Проект пивзавода мощностью 40 тонн в смену

Министерство сельского хозяйства и продовольствия РФ

ФГБОУ ВПО

Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Механико-технологический институт

                                             Кафедра: «Технические системы в АПК»

Курсовой проект

По дисциплине: Монтаж эксплуатация   и   ремонт    технологического оборудования.

На тему: Проект пивзавода мощностью 40 тонн в смену

                                                                                 Выполнил: студент  ___ группы

                                                                   Проверил: Преподаватель

                                                 Шабанова З.В.

Тюмень - 2014г.

Содержание

Приложение………………………………………………………………………34

Введение

Пиво было известно человечеству ещё с незапамятных времён. Его популярность обуславливается своеобразным хмелевым ароматом, терпким горьковатым вкусом и освежающим эффектом от растворённого в нём диоксида углерода.

С приходом эпохи индустриализации начиная с середины XIX в. производство пива неизбежно переходит к промышленным масштабам. В XXI в. популярность пива продолжает неуклонно расти, оно становится в прямом смысле слова мировым напитком. В настоящее время среди всех готовых напитков пиво имеет наибольший товарооборот. Производство пива в мире в 2008 году по данным компании Kirin – ведущего в Японии производителя слабоалкогольных напитков – достигло 181,1 млрд литров. В 2008 году Россия находилась на третьем месте в списке стран, лидирующих по производству пива, объёмы его производства составляли 11,4 млрд литров. Среднеевропейский уровень потребления пива составляет около 70 литров в год на душу населения, при этом в ряде высокоразвитых стран потребление пива доходит до 100-150 литров в год. Среднедушевое потребление пива в России постепенно приближается к средним европейским показателям, по различным оценкам оно достигает от 80 до 85 литров в год. Во многих странах пиво считается хорошей альтернативой крепким алкогольным напиткам, несущей, скорее, пользу, чем вред.

Учитывая всё это, пивоварение на данный момент является активно развивающейся отраслью. Возрастающий спрос требует увеличения объёмов производства, в связи с чем огромное значение приобретает не только сохранение, но и повышение качества производимой продукции, что становится возможным в условиях ускоренного научно-технического прогресса в пивоваренной отрасли. Актуальным становится повышение

стойкости продукции, и соответственно острее встаёт вопрос о её качестве.

Также в связи с расширением масштабов производства необходимо большое внимание уделять таким аспектам производства, как внедрение безотходных технологий, сокращение потерь на всех стадиях технологического процесса, включая хранение сырья и реализацию готовой продукции, экономия потребляемой электроэнергии.

Техническое оснащение пивоваренной отрасли в XX в. претерпевает значительные изменения. Наряду с усовершенствованием классических конструкций оборудования, появляются кардинально новые решения. И прогресс в этой области неуклонно движется вперёд.

Оборудование варочного отделения потребляет наибольшее количество тепловой энергии, удельный расход которой составляет 81-128 МДж/гл товарного пива, при общих удельных затратах тепловой энергии на производство пива 130-185 МДж/гл. При этом только на кипячение сусла приходится 24-54 МДж/гл. Всё это свидетельствует об актуальности и важности решения проблемы снижения затрат тепловой энергии в пивоваренном производстве.

Целью данного проекта является разработка технологической схемы и планировочного решения варочного цеха пивоваренного завода мощностью 40 тонн пива в смену с учётом обеспечения экономичного потребления электроэнергии.

1 Выбор, обоснование и описание технологической схемы

1.1Выбор и обоснование технологической схемы

В настоящее время на заводах применяется различное оборудование с учетом его достоинств и недостатков, комплектуются различные линии по производству пива. Применяются различные технологии производства пива, направленные на ускорение процесса производства пива, получения наиболее вкусного и стойкого пива. Ниже проведем сравнительную характеристику существующего оборудования по стадиям производства пива.

В последние годы для оснащения строящихся и реконструируемых пивоваренных заводов создан ряд новых варочных агрегатов. В зависимости от мощности завода выпускаются двух-, четырех- и шестиаппаратные варочные агрегаты в основном периодического действия.

Современные варочные агрегаты рассчитаны на получение высокого выхода при хорошем качестве сусла. Для этого они оснащены рядом дополнительных устройств, ориентированных в первую очередь на возможно более полное выщелачивание дробины. Поэтому современные варочные агрегаты превосходят по выходу экстракта старые варочные цеха с традиционным оснащением.

