Технологический процесс производства пива

После набора сусла и подачи хмеля аппарат герметизируют и в паровую рубашку подают греющий пар. Когда сусло начинает закипать и давление в аппарате повышается до 0,03 МПа, перекрывают паровой вентиль, оставляя в нем небольшую щель для поддержания в сусле постоянной температуры кипения -- примерно 105 °С. При этой температуре сусло выдерживают около 1 ч, после чего прекращают подачу пара и постепенно открывают конический клапан вытяжного штуцера аппарата. Давление в аппарате начинает падать, а пивное сусло интенсивно кипеть.

Кипячение сусла под давлением наряду с сокращением продолжительности варки и экономией расхода пара способствует более полному выпадению белков, что, в свою очередь, улучшает осветление готового сусла и ускоряет его фильтрацию, при этом полнее используются экстрактивные и ароматические вещества хмеля.

В результате выполнения курсового проекта проведён патентный поиск. Рассмотрим наиболее близкие по значению конструкции. Известно изобретение (патент №1 RU 2039800, авторы: Артамонов Ю.В., Белкин Е.К., Зашляпин Р.А.) Заторно-сусловарочный котел

Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к заторно-сусловарочным аппаратам минипивзаводов. Для обеспечения равномерного перемешивания затора, исключения застойных зон, пригорания и пенообразования цилиндрический сосуд заторно-сусловарочного котла снабжен паровой рубашкой, а перколятор выполнен в виде цилиндра с входным и выходным патрубками, пропеллерная мешалка расположена внутри перколятора.

Формула изобретения

1. Заторно-сусловарочный котел, содержащий цилиндрический сосуд со сферическим днищем, перемешивающее устройство с электроприводом и пропеллерной мешалкой, крышку с вытяжной трубой, люком для загрузки, патрубками технического обслуживания и перколятор, укрепленный в нижней части цилиндрического сосуда соосно перемешивающему устройству, отличающийся тем, что цилиндрический сосуд снабжен паровой рубашкой, а перколятор выполнен в виде полого цилиндра с входным и выходным патрубками, подключенными соответственно к патрубку подачи пара и патрубку слива конденсата, причем пропеллерная мешалка расположена внутри перколятора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение внутреннего диаметра перколятора к размаху лопастей пропеллерной мешалки равно 1,1-1,3.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение внутреннего диаметра цилиндрического сосуда к его высоте равно 1,0-1,2.



Рисунок 3 Заторно-сусловарочный котел

Известно изобретение (патент №2 RU 94031757., авторы: Анисимов С.А., Жаркова Л.П., Мамкаева Л.В., Чернов Е.Е.). Гидроциклонный чан

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к гидроциклонным аппаратам. Для улучшения отделения белковой массы от сусла и снижения потерь осветленного сусла днище цилиндрического сосуда гидроциклонного чана выполнено с обратным конусом, в вершине которого установлен патрубок слива осадка, а со стороны патрубков слива осветленного сусла в днище установлен порог.

Формула изобретения

1. Гидроциклонный чан, содержащий цилиндрический сосуд с патрубками тангенсального ввода сусла, слива осветленного сусла, слива осадка, моющей головки, расположенной в верхней части цилиндрического сосуда, и с днищем с наклоном относительно горизонтали, отличающийся тем, что днище цилиндрического сосуда выполнено с обратным конусом, в вершине которого установлен патрубок слива осадка, а со стороны патрубков слива осветленного сусла в днище установлен порог.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение диаметра цилиндрического сосуда к высоте его цилиндрической части равно 1,14 1,3.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось симметрии обратного конуса совпадает с осью симметрии цилиндрического сосуда.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол образующей обратного конуса относительно горизонтали равен 30o.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол наклона днища относительно горизонтали в сторону патрубков слива осветленного сусла равен 2 3o.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение диаметра цилиндрического сосуда к диаметру основания обратного конуса равно 3,0; 3,5.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубки слива осветленного сусла расположены на различной высоте цилиндрического сосуда.



