Расчет заторного аппарата

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Обзор литературы
0. 1.1. Цель процесса затирания
0. 1.1.1. Гидромодуль затор
0. 1.1.2.Смешивание воды и дробленого солода
0. 1.1.3.Температура начала затирания
0. 1.2. Способы затирания
0. 1.2.1 Настойный способ
0. 1.2.2. Отварочный способ
0. 1.2.2.1.Отварка
0. 1.2.2.2.Одноотварочный способ
0. 1.2.2.3.Двухотварочный способ
0. 1.2.2.4.Трехотварочный способ
2. Заторные аппараты
0. 2.1.Оборудование варочного отделения
0. 2.1.1.Заторный аппарат
0. 2.1.2.Варочные котлы

ТГЭУ ХТЖС КР

Изм.

Лист

№ документа.

Подпись

Дата

Разраб.

Касумбекова В.В..

Пояснительная записка.

Литера

Лист

Листов

Пров.

Черняев А.П.

у

3

27

.

441В гр

Н. контр.

Утв.

.

ВВЕДЕНИЕ

Пиво - один из древнейших и самых  сложных в приготовлении напитков. Для создания конечного продукта пивовары используют самые современные технологии и весьма дорогостоящее оборудование. Но, как и прежде, неотъемлемыми составляющими для приготовления пива являются четыре компонента - вода, солод, дрожжи и хмель.

Процесс производства пива состоит из следующих операций: приёма и хранения солода, приготовления пивного сусла, приготовления дрожжей чистой культуры, сбраживания пивного сусла, осветления и розлива пива в бутылки, бочки, автотермоцистерны..

Затирание – одна из основных стадий производства пива. Это процесс смешивания дробленого соложенного  и несоложеного зернового сырья с водой, нагревание и выдержка полученной смеси при определенном температурном режиме. Смесь дробленых зернопродуктов с водой, подвергаемых затиранию, называют затором, массу зернопродуктов, загружаемых в котел - засыпью, количество воды, расходуемой на приготовление затора – наливом (Тихомиров, 1998).

Цель затирания состоит  в экстрагировании растворимых  веществ солода и несоложеного зерна и превращении под действием ферментов большей части нерастворимых веществ в растворимые. Вещества, перешедшие в раствор при затирании, называются экстрактом. Основными аппаратами для приготовления пивного сусла являются заторный, фильтрационный и сусловарочные аппараты, которые соединены между собой трубопроводами в единую систему, называемую варочным агрегатом

[3]

В зависимости от числа  основных аппаратов различают варочные агрегаты с двумя, четырьмя и шестью аппаратами.

Касумбекова В.В.

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

6

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Четырехаппаратный котел  состоит из двух заторных котлов А  и Б, фильтрационного аппарата, сусловарочного котла, водонагревателя и хмелеотделителя. В одном из заторных котлов производят затирание солода, несоложеного сырья и осахаривание, в другом- нагревание и кипячение заторной массы.

Оба заторных котла совершенно одинаковы, что позволяет маневрировать  их работой.

Заторные котлы четырехаппаратного агрегата находятся в работе не более 50% времени, поэтому для двух рядом установленных агрегатов число заторных котлов можно сократить вдвое. В результате получится один шестиаппаратный агрегат с удвоенной производительностью. Смешивание дробленого солода и несоложеного сырья с водой, производят в заторном котле, который представляет собой цилиндрический сосуд с двойным сферическим днищем, образующим рубашку, предназначенную для нагревания и кипячения заторной массы. В рубашку подается пар, а конденсат и остатки пара отводятся по трубам . Крышка котла также куполообразная и снабжена вытяжной трубой, в которой установлена регулирующая  тягу заслонка. В котле установлена лопастная мешалка с приводом от электродвигателя. В верней крышке котла установлена труба для подачи солода, а в нижней- труба для перекачки заторной массы и  перекрывающий вентиль. Для направления перекачиваемой заторной массы в соседний заторный котел или в фильтрационный аппарат служит распределительный кран. Для уменьшения теплопотерь боковые стенки котла покрыты изоляционным слоем.[3]

Касумбекова ВВ.ВВВВВ.В.

