Нажмите клавишу «Enter», чтобы перейти к содержанию

Сусловарочный Аппарат с Внутренним Теплообменником

Сусловарочный Аппарат с Внутренним Теплообменником.rar
Закачек 3931
Средняя скорость 3352 Kb/s
Скачать

Сусловарочный Аппарат с Внутренним Теплообменником

Заторные аппараты предназначены для смешивания (затирания) дробленого солода с водой, нагревания и кипячения заторной массы. Изготовляют заторные аппараты следующих типоразмеров: ВКЗ-1 – для варочных агрегатов на 1 т солода, ВКЗ-1,5 – на 1,5 т солода, ВКЗ-3 – на 3 т солода, ВКЗ-5 – на 5,5 т солода.

Заторный аппарат типа ВКЗ (рис. 15.28) представляет собой стальной цилиндрический резервуар с двойным сферическим днищем 15 и сферической крышкой 4. Пространство между днищами является паровой рубашкой, в которую поступает греющий пар. Паровая рубашка имеет соответствующие фланцы и устройства для подвода пара, отвода воздуха и конденсата.

В нижней части сферического днища аппарата находится разгрузочное устройство 11 для спуска части затора (густой фазы) на отварку или выпуска всего затора при передаче его в фильтрационный аппарат. Управление разгрузочным устройством осуществляется поворотом одного из двух маховичков 14 и 22, один из которых установлен на оси 12 устройства, а другой – на колонке, находящейся на площадке для обслуживания. Разгрузочное устройство работает с помощью зубчатой конической передачи 13.

Над сферическим днищем внутри аппарата имеется пропеллерная мешалка 16 для размешивания заторной массы. Привод мешалки осуществляется от двигателя 9 через червячный редуктор 10, установленный на фундаменте 8 под днищем аппарата.

Внутри аппарата на шарнире 18 расположена стяжная труба 19 с поплавком 20 для отбора жидкой фазы затора. Для удобства промывки она выполнена легкосъемной. Выводная часть трубы имеет запорное устройство 17, управление которым осуществляется с помощью маховичка 21, вынесенного на колонку.

Рис. 15.28. Заторный аппарат типа ВКЗ

Сферическая крышка имеет вытяжную трубу 3 с поворотной дроссельной заслонкой 1, позволяющей регулировать тягу пара. Поворот дроссельной заслонки производится маховичком 25, установленным на краю крышки аппарата. В вытяжной трубе крышки находится кольцевой сборник 2 для удаления конденсата по трубе 23.

На крышке аппарата смонтирован предзаторник 30, предназначенный для смачивания сухих дробленых зерноприпасов при их подаче в аппарат. Предзаторник имеет шиберную задвижку 29 для регулирования количества подаваемых зерноприпасов. Рядом с предзаторником установлен смеситель 32 для холодной и горячей воды, позволяющий получить определенную температуру, требуемую для приготовления затора.

Для контроля температуры воды на смесителе имеется термометр 31. В целях использования теплой воды на другие нужды цеха смеситель имеет патрубок 33 с вентилем и штуцером для присоединения шланга.

На крышке аппарата расположен раздвижной люк 28 для обслуживания котла при промывке и наблюдения за технологическим процессом, происходящим в нем.

Поверхность продукта, находящегося в аппарате, освещается рефлектором 26 с низковольтной электролампой, который расположен на крышке котла.

На крышке находится патрубок 24 для возврата части затора, отваренного в другом аппарате. Патрубок внизу имеет наконечник, который распределяет поступающий затор веерообразно, что создает благоприятные температурные режимы его смешивания и препятствует образованию концентрированных участков с повышенной температурой. Рукоятка управления от вентилей подачи пара в рубашку и отвода воздуха оформлена в виде маховичка 7, смонтированного на колонке 6, установленной на площадке для обслуживания. На колонке расположен манометр 5 для контроля давления пара.

Аппарат имеет по окружности опорное кольцо из углового железа, к которому приварены четыре башмака 27 для установки его на площадке.

Дробленый солод (зерноприпасы) поступает в предзаторник, где смачивается теплой водой из смесителя, затем в виде кашицы сливается в аппарат. После отварок заторная масса нагнетается насосом обратно в аппарат для кипячения, а оттуда подается в фильтрационный аппарат.

Техническая характеристика заторных аппаратов приведена в табл. 15.5.

