Холодильная установка пивоваренного завода
Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет
Информационных технологий, Механики и Оптики
Институт Холода и Биотехнологии
Кафедра холодильных установок
Курсовая работа
«Холодильная установка пивоваренного завода»
Санкт-Петербург 2013г.
1.Задание
1) Производительность предприятия по производству пива 18 млн. дек/год
2)Месторасположение
Среднемесячная температура самого жаркого месяца tср мес. = 18,4 °С
Температура абсолютного максимума tа м. = 38 °С
Средняя максимальная температура в самый жаркий месяц tср м. =24,2 °С
Средняя температура годовая tср год =4,2 °С
Среднемесячная относительная влажность самого жаркого месяца φ = 54%
3) Ассортимент продукции
- Пиво «Жигулёвское»
- Пиво «Рижское»
4) Хладагент R 717- (аммиак)
2.Производство пива
Холод в пивоварении применяют в технологических процессах, для поддержания соответствующей температуры и влажности воздуха в производственных помещениях, а также при хранении сырья (хмеля, дрожжей) и готовых изделий (пиво), а также при кондиционировании воздуха.
В технологических процессам холод используют для приготовления солода, хранении пивных дрожжей, парка сусла с последующим его охлаждением, главного брожения сусла и созревания пива, охлаждение молодого пива фильтрация и розлив пива.
2.2.1. Приготовление сусла.
При открытом процессе брожения
экстракт сусла сбраживается дрожжами
в присутствии кислорода
Охлаждение сусла на тарелках (открытых плоских сосудах высотой 20-35 см) происходит за счет конвективного теплообмена и испарения воды. Длительность процесса определяется температурно - влажностными условиями в помещении.
В аппаратах закрытого типа сусло охлаждают водой, подаваемой в змеевики. Продолжительность охлаждения в этом случае меньше, чем на тарелках она зависит от количества и температуры воды, подаваемой в змеевики.
Во избежание заражения сусла микроорганизмами при непосредственном соприкосновении его с воздухом применяют закрытую систему охлаждения. Вместо тарелок и оросительных охладителей устанавливают сепараторы с закрытыми пластинчатыми охладителями…
Использование Сепараторов для осветления горячего сусла путем центрифугирования вместе с пластинчатыми охладителями имеет технологические и экономические преимущества по сравнению с тарелками, отстойными чанами, оросительными охладителями прессами для белкового отстоя. При таком способе осветления и охлаждения сусла не требуется применять металлоемкие аппараты, облегчается обслуживание и улучшается санитарное состояние помещений.
Годовой запас хмеля хранят на складе при температуре 1οС и относительной влажности воздуха 70%.
2.2.2. Главное брожение.
В отделении бродильного цеха предварительное охлаждение дрожжей от 4 до 1οС происходит в специальных ваннах, снабженных рубашками для охлаждающей воды. Охлажденное сусла направляют в чаны предварительного брожения, где в него добавляют дрожжи.
Через сутки забродившее сусло передают в чаны или танки главного брожения-открытые или закрытые сосуды прямоугольной и цилиндрической формы емкостью 100 гл и больше, изготовленные из железобетона алюминия и других металлов.
Температура помещения, в котором хранят дрожжи, должна быть не выше 4οС.
Главное брожение сопровождается значительным выделение тепла и в зависимости от начальной концентрации сусла продолжается от 7 до 10 суток при температуре 6οС (в начале брожения) и 4οС (в конце брожения), повышаясь на третьи сутки приблизительно до 8οС.
Для отвода тепла, выделяющегося при брожении применяют трубчатые или плоские (в виде карманов) охладители, внутри которых циркулирует вода с температурой 1οС или холодный рассол. Наряду с внутренним устройство для охлаждения может быть и наружным. Конструктивно его выполняют в виде охлаждающих рубашек с циркулирующей по ним охлажденной водой или спиртовым раствором.
Для предупреждения появления плесени и развитию вредной микрофлоры в бродильных цехах требуется поддерживать температуру около 4οС и относительную влажность 70-75%.
Образующаяся при открытом брожении сусла углекислота выделяется в помещении и создает неблагоприятные условия для обслуживающего персонала. Предельно допустимое содержание углекислого газа в воздухе бродильных цехов не должно быть более 1% по объему, при этом кратность воздухообмена в помещении принимают 20-25 объемов в сутки.