Большая часть варочных цехов отечественных пивоваренных заводов оснащена главным образом, агрегатами цилиндрической формы на 3,0 и 5,5 тонн, а в последнее время и на 9-10 тонн единовременной засыпи зернопродуктов. Агрегаты засыпью 1 и 1,5 тонн утратили своё значение и на новых заводах не устанавливаются.

Варочные агрегаты могут состоять из четырех аппаратов:  заторного, отварочного, фильтрационного и сусловарочного или из шести: двух

заторно-варочных, двух фильтрационных и двух сусловарочных.

Для повышения оборачиваемости, особенно крупных аппаратов, дополнительно устанавливают промежуточные сборники для сусла, а также сборники промывных вод.

Аппараты агрегатов цилиндрической формы, относительно больших размеров занимают помещения высотой до 14 метров и располагаются на двух площадках. Наличие двух изолированных площадок затрудняет  наблюдение за работой агрегатов и усложняет их обслуживание.

Типовые варочные агрегаты имеют еще один существенный недостаток, заключающийся в диспропорции между производительностью отдельных аппаратов. Вследствие разной длительности производственных операций оборачиваемость четырехаппаратного варочного агрегата лимитируется медленной работой фильтрационного аппарата, в связи с чем не превышает четырех оборотов в сутки, а шестиаппаратного – не более шести из-за недостаточной оборачиваемости заторных аппаратов.

Поэтому разработаны конструкции варочных агрегатов 3 и 10 тонн единовременной засыпи, позволяющие повысить производительность варочных цехов при тех же засыпях зернопродуктов на 25-28%. Кроме того, трехтонные агрегаты РЗ-ВВЦ-З, 5,5-тонный Е-23, 10-тонный РЗ-ВВЦ-10 размещаются на одной отметке, что упрощает управление агрегатом.

Кроме этого размеры агрегатов рассчитаны так, чтобы трехтонный агрегат можно было разместить на площади, занимаемой полуторотонным варочным агрегатом классического типа, а десятитонный агрегат – на площади, занимаемой 5,5- тонным агрегатом классического типа.

На небольших и относительно старых предприятиях аппараты варочного цеха расположены так, что фильтрационный чан располагается несколько выше и вблизи сусловарочного котла, так что сусло течет через фильтрационную батарею в котел самотеком.

В современные варочные цехи включают также дробильное отделение.

Одним из представителей зарубежных агрегатов является  варочный агрегат фирмы Huppmann. Основным оборудование варочного цеха является дробилка кондиционированного помола, два заторно-отварочных аппарата, фильтрационный, сусловарочный аппарат и гидроциклон. Для повышения оборачиваемости до 9-12 варок в сутки дополнительно устанавливают сборник для горячего сусла и промывных вод.

Аппараты варочных агрегатов занимают помещения высотой до 14 метров и располагаются на двух этажах. На первом этаже располагаются дробилка, приводы и редукторы мешалок заторных и фильтрационного аппарата , все насосы и сборники горячего сусла и промывных вод , а также линия осветления и охлаждения сусла. На втором этаже непосредственно находится основное оборудование варочного цеха и емкости для задачи хмеля. Система CIP (безразборной мойки и дезинфекции оборудования) располагается непосредственно вблизи варочного цеха.

Контроль и управление всеми технологическими операциями автоматизированы и осуществляются с помощью программирующего устройства с центрального пульта управления.

Преимущество варочных агрегатов фирмы Huppman можно назвать следующие:

оборачиваемость варочного агрегата благодаря внедрению дополнительного оборудования и специальной конструкции дробилки и фильтрчана составляет до 12 варок в сутки;

все технологические процессы, начиная с дробления на Millstar и заканчивая охлаждением и перекачкой охмеленного сусла, протекают без доступа кислорода;

оборудование спроектировано с учетом возможности подключения системы безразборной мойки и дезинфекции;

полная автоматизация и управление всеми технологическими процессами ( включая CIP) с рабочего места оператора при помощи мощных компьютеров и специализированного программного обеспечения максимального выхода экстракта в варочный цех при минимальном расхоже энергетических и других ресурсов.