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

7

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

1.1. Цель процесса затирания

Цель затирания – экстрагирование растворимых веществ солода и несоложеного сырья и превращение под действием ферментов нерастворимых веществ в растворимые с последующим переводом их в раствор. Вещества, перешедшие в раствор, называют экстрактом.

1.1.1.Гидромодуль затора

Гидромодуль – это соотношение засыпи и главного налива. Он является очень важным фактором, поскольку определяет концентрацию первого сусла. Можно считать, что при гидромодуле 1:3 ( то есть 3 гл налива на 100 кг засыпи ) получается 20%-ное первое сусло.

Естественно, затор приготавливают гуще, чем требуемая экстрактивность  начального сусла, а именно с экстрактивностью первого сусла  16-20%, чтобы затем можно было направить через дробину количество воды, достаточное для выщелачивания и одновременного разбавления сусла до требуемой массовой доли сухих веществ.

Тем самым от гидромодуля  при затирании зависит состав сусла и тип пива. Для светлого пива следует выбирать в общем больший гидромодуль, то есть 3-4 гл/100 кг засыпи.

Тем самым достигают  ускорения ферментативных реакция.

Для темного пива выбирают более густой гидромодуль, то есть 3-3,5 гл/100 кг засыпи.[2]

1.1.2.Смешивание воды и дробленного солода

Затирание следует проводить  так, чтобы вода и помол тщательно  перемешивались друг с другом без образования комков. В традиционных методах для этого сначала в чан заливают воду, а затем для равномерного перемешивания загружают помол тонкой струей при одновременном пуске мешалки.

Касумбекова В.В.

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

8

Изм.

Лист

№ документа

Подпись.

Дата

   При этом возникают потери из-за образования пыли, однако для качества продукта еще хуже было бы попадание в затор вместе со стекающим дробленым солодом кислорода и существенное повышение его содержания в заторе. При перемешивании воды и помола из-за слипания мелких частиц возникают комки , которые с трудом растворяются и могут привести к йодной окраске пробы дробины.

Для более интенсивного перемешивания  воды с помолом в заторную трубу  встраивают смачиватель, в котором  вода с температурой начала затирания  движется вместе с помолом (при этом происходит перемешивание без образования  комков). Большое значение для начала затирания без образования комков имеет работа мешалки. Современная конструкция смачивателей предполагает также наличие форсунок.

Поскольку заторная вода содержит растворенный кислород, все чаще ее предварительно деаэрируют.

Чем больше смачиватель, тем труднее  добиться быстрого и равномерного смешивания воды и помола.

Известно, что окислительные процессы при смешивании помола, воды и воздуха (воздух содержится также в самом  солоде и воде) начинаются с интенсивного перемешивания на начальной стадии затирания.

Последующие мероприятия для исключения процессов окисления носят поэтому  ограниченный характер. Если требуется  с самого начала подавить эти окислительные  процессы, то рекомендуется герметизировать  и наполнить инертным газом все пути на участке перемещения помола и затора (от силоса для хранения солода до заторного чана).

Кроме того, необходимо подавить возможную  активность липоксигеназы путем  снижения pH, для чего следует использовать возможность биологического подкисления в начале затирания.

В качестве предзаторника  может быть также использовано устройство в виде трубы большого диаметра с  заторным шнеком (например, лопастным) с подключенным последовательно насосом для густых сред.

Касумбекова.