Рисунок 4 Гидроциклонный чан

Известно изобретение (патент №3 RU 97130, авторы: Третьяк Людмила Николаевна, Герасимов Евгений Михайлович. Низкотемпературный сусловарочный котел

Низкотемпературный сусловарочный котел, оснащенный паронагреваемой термостатирующей рубашкой и содержащий выпарной аппарат, вынесенный за пределы котла, отличающийся тем, что котел оснащен выносными СВЧ-пастеризатором и теплообменным холодильным агрегатом, при этом котел оснащен плавающей крышкой, на которой размещены уровнемеры, датчики контроля качества сусла и дозаторы технологических добавок, функционально взаимосвязанные с управляющим микропроцессором.

Рисунок 5 Низкотемпературный сусловарочный котел

4. Расчёт и описание конструктивной части

4.1 Расчет корпуса

Сусловарочные аппараты предназначены для варки пивного сусла с хмелем и выпаривания части воды для получения сусла определенной плотности. По конструкции эти аппараты представляют собой сварной цилиндрический резервуар с паровой рубашкой, сферическим днищем и крышкой, обеспечивающей интенсивную круговую циркуляцию кипящего сусла.

Исходные данные:

- избыточное давление - кПа;

- диаметр обечайки - м;

- материал оболочек - сталь Х18Н10Т;

- рабочая температура - .

Коэффициент прочности сварных швов принимаем равным .

Предел прочности при растяжении для стали Х18Н10Т принимаем равным МПа.

Коэффициент запаса прочности выбираем равным . Тогда допускаемое напряжение для стали Х18Н10Т при расчете данного аппарата будет равно:

МПа.

Толщина стенки цилиндрической обечайки аппарата будет равна:

м.

где дс - прибавка на коррозию, м.

Принимаем её в соответствии с сортаментом равную 12 мм.

Модуль упругости для стали Х18Н10Т примем Е=2·105 МПа и коэффициент Пуассона соответственно м=0,3.

Коэффициент затухания для цилиндрической оболочки будет равен:

1/м.

Коэффициент затухания для сферической оболочки (рисунок 6):

Рисунок 6 Цилиндрическая и сферическая оболочки, нагруженные внутренним давлением газа.

Значения некоторых вспомогательных параметров равны:

;

; .

Краевые силы и моменты равны:

Тогда

Н/м;

Рассчитываем нагрузки и деформации цилиндрической оболочки

(рисунок 7):

- при нагружении ее давлением газа:

Н/м;

H/м;

м;

- при нагружени ее краевыми силами:

Н/м;

м;

рад.

Рисунок 7 Схемы нагружения цилиндрических оболочек краевыми силами (а) и краевыми моментами (б).

Определяем суммарные нагрузки и деформации:

- меридиональные усилия:

H/м;

- кольцевые усилия:

H/м;

- меридиональные и кольцевые моменты: ; ;

- линейные деформации:

м.

- угловые деформации:

рад.

Меридиональные и кольцевые напряжения будут равны:

МПа;

МПа.

Эквивалентное напряжение равно:

Па.

Условие выполнено.

Определяем затем напряжения в цилиндрической оболочке на расстоянии полуволны

м (от края).

Внутренние усилия от давления рассчитываем:

Н/м;

H/м;

Внутренние нагрузки от краевых сил:

;

Н/м;

Нм/м;

Нм/м.

Суммарные усилия и моменты:

Н/м;

Н/м;

Нм/м;

Нм/м.

Напряжения будут равны:

Па;

Па.

Эквивалентные напряжения равны:

- для внутренних волокон:

Па;

- для наружных волокон:

Па.

В сечении значения напряжений находятся в допустимых пределах.