Зарубежными фирмами выпускаются варочные агрегаты прямоугольного сечения. Однако, большинство из них не получили широкого распространения. Особого внимания заслуживают 10-тонные варочные агрегаты фирмы “Steinechtr”. Вследствие того, что все  аппараты, кроме фильтрационного, в этих агрегатах имеют прямоугольную форму, они наиболее компактно компонуются  и обладают повышенным теплообменом, что ускоряет оборачиваемость агрегата. Кроме того, конструкция фильтрационного аппарата обеспечивает интенсивное фильтрование сусла и быстрое удаление дробины из аппарата. По такому типу сконструированы варочные агрегаты Е-23 засыпью 5,5 тонн.

В состав варочного агрегата Е-23 на 5,5 т единовременной засыпи зернопродуктов входят два заторных и один сусловарочный аппарат прямоугольной формы, фильтрационный аппарат, гидроциклонный аппарат, сборник для сусла цилиндрической формы, установки для дробления солода, несоложеных материалов и хмеля, сборники промывных вод. Все аппараты агрегата имеют индивидуальный привод и устанавливаются на одной отметке. Управление работой агрегата автоматизировано.

Заторный аппарат Е-2355 представляет собой сосуд с корпусом, имеющим прямоугольную форму, с плоской крышкой и наклонным с двух сторон к центру днищем. Аппарат оснащен арматурой для подачи дробленого сырья, затора, пара, воды и слива сусла, отвода пара, промывной воды и выхода конденсата.

Сусловарочный аппарат Е-2328 варочного агрегата Е-23 также имеет прямоугольную форму. Варочный агрегат Е-23 делает пять оборотов в сутки.

Исходя из всего вышеперечисленного и согласно продуктового расчета принимаем к установке варочный агрегат Е-23 на 5,5 тонн единовременной засыпи.

Различают в основном две группы транспортных средств, которые применяются на пивоваренных заводах: механические, пневматические, с помощью которых сыпучий материал перемещается по трубопроводам потоком воздуха.

Механические транспортные средства перемещают материал механическим путем. Различают: нории или элеваторы для вертикального перемещения, шнековые транспортеры, скребковые цепные транспортеры, ленточные транспортеры для горизонтального перемещения.

Пневматические транспортные средства для перемещения бестарных сыпучих материалов наряду с механическим транспортом на солодовенных и пивоваренных предприятиях широко применяют пневмотранспорт. Здесь ячмень или солод перемещаются по трубопроводам мощным воздушным потоком.

Преимущества пневмотранспорта заключается в следующем: можно перемещать большие массы сырья, потребность в площадях не велика, в установке не остается остатков, нет опасности возгорания, пневмотрубопроводы можно делать изогнутыми. Однако следует заметить, что при использовании пневмотранспорта возрастает энергопотребление.

Существует два вида пневмотранспорта: всасывающие установки с разрежением в транспортном трубопроводе, нагнетательные пневмоустановки с избыточным давлением в транспортном трубопроводе.

Количество засыпи, применяемой для каждой варки, необходимо точно регистрировать. Это важно для внутрипроизводственного контроля, поскольку позже понадобиться знать, насколько эффективно было использовано израсходованное сырье. Это выполняют путем расчета экстракта в варочном цехе и после этого путем расчета расхода количества солода на пиво.

Контроль количества засыпи осуществляется с помощью автоматических весов. Находят применение в основном две различные системы:

опрокидывающиеся весы;

весы с открывающимся днищем, которые выпускаются в механическом или электронном исполнении.

Кроме этого, довольно распространены тензометрические весовые устройства для взвешивания пустых или наполненных емкостей. С их помощью можно взвешивать также целый бункер с помолом.

В настоящее время стремятся получить: сухое мучнистое тело, которое при дроблении можно измельчить в любой степени, и как можно более влажные и эластичные оболочки.

Основной целью дробления солода и ячменя является облегчение и ускорение физических и биохимических процессов растворения зерна при затирании с тем, чтобы обеспечить максимально возможный переход экстрактивных веществ в водный раствор (сусло).

Степень измельчения солода и ячменя играет большую роль в процессе затирания, так как с ростом ее увеличивается поверхность частиц, подвергающихся действию ферментов.

Степень измельчения солода оказывает значительное влияние на объем и фильтрующую способность дробины.

На пивоваренных предприятиях чаще всего используют дробилки для сухого дробления. В них сухой солод измельчается между попарно расположенными вальцами. По числу вальцов различают дробилки двухвальцовые, четырехвальцовые, пяти- и шести вальцовые.

После вальцов предварительного дробления помол не должен содержать целых зерен. После вальцов для мякинных оболочек крупа, прилипшая к шелухе, должна быть размолота, а сама шелуха не должна получать сильных повреждений. Вальцы для крупки должны давать тонкую крупку, а не муку, так как она может препятствовать процессу фильтрования.