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

9

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Тем самым можно готовить концентрированные  заторы и проводить все работы с самого начала без доступа кислорода (с заполнением инертным газом).[4]

1.1.3. Температура начала затирания

Целесообразность и нецелесообразность низкотемпературного затирания заключается главным образом в качестве используемого солода (при хорошем растворении затирание начинают при более высокой температуре). Целесообразность и нецелесообразность высокотемпературного начала затирания заключаются в экономии времени производственного цикла, энергии, улучшенной пеностойкости. Но при этом есть вероятность нарушения процесса, если солод окажется некачественным или неоднородным. Важно проверять солод на однородность, во избежание попадания недоброкачественного продукта в производственный цикл [7]

2. Способы затирания

Процесс затирания состоит  в том, что температуру затора поднимают до оптимальных теиператур для действия тех или иных ферментов, и затем выдерживается пауза.

Паузы задаются при следующих оптимальных для ферментов температурах:

• 45 – 48 ˚С – белковая пауза и пауза для расщепления β-глюкана;
• 62 – 64 ˚С – мальтозная пауза;
• 70 – 72 ˚С – пауза для осахаривания;
• 75 – 78 – температура окончания затирания.

По виду повышения температуры различают две группы способов затирания:

• Настойный (инфузионный) способ;
• Отварочный (декокционный) способ.

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

10

Изм

Лист

№ докумета

Подпись

Дата

1.2.1. Настойный  способ

Настойные (инфузионные) способы затирания солода способствуют растворению и расщеплению веществ солода только благодаря действию присутствующих в солоде ферментов, так как второе средство механического воздействия (кипячение) не применяется. Для достижения определенного баланса ферментативное расщепление необходимо оптимизировать. Затирание начинается при температуре 35-37 °С, повышая затем температуру со скоростью 1 °С/мин до 50-52 °С. Белковую паузу проводят в течение 20-30 мин в зависимости от содержания свободного α-аминного азота. Повышение температуры до 62 °С также проводится со скоростью 1 °С/мин. Мальтозная пауза направлена на улучшение действия амилаз и проводится в два приема — соответственно 20-30 мин при 62 °С и 20-30 мин при 65 °С. Для выбора продолжительности паузы определяющее значение имеет конечная степень сбраживания и йодное число. Выдержка при температуре осахаривания 70-72 °С продолжается и после достижения нормальной окрашенности затора по йоду, занимая в общей сложности около 60 мин.[2]

При этом растворяются и гликопротеиды, влияющие на пенообразование. Затем затор нагревают до температуры, при которой его перекачивают на фильтрацию (75-77 °С).

Для достижения оптимального контакта ферментов с субстратом месильный орган должен работать и во время длительных пауз. Для слаборастворенного солода затирание следует начинать при температурах ниже оптимальных для действия ферментов, выдерживая отдельные паузы для стимулирования расщепления β-глюкана и крахмала в соответствии с требуемыми аналитическими показателями сусла. При условии соблюдения этих требований выход экстракта не снижается. Получаемое пиво может иметь несколько более мягкий, нейтральный вкус, что компенсируется при необходимости внесением карамельного солода (цветностью около 25 ед. ЕВС).

Инфузионные (настойные) способы затирания позволяют  также экономить энергию (в зависимости от числа отварок и продолжительности их кипячения) [6].

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

11

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

1.2.2. Отварочный  способ

Отварочный (декокционный) способ состоит в том, что отдельне части затора – отварки – подвергают нагреванию при определенных температурах, кипятят и заием смешивают  с остальной частью затора. В зависимости  от числа отварок различают одноотварочный, двухотварочный и трехотварочный способы затирания.

Отличие между способами  заключается в следующем: при  настойном способе температура  затора повышается в результате подогрева  всей массы до предусмотренных температур, а при отварочном – вследствие подогрева и кипячения отдельных частей затора (отварок) и их возврата в общую заторную массу.

