Разработка принципиальной технологической схемы производства пивного сусла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка принципиальной технологической схемы производства пивного сусла

1. Аппаратурное оформление основных и вспомогательных стадий производства пивного сусла

Выбор технологического оборудования осуществляем по [4] согласно расчетам материального и теплового балансов, а также конструктивных размеров оборудования.

Варочные аппараты - это основное оборудование, по производительности которого подбирают все остальное оборудование. Данное оборудование выбирается в зависимости от количества одновременно перерабатываемого сырья.

Заторный аппарат представляет собой стальной цилиндрический резервуар с двойным коническим днищем и конической крышкой. Пространство между днищами является паровой рубашкой. В нижней части днища находится разгрузочное устройство. Над коническим днищем внутри аппарата имеется пропеллерная мешалка, привод которой расположен на фундаменте под днищем аппарата. Крышка аппарата имеет вытяжную трубу.

Дробленый солод поступает в аппарат, где смешивается с водой и кипятиться. После отварок заторная масса подается на фильтрационный аппарат.

Данный аппарат имеет следующую техническую характеристику:

Полный объем аппарата - 9 м³.

Поверхность нагрева - 7,3 м².

Внутренний диаметр аппарата - 2500 мм.

Диаметр аппарата с теплоизоляцией - 2700 мм.

Высота цилиндрической части - 2000 мм.

Общая высота (с приводом) - 4400 мм.

Рабочее давление пара - 0,25 МПа.

Мощность электродвигателя 3 кВт.

Число оборотов электродвигателя - 1500 об/мин.

Габаритные размеры, мм - 2900Ч2700Ч4400.

Масса конструкции - не более 2700 кг.

Масса рабочая - не более 14000 кг.

Фильтрационный чан к варочному агрегату на 1,5 т затора [4] представляет собой стальной сварной цилиндрический сосуд с тепловой изоляцией, плоским днищем и конической крышкой, которая имеет вытяжной штуцер. На расстоянии 10 мм от днища расположено съемное фильтрационное сито из отдельных сегментов, на которое оседает слой дробины из заторной массы. В одном из сегментов имеется сегмент для удаления дробины. Внутри аппарата на вертикальном валу смонтирован механизм для разрыхления (прорезания) слоя дробины во время выщелачивания. Для отвода сусла в дне аппарата расположены выходные отверстия.

Фильтрационный чан имеет следующую техническую характеристику:

Тоннаж агрегата 1,5 т.

Полная емкость чана 10,6 м³.

Внутренний диаметр аппарата - 3150 мм.

Высота цилиндрической части - 1365 мм.

Общая высота (без привода) - 3045 мм.

Диаметр с изоляцией - 3400 мм.

Число оборотов рыхлительного механизма:

при затирании и удалении дробины 11,6 об/мин;

при рыхлении дробины 0,4 об/мин.

Площадь фильтрации - 7,8 м².

Количество фильтрационных кранов 8 шт.

Число оборотов электродвигателя 930 об/мин.

Мощность электродвигателя 1,7 кВт.

Габаритные размеры, мм: 3030Ч3890Ч4080.

Масса конструктивная, не более 4350 кг.

Масса рабочая, не более 15150 кг.

По результатам расчета на 1,5 тонны зернопродуктов, принимаем для осветления гидроциклон марки РЗ - ВГ4 - 1,5 [4] представляющий собой цилиндрический сварной сосуд с конической крышкой и наклонным днищем. На обечайке корпуса приварен входной нагнетательный патрубок под углом 30⁰ по касательной к корпусу. На расстоянии 1300 мм от днища расположены патрубок спуска осветленного сусла и патрубок рециркуляции сусла. К днищу аппарата приварены патрубки мутного сусла и смыва осадка.

Сусло подается в аппарат через входной патрубок тангенциально е его стенкам, вследствие чего вращается внутри аппарата. Под действием гидродинамических сил взвешенные частицы сусла собираются в центре днища аппарата и образуется конический конус. После осветления сусло откачивают насосом через патрубок спуска осветленного сусла. Мутное сусло удаляется через патрубок мутного сусла. Осадок размывается водой и удаляется через патрубок удаления осадка.

Гидроциклон имеет следующую техническую характеристику:

Производительность - 5230 дал/сут.

Объем: полный - 13,5 м³,

полезный - 11 м³.

Скорость сусла на входе из сопла - 15 м/с.

Время наполнения - 20 мин.

Внутренний диаметр - 2400 мм.

Габаритные размеры, мм - 2667Ч2559Ч5759.

Конструктивная масса - 1068 кг.

Пластинчатые теплообменники используются для охлаждения сусла перед брожением. Основным рабочим элементом теплообменника является пластины из листовой нержавеющей стали и станина. Поверхность пластин имеет выступы и впадины для перемешивания жидкости. Пластина в верхней и нижней частях имеют четыре отверстия, которые в собранном теплообменнике образуют каналы для притока и отвода теплообменивающихся жидкостей. Уплотнение пластин создается резиновыми прокладками. Часть теплообменника, охлаждаемую одним теплоносителем, называется секцией. Пластины разбиты на две секции отделенные одна от другой специальной плитой.

Горячее сусло из гидроциклона насосом нагнетается в первую сукцию, где охлаждается холодной водой с 80 до 30 ⁰С. Из секции водяного охлаждения сусло поступает во вторую секцию, где охлаждается рассолом до 5 ⁰С и выводится из аппарата.

Производительность теплообменного аппарата должна быть не менее производительности гидроциклона. Принимаем для охлаждения пивного сусла пластинчатый теплообменник, работающий совместно в установке марки 001 - У10 [18].

Техническая характеристика установки:

Производительность - 10 м³/ч.

Расход холодной воды - 20 м³/ч.

Расход рассола - 30 м³/ч.

Масса - 650 кг.

Для осуществления технологических операций, помимо основного технологического оборудования, необходимо следующие вспомогательные оборудования: бункер для подачи солода и несоложеного сырья; весовой дозатор; насосы для подачи заторной массы, перекачки мутного и горячего сусла, промывной воды.

Расчет бункера

Бункер дробленого солода и несоложеного материала должны иметь вместимость равную объему солода и несоложеного материала на одну варку - 1,14 т и 0,36 т соответственно.

Для солода: объем бункера принимается из расчета 3 м³ на каждую тонну дробленого солода, то есть V = 3 * 1,14 = 3,42 м³ [6].

Для несоложеного сырья: вместимость бункера должна быть равна:

V = 0,36 * 3 = 1,08 м³.

Расчет сборника горячей воды

Вместимость бака для горячей воды определяется из условия 2-часового расхода. При коэффициенте заполнения 0,9 вместимость составит:

где 8,95 - максимальный часовой расход воды, м³.

Принимаем бак прямоугольного сечения с размерами:

- длина 2800 мм;

- ширина 2500 мм;

- высота 3200 мм;

- вместимость 22,4 м³.

Расчет заторного насоса

Согласно установленному режиму затирания заторная масса из заторного аппарата должна перекачиваться в течении 20 мин. Из 1 т затираемого сырья получается 3-3,5 м³ заторной массы [6]. Объем заторной массы из 1,5 т:

V = 3,5 * 1,5 = 5,25 м³.

Отсюда требуемая подача:

Напор определяется из условия компоновки. При принятом устройстве варочного агрегата напор должен быть не менее 8-10 м вод.ст. (0,08 - 0.1 МПа) [19].

Для указанных условий принимаем насос марки Р/Г - 144/10,5 с подачей 12,5 - 50 м³/ч и напором 0,08 - 0,13 МПа. Мощность электродвигателя 3 кВт, частота вращения n = 960 об/мин. Масса насоса 142 кг.

Расчет насоса для перекачки охмеленного сусла

Согласно принятому режиму варки сусла с хмелем перекачка охмеленного сусла продолжается 30 мин. Объем пивного сусла согласно результатам материального баланса на 100 кг зернопродуктов 0,608 м³. следовательно, с одной варки получается:

тогда подача сусла насосом:

Для перекачки горячего сусла t=105 ⁰C используются центробежные насосы: одноступенчатые, консольного типа. Принимаем насос типа 4к18 с подачей 80 м³/ч, мощностью электродвигателя 3 кВт, частота вращения n = 2900 об/мин. Масса насоса 135 кг [19].

Расчет насоса мутного сусла. Подбирается из условия, что количество мутного сусла, возвращаемого на фильтрацию, составляет 10 % от объема заторной массы, и возврат длится 10 мин.

Расчетная подача насоса будет:

Принимаем к установке насос марки 1 * 1/2к = 8/19 с подачей 6 м³/ч.

Мощность электродвигателя 1.5 кВт, частота вращения n = 2900 об/мин. Масса насоса 79,2 кг [19].

Расчет насоса подачи горячей воды. Для подачи горячей воды используется центробежные насосы, одноступенчатые, консольного типа. Принимаем в зависимости от максимального часового расхода горячей воды 8,95 м³/ч насос типа 4 к - 12 с подачей 12 м³/ч. Полный напор 0,12 МПа. Мощность электродвигателя 2,2 кВт, частота вращения n = 1450 об/мин.

Расчет оптимального диаметра трубопроводов. Произведем расчет диаметров трубопроводов для затора, сусла, пара и конденсата. Внутренний диаметр трубопровода круглого сечения для заторной массы определяем по формуле:

 (3.1)

где Q = 36 м³/ч - расход жидкости (по технической характеристике заторного насоса);

щ = 2 м/с - скорость жидкости [6].

Принимаем для затора трубопровод из нержавеющей стали с внутренним диаметром d = 80 мм и толщиной стенки 4,5 мм [6].

Трубопровод для перекачки охмеленного сусла определяем по формуле приведенной выше:

где Q = 80 м³/ч - расход жидкости для суслового насоса.

Принимаем для перекачки сусла трубопровод из нержавеющей стали с размерами: 70Ч3,5 мм [6].

Трубопровод для мутного сусла определяем по формуле (3.1).

Принимаем трубопровод для мутного сусла из нержавеющей стали с размерами: 38Ч2 мм.

Паропровод имеет диаметр штуцера ввода D_у = 200 мм по технической характеристике выбранного аппарата. Скорость пара при давлении 0,249 МПа составляет щ = 20м/с [6].

Площадь поперечного сечения найдем по формуле:

Расход пара определяем по формуле:

Внутренний диаметр трубопровода найдем по формуле:

Принимаем трубопровод из стали Ст 3 с размерами 108Ч4 мм.

2. Автоматизация технологической схемы

пивной сусло солод

Автоматизация технологических процессов является важным фактором в повышении производительности труда и достижении высокой экономической эффективности.

Автоматизация производства представляет собой конструкторско-технологическую задачу, решением которой является замена функций человека при обслуживании машин и аппаратов на средства автоматизации, позволяющие снизить эксплутационные затраты, обеспечить наибольшую надежность, экономичность, упрощенное обслуживание аппаратов, увеличивают производительность труда.

На выбор средств автоматизации влияет технологическая схема производства, непрерывность производства, пределы регулирования параметров, время процесса.

Функциональная схема автоматизации представлена на технологической схеме (ДП 929.000.00.00.000 СЗ).

Основная стадия в производстве пива, определяющая качество и органолептические показатели готовой продукции, - стадия приготовления и варки сусла. Главными регулируемыми параметрами на данной стадии являются температура воды, заливаемой в заторный аппарат и температура сусла в сусловарочном котле, расход воды, подаваемой в фильтр-чан, скорость подачи фильтрованного сусла на стадию варки и поддержание давления в сусловарочном аппарате.

Для контроля температуры заторной смеси в заторном аппарате и температуры сусла в сусловарочном в качестве управляющего воздействия используются подачи пара в обогревающую рубашку аппарата и в кипятильник сусловарочного аппарата. Цепочка автоматизации выстроена следующим образом: с термометров сопротивления компактного исполнения с преобразователями TR223 (п.1а,2а) (измерительный прибор, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры) информации о температуре воды и сусла поступает на пропорционально-релейные регуляторы ИРТ 5326 (п.1б,2б), где обрабатывается. В зависимости от заданных программных параметров температуры регулируется с помощью релейных контактов регуляторов (двухпозиционный закон регулирования) и магнитных пускателей путем открытия и закрытия клапана подачи греющего пара (п.1в,2в).

Для контроля давления в сусловарочном аппарате на крышке аппарата установлен шпунт- аппарат (п.3а) с диапазоном регулирования 0,003-1,2 МПа. Шпунт- аппарат используется для предотвращения образования избыточного давления и вакуума в аппарате. Принцип действия: давление стравливается при его избытке; давление выравнивается при образовании разряжения - вход воздуха через клапан. При превышении давления в аппарате выше 0,25 МПа клапан шпунт-аппарата открывается, и происходит сброс вторичного пара в вытяжную трубу.

Для регулирования расхода воды, подаваемой в фильтрчан, и скорости подачи сусла на нагнетательной линии сусловарочного аппарата установлены ультразвуковые расходомеры с накладными излучателями АКРОН-0,1, выходной сигнал-0...5 мА (п.4а,5а). Расходомер включает в себя первичный преобразователь ПП- 1 и электрический блок БЭ - 1, соединенные радиочастотным кабелем. Первичный преобразователь состоит из двух ультразвуковых излучателей и устройства для их крепления на трубе. Преобразователь устанавливается на прямолинейном участке трубопровода на наружной поверхности, очищенной от грязи. Расходомер имеет жидкокристаллический дисплей, на котором выводится следующая информация: объем протекаемой жидкости, мгновенного значения расхода, скорости потока и температуры работы. Токовые сигналы расходомеров поступает на регуляторы ИРТ 5326 (п.4б,5б), которые управляют запорной арматурой с помощью электрических исполнительных механизмов (п.4в,5в). Данная модификация ИРТ является пропорционально-релейным регулятором, который вырабатывает сигнал на открытие или закрытие заслонки клапана (п.4в,5в) при выходе регулируемого параметра (расход воды и сусла) за установленные аппаратчиком пределы.

Регулирование уровня в гидроциклоне осуществляется с помощью датчика-реле по верхнему уровню РОС-100 (п.6а) и электромагнитного клапана КЭО 40-010 (п.6б). Принцип действия датчика-реле основан на высокочастотном методе преобразования изменения электрической емкости чувствительного элемента, вызванного изменением уровня контролируемой среды в "релейный" выходной сигнал. Далее датчик-реле управляет запорной арматурой с помощью контактов магнитного пускателя. Сигнализация выхода уровня в сборнике готовой продукции за пределы зоны «норма» осуществляется с помощью сигнальной арматуры.

3. Полное описание технологической схемы производства пивного сусла

Технологическая схема производства пивного сусла представлена на листе ДП 929.000.00.00.000 СЗ.

Солод и ячмень, поступающий из бункера 1 и 2 соответственно подвергают дроблению в дробилке замочного кондиционирования, ячмень в вальцовой дробилке, после чего смешивают с горячей водой температурой около 42 °С в заторном чане 10. Целью этой стадии является перевод нерастворимых частей зернопродуктов в раствор под действием ферментов. Эти ферменты расщепляют крахмал, содержащийся в солоде, до простейших сахаров - происходит осахаривание заторной массы (температура заторной массы около 75°С). Насосом 15 готовый затор перекачивается из заторного аппарата в фильтрационный аппарат 16, где происходит разделение затора на сусло и дробину. Когда сусло станет прозрачным, его начинают перекачивать насосом 17 в суслосборник 22. Дробину промывают горячей водой до тех пор, пока содержание экстракта в промывной воде не достигнет 1,0…1,5%. Последнюю промывную воду насосом 17 передают в сборник последней промывной воды 18. В следующем цикле фильтрования последняя промывная вода из сборника 18, используемая как первая промывная вода, подается насосом 19 в фильтрационный аппарат 16. Дробину из фильтрационного аппарата 16 выгружают с помощью рыхлительного механизма в бункер 21. Из суслосборника 22 сусло насосом 23 через теплообменник для подогрева сусла 24 перекачивается в сусловарочный аппарат 26. Нагревание сусла в теплообменнике 24 до температуры 98…99⁰С осуществляется за счет горячей воды, поступающей из системы энергонакопления. Кипячение сусла в сусловарочном аппарате 26 длится не более двух часов до достижения заданной плотности. Далее сусло передают в гидроциклонный аппарат. Далее сусло перекачивается в гидроциклонный аппарат 32, где происходит выделение из сусла взвешенных частиц белка и насыщение кислородом. Из гидроциклонного аппарата осветленное сусло нагнетается в пластинчатый теплообменник 34, где охлаждается до начальной температуры брожения 5-6 °С, а затем поступает в цилиндро-конический бродильный аппарат 37, где брожения и дображивания совмещается. Эти процессы происходят с внесением дрожжей в аппарат при температуре 8 - 9 °С в течение 14 суток. По окончании брожения и дображивания пиво нагнетается в сепаратор-осветлитель 41 и фильтры 46,51,55, где оно освобождается от взвешенных в нем дрожжей, других микроорганизмов и мелкодисперсных частиц. Осветленное пиво охлаждается рассолом в теплообменнике 55, насыщается (при необходимости) диоксидом углерода в карбонизаторе 56 и сливается в сборник готовой продукции 57. Отфильтрованное пиво из танка 57 под давлением через проточный пастеризатор 59 подается в моноблок розлива-упаковки 60.

Размещено на Allbest.ru