4.2 Расчет фланцевых соединений

Применение фланцевых соединений в аппаратах вызывается технологией изготовления как отдельных элементов аппаратов, так и аппаратов в целом, а также условиями их монтажа и эксплуатации, в процессе которых их необходимо разбирать и собирать. Технологические отверстия в аппаратах должны быть прочно и плотно соединены с технологическими трубопроводами; отверстия для монтажа и осмотра (люки и лазы) - надежно заглушены.

Фланцевые соединения при рабочих параметрах давления и температуры должны быть герметичными, прочными, технологичными, должны позволять быструю и многократную разборку и сборку.

Фланцевое соединение, состоящее из двух фланцев и зажимаемой между ними прокладки, является наиболее распространенным видом разъемного соединения частей аппарата. Стягивание фланцев производится либо только болтами, либо гайками на болтах и шпильках.

Рассчитать фланцевое соединение между паровой рубашкой и устройством для отвода конденсата.

Исходные данные:

- давление в аппарате - МПа;

- рабочая температура - ;

- толщина стенки аппарата - мм;

Исходя из справочных данных (ГОСТ 12820-80), ориентировочно принимаем:

- внутренний диаметр фланца - 3300 мм;

- наружный диаметр привалочной поверхности - 3324 мм;

- наружный диаметр фланца - 3850 мм;

- диаметр болтовой окружности - 3600 мм;

- толщина фланца - 60 мм;

- диаметр болта - 60 мм;

- толщина прокладки - 5 мм.

Из этих данных находим геометрическую толщину прокладки:

 мм.

Принимаем привалочные поверхности плоскими с двумя рисками. Приведенная и эффективная ширина прокладки соответственно будут равны:ые поверхности плоскими с двумя рисками прокладки:

Расчетный диаметр прокладки, таким образом будет равен:

В качестве прокладочного материала выбираем мягкую резину, находим коэффициент удельного давления и посадочное напряжение МПа.

Нагрузка на болты от давления будет равна:

- условное (или рабочее) давление;

- расчетный диаметр прокладки;

- коэффициент давления на прокладку.

Нагрузка на болты от затяжки:

Н.

 - посадочное напряжение прокладки.

Принимаем кольцевую прокладку между привалочными поверхностями с двумя выступами (рисунок 8).

Болты будем изготовлять из стали Х18Н10Т при значении предела прочности болтов, равного примерно 300 МПа, допускаемое напряжение будет равно:

Па.

Рисунок 8 Схема размещения кольцевых прокладок между привалочными поверхностями без выступов (а), с одним выступом (б) и с двумя выступами (в)

Допускаемая нагрузка на один болт:

Н,

- внутренний диаметр резьбы болта или шпильки, м;

- конструктивная прибавка от 1 до 2 мм;

- допускаемое напряжение при растяжении, Па.

Количество болтов:



- наибольшая нагрузка на болт;

- допускаемая нагрузка на один болт.

Принимаем количество болтов, равное 72.

Фланцы изготовляем из стали Х18Н10Т, для которой можно принять МПа. Тогда толщина фланца будет равна:

- диаметр окружности расположения центров болтов;

- окончательно принятое число болтов;

- диаметр отверстия под болт;

- допускаемое напряжение при изгибе фланца (принимаем меньше в 5-6 раз).

Толщину фланца окончательно принимаем равной 60мм.

4.3 Расчет опор аппарата

Опоры служат для установки на фундаменты и несущие конструкции. Только простые резервуары не имеют опор и устанавливаются непосредственно на фундамент.

Размеры и форма опор зависят в основном от величины и характера нагрузок, от материала, из которого сделан аппарат, массы аппарата, а также от расположения аппарата в пространстве. Если аппарат подвержен сотрясениям и динамическим усилиям, то его опоры делаются массивными.

Опоры вертикальных аппаратов обычно свариваются из кусков листовой стали (рисунок 9). Такая конструкция наиболее распространена. Для того чтобы распределить реактивное усилие на большую площадь стенки сосуда и избегнуть ее смятия, между опорой и стенкой больших или тонкостенных аппаратов помещают (приваривают) металлическую прокладку.