При отварочных способах по сравнению с настойными (инфузионными) создаются более благоприятные  условия для действия ферментов, что связано с клейстеризацией крахмала при кипячении отварок, и для получения сусла с более высокой степенью сбраживания, повышается выход экстракта. Однако отварочные способы более длительны: в зависимости от способа приготовления осахаренного затора продолжаются от 3,5 ч (одноотварочный) до 6…6,5 ч (трехотварочный). Несмотря на то, что максимальный выход экстракта наблюдается при использовании трехотварочного способа, он себя оправдывает ввиду большой длительности и сложности.[8]

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

12

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

1.2.2.1.Отварка

Для хода процессов расщепления  при затирании особое значение имеет  использование определенного вида и числа отварок: если выключить мешалку, то твердая фаза затора, густой затор, осаждается на дне емкости, тогда как жидкая фаза затора, жидкий затор, собирается в ее верхней части. Жидкий затор можно отобрать с помощью декантера поплавкового типа.

Чтобы извлечь еще  оставшиеся нерасщепленными частицы  крахмала, густой затор следует кипятить. Жидкий затор кипятить не следует, так как он насыщен перешедшими в раствор ферментами.

В качестве отварки используют по возможности наиболее густую часть  затора.

При обратной перекачке  затора (соединение отварки с основной частью затора) для сохранения ферментов в объединенном заторе при постоянном помешивании перекачивают отварку в основную часть затора, и никогда не поступают наоборот.

Чтобы исключить ненужный и вредный контакт затора с  воздухом, в настоящее время при  перекачке не допускается объединение затора путем подачи отварки сверху; обратную перекачку осуществляют путем подачи затора по мере возможности снизу.

Расход энергии для  нагрева затора с 50 до 64 ºС составляет 1,3 – 1,35 кДж/гл товарного пива.

Объем отварок, отбираемых для кипячения, устанавливается таким образом, чтобы поднять температуру объединенного затора до желаемой. Этот объем известен из опыта пивоварения и составляет от трети до четверти общего объема затора.

При изменении способа  затирания, объем отварок можно рассчитать по специальной формуле.[8]

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

13

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

1.2.2.2.  Одноотварочный  способ

Одноотварочные способы – это в принципе те же настойные способы, в которых повышение температуры – чаще всего до 65 и 75 ºС – достигается путем отбора, кипячения и обратной перекачки отварки. Схема такого одноотварочного способа может быть следующей: начало затирания при 35 ºС и медленное нагревание до 50 ºС; пауза при 50 ºС и нагревание всего затора до 64 ºС, последующая более длинная пауза (для образования мальтозы). Отделение и кипячение отварки 15 – 30 мин. Затем следует соединение отварки с остатком затора с последующим повышением температуры до 75 ºС и осахариванием.

Отварки можно также  делать между паузами от 35 ºС до 50 ºС или между 50 и 64 ºС, но следует  учитывать, что в этих случаях  нерастворимые части отварки  меньше осаждаются и тем самым  достигается меньший эффект.[9]

1.2.2.3. Двухотварочный  способ

Классический двухотварочный способ начинается с затирания при 45 – 50 ºС. После общей для всего  затора короткой температурной паузы  отбирают густой затор и после  последовательного выдерживания необходимых коротких температурных пауз его нагревают до кипения, кипятят 15 – 20 мин и примешивают ко всему затору, благодаря чему температура последнего повышается до 64 ºС. Затем выдерживают паузу для образования мальтозы. Через короткое время отбирают густой затор второй раз и нагревают его до кипения. Вторую отварку кипятят несколько меньше, чем первую, и с ее помощью повышают температуру общего затора примерно до 75 ºС, после чего последний перекачивают в фильтрационный аппарат. Продолжительность двухотварочного способа затирания составляет около 3 – 3,5 ч.

Еще одну возможность  представляет собой начало затирания  при 35 ºС и отбор первой отварки. Конечно, при этом стараются контролировать расщепление белков.

