Сусловарочному апарат

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст
Введення
1.Расчет обсягу і геометричних розмірів сусловарочному
апарату
2.Расчет площі поверхні теплопередачі
3.Визначення витрати пари
4.Расчет потужності електродвигуна мішалки
Висновок
Список літератури

Введення
Технологічний процес виробництва пива складається з наступних основних операцій: приймання, зберігання, очищення і дроблення солоду, приготування пивного сусла, отримання чистої культури дріжджів, зброджування пивного сусла, освітлення та розливу пива в пляшки, бочки, автотермоцістерни. У свою чергу, отримання пивного сусла складається з процесів приготування затору, кип'ятіння сусла з хмелем, освітлення та охолодження сусла.
Кип'ятіння сусла з хмелем є невід'ємним і дуже важливим технологічним процесом. При цьому відбувається екстрагування і перетворення гірких і ароматичних речовин хмелю (охмеління сусла), осадження (коагуляція) високомолекулярних білків, інактивація ферментів, стерилізація сусла, освіта редукуючих речовин, випаровування частини води, які впливають на якість пива. Тому важливо правильно й розумно проводити даний процес, тому що від цього залежить кінцевий вихід продукту, економіка та конкурентоспроможність підприємства в цілому.
Для варіння пивного сусла з хмелем і випарювання частини води для отримання сусла певної щільності призначені сусловарочному апарати. За конструкцією ці апарати є зварний циліндричний резервуар з паровою сорочкою, сферичним днищем і кришкою, що забезпечує інтенсивну кругову циркуляцію киплячого сусла. В апаратах відкритого типу відкритого типу ВРЦ-1А і ТСК-5 (на 1000 і 5000 кг затору) інтенсивність випаровування становить 5 ... 6% на годину при тривалості кип'ятіння сусла 1,5 ... 2 ч. При кип'ятінні сусла під тиском 0,03 ... 0,05 МПа в котлах ВРЦ-1, 5 і ТСК-3 (на 1500 і 3000 кг затору) досягається більш повна коагуляція білків, підвищуються біологічна стійкість пива і коефіцієнт теплопередачі.
Інтенсивна циркуляція сусла забезпечується роботою мішалки і нерівномірністю нагріву у стінок і в середині котла. Так як сусло біля стінок нагрівається сильніше за рахунок більшої поверхні теплопередачі, ніж у середині, то біля стінок утворюються бульбашки пари, що витісняються більш щільною і холодної рідиною з середини котла. Таким чином забезпечується безперервне перемішування сусла.
Для обігріву сусловарочному апаратів, що працюють під тиском, можна використовувати вторинний пар, що знижує загальний витрата пари, що гріє. Найбільш простий спосіб використання вторинної пари - випарки з термокомпрессіей.
У даній роботі ми зробимо розрахунок геометричних розмірів і поверхні теплообміну сусловарочному апарату у відповідності з вихідними даними, так як ці параметри є найважливішими для правильного проведення технологічного процесу. Також ми обчислимо витрата пари, необхідної для кип'ятіння сусла з хмелем, і потужність електродвигуна мішалки.

1. Розрахунок обсягу і геометричних розмірів сусловарочному апарату
Обсяг сусловарочному апарату QUOTE 3) визначаємо, виходячи з його необхідної продуктивності за формулою:
, (1.1)
де QUOTE - Необхідна продуктивність сусловарочному апарата, кг / год;
τ ц - тривалість циклу кип'ятіння сусла з хмелем, ч. τ ц = 1,5 год;
QUOTE - Щільність сусла, кг / м 3;
φ - коефіцієнт заповнення сусловарочному апарату, φ = 0,85.
Обсяг сусловарочному апарата можна також визначити по початковому кількості сусла. Щільність сусла визначимо по початковому кількістю сухих речовин (QUOTE = 9,5%) рівнянням інтерполяції:
.
Відповідно до заданим G сусла = 7000 кг, повний обсяг апарату дорівнює:

Діаметр корпусу сусловарочному апарату дорівнює:
(1.2)
Висота опуклої частини зовнішньої поверхні днища:
(1.3)
Радіус кривизни у вершині днища R дн = D = 2,75 м.
Обсяг днища сусловарочному апарату:
(1.4)
Обсяг циліндричної частини сусловарочному апарату:
(1.5)
Висота циліндричної обичайки:
(1.6)
Зіставимо отриману висоту з конструктивним вимогою:
1
Н ц незначно відрізняється від H 'ц, значить розрахунок можна вважати достовірним.
Висота шару сусла в апараті:
Н сусла = Н ц + h дн + = 1,373 + 0,688 = 2,06 м; (1.7)
Площа поверхні рідини в апараті обчислюється за формулою:
(1.8)
Площа перерізу витяжної труби дорівнює:
(1.9)
Діаметр витяжної труби:
(1.10)
Коефіцієнт форми днища сусловарочному апарату:
, (1.11)
де d 0 - діаметр отвору для спуску сусла. Приймемо d 0 = 0,2 м [1], тоді
1
Знаходимо товщину стінки днища за формулою:
, (1.12)
де Р - зовнішнє надлишковий тиск, МПа;
[Σ] - допустиме напруження при стисканні, МПа;
φ - коефіцієнт міцності зварного шва, φ = 1;
С - надбавка до розрахункової товщині, З = 0,002 м.
Зазвичай оптимальними для сусловарочному апаратів є робочий тиск Р = 0,25 МПа і напруга, що допускається при стисканні для стінки, виготовленої з Ст 3 [σ] = 10 МПа, тоді:

Перевіряємо умову справедливого розрахунку товщини стінки днища:
, 1
, 1
,
значить, умова виконується, і розрахунок можна вважати достовірним.
За розрахованими розмірами для початкового кількості сусла G сусла = 7000кг вибираємо стандартний сусловарочному апарат типу ВРЦ-1, 5, технічна характеристика якого представлена ​​в таблиці 1 [1].

Таблиця 1 - Технічна характеристика сусловарочному апарату ВРЦ-1, 5
Показник
Значення
Місткість, м 3:
повна
корисна
11,65
9.75
Діаметр внутрішній, мм
2900
Висота циліндричної частини, мм
1200
Поверхня нагріву, м 2
8,75
Обсяг пари в сорочці, м 3
0,35
Витрата:
пари, кг / год
води, м 3 / год
1032
7 ... 8
Робочий тиск пари в сорочці, МПа
0,294
Частота обертання мішалки, хв -1
41,5
Редуктор черв'ячний:
тип
передавальне відношення
ВРЦ-05.06.000
36
Електродвигун:
тип
виконання
потужність, кВт
частота обертання, хв -1
АОЛ2-32-4
М101
3,0
1500
Габаритні розміри, мм:
довжина
ширина
висота
3800
3100
4425
Маса, кг:
без продукту
з продуктом
5280
15000

2. Розрахунок площі поверхні теплопередачі
При розрахунку площі поверхні теплопередачі сусловарочному апарату визначають тепловий потік при найбільшій теплової навантаженні, яка спостерігається в період випаровування води [4]. У цьому випадку необхідна кількість теплоти Q (кДж) визначається за формулою:
, (2.1)
де W вип - кількість випарює води, кг;
- Питома теплота пароутворення, кДж / кг; = 2248 кДж / кг
Кількість води, випарювали з сусла за час кип'ятіння:
кг (2.2)
де Вн-початковий зміст сухих речовин,% мас.;
Вк-кінцевий вміст сухих речовин,% мас ..

Тоді за формулою (2.1) кількість теплоти Q вип, необхідне для випаровування 2074,07 кг води дорівнює:

Необхідна площа поверхні теплопередачі сусловарочному котла (м 2) залежно від тривалості процесу випарювання (Ч) визначають за формулою:
, (2.3)
де К сусла - коефіцієнт теплопередачі при кип'ятінні сусла, кВт / (м 2 · К);
Δ t ср - корисна різниця температур при випаровуванні, о С;
τ ц - тривалість процесу випарювання, ч, τ вип = 1,5 ч.
Тиск насиченої пари, що застосовується для кип'ятіння сусла:
(2.4)
При даному тиску температура насичення пара по рівнянню інтерполяції дорівнюватиме [5]:

)
При розрахунках поверхні теплообміну приймають, що гріє, насичений пари і конденсат відводяться при температурі конденсації тобто
t н.п = t К.П = 138,9 о С.
Середня різниця температур:
, (2.5)
де

1
.
1
Тоді
 
Коефіцієнт тепловіддачі від пари, що гріє до стінки з урахуванням втрат теплоти за рахунок утворюється на внутрішній поверхні апарату осаду:
, (2.6)
де α накл.1 - коефіцієнт теплопередачі для похилого стінки апарату, Вт / (м 2 · К);
- Коефіцієнт теплопередачі від поверхні парової сорочки до киплячого сусла, Вт / (м 2 · К);
δ - товщина стінки парової сорочки, тобто товщина листової сталі, м, δ = 0,014 м;
λ ст - теплопровідність матеріалу стінки, Вт / (м · К), теплопровідність стали нержавіючої марки 1Х18Н9Т, λ ст = 16 Вт / (м · К).
QUOTE - Теплова провідність забруднень стінок
(Термічне опір), Вт / м 2 QUOTE