По окончании главного брожения молодое пиво охлаждают в чанах до 4οС, а затем направляют в лагерный цех для дображивания. Дрожжи из бродильных чанов доставляют в специальное помещение и хранят в ваннах с охлаждающей водой при температуре 1οС.
2.3. Дображивание и выдержка
Охлаждение пива от 4οС до температуры осветления происходит в лагерных танках в результате теплообмена между пивом находящимся в металлических танках и воздухом помещения с температурой 0.5 – 1.0 οС. Применяются также изолированные танки с местным охлаждение – змеевиками внутри танка в виде поясов (рубашек), по которым циркулирует рассол или спиртовой раствор.
При внутреннем охлаждении танков можно регулировать процесс дображивания пива и отпадает необходимость в охлаждении самого помещения.
2.4. Фильтрация пива.
По окончании выдержки пива в лагерных танках его фильтруют, предварительно охлаждая до температуры 1οС в противоточных или пластинчатых охладителях, и хранят в алюминиевых сборниках. Иногда пиво дополнительно насыщают углекислым газом и охлаждают.
2.4. Розлив пива.
После розлива концентрируют.
Наибольший расход холода на охлаждение сусла 70% .
Теплопередача через ограждение 15%
На вентиляцию 10%.
3. Системы охлаждения производственных помещений
Задачей охлаждения производственных
помещений пивоваренных заводов
по санитарным требованиям является
поддерживание такой
3.1. Солодовни.
Система охлаждения солодовни должна обеспечивать санитарное состояние и параметры воздуха, благоприятные для проращивания солода. В пневматических солодовнях температуру воздуха, поступающего к ящикам или барабанам применяют температуру от 12οС при относительной влажности 98%, температуру уходящего воздуха 16οС при относительной влажности 85%. Барабанные и ящичные солодовни обслуживаются групповыми или индивидуальными установками для кондиционирования воздуха.
В качестве теплоносителя применяют артезианскую либо охлажденную до 8οС воду. Воздух охлаждают и увлажняют в форсуночных камерах. Приточно-вытяжная вентиляция для солодорастительных ящиков или барабанов должна обеспечивать 1,5 -2 кратный обмен воздуха в час.
3.2. Бродильные цеха.
В бродильных цехах с открытым брожением наблюдается выделение большого кол-ва влаги. Для ее удаления применяют воздушную систему охлаждения с мокрыми воздухоохладителями. В кач-ве холодильного оборудования целесообразно устанавливать такие воздухоохладители для поддержания температуры помещения 4οС и его вентиляции. Для отвода тепла, проникающего через внешние ограждения, дополнительно монтируют пристенные батареи из оребренных труб. Теплоносителем обычно служит рассол хлористого натрия.
В бродильных цехах с закрытыми процессами брожения влаговыделений сравнительно немного, и они могут быть поглощены сухими воздухоносителями с ребристыми трубами, способными поддерживать влажность воздуха около 70%.
В некоторых случаях
можно применять
3.3. Лагерные цеха.
Ввиду небольшого влаговыделения в лагерных цехах для них целесообразна воздушная система охлаждения посредством сухих воздухоохладителей их оребренных труб. Охлажденный воздух в лагерном цехе и других помещения (бродильного цеха с закрытым брожением, цехи для приготовления бархатного пива, дрожжевые отделения и экспедиция) распределяется без канала соответствующими эжекторами.
Применение эжекторного воздухораспределения дает возможность отказаться от устройства громоздких воздушных каналов, являющихся источником загрязнений и ухудшающих внешний вид помещений. Такой способ воздухораспределения…
Обеспечивает лучшую
циркуляцию и большую равномерность
температуры воздуха в
Постоянную температуру воздуха в помещениях поддерживают соответствующей автоматизацией работы воздухоохладителей. Управление воздухоохладителями осуществляют с помощью терморегуляторов, контролирующих температуру воздуха в помещении, и реле времени, включающих аппараты из работы в период отстаивания инея, производимого путем орошения труб водопроводной водой. Схема позволяет автоматизировать работу холодильной установки, что способствует улучшению технологий и условий хранения продукта, сокращении. Эксплуатационных расходов и облегчению труда обслуживающего персонала.