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

14

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Особый вид двухотварочного  способа – это ускоренный способ затирания с двумя короткими отваркам. Температура начала затирания в этом случае – 62 ºС, продолжительность всего процесса затирания всего 2 ч. Он может также проводиться и с использованием только одной отварки. Для применения этого способа требуется очень хорошо и равномерно растворенный солод. Температура начала затирания 62 ºС.

1.2.2.4. Трехотварочный  способ

При трехотварочном способе  повышение температуры происходит между основными температурами затирания благодаря отбору отварок, их кипячению и соединению отварки с жидкой частью затора.

К этим основным температурам относятся:

• 35 ºС – температура н начала затирания;
• 50 ºС – белкова пауза / расщепление гумми – веществ;
• 64 ºС – мальтозная пауза;
• 75 ºС – пауза осахаривания.

Так как основная часть  затора при этом способе очень  долго находится при основных температурах затирания, а густой затор очень долго обрабатывается, трехотварочный способ дает пиво с очень сильно выраженным солодовым ароматом. Поскольку процесс длится 4 – 5 ч и при этом потребляется очень много энергии, то применяют его очень редко и только для изготовления специальных сортов темного пива [6]

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

15

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2. Заторные аппараты

2.1 Оборудование варочного отделения

Оборудование варочного  отделения, которое до сих пор  используется для производства охмеленного сусла, возникло на основе эмпирических сведений, полученных в период ремесленного производства пива. Сначала оно состояло из деревянного заторного и одновременно фильтрационного чана, в котором затор перемешивали вручную деревянными гребками, и из простого четырехгранного медного котла с прямым обогревом для кипячения заторов и охмеленного сусла. Примитивные деревянные резервуары были позднее заменены цилиндрическими из листового железа. Варочные агрегаты этого типа до недавнего времени использовались во всем мире и в отличие от современных^: конструкций они называются классическими.[4]

2.1.1. Заторный  аппарат

Изготовляют заторные аппараты ВКЗ-1, ВКЗ-1,5. ВКЗ-3 и ВКЗ-5 соответственно на 1000, 1500, 3000 и 5000 кг зернопродуктов. Заторный чан — это стальная, реже медная, емкость цилиндрической формы с плоским днищем (рис. 1). Переход от цилиндра к днищу должен быть закруглен, а днище должно иметь слабый наклон к спускному отверстию. Чан не обогревается и предназначен для получения   заторной   массы   и хранения   частей затора при перекачке их на кипячение. Чтобы части заторов не охлаждались, цилиндрическую поверхность чана теплоизолируют. Изоляция защищена стальным кожухом. Чан имеет сферическую крышку, а также вытяжную трубу. Крышка и кожух изоляции в хорошо оснащенных варочных отделениях иногда изготовлены из меди. На крышке имеются раздвижные дверцы, которые служат для наблюдения, а также в качестве лазов.

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

16

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Рис. 1. Заторный чан (ЗВУ).

Для смешивания солода с водой и перемешивания заторов применяются простейшие пропеллерные мешалки, размещенные вблизи днища. Пропеллеры соответствующей конструкции при частоте вращения 30— 40 об/мин перемешивают затор около стенок и отбрасывают в центр чана. Перемешивание затора должно быть интенсивным, однако осторожным, чтобы излишне не измельчалась оболочка и тем самым не затруднялась фильтрация. К чану крепится предзаторник, через который поступает дробленый солод и вода. Теплая и холодная вода перемешиваются в смесителе, снабженном термометром, а часто и расходомером. В современных варочных отделениях регулировка температуры заторной воды проводится автоматически.