Рисунок 9 Опора вертикального аппарата: 1 -- основание; 2 -- ребро

Количество опор на вертикальных аппаратах берут от двух до четырех, количество ребер, ввариваемых в каждую опору, зависит от нагрузки, приходящейся на опору.

Наибольшая масса вертикального аппарата (при гидравлическом испытании) составляет 24000 кг. Аппарат выполнен из стали Х18Н10Т. Рабочая температура в аппарате не превышает 150є С.

Рассчитываем опоры аппарата при условии установки его на бетонный фундамент. Принимаем Па.

Поверхность опор можно найти по формуле:

 .

- максимальный вес аппарат во время испытания, когда аппарат и вся его аппаратура заполнены водой, Н;

- допускаемое напряжение для фундамента, Па.

Принимаем количество опор 2. тогда нагрузка на одну опору будет равна:

Н.

Опоры будут изготовлять из стали Х18Н10Т, для которой при заданных условиях работы аппарата допускаемое напряжение на сжатие можно принять равным допускаемому напряжению на растяжение, т. е. 100 МПа.

Рисунок 10 График зависимости коэффициента гибкости от гибкости ребра опоры

Пусть каждая опора будет изготовлена с одним ребром (). Принимая отношение вылета опоры к ее ширине а:с=0.9, получим а=580 мм; с=640 мм. Вылет опоры А=600 мм.

Примем коэффициент . Тогда толщина ребра равна:

мм.

- коэффициент, зависящий от гибкости ребра по его гипотенузе;

- число ребер в каждой опоре;

- допускаемое напряжение при сжатии, Па;

- вылет опоры, м.

Гибкость ребер:

- толщина ребра, м.

По графику (рисунок 10) коэффициент будет больше принятого. Расчёт окончен.

Принимаем толщину ребра д=20 мм.

Проверяем фланговые швы на срез:

Па.

- размер катета сварного шва, м;

- общая длина швов, м;

- допускаемое напряжение материала шва (80 МПа).

Условие выполнено.

5. Техника безопасности при эксплуатации

Пищевые предприятия потребляют много тепловой энергии в виде теплоты, подогретой воды, воздуха и пара. При производстве около 22 000 дал в сутки безалкогольных напитков в сироповарочных, купажных отделениях, квасном и моечно-фасовочных цехах расходуется до 15 000 кг пара. На технологические нужды при приготовлении 1 дал пива требуется 7,84 кг пара.

В связи с этим на пищевых предприятиях широко используются паровые и водогрейные котлы, эксплуатация и обслуживание которых относятся к работам повышенной опасности. Наибольшую опасность представляют взрывы паровых котлов.

Основными причинами взрывов котлов являются: нарушение правил технической эксплуатации, режимов их работы, а также должностных инструкций, требований техники безопасности вследствие несоблюдения трудовой и производственной дисциплины обслуживающим персоналом; дефекты и неисправности конструкторских узлов котлов.

Нарушения указанных инструкций и правил приводят к следующим главным техническим причинам взрывов котлов: резкое снижение уровня воды, превышение рабочего давления, неудовлетворительный водный режим котла, образование накипи, наличие взрывоопасных топочных газов.

Наибольшее количество аварий при эксплуатации паровых котлов происходит из-за резкого снижения уровня воды в котле (упуск воды). Вследствие снижения уровня воды ниже линии соприкосновения поверхности котла с горячими газами в его топочной части стены котла нагреваются выше критической температуры. При этом механические свойства металла изменяются, снижается его прочность и под давлением пара стенки выдуваются, что может закончиться взрывом.