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

В сусловарочных аппаратах открытого типа ВСЦ-1А и ВКС-5 (на 1 и 5 т затора) интенсивность испарения составляет 5. 6 % в час при длительности кипячения сусла 1,5. 2,0 ч. При кипячении сусла под давлением 0,03. 0,05 МПа в аппаратах ВСЦ‑1,5 и ВСК-3 (на 1,5 и 3 т затора) достигается более полная коагуляция белков, повышаются биологическая стойкость пива и коэффициент теплоотдачи.

Сусловарочный аппарат ВСЦ-1,5 (рис. 15.29) представляет собой сварной стальной цилиндрический резервуар 4 с двойным сферическим днищем 7 и сферической крышкой 1. Пространство между сферами днищ является паровой рубашкой, в которую подается греющий пар. Паровая рубашка имеет соответствующие фланцы и устройства для подвода пара, отвода воздуха и конденсата.

Таблица 15.5. Техническая характеристика заторных аппаратов типа ВКЗ

В нижней части сферического днища аппарата смонтировано разгрузочное устройство 14 для выпуска сусла из котла. Управление разгрузочным устройством осуществляется с помощью зубчатой конической передачи 9 поворотом любого из двух маховичков.

Маховичок 8 закреплен на поворотной оси устройства, а маховичок 3 – на стойке, находящейся на площадке 6 для обслуживания. Над сферическим днищем внутри аппарата размещена пропеллерная мешалка 15 для размешивания сусла в целях лучшей его циркуляции в процессе кипячения.

Внутри аппарата по его периметру закреплен трубчатый ороситель 22 для гашения водой волнообразования, возникающего на поверхности кипящего сусла. Там же расположен трап для обслуживающего персонала. Через крышку установлена труба 23, в которой помещается мерная линейка 17 для определения уровня сусла в аппарате. Труба опущена ниже уровня сусла, что создает в зоне, ограниченной стенками трубы, ровную поверхность сусла во время кипячения и позволяет правильно определить его уровень. Для контроля за температурой в аппарате устанавливается термометр сопротивления 2 с термопарой, укрепленной в корпусе аппарата.

Крышка имеет вытяжной штуцер 29, в котором расположен конический клапан 28, позволяющий герметически закрывать аппарат в процессе выпаривания сусла. С помощью клапана также регулируется тяга в случае использования аппарата для выпаривания сусла без давления.

Рис. 15.29. Сусловарочный аппарат ВСЦ-1,5 (ВКС-3)

Управление клапаном производится маховичком 37, установленным на краю крышки. Храповое устройство 38 позволяет фиксировать клапан в любом промежуточном положении. В вытяжном штуцере имеется конденсатосборник 27 для сбора образующегося конденсата, удаляемого по трубе 26, которая выведена наружу и при монтаже аппарата присоединяется к канализационной сети.

На крышке аппарата смонтирована система трубопроводов. На трубе 30, по которой поступает вторичный пар из аппарата в теплообменник, установлены предохранительный клапан 33 с перепуском пара в трубу 32 и вентиль 34. Труба 25 и вентиль 24 предназначены для снятия давления в аппарате в случае необходимости. На крышке также расположен люк 31 с противовесом 42 для обслуживания аппарата. В целях освещения поверхности продукта, находящегося в аппарате, на крышке имеются два смотровых окна 35, на одном из которых смонтирован рефлектор 41 с лампочкой 40.

Сусло поступает в аппарат из фильтрационного чана по патрубку 36 и трубе 16, которая опущена в нижнюю часть аппарата, что обеспечивает правильную циркуляцию сусла. Вода к оросителю подается через патрубок 39.

Управление вентилями подачи пара в рубашку и отвода воздуха производится маховичком 20, который вынесен на вертикальную стойку, установленную на площадке для обслуживания. На стойке находится манометр 21 для контроля за давлением пара.

На паропроводе перед аппаратом расположены предохранительный 18 и редукционный 19 клапаны, отрегулированные на рабочее давление. Аппарат имеет опорное кольцо 5 с опорами для установки на площадке. Привод мешалки осуществляется от электродвигателя 11 через червячный редуктор 12, которые смонтированы на фундаменте 10. Приводной вал мешалки сборный и соединяется с помощью муфт 13.

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.

Технические характеристики сусловарочных аппаратов приведены в табл. 15.6.

В настоящее время поверхность обогрева заторных котлов выполняется в виде полутруб 1, приваренных на днище аппарата к цилиндрической обечайке (рис. 15.30). Остальные элементы конструкции аппарата аналогичны ранее рассмотренным заторным котлам.

Таблица 15.6. Техническая характеристика сусловарочных аппаратов

в центральной части аппарата. Над поверхностью сусла пар переходит в паровоздуш ное пространство, плотность жидкости увеличивается, и она начинает перемещаться вниз в центральной части аппарата. Таким образом, происходит циркуляция сусла

в аппарате с нагревательной рубашкой.

Традиционно в сусловарочных аппаратах осуществляют преимущественно объем ный способ кипячения. В настоящее время наряду с ним применяют прогрессивное кипячение сусла в тонкой пленке.

Рис. 6.66. Схема образования циркуляционных токов сусла в сусловарочном аппарате с нагревательной рубашкой

В сусловарочных аппаратах нагрев и кипячение сусла осуществляют с помощью рубашки, внутреннего или наружного теплообменников, а также с применением тон копленочного испарителя.

Принципиальное устройство основных типов сусловарочных аппаратов для кипя чения сусла с хмелем приведены на рис. 6.67.

Рис. 6.67. Принципиальное устройство основных типов сусловарочных аппаратов:

а — с нагревательной рубашкой; б — с внутренним теплообменником;

в — с выносным теплообменником

Помимо них ранее применяли сусловарочные аппараты с комбинированной систе мой теплообмена — с рубашкой и внутренним теплообменником, а иногда и с механи ческим перемешивающим устройством (рис. 6.68). В настоящее время такие аппараты на вновь построенных или реконструированных предприятиях не применяют.

В последние годы появились принципиально новые сусловарочные аппараты с бо лее эффективным и экономичным внутренним нагревом сусла, а также сусловарочные установки с испарителем тонкопленочного типа, организация, строение и функциони рование которых будут рассмотрены подробно в следующих разделах.

Первые поколения сусловарочных аппаратов характеризовались прямым нагревом — под их днищем размещали топку и сжигали топливо (дрова, уголь, газ или мазут).

Принципиально возможно обогревать сусловарочный аппарат перегретой водой, которая, будучи под давлением, может иметь достаточно высокую температуру, на пример 160–170 °С.

В современных сусловарочных системах в качестве греющего агента применяют преимущественно водяной пар, который обладает большей подвижностью и лучшей теплоотдачей от пара к стенке по сравнению с перегретой водой, вследствие чего тре буются меньшие затраты энергии и меньшие диаметры трубопроводов. Однако паро вой способ нагрева требует применения системы сбора и возврата конденсата.

Внесение хмелепродуктов в сусловарочные аппараты предыдущих поколений осу ществляли вручную через люк. В современные сусловарочные аппараты хмелепродук ты вносят автоматически через сборники дозаторы.

6.4.4.3.2. Сусловарочные аппараты

Сусловарочные аппараты предназначены для тепловой обработки и охмеления сус ла в целях обеспечения его химической и микробиологической стабилизации и при дания ему специфических органолептических свойств.

6.4.4.3.2.1. Основные характеристики сусловарочных аппаратов и требования, предъявляемые к ним

Ниже приведены основные характеристики сусловарочных аппаратов, которыми обычно руководствуются при их проектировании:

Удельная вместимость*, гл/100 кг засыпи и т. д. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.Расчёт объёма и геометрических размеров сусловарочного

Технологический процесс производства пива состоит из следующих основных операций: приёма, хранения, очистки и дробления солода, приготовления пивного сусла, получения чистой культуры дрожжей, сбраживания пивного сусла, осветления и розлива пива в бутылки, бочки, автотермоцистерны. В свою очередь, получение пивного сусла состоит из процессов приготовления затора, кипячения сусла с хмелем, осветления и охлаждения сусла.

Кипячение сусла с хмелем является неотъемлемым и очень важным технологическим процессом. При этом происходит экстрагирование и превращение горьких и ароматических веществ хмеля ( охмеление сусла), осаждение (коагуляция) высокомолекулярных белков, инактивация ферментов, стерилизация сусла, образование редуцирующих веществ, испарение части воды, которые влияют на качество пива. Поэтому важно правильно и разумно проводить данный процесс, так как от этого зависит конечный выход продукта, экономика и конкурентоспособность предприятия в целом.

Для варки пивного сусла с хмелем и выпаривания части воды для получения сусла определенной плотности предназначены сусловарочные аппараты. По конструкции эти аппараты представляют собой сварной цилиндрический резервуар с паровой рубашкой, сферическим днищем и крышкой, обеспечивающей интенсивную круговую циркуляцию кипящего сусла. В аппаратах открытого типа открытого типа ВСЦ-1А и ВСК-5 (на 1000 и 5000 кг затора) интенсивность испарения составляет 5…6% в час при длительности кипячения сусла 1,5…2 ч. При кипячении сусла под давлением 0,03…0,05 МПа в котлах ВСЦ-1,5 и ВСК-3 (на 1500 и 3000 кг затора) достигается более полная коагуляция белков, повышаются биологическая стойкость пива и коэффициент теплопередачи.

Интенсивная циркуляция сусла обеспечивается работой мешалки и неравномерностью нагрева у стенок и в середине котла. Так как сусло возле стенок нагревается сильнее за счет большей поверхности теплопередачи, чем в середине, то возле стенок образуются пузырьки пара, вытесняемые более плотной и холодной жидкостью из середины котла. Таким образом обеспечивается непрерывное перемешивание сусла.

Для обогрева сусловарочных аппаратов, работающих под давлением, можно использовать вторичный пар, что снижает общий расход греющего пара. Наиболее простой способ использования вторичного пара – выпарка с термокомпрессией.

В данной работе мы произведём расчёт геометрических размеров и поверхности теплообмена сусловарочного аппарата в соответствии с исходными данными, так как эти параметры являются важнейшими для правильного проведения технологического процесса. Также мы вычислим расход пара, необходимого для кипячения сусла с хмелем, и мощность электродвигателя мешалки.

1. Расчёт объёма и геометрических размеров сусловарочного аппарата

Объём сусловарочного аппарата (м 3 ) определяем, исходя из его необходимой производительности по формуле:

, (1.1)

где – необходимая производительность сусловарочного аппарата, кг/ч;

τц – продолжительность цикла кипячения сусла с хмелем, ч. τц = 1,5 ч;

– плотность сусла, кг/ м 3 ;

φ – коэффициент заполнения сусловарочного аппарата, φ = 0,85.

Объём сусловарочного аппарата можно также определить по начальному количеству сусла. Плотность сусла определим по начальному количеству сухих веществ (= 9,5%) уравнением интерполяции:

.

В соответствии с заданным G сусла = 7000 кг, полный объем аппарата равен:

Диаметр корпуса сусловарочного аппарата равен:

(1.2)

Высота выпуклой части наружной поверхности днища:

(1.3)

Радиус кривизны в вершине днища Rдн = D = 2,75 м.

Объём днища сусловарочного аппарата:

(1.4)

Объём цилиндрической части сусловарочного аппарата:

(1.5)

Высота цилиндрической обечайки:

(1.6)

Сопоставим полученную высоту с конструктивным требованием:

1

Нц незначительно отличается от H ц , значит расчёт можно считать достоверным.

Высота слоя сусла в аппарате:

Площадь поверхности жидкости в аппарате вычисляется по формуле:

(1.8)

Площадь сечения вытяжной трубы равна:

(1.9)

Диаметр вытяжной трубы:

(1.10)

Коэффициент формы днища сусловарочного аппарата:

, (1.11)

где d 0 – диаметр отверстия для спуска сусла. Примем d 0 = 0,2 м [1], тогда

1

Находим толщину стенки днища по формуле:

, (1.12)

где Р – наружное избыточное давление, МПа;

[σ ] – допускаемое напряжение при сжатии, МПа;

φ – коэффициент прочности сварного шва, φ =1;

С – прибавка к расчётной толщине, С = 0,002 м.

Обычно оптимальными для сусловарочных аппаратов являются рабочее давление Р = 0,25 МПа и допускаемое напряжение при сжатии для стенки, изготовленной из Ст 3 [σ ] = 10 МПа, тогда:

Проверяем условие справедливого расчёта толщины стенки днища:

; 1

; 1

,

значит, условие выполняется, и расчёт можно считать достоверным.

По рассчитанным размерам для начального количества суслаG сусла =7000кг выбираем стандартный сусловарочный аппарат типа ВСЦ-1,5, техническая характеристика которого представлена в таблице 1 [1].

Таблица 1 – Техническая характеристика сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5


Статьи по теме