2.1.2. Варочные котлы

Котлы, входящие в варочные агрегаты, служат для кипячения заторов и для варки сусла с хмелем. Обычно это цилиндрические аппараты с плоским, полукруглым или вогнутым внутрь дном, которые можно обогревать. Форма дна различна в зависимости от способа обогрева и конструкции котла. Котлы изготавливают из стали или из меди, иногда со стальным цилиндром и медным дном. Медь является лучшим проводником тепла и лучше формуется. Котлы покрывают сферическими крышками, снабженными вытяжной трубкой и дверцами. Крышки внутри быстро корродируют и поэтому   их тоже   часто   изготавливают   из меди. [4]

Вытяжная труба должна быть хорошо рассчитана, чтобы обеспечить правильную тягу и выпаривание; ее диаметр должен соответствовать ¹/₃₀ или ¹/₄₀ площади поверхности. Внизу вытяжная труба снабжена желобком для улавливания конденсата, который отводится с помощью трубки для отходов (он не должен стекать в затор или сусло). Тепло вторичных паров, уходящих через вытяжную трубу сусловарочных котлов, используют в испарительных конденсаторах.

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

17

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Заторный котел так  же, как заторный чан, снабжен пропеллерной мешалкой (25—35 об/мин), с помощью которой заторы перемешиваются при нагревании, иногда и при кипячении, чтобы не подгорали. У котлов, обогреваемых паром, мешалка приводится в действие электромотором снизу через коробку передач. В сусловарочном котле, в который поступает только прозрачное сусло, мешалка не нужна. Тем не менее и в сусловарочных котлах часто монтируют мешалку, чтобы можно было перемешивать хмель, главным образом при перекачке сусла или для того, чтобы при движении сусла повышалось испарение.

Варочные котлы должны быть снабжены термометром и термографом.

Объем затора или сусла определяется с помощью поплавкового уровнемера. Обычно внутри котла в верхней части цилиндра ближе к дверцам закреплено также направляющее устройство измерительной штанги для контроля объема сусла, независимо от поплавкового уровнемера. Размещение остальной арматуры и общее устройство котла приводятся на рис.2 [5]

Важно, чтобы в варочных котлах достигалось интенсивное  кипячение, которое обычно контролируется по пароотделению. Оно зависит от способа обогрева, размера обогреваемой поверхности и конструкции котла. Котлы имеют паро-

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

18

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Рис. 2. Заторный сусловарочный котел (ЗВУ).

отделение 5—8%/ч, высокопроизводительные котлы с дополнительными обогревательными элементами— 12—15%/ч. Кипячение: сусла с хмелем должно быть вихревым, чтобы в сусле хорошо коагулировали горячие взвеси и сусло получалось с блеском. Это обеспечивается линзообразной формой дна или всего котла, местным подогревом и т. д. (рис. 3).

Рис. 3. Сусловарочный котел с отопительной линзой.

Варочные  котлы можно обогревать или непосредственно  огнем (уголь, масло, газ) или паром, иногда перегретой водой.

Варочные котлы можно обогревать или непосредственно огнем (уголь, масло, газ) или паром, иногда перегретой водой. Раньше использовалось исключительно отопление прямым огнем. Однако этот способ неэкономичен, поскольку нужно одновременно обогревать топку и кладку котла. Другим его недостатком является то, что после перекачки затора котел нельзя быстро охладить, обслуживание его трудоемко и дно быстро прогорает так, что повышаются расходы на ремонт. При прямом сжигании используется только 40—50% калорийного эквивалента угля.

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

19

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Отопление углем, кроме  того, можно использовать только для котлов небольшого объема (до 300 гл), поскольку площадь обогрева нельзя увеличивать пропорционально объему котла.

Используя масло или  газ, прямой нагрев упрощают, и им легче  управлять. Однако стоимость, рассчитываемая на калорийный эквивалент, превышает у этих двух видов топлива стоимость угля, и поэтому их используют только там, где для этого существуют благоприятные условия. По этим же причинам не нашел распространения обогрев электричеством, который имеет, кроме того, такой же недостаток, как и отопление прямым огнем, т. е. нагревательная система аккумулирует тепло и слишком медленно охлаждается.

Два разных способа обогрева варочных котлов жидким топливом и  газом схематически изображены на рис. 4 и 5.