При упуске воды категорически запрещено подавать в котел холодную воду, так как в этом случае его взрыв неминуем из-за потери металлом стенок котла свойств пластичности при резком изменении их температуры, увеличения хрупкости металла и образования в нем трещин; бурного парообразования и резкого повышения давления в котле при соприкосновении воды с его перегретыми стенками. При выявлении упуска воды котел немедленно должен быть остановлен, т. е. прекращена подача топлива к горелкам. Котел вводится в работу после его охлаждения, проверки состояния и заполнения водой до установленного уровня.

Для предупреждения возможности снижения воды ниже допустимого уровня котлы должны быть оснащены устройствами автоматического контроля верхнего и нижнего предельных уровней воды, автоматического прекращения подачи топлива к горелкам, двумя водоуказателями прямого действия, двумя независимыми друг от друга насосами производительностью не менее 110% и производительностью котла. Все котлы с давлением пара выше 0,07 МПа и производительностью более 0,7 т/ч должны быть оснащены автоматическими звуковыми сигнализаторами предельного нижнего уровня воды поплавкового типа. Котлы с камерным сжиганием топлива па-ропроизводительностью 0,7 т/ч и выше должны оборудоваться устройствами автоматического прекращения подачи топлива к горелкам при снижении уровня воды ниже допустимого, а при производительности 2 т/ч и более-- автоматическими регуляторами питания.

Два водоуказательных прибора прямого действия, т. е. соединенные непосредственно с котлом и работающие на принципе сообщающихся сосудов, устанавливаются на каждом котле так, чтобы с рабочего места оператора котла были видны показания уровня воды в нем. Установленные на котлах водоуказательные приборы проверяются каждую смену продувкой. Основными причинами превышения допустимого давления в котле являются нарушение заданного режима его работы, неисправность аппаратуры безопасности. Для предупреждения превышения допустимого давления котлы оснащаются манометрами и предохранительными клапанами.

На каждом паровом котле устанавливаются манометры для измерения давления--в котле, на выходном коллекторе пароперегревателя, на питающей линии и на отключаемом по воде экономайзере, а на водогрейном котле -- на входе холодной воды в него "и на выходе нагретой. Манометры должны иметь класс точности не ниже 2,5 (допустимая ошибка не должна превышать 2,5% диапазона показаний); рабочий участок в средней трети шкалы; красную черту на делении высшего допустимого давления. Они присоединяются к элементам котла с помощью соединительной сифонной трубки диаметром не менее 10 мм с 3-ходовым краном. Последний снабжается фланцем для присоединения контрольного манометра с целью проверки показаний рабочего манометра, а также обеспечивает продувку трубки.

Заключение

В курсовом проекте рассмотрены различные виды сусловарочных аппаратов, а также конструкции и принцип действия, произведен патентный поиск.

Описан технологический процесс производства пива.

По заданным исходным данным произведен расчет корпуса, фланцевого соединения, опор аппарата.

Отдельный раздел посвящен требованиям безопасности при эксплуатации оборудования для изготовления пива.

В графической части представлены: сборочный чертеж сусловарочного аппарата, деталировка и принципиальная схема.

Создание и внедрение в производство новых спроектированных видов оборудования, способствуют повышению эксплуатационной надежности и культуры производства, улучшению квалиметрических характеристик машин, экономии материальных ресурсов и активной охране окружающей среды.

Список использованных источников

1. С. В. Харламов «Практикум по расчету и конструированию машин и аппаратов» , 1991

2. А.Н. Остриков, О.В. Абрамов «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств» Учебник для вузов. - СПб.: ГИОРД, 2004. -352 с.

3. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 1:Учеб. Для вузов/С.Т.Антипов и др.; под ред. В.А. Панфилова. - М.: Высш. Шк., 2001. - 703с

4. И. Н. Чернин, А. В. Кузьмин «Расчеты деталей машин» (справочное пособие), Минск «Вышэйшая школа», 1978г.

5. Груданов В.Я. Основы инженерного творчества. - Мн.: Изд. Центр БГУ, 2005.

Размещено на Allbest.ru