Коефіцієнт теплопередачі від пари, що гріє до стінки знаходимо за формулою [4]:
, (2.7)
де З п - коефіцієнт пропорційності, для вертикальної стінки, З п = 0,533;
λ - коефіцієнт теплопровідності конденсату, Вт / (м · К);
ρ конд - щільність конденсату, кг / м 3;
μ - коефіцієнт динамічної в'язкості конденсату, Па · с;
r - прихована теплота пароутворення, Дж / ​​кг;
Н ст - висота стінки м, Н ст = QUOTE м;
       t п і t ст - температура пари і стінки парової сорочки, про С.
Величини λ, ρ конд і μ беруть по середній температурі плівки конденсату:
. (2.8)
Температура стінки розраховується з наступного припущення:
о С, (2.9)
Звідси

1
Тоді

При температурі t сер = 133,9 о С:


Величину r приймають при температурі насиченої пари t н.п = 138,9 про С.
При 138,9 о С:
кДж / кг
Тоді за формулою (2.7):
.
Коефіцієнт теплопередачі для похилого стінки апарату обчислюють з кутом
(2.10)

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні парової сорочки до сусла α 2 знаходимо за формулою [3]:
, (2.11)
де Nu - визначається критерій теплообміну Нуссельта, що дорівнює:
, (2.12)
де Re меш - критерій Рейнольдса мішалки сусловарочному апарату;
Pr - критерій Прандтля;
μ сусла і μ ст - коефіцієнти динамічної в'язкості сусла при середній температурі і при температурі стінки апарату відповідно, Па · с.
Для розраховується сусловарочному апарату ВРЦ-1, 5 вибираємо мішалку типу лопатева, основні розміри якої наведені в таблиці 2. QUOTE
Таблиця 2 - Характеристика мішалки для сусловарочному апарату ВРЦ-1, 5
Тип мішалки
Характеристика мішалки при H / D = 1
Характеристика судини
Г D = D / d м
β = b / d м
h м / d м
кут нахилу
Без перегородок
Дволопатеве
2
0,1
0,33
90 0
Тобто діаметр мішалки d м дорівнює:
(2.13)
Приймаються стандартний діаметр мішалки за ГОСТ 20680-75:
QUOTE .
Ширина лопаті мішалки b дорівнює:
(2.14)
Висота встановлення мішалки h м:
(2.15)
Критерій Рейнольдса мішалки можна обчислити за формулою:
, (2.16)
де
n меш.-частота обертання мішалки, с -1, n меш. = 0,67 с -1.
- В'язкість сусла, визначаємо як в'язкість суспензії, що складається з зважених твердих часток і води:
, (2.17)
де μ в - Коефіцієнт динамічної в'язкості води, Па · с;
- Об'ємна частка дисперсної фази, м 3 / м 3. ε <0,1, приймемо ε = 0,06.
При середній температурі кипіння сусла t = 105 QUOTE (За умовою)
μ в = 0,269 QUOTE 10 -3 Па QUOTE
Тоді

Відповідно до формули (2.16) критерій Рейнольдса мішалки дорівнює:

Критерій Прандтля знаходять за формулою:
, (2.18)
де λ сусла - коефіцієнт теплопровідності сусла
λ сусла = 0,635 Вт / (м · К)
З сусла - питома теплоємність сусла, кДж / (кг · К)
Питома теплоємність сусла дорівнює:
, (2.19)
де С 0 - питома теплоємність сухих речовин, С 0 = 1,42 кДж / (кг · К);
З в - питома теплоємність води, С у = 4,19 кДж / (кг · К);
W н - вміст вологи в початковому суслі,% .
W н = 100-У н = 100-9,5 = 90,5%

Тоді
. 1
Коефіцієнт динамічної в'язкості при температурі стінки апарату
t ст = 128,9 о С:

1
А значить критерій Нуссельта, виходячи з формули (2.12) дорівнює:

1
А за формулою (2.11):

Коефіцієнт тепловіддачі від пари, що гріє до стінки з урахуванням втрат теплоти за рахунок утворюється на внутрішній поверхні апарату осаду
за формулою (2.6) дорівнює:

Виходячи з виконаних вище розрахунків визначаємо необхідну площу поверхні нагрівання сусловарочному апарату за формулою (2.3) дорівнює:

Площа поверхні теплопередачі на 1м 3 корисної місткості апарату зі сталевим днищем:
(2.20)
Так як отримана питома площа поверхні теплопередачі більше, ніж F кот1 = 1,2 , Вважаємо, що апарат працює в нормальних умовах.

3. Визначення витрат пари
Витрата пари в апараті визначаємо з рівняння теплового балансу:
, (3.1)
де D п - витрата гріючої пари, кг;
W вип - кількість випарює вологи, кг;
i 'п, i вт, i "до - відповідно питома ентальпія пари, що гріє, вторинної пари і конденсату, кДж / кг;
Q пот - втрати теплоти в навколишнє середовище, кДж;
З вип-теплоємність води при температурі кипіння сусла (105 QUOTE ), КДж / (кг · К),
З вип = 4,23 кДж / (кг · К);
З сусла - питома теплоємність сусла, кДж / (кг · К)
Звідси витрата пари, що гріє дорівнює:
. (3.2)
При температурі насиченої водяної пари (гріючої пари) t н.п = 138,9 о С:

Тиск вторинної пари Р бар = 0,1033 МПа = 1,053 кгс / см 2, тоді

Втрати теплоти в навколишнє середовище Q піт розраховуються за формулою:
, (3.3)
де α про - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією та випромінюванням, Вт / м 2 · К;
t ст, t пов - температури стінки апарату і повітря відповідно, про С.
. (3.4)
Для зимового періоду роботи, коли втрати тепла в навколишнє середовище максимальні, приймемо t пов = 15 о С.
За технікою безпеки температура стінки не повинна перевищувати 40 о С [1], тобто t 'ст = 40 о С. Тоді згідно з формулою (3.5):
Вт / м 2 · К
Тоді, виходячи з виразу (3.4)
кДж.
Загальний витрата гріючої пари з урахуванням втрат у навколишнє середовище за (3.2):
1
4. Розрахунок потужності електродвигуна мішалки
Оскільки Re меш> 50 (Re меш = 57,62 · 10 5), то режим руху можна вважати турбулентним. Для лопатевої мішалки встановлена ​​наступна залежність між критеріями потужності і Рейнольдса [4] для турбулентного режиму:
. (4.1)
Поправочні коефіцієнти, які впливають на потужність приводу мішалки, визначаються наступними виразами:
, (4.2)
де α - коефіцієнт, що враховує відношення D / d м для лопатевої мішалки,
α = 2;
, (4.3)
, (4.4)
де β - коефіцієнт, що враховує відношення b / d м для лопатевої мішалки,
β = 0,1.
Критерій потужності для перемішування заторно маси дорівнює:
. (4.5)
Потужність, необхідна для перемішування в апараті дорівнює:
(4.6)
З урахуванням ККД передачі і опорів, що виникають в апараті при русі сусла, потужність електродвигуна:
, (4.7)
де f г - коефіцієнт опору гільзи для термометра, f р = 1,1;
f тр - коефіцієнт опору труби для стягування сусла, f тр = 1,2;
f ш - коефіцієнт, що враховує шорсткість стінок апарату, f ш = 1,1;
η - ККД передачі, η = 0,85. Тоді


ВИСНОВОК
У даній роботі був здійснений розрахунок сусловарочному апарату - невід'ємної частини такого технологічного етапу пивоварного виробництва, як приготування сусла.
Спроектований сусловарочному апарат має внутрішній діаметр рівний 2,9 м і має повний обсяг 11,9 м 3. Він відповідає стандартній моделі сусловарочному апарату ВРЦ-1, 5. За завданням ж проекту початкова кількість сусла 7000 кг, що займає 11,65 м 3, а значить, збільшується витрата пари, що гріє, він за підсумками роботи виявився дорівнює 2791,63 кг. Також була обрана мішалка типу лопатева з числом лопатей, рівним двом. Даний тип мішалки простий у виконанні, добре підходить для перемішування в'язких сумішей. Також був проведений розрахунок необхідну потужність для приводу мішалки - 1,58 кВт.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Антипов С. Т., Кретов І. Т., Остріков А. М. та інших Машини та апарати харчових виробництв. - М.: Вищ. шк., 2001. - Кн. 2. - 680 с.
2. Єрмолаєва Г. А., Колчева Р. А. Технологія і обладнання виробництва пива і безалкогольних напоїв. QUOTE М.: ІРПО; Вид. Центр «Академія», 2000. QUOTE 416 с.
3. Кавецький Г. Д., Васильєв Б. В. Процеси та апарати харчової технології. - М.: Колос, 2000. - 551 с.
4. Кретов І. Т., Антипов С. Т., Шахов С. В. Інженерні розрахунки технологічного устаткування підприємств бродильної промисловості. - М.: Колос, 2004. - 391 с.
5. Павлов К. Ф., Романків П. Г., Носков А. А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології. - М.: «Альянс», 2006. - 576 с.
6. Ульянов Б. А., Баденіков В. Я., Лікучев В. Г. Процеси та апарати хімічної технології. Уч. посібник QUOTE Ангарськ: Вид. Ангарської державної технічної академії, 2005 р. - 903с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Диплом
66.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Державний апарат
Наркозний апарат
Заторний апарат
Апарат Гольджі
Артикуляційний апарат
Бюрократія і бюрократичний апарат
Клапанний апарат серця
Вестибулярний апарат Заколисування
Копіювальний апарат Ксерокс
© Усі права захищені
написати до нас