Более экономичным, а  так же технически более выгодным является нагрев паром. Подачу пара легко регулировать, сусло можно довести до кипения и, если прекратить подачу пара, кипение быстро прекращается. Конструкция паровых котлов более простая, обслуживается легче и тепло используется лучше.

Дно котла, обогреваемого паром, обычно сферическое или вогнуто внутрь; оно сдвоенное и состоит из собственно дна и наружного кожуха.[5]

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

20

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Рис. 4. Отопление сусловарочного котла жидким топливом

1-5 – вытяжная труба  и крышка котла; 6 – дверцы; 7 –  смотровое окно; 8 – термометр; 9 – изоляция; 10 – воздушные каналы и отвод газов сгорания; 11 – мешалка; 12 – ударная пластина; 13 – лестница; 14 – предохранительный клапан; 15 – масляная горелка; 16 – выпускное отверстие; 17 – регулировка выпуска.

Рис. 5. Газовый варочный агрегат (ЗВУ):

1— изоляция  котла; 2 —котел; 3—рама с инфракрасным  обогревателем; 4 —

предохранительный клапан; 5 — распределение газа в инфракрасных

обогревателях; 6— газовая арматура; 7 — отведение сусла; 8 —

управляемый на расстоянии клапан.

Обе части прочно соединены заклепками и снабжены чугунным центром, через который проходит вал мешалки, а сферическое дно имеет также выпускное отверстие. К паровой рубашке подводится пар избыточным давлением от 0,15 до 0,25 МПа (1,5-2,5 ат), чему соответствует температура от 127 до 138°С. При впуске пара в паровую рубашку воздух выводится через соответствующий продувочный вентиль, конденсат отходит в специальный улавливатель, паровая рубашка должна быть снабжена предохранительным клапаном для случая, если давление поднимается выше допустимого максимума.

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

21

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Для повышения эффективности  паровую рубашку и дно котла  иногда изготовляют в виде линзы; в этих случаях паровая рубашка делится на две части: в нижнюю часть подводится пар низким избыточным давление 0,15—0,2 МПа (1,5—2 ат), в вогнутую часть (линза) пар давлением 0,4—0,5 МПа (4—5 ат) и температурой 164°С. Разница в температуре дна и линзы вместе с вогнутостью дна приводят к тому, что кипящее сусло «перекатывается», тем самым облегчается подвод тепла и предотвращается перекипание сусла.

Варочные котлы, главным образом их дно, должны быть хорошо изолированы, чтобы предотвратить потерю тепла. В варочных котлах большой емкости (500 гл и более) слой сусла бывает таким высоким, что при подогреве только снизу оно не могло бы достаточно прокипеть. Поэтому в центре котла монтируют различные дополнительные устройства (цилиндры, спирали), в которые подводится пар более высокого давления. [8]

Еще одним способом является отопление котлов перегретой водой. Ко дну котла приваривают трубки, по которым циркулирует перегретая вода. При избыточном давлении 0,4—0,7 МПа (4— 7 ат) вода имеет температуру 130—160°С и закачивается прямо из парового котла в систему, обогревающую дно варочного котла. Умеренно охлажденная вода потом снова возвращается в паровой котел. При хорошей изоляции дна и всей системы коэффициент использования тепла довольно высокий и регулировка температуры не представляет трудностей [8]

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

22

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

3. Расчет  и проектирование заторного аппарата

Типовой заторный аппарат  представляет собой цилиндрический сосуд с двойным сферическим днищем, в центре которого расположено отверстие для спуска затора. В нижней части котла на вертикальном валу насажена пропеллерная мешалка с нижним приводом. Верхняя сферическая крышка соединена с корпусом котла и заканчивается вытяжной трубой для отвода выделяющихся при нагревании и кипячении паров. Сечение вытяжной трубы (м²) принимают равным 0,02…0,03 площади поверхности F (м²) зеркала испарения.