Сухие оболочки очень хрупкие и легко разрушаются при дроблении, но они нужны при фильтровании затора как материал для создания фильтрующего слоя. Этот процесс называется кондиционированием.

При кондиционированном сухом дроблении солод увлажняется за 1-2 минуты перед дроблением с помощью насыщенного пара или воды при температуре 30-35 0 С . Увлажнение повышает влажность в оболочках.

Преимущества данного метода состоят в том, что оболочки становятся значительно эластичнее и лучше сохраняются, объем оболочек увеличивается на 10-20%, поэтому получается более рыхлый фильтрующий слой и достигается повышенная скорость фильтрования затора, возрастает выход и конечная степень сбраживания, быстрее достигается полнота осахаривания, определяемая по йодной пробе при затирании.

Недостатком  является лишь некоторое повышение затрат на приобретение и обслуживание оборудования, в особенности это относится к необходимости более частой очистки дробилок.

Применяются также и молотковые дробилки, которые выпускаются следующих конструкций с горизонтально расположенным валом ротора, с вертикально расположенным валом ротора, то есть в виде дробилок  с вертикальным ротором.

Дробилка мокрого помола состоит из корпуса солододробилки, над которым установлен бункер с коническим выпуском. В этом бункере осуществляется увлажнение солода.

Взвеси горячего сусла следует удалять, так как для дальнейшего производства пива они не только бесполезны, но и вредят качеству. Удаление взвесей горячего сусла осуществлялось раньше с помощью холодильной тарелки или отстойного чана, а сегодня большей частью с помощью аппарата типа «Вирпул», а иногда также центрифуги (сепаратора) или путем сепарирования.

Холодильная тарелка является “ класcическим ” аппаратом для удаления взвесей горячего сусла. В течение 0,5-2 часов, когда сусло находится в холодильной тарелке, взвеси осаждаются и тем лучше, чем тоньше уровень сусла в тарелке. Белковый отстой от холодильных тарелок содержит еще большое количество сусла, кроме того, эта часть сусла в значительной степени инфицирована. Поэтому белковый отстой после холодильных тарелок требует дополнительной обработки.

Работа с холодильной  тарелкой требует больших трудозатрат, этот вид оборудования сейчас почти не применяют.

Отстойные чаны Б7-ВОБ, Б7-ВОВ, к варочным агрегатом предназначены для осаждения белковых веществ из пивного сусла  в  процессе его предварительного охлаждения до температуры 60-70 0 С и для аэрации сусла воздухом при заполнении чана.

В отличии от холодильной тарелки, отстойный чан имеет крышку, которая должна уменьшать опасность контаминации.

В большой степени для удаления грубого осадка применяют аппарат типа «Вирпул» (гидроциклонный аппарат). Он является наиболее экономичной альтернативой всем другим способам их удаления.

«Вирпул» – это вертикальная цилиндрическая емкость без встроенных элементов, в которую горячее охмеленное сусло закачивается тангенциально. Этим достигают в емкости закручивание потока, которое действует так, что взвеси в форме конуса осаждается в центре дна емкости. Достоинством гидроциклонных аппаратов является стерильность процесса, так как сусло подается в аппарат и выходит из него при температуре 900 С.

1.2 Описание аппаратурно-технологической  схемы

Зернопродукты из силосов  винтовым конвейром направляется на норию НЦГ-10, взвешиваются на весах ДН-50 и шнеком распределяется по бункерам солода ячменя.

Далее солод проходит через магнитную колонку и поступает на  полировочную машину РЗ-ВСМ , поступает в бункер полированного солода, взвешивается на весах ДН-50 и идет в дробилку. Отходы от полировки солода поступают в бункер отходов и реализуются населению.

Карамельный солод  из склада подается в производство при помощи нории, попадает в приемный бункер, проходит магнитную колонку, взвешивается на весах ДН-50 и далее в дробилку и заторный аппарат.

Дробленые зернопродукты насосом подаются в заторный аппарат, откуда заторная масса насосом подаются в фильтрационный аппарат. Для выщелачивания дробины в него вводят горячую воду из сборника горячей воды. Мутное сусло насосом подается в сусловарочный аппарат.

Дробина удаляется из фильтрационного аппарата  насосом на утилизацию.

Промывные воды из фильтрационного аппарата направляют в сборник промывных вод, которые из него по мере надобности перекачиваются в заторный аппарат или сусловарочный аппарат.

Из сборника горячего сусла сусло сусловым насосом перекачивается в сусловарочный аппарат, где происходит кипячение сусла с хмелем. Хмелепродукты из склада электроталем, подаются в хмеледробилку и в сусловарочный аппарат.

Охмеленное сусло из сусловарочного аппарата насосом подается в гидроциклонный аппарат на осветление, а из него при помощи насоса направляется горячим в дрожжевое отделение либо, проходя теплообменник при помощи насоса идет в бродильное отделение.

Для управления процессом безразборной мойки  и дезинфекции используется CIP-модуль, емкости CIP предназначены для моющих растворов в системе безразборной мойки и дезинфекции.

2 Расчет и подбор технологического оборудования

Расчет основного технологического оборудования производится с учетом режима работы завода. Производительность варочного цеха в пересчете на пиво “Сенчу ” (в дал) составляет:

Qмес = С*Т*А/Р, дал

где Q – количество готового пива при нормальной выдержке в неремонтный период, дал;

      C – число рабочих суток варочного цеха в месяц (С=28,5);

      Т – число циклов варочного агрегата в сутки (Т=5,4);

      А – масса одновременно перерабатываемого сырья, кг;

       Р – расход сырья на 1 дал “Корона”, кг.

Суточный расход зернопродуктов составит:

Мсут = Мг/323, т/сут,

где Мг – годовой расход зернопродуктов, т.

Мсут = 13049,2/323=40,4 т/сут.

По таблице этому суточному расходу соответствует А=5500 кг.

Тогда производительность варочного цеха составит:

Qмес = (28.5*5.4*5500)/1,805 =468947,4 дал/мес.

Мощность годовая варочного цеха по “ Короне” составляет:

Qгод = Qмес*nмес=468947,4*11,33=5313174,0 дал/год,

  где  nмес – количество месяцев работы в году

Принимаем к установке варочный агрегат Е-23 на 5,5 тонн единовременной засыпи и 5,4 циклами в сутки. Агрегат состоит из установок для дробления увлажненного солода и несоложеного сырья, двух заторных аппаратов, фильтрационного аппарата, одного сусловарочного аппарата, установки для дробления увлажненного суслом хмеля, сборника промывных вод,

 гидроциклонного  аппарата с автоматизированным  управлением всего агрегата, и сборника горячего сусла.

 Оборудование для подработки зернопродуктов

В расчетах оборудования примем количество перерабатываемых зернопродуктов в сутки 40,4 т.(обосновать расчетом)

Техническая характеристика весов ДН-50

Для передачи солода с силосов в бункер подбираем конвейер винтовой КВ-20.

 Техническая характеристика конвейера винтового КВ-20

Нория  для отпуска солода из зернохранилища работает ежедневно в течение  4,5 часа. Тогда производительность её должна быть не менее

Qч=40,4/4,5=8,97 т/ч.

Принимаем норию НЦГ-10, производительность по тяжелому зерну 10 т/ч и  10*(0,53/0,76)=7т/ч по солоду.

Техническая характеристика нории НЦГ-10

Автоматические весы для взвешивания солода подбираются по производительности нории. Принимаем весы ДН-50.

Бункера производственного запаса светлого солода. Объем бункера рассчитывают по формуле:

Vб=Qсут*1,1/ρс, м3

где Qсут – количество солода в сутки, кг;

rс – насыпная плотность, кг/м3.

Бункер для светлого солода

Суточный расход светлого солода найдем по формуле

Qсут = 8749,1/323=27,1 т/сут.

Тогда объем бункера составит:

Vб=27,1*1,1/0,53=56,2 м3

Примем объем бункера светлого солода 60 м3.

Бункер выбираем квадратного сечения с пирамидальным днищем. Геометрические размеры бункера: сторона квадрата a=4 м, угол естественного откоса α=30°:

h=а*(

Н=V/a2 – 1/3*h=60/42-1/3*1,63=3,2 м,

где    h-высота конусной части бункера, м;

a – сторона прямоугольника, м; a=b=4м;

α – угол естественного откоса зерна, град; α=300,

H – высота прямоугольной части бункера, м.

Для очистки солода и несоложенного сырья от металлических примесей выбираем магнитную колонку ДНМ.

Техническая характеристика магнитной колонки ДНМ