Для покрытия теплопритоков
через ограждения в ряде технологических
цехов рекомендуется
Характерным для пивоваренных заводов является значительный расход холода на охлаждении сусла в охладителе, составляющей 55-65% от общего расхода. При этом продолжительность охлаждения сусла в охладителе, составляющей 55-65% от общего расхода. При этом продолжительность охлаждения сусла составляет не более 6 часов в сутки.
Для покрытия пиковых нагрузок в течении суток целесообразна предварительная аккумуляция холода в водяных или рассольных аккумуляторов.
На пивоваренных заводах,
технологический процесс
Для технологических
нужд и сохранения пива перед отправкой
в торговую сеть на пивоваренных заводах
рекомендуется устанавливать
4.Характеристика охлаждаемого объекта
Выполнена
эскизная проектная проработка
холодильной установки
В соответствии
с технологией производств и
правилами техники
5. Выбор схемных
решений установки и расчёт
термодинамических циклов
5.1 Выбор расчетного режима.
За расчетный принимают режим работы холодильный установки в наиболее напряженный период года , характеризующийся наиболее не благоприятными сочетанием большой потребности в холоде и высокой температуры . Холодильная мощность установки должна быть достаточной , чтобы обеспечить поддерживание технологических температурных режимов потребителей в этот период. Для экономической же работы установки в другие периоды года она должна быть оснащена системами регулирования мощности энергопотребляющих элементов
( компрессоров , насосов , вентиляторов ).
Наиболее просто эта проблема решается
параллельным соединением нескольких
элементов в группах и выключением масти
их из работы при снижении потребности
в холоде или снижении температуры окружающей
среды.
Климатические параметры воздуха
Город |
Среднемесячная температура самого жаркого месяца tср.мес |
Температура абсолютного максимума t а м |
Средняя максимальная температура в самый жарский месяц tср.м |
Средняя температура годовая, tср.год |
Среднемесячная относительная влажность самого жаркого месяца |
Тула |
18,4 |
38 |
24,2 |
4,2 |
54 |
5.2 Расчетная температура наружного воздуха, ºС
где, tс.м.- среднемесячная температура самого жаркого месяца
tа.м.- температура абсолютного максимума
5.3 Температура смоченного термометра, ºС
Определяется с помощью диаграммы «d-i» влажного воздуха
tM=19 ºС
5.4 Температура конденсации хладагента, ºС
Определяется с учетом вида
охлаждающей среды и типа
Для конденсатора водяного охлаждения с оборотным водоснабжением :
где tw2- температура воды на выходе из конденсатора и равная температуре воды на входе в градирню , ºС : ή= 0,4 …0,6 – коэффициент эффективности градирни , принимаемый по экспериментальным данным, tw=2-4 ºС
5.5 Температура кипения хладагента , ºС.
Определяется для каждой из охлаждающих систем , составляющих многоцелевую многоизотермную холодильную установку .
При непосредственном охлаждении объекта
tт- технологическая температура охлаждающей среды ( обычно воздух в помещение ) , ºС. . Θт =7…10 – оптимальный температурный напор в технологическом аппарате , ºС .Θн =4..6 оптимальный температурный перепад в испарителе для охлаждения жидкого промежуточного хладоносителя , ºС.
5.6. Отношение давлений в циклах паровых компрессорных холодильных машин.
где Рк и Poi— давления конденсации и кипения хладагента, соответственно для каждой из охлаждающих систем, имеющих общую конденсаторную группу и, следовательно, одно и то же давление конденсации, МПа.
Величина давления определяется из диаграммы или таблицы состояния
хладагента по температурам фазовых превращений.
Степень сжатия составляет:
Так при π < 7 обычно останавливаются при выборе на цикле с одноступенчатым сжатием пара хладагента ( на нерегенеративном цикле при использование R717 или регенеративном R12 ), обеспечивающим достаточно высокую энергетическую эффективность. Соответствующее этому циклу схемное решение обеспечивает низкие капитальные затраты , высокую надежность и простоту обслуживания.
5.7 Регламентированные параметры состояния и процессов , необходимые для построения термодинамических циклов.
Температура пара, всасываемого в компрессор , ºС
Где t0i,m - температура кипения в испарителе или промежуточная температура в промсосуде , tп-= 5-10 –перегрев пара для одноступенчатых компрессоров и компрессоров верхних ступеней двухступенчатых агрегатов tп-= 15-20 – перегрев пара для компрессоров нижних ступеней двухступенчатых агрегатов ,ºС
5.8 Построение (изображение)
термодинамических циклов в
Термодинамический цикл изображен на диаграмме «i-lg p» . Целью построения является определение параметров характерных точек , используемых в дальнейших расчетах.
Сначала проводят (изотермы ) фазовых превращений хладагента , соответствующие значение температур находят в средней части диаграммы в области влажного пара, в этой области изотермы совпадают изобарами. Характерные точки циклов находят на пересечение изобар.
-с изотермами ( для точек , соответствующих состояниям пара во всасывающем патрубке компрессоров и жидкого хладагента на выходе из теплообменника промежуточного сосуда )
-с пограничными линиями (x=0.x=1) (для точек , соответствующих состоянию насыщенного пара , выходящего из испарителей и промежуточного сосуда , насыщенной жидкости , выходящей из конденсатора )
-с изоэнтропой ( для точек , соответствующей состоянию влажного пара после процесса дросселирования .
Таблица параметров условных точек
Точки |
Температура , ºС |
Давление, МПа |
Энтальпия ,кДж/кг |
1 |
5 |
360 |
1710 |
2 |
100 |
1100 |
1880 |
3 |
30 |
1100 |
550 |
4 |
-5 |
360 |
550 |
5.9Разработка функциональной гидравлической схемы установки .
Функциональная схема отражает состав и функции основных частей и элементов установки , связи между ними в соответствии с протекающими в них процессами и последовательностью совершения этих процессов . этой схемой пользуются для пояснения общих принципов работы установки ,и составления схемы автоматизации установки.
Принцип работы холодильной машины
Поддержание требуемой температуры в охлаждаемой объеме возможно при наличии устройства, имеющего поверхность с более низкой температурой, т.к. по закону термодинамики, произвольно теплота может переходить от более теплого тела к менее теплому. Эффективный теплообмен может быть осуществлен при кипении жидкости в устройстве, т.е. в испарителе.
Теплота, воспринятая в испарителе хладагентом, должна быть отдана окружающему воздуху. Это реализуется в процессе конденсации пара в теплообменном аппарате- конденсаторе. В конденсаторе температура и давление хладагента более высокие по сравнению с испарителем. Чтобы реализовать постоянную температуру кипения в испарителе, необходим обеспечить непрерывный отвод испарившегося хладагента из испарителя в конденсатор, для чего необходимо повысить давление хладагента от насыщенного давления до давления конденсации. Этот процесс происходит в компрессоре при постоянной энтропии. Для возвращения хладагента из конденсатора в испаритель нужно понизить его давление давления кипения.
6.Расчет потребности в холоде.
6.1Теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов.
Через ограждения в охлаждаемые объекты теплоприток проникает из-за разности температур наружной среды внутри объекта .
Кроме того через наружные ограждения может проникать теплоприток образующийся в результате поглощения ими теплоты солнечной радиации .
Теплоприток рассчитывается по формуле теплопередачи с учетом указанных в задании на курсовую работу размеров ограждений охлаждаемых помещений .
где Кн - коэффициент теплопередачи ограждаю шеи конструкции, Вт/(н К); Fн - площадь поверхности ограждающей конструкции, tк =20 -температура воздуха снаружи охлаждаемого помещения,. ºС
Температура внутри охлаждаемого помещения определяется
технологическими режимами.
Для первой группы потребителей холода (охлаждение сусла, главное
брожение, охлаждение молодого пива):
Q1T2=0,4278*54*24(20-5)=9,3 кВт
Q1T3=0,44*54*24(20-3)=9,5кВт
второй групп, потребителей холода (дображивание , охлаждение воды дрожжей):
Q1T4=9,67кВт
Q1T5=10кВт
Q1T6=10,1кВт
Q1T=58,3кВт
теплоприток Q рассчитывается также по формуле теплопередачи однако за температурный напор принимается избыточная разность температур, обусловленная солнечной радиацией.
6.2 Теплоприток от охлаждаемых продуктов
В зависимости от располагаемой информации о теплофизических свойствах продуктов этот теплоприток может быть найден как
где V –производительность предприятия в год дек.млн/год; А – норма для определенного помещения, tк =20 -температура воздуха снаружи охлаждаемого помещения,. ºС,qп =614-удельная теплота биохимической реакции , кДж/кг
Первая группа:
Вторая группа :
Q24=1,55кВт; Q25=15,48кВт; Q26=7,74кВт; Qпомещение=L*B*0,14= 5,04кВТ
6.2.1 Массовый поток продуктов , кг/с
При расчёте теплопритоков от пива в процессе главного брожения и дображивания, при охлаждении пива перед фильтрацией и карбонизацией массовый поток определяют по формуле
Где V- годовая производительность завода по i-му сорту пива, дал/год υx i – относительный расход промежуточного продукта (сусла, молодого пива), вырабатываемого для производства 1 дал товарного пива; τ – количество рабочих дней для склада хранения хмеля и бродильных цехов
6.3.Теплоприток от наружного воздуха при вентиляции охлаждаемых помещений.
Этот теплоприток
Забираемый для вентиляции наружный воздух должен быть охлажден до температуры в охлаждаемом помещении, а содержание в чем влаги доведено до значения, соответствующего влажности воздуха в >том помещении.
Массовый поток наружного воздуха определяют по кратности вентиляции помещения
где а-кратность вентиляции охлаждаемого помещения; Vстр - строительный объем охлаждаемого помещении, м3; p=1.3 - плотность воздуха
Q31=6*6220,8*1,3*(55,5-7,3)/
Q32=5*6220,8*1,3*(55,5-1)/24*
Q33=6*6220,8*1,3*(55,5-10)/24*
Q34=4*6220,8*1,3*(55,5-20)/24*
Q3=91,5кВТ
6.4. Эксплуатационные теплопритоки.
Источники эксплуатационных теплопритоков: электрическое освещение, работающие в помещении люди и механизмы, открытые двери.
Q4=0,14*(Q1+Q3)=0,14*(58,3+
Сумма всех теплопритоков:
Q=Q1+Q2+Q3+Q4=314,4кВТ
7. Подбор холодильного оборудования.
Элементный состав установки подбирается из современного отечественного оборудования.
Функциональные
группы оборудования должны
Следует обратить
внимание на соответствие
A – компрессорный агрегат одноступенчатого сжатия
Состоит из
одноступенчатого компрессора,
AH-компрессорный агрегат одноступенчатого сжатия
АД-компрессорный агрегат одноступенчатого сжатия
АК- с конденсаторами водяного охлаждения
АВ- с конденсаторами воздушного охлаждения
АТ- компрессорно-испарительный агрегат
ММВ -холодильный агрегат для охлаждения воздуха с конденсатором воздушного охлаждения
МКВ - с конденсаторами воздушного охлаждения
МКТ -с конденсаторами водяного охлаждения
Цифра после типа агрегата
указывает
Холодопроизводительность – тепловой поток, который способна отвести машина от охлаждаемого тела.
После холодопроизводительности указывается цифра, характеризующая использующийся хладагент: 2- R22, 7- NH3
Далее указывается цифра, которая указывает на температурный диапазон:
А)высокотемпературный диапазон
Б) среднетемпературный диапазон
В) низкотемпературный диапазон
7.1 Компрессорные агрегаты
Компрессорные агрегаты подбираются для каждой охлаждающей системы по расчётной холодопроизводительности, в величине которой помимо потребности в холоде группы потребителей, обслуживаемых охлаждающей системой, учитываются неизбежные потери холода, связанные с теплопритоком из окружающей среды к холодным трубопроводам и с гидравлическими сопротивлениями этих трубопроводов. Кроме того, создаётся некоторый запас (скрытый резерв), необходимый в связи с конечной величиной надёжности и ограниченным моторесурсом компрессоров.
7.1.1 Расчётная производительность, кВт:
где Qmi- суммарный тепловой поток, отводимый соответствующей охлаждающей системой; а=1,15…1,17 — коэффициент транспортных потерь; b=0,72…0,9 – коэффициент запаса