряжение при сжатии для стенки, изготовленной из Ст 3 [σ] = 10 МПа, тогда:
Проверяем условие справедливого расчёта толщины стенки днища:
; 1
; 1
,
значит, условие выполняется, и расчёт можно считать достоверным.
По рассчитанным размерам для начального количества суслаGсусла =7000кг выбираем стандартный сусловарочный аппарат типа ВСЦ-1,5, техническая характеристика которого представлена в таблице 1 [1].
Таблица 1 – Техническая характеристика сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5
Показатель
Значение
Вместимость, м3:
полная
полезная
11,65
9.75
Диаметр внутренний, мм
2900
Высота цилиндрической части, мм
1200
Поверхность нагрева, м2
8,75
Объем пара в рубашке, м3
0,35
Расход:
пара, кг/ч
воды, м3/ч
1032
7…8
Рабочее давление пара в рубашке, МПа
0,294
Частота вращения мешалки, мин-1
41,5
Редуктор червячный:
тип
передаточное отношение
ВСЦ-05.06.000
36
Электродвигатель:
тип
исполнение
мощность, кВт
частота вращения, мин-1
АОЛ2-32-4
М101
3,0
1500
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
3800
3100
4425
Масса, кг:
без продукта
с продуктом
5280
15000
2. Расчёт площади поверхности теплопередачи
При расчёте площади поверхности теплопередачи сусловарочного аппарата определяют тепловой поток при наибольшей тепловой нагрузке, которая наблюдается в период выпаривания воды [4]. В этом случае необходимое количество теплоты Q (кДж) определяется по формуле:
, (2.1)
где Wвып – количество выпариваемой воды, кг;
– удельная теплота парообразования, кДж/кг; =2248 кДж/кг
Количество воды, выпариваемой из сусла за время кипячения:
кг (2.2)
где Вн- начальное содержание сухих веществ, % масс.;
Вк- конечное содержание сухих веществ, % масс..
Страницы: 1, 2