Объем заторного котла (м³) определяют, исходя из его необходимой производительности,

где G_зат – необходимая производительность заторного аппарата, кг/ч; τ_ц – продолжительность полнлго рабочего цикла аппарата, ч; ρ_зат – плотность заторной массы, кг/м³; ξ=0,9.

Объем заторного аппарата можно также определить по количеству затираемого солода, принимая, что  на 1000 кг сухого солода требуется 5…7 м³ полного объема современного заторного аппарата.

Полный объем аппарата (м³) складывается из объема цилиндрической части и объема сферического (полушарового) днища:

где D_зат – диаметр корпуса аппарата, м; H_ц – высота цилиндрической части, м; h_дн – высота выпуклой части наружной поверхности днища, м; R_дн – радиус кривизны в вершине днища, м.

При проектировании выпуклых днищ руководствуются следующими конструктивными требованиями:

H_ц =0,5 D_зат ; h_дн =0,25 D_зат и R_дн = D_зат

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

23

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

По нормам расчета  элементов сосудов на прочность  толщина стенки днища (м)

где P- наружное избыточное давление, Мпа; [σ] – допускаемое напряжение при сжатии, Мпа; k_{дн –} коэфициент формы днища; k_дн =1-(d₀/ D_зат); d₀ – диаметр неукрепленного отверстия в днище, м; φ=1;, с – прибавка к расчетной толщине; с=0,002 м.

    Эта формула  справедлива, если выдержано условие

(δ_дн - с)/ D_зат ≤ 1.

[4]

3.1 Расчет конструкции заторного  аппарата

Рассчитать оптимальную  конструкцию заторного аппарата для смешивания дробленого солода с водой, нагревания и кипячения заторной массы. Количество единовременно перерабатываемого солода G_зат  500 кг, продолжительность полного рабочего цикла котла τ_ц =24 ч, коэффициент заполнения заторного аппарата ξ=0,9 и плотность заторной массы ρ_зат =1081 кг/м³ . Избыточное давление греющего пара Р =0,25 МПа. Диаметр отверстия для спуска затора d₀ =0,2 м. Допускаемое напряжение при сжатии для стенки, изготовленной из стали 3, [σ] = 10 Мпа.

Если на 1000 кг одновременно перерабатываемого сырья требуется в среднем 6 м³ полного объема аппарата, то на G_сол=1500 кг потребуется       V_зат =6(500/1000) = 3 м³.

Необходимая производительность заторного аппарата

Диаметр корпуса заторного аппарата

Высота выпуклой части наружной поверхности днища 

h_дн=0,25 D_зат=0,25·1,74=0,435 м.

Радиус кривизны в  вершине днища R_дн= D_зат=1,74 м.

Объем днища заторного  аппарата

=1,047·0,435² (3·1,74-0,435) = 0,95 м³.

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

24

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Объем цилиндрической части  заторного аппарата

V_ц=V_зат-V_дн = 3-0,95=2,05 м³.

Высота цилиндрической обечайки

H_ц = 4V_ц/(πD²_зат )= 4·2,05/(3,14·1,74)=0,86 м.

Сопоставляем полученную высоту с  конструктивным требованием

H'=0,5 D_зат =0,5·1,74=0,87 м.

Площадь поверхности жидкости в  аппарате

F_ж= πD²_зат/4=3,14·1,74²/4=2,38 м².

Площадь сечения вытяжной трубы

Диаметр вытяжной трубы

Коэффициент формы днища заторного  аппарата

K=1-(d₀ /D_зат)=1-(0,2/1,74)=0,89 м.

Находим толщину стенки днища

Проверяем условие справедливого  расчета толщины стенки днища 

(δ_дн - с)/ D_зат ≤0,1

(0,012 – 0,002)/ 1,74= 0,006

Условие выполняется.[4]

Касумбекова

ТГЭУ ХТЖС КР

Лист

Черняев А.П.

25

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата