Текст
                    

И.Т. Кретов, С.Т. Антипов ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ БРОДИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям "Машины и аппараты пищевых производств", "Технология бродильных производств и виноделие" Издательство Воронежского государственного университета 1997
УДК 663.15.002.5 (075.8) Кретов И.Т., Антипов С.Т. Технологическое оборудование пред- приятий бродильной промышленности: Учебник. — Воронеж: Изда- тельство государственного университета, 1997. — 624 с. ISBN 5-7455-0811-6 В учебнике описаны машины и аппараты предприятий бродильной промышлен- ности, входящие в состав машинно-аппаратурных линий производства солода и пи- ва, спирта и ликеро-водочных изделий, хле^рпекарных дрожжей и хлебного кваса, газированных напитков и жидкого диоксида углерода, а также агрегаты для подго- товки посуды, фасовки пищевых жидкостей и оформления готовой продукции. Осве- щены вопросы эксплуатации оборудования, улучшения качества продукции, целесо- образности использования нового оборудования, его модернизации, механизации трудоемких процессов, а также достижения зарубежной науки и техники. Приведе- ны основные параметры расчетов технологического оборудования. Для студентов вузов, обучающихся по специальностям "Машины и аппараты пи- щевых производств" и "Технология бродильных производств и виноделие". Табл. 64. Ил. 328. Библиогр.: 22 назв. Рецензенты: кафедра технологического оборудования пищевых производств Московского государственного университета пищевых производств (зав. кафедрой д-р техн, наук, проф., акад. РАСХН В. А. Панфилов), д-р техн, наук, проф., член-кор. РАСХН Б. А. Устинников „2103000000-039, , М174(03)—97 663°6ЪЯВЛ- ISBN 5-7455-0811-6 © Кретов И.Т., Антипов С.Т., 1997 © Оформление. Издательство Воронежского государственного университета, 1997
ПРЕДИСЛОВИЕ Бродильная промышленность — одна из старейших отраслей промышленности в России. Анализ современного технического уровня предприятий бродильной промышленности показывает, что его совершенствование осуществляется в направлении повышения единичной мощности, сокращения вспомогательных операций, по- вышения уровня механизации и автоматизации, снижения матери- але- и энергоемкости, улучшения санитарной обработки. Модернизация предприятий бродильной промышленности, стро- ительство крупных заводов требуют четкой организации проекти- ровочных работ с учетом достижений мировой практики, внедрения новых технологических процессов и оборудования, ликвидации дис- пропорций в мощностях цехов, повышения уровня механизации транспортно-складских работ. На солодовенных и пивоваренных заводах установлены поточные механизированные линии, широкое внедрение получили прогрес- сивные методы замачивания, солодоращения и сушки высокофер- ментативного солода, успешно эксплуатируются цилиндрокониче- ские бродильные аппараты для ускоренного брожения и дображива- ния пива, диатомитовые фильтры и гидроциклонные аппараты для осветления горячего сусла и пива. Появился целый ряд дополни- тельных операций: карбонизация, стабилизация пива, а также ути- лизация вторичных материальных ресурсов. На спиртовых и ликеро-водочных заводах внедрена новая совре- менная техника. Многие заводы перешли на непрерывную тепло- вую обработку сырья с использованием вакуум-охлаждения при осахаривании, широкое распространение получили непрерывно-по- точный и циклический методы брожения, новые способы переработ- ки мелассы на спирт, а также современные методы и аппаратура для мембранного разделения и фракционирования на основе ульт- рафильтрации, обратного осмоса и ионного обмена. Разработано но- вое оборудование для непрерывного приготовления и очистки вод- ки, а также экстракционно-выпарное оборудование. Дрожжевые заводы оснащены сложным высокопроизводитель- ным оборудованием: дрожжерастильными аппаратами, сепаратора- ми, фильтрами, машинами для фасовки и др. Ассортимент безалко- гольных напитков представлен газированной водой, фруктовыми напитками и минеральными водами. Из слабоалкогольных напит-
ков производятся хлебный квас, напитки на основе концентрата квасного сусла и напитки на зерновом сырье. Перед бродильной промышленностью стоят задачи по внедрению новой, более эффективной техники и технологии, обеспечивающих полное и комплексное использование сырья, высокоэффективных машин и аппаратов непрерывного действия, создающих возмож- ность интенсифицировать и автоматизировать процессы и внедрять АСУТП. При этом в условиях перехода к рыночным отношениям важно обеспечить их конкурентоспособность при борьбе за рынок с зарубежными партнерами. Эффективность предприятий бродиль- ной промышленности определяется в основном степенью использо- вания сырья и связанными с ней потерями, а также издержками производства, среди которых главными являются затраты электро- энергии. В настоящем учебнике рассмотрены современные виды оборудо- вания предприятий бродильной промышленности и приведены их расчеты с использованием современных инженерных методов.
Глава 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ БРОДИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Требования, предъявляемые к качеству продуктов, выпускаемых предприятиями бродильной промышленности, определяют не толь- ко тип оборудования, который выполняет ту или иную операцию, но и условия, принципы и методы его работы, а также обусловлива- ют наличие различных типов и марок машин и аппаратЪв, приме- няемых в промышленности. Вместе с тем существующее оборудование, несмотря на различ- ное назначение и разнообразие конструкций, имеет много общего как в машинно-аппаратурных схемах, так и в методах его расчета. Это позволяет дать общие сведения о машинах и аппаратах пред- приятий бродильной промышленности, зная их конструкцию и функциональное назначение. Практически каждый вид оборудования состоит из питательного устройства, исполнительных механизмов с рабочими органами, приводного механизма и устройств управления и регулирования. Питательное устройство кроме подачи сырья может осуществ- лять его дозировку по массе или объему. Исполнительный механизм передает движение рабочим органам оборудования. Рабочие органы непосредственно воздействуют на обрабатываемый продукт. При- меняемое оборудование обеспечено устройствами для защиты и блокировки, которые предотвращают неправильное или несвоевре- менное включение или отключение приводных устройств. В результате проведения структурного анализа оборудования можно построить его технологическую схему, определить динами- ческие условия работы механизмов, узлов и деталей и на этой осно- ве осуществить расчет и конструирование. 1.1. Классификация оборудования бродильных производств В бродильной промышленности применяются разнообразные ви- ды оборудования, которые классифицируются по следующим при- знакам: характеру воздействия на обрабатываемый продукт; струк- туре рабочего цикла; степени механизации и автоматизации; прин- ципу сочетания в производственном потоке; функциональному признаку. Кроме перечисленных признаков каждый вид оборудова- ния может иметь специфические признаки. 5
По характеру воздействия на обрабатываемый продукт разли- чают оборудование, в котором продукт подвергается механическо- му воздействию (свойства продукта не изменяются, а изменяются его форма и размеры), и оборудование, в котором продукт подверга- ется физико-химическим, биохимическим, тепловым и другим воз- действиям (физические, химические свойства и агрегатное состоя- ние продукта меняются). Инотда в одном виде оборудования совме- щаются механические, физико-химические, тепловые и другие про- цессы. По структуре рабочего цикла оборудование делится на непре- рывное и периодического действия. По степени механизации и автоматизации оборудование быва- ет неавтоматическое, полуавтоматическое и автоматическое. По мере развития и совершенствования бродильной промышленности оборудование последовательно заменяется на полуавтоматическое и автоматическое. По принципу сочетания в производственном потоке оборудова- ние классифицируется на отдельные аппараты, агрегаты или комп- лексы, комбинированные и автоматические системы. Более совер- шенными являются комбинированные виды оборудования, выпол- няющие определенный законченный цикл операций и процессов. По функциональному признаку оборудование делится на две группы, объединяющие принципиально одинаковые по‘характеру воздействия на продукт и конструктивному решению аппараты. В частности, технологическое оборудование бродильной промышлен- ности можно объединить в следующие группы: 1 — оборудование для подготовки сырья к переработке: 1.1 — для мойки и замачивания; 1.2 — для очистки и сортировки; 1.3 — для хранения и транспортирования; 2 — оборудование для механической переработки разделением: 2.1 — для дробления и измельчения; 2.2 — для выделения из жидких гетерогенных систем взве- шенных твердых и коллоидных частиц; 2.3 — для отделения жидкой фракции; 3 — оборудование для механической переработки соединением: 3.1 — для перемешивания с целью получения сыпучих, жид- ких и пастообразных продуктов; 4 — оборудование для проведения тёпло- и массообменных про- цессов: 4.1 — для проведения тепловых процессов; 4.2 — для проведения массообменных процессов;
4.3 — для сушки и обезвоживания; 4.4 — для разваривания и варки; 4.5 — для охлаждения и замораживания; 5 — оборудование для проведения микробиологических процес- сов: 5.1 — для солодоращения; 5.2 — для получения биомассы; 5.3 — для получения вторичных метаболитов; 6 — оборудование для выполнения финишных операций: 6.1 — для санитарной обработки тары; 6.2 — для дозирования и укупоривания; 6.3 . — для инспекции и этикетировки; 6.4 . — для извлечения бутылок и укладки их в ящики. В табл. 1.1 показано использование этих видов оборудования в производстве продуктов предприятиями бродильной промышленно- сти. 1.2. Формирование оптимальных вариантов структур технологических линий бродильной промышленности Возрастающая потребность отраслей народного хозяйства в про- дуктах предприятий бродильной промышленности обусловливает разработку новых принципов подхода к проектированию техноло- гических линий бродильных производств. Очевидно, что разработка технологических линий должна осуществляться с учетом функцио- нально-целевого назначения системы, особенностей продукта про- изводства и совокупности ограничений, налагаемых спецификой объекта на структуру и функции системы. При проектировании и разработке технологических схем на типы используемого оборудования, виды сырья и способы реализации технологического процесса, а также с учетом требований, предъяв- ляемых к качеству продукта, эффективности разрабатываемой схе- мы, экономии затрачиваемых на производственный процесс ресур- сов и др., возможно получение большого числа вариантов структур технологических схем, что создает определенные трудности для разработчиков. Такая задача может быть решена на основе систем- ного анализа технологического потока. Этот метод создания новой технологической схемы производства и оптимизации ее структуры заключается в рассмотрении различ- ных аспектов системы, базирующихся на выделении в исследуемой системе структурных составляющих и определении их роли относи- тельно друг друга. 7
8 Сущность системного подхода состоит в расчленении целого на образующие его компоненты, части, в выделении и изучении функ- ций каждой части. Расчленение системного объекта (физическое или мысленное) производится не произвольно, а в соответствии с присущими ему закономерностями, его функциями и структурой, с учетом состава компонентов и внутрисистемных связей. Решение задачи анализа системы на практике осуществляется методом последовательных приближений. Сначала на основе ори- ентировочных представлений об организации системы выполняется предварительный анализ. В ходе самого анализа уточняются функ- ция, строение и другие особенности системы. Затем следует новый, более точный анализ и т.д. Такая итерационная процедура осущест- вляется несколько раз. Данная оценка осуществляется коллективом экспертов, каждый из которых проводит ранжировку критериев технологического цик- ла(таких как производительность, удельное потребление энергии, технологическая надежность, удельные капвложения и т.д.) по сте- пени значимости. В зависимости от целей разработки линии (мак- симальная или минимальная производительность, качество продук- та и т.п.) требования, предъявляемые к отдельным стадиям техно- логического процесса, будут иметь и различную значимость. В результате введения такой системы оценок каждая возможная реализация всех технологических процессов описывается опреде- ленным методом критериев различного ранга. При этом для всей технологической линии совокупность таких наборов представляет собой уже достаточно сложную матрицу рангов критериев. В ре- зультате анализа этих матриц определяют коллективные ранги спо- собов раелизации технологических схем, которые используются в качестве исходной информации для машинного выбора оптималь- ного варианта технологической линии. Набор параметров, определяющих варианты структур технологи- ческих схем, представляет собой вектор X, который формируется из отдельных параметров: X-<Xi;X2;...;Xg;...;X/>, где g - 1...Z, (Z — общее число параметров). Любой набор параметров оборудования линии может быть пред- ставлен точкой в Z-мерном пространстве Е1, где I определяет раз- мерность пространства. Требования, предъявляемые к оборудованию технологической схемы, и условия его применения накладывают на параметры огра- ничения, которые задаются системой неравенств и равенств: 9
Ri(Xi;X2;...;Xg;...;X/)< 0, i= Z,q; Ь,(Х1;Х2;...;Хв;.„;Х/) =0, i“g + Z; g + p, где q — общее число областных ограничений; р — общее число функциональных ограничений. Эта система в Z-мерном пространстве задает область G возмож- ных решений — вариантов технологических линий X;: Xi е G С Ez, среди которых и имеется оптимальный вариант. Таким образом, системный подход, используемый для формиро- вания предпочтительных вариантов технологических линий произ- водства различных продуктов брожения, позволяет оптимально ор- ганизовать структуру линии, а следовательно, добиться максималь- ной эффективности производства и выбрать наиболее оптимальный вариант системы из большего числа возможных вариантов. 1.3. Машинно-аппаратурные схемы производства продуктов предприятиями бродильной промышленности Технологические схемы бродильных производств включают большое количество операций. Из них можно выделить важнейшие, в процессе которых происходит существенное изменение сырья или промежуточных продуктов производства. Совокупность машин и аппаратов, применяемых для осуществления основной или вспо- могательных операций, называют машинно-аппаратурной схе- мой. Ниже приводятся машинно-аппаратурные схемы основных про- изводств бродильной промышленности. 1.3.1. Производство солода и пива Приготовление с о л о д а — сложный комплекс специфических процедур, состоящий из очистки, сортировки, замачивания и раще- ния зерна, а также обработки свежепроросшего солода. Солод, проросший при оптимальных условиях, имеет свежий огуречный запах. При наступлении анаэробного дыхания солод приобретает эфирный, яблочный запах. Основным признаком окон- чания проращивания является растворимость мучнистого тела зер- на, о чем свидетельствует легкое растирание его между пальцами. По принятой в производстве схеме (рис. 1.1) поступивший на предприятие ячмень направляется на хранение в бункер 1, откуда с
помощью переключателей потока 2 подается в промежуточный бун- кер 3. Из него после взвешивания на весах 4 ячмень первично очи- щается в воздушно-ситовом сепараторе 5. Предварительно очищен- ное зерно взвешивается на весах 6 и направляется в силос 7, те со- храняется до момента вторичной переработки. При необходимости проветривания ячмень из силоса 7 направляется снова в бункер 1. Вторичная очистка ячменя предусматривает воздушно-ситовую сепарацию в машине 8, отделение ферропримесей в магнитном се- параторе 9, отбор куколя и овсюга в триерах 10 и 11 и разделение ячменя по крупности в ситовой машине 12. Фракции ячменя I и II сортов собираются в бункерах 13, а фракция III сорта направляется на корм скоту. На выходе из бункеров 13 установлены распредели- тели потока 14. Очищенный и отсортированный ячмень в определенном количе- стве дозатором 15 засыпается в замочный чан 16, где отмывается от загрязнений и при необходимости обрабатывается дезинфицирую- щими средствами. В чан 16 подаются вода и сжатый воздух, обеспе- чивающий перемешивание зерна. Легкое зерно и мелкие примеси (сплав) во время мойки всплывают на поверхность и .удаляются вместе с моечной водой. Вымытое зерно перекачивается в замочный чан 17, где его влажность повышается до 41...42%. После оконча- ния замачивания зерно с водой перекачивается в солодорастильный аппарат 18 для проращивания в течение 6...8 суток. В нем зерно продувается воздухом с относительной влажностью 96...98 % и тем- пературой 12° С. При необходимости зерно орошается водой темпе- ратурой 12° С. Температура зерна при этом должна быть 14...18° С. Из солодорастильного аппарата 18 продукт питателем 19 загру- жается в камеру подвяливания 20, а затем в вертикальные сетчатые каналы сушилки 21. Сушилка имеет до четырех зон, благодаря че- му теплый воздух несколько раз проходит сквозь слой солода. Тем- пература воздуха 40...85° С, продолжительность сушки 24...36 ч в зависимости от конструкции сушилки. Сухой горячий солод из сушилки 21 очищается от ростков в рост- коотбойной машине 22. Ростки собираются в бункере 23. Сухой со- лод без ростков направляется в силос 24 на отлежку в целях повы- шения влажности оболочки и ее эластичности. Сухой солод без рос- тков очищается от загрязнений, полируется в полировочной маши- не 25 и направляется в склад готового солода. Часть свежепророс- шего солода, минуя сушилку, направляется в обжарочный барабан 26 для приготовления карамельного солода. Производство пива из солода, несоложеных материалов, хмеля и воды с применением ряда вспомогательных материалов состоит из п
Рис, 1.1. Машинно-аппаратурная схема производства солода оишэпьо* бонппид^и 12
следующих операций: дробление солода и несоложеных материа- лов, приготовление сусла и чистой культуры дрожжей, главное бро- жение и дображивание. (созревание) пива, фильтрование и осветле- ние пива, фасование и розлив пива. Пиво — игристый освежающий напиток с характерным хмеле- вым запахом и приятным горьковатым вкусом, насыщенный диок- сидом углерода, образовавшимся в процессе брожения. Очищенный солод измельчается в вальцовой дробилке / в целях получения максимального количества мелкой однородной крупки и сохранения шелухи (рис. 1.2). Дробленый солод взвешивают веса- ми 2 и ссыпают в бункер 3. Отлежавшийся дробленый солод прохо- дит магнитную очистку в магнитоуловителе 4 и подается в затор- ный аппарат 5, где смешивается с теплой водой (около 60е С) и пе- ремешивается. По окончании перемешивания (затирания) часть за- торной массы (около 40%) перекачивают в другой заторный аппа- рат 6, тде нагревают до температуры осахаривания (около 70° С), а по окончании осахаривания — до кипения. При кипячении крупные частицы солода развариваются, после чего первую отварку возвра- щают в аппарат 5. При смешивании кипящей части затора с зато- ром, оставшимся в аппарате 5, температура всей массы достигает 70° С. Затор оставляют в покое для осахаривания. По окончании осахаривания часть затора снова перекачивают в аппарат 6 (вторая отварка) и нагревают до кипения для разварива- нии крупки. Вторую отварку возвращают в аппарат 5, тде после смешивания обеих частей затора температура его повышается до 75...80° С. Затем весь затор перекачивают в фильтрационный аппа- рат 7. Прозрачное сусло стекает в сусловарочный аппарат 8. В аппарате 8 сусло кипятится с хмелем. При кипячении сусла выпаривается некоторое количество воды, происходят частичная денатурация белков сусла и его стерилизация. Горячее охмеленное сусло спускают в хмелеотделитель 9, где вываренные хмелевые ле- пестки задерживаются, а сусло перекачивается в сборник горячего сусла 10. Горячее сусло из сборника 10 подается в центробежный тарель- чатый сепаратор 11, в котором оно очищается от взвешенных час- тиц коагулированных белков. Из сепаратора 11 сусло нагнетается в пластинчатый теплообменник 12, где охлаждается до 5...60 С. Ох- лажденное сусло сливают в бродильный чан 13 вместе с дрожжами из чана 14. Брожение длится б...8 сут. По окончании главного бро- жения молодое пиво отделяют от дрожжей и перекачивают в танк 15 для дображивания в течение 11...90 сут. По окончании дображи- вания пиво под давлением диоксида углерода нагнетается в сепара- 13
Рис. 1.2. Машинно-аппаратурная схема производства пива оюо апнэудошогпдц 14
тор-осветлитель 16 и фильтр 17, хде оно освобождается от взвешен- ных в нем дрожжей, других микроорганизмов и мелкодисперсных частиц. Осветленное пиво охлаждается рассолом в теплообменнике 18, насыщается <при необходимости) диоксидом углерода в карбо- низаторе 19 и сливается в танк 20. Отфильтрованное пиво из танка 20 под давлением подается в отделение розлива. 1.3.2. Производство спирта и его ректификация Производство спирта состоит из отдельных биохимических про- цессов: гидроферментативная обработка дробленого зерна или кар- тофеля, охлаждение и осахаривание затора, сбраживание осахарен- ной массы, перегонка бражки и ректификация спирта. Спирт этиловый ректификованный — прозрачная бесцветная жидкость без привкуса и запаха посторонних веществ. Пищевой спирт применяют для приготовления ликеро-водочных изделий, ви- ноградных и плодово-ягодных вин, в производстве парфюмерных изделий и некоторых медицинских препаратов. На рис. 1.3 представлена машинно-аппаратурная схема произ- водства спирта с использованием механико-ферментативной обра- ботки сырья, где стадия разваривания сырья паром повышенного давления заменена гидроферментативной обработкой замеса с по- мощью бактериальной а-амилазы при температурах клейстериза- ции крахмала 60...900 С. Измельченное зерно после молотковой дробилки 3 поступает в смеситель 5 через лоток 2, ще смешивается с теплой водой темпера- турой 60...650 С и а -амилазой ферментативного препарата, посту- пающего из расходного сборника 1. Соотношение зерна и воды, по- ступающих в смеситель, составляет 1:3, а температура замеса под- держивается на уровне 50...550 С. Продолжительность пребывания замеса в смесителе 5 составляет 10... 12 мин. В смесителе 5 происхо- дит начальная стадия разжижения крахмала и растворения сухих веществ, а также обеспечивается нормальная текучесть массы за счет действия а-амилазы. При переработке картофеля измельченная на молотковой дро- билке 4 картофельная кашка также подается в смеситель 5, тде сме- шивается в нем с жидким ферментным препаратом. Из смесителя 5 зерновой замес насосом 7 подается на контактную головку 6, где подогревается паром до 70...72° С, и далее в аппараты 8 и 13 гидродинамической и ферментативной обработки I ступени, объем которых обеспечивает выдержку в нем замеса не менее 3,5...4,0 ч. После заполнения аппарата примерно на 1/3 подключа- ется циркуляционный контур, включающий центробежные насосы 15
3 Рис. 1.3. Машинно-аппаратурная схема производства спирта из крахмалосодержащего сырья
14 и 15, обеспечивающие перемешивание массы в аппарате при ее температуре 65...70°С. Во время гидродинамической обработки сырья происходит дальнейшее разжижение, растворение крахмала и сухих веществ зерна за счет действия а-амилазы. При переработке измельченный картофель, смешанный с а-ами- лазой, закачивается насосом 7 через контактную головку 6 в аппа- раты 8 и 13. Далее процесс осуществляется по параметрам, приме- няемым при переработке зерна. Ферментативно-тепловая обработка сырья осуществляется следу- ющим образом. Замес или картофельная кашка из аппаратов I сту- пени 8 и 13 с помощью дозировочных устройств 9 и 12 отводится в горизонтальный, разделенный на три отсека аппарат 11 гидродина- мической и ферментативной обработки II ступени, снабженный ме- шалками. В первой секции аппарата 11 крахмалосодержащая масса выдер- живается при перемешивании 15...16 мин при 65...72° С, после чего перетекает через переливное отверстие во второй отсек, нагревает- ся в нем острым паром до 72...75° С и выдерживается 15...16 мин. В третьем отсеке температура массы путем подачи в нее пара подни- мается до 85...95° С. Хорошо разжиженная и гидролизованная крахмалосодержащая масса из аппарата 11 насосом 17 закачивается через трубчатый сте- рилизатор 20 и регулирующий клапан 19 в паросепаратор 25, из которого отводится на осахаривание. Учитывая, что на заводах час- то перерабатывается некачественное дефектное сырье, требующее более высокой температуры стерилизации, предусматривается кон- тактная головка 18. В этом случае вторичный пар из паросепарато- ра 25 направляется в первый отсек аппарата 11. В процессе осахаривания стерилизованная масса в испарителе- осахаривателе 23 смешивается с глюкоамилазой, поступающей из расходного сборника 22 через дозатор 21, и выдерживается при 55° С в течение 30...35 мин. Основное количество формалина, по- давляющее развитие кислотообразующих бактерий при сбражива- нии, подается из сборника 24. Сусло из испарителя-осахаривателя 23 плунжерным насосом 26 закачивается в теплообменный аппарат 27 и после охлаждения до температуры складки 18...20° С поступает в бродильные аппараты 31 и 33, где сбраживается непрерывно-поточным способом. При этом способе приготовленные в дрожжанках 28 дрожжи поступают во взбраживатель 29, откуда подаются в головной бродильный ап- парат 31. Сбраживаемое сусло из головного бродильного аппарата 31 последовательно по переточным трубам поступает в бродильные 18
аппараты 33. Из последнего бродильного аппарата зрелая бражка насосом 38 подается на перегонку в дефлегматор ректификацион- ной колонны 43. Насосами 30 и 32 сусло удаляется из бродильных аппаратов на случай дезинфекции. Из выделившегося при броже- нии диоксида углерода спирт улавливается в спиртоловушке 34. Выделение спирта из бражки и очистка спирта-сырца (ректифи- кация) от примесей производится в брагоректификационном ваку- умном аппарате, который состоит из трех колонн: брагоэпюрацион- ной 55, эпюрационной 48 и ректификационной 42, теплообменной аппаратуры, сборных емкостей, насосного хозяйства и системы КИПиА. В дефлегматоре 43 бражка нагревается теплом конденсации спиртовых паров ректификационной колонны 42 до 40...50° С. Из теплообменника бражка поступает в дефлегматор эпюрационной колонны 46, догревается в нем водно-спиртовыми парами эпюраци- онной колонны 48 до 50...550 С и переходит в дополнительный подо- греватель бражки 49, тде ее температура за счет утилизации тепла не сконденсировавшихся в дефлегматоре-испарителе 56 водно- спиртовых паров брагоэпюрационной колонны 55 доводится до 70...75° С. Окончательный догрев бражки до 85...90°С осуществля- ется в подогревателе бражки 50. Нагретая бражка из теплообменника 49 поступает в сепаратор 7, освобождается от диоксида углерода в конденсаторе 53 и из него до- полнительным насосом 51 подается на верхнюю тарелку брагоэпю- рационной колонны 55. Колонна 55 состоит из 34 тарелок, 18 из ко- торых расположены в отгонной части колонны, 11 — в эпюрирую- щей и 5 (пеноулавливающие) — над эпюрирующей частью колон- ны. Эпюрирующая и отгонная части брагоэпюрационной колон- ны 55 разграничены между собой цилиндрической обечайкой с пат- рубком для отбора эпюрированных водно-спиртовых паров. В эпюрирующей части колонны 55 из бражки отгоняется часть спирта с сопутствующими спирту головными и промежуточными примесями, который в виде парового потока поступает в межтруб- ное пространство испарителя, испаряет лютерную воду, конденси- руется и поступает в коллектор бражного дистиллята 56. Эпюрированная бражка переходит в отгонную часть брагоэпюра- ционной колонны 55, где из нее полностью отгоняется спирт. Барда отводится в теплообменник 58, тде отдает тепло бражке и охлажда- ется до 70...75° С. Колонна 55 работает при давлении 150...170 кПа. Эпюрированные водно-спиртовые пары из брагоэпюрационной колонны 55 через пеноловушку 54 тюсгуъаип в кипятильник 50, обогревая при этом эпюрационную колонну 48. Конденсат этпори- 2* 19
рованных паров из кипятильника 50 направляется на 10-ю или 15-ю тарелку эпюрационной колонны 48. Бражной дистиллят из коллектора 56 поступает на 20-ю и 25-ю тарелки эпюрационной ко- лонны 48. Эпюрационная колонна 48 содержит 39 многоколпачковых таре- лок, из которых 20...25 работают в режиме выварки примесей, 6...11 — в режиме гидроселекции примесей и 8 — на концентрирование примесей. Работает колонна при давлении 50...65 кПа. Конденсат с дефлегматора 46 и избыток дистиллята из конденсатора 47 и спир- толовушки 45 возвращаются на верхнюю тарелку колонны для ее орошения флегмой. Лютерная вода в колонну 48 подается насо- сом 41 из сборника лютерной воды 40. Эпюрат из эпюрационной колонны 48 поступает на 16-ю тарелку ректификационной колонны 42. Ректификационная колонна 42 со- стоит из 81 многоколпачковой тарелки, 16 из которых работают на отгонку спирта, 10... 15 — на пастеризацию спирта и 55 — на укреп- ление спирта. Колонна снабжена дефлегматором 43, конденсато- ром 44 и спиртоловушкой 39. Не выделенные в эпюрационной ко- лонне 48 примеси конденсируются в нижней части ректификацион- ной колонны 42 и отводятся с 7...10-й тарелки из паровой фазы. Ректификационная колонна 42 орошается флегмой из дефлегмато- ра 43 и конденсаторов 44 и 39. Отбор ректифицированного спирта производится с 72...75-Й тарелок ректификационной колонны 42. Ректификационная колонна 42 работает при давлении 50...70 кПа. Отбор головной фракции этилового спирта производится из допол- нительного конденсатора 45 эпюрационной колонны 48, откуда фракция отводится в сборник головных фракций. Вакуум в колоннах 55, 46 и 42 создается вакуум-насосом 35. В вакуумную систему входит барометрический конденсатор 37, где в качестве абсорбера используется 10-тарельчатая царга с многокол- пачковыми тарелками. Вода, поступающая на орошение в баромет- рический конденсатор 37, отводится в сборник барометрической во- ды 36. 1.3.3. Производство ликеро-водочных изделий Ликеро-водочные изделия включают широкий ассортимент наи- менований, который можно разделить на две группы: водка и слабо- градусные водочные изделия (наливки, настойки и ликеры), зави- сящие от вида исходного продукта. Водка — крепкий алкогольный напиток, приготовленный сме- шиванием ректификованного спирта и воды с последующей обра- боткой активным углем и фильтрованием. 20
Производство водки (рис. 1.4) состоит из следующих технологи- ческих операций: приемка ректификованного спирта, подготовка воды, приготовление водно-спиртовой смеси, обработка водно-спир- товой смеси активным углем, фильтрование, доведение водки до стандартной крепости и розлив водки. Ректификованный спирт высшей степени очистки (или спирт экстра), поступающий на приготовление водки, принимают по объ- ему, измеряемому специальными мерниками, с одновременным оп- ределение»! содержания этилового спирта. Сортировку или водно-спиртовой раствор приготавливают клас- сическим периодическим или непрерывным способом. При получе- нии водки периодическим способом (см. рис. 1.4) вода, используе- мая для приготовления водки, должна содержать минимальное ко- личество продуктов распада органических азотистых веществ и лег- коокисляющихся неорганических примесей. Воду с общей жестко- стью 1...7 мг-экв/л умягчают катионитами, а с жесткостью более 7 мг-экв/л подвергают до обработки катионитами известкованию или же совместному Na-катионированию. Для улучшения качества воды применяют отстаивание и фильт- рование, коагуляцию и дезодорацию, обезжелезивание и умягче- ние. Вода из напорного бака 7 для снижения жесткости проходит че- рез слой сульфоугля или глауконита в катионитовом фильтре 4. Сульфоуголь регенирируется раствором поваренной соли, которую готовят в солерастворителе 3. Умягченная вода собирается в емко- сти 5 и через мерники воды 23 поступает в сортировочный аппа- рат 17. Спирт из спиртохранилища через конический 22 и цилиндриче- ский 21 мерники поступает в сортировочный аппарат 17. Сюда же из бачков 75 поступают ингредиенты, водно-спиртовая жидкость из бачка 19 после промывки в песочных фильтрах 7, водно-спиртовая жидкость из цеха розлива и остатки других сортировок из бачка 20. В сортировочном аппарате 17 смесь перемешивается мешалкой или насосом 16. Этим же насосом сортировка перекачивается в на- порные баки 2 и далее через форфильтры 10 в угольные колонки 9. Скорость потока жидкости контролируется ротаметрами 6. В уголь- ных колоннах 9 смесь фильтруется через слой активного угля, в ре- зультате чего из нее удаляются примеси, придающие ей неприят- ный вкус и запах. Для регенерации активного угля его обрабатыва- ют паром при температуре 11О...115°С, а образующиеся при этом пары спирта конденсируются в холодильнике 11 и собираются в ем- кости 12. 21
Рис. 1.4. Машинно-аппаратурная схема производства водки периодическим способом 22
Из угольных колонок 9 очищенная смесь через песочные фильт- ры 7 попадает в сборник водки, из которого водка направляется на разливочные автоматы 13. Получающийся брак водки при розливе собирается в сборник 14. Производство слабоградусных водочных изделий (наливок, настоек и ликеров) состоит из следующих операций: под- готовка сырья и полуфабрикатов, купаживание (смешивание), фильтрование, выдержка и розлив. Спиртованный сок — доброкачественный сок плодов или ягод, законсервированный этиловым спиртом высшей очистки до крепо- сти 25%. Спиртованный морс получают настаиванием свежего или сушеного плодово-ягодного сырья с водно-спиртовым раствором крепостью 40...45%. Спиртованные настои — водно-спиртовые вы- тяжки из эфиромасличного или неароматного сырья. Ароматные спирты — продукты, получаемые путем перегонки пряного расти- тельного сырья, залитого водно-спиртовым раствором крепостью 50...60%. Для получения наливок, настоек и ликеров в качестве сырья при- меняют этиловый спирт, ароматный спирт, спиртованные соки и морсы, сахарный сироп и другие компоненты. Машинно-аппаратур- ная схема производства настоек, наливок и ликеров показана на рис. 1.5. При получении ароматного спирта растительное сырье измельча- ется в корнедробилке 1 и траворезке 2. Измельченное сырье загру- жается в экстракционный аппарат 4 и заливается водно-спиртовым раствором. Для ускорения процесса экстрагирования водно-спирто- вой раствор насосом 3 многократно прокачивается через слой из- мельченного сырья. Полученный настой направляется в перегонный аппарат 5, в котором получают ароматный спирт крепостью 60...80%. В холодильнике 8, снабженном смотровым фонарем 6 и дефлегматором 7, ароматный спирт охлаждается и направляется в сборник 9. Сахарный сироп приготавливается в сироповарочном аппарате 23, обогреваемом паром через паровую рубашку и снабженном ме- шалкой. Готовый сироп фильтруется через фильтр 21 и насосом 22 через холодильник 12 перекачивается в сборник 11. Спиртованные морсы получают из сушеного плодово-ягодного сырья, которое измельчается в дробилке 32. Дробленое сырье загру- жается в настойный аппарат 31, в который добавляют водно-спир- товой раствор крепостью 40...50%. В процессе настаивания раствор перемешивают насосом 30. Длительность настаивания 10...14 сут. Готовый спиртованный морс насосом 30 перекачивают в сборник 10. 73
z» DtMtfyrtg Г*----------> 24
Остаток сырья из настойного аппарата 31 насосом 29 подается в пресс 27. После прессования остаток сырья направляется в выпар- ной аппарат 25, в котором из отжатого сырья извлекается спирт. Спиртованные соки на ликеро-водочных заводах изготавливают- ся в сокоморсовых цехах и хранятся в емкостях 26. При подаче спиртованных соков в производство их фильтруют в фильтре 28 и направляют в сборник 10. Смесь из ароматного спирта, соков, сиропа, воды и других состав- ных частей приготавливается в купажных аппаратах 22 и 24. Спирт в купажные аппараты 22 и 24 подается из мерника 13. Для улучше- ния вкуса и аромата изделий смесь (купаж) выдерживается 24...72 ч. После выдержки изделия фильтруются в фильтр-прессе 19. Наливки и настойки направляются в напорные баки 14, из кото- рых изделия через контрольный фильтры 15 поступают в разливоч- ный автомат 16. Ликеры из купажных аппаратов 22 и 24 подаются на выдержку, при которой улучшается их качество. Выдержка ликеров осуществ- ляется в емкости 18 при температуре 8...200 С. Время выдержки 1...6 месяцев, для некоторых сортов ликеров — до 2 лет. Насосом 17 ликеры подаются на розлив в автомат 16 через контрольный фильтр 15. 1.3.4. Производство хлебопекарных дрожжей Дрожжевое производство основано на способности дрожжевых клеток (микроорганизмов) расти и размножаться. Технологический процесс выращивания дрожжей складывается из следующих основ- ных этапов: приготовление питательной среды, выращивание ма- точных и товарных дрожжей, выделение товарных дрожжей из дрожжевой суспензии, формование и упаковка прессованных дрож- жей, сушка дрожжей. Дрожжи используются в хлебопечении для разрыхления теста, а также в кондитерском и консервном производствах. Их применяют для получения витаминов, лекарственных препаратов и питатель- ных сред. Производство хлебопекарных дрожжей осуществляется по следу- ющей машинно-аппаратурной схеме (рис. 1.6). Из сборника 1 ме- ласса насосом 2 направляется в рассиропник 3, в котором она раз- бавляется горячей фодой (90° С), выдерживается 30 мин и подается на кларификатор 5, где освобождается от механических примесей. Осветленное сусло нагревают до 120° С в пластинчатом теплооб- меннике 4, выдерживают 30 с, охлаждают до 80° С и направляют в приточный сборник 6, откуда подают в дрожжерастильные аппара- 25
то&ление питательной среды Рис. 1.6. Машинно-аппаратурная схема производства хлебопекарных дрожжей
ты: 8 — предварительный дрожжерастильный аппарат; 9, 10, 11 — дрожжерастильные аппараты соответственно I, II и III стадии ма- точных дрожжей. Осветление и стерилизация осуществляются в не- прерывном режиме. Минеральные соли (диамонийфосфат, сульфат магния, дестиоби- отин и др.) растворяют в бачке 7 и направляют в аппараты для раз- множения дрожжей 8 и 21 в строго определенных количествах. Выращивание хлебопекарных дрожжей складывается из получе- ния маточных и товарных дрожжей. Маточные дрожжи чистой культуры готовят в количестве, обеспечивающем засев непосредст- венно в товарный аппарат 21, и хранят в виде дрожжевого молока при температуре 2° С. Перед засевом в товарный аппарат 21 маточ- ные дрожжи подвергают жесткой обработке при pH 1,8...2,0 в тече- ние 30 мин. Товарные дрожжи получают по периодической схеме без отборов среды. Различия в технологии прессованных и сушеных дрожжей прояв- ляются, начиная с выделения и подготовки штамма и до получения товарной продукции. Они состоят в величинах удельной скорости роста, засевов, длительности выращивания и концентрации сред. Выросшие маточные и товарные дрожжи выделяют из дрожжевой суспензии, промывают холодной водой и сгущают в сепараторах 12, 14, 16 — соответственно, I, II, III ступени маточных и товарных дрожжей. Дрожжевое молоко после III ступени сепарации маточ- ных и товарных дрожжей собирается в сборник 17, откуда направ- ляется соответственно в сборники 18 и 22 — маточного и товарного дрожжевого молока. Для промывания дрожжей используют специ- альные промывные бачки 13 и 15. Кислотную обработку маточных дрожжей перед засевом проводят в сборнике 19, куда из мерника 20 дозируется серная кислота. Окончательное выделение товарных дрожжей из дрожжевого мо- лока происходит в вакуум-фильтре 24, предварительно обработан- ного раствором поваренной соли из сборника 23. Пластины дрож- жей из вакуум-фильтра 24 попадают в сушилку для дрожжей 26 через шнек 25, при этом пылевидная фракция улавливается в цик- лоне 27. Прессованные дрожжи формуются в бруски и упаковыва- ются в формовочно-упаковочном автомате. 1.3.5. Производство хлебного кваса По технологическим приемам хлебные квасы можно разделить на две группы: квасы, получаемые с использованием процесса броже- ния, и квасы, получаемые купажированием. Технология получения хлебного кваса методом брожения включает следующие операции: 27
приготовление квасного сусла, молочнокислое и спиртовое броже- ние, охлаждение и купажирование кваса и розлив его в емкости. Хлебный квас — прохладительный напиток, насыщенный угле- кислым газом, с приятным ароматом ржаного хлеба. На рис. 1.7 представлена машинно-аппаратурная схема получе- ния хлебного кваса методом брожения. По этой схеме концентрат квасного сусла, доставляемый на завод в автоцистернах /, перека- чивается насосом 2 через мерник 4 в сборник 3. При поступлении концентрата квасного сусла в бочках 5 их устанавливают на под- дон 6, ополаскивают горячей водой и концентрат насосом 7 перека- чивают через мерник 4 в сборник 3 для хранения. Сахар (жидкий рафинированный), доставляемый в автоцистер- нах И, Джосом 2 через теплообменник 12 и мерник 14 подают в сборники 13 с бактерицидными лампами 15. При поступлении на завод затаренного в мешки 16 сахара-песка последние снимают с автомашины на поддоны 18 автопогрузчиком 19 и перевозят для хранения на склад. По мере надобности сахар взвешивают на весах 20, норией 21 загружают в бункер 22 и подают в сироповарочный котел 23, куда предварительно налита вода. Готовый сахарный си- роп насосом перекачивают через фильтр 24 и теплообменник 25 в сборник 17. Для приготовления квасного сусла концентрат квасного сусла на- сосом 2 перекачивают через мерник 4 в сборник 8, где его разбавля- ют горячей водой. Из сборника 8 разбавленный концентрат квасно- го сусла насосом 9 через теплообменник 10 поступает в бродильно- купажный аппарат 27. Сюда же из сборника 17 подают расчетное количество сахарного сиропа, из сборника 40 — воду, а из аппарата 33 — смешанную дрожжевую и молочнокислую закваску. Чистую культуру дрожжей готовят в аппаратах 31 и 32, а чистую культуру молочнокислых бактерий — в аппаратах 34 и 35. Затем чистые культуры дрожжей и бактерий перекачивают в аппарат 33. Сброженное в аппарате 27 квасное сусло охлаждают, выводят осевшие дрожжи в сборник 26, а в бродильно-купажный аппарат вводят еще раз расчетное количество сахарного сиропа и колера, который готовят в аппарате 30 и выдерживают в сборнике 29. Ку- паж кваса тщательно перемешивают и направляют на розлив в ав- тоцистерны 28. При розливе в бочки в схеме предусмотрено исполь- зование изобарических разливочных аппаратов. Воду, используемую на технологические нужды, направляют в промежуточный сборник 36. Оттуда она поступает в песочный фильтр 37 и из него через сборник 38 насосом направляется на ке- 28
29
рамические свечные фильтры 39 для тонкого фильтрования. От- фильтрованная вода поступает в сборник 40. 1.3.6. Производство газированных безалкогольных напитков Производство газированных безалкогольных напитков в соответ- ствии с принятой технологией сострит из следующих операций: кондиционирование воды, приготовление сахарного сиропа, колера и настоек, купажирование смеси сиропа и воды диоксидом углеро- да, розлив. Газированная вода — питьевая вода, насыщенная диоксидом уг- лерода, с кисловатым вкусом, своеобразной свежестью и способная хорошо утолять жажду. Машинно-аппаратурная схема производства газированных без- алкогольных напитков представлена на рис. 1.8. Вода, являющаяся основным компонентом газированного напитка, сначала фильтру- ется в песочном фильтре 9 грубой очиргки. Тонкая обеспложиваю- щая фильтрация воды осуществляется в керамическом свечном фильтре 8. Для тонкой очистки воды используют фильтр-пресс 7, также ра- ботающий под давлением. Осветленная вода насосом 6 подается в катионитовый фильтр 5 для умягчения. Регенерация фильтров осу- ществляется с помощью солерастворителя 3 путем изменения тока воды. Умягченная вода подвергается обеззараживанию ультрафио- летовыми лучами в бактерицидной установке 4. Насосом 1 вода по- дается в холодильник 2, где охлаждается до температуры 4...7° С и направляется в производство. Сахар по мере надобности очищают от посторонних примесей, взвешивают и загружают в сироповарочный аппарат 12. Туда же наливают воду в количестве 40% к массе сахара, подают исправи- мый бак из цеха и кипятят в течение 20...25 мин. Готовый сахарный сироп насосом 13 подают на охлаждение в теплообменник 14. В целях предотвращения кристаллизации сахарозы и придания сахарному сиропу мягкого и приятного вкуса его направляют в си- роповарочный аппарат 15 для инверсии. Инвертный сахарный си- роп после охлаждения в теплообменнике 17 до 25° С насосом 16 пе- рекачивается в сборник 22. Соки и настои из сборника 19, отфильтрованные при необходи- мости в фильтр-прессе 20, насосом 18 подаются в стальной эмалиро- ванный сборник 21. Для растворения лимонной кислоты и эссен- ции, а также для приготовления разных добавок на предкупажной площадке размещены сборники 24 и 25. Колер, используемый для окраски напитков, готовят путем на- 30
Приготовление сахарного сиропа, иолеро, ностаек «вжммм (О « а а (Г a ff ff ID 2f 2Z 31
гревания сахара до 180...20QP С в колеровочном аппарате 10, куда наливают воду в количестве 1...3% к массе сахара. Из колеровочно- го аппарата 10 колер насосом 11 направляется в сборник 23. Купажный сироп готовится в вертикальных купажных аппаратах 26—28, снабженных мешалками якорного типа. Все компоненты купажа поступают в аппарат самотеком из сборников 21—25, смон- тированных на предкупажной площадке. Готовый купажный сироп фильтруется на фильтре 29, охлаждается до температуры 8...10° С и насосом 30 подается в напорный сборник 31, откуда самотеком по- дается на непрерывнодействующую установку для смешивания ку- пажа с водой и насыщения напитка диоксидом углерода. 1.3.7. Производство жидкого диоксида углерода Процесс спиртового брожения сводится в итоге к разложению мо- носахаров на спирт и диоксид углерода и описывается уравнением вида СбНцОб * 2С2Н5ОН+2СО2+И8КДЖ. Наряду с этиловым спиртом и диоксидом углерода при брожении всегда образуются в небольших количествах высшие спирты, альде- гиды, эфиры, органические кислоты и др. Практический выход ди- оксида углерода на спиртовых заводах составляет 5 кг на каждый декалитр спирта, на пивоваренных заводах — 0,13 кг на каждый де- калитр пива. Производство жидкого диоксида углерода состоит из следующих операций: отделение побочных продуктов, сжатие, охлаждение, осушка и очистка, конденсация и фасовка. Двуокись углерода (СОг) используют в жидком, газообразном и твердом (в виде сухого льда) состояниях в зависимости от темпера- туры и давления. В газообразном состоянии это бесцветное вещест- во, не имеющее запаха и обладающее кисловатым вкусом. В жид- ком состоянии — бесцветная, прозрачная, легкоподвижная жид- кость (при температуре 12...15° С и давлении 5,9...6,3 МПа). Машинно-аппаратурная схема утилизации диоксида углерода представлена на рис. 1.9. Выделяемый в процессе брожения и дображивания газ поступает на двойную промывку в насадочные скрубберы 3 и 4, а затем на газ- гольдер 5. Из газгольдера через каплеотделитель газ поступает в первую ступень компрессора 7. После первой и второй ступени газ охлаждается в теплообменниках 8 и 10, проходит через влагомасло- отделители 9 и 11 и поступает на третью ступень компрессора, где сжимается до 7,0 МПа. Затем через холодильник 12, влагоотдеди- 32
омхгхм Охлаждение Осусма и очистка Конденсация Отделение Смнпие Уис. 1.9. Staiuiuino-aiwiapajypiiaucKCMa усилилацин диоксида yiuep»M.a зз
тель 13 и фильтр высокого давления 14 газ направляется в блок сушки 15 и очистки /б. Жидкая двуокись углерода из конденсатора 17 поступает в ресивер высокого давления 18, откуда через теплооб- менник 19 направляется в изометрический сосуд-накопитель 20 и затем в газификатор 21. Концентрация поступающего на утилиза- цию СОг постоянно контролируется автоматическим газоанализа- тором. Двуокись углерода относится к категории опасных грузов, поэто- му транспортируют ее в бесшовных стальных баллонах емкостью до 50 л. Хранят баллоны в одноэтажных складах без чердачных пере- крытий или под навесом. В складах, где температура не должна превышать 35° С, их устанавливают в вертикальном положении. 1.4. Автоматизация производственных процессов в бродильной промышленности Автоматизация технологических процессов предприятий' бро- дильной промышленности является важнейшим средством повыше- ния производительности труда, сокращения расхода материалов и энергии, улучшения качества продукции и внедрения прогрессив- ных методов управления производством. Многообразные техниче- ские средства автоматического контроля, регулирования и управле- ния позволяют создать в бродильной промышленности автоматизи- рованные производства. На рис. 1.10 приведена функциональная схема автоматизации мини-пивзавода, включающая заторно-сусловарочный аппарат 3, фильтрационный аппарат 1, регулятор фильтрации 4, гидроцик- лон 5, теплообменник 6, бродильный аппарат 8, аппарат дображи- вания 9, дрожжевую ванну 7, сепаратор 10. В заторно-сусловарочный аппарат 3 поступают теплая вода, дробленый солод и хмель. Уровень среды в аппарате контролирует- ся датчиком 10а уровнемера 10$ с пневматическим выходным сигна- лом, который подается на вторичный прибор 10в с станцией управ- ления и далее на автоматический регулятор 10g. Исполнительное устройство 10g установлено на линии подачи тепловой воды в аппа- рат 3. Температура воды в заторно-сусловарочном аппарате 3 измеря- ется двумя термометрами сопротивления 1а и 2а, установленными в верхней и нижней частях аппарата. Сигналы поступают на автома- тические мосты 1g и 2g и далее через дистанционные панели управ- ления 1в и 2в, заводятся на пневматические исполнительные уст- ройства 1г и 2g, которые изменяют подачу пара в паровые рубашки заторно-сусловарочного аппарата 3. Давление в паропроводах из- 34
eOHQOimf puc. 1.10. Схема автоматизации минп-нивзавода 3* 35
меряется передающими преобразователями 7а и 8а и вторичными приборами 7б 8g, По окончании затирания затор насосом подается в фильтрацион- ный аппарат /. Температура среды в фильтрационном аппарате / измеряется термометром сопротивления За и вторичным прибо- ром Зб • После начала фильтрования мутное сусло, проходя через регулятор фильтрации 2, перекачивается в фильтрационный аппа- рат 1. Уровень продукта в фильтрационном аппарате 1 контролиру- ется уровнемером 11а , сигнал подается на вторичный прибор 11д через преобразователь 11б и далее через регулирующее устройство 11 г, подается на исполнительное устройство 11g , которое установ- лено на линии подачи промывной воды в аппарат 1. По окончании фильтрования закрывается запорный вентиль 14а, открывается вентиль 15а, и сусло насосом перекачивается в затор- но-сусловарочный аппарат 3, где кипятится с хмелем. Охмеленное сусло подается через хмелеотделитель 4 в гидроциклонный аппа- рат 5. О наполнении гидроциклона 5 сигнализирует уровнемер 12g. По окончании осветления открывается вентиль 18а, и сусло перека- чивается в теплообменник 6, где охлаждается до температуры 5° С холодной (ледяной) водой. Регулирование температуры сусла на выходе из теплообменника 5 происходит следующим образом: тем- пература измеряется термометром сопротивления 4а, сигнал с кото- рого поступает на автоматический мост 4g и далее, через дистанци- онную панель управления 4в , на пневматическое исполнительное устройство 4г , которое изменяет подачу холодной воды в теплооб- менник 6. Далее охлажденное сусло насосом перекачивается в бродильный аппарат 8, куда добавляются дрожжи из ванны для дрожжей 7. По- сле этого пиво перекачивается в аппарат дображивания 9. По окон- чании дображивания пиво направляется в сепаратор-осветли- тель 10, а затем на розлив. На рис. 1.11 приведена функциональная схема автоматизации мини-спиртзавода, включающая бродильные аппараты 1, спиртоло- вушку 2, сборник бражки 3, бражную и ректификационную колон- ны 4 и 7, дефлегматоры 5 и 8, конденсаторы б и 9, спиртоприем- ник 10. В батарею бродильных аппаратов 1 загружаются сырье для получения бражки и холодная вода. Температура массы регулиру- ется термометрами сопротивления 1а, 2а и За, сигнал от которых поступает на автоматические мосты со встроенными пневматиче- скими регуляторами 1а, 2а и За и далее, через байпасные панели 1в, 2ви Зд , подается на исполнительные устройства 1г, 2г и Зг, уста- новленные на трубопроводах подачи холодной воды в батареи. Вер- 36
Рис. I.JJ. Схема ашомашзации мнии-сицрианела 37
хний и нижний уровни бражки в бродильных аппаратах 1 регулиру- ются и сигнализируются уровнемерами 17g, 18g и 19 g. Спиртосодержащие пары, выделяющиеся в ходе брожения, на- правляются в спиртоловушку 2, куда также подается холодная во- да. Схемой предусмотрено регулирование соотношения расходов спиртосодержащие пары — холодная вода. В качестве датчиков рас- хода использованы диафрагмы 12а и 13а соответственно, перепады давления на которых в дифманометрах 12g и 13g преобразуются в унифицированные пневматические сигналы. Далее сигналы посту- пают через вторичный прибор 13в со встроенной станцией управле- ния на регулятор соотношения 13? Исполнительное устройство 13g управления — на линии подачи холодной воды в спиртоловушку 2. Бражка из бродильных аппаратов 1 перекачивается в напорный бак 3, в котором уровень контролируется поплавковым реле 20g, при этом выдается сигнал на запорный клапан 20в. Из напорного бака 3 бражка поступает на питательную тарелку бражной колон- ны 4 и по тарелкам стекает вниз. Расход бражки, определяющий на- грузку брагоперегонной колонны 4, регулируется системой: камер- ная диафрагма 14а , дифманометр 14g, вторичный прибор со стан- цией управления 14в, пневматический регулятор 14г, а также кла- пан 14g. Пары спирта, выходящие из верхней части брагоперегонной ко- лонны 4, охлаждаются в дефлегматоре 5 и конденсируются в кон- денсаторе 6. Схемой предусматривается регулирование температуры в браж- ной колонне 4 с коррекцией по давлению в нижней части колонны, температура в колонне измеряется термобаллоном 4а манометри- ческого термометра 4g с пневматическим выходным сигналом. Дав- ление низа колонны 4 в манометре 8а также преобразуется в уни- фицированный сигнал. Преобразованные сигналы поступают на вторичные приборы 4в и 8g и далее на пневматические регуляторы 4г и 8в соответственно. Исполнительное устройство 8г установлено на трубопроводе подачи пара в бражную колонну 4. Давление в тру- бопроводе подачи пара поддерживается постоянным с помощью ре- гулятора прямого действия давления 9. Уровень барды в нижней части брагоперегонной колонны 4 регу- лируется сигнализатором уровня 21g. Расход конденсата 6 регулируется камерной диафрагмой 15а в комплекте с сильфонным дифманометром 15g, сигнал с которых по- ступает соответственно на вторичный прибор 15в, пневматический регулятор 15 г и далее на регулирующий клапан 15g. 38
Спирт-сырец из брагоперегонной колонны 4 и сконденсирован- ные пары из конденсатора б поступают в куб ректификационной колонны 7, где происходит очистка от головных и хвостовых приме- сей в виде сивушно-эфироальдегидной фракции. Уровень поступа- ющего спирта регулируется сигнализатором уровня 22g. Нагрев спирта-сырца в кубе ректификационной колонны 7 осуществляется изменением расхода греющего пара, поступающего в кипятильник куба. Температура среды в кубе контролируется термометром со- противления ба и автоматическим мостом 6g. Регулирование концентрации ректификованного спирта, отбира- емого из колонны 7, осуществляется по расходу спирта-ректифика- та с коррекцией по температуре на контрольной тарелке. Датчиком расхода является ротаметр 1ба, пневматический сигнал которого подается на вторичный прибор 16g, регулятор 16в и на регулирую- щий клапан 16г, установленный на линии подачи спирта в дефлег- матор 8. Температура на контрольной тарелке измеряется термо- баллоном 5а манометрического термометра 5 g, пневмосигнал с кото- рого поступает на вторичный прибор 5в и далее на регулятор 16в в качестве задания. Давление в верхней части колонны 7 поддерживается подачей холодной воды в дефлегматор 8, а внизу — подачей пара в колонну 7. В обоих случаях используются дифманометры с пневматически- ми сигналами 11а и 10а, вторичные приборы 11g и 10g с станциями управления, автоматические регуляторы 11в и 10д и клапаны 11г и 10г соответственно. Температура спирта-ректификата, поступающего в спиртопри- емник 10, после конденсатора 9 регулируется манометрическим термометром 7g, вторичным прибором 7в, регулятором 7г, сигнал с которого поступает на регулирующий клапан 7д, установленный на линии отводящей воды конденсатора 9. Перелив спирта в спирто- приемник 10 контролируется уровнемером 23g. На рис. 1.12 приведена функциональная схема автоматизации непрерывнодействующей линии приготовления водки, в основе ко- торой лежит способ получения сортировки в непрерывном потоке, когда в смесителе приготовляют водно-спиртовой раствор концент- рацией на 2...5% выше, чем у водки, а затем добавляют умягчен- ную воду и крепость сортировки доводят до нормальной. В схеме непрерывнодействующей линии получения водки спирт из емкости 1 и вода из емкости 7 через промежуточные резервуары 39
Лолера/1 Рис. 1.12. Схема автоматизации непрерывнодействующей линии приготовления водки 40
2 и 6 подаются в смеситель 4. Предусматривается регулирование уровня в резервуарах 2 и 6, а также регулирование соотношения спирт—вода. В качестве преобразователей уровня в резервуарах 2 и 6 исполь- зуются уровнемеры буйковые 6g и 7g соответственно с пневматиче- скими выходными сигналами, которые подаются на вторичные при- боры 6в и 7в с станциями управления и далее на автоматические ре- гуляторы бг и 7г и на пневматические исполнительные устройства 6g и 7^1 установленные на трубопроводах подачи спирта и воды со- ответственно в резервуары 2 и 6. В качестве преобразователей расхода спирта и воды используют- ся индукционные расходомеры 1g и 2б с пневматическими выходны- ми сигналами, которые подаются на вторичный прибор 1в с стан- цией управления и далее на пневматический регулятор соотноше- ния 1г. Пневматическое исполнительное устройство 1g установлено на трубопроводе воды в смесителе 4. После смесителя для доведения концентрации спирта в водке нормальной спирто-водная смесь подается на смеситель 20, куда также подается из резервуара 6 вода и вводят из резервуара 8 инг- редиенты. Схемой предусматривается регулирование плотности ко- нечной сортировки смеси и регулирование расхода ингредиентов.
Глава 2 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОЛОДА На солодовенных и пивоваренных заводах в течение продолжи- тельного времени хранятся большие количества ячменя, пшеницы, ржи и других злаковых культур, предназначенных для производст- ва пива и кваса. Зерно, поступающее на элеватор солодовенного цеха или завода от поставщиков, содержит самые разнообразные примеси и в боль- шинстве случаев имеет повышенную влажность. В таком виде зер- новая масса не может храниться и перерабатываться, а должна очи- щаться, подсушиваться, сортироваться и храниться в оптимальных условиях. 2.1. Зерноочистительные и сортирующие машины Различают зерновую, сорную и минеральную примеси. К зерно- вой примеси относят травмированные, щуплые, проросшие и по- врежденные зерна, а также другие зерновые культуры. К сорной примеси относят семена дикорастущих растении, органическую примесь (полова, ости и др.). Минеральная примесь включает кам- ни, песок, пыль, металлические включения и др. Все эти примеси, ухудшая качество зерна и солода, значительно снижают сохран- ность зерновой массы. Для выделения из зерновой массы примесей, отличающихся от зерен основной культуры по ширине и толщине, применяют маши- ны, основным рабочим органом которых является система вибриру- ющих, вращающихся или движущихся возвратно-поступательных сит. Принцип действия зерноочистительных машин основан на отде- лении примесей от основной массы зерна по линейным размерам и аэродинамическим свойствам. В зерноочистительных машинах применяют различные спосо- бы пневмосепарирования: в вертикальном, наклонном или попереч- ном воздушном потоке; с использованием поля центробежных сил; пневмоинерционное; пневмоситовое и др. Наибольшее распростра- нение благодаря конструкционной простоте и компактности уст- ройств получил способ сепарирования зерновой смеси в вертикаль- ном воздушном потоке. Сортирующие машины разделяют очищенное зерно по толщине 42
и ширине, а триеры — по длине частиц. Металлические примеси извлекаются из массы зерна магнитными аппаратами. Во время мойки зерна частицы с малой плотностью всплывают на поверх- ность воды и удаляются из моечного аппарата в отдельный сборник. 2.1.1. Воздушные сепараторы Воздушные сепараторы (аспираторы) применяют для отделения воздушным потоком примесей, отличающихся от зерна основной культуры аэродинамическими свойствами. Воздушные сепараторы применяют при сепарировании продуктов шелушения зерновых культур. Воздушные сепараторы подразделяют на две группы: с разомкну- тым и замкнутым циклом воздуха. К первой группе относят аспира- ционные колонки и пневмосепараторы, которые выпускают с отно- соотделительной камерой и без иее. Во вторую группу входят в ос- новном воздушные сепараторы. Основные параметры пневмосепараторов, обеспечивающих эф- фективность очистки зерна, — это удельная зерновая нагрузка, размеры пневмосепарирующего канала, скорость воздушного пото- ка, равномерность распределения зерновой смеси по каналу и поте- ри давления в пневмосепараторе. Основной показатель аэродинами- ческих свойств компонентов разделяемой смеси — скорость витания (табл. 2.1). Для эффективного ведения процесса удельная нагрузка не долж- на превышать 2,0...2,2 кг/(ч-м) даже при максимальной ширине канала (до 0,2 м). Для достижения высокой эффективности пневмо- сепарирования не следует принимать удельные нагрузки выше 1,5...1,6кг/(ч-м). Пневмосепарирующий канал характеризуется шириной, высотой от места поступления зерна в канал до поворота в осадочное устрой- ство, высотой от места поступления воздуха в канал до места по- ступления в него зерна и углом ввода сепарируемой смеси в канал. Длину L (м) пневмосепарирующего канала выбирают по оптималь- ной удельной нагрузке q (кг/ч-м) и заданной производительности G (кг/ч): L-G/q. 43
Таблица 2.1 Скорость витания основных культур и примесей Культура, примеси ^вит* м/с 2 3 4 S 6 7 8 9 10 11 12 1 Ячмень Пшеница Рожь Овес Куколь Овсюг Пырей Легкие сорняки Мякина С увеличением ширины канала эффективность очистки возраста- ет, достигая некоторой максимальной величины. При дальнейшем увеличении ширины канала она снижается, так как приходится уменьшать скорость воздуха, обеспечивающую регламентирован- ную четкость сепарирования. Такая закономерность объясняется временем воздействия воздушного потока на компоненты зерновой смеси. Эффективность очистки зерна воздушным потоком зависит от начальной скорости поступления зерна в пневмосепарирующий ка- нал и средней скорости воздушного потока. Оптимальная начальная скорость воздушного потока составляет 0,2...0,4 м/с. С повышением средней скорости воздушного потока эффективность очистки увели- чивается, после чего зерно переходит в “кипящее" состояние, при котором возрастает унос нормального зерна в отходы. При началь- ной скорости 0,3 м/с и нагрузках 0,5...2,0 кг/ (чм) предельная ско- рость составляет 8,5 м/с. При расчете пневмосепарирующего канала скорость воздушного потока для очистки зерна принимают (0,4...0,8) Увит (¥вит опреде- ляют по табл. 2.1). Равномерность распределения зерновой смеси по длине канала оценивают коэффициентом неравномерности Кн, который опреде- ляют соотношением Кн = i=n/2 i = n/2 "I i=n S (Ч1)шах — S (4i)min / S Qb 1=1 1=1 1=1 44
i=n/2 где n — число частей секций пробоотборника; У. (<h)max i=l ' i=n/2 S (4i)min — сумма выборочных величин зерновой нагрузки в 1=1 половине секций пробоотборника соответственно с наибольшим и наименьшим заполнением, кг. Значения коэффициентов неравномерности распределения могут колебаться в пределах от нуля до единицы. При Кн = 0 зерновая смесь распределяется по длине рабочего органа наиболее равномер- но, при Кн = 1 — наиболее неравномерно. При выборе вентилятора расход воздуха Q(m3/c) в пневмосепа- рирующем канале рассчитывается по формуле Q-BLv, где В — ширина канала, м; L — длина канала, м; v — скорость воз- душного потока, м/с. Потери давления в пневмосепараторе определяются сопротивле- нием АН (Па), которое вычисляют по формуле AH-kQ2, где к — коэффициент сопротивления машины, Н-с2/м8; Q — рас- ход воздуха, м3/с. Коэффициент сопротивления зависит от конструкции пневмосе- паратора и равен 0,02...0,15. Потери полного давления составляют от 300 до 800 Па. Воздушный сепаратор А1-БВЗ с замкнутым циклом воздуха предназначен для очистки злаковых культур от примесей, отлича- ющихся аэродинамическими свойствами, а также для отделения лузги после шелушения или полирования. В сварном корпусе воздушного сепаратора А1-БВЗ (рис. 2.1) на- ходятся центробежный вентилятор 6, канал 3 с рассекателем 2, при- емный патрубок 1, рабочая камера 13, пневмосепарирующий канал 4 и осадочная камера 5 со шнеком 9 для вывода относов. Вентилятор и шнек приводятся в движение от общего электродвигателя через клиноременную передачу. В нижней части канала 3 для зерна уста- новлен грузовой клапан 14. В рабочей камере расположены три отражательные планки 11 и гребенки. Выпускной патрубок 10 для предотвращения подсоса воз- духа снабжен клапаном. В верхней части осадочной камеры уста- новлен дроссель 7, представляющий собой трубу, которая проходит по всей ширине осадочной камеры и имеет трапецеидальный вырез 45
Рис. 2.1. Воздушный сепаратор А1 -БВЗ на боковинах. Внутри трубы установлена ось, на которой закреплен сектор из листовой стали. Один конец оси выведен за пределы каме- ры и на него насажена рукоятка для перемещения сектора. Она по- зволяет изменять величину щели и тем самым количество воздуха, циркулирующего в сепараторе. К боковой стенке сепаратора присо- единяют вентилятор. Воздушный поток вентилятором отсасывается через щель дроссе- ля из осадочной камеры и нагнетается в рабочую камеру. Гребенки позволяют равномерно распределить воздушный поток по длине ка- меры. Зерно, преодолевая сопротивление грузового клапана, падает вниз с одной отражательной планки на другую, при этом подверга- ясь действию воздушного потока. Захваченные легкие примеси осаждаются в камере 5 и выводятся шнеком. Очищенное зерно уда- ляют через патрубок 12. Техническая характеристика воздушного сепаратора А1-БВЗ Производительность, т/ч 10 Эффективность, % • 50...60 Длина пневмосепарирующего канала, мм 1200 Ротор вентилятора: диаметр, мм 606 частота вращения, об/мин 1100 46
a Расход воздуха, м /ч Частота вращения шнека, об/мин Мощность электродвигателя, кВт Габаритные размеры, мм Масса, кг 5000 .6000 180...200 3,0 1860x1550x1960 830 Воздушный сепаратор РЗ-БАБ предназначен для очистки злако- вых культур от легких примесей. Приемная камера 12 сепаратора (рис. 2.2) сварной конструкции Рис. 2.2 . Воздушный сепаратор РЗ-БАБ 47
имеет отверстие в верхней части для поступления зерна в смотровое окно. Корпус изготовлен из листовой стали в виде вертикального прямоугольного канала. Его основание сварено из уголков. На боковинах сепаратора по всей высоте расположены смотровые окна 1. Задняя стенка имеет жалюзи 8 для поступления воздуха в пневмосепарирующий канал. Внутри корпуса установлена подвиж- ная стенка 5, которая с передней стенкой корпуса образует пневмо- сепарирующий канал 6. Подвижная стенка состоит из верхней и нижней частей, шарнирно соединенных между собой. Положение обеих частей регулируют штурвалами 4 и 9 так, что можно уста- навливать различную скорость воздуха в верхней и нижней частях пневмосепарирующего канала. В верхней части пневмосепарирующего канала установлена дрос- сельная заслонка 2 для регулирования расхода воздуха. Ее положе- ние фиксируют штурвалом 3. Вибролоток 11 сварной конструкции обеспечивает подачу зерна в пневмосепарирующий канал. Резино- вая накладка вибролотка служит днищем приемной камеры. С кор- пусом лоток соединен резиновыми подвесками и пружинами 7, ко- торые обеспечивают необходимый подбор зерна в приемной камере независимо от нагрузки, что предотвращает подсос воздуха в пнев- мосепарирующий канал. Для установления начального зазора меж- ду вибролотком и приемной камерой служит ось с ограничителем хода 13. Это винтовое устройство, на которое опирается вибролоток. Вибролоток приводится в колебательное движение инерцион- ным вибратором 10, который представляет собой электродвига- тель с дебалансными грузами. Изменяя их положение, увеличива- ют или уменьшают амплитуду колебаний вибролотка в пределах 1,5...2,5 мм. На боковой стенке корпуса расположена люминесцент- ная лампа, освещающая пневмосепарирующий клапан, что облег- чает визуальный контроль и регулирование рабочего процесса. Се- паратор устанавливают на подставке, которую крепят к перекры- тию этажа. Технологический процесс в воздушном сепараторе происходит следующим образом. Зерно поступает в приемную камеру 12, затем на вибролоток 11. Подпор зерна препятствует подсосу воздуха в приемную камеру. Вибролоток не только выравнивает слой зерна по всей длине пневмосепарирующего канала, но и способствует рассло- ению зерновой смеси так, что легкие примеси перемещаются в вер- хний слой. Это способствует более эффективному их выделению воздухом. Кроме того, подвижную стенку 5 в нижней части уста- навливают в такое положение, чтобы слой зерна, сходящего с виб- 48
ролотка 11, был практически горизонтальным. Все это создает оп- тимальные условия для пневмосепарирования. Основное количество воздуха, проходя под вибролотком 11, объ- единяется с воздухом, поступающим через жалюзи задней стенки, и пронизывает слой зерна. Дополнительное поступление воздуха через жалюзи препятствует оседанию пыли в пневмосепарирующем канале. Легкие примеси вместе с воздухом поднимаются вверх по каналу и уносятся в аспирационную систему, а очищенное зерно выводится через выпускной патрубок. Отличительная особенность воздушного сепаратора РЗ-БАБ — это наличие вибролотка, обеспечивающего надежное распределение и расслоение зерна по длине пневмосепарирующего канала, а также возможность регулирования сечения и формы пневмосепарирующе- го канала, что существенно повышает эффективность очистки зер- на от легких примесей. Техническая характеристика воздушного сепаратора РЗ-БАБ Производительность, т/ч 10,5 Эффективность, % 65...75 Расход воздуха, м^/ч 4800 Частота колебаний вибролотка, колеб/мин 1420 Мощность, кВт: электровибратора 0,12 светильника 0,04 Размеры пневмосепарирующего канала, мм: длина 1005 ширина 180 высота 1450 Габаритные размеры, мм 1130x950x1450 Масса, кг 270 . 2.1.2. Зерновые сепараторы Для очистки зерна от примесей, отличающихся от него геометри- ческими размерами (шириной и толщиной), применяют ситовые се- параторы с плоскими и цилиндрическими ситами. Сепараторы с плоскими ситами бывают с возвратно-поступательным и круговым поступательным в горизонтальной плоскости движением сит. К се- параторам с цилиндрическими ситами относят виброцентробежные сепараторы, рабочие цилиндры которых установлены вертикально, и барабанные с горизонтальным расположением барабана. Воздушно-ситовые сепараторы очищают зерно от примесей по аэродинамическим свойствам и линейным размерам. В них зерно от мелких и крупных примесей очищают на ситах, а от легких — в 4. Заказ 5901 49
пневмосепарирующих каналах до поступления зерна на сита и на выходе из машины. Основными расчетными параметрами плоских сит сепараторов являются: ширина и длина подсевных сит, угол наклона их к гори- зонтали, угол направления колебаний и кинематические парамет- ры. Ширину подсевного сита В (м) определяют по формуле B-G/q, где G — производительность, кг/ч; q — удельная нагрузка (на еди- ницу ширины сита), кг/ (ч м). Длину сита L (м) определяют по формуле L=G/qfB, где qf — удельная производительность (производительность на еди- ницу площади сита), кг/ч • м2. Для ориентировочного нахождения удельной производительно- сти сит при различной засоренности Ь (%) и влажности W (%) зер- новой смеси можно использовать эмпирическую зависимость qf = qfl (2,1 - 0,035b - 0.06W + 0,001Wb), где qq — удельная производительность сита при b “ 10% и W = = 15%. Частоту и амплитуду колебаний сит выбирают в зависимости от физико-механических свойств зерна и примесей. Д ля оценки и вы- бора кинематических параметров часто пользуются условным кине- матическим параметром, представляющим произведение угловой частоты со (с*1) в квадрате на амплитуду колебаний R (м): к^а»2!?. или k = a>?R/g. Для достижения проектной производительности при максималь- но возможной эффективности очистки зерна необходимо подбирать сита в соответствии с видом и требуемым качеством перерабатывае- мого зерна. Рекомендуемые размеры отверстий сит приведены в табл. 2.2. Сепаратор ЗСП-10 предназначен для очистки зерна (ячменя, пшеницы, ржи и др.) от примесей, отличающихся геометрическими размерами (шириной и толщиной). Аспирация служит для обеспы- ливания машины и технологических функций не выполняет. При- 50
меси отделяются в процессе последовательного просеивания зерна на ситах. Таблица2.2 Размеры отверстий (мм) сит Культура Сито сортировочное | разгрузочное I подсевное Ячмень 0 10X9X8 06X7 «=д 2X20 Пшеница 08X7X6,5 05X6 С31,75X20 Рожь 08X6,5X6 05X6 СЗ 1,5X20 Овес 0 11X10X9 06X7 СЭ 1,8X20 Кукуруза 012X10X8 07X8 0 3,0 Просо 0 6,5X5,4 04X5 СГ» 1,4X20 Гречиха 08X7X6 05X4 0 3,0 Сепаратор ЗСП-10 (рис. 2.3) выполнен в виде разборной метал- лической станины, внутри которой подвешены два ситовых кузова 1 и 3 на восьми пружинах 8, расположенных вертикально. Для удоб- ства обслуживания сепаратора станина снабжена съемными люка- ми. Возвратно-поступательное движение ситовым кузовам сообщает- ся эксцентриковым колебателем 13, который приводится в действие от электродвигателя 12 через клиноременную передачу. Для равно- мерного распределения зерна по ширине сит служит приемно-рас- пределительное устройство 17 с грузовым клапаном 16. Сепаратор имеет четыре ряда сит: первый — приемное сито 15, второй — сортировочное 4, третий — разгрузочное 5 и четвертый — подсевное сито 6. Сита, кроме приемного, очищаются инерционны- ми очистительными механизмами 2. Зерно, подлежащее очистке, из приемно-распределительного ус- тройства 17, преодолевая сопротивление клапана, поступает равно- мерным слоем на приемное сито 15. Сход с него выводится лотком 14 в сборник отходов 7. Проход приемного сита поступает на сорти- ровочное 4, которое служит для выделения из зерна крупных при- месей. Они сходом с сита попадают в поперечные лотки 9 и выво- дятся из машины. Зерно, прошедшее через сортировочное сито, поступает на раз- грузочное 5, в верхней части которого поток зерна разделяется на две части: одна идет сходом с разгрузочного сита, а другая проходом поступает на подсевное сито 6 нижнего кузова. Сход с разгрузочно- го и подсевного сит (очищенное зерно) объединяют и выводят из ма- 4* 51
Рис. 2.3. Сепаратор ЗСП-10 52
шины. Проход подсевного сита (песок, .семена сорных растений, би- тое и щуплое зерно) по поддону 11 нижнего кузова поступает в пат- рубок и выводится из машины. Машину аспирируют, включая ее в вентиляционную сеть через патрубок 18. При эксплуатации сепаратора ЗСП-10 необходимо, чтобы зерно на половине длины сортировочного сита полностью проходило на разгрузочное сито; размер отверстий этого сита устанавливают так, чтобы сход зерна с него был не ниже 35%, но не более 50% от об- щей нагрузки. Бели зерно сходом с приемного сита и с подсевного попадает в подсев, значит, приемное сито забилось крупным сором, а подсев- ное повреждено. При чрезмерном поступлении зерна на сита за- движка над питателем чрезмерно открыта, при тяжелом ходе коле- бателя и нагреве подшипников необходимо проверить правильность крепления кронштейнов и смазку. Остановка инерционного очистительного механизма может быть вызвана износом колодки тормозного башмака, увеличением зазора между башмаком и угольником, обрывом спиральной пружины. Ес- ли механизм передвигается, но не очищает сито, значит, сработа- лись резиновые очистители или лопнула плоская пружина. Техническая характеристика сепаратораЗСП-10 Производительность, т/ч Эффективность, % Колебания ситового кузова: частота, колеб/мин 10 40...50 500 амплитуда, мм 5 Расход воздуха, м°/ч 900 Сита: ширина, мм 650 угол наклона, град 11 Мощность электродвигателя, кВт 1,1 Габаритные размеры, мм 2600x2000x1800 Масса, кг 1000 Сепаратор А1-БМС-6 предназначен для очистки зерна от приме- сей, отличающихся от него шириной, толщиной и аэродинамиче- скими свойствами. Сепаратор А1-БМС-6 (рис. 2.4) выполнен в цельнометалличе- ском исполнении. Станина разборной конструкции изготовлена из гнутого профиля. Ситовый корпус имеет раму 4, на которой монти- руют балансирный механизм 1 с приводом 3. Раму четырьмя тросо- выми подвесками 18 подвешивают к станине. Сверху на раму уста- навливают ситовый корпус с тремя рядами сит: первый — приемное 53
/J Ht Рис. 2.4. Сепаратор Al-БМС-б 54
сито 8, второй — сортировочное б, третье — подсевное 5. Ситовые рамы вынимают спереди машины. Сита сменные, их подбирают в зависимости от обрабатываемого зерна. Сита, установленные под углом 3° к горизонтали, очищаются резиновыми шариками 20. Си- товый корпус совершает круговое поступательное движение в гори- зонтальной плоскости. Радиус траектории его колебания регулиру- ют сменными грузами 2, а частоту круговых колебаний — шкивами на электродвигателе. Осадочные камеры 13 и 15 с питающими устройствами, двумя вентиляторами 14 и 16 и двумя шнеками 22 устанавливают на ста- нине. Пневмосепарирующий канал крепят к станине и камере вто- рой продувки. В нижней части пневмосепарирующего канала вто- рой продувки вмонтирована магнитная защита 19 для улавливания металломагнитных примесей из зерна. Приемная камера 12 снабжена специальным устройством, кото- рое автоматически поддерживает постоянный уровень зерна в каме- ре независимо от количества поступающего в сепаратор зерна. Это устройство состоит из верхнего 11 и нижнего 10 грузовых клапа- нов, сблокированных между собой тягой 17. Зерно, заполняя приемную камеру, поднимается до верхнего клапана, оказывает давление на него и, преодолевая сопротивление грузов, отклоняет верхний клапан вправо. Одновременно благодаря блокировке клапанов открывается нижний клапан и через образую- щуюся щель зерно поступает в пневмосепарирующий канал 9 пер- вой продувки равномерным потоком по всей его длине. Благодаря постоянному подпору зерна в приемной камере исключается попа- дание воздуха в осадочную камеру, минуя зону сепарирования, что увеличивает эффективность очистки в пневмосепарирующем кана- ле 9. Затем зерно поступает на приемное сито 8, сходом с которого идет крупный сор, удаляемый из сепаратора через лоток. Проход направляют на сортировочное сито б, сходом с которого идут приме- си крупнее зерна, а проход (зерно) поступает на подсевное сито 5, где от полноценного зерна отделяются мелкие, битые зерна, сорня- ки и минеральные примеси. Их собирают на поддоне ситового кор- пуса и выводят за пределы сепаратора через патрубок. Очищенное от мелких и крупных примесей зерно, преодолевая сопротивление выпускного клапана, поступает во второй пневмосе- парирующий канал 21. Легкие примеси, уносимые из зерна воздуш- ным потоком, оседают в камере 15 второй продувки, затем шнеком и по системе лотков, объединяясь с легкими примесями осадочной камеры 13 первой продувки, выводятся из сепаратора. Воздушные режимы в каналах первой и второй продувок регулируют клапана- ми 23, установленными в осадочных камерах. 55
Техническая характеристика сепаратора А1-БМС-6 Производительность, т/ч 6 Эффективность, % 70...80 Колебания ситового корпуса: частота, колеб/мин 330...340 радиус, мм 11 Размер сита: приемного 850x685 сортировочного 1700x685 подсевного. 1700x685 Угол наклона сит,трад 3 Расход воздуха, мл/ч 3200 В том числе в канале продувки: первой 1650 второй 1550 Мощность электродвигателей, кВт 5,05 Габаритные размеры, мм 2300x1400x2300 Масса, кг 1300 Сепараторы типа А1-БИС относят к воздушно-ситовым сепарато- рам, на ситах которых зерно очищается от примесей, отличающих- ся от него шириной и толщиной, а в пневмосепарирующем канале — скоростью витания. Отличительные особенности конструкции таких сепараторов — отсутствие осадочных камер и совмещение функции дебаланса и приводного шкива, что значительно уменьша- ет высоту и обеспечивает безопасность обслуживания, а также на- личие регулируемого пневмосепарирующего канала, позволяющее изменять скорость воздуха. Круговое поступательное движение обеспечивает высокую эффективность очистки зерна от крупных и мелких примесей, а прижим ситовых рам эксцентриковым механиз- мом — хорошую фиксацию, простую установку и выемку ситовых рам. Сепаратор А1-БИС-12 (рис. 2.5) состоит из двухсекционного си- тового корпуса, подвешенного к станине на гибких подвесках, и вертикального пневмосепарирующего канала. В корпусе сепаратора установлены выдвигающиеся рамы с сортировочными 11 и подсев- ными 10 ситами, зафиксированные эксцентриковыми механизма- ми. Ситовые рамы продольными и поперечными брусками разделе- ны на ячейки, в каждой из которых имеется по два резиновых ша- рика 13, предназначенных для очистки сит. К нижней плоскости си- товой рамы прикреплены сетчатые фордоны. На передней стенке ситового корпуса установлен электродвига- тель 9, который посредством клиноременной передачи приводит во вращение шкив 8 с дебалансным грузом, обеспечивающий круговое поступательное движение ситового корпуса. В верхней части стани- 56
Рис. 2.5. Сепаратор А1 -БИС-12 ны установлены приемный патрубок 12 для поступления исходного зерна и патрубок 14 для подключения к аспирационной сети. Очи- щенное зерно выходит через выпускной канал 3. Для вывода круп- ных примесей служит лоток 7, для мелких — лоток 6. Со стороны сходовой части корпуса установлен пневмосепарирующий канал 2 с вибролотком 4, предназначенным для подачи зерна в канал. Для наиболее эффективного выделения легких примесей в пнев- мосепарирующем канале регулируют амплитуду колебаний вибро- лотка, величину вылета его в канал, величину выходной щели и скорость воздушного потока (положением подвижной стенки 1) в верхней и нижней частях канала, а также расход воздуха. В комплект поставки сепаратора входит специальный горизон- тальный циклон, предназначенный для осаждения относов и уста- навливаемый после сепаратора. Циклон представляет собой усечен- ный конус 2 (рис. 2.6), внутри которого на общей горизонтальной оси расположены два внутренних конуса 3 н4 меньших размеров. Они сварены между собой большими основаниями так, что образо- ванный между конусами кольцевой канал вначале постепенно су- 57
4 Рис. 2.6. Циклон сепаратора Al-БИС-12 жается, а затем резко расширяется, переходя в расширительную ка- меру 5, присоединенную к большому основанию наружного кону- са 2. Во входной части циклона приварены четыре криволинейные ло- пасти J, обеспечивающие закручивание воздушного потока в коль- цевом канале. Снизу к расширительной камере присоединяют шлю- зовый затвор 7 либо противоподсосный клапан. Принцип работы сепаратора А1-БИС-12 следующий (рис. 2.7): очищаемое зерно самотеком поступает в ситовый корпус, крупные примеси (сход с сортировочного сита 3) выводятся по лотку 9 из се- паратора, а смесь зерна с мелкими примесями проходом через сор- тировочное сито 3 направляется на подсевное сито 4. Мелкие при- меси (проход подсевного сита) поступают в лоток 12 и удаляются из сепаратора. 58
Рис. 2.7. Технологическая схема сепаратора А1-БИС-12 Очищенное на ситах от крупных и мелких примесей зерно посту- пает на вибролоток 10 и далее в пневмосепарирующий канал; при прохождении воздуха через поток зерна легкие примеси выделяют- ся из зерновой смеси и выносятся воздухом через канал в горизон- тальный циклон. Очищенное зерно из пневмосепарирующего кана- ла через отверстие в полу по самотечным трубам идет на дальней- шую обработку. Техническая характеристика сепаратора А1-БИС-12 Производительность, т/ч Эффективность, % Число ситовых рам: 12 60...80 всего 4 в каждом ярусе 1 Размер ситовых рам, мм Мощность электродвигателя, кВт: 1000x1000 привода 1.1 вибраторов 0,24 Расход воздуха, м^/ч 6000 Габаритные размеры, мм 1950х2525х 1510 Масса, кг 1450 59
2.1.3. Цилиндрические и дисковые триеры Примеси, отличающиеся от зерен основной культуры длиной, от- делить на ситах невозможно. Для этой цели используют триеры. Рабочим органом триера является цилиндр или диск с ячейками, выбирающие короткие частицы. По назначению различают триеры-куколеотборники — для вы- деления из основной массы зерна половинчатых зерен и шаровид- ных примесей (куколя, гречишки и т.п.) и триеры-овсюгоотборники — для отделения зерен основной культуры (ячменя, пшеницы и др.). Ячейки рабочей поверхности куколеотборника выбирают из мас- сы зерна шаровидные примеси и половинчатые зерна, количество которых не превышает 5%. Ячейки овсюгоотборника, напротив, выбирают основную составную часть — ячмень, пшеницу или рожь, количество которой обычно равно 95% объема зерновой массы. Ес- тественно, при равных размерах производительность куколеотбор- ника гораздо больше, чем овсюгоотборника. В современной практике очистки зерна используют два вида по- верхностей: цилиндрические с внутренней ячеистой поверхностью и плоские диски с ячеистой поверхностью на двух сторонах. Поверх- ности цилиндрических триеров выполняют стальными штампован- ными с последующей вальцовкой и свариванием в цилиндр, диско- вых — литыми из серого чугуна СЧ 15-32 с присадками для повы- шения износостойкости. Форма и размеры штампованных ячеек, их расположение и толщина листов регламентируются стандартом. Рабочим размером ячейки (рис. 2.8) служит диаметр d, подбира- емый в зависимости от компонентов сепарируемой смеси зерна (стандарт предусматривает ячейки диаметром от 1,6 до 12,5 мм). Остальные размеры ячейки, определяющие ее форму (диаметр дна db глубина h и h0, радиусы R и г), подбирают в зависимости от но- минального диаметра d. Существенное значение в рабочем процессе цилиндрического триера имеет положение стенки ДД1 ячейки, с ко- торой частица выпадает в приемный желоб. Ее положение опреде- ляется углом б; в современных ячеистых поверхностях этот угол приближается к нулю с целью упрощения технологии изготовления цилиндра. Эффективность работы ячеистых поверхностей зависит от часто- ты ячеек на единице площади и порядка расположения ячеек. Наи- более рациональное расположение — шахматное, когда каждая 60
А-А 5-Б Направление вращения Рис. 2.8. Форма и расположение ячеек на поверхности цилиндрического триера ячейка размещена в центре правильного шестиугольника, а в вер- шинах находятся центры смежных ячеек. В этом случае число яче- ек на 1 м2 поверхности определяют по следующей зависимости: z = 2-106/(VJt2), где t — шаг расположения ячеек, определяемый как t = (0,6... 1,2) d. Штампованные стальные листы для триеров вальцуют на специ- альных приспособлениях (позволяющих сохранить правильную ге- ометрию) , затем сваривают в цилиндр. Стандарт предусматривает четыре типоразмера цилиндров по диаметру и четыре по длине (табл. 2.3). 61
Таблица 2.3 Сочетание диаметра и длины триерных цилиндров Диаметр цилиндра D, мм Длина цилиндра L, мм 750 I 1500 2250 I 3000 400 X X — — 500 X X X — 600 — X X X 800 — X X Основные параметры цилиндрической поверхности с ячейками, определяющими се производительность и эффективность, — диа- метр цилиндра, его длина, размеры и форма ячеек (табл. 2.4). Таблица 2.4 Размеры ячеек цилиндрических триеров Культура Диаметры ячеек (мм) л щя выделения примесей коротких | длинных Ячмень 5,6; 6,3; 7.1 11,2; 11,8; 12,5 Пшеница . 4,5; 5,0 8,0; 8,5; 9,0 Рожь 5,0; 5,6; 6,3 8,5; 9,0; 9,5 Овес 8,5; 9,0; 9,5; 10,5 — Гречиха 5,0 8,5 Просо 2,2; 2,5 3,15; 3,5 Рис 4,5; 5,0 7,1 Кукуруза 8,5; 9,0 — В дисковом триере ячейки расположены на литых дисках. Наибо- лее распространены две формы ячеек (рис. 2.9): с плоским дном — форма III для овальных зерен и полукруглым дном — формы I, II для шаровидных зерен. Рабочий размер ячейки — длина L Предус- мотрено три типоразмера дисков по диаметру: 380, 460 и 630 мм. Наружный диаметр дисков триеров 630 мм, внутренний — 380 мм, шаг дисков на валу 64,5. Число дисков определяет производительность триера. Ячейки на дисках располагают по концентрическим окружностям. Расположе- ние ячеек разной формы и их размеры приведены в табл. 2.5, а ха- рактеристика дисков как унифицированных элементов — в табл. 2.6. 62
Рис.2.9. Ячейки дискового триера: а — форма!; б — форма II; в — форма III Таблица 2.5 Размеры ячеек на дисках Параметры Обозначение ячеек, мм (см. рис. 2.9) 1—4 11-4,51. 1—5 |П—4.51 П—5 |Ш—6 Ш—7 Ш—8 III- 9 Размеры ячеек, мм 1,Ь 4,0 4,5 5,0 4,5 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 h 2,0 2,25 2,5 2,25 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 t 5,5 6,0 6,5 6,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5 Характеристика дисков Таблица 2.6 Показатели Профиль ячеек 1-4 | 1—5 1 И—4,51 II—5 | III—8 Ш—9 Размеры ячеек 1, Ь, мм 4 5 4,5 5 8 9 Толщина диска, мм 8 8 9 9,5 И 12,5 Число ячеек на одной стороне диска 5444 4103 4176 4064 1820 1641 Масса диска, кг 16,1 14,3 16,1 14,7 15,4 16,7 63
Размеры ячеек на триерной поверхности определяют технологи- ческое назначение машины: триеры-куколеотборники — выделение из пшеницы и ржи куколя и битых зерен, триеры-овсюгоотборники — в качестве короткой фракции выбирают зерна пшеницы и ржи, т.е. практически более 90% исходного количества смеси. В триерах- куколсотборниках рекомендуют устанавливать диски с ячейками 4,5...5,0 мм в основных и 4,0 мм в контрольных, в триерах-овсюго- отборниках — 7—9 мм в основных и 9 мм и более в контрольных. Эффективность триерной очистки стандарт регламентирует так: при однократном пропуске пшеницы — выделение не менее 75% содержащихся в зерне примесей, отличающихся длиной (куколь, овсюг, овес и т.д.); при однократном пропуске продуктов шелушения овса — выде- ление не менее 85% шелушеных зерен. При этом количество полноценных зерен в отходах триеров-ку- кол еотборников не должно быть больше 2%, а в отходах триеров- овсюгоотборников — 5% от массы отходов. К основным расчетным параметрам цилиндрического триера от- носят производительность, показатель кинематического режима, транспортирующую способность цилиндра, определяемую скоро- стью осевого перемещения зерна, форму приемного желоба и гео- метрию его установки, а также потребляемую мощность. Производительность цилиндрического триера С(кг/ч) определя- ют по формуле G = qF, где q— удельная нагрузка на триерную поверхность, кг/(ч • м2); F — площадь ячеистой поверхности, м . Кинематический режим цилиндрического триера характеризует- ся показателем К »<u2R/g, откуда частоту вращения п(с-1) и ок- ружную скорость цилиндра v(m/с) определяют по формулам п = (30/л) VKg/R , v = VKgR , где R — радиус цилиндра, м. По кинематическому режиму цилиндрические триеры подразде- ляют на тихоходные (Кт = 0,2...0,3) и быстроходные (Кб = 0,5...0,6). Потребную для работы цилиндрического триера мощность N (кВт) определяют в зависимости от его производительности: N = 0,0002 G. К основным параметрам дискового триера относят производи- тельность, диаметр дисков и их число, кинематический режим, кон- 64
структивное исполнение приемно-впускных и транспортирующих элементов и потребную мощность для привода триера. Производительность дискового триера О(кг/ч) определяют по формуле G = 2t(Ri2 - R22)qz, где Rj, R2 — радиусы диска по внешним и внутренним ячейкам, м; q — удельная нагрузка, кг/ (ч • м2); z — число дисков. Число ячеек на одной стороне диска определяют по формуле X! = jr(D2-d2)/[4(/ + b)2], где D, d — наружный и внутренний диаметры диска, мм; I — размер ячейки, мм; b — ширина перемычки между ячейками, мм. Наружный диаметр D дисков выбирают по конструктивным сооб- ражениям (обычно D== 380, 460 и 630 мм). Внутренний диаметр d определяют из соотношения D/d = 1,65. Кинематический режим дискового триера определяется показа- телем К = cu2R/g, где R — радиус диска по внешним ячейкам. Мощность привода N (кВт) для дисковых триеров ориентировоч- но определяют по формуле N-0.6G. Цилиндрический триер БТС (рис. 2.10) предназначен для очист- ки зерна от примесей, отличающихся от основной культуры длиной. Рабочим органом машины является цилиндрическая обечайка 2 с ячейками 0 8,5 мм на внутренней поверхности. Обечайку соединя- ют с бандажами 1, опирающимися на четыре ролика 9, набранных из пластин прорезиненного ремня и зажатых между фланцами и ре- бордами. Внутри обечайки расположены питающий шнек, 12 и шнек 15 для вывода очищенного зерна. Последний находится в лот- ке 14, передний фартук которого можно поворачивать по направля- ющей 16 и фиксировать в заданном положении винтом. Два клапа- на питающего шнека снабжены грузами, позволяющими регулиро- вать распределение зерна на 2/3 длины цилиндра. Под питающим шнеком 12 расположен скат для подачи зерна в ячеистую поверхность цилиндра. Внутри обечайки на 2/3 длины находится гребенка с плужками 3 для перемещения овсюга вдоль цилиндра. Положение плужков по высотой угод их наклона можно регулировать. Со стороны выпуска овсюга на 1/3 длины цилиндра расположен ворошитель 11. Питающий шнек в конце цилиндра на длине iw.,,150 мм имеет дополнительный фартук для улавливания овсю- S- Заказ 5901 65
Рис. 2. JO. Цилиндрический триер БТС га и возврата его в цилиндр. Для вывода очищенного зерна служит сборник 17, а для вывода овсюга — сборник 8. Для подключения к аспирационной сети в ограждении 7 сделан вырез. Станина 6 триера изготовлена разборной из профильного проката. Триер приводится в действие от электродвигателя 4 через проме- жуточный вал 5, от которого ременной передачей движение переда- ется приводному валу 18 с двумя роликами. Ролики в результате сил трения вращают обечайку 2. С вала 18 движение при помощи цепной передачи 13 передается на шнеки. Пшеница, поступающая на очистку, питающим шнеком распре- деляется тонким слоем примерно на 2/3 рабочей длины цилиндра. Зерна, попадая в ячейки 0 8,5 мм, поднимаются и выбрасываются в желоб шнека, выводящий очищенное зерно в сборник. Овсюг и другие длинные примеси, не помещающиеся в ячейки, скапливаются в цилиндре и в результате сепарации всплывают. При помощи плужков 3, расположенных по оси цилиндра под углом 45...5O0, смесь овсюга с зерном перемещается в контрольную часть (1/3 длины цилиндра), где остатки пшеницы окончательно выделя- ются из овсюга. Ворошитель 11 разрыхляет зерновую массу, облег- чая попадание зерна пшеницы в ячейки. Овсюг через борт цилиндра позволяет устранить занос овсюга из контрольной части в шнек для очищенного зерна. 66
Зерно, поступающее в цилиндрический триер, должно быть очи- щено от металлических и минеральных примесей, способствующих интенсивному износу ячеек триера, а также от липких зерен сорня- ков, которые забивают ячеи. Наибольшую эффективность очистки триер имеет при произво- дительности 5 т/ч и частоте вращения барабана п = 38 об/мин. По- сле включения триера в работу необходимо определить его произво- дительность и, если надо, отрегулировать подачу-зерна. При дости- жении производительности 5 т/ч зерно попадает в отходы, а при меньшей — овсюг заносится в шнек для очищенного зерна. Если не- возможно обеспечить нормальную загрузку триера, необходимо пе- редний фартук шнека повернуть до отказа или закрыть часть яче- истой поверхности цилиндра металлическим листом. Распределение зерна на 2/3 длины цилиндра достигается регули- рованием клапанов и изменением массы грузов. Наклон ската дол- жен быть 35...5O0, передний фартук устанавливают под углом 50°, а дополнительный клапан — под углом 120...150° к горизонтали. Техническая характеристика цилиндрического триера БТС Производительность (на пшенице), т/ч 5 Эффективность, % 75...85 Частота вращения барабана, об/мин 38 Размеры ячеистого цилиндра, мм: длина 1784 диаметр (наружный) 792 диаметр ячеек 8,5 Шнеки: частота вращения, об/мин 197 диаметр, мм 160 шаг, мм 160 Мощность электродвигателя, кВт 2,8 Габаритные размеры, мм 2338x1014x1374 Масса, кг 801 Дисковый триер ЗТО-5М (рис. 2.11) предназначен для очистки семенного зерна от примесей. Внутреннее пространство триера ЗТО-5М разделено накопитель- ным отделением 6 на рабочее и контрольное отделения. Одиннад- цать дисков, расположенных в рабочем отделении, служат для отбо- ра зерна, остальные три предназначены для контроля. Зерновую смесь из рабочего отделения в контрольное подают ковшовым коле- сом 7 и перепускным лотком 8. В верхней части кожуха располо- жены приемный патрубок 14 с заслонкой для регулирования коли- чества поступающего зерна в триер и патрубок 13 для аспирации. В нижней части кожуха смонтировано подвижное днище с отверстия- 5» 67
Рис. 2.11, Дисковый триер ЗТО-5М ми для удаления осевших на дно минеральных примесей и остатков зерна. Для сбора отходов предусмотрен патрубок 9. Основной рабочий орган триера — диски 5, которые на боковых поверхностях имеют карманообразные ячеи. На спицах дисков за- креплены планки, предназначенные для перемешивания зерновой смеси и транспортирования ее вдоль триера. Диски 5 расположены так, что планки образуют винтовую линию вдоль оси вала. Зерно для очистки поступает в триер через приемный патрубок 14 и заполняет внутреннее пространство между дисками. При вра- щении дисков пшеница заполняет карманообразные ячеи и под дей- ствием центробежной силы и силы тяжести отбрасывается в выход- ной патрубок 10 и затем выводится из триера. Длинные цримеси не захватываются ячеями. Гонками на дисках они транспортируются вдоль триера к стенке перегружателя, на- капливаются в конце рабочего отделения и через отверстие в боко- вой стенке попадают в накопительное отделение б, откуда ковшо- вым колесом 7 подаются в контрольное отделение. Здесь отделяются зерновки шденицы, попавшие вместе с длинными примесями. При- меси выпускают из триера через разгрузочный патрубок 11 в боко- вой стенке кожуха 12. Уровень зерна в контрольном отделении регулируют заслонкой, установленной на разгрузочном патрубке 11, которая позволяет ре- 68
гулировать попадание зерна в отходы, доводя его до нормируемой величины. Техническая характеристика дискового триера ЗТО-5М Производительность, т/ч 5 Эффективность, % 80...85 Число дисков: рабочих 11 контрольных 3 Форма ячеек III—8 Частота вращения вала с дисками, об/мин 55 Мотор-редуктор: тип MPA-IV мощность, кВт _ 2,2 Расход воздуха на аспирацию, ы.й/ч 360 Габаритные размеры, мм 250x1000x1000 Масса, кг 570 2.1.4. Магнитные сепараторы В зерновой смеси, поступающей в производство, могут быть ме- таллические примеси, которые нельзя выделить в сепараторах или триерах. Металломагнитные примеси весьма разнообразны по раз- мерам, форме и происхождению: это случайно попавшие предметы (гвозди, гайки, кусочки металла и т.п.) и частицы, попадающие в продукт в результате износа. Наличие таких примесей может при- вести к искрообразованию или повреждению рабочих органов мд- шин. Особенно опасно и нежелательно попадание металломагнит- ных примесей в готовую продукцию. В технологическом процессе переработки зерна предусмотрена установка магнитной защиты после бункеров для неочищенного зерна, перед сепараторами, триерами и дробилками, а также на контроле готовой продукции. Основа рабочего процесса магнитных сепараторов — различие в магнитных свойствах зерновых продуктов и примесей. Для извлече- ния металломагнитных частиц необходимо, чтобы сила притяжения магнита, действующая на них, была не менее проекции на ее на- правление равнодействующей всех механических сил, испытывае- мых частицами. Силу притяжения магнита Р (Н) определяют по формуле Р - 4 105T2S, где Т — магнитная индукция, Тл; S — площадь сечения полюса, м2. Эффективность извлечения металломагнитных примесей зависит от двух основных элементов процесса: притяжения металломагнит- ных частиц к магнитному экрану и удержания их в магнитном поле. 69
Производительность магнитного сепаратора G (т/ч) зависит от толщины слоя h (м), объемной массы у (т/м^) и скорости транспор- тирования у(м/ч) продукта, а также от ширины рабочей зоны В (м) магнитного экрана: G = hyvB. В комплект оборудования входят три магнитных сепаратора: ти- па У1-БМЗ с дисковыми магнитами, типа У1-БМП с плоскими маг- нитами и У1-БММ с кольцевыми магнитами. Магнитный сепаратор У1-БМЗ-01 предназначен для выделения металломагнитных примесей из зерна. В частности, его устанавли- вают после бункеров для неочищенного зерна и непосредственно перед первым подъемом пневмотранспортом. Магнитный сепара- тор У1-БМЗ используют для извлечения металломагнитных при- месей из аспирационных относов, промежуточных продуктов раз- мола и муки. Магнитные сепараторы этого типа имеют одинаковое устройство. Корпус 1 представляет собой сварной короб с отверстиями для при- емки и выпуска продукта (рис. 2.12, о, б). В зависимости от техно- логического назначения и места установки его изготавливают в двух исполнениях. В передней стенке корпуса расположен люк, через который по направляющим 2 вставляют основной рабочий орган сепаратора — Рис. 2.12. Магнитный сепаратор: а — У1-БМЗ; б — У1-БМЗ-01, в — цилиндри- ческий магнит 70
блок магнитов 3. Он выполнен в виде сварного кронштейна, в кото- ром горизонтально установлены два цилиндрических магнита. К кронштейну крепится заслонка 4, перекрывающая отверстие люка корпуса, для герметизации снабжена прокладками и ручкой. Цилиндрический магнит (рис. 2.12, в) состоит из десяти постоян- ных дисковых магнитов 1 с вставками 2 и кожуха 3. Магнитный сепаратор У1-БМП-01 предназначен для выделе- ния металломагнитных примесей из зерна. Магнитный сепаратор У1-БМП используют для выделения металломагнитных примесей из промежуточных продуктов размола зерна. Устройство сепараторов этого типа (рис. 2.13) одинаково. Корпус 1 обоих сепараторов представляет собой короб с отверстиями для приемки и выпуска продукта. Он изготовлен в двух исполнениях в соответствии с технологическим назначением и местом установки. В передней стенке корпуса расположен люк, закрываемый крышкой 8. Для предотвращения выделения пыли установлены прокладки 7. Внутри корпуса смонтированы оси 5 и 13. На них расположены маг- нитодержатель 3 и ограничитель 2. Ребро 12 для направления пото- ка продукта на плоскость блока магнитов и направляющие наклад- ки б крепят к корпусу сепаратора. Рис. 2.13. Магнитный сепаратор: а— У1-БМП; б — У1-БМП-01 71
Магнитодержатель представляет собой сварной кронштейн из не- ржавеющей стали с вставленным в него блоком магнитов. Для удоб- ства очистки магнитов весь магнитодержатель можно вынуть через люк корпуса, а затем снова установить по направляющим наклад- кам. Магнитный блок представляет собой шесть плоских магнитов, собранных в комплект. Отличительная особенность магнитного сепаратора У1-БМП-01 — заслонка, представляющая собой сварной кронштейн, свободно висящий на оси 10. Заслонка обеспечивает равномерную подачу продукта. В зависимости от количества продукта положение за- слонки (угол наклона) регулируют грузом 9. Магнитный сепаратор У1-БММ предназначен для выделения металломагнитных примесей из муки. Корпус 8 представляет собой сварной полый вертикальный цилиндр (рис. 2.14). В верхней его ча- сти расположен приемный патрубок 3 с отбортовкой, которая позво- ляет соединять при помощи хомута сепаратор с самотечной трубой. К нижней части корпуса приварен фланец с отверстиями для уста- новки и закрепления сепаратора. Внутри корпуса сделаны козырь- ки 10, направляющие поток продукта на блок магнитов 11. Ко- зырьки расположены по окружности корпуса двумя рядами в шах- матном порядке. На боковой стороне находится люк для очистки блока магнитов от задержанных примесей. Рис. 2.14. Магнитный сепаратор У1-БММ 72
Дверка 5 с одной стороны связана с корпусом шарнирной пет- лей 4, а с другой — двумя замками 2, герметично закрывающими ее во время работы. Плотность закрывания дверки регулируют вы- движным захватом 1. На внутренней стороне дверки приварены на- правляющие козырьки. В нижней части двери смонтирована под- ставка 13 для установки блока магнитов. Она выполнена в виде ско- бы с приваренным диском. Блок магнитов — основной рабочий орган сепаратора. Он состоит из кольцевых постоянных магнитов, собранных в два комплекта, между которыми находятся два диамагнитных диска, закрытых обе- чайкой. Для равномерного распределения муки в верхней части блока установлен конус. Для удобства очистки магнитов предусмот- рены шариковые опоры 12. На них магнитный блок может повора- чиваться. Если поворот блока затруднен, ручкой 7 ослабляют его прижатие к подставке. Техническая характеристика магнитных сепараторов представ- лена в табл. 2.7. Таблице 2.7 Техническая характеристика магнитных сепараторов Показатели У1-БМЗ- 01 У1-БМЗ У1-БМП- 01 У1-БМП У1-БММ Производительность, т/ч Число: 11 2 11 11 8 блоков 2 2 1 1 2 магнитов в одном блоке 10 10 6 6 7 Габаритные размеры, мм 300х 290х х200 295 х215х хЗОО 455 х370х х38О 355 х 370х х380 700 х340х х340 Масса, кг 6 8 30 25 56 Продукт по конусу 9 поступает в кольцевой канал сепаратора, где при помощи козырьков направляется на блок магнитов. Метал- ломагнитные примеси притягиваются к магнитам, а очищенный продукт выводится через выпускной патрубок 6. Чтобы сепараторы работали нормально, поверхность магнитного блока очищают один раз в семь—десять дней. Периодичность очи- стки зависит от количества металломагнитных примесей в исход- ном продукте и производительности сепаратора. Во время его рабо- ты не рекомендуется открывать крышку и очищать блок магнитов, регулировать или ремонтировать. После каждой очистки во избежа- ние выделения пыли проверяют плотность прилегания крышки (типа У1-БММ), магнитной заслонки (типа У1-БМЗ) или дверки (типа У1-БММ). Запыленность в рабочей зоне не должна превы- 73
шать 2 мг/м3. При необходимости заменяют прокладки, подтягива- ют резьбовые соединения или регулируют захваты замков дверок. 2.2. Аппараты для мойки и замачивания зерна В производстве солода зерно после дозревания, очистки и сорти- рования поступает на мойку и замачивание. На поверхности зерна находятся разные органические и неорганические загрязнения, ко- торые создают благоприятные условия для развития микроорганиз- мов, поглощающих кислород и выделяющих токсические вещества. При мойке зерна перед замачиванием с учетом жесткости воды применяют различные моющие и дезинфицирующие средства (га- шеная известь как щелочная добавка, гидрооксид натрия NaOH, ка- устическая сода НагСОз, кислые добавки, хлорная известь и др.). Замачивание зерна является важным этапом в производстве пи- воваренного солода. Достаточная влажность, наличие кислорода и оптимальная температура — основные условия солодоращения. Свободная влага в зерне, появившаяся в результате искусствен- ного насыщения его водой, обеспечивает переход в раствор пита- тельных веществ и миграцию их к зародышу. Замачивание зерна состоит в увеличении его влагосодержания до 43...48 % к общей мас- се, или до 75...92% к массе сухих веществ. Кроме того, при рацио- нальном ведении замачивания осуществляются мокрая очистка зер- на, обработка зерна антисептиками, активизация жизнедеятельно- сти зерна, для чего через массу зерна продувают воздух и отсасыва- ют диоксид углерода. При производстве солода используются в основном три способа замачивания ячменя: замачивание с продолжительными воздушными паузами, когда для ускорения начала роста зародыша зерна решающее значение имеет оптимальное снабжение его кислородом; оросительное замачивание с воздушными паузами, гарантиру- ющее эффективное увлажнение зерна, достаточный подвод кисло- рода и удаление ингибирующих веществ, выделяемых в процессе жизнедеятельности зерна; воздушно-оросительное замачивание, создающее самые опти- мальные условия для замачивания зерна, так как уже при влажно- сти 27...30% зерно начинает прорастать. 2.2.1. Устройство замочного отделения Для мойки и замачивания зерна используются специальные ап- параты разных конструкций. Как моечные, так и замочные аппара- 74
ты изготовляют из листовой стали толщиной 4...6 мм и обрабатыва- ют специальным покрытием, исключающим коррозию металла. * Современные конструкции замочных аппаратов имеют цилинд- рическую форму, обеспечивающую самотечную выгрузку замочен- ного ячменя. Для загрузки, разравнивания и выгрузки зерна пред- назначен специальный лопастный ротор, который может при вра- щении опускаться и подниматься в зависимости от высоты слоя зер- на. Объем замочного аппарата рассчитывается с учетом объема зама- чиваемого зерна, увеличения объема материала на 40% при росте его влагосодержания до 45% и дополнительного объема для нор- мального ведения замачивания (10... 15%). Общая вместимость всех замочных аппаратов рассчитывается с учетом общей продолжитель- ности замачивания, включающей время на заполнение аппаратов, выгрузку и мойку. При получении солода продолжительность мойки и дезинфекция ячменя тм = 64, а продолжительность замачивания в непрерывном токе воды и воздухе тм= 48...72 ч. Вместимость замочного аппарата Va (м3) равна Va = l,5(Ga/p), где Ga — масса замачиваемого ячменя, кг; р — насыпная плотность зерна, кг/м3 (р“ 650...750). При проектировании замочного отделения вместимость одного замочного аппарата можно рассчитать по формуле Va=UD2/4)(H + h/3), где D — диаметр аппарата, м; Н — высота цилиндрической части, м (Н = 0,4D); h — высота конической части, м (h = 0,5D). Угол образующей конуса аппарата принимают равным а = 45°, тогда его вместимость равна Va = 0,14xD3, откуда D =^2,27Уа. Число замочных аппаратов п рассчитывают в зависимости от продолжительности замачивания: п= [<тм+т3)/24]+1. Расход воды на замачивание ячменя зависит от способа замачи- вания, температуры воды, загрязненности зерна и др. Общий расход воды складывается из расхода на промывку зерна, первое замачива- ние (VM = 0,0015...0,002 м3 воды на 1 кг зерна) и расходов воды при ее сменах во время замачивания (V3 = 0,0008...0,0012 м3 воды на 1 кг зерна). В зависимости от технологии замачивания воду меняют от m = 4 75
до m = 10 раз, тогда общий часовой расход воды VB (м3/ч) определя- ется зависимости ¥в- (VM+mV3)GH/24. Зерно перекачивают из одного аппарата в другой центробежным насосом или с помощью сжашого воздуха. Дат™ замачивания ячменя расход сжатого воздуха принимают из табл. 2.8 при условии, что он охлажден в оросительных камерах кондиционеров. Таблица 2.8 Расход сжатого воздуха на замачивание 1 ы ячменя Технологическая операция Расход сжатого воздуха иа 1 кг ячменя Р, мл/(кг- ч) (при 20°С и давлении 0,01 МПа) Рабочее давление сжатого воздуха Рс, МПа Плотность сжатого воздуха />р,кг/мл Мойка ячменя 0,033 0,15 2,82 Сухая продувка 0,037 0,10 2,86 Влажная продувка 0,052 0,15 2,82 Перемешивание зерна 0,039 0,15 2,82 Перекачивание зерна из одного аппарата в другой 0,031 0,30 4,50 Замачивание ячменя: при непрерывном токе воды и воздуха 0,013 0,15 2,82 оросительное 0,033 0,15 2,82 Солодоращение в системе доувлажнения охлаждаемого воздуха 0,004 0.12 2,48 Расход сжатого воздуха на 1 кг зерна при мойке и зама- чивании ориентировочно можно принимать в пределах Р = = 0,04...0,06 м3/(кг-ч). Расчет общего часового расхода сжатого воз- духа Рн (м3/ч) при рабочем давлении ведут в пересчете на нормаль- ное давление по формуле Рц ~ I (Рм + Рз> Он 1 (Рр/рн) > где Рн, Р3 — расход сжатого воздуха на 1 кг ячменя соответственно при мойке и замачивании, м3/(кг-ч); рр, рн — плотность воздуха соответственно при рабочем и нормальном давлениях, кг/м3 (рн = = 1,29). Моечный аппарат для зерна (рис. 2.15) состоит из цилиндриче- ского корпуса 4 у моечного устройства 5, вертикального привода со шнеком 3, сливной коробки 2 и выпускного устройства /. Переме- 76
шивание зерна в целях его мойки и насыщения кислородом осуще- ствляется с помощью моечного устройства 5, расположенного в цен- тре аппарата. Вместо вертикального шнека для перемещения зерна в моечное устройство 5 может подаваться сжатый воздух. В замочном аппарате с коническим днищем (рис. 2.16) подава- емый по трубопроводу 4 в нижнюю часть эрлифтной трубы 2 сжа- тый воздух увлекает за собой зерно с водой и поднимает его вверх. Сшпый ооздух Рис. 2.15. Моечный аппарат Рис. 2.16. Замочный аппарат Плотность смеси воды и воздуха намного ниже плотности воды и зерна, находящихся вокруг трубы 2. За счет этой разницы зерно поднимается по трубе вверх, где с помощью сегнерова колеса 3 рав- номерно распределяется по объему аппарата. Сжатый воздух подается также в кольцевые барабаны трубки 1, которые расположены на внутренней поверхности конической час- ти замочного аппарата. Для равномерного распределения воздуха по всему объему аппарата в трубках 1 в нижней части имеются от- верстия диаметром 2...3 мм. Для спуска замоченного зерна в аппа- рате для солодоращения в нижней части замочного аппарата нахо- дятся вентиль с клапаном 5 и спускной штуцер 6. В таком аппарате перед замачиванием можно проводить и мойку зерна. Для удаления диоксида углерода замочный аппарат дооборудуется вентилятором, который подключается к его конической части. 77
Типоразмеры используемых в производстве цилиндроконических аппаратов периодического действия приведены в табл. 2.9. Таблица 2.9 Техническая характеристика типовых замочных аппаратов Вмес- ти- мость м Масса зама- чива- емого ячменя Ся-Кг Размеры аппарата Масса аппа- рата оа» кг Масса с полной нагруз- кой Оп,кг Особенности конст- рукции Диа- метр D, м Высота цилин- дричес- кой части Н, м Высота кони- ческой части h, м Общая высота (Н+Ю, м 16,0 7000 3,340 1,250 1,270 4,971 2000 18400 С рассеива- ющим колпа- ком и сливной коробкой 17,6 7500 3,340 1,400 ч 1,720 4,800 2000 20000 С сегнеровым колесом без сливной ко- робки 26,0 12000 3,400 2,300 1,800 5,800 3100 29000 С сегнеровым колесом и сливной коробкой 30,0 13500 3,500 2,550 1,740 7,376 3360 33400 С удлинен- ным эрлифтом 35,0 14750 4,500 1,405 2,330 5,500 3360 40200 С рассеива- ющим колпа- ком и сливной коробкой 37,0 15300 4,500 1,505 2,330 5,475 3450 41300 С сегнеровым колесом без сливной ко- робки 52,0 24000 4,500 2,500 2,250 6,400 5600 57600 С сегнеровым колесом и сливной ко- робкой Моечные и замочные аппараты размещаются между зернохрани- лищами и отделением для солодоращения. Аппараты можно распо- лагать на одном уровне или один над другим с учетом возможности транспортирования зерна. На рис. 2.17 показана схема установки замочных аппаратов в за- мочном отделении. Зерно из бункера 1 засыпается в моечный аппа- рат 3 приводом мешалки 2 и освобождается от грязной воды в от- делителе 6. После мойки зерно перекачивают центробежным насо- сом 11 в замочные аппараты 7, а из последних в солодовню. Гибкий 78
Рис. 2.17. Схема установки замочных аппаратов в замочном отд<
Рис. 2.18. Схема установки непрерывного зама- чивания зерна шланг 4 служит для направления потока зерна в тот или иной аппа- рат. Воздушный компрессор 9 предназначен для нагнетания сжатого воздуха из резервуара 8 в кольцевые барботерные трубки барботера 5. Для перемещения замоченного зерна служит транспортер 10. Устройство замочного отделения необходимо постоянно совер- шенствовать в соответствии с технологическими и экологическими требованиями. При проектировании замочных отделений рекомендуется схема непрерывного замачивания зерна (рис. 2.18). Установка состоит из моечно-дезинфициру- ющего аппарата 1, снаб- женного наклонным шнеком 2, оросительной системы 3 замочного ап- парата 4 и камеры кон- диционирования возду- ха 5. Сухой очищенный яч- мень непрерывно пода- ют в моечно-дезинфици- рующий агрегат 1, в ко- тором зерно интенсивно перемешивается шнеком 2 с водой, дезинфициру- ется с раствором и очи- щается от легких приме- сей (сплава). Промытый ячмень направляют на воздушно-оросительное замачивание в замоч- ный аппарат 4, состоящий из четырех камер, установленных одна над другой. Камеры имеют форму усеченной пирамиды, в нижней части которой находится разгрузочное устройство б. Зерно под дей- ствием силы тяжести проходит последовательно все камеры, в каж- дой из которых имеется система форсунок для увлажнения ячменя водой. Для расчета камеры кондиционирования воздуха обычно прини- мают удельный часовой расход воздуха Ууд ” 1,18 м3/ (кг-ч) на 1 кг перерабатываемого воздушно-сухого очищенного ячменя. Площадь поперечного сечения камеры кондиционирования воз- духа FK (м2) рассчитывают по формуле 80
FK = бяУуд/ (3600 vK) - bK/K, где Ga — масса перерабатываемого ячменя, кг; vK — скорость дви- жения воздуха в камере, м/с (vK=l,5...3,0); Ьк — ширина камеры, м; /к — длина камеры, м. Количество теплоты, которое необходимо забрать из свежего воз- духа при его охлаждении Q (кДж/ч), определяется зависимостью Q = GaVynpB(Io - Ip, где рв — плотность кондиционированного воздуха, кг/м3; Io, Ii— соответственно энтальпии свежего (наружного) и кондициониро- ванного воздуха, кДж/кг. Расход воды на охлаждение воздуха УвОхл(м3/ч> рассчитывают по формуле Vboxji = Q/ f^-BpO^Bi — (в2^ Ь где Сд — удельная теплоемкость воды, кДж/ (кг - К); р$ — плотность воды, кг/м , tB1> tB2 — начальная и конечная температуры охлажда- ющей воды, °C. При определении расхода воды на увлажнение воздуха следует иметь в виду, что холодная вода испаряется медленно (tH = 1...3% в час от общего количества распыляемой воды), а подогретая быстрее (до t„ = 5% в час), поэтому действительный расход воды превосхо- дит теоретический расход воды Увт (м3/ч): VBT = G„Vw(d]-d0), где dj, d0 — соответственно влагосодержание кондиционированного и свежего (наружного) воздуха, кг/кг. Действительный расход воды У^^ (м3/ч) с учетом того, что ис- паряется всего t„ = 3 %, определяют по формуле VByIUI = GaVyfl(di-do)(lOO/tM). Для распыления охлаждающей воды устанавливаются центро- бежные распылительные форсунки. Расход воды одной форсункой любого типа Gi (кг/ч) равен Gi = 103кфдф710Р, где кф — коэффициент, зависящий от конструкции форсунки (кф = = 30...50); dф — диаметр выходного отверстия форсунки, м; Р — давление воды, МПа. 6. Заказ 5901 81
Число форсунок для увлажнения воздуха водой Пф рассчитывают по формуле ПФ = 2.3. Оборудование для солодоращения Целью проращивания солода является синтез и активизация не- активных ферментов, под влиянием которых в процессе затирания достигается растворение всех резервных веществ зерна. Под дейст- вием ферментов при солодоращении часть сложных веществ зерна превращается в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрины и высшие де- кстрины, пептоны, пептиды, аминокислоты и др. В проращиваемом зерне происходят те же биохимические и фи- зиологические изменения, что и при естественном проращивании его в почве. Переход зародыша от состояния покоя к активной жиз- недеятельности возможен только при достаточной влажности, нали- чии кислорода и оптимальной температуры. Технологические требования к проращиванию зерна характери- зуются следующими показателями: температурой, при которой происходит проращивание зерна на отдельных стадиях; содержани- ем влаги в зерне; соотношением кислорода и диоксида углерода в слое зерна на отдельных стадиях проращивания; продолжительно- стью проращивания. 2.3.1. Ящичные солодорастильные установки Замоченное зерно проращивают в пневматических солодовнях, соблюдая определенный температурный режим (10... 14° С), прово- дя при этом аэрацию (при относительной влажности воздуха <р =100%) и отвод теплоты, которая выделяется при дыхательных окислительно-энергетических процессах, протекающих в солоде. Согревание солода происходит за счет интенсивного дыхания зерна, которое проявляется в окислении соответственно крахмала и жиров. Удельные тепловыделения при окислении этих веществ составляют соответственно 17 390 и 39 480 кДж/кг. Знание количества окис- ленного вещества позволяет определить количество теплоты, выде- лившейся при солодоращении, и соответственно рассчитать расход и параметры кондиционированного воздуха. Для управления проращиванием зерна применяют механизиро- ванное пневматическое солодоращение, основанное на продувкЬ че- рез высокий (0,6... 1,5 м) слой материала кондиционированного воз- духа. При этом обеспечивается снабжение зерна кислородом возду- 82
ха, удаление диоксида углерода и других ишнбирующих веществ, которые выделяются при проращивании, и достигается необходимое охлаждение слоя. Ворошение проращиваемого зерна в аппаратах осуществляется специальными шнековыми ворошителями. Пневматические прямоугольные аппараты вмещают 10... 150 т зерна. Для обслуживания и контроля между двумя аппаратами пре- дусмотрена площадка шириной около 1 м и длиной, равной длине аппарата (10...50 м). Аппараты снабжены каналами, по которым от- работанный воздух с диоксидом углерода возвращается к вентиля- тору для повторного использования. Пневматический аппарат для проращивания зерна (рис. 2.19) имеет прямоугольную форму с открытой верхней частью. Рис. 2.19. Пневматический аппарат для проращивания зерна б* 83
В корпусе аппарата 3 проращиваемое зерно располагается гори- зонтальным слоем высотой 0,6... 1,5 м на несущем ситовом поддоне Г. Разравнивание, ворошение и выгрузка свежепроросшего солода производится шнековым ворошителем 2. Пневматический аппарат оснащается отдельным напорным вен- тилятором, системой охлаждения и увлажнения воздуха. Отноше- ние ширины аппарата к длине выбирается с учетом* обеспечения равномерного распределения воздуха и может составлять 1:4 и 1:8. Стенка аппарата высотой 1,2...3 м над ситом изготавливается из же- лезобетона или кирпича толщиной 0,15...0,20 м. На верхней части боковых стенок устанавливаются рельсы и зубчатые штанги для пе- редвижения шнекового ворошителя. Высота подситового простран- ства аппарата составляет 1,6...2,0 м. Живое сечение плетенных из нержавеющей проволоки сит, на которых находится зерно, должно быть больше 20%. Днище аппарата должно иметь уклон для стока воды в сборник. Выгрузка свежепроросшего солода из аппарата про- водится в течение 2...3 ч. Шнековый ворошитель Ш4-ВВШ состоит из ворошителя и раз- грузочной стенки. Ворошитель представляет собой сварной корпус, в котором установлены механизм ворошения, обеспечивающий вра- щение вертикальных шнеков, перемешивающих солод, механизм передвижения и система орошения, обеспечивающая подачу воды к перемешиваемому ячменю. Кинематическая схема шнекового солодоворошителя Ш4-ВВШ-14 приведена на рис. 2.20. Корпус ворошителя состоит из сварной балки 22 коробчатого сечения и двух щек, в которых уста- новлены четыре катка 8. Сверху корпус закрывается четырьмя лег- косъемными крышками. Механизм солодоворошения состоит от трех до девяти вертикаль- ных шнеков 12 и связанных с ними зубчатой передачей 13 редукто- ра 14 с электродвигателем 15. Валы шнеков 12 вращаются в кониче- ских роликоподшипниках. Шнеки имеют левое и правое направле- ние витка. Вращение шнеков 12 осуществляется от трех приводов. Механизм передвижения состоит из двухскоростного электродви- гателя 16, двух последовательно соединенных цепной передачей 19 червячных редукторов 17 и 20, приводных валов 23, соединенных с помощью зубчатых муфт 2/ с концами тихоходного вала редуктора 20 и цевочных звездочек 9, насаженных на концы приводных валов. На ведущей звездочке цепной передачи 19 установлена муфта 18 предельного момента, ограничивающая усилие, развиваемое воро- шителем при движении. Система орошения состоит из вихревого насоса 10 с электродви- 84
Рис 2.20. Шнековый оолодоворошитеяь Ш4-ВВШ-14 гателем //, всасывающего патрубка со съемным сетчатым водоза- борником, горизонтального коллектора с 28 форсунками на напор- ной линии. Разгрузочная стенка состоит из рамы, перекатывающейся так же, как и ворошитель, на четырех катках. Рама снабжена двумя щеками, между которыми подвижно закреплен щит. При солодора- щении щит является торцевой стенкой ящика и препятствует попа- данию солода в горизонтальный шнек 7. При выгрузке солода раз- грузочная стенка с помощью специального устройства сцепляется с ворошителем, щит поднимается, и ворошитель со стенкой начинает движение вдоль ящика. При этом поднимаемый стенкой солод по- ступает на горизонтальный шнек 7, который продвигает его к сере- дине и перебрасывает на наклонный шнек 3, подающий солод на транспортное устройство. Горизонтальный шнек имеет правое и ле- вое направление винтовой линии. В средней части шнека на валу имеются специальные лопатки. Передней стенки горизонтальный шнек не имеет, а в задней стенке напротив лопаток имеется окно, по которому солод поступает на наклонный шнек. Привод горизонтального шнека состоит из электродвигателя 26, червячного редуктора 25 и цепной передачи 24, а наклонного — из редуктора 2 и электродвигателя 1. Подъем щита осуществляется рычагами с помощью подъемного механизма, состоящего из лебедки 4 с системой блоков. Привод лебедки состоит из электродвигателя 6 и червячного редуктора 5. 85
Управление работой солодоворошителя осуществляется или с пульта, расположенного непосредственно на ворошителе, или дис- танционно с пульта, находящегося в другом помещении. Техническая характеристика ворошителей Показатели Ш4-ВВШ Ш4- ВВШ-8 Ш4- ВВШ-9 им- евши 3 Ш4- ВВШ-14 Производительность, т/ч: при ворошении (по ячменю) при выгрузке 54 60,5 88 94,5 (по сухому солоду) 21 23,5 34 36,6 Удельная нагрузка на сито по ячменю, kt/mz 550 Установленная мощность электродвигателей, кВт: ворошителя разгрузочной стенки 9,6 9,7 9 13,7 13,7 Ширина по шнекам, мм 3955 4445 6445 6945 Высота от сита до головки рельса, мм Частота вращения шнеков, 2000 об/мин 8 Диаметр шнека, мм 485 Шаг витка шнека, мм 335 Скорость передвижения, м/мин: при ворошении 0,4 при выгрузке 0,2 Диаметр шнеков, мм Шаг шнека, мм: 500 наклонного 400 горизонтального 500 Частота вращения шнека, об/мин: наклонного 91 горизонтального 45 Габаритные размеры, мм: длина (вдоль ящика) ворошителя длина ворошителя со I860 стенкой ширина ворошителя 4430 4930 2890 6930 7230 ширина ворошителя со стенкой 4770 5270 7270 7770 высота от сита Масса, кг: 3300 ворошителя 3126 3320 3344 3660 разгрузочной стенки 2024 цевочной рейки 2170 10,75 2256 2434 86
Количество воздуха, необходимое для проветривания проращи- ваемого в пневматической солодовне зерна, рассчитывают в соот- ветствии с количеством выделяющейся при проращивании теплоты. Тепловой баланс пневматической солодорастильной установки мо- жет быть представлен следующим образом: Приход теплоты Расход теплоты Теплота, вносимая в аппарат с замоченным зерном, Qi“GaC3t2 Теплота, выделяемая при со- лодоращении, Q2 = GqqS Энтальпия самого аппарата при загрузке ячменя, Q3 = Gacat2 Теплота, вносимая в аппарат с кондиционированным возду- хом, Q4 = IiL Теплота, уходящая с солодом при выгрузке, Q5 -,Gccct3 Теплота, выделяемая при со- лодоращении, Qe“ I2L Энтальпия самого аппарата при выгрузке солода, Q7 = Gacat3 Потери теплоты в окружаю- щую среду, Qg = aFAttp В приведенных формулах G«, Ga, Gc и Ga — масса соответственно очищенного ячменя, замоченного зерна, свежепроросшего солода и солода при выгрузке из аппарата, кг; сз, Сс, са — удельная теплоем- кость соответственно зерна, солода, материала стенок аппарата, кДж/ (кг - К); t2 и t3 — температура замоченного зерна при загрузке и свежепроросшего солода при выгрузке, °C; q — удельное количе- ство теплоты, выделяемой при проращивании зерна на 1 кг по- терь сухих веществ, кДж/кг (q = 17 982 кДж/кг); S — потери сухих веществ при проращивании, кг; Ii, I2.— удельная эн- тальпия кондиционированного и отработанного воздуха, кДж/кг; L — расход воздуха на проветривание солода, кг; а — коэффициент теплоотдачи от поверхности солода окружающему воздуху [а = =25,12 кДж/ (м-Ч’К) ]; F — площадь поверхности, занимаемая со- лодом в аппарате, м , At — разность температур между средней температурой и температурой в помещении, °C; тр — продолжи- тельность солодоращении, ч. Причем при влажности замоченного зерна W3 = 45% G3=l,51Ga, а при влажности свежепроросшего солода Wc = 43 % Gc = 1,42Ga. Уравнение теплового баланса имеет вид Ql +Q2 + Q3 + Q4 = Q5 + Q6 + Q7+ Qe- Так как количество теплоты Q7, отдаваемой аппаратом при вы- грузке солода, мало отличается по величине от количества теплоты Q3, выделяемой аппаратом при загрузке замоченного ячменя урав- нение теплового баланса будет иметь такой вид: 87
Qi + Q2 + hL = Qs + l2L+ Qg, откуда расход воздуха (в кг) на проветривание солода L» (Qi +Q2- Q5- Q8>/(h- h)- Расход воздуха зависит от многих факторов, в том числе в значи- тельной степени от потерь сухих веществ S и разности энтальпий (I2 - Ii). Энтальпия влажного воздуха I (кДж/кг) определяется по диаграмме Л.К. Рамзина или рассчитывается по формуле Молье I= сВозд! + cntd <pi + rgdy>2> где с^д, сп — удельная теплоемкость соответственно абсолютно су- хого воздуха и водяного пара [с^д = 1,005 кДж/(кг-К); сп - = 1,88 кДж/(кг-К) ]; t— температура абсолютно сухого возду- ха, °C; d — влагосодержание воздуха, кг/кг; г0 — удельная теплота испарения воды при 0°С (г0= 2500 кДж/кг); <pi — относительная влажность кондиционированного воздуха, %; <р2 — относительная влажность отработанного воздуха, %. Для подбора вентилятора определяют объемный часовой расход воздуха (м3/ч) по формуле VB = LK/(rnp24pB ), где L — полный расход воздуха за весь цикл проращивания солода, кг; К — коэффициент неравномерности (при индивидуальной уста- новке вентилятора на каждом ящике К = 2,3; при групповой уста- новке К = 1,1); тпр — число суток проветривания ячменя (тпр = 65 сут); рв — плотность кондиционированного воздуха (рв = = 1,29 кг/м3 при t= 12°С). Удельный объемный расход воздуха Ууд на каждый килограмм очищенного сухого ячменя, идущего на замачивание [м3/(кг-ч)], равен Vy„ =VB/GB. 2.3.2. Солодовни с передвижной грядкой В солодовне с передвижной грядкой осуществлен поточный спо- соб. солодоращения, при котором проращиваемое зерно периодиче- ски перебрасывается ковшовым солодоворошителем вдоль ящика от места загрузки к месту выгрузки. Солодовня с передвижной грядкой (рис. 2.21) представляет собой длинный ящик 6, подситовое пространство 9 которого разделено в 88
Рис. 2.21. Солодовня с передвижной грядкой поперечном направлении перегородками на несколько отделений, число которых равно или кратно числу суток ращения. На продоль- ных стенках ящика 6 уложены рельсы, по которым вдоль ящика пе- риодически передвигается ковшовый солодоворошитель 5 с по- мощью тележки 4. При рабочем ходе ворошитель 5 перебрасывает проращиваемое зерно, чем достигается не только его перемешива- ние, но и перемещение вдоль ящика. Рабочий ход ворошителя имеет направление от места выгрузки готового солода к месту загрузки замоченного ячменя. Замоченное зерно из замочных аппаратов 7 и 8 загружается всегда в одно и то же место солодорастильного ящика б. Ворошитель приводится в движение через каждые 12 или 24 ч и каждый раз перебрасывает зерно на один шаг, а на освободившуюся площадь сита вновь загру- жается замоченное зерно. Солод, проходя к месту выгрузки, при очередном рабочем ходе ворошителя выбрасывается в бункер 3, от- 89
куда транспортерами / и 2 (шнеком, лентой, элеватором и т.п.) пе- редается в сушилку. Пророщенное зерно проветривается кондиционированным возду- хом, который нагнетается вентилятором в центральный канал 10, проходящий вдоль всего солодорастильного ящика 6. Подача конди- ционированного воздуха из этого канала в каждое отделение подси- тового пространства 9 регулируется шибером в зависимости от ин- тенсивности роста, необходимости отвода выделяющегося диоксида углерода и поддержания оптимальной температуры. При параллельной установке нескольких солодорастильных ящи- ков 6 с передвижными грядками кондиционеры размещают с таким расчетом, чтобы в каждом из них воздух готовился для определен- ной стадии солодоращения: в первом кондиционере — неувлажнен- ный воздух для подсушивания влажного, только что выгруженного в ящик замоченного зерна и подваливания свежепроросшего солода перед выгрузкой его из солодовни в сушилку; во втором кондицио- нере — охлажденный и увлажненный воздух для проветривания грядки на третий-четвертый день солодоращения и т.д. Ковшовый ворошитель солода типа ВВС (рис. 2.22) предназна- чен для механизации трудоемких процессов солодоращения — во- рошения и выгрузки солода из ящиков. Он состоит из тележки воро- шителя У, ворошителя ковшового 2, механизма подъема ковшей 3 и электрооборудования 4. Тележка ворошителя 1 представляет собой сварную металлокон- струкцию, состоящую из рамы, вала заднего и переднего ходов, ко- лес передних и задних. На тележке устанавливаются все сборочные единицы,и механизмы солодоворошителя. Передние колеса являют- ся направляющими, а два задних — ведущими. Привод тележки осуществляется от реверсивного электродвига- теля через червячный редуктор, коробку скоростей и цепную пере- дачу. Наличие коробки скоростей позволяет осуществить ход с дву- мя рабочими скоростями. Первая рабочая скорость включается при выгрузке из ящика солода на транспортные разгрузочные средства. Ворошение солода в ящике производится на второй скорости. Ворошитель ковшовый 2 является основным технологическим узлом солодоворошителя и состоит из рамы, вала привода кон дей, направляющих цепей, звездочек натяжных и отводных, цепей с ковшами и привода. Рама — сварная трубчатая металлоконструк- ция треугольной формы. Вал привода ковшей устанавливается на тележке ворошителя /. На звездочки, посаженные на валу, натяну- ты цепи с кронштейнами для крепления ковшей и щеток. 90
91
Ворошители солода типа ВВС разработаны десяти типоразмеров, соответствующих ширине грядки (зоны ращения) ящика и высоте слоя солода, соразмерно которым каждый тип ворошителя имеет свою производительность (табл. 2.10). Таблица 2.10 Типоразмеры ковшовых ворошителей ВВС Тип воро- шите- ля О КП Ши- рина ГрЯДКИ (зоны раще- ния), мм Производительность Габаритные размеры, мм Масса, кг при ворошении при разгрузке длина шири- на высо- та мл/ч т/ч мл/ч т/ч Для высоты слоя солода 1200 мм ВС1-1 3171 2,5 67,5 27 22,5 8,5 2950 2970 1150 3300 51 1001 ВС1-2 3171 3,0 89 34 26 10 2950 3470 1150 3450 51 1002 ВС1-3 3171 3,5 94,5 39 31 12 2950 3970 1150 3550 51 1003 ВС 1-4 3171 4,0 125 48 37 14 2950 4470 1150 3700 51 1004 ВС 1-5 3171 4,5 133 51 39 15 2950 4970 1150 3800 51 1005 Для высоты слоя солода 750 мм ВС2-1 3171 2,5 50 19 14 5,5 2700 2970 950 2900 51 1010 ВС2-2 3171 3,0 60 22 17 6,5 2700 3470 950 3000 51 1011 ВС2-3 3171 3,5 70 26 20 7,5 2700 3970 950 3050 51 1012 ВС2-4 3171 4,0 80 30 23 8,5 2700 4470 950 3150 51 1013 ВС2-5 3171 4,5 90 34 26 9,5 2700 4970 950 3200 51 1014 Техническая характеристика ковшовых ворошителей солода ВВС Шаг ворошения (длина переброса), мм 1500 Скорость движения, м/мин: при выгрузке 0,117 при ворошении 0,4 заднего хода 6,49 Установленная мощность, кВт: привода ворошителя 4 механизма подъема ковшей 3 привода тележки 2,2 92
Ворошитель ковшовый с удлинителем переброса РЗ-ВВК (рис. 2.23) разработан по типоразмерам для работы в солодорастильных ящиках восьмисуточного ращения с шириной зоны ращения 3,0; 3,5; 4,0 и 4,5 м, высотой слоя солода 1...1,2 м и длиной переброса грядки 2,5...3,0 м. Рис. 2.23. Ковшовый ворошитель с удлинителем переброса РЗ-ВВК Каждому типоразмеру ворошителя РЗ-ВВК присваивается обоз- начение, соответствующее ширине зоны ращения ящика (табл. 2.Н). Ковшовый ворошитель РЗ-ВВК состоит из тележки ворошите- ля 2, ворошителя ковшового 3, механизма подъема ковшей 4, транс- портера-удлинителя 1 и электрооборудования. Таблица 2.11 Типоразмеры ковшовых ворошителей РЗ-ВВК Тип ворошителя О КП Габаритные размеры, мм Масса (с транспортером длиной переброса 2,5 м), кг длинаL ширина В высота Н РЗ-ВВК-З 51 3171 1005 4890 3516 1205 5126 РЗ-ВВК-3,5 51 3171 1015 4890 4016 1205 6062 РЗ-ВВК-4 51 3171 1016 4890 4516 1205 6768 РЗ-ВВК-4,5 51 3171 1017 4890 5016 1205 7071 Техническая характеристика РЗ-ВВК Скорость движения, м/мин: при выгрузке 0,11 при ворошении 0,4 заднего хода 5,6 ковшей 24,2 ленты транспортера-удлинителя 35 Установленная мощность, кВт 11,4 93
Тележка ворошителя 2 служит для установки всех механизмов. Привод тележки осуществляется от электродвигателя через редук- тор и коробку скоростей. Ворошитель ковшовый 3 состоит из рамы, вала привода ковшей, цепей с ковшами, звездочек натяжных и от- водных, поддона с направляющими для цепей с ковшами и привода. Механизм подъема ковшей 4 служит для подъема рамы с ковшами после окончания выгрузки или ворошения. Он состоит из лебедки- барабана, роликов направляющих, блоков роликов верхних и ниж- них, привода. Транспортер-удлинитель 1 предназначен для увели- чения длины переброса (перемещения) солода с 1,5 до 3,0 м. Он со- стоит из рамы с направляющими для цепей транспортера, двух ва- лов, на которые посажены звездочки, блока звездочек со свободным ходом и привода. Площадь поверхности сита одного ящика FH (м2) рассчитывают по формуле Fa= 1,5 Gg/ph, где GB — масса очищенного ячменя, единовременно загружаемого в ящик, кг; р — насыпная плотность воздушно-сухого ячменя, кг/м3; h — высота слоя замоченного ячменя в ящике, м. В солодовне с передвижной грядкой длина ящика Lg (м) зависит не только от количества перерабатываемого зерна, но и от ширины ворошителя и длины переброса солода: Ья = грпх^> где tp — продолжительность выращивания солода (г р 6...8 сут); пх — число рабочих ходов ворошителя в сутки (п - 1...2); I — длина переброса солода ворошителем, м (/- 1,5; 2,5 и 3,0). Объем замоченного ячменя, ежесуточно поступающего в ящик и распределяемого в нем слоем h, рассчитывается как V, = 1 ,5 Gg/p = I nxbgh, откуда ширина ящика Ья (м) равна Ья= l,5Gg/0Znxh). Общая площадь сита ящика F (м2) определяется как F - Lgbg = 1 ,5 GgTp/(ph), тогда производительность ящика солодовни с передвижной грядкой G (кг/ ч) G = Fph/36rp. 94
2.3.3. Статические солодовни с совмещенным способом Статическая солодорастильная установка, работающая по прин- ципу совмещения процессов замачивания и проращивания ячменя, а также сушки солода в одном аппарате (рис. 2.24), состоит из аппа- рата 4 для замачивания, проращивания зерна и сушки солода со шнековым ворошителем 5, теплогенератора 1 с вентилятором 2 и камеры кондиционирования 10 с вентилятором 9. Рис. 2.24. Статическая солодовня с совмещенным способом Отсортированный ячмень после взвешивания подается в моечный аппарат 3, предварительно наполненный до половины объема водой температурой 14...15°С. Заполненный водой и зерном моечный ап- парат 3 оставляют в покое на 20...30 мин, затем смесь зерна с водой интенсивно перемешивают сжатым воздухом и снимают сплав при непрерывном токе воды. После предварительной мойки зерна в ап- парат 3 добавляют дезинфектант, а затем — активатор роста. Через 5...6 ч водно-зерновая смесь гвдротранспортером направ- ляется в аппарат 4 для замачивания и проращивания зерна и сушки солода. Продолжительность загрузки аппарата 4 зерном не должна превышать 1...1,5 ч. Расход воды на мойку и гидротранспортирова- ние зерна составляет 2...4 м3/т. Аппарат 4 периодического дейст- вия, представляет собой индивидуальную камеру с ситчатым дни- 95
щем, шнековым солодоворошителем 5 для ворошения и выгрузки солода, а также транспортным оборудованием (механический кон- вейер 11 и нория б). Ситчатое дно аппарата 4, на котором укладывается зерно, выпол- няется из плетеных решеток, изготовленных из нержавеющей про- волоки. Для обеспечения равномерного распределения давления су- шильного агента в подситовом пространстве его высота должна со- ставлять не менее 2 м. Для увлажнения и охлаждения воздуха, поступающего в аппа- рат 4 в период замачивания и проращивания зерна, под ситом до- полнительно устанавливаются форсунки 12, распиливающие воду в тонкую и однородную пыль. Выгруженный на сита аппарата 4 ячмень оставляют в покое на 5 ч, обеспечивая при этом удаление избыточной воды и поглощение ее с поверхности зерна. Дальнейшее замачивание осуществляется воздушно-оросительным способом с периодической или непрерыв- ной продувкой слоя кондиционированным способом и орошением распыленной водой. Оптимальный расход кондиционированного воздуха составляет 250...300 м3/ (ч*т), а оптимальный расход воды — 1 м3 на 1 т ячменя. Орошение зерна водой во время его ворошения шнековым воро- шителем 5, на котором установлена оросительная система, необхо- димо проводить в зависимости от способности ячменя к водопогло- щению. Продолжительность замачивания зерна до достижения влажности 45% составляет в среднем 30...40 ч. При достижении зерном влажности 43...46% орошение водой прекращается. В процессе проращивания зерновую массу необходи- мо ворошить 2...3 раза в сутки, периодически или непрерывно про- дувая кондиционированным воздухом с помощью вентилятора 9. Максимальная высота свежепроросшего солода составляет 1,5...2 м. После окончания проращивания свежепроросший солод в аппа- рате 4 подвергают сушке и термической обработке сушильным аген- том, подготовленным в теплогенераторе 1. Сушку и термическую обработку солода проводят без ворошения в течение 20 ч. Расход су- шильного агента на сушку солода составляет 4...4,5 тыс.м3/(ч-т) при давлении 1000 Па. В конце сушки расход агента уменьшается до 2 тыс. м3/ (ч-т) при давлении 400 Па. В процессе сушки солода необходимо не только удалить из него избыточную влагу, но и обес- печить благоприятные условия для протекания физиологических, биохимических и химических процессов, в результате которых про- дукт приобретает определенные технологические свойства. Сухой солод выгружают из аппарата 4 с помощью шнекового во- 96
рошителя 5, который подает зерно на механический конвейер 11, расположенный вдоль аппарата 4, а оттуда на норию б в бункер 7, росткоотбойную машину 8 и далее на склад. Ворошители РЗ-ВВШ производят выгрузку солода с помощью пневмотранспорта, а ворошители Ш4-ВВШ (табл. 2.12) использу- ются в более производительных солодорастильных ящиках, причем выгрузка солода из них производится горизонтальными или на- клонными шнеками. Исходя из уравнения теплового баланса, количество теплоты, ко- торое необходимо удалить из 1 кг солода в статической солодовне путем проветривания его кондиционированным воздухом Q (кДж/кг), равно Q = Qi+Q2 -Q5-Q8» где Qi= G3c3t3 — теплота, выделяемая при замачивании зерна мас- сой G3 в аппарате, кДж/кг; tg = — температура замоченного зер- на, равная температуре в помещении солодовни, °C; с3 — удельная теплоемкость зерна, кДж/(кг-К). Таблица 2.12 Техническая характеристика шнековых солодоворошителей Показатели РЗ- ВВШ-6 РЗ- ВВШ-7 РЗ- ВВШ-9 Ш4- ВВШ-9 Ш4- ВВШ- 13 Ш4- ВВШ-1 1 2 3 4 5 6 7 Производительность, кг/ч: при ворошении (по сухо- му ячменю) 27400 32000 41100 60500 88000 94500 при выгрузке (по сухому солоду) 7300 8500 11000 23500 34000 36600 Ширина солодорастильно- го ящика, м 3,0 4,0 4,5 4,5 6,5 7,0 Высота слоя солода, м 1,2 1,2 1.2 1,2 1,2 1,2 Расход воды на замачива- ние ячменя, м /кг 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 Вертикальные шнеки: ЧИСЛО 6 7 9 9 13 14 диаметр, м 0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 шаг витка, м 0,335 0,335 0,335 0,335 0,335 0,335 частота вращения, с~1 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 Скорость движения воро- шителя, м/с: при ворошении 0,0067 при выгрузке 0,0013 0,003 7. Заказ 5901 97
Окончание табл. 2.12 1 2 3 4 5. 6 7 Горизонтальный или на- клонный (выгрузочный) шнек: число 3 3 3 4 4 4 диаметр, м 0,320 0,320 0,320 0,500 0,500 0,500 шаг витка, м 0,250 0,250 0,250 0,500 0,500 0,500 частота вращения, с’^ 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 Мощность электродвигате- лей, кВт 9,55 13,05 13,05 18,7 22,7 22,7 Выход замоченного зерна G3 из 1 кг очищенного ячменя G3 - 1 + (W3 - W0>/ (100 - Wo), где Wo — начальная влажность очищенного ячменя, %; W3 — влажность замоченного зерна, %. Каждый килограмм потерь сухих веществ в статической солодов- не на замачивание, дыхание, с ростками, а также при сушке выде- ляет в среднем 17 982 кДж теплоты (q). Причем при изготовлении солода таким способом потери сухих веществ (в %) представлены следующими данными: со сплавом при замачивании (Sc) 1,0...1,2; при замачивании (S3) 0,6...0,8; на дыхание зерна при замачивании ячменя, ращении и сушке солода (Бд) 5,5...6,0; с ростками (Sp) 4,5...5,0. Всего потери сухих веществ составляют S -11,6...13,0 %. Теплота, выделяемая при ращении 1 кг солода Qimax (кДж/кг) с учетом максимальных потерь сухих веществ (Smax ”13%) Q2max = qSmax/100. Теплота, выделяемая свежепроросшим солодом Q5 (кДж/кг) Qs “ СгсссХз, где Gc = G3(100 - Sfl) 100 — выход свежепроросшего солода за выче- том потерь сухих веществ на дыхание зерна (SA= 6%) из замочен- ного ячменя, кг; tg — температура свежепроросшего солода в кон- це проращивания, °C; сс — удельная теплоемкость солода, кДж/(кг-К). Если потери теплоты в окружающую среду Qs (кДж/кг) принять равными 10% общего количества теплоты, выделяемой при замачи- вании и ращении солода, тогда потери теплоты в окружающую сре- ду 98
Q8 = f(Ql+Q2max>> где f “ 0,1 — коэффициент, учитывающий потери теплоты в окру- жающую среду. Массовый расход воздуха на проветривание 1 кг солода L (кг) L = Q/(I2-Ii), где 11 и — соответственно удельные энтальпии кондиционирован- ного и отработанного воздуха, кДж/кг. Объемный расход кондиционированного воздуха на 1 кг свеже- проросшего солода V' (м3/ч) ' V -L/pB, где рв — плотность кондиционированного воздуха, кг/м3. Удельный объемный часовой расход воздуха на 1 кг свежепророс- шего солода УуД (м3/ч) Ууд= КУ7(тр24>, где К — коэффициент неравномерности подачи кондиционирован- ного воздуха. Разгрузочный конвейер шнекового ворошителя статической со- лодовни состоит из вертикально установленных шнеков, смонтиро- ванных на конических роликоподшипниках в корпусах, которые крепятся фланцами к верхней стенки корпуса ворошителя. На кон- цы валов шнеков насажены цилиндрические зубчатые колеса, вхо- дящие в зацепление. Шнеки имеют левое и правое вращение. Воро- шитель передвигается по рельсам на четырех колесах с помощью цевочного механизма. Производительность разгрузочного шнека винтового конвейера Gp (кг/ч) Gp = 1068 Dp2Spnmp, где Dp — диаметр разгрузочного шнека, м; Sp — шаг витка, м; пш — частота вращения шнека, с’1; р — насыпная плотность зерна, кг/м3. Так как выгрузка свежевысушенного солода осуществляется не- сколькими шнеками разгрузочного конвейера, то общая их произ- водительность Ор.общ (кг/ч) Gp.o6m ™ mGp, где ш — число разгрузочных шнеков. Мощность Np (кВт), необходимая для привода разгрузочных шнеков при выгрузке солода Np = 2,78-10 7Gp.o64hckT(kc + l)g/^n=2,75-10 ^Gp.o^hcg, 7* 99
где he — высота слоя солода, м; к,.— 1,2 — коэффициент, учитываю- щий трение в подшипниках; kj. = 6 — коэффициент сопротивления перемещаемого продукта; = 0,85 — КПД передачи. Крутящий момент каждого вала винта шнека Мкр (Н • м) Мкр= 16,25 Npg/тпщ. Мощность N (кВт), необходимая для вращения шнеков вороше- ния и перемещения солода N Npz/m, где m — число шнеков. При т}„ = 0,7 мощность электродвигателя Nn (кВт) Nn“ N/7n. 2.3.4. Солодорастильные барабаны Пневматический солодорастильный барабан с плоским ситом (рис. 2.25) представляет собой горизонтальный цилиндр 7, с двумя бандажами 5, опирающимися на две пары роликов 9. К ведущему бандажу прикреплена червячная шестерня 4, находящаяся в зацеп- лении с червяком 11, который приводит во вращение барабан 7. Люки 6 на корпусе барабана предназначены для загрузки замочен- ного зерна и выгрузки свежепроросшего солода. Замоченное зерно ровным слоем укладывается на плоское сито 10. Рис. 2.25. Солодорастильный барабан с плоским ситом 100
После заполнения через верхние люки б зерном барабан 7 приво- дится во вращение. Проращивание зерна происходит в неподвиж- ном барабане при нижнем горизонтальном положении сита 10. Кон- диционированный воздух подается по левому воздуховоду /, затем проходит между днищами 2 и 3 и попадает в подситовое простран- ство, откуда через сито 10 пронизывает слой проращиваемого в ба- рабане 7 зерна. Отработанный (нагретый И насыщенный диоксидом углерода) воздух через сетку 8 внутреннего днища 3 проходит в правую каме- ру между днищами 2 и 3 и удаляется из барабана по правому возду- ховоду 1 в атмосферу или на рециркуляцию. Вращение барабана 7 (один оборот за 45 мин) для перемещения солода осуществляется 1...2 раза в сутки. В этот период подача кондиционированного воз- духа прекращается. В первые дни загрузки замоченным зерном барабан 7 более про- должительное время находится в покое, благодаря чему ускоряется процесс проращивания зерна. К продуванию слоя зерна кондицио- нированным воздухом (t = 12°С и <р = 100%) приступают по дости- жении в зерне температуры 16...17 °C. Продувание воздухом прово- дится до тех пор, пока солод не охладится до 12...14 °C. Свежепроросший солод выгружается через люки 6 шнеками, ко- торые устанавливаются внутри барабана над ситом. В этот период сито находится в верхнем горизонтальном положении. Для барабанов с плоским ситом и ситчатыми трубами (рис. 2.26) степень заполнения составляет 50...60%, а зерно продувается кон- диционированным воздухом и перемешивается в результате мед- ленного вращения аппарата. Число барабанов принимают равным числу суток ращения солода. Техническая характеристика барабана с плоским ситом Вместимость (по ячменю), т Наружный диаметр, мм Полная длина, мм Длина сит, мм Ширина сит, мм Частота вращения, об/ч Потребная мощность электродвигателей с приводом, кВт: 12 3100 9000 8400 2800 1.3 на каждый барабан на группу в четыре барабана Габаритные размеры, мм Масса без солода, кг 2,0 3,5 11400x3700x4050 11000 101
Рис. 2.26. Схемы пневматических барабанов с плоским ситом и ситчатыми труба* ми В барабане с ситчатыми трубами, которые примыкают к перифе- рии внутренней обечайки, внутри закреплена центральная ситча- тая труба. Периферийные трубы предназначены для подачи воздуха в слой проращиваемого зерна, а центральная труба — для удаления из барабана отработанного воздуха. Барабаны изготавливают вместимостью Gfl “ 20 000...35 000 кг сухого ячменя, диаметр барабанов принимают Dg = 2,3...3,7 м, а длину — Lg 3...17 м. Геометрические размеры пневматического барабана рассчитывают исходя из величины оптимальных степеней его заполнения. Для барабана с плоским ситом максимальная высота слоя солода Н (м) Н - 2 Rg sin 23°45' « 0,4Dg, где Rg — внутренний радиус барабана, м; Dg — внутренний диаметр барабана, м. Высота пространства подситового и воздушного над слоем солода h (м) h- (Dg-H)/2 ~0,3Dg. Ширина сита b (м) b = 2 Rg cos 23°45' = 0,915 Dg. 102
Для барабана с ситчатыми трубами радиус центральной ситчатой трубы гт (м) _____, rT"R/vl +л2 == 0,3 R. Полная длина Ц (м) барабана любого типа может быть определе- на по объему солода и степени заполнения аппарата: I45e 1 ,‘8 Ga/ ty>F) + zZ, где 1,8 — коэффициент увеличения объема ячменя при проращива- нии в барабане; Gfl — масса воздушно-сухого очищенного ячменя, загруженного в барабан, кг; р — насыпная плотность зерна, кг/м3; F — площадь поперечного сечения слоя солода в барабане, м2 (в ба- рабане с плоским ситом F = 0,5-jrRg , в барабане с ситчатыми труба- ми F6 “ 0,6 jrRg2); z — число междонных камер (в барабане с пло- ским ситом z = 2; в барабане с ситчатыми трубами z “ 1); I — шири- на междонной камеры (I“ 0,25...0,30 м). Необходимая мощность привода вращения барабана расходуется на преодоление силы трения качения бандажей по опорным роли- кам, силы трения скольжения цапф опорных роликов в подшипни- ках и силы сопротивления солода вращению барабана. Используя проекции сил, действующих на вертикальную ось (см. рис. 2.26), составим уравнение (Рс + Рб)/Кр = picosa или Pi=(Pc + P6)/(KpCOSa), где Р] — реакция опорного ролика, Н; Рс = Ggg — сила тяжести массы солода, Н; Pg = Ggg — сила тяжести массы барабана, Н; Кр “ 4 — число опорных роликов; g — ускорение свободного падения, м/с2. Реакция всех опорных роликов Р (Н) Р = (Gc + Gg)g/cos а. Работа силы трения качения А] (Дж) за один оборот барабана оп- ределяется как произведение силы трения на длину окружности бандажа: А] ш PfTp7rDgM/Rp, где fT„ — коэффициент трения качения, м; Dgx — диаметр бандажа барабана, м; Rp — радиус опорного ролика, м. Работа силы трения скольжения цапф опорных роликов в под- шипниках за один оборот барабана А2 (Дж) или за Dgx/ Dp оборотов ролика А2 = Р^ск^ОцОбж/^р, 103
где Тех. — коэффициент трения скольжения; Бц — диаметр цапфы опорного ролика, м; Dp — диаметр опорного ролика, м. Работа силы сопротивления солода вращению барабана определя- ется как работа, затрачиваемая на преодоление силы трения сколь- жения продукта по внутренней поверхности барабана Аз (Дж): Аз = л DgGcgfc, где fc — коэффициент трения скольжения солода по поверхности барабана. Полная работа, совершаемая за один оборот барабана А (Дж) AeAi + Аг + A3. Мощность привода, необходимая для вращения барабана Nnp (кВт) Мпр = Апб/(1000»;), где ng — частота вращения барабана, с’1; т) — КПД передачи приво- да. 2.3.5. Кондиционеры для пневматических солодовен Воздух, применяемый для проветривания солода, должен быть соответствующим образом подготовлен: очищен от пыли, увлажнен, нагрет или охлажден. Обработка воздуха для придания ему опреде- ленных качеств называется кондиционированием. Очистка воздуха необходима для того, чтобы удалить из него частицы пыли и микро- организмы во избежание засорения и заражения солода. В пневма- тических солодовнях для очистки воздуха нет надобности устанав- ливать особые фильтры. Во время увлажнения и охлаждения в кон- диционерах воздух одновременно промывается и очищается. Чтобы уменьшить попадание пыли в воздух, засасываемый из атмосферы, приемные отверстия располагают на некоторой высоте (не менее 2...3 м) от поверхности земли. Наиболее благоприятная температу- ра воздуха для проветривания солода 10... 12 °C. Более холодный воздух неравномерно охлаждает солод и тормозит развитие нижних слоев солода (при проветривании снизу вверх); теплый же воздух плохо охлаждает солод. Увлажнение воздуха необходимо для того, чтобы предотвратить подвяливание солода. Поэтому кондиционированный воздух дол- жен иметь максимально возможную степень насыщения влагой. Вполне допустимо также наличие в нем механически взвешенных мельчайших капелек воды. Холодный воздух можно нагреть в пневматических солодовнях Ю4
одним из следующих способов: непосредственным смешиванием хо- лодного воздуха с водяным паром; нагреванием воздуха в калори- ферах; смешиванием холодного свежего воздуха с теплым отрабо- танным. Нагревание холодного воздуха путем непосредственного смеши- вания его с паром практически осуществить легко, так как никакого оборудования не требуется: греющий пар можно подавать непосред- ственно в воздуховод. При этом одновременно происходит увлажне- ние воздуха до полного его насыщения. Однако этот способ связан со значительными затратами на топливо и неудобен из-за сложно- сти регулирования количества воздуха н пара. Нагревание воздуха в калориферах более надежно; в этом случае легче регулировать степень нагревания воздуха и опасность запари- вания солода исключается. При прохождении через калорифер вла- госодержание воздуха остается неизменным, а относительная влаж- ность его резко снижается. Этот способ применим для получения сухого воздуха, который может быть использован для подсушива- ния замоченного зерна или подваливания солода. Расход пара при этом способе еще больший, чем при непосредственном смешивании пара и воздуха. Наиболее целесообразно смешивание холодного воздуха с теп- лым отработанным воздухом, выходящим из пневматического соло- довенного барабана или ящика. Смешивая холодный воздух в опре- деленной пропорции с теплым отработанным, можно получить смесь такой температуры или такой энтальпии, какие должен иметь кондиционированный воздух. Соотношение между количеством холодного и отработанного воз- духа удобнее всего определять с помощью i-d-диаграммы (рис. 2.27). Рис. 2.27. График процесса смешивания воздуха двух раз- личных состояний 105
Для смеси из 1 кг холодного свежего воздуха и и кг отработанного воздуха можно написать следующие уравнения: для энтальпии смеси i0 + ni2-(l+n)iCM; для влагосодержания смеси do + nd2 " (1 + n)d. Приведем эти уравнения к такому виду: icM-io-nfo-ic»,); (1см _ do " n(d2 - dCM). Разделив первое из этих уравнений на второе, получим уравне- ние прямой линии, проходящей через точки A(io, do) и C(i2, d2). Точка М с переменными координатами и dCM, характеризующая состояние смеси, также лежит на этой прямой между крайними точ- ками, соответствующими состоянию свежего (точка А) и отработан- ного (точка С) воздуха. Из треугольника АСР с учетом уравнений можно написать отно- шения: АМ/МС - АК/КР - (с^ - do) / (d2 - dCM) = n. Следовательно, n — это отношение отрезка МА к отрезку МС, на которые точка М делит прямую АС. Практически расчет количества свежего и отработанного воздуха сводится к следующему. На i-d-диаграмме по заданным условиям находят точки A (ip, do) и C(i2, d2) и соединяют их прямой линией. Прямая АС пересечет линию постоянной температуры (т.е. изотер- му t" const) или линию постоянной энтальпии (i" const), которую должна иметь смесь в точке М. Отношение отрезка МА к отрезку МС является отношением количества отработанного воздуха к ко- личеству свежего воздуха. Охлаждение воздуха и насыщение его водяными парами в усло- виях пневматических солодовен целесообразно производить посред- ством распыления воды в струе воздуха. Образующиеся при распы- лении мельчайшие капельки воды имеют большую поверхность и, непосредственно соприкасаясь с обрабатываемым воздухом, частич- но испаряются, насыщая его водяными парами; если температура воздуха выше температуры воды, то капельки воды охлаждают его. Охлаждение воздуха возможно как за счет нагревания распыленной воды, так и за счет ее частичного испарения. Юб
Таким образом, в кондиционерах пневматических солодовен од- но и то же распылительное устройство может выполнять две задачи: охлаждать и увлажнять воздух. Количество тепла, которое необходимо "отнять" от L кг воздуха для его охлаждения Q (кДж) Q = L(io-ii), где io и i] — удельная энтальпия воздуха до и после охлаждения, кДж/кг. Распыляемая вода при охлаждении воздуха нагревается не более чем на 3°С, что необходимо учитывать при расчете. При противото- ке конечная температура воздуха может стать равной конечной температуре охлаждающей воды. Увлажнение воздуха, как уже отмечалось, может быть достигну- то непосредственным впуском пара; однако при этом неизбежно по- вышаются энтальпии и температура воздуха, что не всегда допусти- мо. Кроме того, при смешивании теплого отработанного воздуха со свежим холодным относительная влажность смеси также повыша- ется. Наиболее целесообразно увлажнение воздуха путем испаре- ния тонкораспыленной воды в потоке воздуха. Количество поглощаемой воздухом воды при увлажнении W (кг) W = L(di-do), где di и do — влагосодержание 1 кг воздуха после и до увлажне- ния, кг. Так как холодная вода испаряется очень медленно, то для увлаж- нения воздуха приходится затрачивать воды во много раз больше расчетного количества: количество испаряющейся в кондиционере холодной воды обычно достигает 1 ...3 %, теплой — до 5 %. Кондиционеры для воздуха представляют собой бетонные камеры с центробежными распылительными форсунками для воды. Центробежный распылитель представляет собой быстровращаю- щийся диск, гладкий или с лопатками. Вода, поступающая на по- верхность вращающегося диска, центробежной силой разбрасывает- ся в виде кругового веера, образуя тонкую водяную пыль. Окруж- ная скорость диска, обеспечивающая тонкое распыление, составля- ет 35...70 м/с. Диаметр распыляющего диска 200 мм, угол при вер- шине 160°. Радиус факела распыления регулируется окружной скоростью диска. Привод гиска осуществляется ст электродвигателя через ре- менную пере^ :у. Распылительные форсунки работают под действием давления 107
распыляемой воды и поэтому получили широкое применение в тех- нике кондиционирования воздуха (табл. 2.13) Вода, нагнетаемая под давлением в форсунки, приобретает вра- щательное движение и при выходе через отверстия малого диаметра раздробляется, образуя широкий конус водяной пыли. Форсунки бывают прямоточные с направляющим вкладышем и с тангенциальным вводом воды. В форсунке Кертинга (рис. 2.28, а) вкладыш имеет форму спирального стержня. В форсунке Григорье- ва—Поляка (рис. 2.28, б) вкладыш состоит из трех частей: грибка 2, плашки 3 и пластинки 4. При одном и том же корпусе форсунки 1 подбором различных по размеру грибков и пластинок можно полу- чить разную производительность. Коробчатая форсунка с тангенци- альным вводом воды (рис. 2.28, в) дает тонкое распыление и удобна для чистки. Рис. 2.28. Форсунки для распыления воды: а — форсунка Кертинга; б — форсунка Григорьева—Поляка; в — форсунка с тангенциальным вводом воды со РЧ cd Я" S ц \о cd ь 108 109
Форсунки Кертинга просты, но дают грубое распыление. Форсун- ки Григорьева—Поляка наиболее сложны и дороги, но позволяют путем подбора вкладных деталей создать любой радиус распыления. Для изготовления форсунок применяют различные металлы: бронзу, латунь, пластические материалы и др. Производительность форсунок (расход воды) зависит от диаметра выходного отверстия, который колеблется от 1,5 до 6 мм, давления подаваемой воды и типа форсунок. Расход воды форсунками всех типов W (кг/ч) W»kd •103(10Р)п, где к, и — соответственно коэффициент и показатель степени, зави- сящие от конструкции форсунок (k = 30...50f п = 0,48—0,53); d — диаметр выходного отверстия; Р — давление воды, МПа. Камеры состоят из 2—3 отделений, их устанавливают вертикаль- но, что обеспечивает наиболее длительный контакт воздуха с рас- пыленной водой. В стенах камер устраивают окна и двери для об- служивания распылительных устройств. Сечение камеры кондиционирования рассчитывают с учетом рас- хода воздуха и его скорости. Скорость воздуха в камере с обычными вентиляционными системами принимается 1,5...2,5 м/с. В пневма- тических солодовнях, где воздух, проходящий через камеры, дол- жен не только увлажняться, но и получать механически взвешен- ную влагу в виде тонкой водяной смеси, скорость воздуха может быть 3,5 м/с и более. В камере диски или форсунки устанавливают таким образом, чтобы образуемые ими факелы распыляемой воды не прерывали края соседних факелов, образуя сплошную водяную завесу. При та- ком условии на 1 м2 поперечного сечения камеры устанавливается 6 дисков или 30 форсунок. Число дисков или форсунок зависит от расхода воды, их устанав- ливают не более трех рядов в направлении движения воздуха. При этих условиях количество распыляемой воды на каждый квадрат- ный метр поперечного сечения камеры должно быть 5... 13,5 м3/(м2 -ч). Существенным недостатком форсунок является частое их засоре- ние, особенно при малом диаметре выходного отверстия. Распыле- ние воды вращающимися дисками более надежно, чем форсунками. Засоренность воды мало отражается на работе дисков. Дисперсность распыления воды и размеры водяного факела можно регулировать частотой вращения диска. Распылительные диски изготовляют из нержавеющих сплавов с ПО
тщательной обработкой внут- ренней поверхности. Во избе- жание проскальзывания воды на поверхности диска прореза- ют радиальные желобки (рис. 2.29). Струя воды, направляв- м~*~~м мая в центр диска, центробеж- ной силой отбрасывается к его I/ кромке, а затем, сходя с диска, образует факел мельчайших водяных капель. < j w88^.—1 Привод диска при малой ок- ружной скорости может быть Рис. 2.29. Распылительный диск с час- осуществлен от электродвига- ™чно направленным движением воды теля через ременную переда- чу; при большой скорости применяют быстроходные электродвига- тели высокой частоты или паровые турбинки. Корпус камеры кондиционирования в пневматических солодов- нях изготавливают обычно из бетона. Сейчас камеры рассчитывают по расходу воздуха и его скорости. Скорость воздуха в камере кон- диционера для обычных вентиляционных систем принимается в пределах 2,3...3,3 м/с. Для кондиционеров пневматических солодо- вен, с помощью которых стремятся не только полностью увлажнить воздух, но и сообщить ему механически взвешенную влагу в виде тонкой водяной смеси, скорость воздуха может быть повышена до 3,5 м/с и более. Кондиционер пневматической солодовни состоит из двух или не- скольких вертикальных каналов по всей высоте этажа. Эти каналы обеспечивают наиболее длительный контакт воздуха с распыленной водой. Форсунки или диски в кондиционере устанавливают таким обра- зом, чтобы образуемые ими факелы распыляемой воды перекрыва- ли друг друга, образуя сплошную водяную завесу. При таком усло- вии на 1 м2 площади поперечного сечения канала кондиционера приходится от 18 до 30 форсунок. Интенсивность орошения (т.е. ко- личество распыляемой в течение часа воды на каждый квадратный метр площади поперечного сечения кондиционера) должна иметь не менее 5000 л/ (м2,ч). Если расчетное количество воды велико и форсунки не размещаются в одной плоскости поперечного сечения кондиционера, то их устанавливают в два или три ряда по ходу воз- духа. Число распылительных дисков в кондиционере определяется тем 111
же условием, что и для форсунок, а именно: все поперечное сечение кондиционера должно быть перекрыто сплошной водяной завесой. Распыляемая вода, стекающая в кондиционер, может быть ис- пользована многократно, однако всякий раз она должна тщательно очищаться от взвешенных твердых частиц. Для очистки воды при- меняют отстойные резервуары и песочные фильтры или фильтры с латунной сеткой. Вместимость отстойного резервуара рассчитыва- ется на пребывание в нем воды в течение 1...2 ч. 2.3.6. Снижение энергозатрат при замачивании и ращении солода Замачивание необходимо для увеличения влажности ячменя до 38...48%. При замачивании зерно погружают в воду или орошают по определенному режиму с воздушными паузами, обеспечивающи- ми приток кислорода к зерну и отвод диоксида углерода. Такое про- ведение процесса не требует заметных энергозатрат. Энергия расхо- дуется на подогрев воды, подвод кислорода воздуха и удаление ди- оксида углерода, а также на транспортирование ячменя. Наиболее существенным является расход тепла на подогрев воды для замачи- вания. Уносимое ею тепло трудно утилизировать из-за низкой тем- пературы. Одним из путей снижения этих потерь является повтор- ное использование воды для замачивания. При этом первое замачи- вание проводится использованной отстоявшейся водой, второе и третье — свежей, что позволяет сократить расход воды на 50%. Для очистки повторно применяемой воды могут использоваться дуговые сита. Для определения резервов экономии тепла сопоставим его расход при различных вариантах проведения технологических процессов с минимальным теоретически необходимым расходом. Для удобства практического использования полученных данных можно рассчи- тать расход тепла на производство 1 т сухого очищенного солода. При замачивании влажность зерна увеличивается с 14 до 43%. Тео- ретически необходимое (минимальное) количество воды Мв(кг) MB-MB(WB-WB)/(100-WB), где Мя — количество ячменя, расходуемое на 1 т сухого очищенного солода (1899 кг); WB, W„ — влажность зерна соответственно после и до замачивания, %. Количество тепла, необходимое на подогрев этой воды QT (кДж), QT-Mupeto-ti), где Св — теплоемкость воды, кДж (кг-К); tj, — температура воды соответственно до и после подогрева, °C. 112
При производстве пивоваренного ячменного солода возможны воздушно-водяной, в непрерывном токе воды и воздуха, ороситель- ный и воздушно-оросительный режимы при замачивании. Расход воды при этих режимах сухого солода составляет (м3/т): воздушно- водяной 10,2; воздушно-оросительный 8,0; непрерывным током во- ды и воздуха 9,8; оросительное замачивание в камерах — 13,0. Расход тепла на нагрев этой воды <2ф (кДж) Оф- VpcB(tz-tj>, где V — объем воды, затрачиваемой на замачивание, м3; р— плот- ность воды, кг/м3. Потери тепла с водой при сливе в канализацию QyB (кДж) Оув = Оф " От - (Vp - MB)C||(t2- ti). Таким образом, наименьший расход тепла будет при воздушно- оросительном замачивании, но и в этом случае он более чем в 15 раз превышает минимальный теоретически необходимый. Повторное использование воды для замачивания при снижении ее расхода на 50% даст экономию тепла при замачивании. В случае подачи воды в замочные чаны заводскими насосами также будет до- стигнута экономия электроэнергии Qa (кВт • ч): Qa “ (Vp/^nplT-lO3, где V — производительность насоса, м3/с; р — напор, Па; т)н — КПД насоса; tynp — КПД привода; т — время работы, ч. Солодоращение протекает с выделением тепла, образующегося при окислении органических составляющих зерна при дыхании. Так, при проращивании отечественных ячменей на каждый кило- грамм потерь сухих веществ выделяется около 18 000 кДж тепла (4283 ккал). Потери сухих веществ при проращивании могут быть приняты равными 43 кг/т очищенного ячменя. Потери на дыхание зависят от влажности, при которой ведется проращивание, и состав- ляют (при температуре проращивания 15 °C и времени проращива- ния 7 сут) при 40%-ной влажности 4%, при 43%-ной - 5%, при 46%-ной — 7%. На потери при дыхании влияет температура про- ращивания: повышение ее на 1°С увеличивает потери на 0,3%. Чем дольше идет проращивание, тем больше потери.' При влажности яч- меня 43 % и температуре 15 °C потери за 5 дней составили 4,1 %, за 7 дней — 5,3%, а за 9 дней — 6%. Соблюдение при солодоращения постоянной температуры в слое зерна требует отвода выделяющего- ся тепла. Рост потерь на дыхание ведет к прямо пропорциональному увеличению количества отводимого тепла, т.е. к росту потерь теп- ла. 8. Заказ 5901 113
На отечественных заводах охлаждение солода и ячменя при соло- доращении осуществляется продувкой холодным воздухом, получа- емым в камерах кондиционирования. В поток воздуха, создаваемый вентилятором, с помощью форсунок или распылительных дисков подается вода, которая одновременно охлаждает и увлажняет воз- дух. При низких температурах наружного воздуха перед подачей на продувку его необходимо подогревать, на что требуется значитель- ное количество тепла. Отработавший воздух может быть использо- ван после охлаждения повторно, так как изменение содержания в нем кислорода и диоксида углерода незначительно, поэтому вместо подогрева свежего воздуха обычно применяют менее энергоемкое охлаждение и рециркуляцию отработавшего. Отвод тепла произво- дится путем выброса в атмосферу части отработавшего нагретого воздуха и замены его свежим холодным при условии, что его темпе- ратура ниже температуры атмосферного воздуха. Хотя рециркуля- ция и не ликвидирует потери тепла, его расход резко снижается по сравнению с однократным использованием предварительно подогре- того воздуха. При использовании рециркуляции соотношение объема отрабо- тавшего воздуха к объему свежего зависит от ряда климатических условий и в среднем в зависимости от климатической зоны может быть принято: для северной 3,65:1, для центральной 3:1, для южной 1,5:1. Количество тепла, выносимое из солода отработавшим воздухом Qz (кДж) (вторичный энергоресурс), составляет Q2-u2. Количество тепла, используемое при рециркуляции Qp, при при- нятых соотношениях для северной зоны составляет 3 206 734 кДж, для центральной — 3 062 168, для южной — 2 449 734 кДж. Количество тепла, выбрасываемое в атмосферу QB (кДж) Qb » Qz - Qp и составляет соответственно по зонам 876 157, 1 020 723 и 1 633 167 кДж. Таким образом, потери тепла с уходящим кондиционированным воздухом больше в южной зоне. Чем выше температура атмосфер- ного воздуха, тем больше его надо добавлять для охлаждения отра- ботавшего воздуха и тем больше отработавшего воздуха вместе с уносимым им теплом выбрасывается в атмосферу. Тепло уходящего отработавшего воздуха в отечественной промышленности практи- 114
чески не утилизируется. При различных режимах проращивания на разных стадиях солодоращения температура отходящего воздуха неодинакова, но не превышает обычно 22° С, а чаще составляет около 16 °C, и при использовании обычных теплообменников им можно нагревать воду или воздух только незначительно. Другим существенным обстоятельством, которое необходимо учитывать при разработке мероприятий по утилизации тепла отработавшего воз- духа солодорастильных аппаратов, является то, что большая часть этого тепла приходится на находящийся в воздухе водяной пар. Чтобы использовать последнюю составляющую — теплоту паро- образования, надо сконденсировать водяные пары, т.е. охладить воздух до температуры ниже точки росы. При этом необходимо учитывать поверхность теплообмена (м2): F- Q/<kAtcp>, где к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К); tcp —; средняя разность температур между охлаждаемой и нагреваемой средами (потоками). Если величина Atcp будет мала, то потребуется большая поверх- ность теплообмена и соответственно стоимость теплообменника бу- дет большой. В результате это мероприятие может оказаться эконо- мически неэффективным. Использование тепла уходящего воздуха возможно в зимних ус- ловиях при предварительном подогреве воздуха для солодосушилок. Такой теплообменник будет применяться лишь в холодное время года, поэтому целесообразность его установки должна определяться технико-экономическим расчетом. Рациональным с точки зрения экономии тепла является исполь- зование теплового насоса, который может нагревать как холодный, так и теплый воздух. При этом выделяющееся тепло используется для подогрева воздуха, идущего на сушку. Однако широкому внед- рению тепловых насосов препятствуют высокая стоимость исполь- зуемой при этом холодильной установки и существенные расходы по ее эксплуатации. Таким образом, для снижения потерь тепла с уходящим воздухом при солодоращении первоочередное значение имеет снижение по- терь сухих веществ на дыхание. Одним из путей экономии энергии при солодоращении является применение активаторов роста, сокращающих длительность про- цесса. Благодаря этому достигается экономия электроэнергии на привод вентиляторов и ворошителей. Затраты энергии, связанные с обработкой зерна активаторами, практически равны нулю. 8* 115
При применении активаторов продолжительность замачивания сокращается на 1,5 сут, а солодоращения — на 2 сут. Следователь- но, технологический цикл укорачивается на 3,5 сут, а годовая мощ- ность (по сухому солоду) может быть повышена. Определим экономию электроэнергии, которая будет получена при использовании активаторов роста. Примем, что при солодора- щении используется более предпочтительная непрерывная продув- ка, а удельный расход воздуха составляет 300...700 м3/т в час (в за- висимости от стадии проращивания). Напор вентилятора 500 Па (50 кгс/м2). Тогда при среднем расходе 500 мЗ/т в час за двое суток (48 ч) удельная экономия электроэнергии составит (на 1 т) AQ31 = NAr - (Vp/360(ty • 103) Дт, где N — мощность, затрачиваемая электродвигателем вентилято- ра, кВт; Дт — сокращение времени продувки, ч; V — удельный расход воздуха, м3/ч; р — напор вентилятора, Па; 7 — КПД венти- лятора (?; « 0,6). Снизить расход электроэнергии при солодоращении можно также снижением напора воздуха, создаваемого вентилятором при про- дувке солода. С понижением расхода и напора воздуха мощность вентиляторов снижается. На ковшовые солодоворошители в зоне высыпания уста- навливают вентиляторы, обдувающие тонкий или падающий слой материала. Такая продувка требует меньшего напора, чем продувка плотного естественного слоя, позволяет улучшить условия прора- щивания, более эффективно охлаждать возникающие очаги локаль- ного перегрева, снижая потери сухих веществ на дыхание и тем са- мым уменьшая выброс тепла с отработавшим воздухом. 2.4. Оборудование для сушки солода Сушка солода осуществляется в целях снижения его влажности с 50...40 до 10...3% к общей массе, при которой становятся невозмож- ными его самопроизвольные ферментативные изменения, которые зависят от скорости обезвоживания, температуры сушильного аген- та, его влажности и условий сушки. После тепловой обработки в су- шильной камере солод приобретает специфический вкус, цвет и аромат, при этом часть высокомолекулярных белков свертывается, что в дальнейшем положительно сказывается на процессах осветле- ния солода и пива. Ростки, придающие пиву неприятный горький вкус, при сушке становятся хрупкими и легко удаляются. Вкус сухого солрда обусловлен меланоидинами — окрашенными и ароматическими веществами, образующимися в результате хими- 116
ческой реакции при высокой температуре между сахарами и амино- кислотами. Ферментативный гидролиз сложных углеводов и белков при суш- ке солода проявляется сильнее, чем при солодоращении, так как оп- тимальные температуры, повышающие ферментативную актив- ность, находятся в пределах 40...70 °C. Повышение температуры сушки приводит к тепловой инактивации ферментов, т.е. к денату- рации и коагуляции белка фермента. Солодосушилки делятся на два типа: периодического и непрерыв- ного действия. К солодосушилкам периодического действия относятся горизон- тальные одно-, двух- и трехъярусные сушилки, а также вертикаль- ные сушилки, которые в настоящее время имеют широкое распрост- ранение. Сушка в этих сушилках происходит с перерывами для вы- грузки сухого и загрузки свежепроросшего солода. Температура су- шильного агента изменяется от 45 до 80... 105 °C. К солодосушилкам непрерывного действия относятся вертикаль- ные сушилки типа ЛСХА, карусельные сушилки КТИПП, а также статические солодовни, работающие по совмещенному способу. В сушилках разных типов (табл. 2.14) сушка солода протекает в две стадии. В первой стадии удаляется гигроскопическая влага, а влажность солода легко снижается до 10%. Во второй стадии, когда остаточная влага более прочно связана с коллоидной структурой со- лода, снижение влажности до 2...5% затруднено. На данной стадии сушки солод темнеет, появляются характерные аромат, цвет и вкус. В связи с этим сушилки для солода должны работать с переменным по зонам количеством воздуха (рис. 2.30): в калорифер и нижнюю зону сушилки подают ограниченное количество воздуха; в средней и верхних зонах к воздуху, прошедшему первую зону, подмешива- ют холодный атмосферный воздух для получения смеси требуемой температуры. Уравнение теплового баланса сушилки периодическо- го действия с переменным количеством воздуха в зонах имеет вид Gcccti + GBcBti + Li 11 + L2I0 e GcCct2 + LIj + 2 Qn, где Gc, GB — масса высушенного солода и масса испаряемой из соло- да воды, кг; сс, св — удельные теплоемкости солода и воды, кДж/(кг-К); ti, t2 — начальная и конечная температура солода, °C; Lj, L2, L — массовый расход воздуха соответственно нагревае- мого калорифером, поступающего в сушильную камеру, минуя ка- лорифер, и общее количество воздуха, проходящего через сушилку, кг; Io, I], I2 — энтальпия воздуха соответственно свежего (наруж- ного), после калорифера и отработанного, кДж/кг; SQn — потери теплоты в окружающую среду, кДж. 117
Таблица 2.14 Характеристика солодосушилок разных типов Тип Продол- Расход теплоты, кДж Приме- Расход Произ- сушилки житель- ность цикла сушки, ч на 1 кг сухого солода на 1 кг испарен- ной влаги няемое топливо элект- роэнер- гии на 1000 кг солода, кВт* ч води- тель- ность^а основа- ния су- шильных решеток, кг/м"4 Одноярусная с обогревом ТОПОЧНЫМИ газами Одноярусная двухкамерная с калорифером Двухъярусная с калорифером 24 24 24.-48 3770-5020 2720 5230-6700 (5,4—7,1) X ХЮ3 3,77-103 (7,5... 9,6)Х ХЮ3 Кокс Местное топливо Местное топливо 24-36 24—36 5-7 225-250 225. .250 80-140 Трехъярусная с калорифером 36...72 4200-5000 (5,9-7,1) X ХЮ3 Тоже 5-7 120-150 Вертикальная трехъярусная 36 2300-3270 (3,3-4,6) X ХЮ3 2,6 200-250 Шахтная не- прерывного действия: ЛСХА-5 16...18 2490-3780 (3,56-5-4) X ХЮ3 Обогрев паром 5,7 690 ЛСХА-10,20 16-18 2640-4000 (3,8.-5,6) X Х103 4,4 870-900 Статическая солодовня с совмещенным способом Карусельная 24-36 5000-7950 2800-3200 10,5 ЧО3 Газ 40—45 275-400 1000 сушилка КТИПП Заменив L2 разностью L - Ц и решая уравнение относительно Ц, получим: Lj - [Ldj - Io> + GpCcGj - tj) - GaCBt] + EQn ]/(Ij - Iq) . Полученное уравнение показывает, что температуру 'сушки в нижней зоне можно регулировать изменением расхода воздуха Ц, 118
Рис. 2.30. Схема теплового баланса сушилки периодиче- ского действия с переменным количеством теплоты нагретого в калорифере, не оказывая влияния на общий расход теп- лоты. Продолжительность процесса сушки солода т (ч) можно опреде- лять по приближенному уравнению кривой сушки: т - [/n(WH - Wp) - Zn(WK - Wp) ]/K, где WH, Wp и WK — соответственно начальная, равновесная и ко- нечная влажность солода, %; К — коэффициент сушки (К = = 0,11...0,56 ч'1). Количество воды GB.ya (кг), удаляемой из 1 кг солода в периоди- ческой сушилке с постоянным количеством воздуха в зонах вв.уд- (WH-WK)/(100-WH). Расход воздуха L (кг) в такой сушилке L = GB/ (d2 - do), где do = di — влагосодержание свежего (наружного) воздуха и воз- духа после калорифера, кг/кг; d2 — влагосодержание отработанно- го воздуха, кг/кг. Удельный расход воздуха на 1 кг испаряемой влаги ЬуД (кг) 1уД= l/(d2-do). Расход теплоты q (кДж) на 1 кг влаги, испаренной из солода q " 1^уд/ “ 1о> • 119
2.4.1. Сушилки периодического действия: горизонтальные и вертикальные Одноярусные солодосушилки отличаются простотой конструк- ции, компактностью, пригодностью для сушки солода в высоком слое (до 1,2 м) при значительной экономии топлива и рабочей силы. Однако сушка солода в них происходит неравномерно, а теплота на- гретого воздуха используется неполно. На рис. 2.31 показана зависимость изменения температуры и влажности солода в одноярусной сушилке в течение одного цикла. Кривые изменения влажности солода по времени для верхнего и нижнего слоев солода сдвинуты одна относительно другой на 4 ч. В верхнем слое температура поднимается медленнее, чем в нижнем, поэтому удаление влаги в верхнем слое происходит с опозданием, солод продолжает еще расти с образованием ферментов, а в нижнем слое с опозданием протекают химические процессы. Для более эко- номичного расходования теплоты сушилки сдваивают (рис. 2.32), а воздух с помощью рециркуляции используют повторно. Горизонтальная одноярусная двухкамерная сушилка РЗ-ВСО-1 (см. рис. 2.32) представляет собой две одинаковые камеры А и Б с опрокидывающимися решетками 4. Под сушильными решетками в Рис. 2.32. Схема одноярусной двухкамерной сушилки солода РЗ-ВСО-1 Рис. 2.31. Зависимость изменения тем- пературы и влажности солода в одноярус- ной сушилке в течение одного цикла каждой камере размещены калориферные установки с вентилятора- ми 1. Камеры загружают свежепроросшим солодом с помощью шнеков 7 и метателей солода 5 не одновременно, а со сдвигом по времени на половину цикла (12 ч). В результате отработанный воз- дух из левой камеры, где солод уже досушился, по каналам направ- ляют на повторное использование в правую камеру со свежепророс- шим солодом. По окончании сушки солода обе створки решетки 4 приводом 6 опрокидываются и сухой солод ссыпается в бункера 3, из которых шнеком 2 удаляется из сушилки. После выгрузки сухого солода из левой камеры и загрузки этой камеры свежепроросшим солодом направление движения воздуха изменяется на противоположное. Последовательное прохождение воздуха сквозь два слоя солода улучшает его использование и со- кращает расход тепла. Расчет одной сушильной камеры установки по свежевысушенно- му солоду GC.K (кг) производится в соответствии с материальным балансом сушилки: GCK= [GCH(100 - WH) ]/(100-WK), в которой начальная масса свежепроросшего солода на одной ре- шетке Gc н (кг) GC.H = Vc/>c, а объем этого количества солода Vc (м3), уложенного на решетке Vc = Fhc, . где F — площадь одной сушильной решетки, м2; hc — высота слоя свежепроросшего солода, м. Масса испаренной при сушке солода влаги GH (кг) Gh = GCH - GC1K. Расход воздуха на сушку рассчитывают на летний период, так как влагосодержание наружного воздуха летом выше, чем зимой. Условно принимают, что количество влаги, поступившей в сушилку вместе с солодом и воздухом, равно количеству влаги, ушедшей из сушилки с отработанным воздухом. Часовой расход воздуха на суш- ку солода L(кг/ч) L = GBf[r(d2-d0) 1, где f — коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду (f = 1,2); т — продолжительность сушки, ч. Часовой расход теплоты Q (кДж/ч) Q = L(I2-I0)f, 120 121
а удельный расход теплоты на 1 кг свежевысушенного солода q (кДж/кг) q ж QL/ GC.K . Техническая характеристика одноярусной сушилки солода РЗ-ВСО-1 Производительность, т/сут Площадь одной сушильной решетки в камере, м Число камер Давление горячего воздуха под сушильной решеткой, МПа Высота слоя солода, загружаемого на одну решетку, м Масса солода, загружаемого на одну решетку, м Продолжительность сушки, ч Расход воздуха (летом), мЛ/ч Расход теплоты на сушку зимой, кДж/ч Габаритные размеры, мм: . сушильной камеры здания солодосушилки Масса металлоконструкции, кг 36 64 2 0,22 1,2 34 24 24000 10810000 8000x8000x21700 22000x9300x22000 42800 Горизонтальная двухъярусная сушилка периодического дейст- вия (рис. 2.33) представляет собой высокое здание с расположенны- ми внутри решетками, на которых высушивается солод. Свежепро- росший солод загружается ровным слоем на верхнюю решетку 4, где из него удаляется часть влаги. На нижней решетке 3 вместе с удале- нием остатков влаги происходит тепловая обработка солода. Горя- чие газы из топки 1 проходят через калорифер 2 и через дымовую трубу 5 выбрасываются наружу. Для регулирования количества воздуха в перекрытиях установлены клапаны. Холодный наружный воздух можно подавать, минуя калори- фер 2, непосредственно под верхнюю решетку 4. Солод на решетках периодически перемешивается солодоворошителями 6. Производи- тельность такой сушилки невелика, так как она работает на естест- венной тяге, поэтому для улучшения тяги снизу создают подпор, а сверху — разряжение. Производительность сушилки Gc.k (кг/ч) пе- риодического действия с горизонтальными решетками определяют по количеству сухого солода, снимаемого с площади решетки. Она также зависит от высоты слоя солода на решетках и продолжитель- ности пребывания его в сушилке между очередными разгрузками: Gc.K = FhcpcV2/(TVi), где F — площадь сушильной решетки, м ; hc — высота слоя свеже- проросшего солода на верхней решетке, м; рс — насыпная плот- ность свежевысушенного солода <рс • 510 кг/м3); Vj и V2 — соот- ветственно объемы свежепроросшего и свежевысушенного соло- да, полученного из 1000 кг очищенного воздушно-сухого ячменя 122
(Vj w 3,2 м3; V2 = 1,42 м3); т — продолжительность сушки на каж- дой решетке, ч. Рис. 2.33. Схема горизонтальной двухъярусной сушилки солода Уравнение теплового баланса двухъярусной сушилки без учета дополнительного подвода свежего воздуха под верхнюю решетку имеет вид Gcccti + GBcBti + Lio + Qk = Gccct2 + LI2 + SQn, откуда теплота, сообщаемая воздуху в калорифере (Qx= Lip, опре- деляется как QK = Gccc(t2 - tp - GacBti + L(I2 - Io) + SQn- Техническая характеристика двухъярусной сушилки солода Масса свежепроросшего солода, единовременно загружаемого на одну решетку, т Продолжительность технологического цикла сушки, ч Расход воздуха (летом), м°/ч Расход теплоты на сушку зимой, кДж/ч Расход пара на сушку зимой (при 29 кПа), т/ч Мощность электродвигателей, кВт Габаритные размеры, мм: сушильной камеры Здания солодосушилки Масса металлоконструкции, кг 34 24 240 000 10 800000 5 300 8000x8000x21700 22000x9300x22000 42 800 123
В двухъярусной сушилке (рис. 2.34) с опрокидывающимися ре- шетками 1 высокой производительности высота слоя солода на вер- хней решетке достигает 0,7 м. В ней установлены центробежные вентиляторы 2, калориферы 3 с большой поверхностью теплопере- дачи. В целях механизации погрузочно-разгрузочных работ горизон- тальные решетки выполнены опрокидывающимися. Верхняя решет- ка (жалюзийная) состоит из узких створок. При повороте створок солод ссыпается <с них на нижнюю решетку и распределяется на ней ровным слоем. С нижней решетки, состоящей всего из двух створок, солод ссыпается в узкий бункер 4. В этой сушилке солод так же, как и в одноярусной сушилке, во время сушки не перемешивается, и поэтому в ней отсутствуют со- лодоворошители. Трехъярусная горизонтальная сушилка отличается от двухъ- ярусной только наличием в ней трех решеток. Естественно, что при одинаковой общей продолжительности процесса сушки загрузка и выгрузка солода в ней производятся чаще, чем в двухъярусной, и, следовательно, производительность ее при одинаковой площади по- ла соответственно выше. В сушилке периодического действия с вертикальными решетка- ми (рис. 2.35) солод находится между двумя вертикальными решет- ками, отстоящими одна от другой на расстоянии 0,20 м. Каждая та- кая секция (шахта) с солодом по вертикали разделена на три зоны 5, 6, и 8, которые соответствуют верхней, средней и нижней решет- кам трехъярусной сушилки. Между секциями с солодом находятся воздушные камеры шириной до 80 см. В глухих перекрытиях между этажами воздушных камер имеют- ся круглые отверстия 7 с клапанами, расположенными в шахматном порядке, благодаря чему воздух проходит в сушилке зигзагообраз- но. Воздух трижды пересекает слой солода в секциях. В верхней ча- сти нижних и средних воздушных камер имеются воздуховоды для подачи холодного воздуха, подмешиваемого по мере надобности к теплому воздуху. Движение воздуха обеспечивается нагнетающими вентиляторами /У, установленными в нижнем этаже сушилки, и всасывающими вентиляторами 3, находящимися в верхнем этаже. Нагревание воздуха производится в паровых калориферах 10. Мно- гие вертикальные сушилки имеют топки и огневые калориферы. Свежепроросший солод ковшовым элеватором 2 поднимается на верхний этаж сушилки, затем телескопической трубой 1 направля- ется в шнековый распределитель 4, который равномерно распреде- ляет солод по всем секциям. Под каждой секцией установлен шнек 9 для выгрузки солода по окончании цикла сушки. При работе сушилки через каждые 12 ч сухой солод из нижней 124
Рис. 2 34. Двухъярусная сушилка с опрокидывающимися решетками 125
126
зоны 8 удаляется разгрузочными шнеками 9. Солод из средней зо- ны 6 спускается в нижнюю зону 8, а из верхней 5 — в среднюю 6. Освободившаяся верхняя зона заполняется свежепроросшим соло- дом. Общая продолжительность пребывания солода в секциях су- шилки при 12-часовом цикле равна 36 ч. Все операции в вертикальной сушилке механизированы, а су- шилки имеют от 3 до 12 секций. Производительность каждой сек- ции за цикл (за каждую выгрузку) 1350 кг сухого солода. Общим недостатком сушилок периодического действия является нарушение режима сушки во время загрузки свежепророс- шего солода, перемещения солода с решетки на решетку и выгрузки сухого солода. После каждого простоя сушилки, необходимого для проведения указанных погрузочно-разгрузочных работ, температу- ра в слое солода и скорость сушки резко снижаются, что, несомнен- но, тормозит сложные физико-химические и биохимические про- цессы в зернах солода. Таким образом, непрерывность процесса обеспечивает не только сокращение продолжительности сушки, но и высокое количество сухого солода. Техническая характеристика сушилки с вертикальными решетками Число ярусов (зон) 2 3 Производительность сушилки по высушенному светлому солоду общая, т/сут 10 28 Число шахт (секций) Продолжительность сушки, ч: 7 10 в одной зоне 24 12 общая 48 36 Мощность электродвигателей, кВт Размеры, мм: 21,5 49,6 ширина по фронту 7800 10800 длина (глубина) высота зон 6162 6162 верхней 2745 2740 средней — 2640 нижней 2710 2633 2.4.2. Сушилки непрерывного действия: шахтные и карусельные На солодовенных заводах работают шахтные сушилки солода не- прерывного действия ЛСХА (рис. 2.36). Сушилка состоит из загру- зочных шахт а камеры подвяливания 6, корпуса 8 с сушильными шахтами 3, разгрузочных шахт 12 и разгрузочных механизмов 10. Число сушильных шахт 3 определяется производительностью су- 127
Свихепроросший солод Воздух на подвали- вание “* Отработан- ный воздух tt Свежий воздух Г**’1 Воздух Воздух Рис. 2.36. Схема шахтной сушилки солода непрерыв- ного действия ЛСХА Сухой солод шилки. Свежепроросший солод поступает в камеру подваливания б, откуда направляется в загрузочную шахту. Боковые стенки су- шильных шахт имеют сетчатую поверхность. Агент сушки, нагре- тый паровым калорифером 2 , подается в средний канал 7 и цирку- лирует под действием вентиляторов 1, 4 и 5. Солод перемещается под действием силы тяжести. Разгрузка высушенного солода осуще- ствляется валками 9. Уравнение теплового баланса для сушилки непрерывного дейст- вия с переменным количеством воздуха в зонах имеет вид Lj Ii + LjIq + GcCctl + GBCBt] = LI2GcCct2 + Qn. Заменяя Lq на разность L - Li, находим Li = [L(l2 - Iq> +Gccc(t2 - ti> - GBcBti + Qn]/ (Ii - Iq)> где GBcBt! - Gccc(t2-10 -Qn= Д.тогдаЦ-[L(I2-I0)-A]/di -Iq>. Для расчета разности расхода теплоты в действительной и теоре- тической сушилках принимаем, что в теоретической сушилке про- цесс сушки протекает при постоянной температуре, солод и элемен- ты конструкции сушилки не нагреваются, потерь теплоты и прихо- да ее извне нет. В этом случае на i-d-диаграмме процесс сушки изо- бражается линией постоянной энтальпии. Действительная сушилка работает при непрерывном снижении энтальпии воздуха за счет на- гревания солода, неизбежных потерь теплоты, которая несколько увеличивается из-за энтальпии влаги, испаряемой из солода. На рис. 2.37 показана сушилка ЛСХА-20. Она состоит из двух со- лодосушилок ЛСХА-10, поэтому основные узлы и детали, применя- 128
емые в конструкции обеих сушилок, унифицированы. Сушилка со- стоит из механизма для разгрузки 1 с разгрузочным шнеком 2, шка- фа для электрооборудования 3, вентиляторов для подачи свежего воздуха 4, паровых калориферов 5, канала для подачи добавочного воздуха 6, обшивки 7, вентиляторов для удаления отработанного воздуха 8, механизма загрузки солода 9, вентиляторов камер подва- ливания 10, распределителя солода II и камеры подвяливания 12. Непрерывные процессы сушки солода во многом устраняют недо- статки солодосушилок периодического действия, сокращают про- должительность сушки и позволяют получить солод высокого каче- ства. Техническая ^характеристика сушилок непрерывного действия ЛСХА ЛСХА-5 ЛСХА-10 ЛСХА-20 Производительность по сухому солоду с ростками, кг/сут 5000 10000 20000 Число сушильных шахт 2 2 4 Общий объем сушильных шахт, мл Количество выделяемой влаги, кг/ч 7,05 12,9 23,8 167 336 672 Расход воздуха в летних условиях, кг/ч Расход теплоты, МДж: 11700 23500 38600 летом (t-+20°C) 603 1277 2554 зимой (t - - 20°С) Расход пара (давление 0,294 МПа), кг/ч: 915 1901 3802 летом (t - + 20°С) 312 603 1206 зимой (t--20°C) Расход теплоты на 1 кг испаренной влаги, кДж/ (кг • ч): 425 885 1770 летом (t - + 20°С) 3622 3831 3831 зимой (t--20°C) 5443 5652 5652 Продолжительность цикла сушки солода, ч Поперечное сечение одной сушильной шахты, мм: 15—17 15—17 15—17 верхнее 2408x164 4008x185 4008x185 нижнее 2408x254 4008x275 4008x275 Высота сушильной шахты, мм Габаритные размеры, мм: 7008 9350 9350 длина 2740 4500 4500 ширина (по оси шахты без вентиляторов) 2650 2650 6200 высота (без учета вентилятора) 15300 15000 15000 Масса (безсолода), кг 18000 27000 50000 Непрерывнодействующая сушилка карусельного типа (рис. 2.38) применяется в комплексе с существующими системами прора- щивания ячменного солода (ящичными солодовнями или солодов- нями с передвижной грядкой) и предназначена для сушки свеже- проросшего солода. 9. Заказ 5901 129
15000 Рис. 2.37. Сушилка солода JI СХА-20 130 131
Рис. 2.3S. Солодосушилка карусельного типа После загрузки установки свежепроросшим солодом и вывода на установившийся режим процесс сушки осуществляют в плотном, движущемся сверху вниз слое 7 в противотоке с сушильным аген- том. Движение слоя солода достигается за счет непрерывного отбора в горизонтальной плоскости нижнего высушенного слоя солода вин- товым конвейером 10 и одновременного пополнения верхнего слоя свежепроросшим солодом через бункер-питатель б. Винтовой кон- вейер 10 выполнен в виде шнека, заключенного в открытый корпус 11 со стороны движения слоя. На верхней крышке корпуса шнека установлен рыхлитель. В процессе сушки вследствие вращения пер- форированной платформы 4 нижний слой солода, отделенный от ос- тальной массы рыхлителем, попадает на витки шнека и через шлю- зовый затвор 12 удаляется из зоны сушки. Высота удельного сухого солода соответствует диаметру корпуса шнека. Пополнение верхне- го слоя свежепроросшим солодом осуществляется через бункер-пи- татель под действием гравитационных сил. Скорость вращения платформы, высота удаляемого слоя солода, общая высота высуши- ваемого слоя, количество и температура сушильного агента согласо- ваны между собой и определяют максимальную производительность при минимальных энергозатратах и высоком качестве готового со- лода. Противоточный непрерывный процесс позволяет обеспечить тех- нологические требования по соотношению между температурой су- шильного агента и влажностью высушиваемого солода в каждом слое, а также требуемую согласно оптимальному режиму сушки 132
продолжительность физиологической, ферментативной и химиче- ской фаз. Техническая характеристика солодосушилок карусельного типа СКМ-15 СКМ-30 СКМ-45 Производительность, т/сут 15 30 45 Средняя производительность, кг/(ч-м2) 44,4 44,4 44,4 Масса, не более т 10 13 15 Габариты с тепловентиляционной системой, м: длина 13 16 18 ширина 6 8 9 высота , 6 6 8 Объем сушильной камеры, мэ 35 65 85 Площадь сушильной решетки, м2 Высота слоя солода, м 1,5 1,5 1,5 Установочная мощность, кВт 80 100 120 Время оборота платформы, мин 90+10 90+10 90±10 Тепловентиляционная система: вентилятор, тип ВДН-15 ВДН-17 ВДН-18 мощность, кВт 75 95 110 паровые калориферы, тип КП 412 КП 411 КП 412 поверхность, м2 490 580 660 Максимальный расход сушильного агента, (м3/ч) • 10’3 50 80 100 Удельный расход тепла, гДж/т 2,8—3,2 2,8—3,2 2,8—3,2 Удельный расход электроэнергии, кВт • ч/т 40—45 40—45 40—45 2.4.3. Устройства и механизмы сушилок: топочные устройства и калориферы Живое сечение сушильных решеток составляет 30%. Их изготав- ливают из стальной проволоки трапецеидального сечения, из круг- лой проволоки и штампованные из листовой стали. Шероховатая и волнистая поверхность тканых сит задерживает зерно при переме- щении, а штампованные решетки с гладкой поверхностью и боль- шим живым сечением (до 45%) менее прочны, чем проволочные. Сушилки для солода обогревают либо топочными газами, либо воздухом, нагретым в калориферах. В первых сушилках использу- ют топливо, которое при сжигании дает чистые газы без запаха и взвешенных частиц (например, кокс хорошего качества, антрацит, природный газ). Сушилки с непосредственным обогревом не имеют калорифера, поэтому они компактнее, проще и экономичнее воз- душных сушилок. В воздушных сушилках с калориферами то- почные газы непосредственно с солодом не соприкасаются, что по- зволяет использовать разнообразное топливо. 133
Количество сжигаемого для сушки солода топлива невелико, поэ- тому для сушилок с горизонтальными решетками рекомендуется принимать площадь колосниковой решетки равной 0,01...0,02 пло- щади основания сушильных решеток. Ниже приведено рекомендуемое в расчетах топок количество теплоты Теплота, получаемая при сжигании топливана 1 м? топочного пространства в час [кДжЦмг -ч)] Природный газ, торф, дрова 8,37 • 105.., Мазут 8,37 -105„ Каменные угли, антрациты 10,47 * 10. Подмосковный уголь, древесные отходы 6,28 * 10.. 8,37'10*...10,47 IO5 8,37- 10%.12,56-105 ..8,37-IQ5 ,8,37‘IO5 2 2 Теплота, приходящаяся на1 м колосниковой решетки [кДж/( м • ч)] Ручные топки с горизонтальными колосниковыми решетками: дрова и кусковой торф подмосковный уголь каменные тощие угли антрациты печорские угли Наклонные колосниковые решетки: древесные отходы шелуха, лузга, костра Шахтные топки: дрова, торф 25,12- кЛ.33,5 105 20,93 • 1(Г...29,3-105 20,93-КГ...25,12-105 16,75 -105 .25,12 1Q5 25,12-105...29,3-105 12,56- 1Q5...20,93- 1Q5 8,37- 10...14,65-105 30,1 • 105...50,2-105 Калориферы воздушных сушилок бывают огневые и паровые. Огневые калориферы для солодовенных сушилок изготавливают из тонкой листовой стали в виде горизонтальных газоходов, распо- ложенных в два, три или несколько рядов с таким расчетом, чтобы нагревание воздуха по всему сечению сушилки было равномерным. Горячие участки газоходов размещают рядом с холодными, причем наиболее горячие газы направляют в верхний ряд, а затем последо- вательно в нижние противотоком нагреваемому воздуху. Диаметр стальных газоходов принимают 0,3... 1 м в зависимости от величины сушилки. Соединения газоходов тщательно уплотняют. Для перио- дического удаления золы в газоходах делают отверстия с плотными задвижками. Подобные калориферы громоздки и требуют частых чисток. Паровые калориферы широко распространены'в настоящее вре- мя. При их использовании облегчается обслуживание и регулирова- ние работы, улучшаются санитарные условия производства, отпада- ет необходимость в истопниках. 134
Калориферы изготавливают в соответствии с ГОСТ 7201—62 че- тырех моделей: большой (Б), средний (С), малый (М) и самый ма- лый (СМ). Каждая модель в зависимости от величины поверхности теплопередачи имеет 14 типоразмеров. Поверхность теплопередачи в пластинчатых калориферах со- стоит из стальных трубок диаметром 22 мм. На них с интервалом 5 мм насажены пластины толщиной 0,5 мм, изготавливаемые из де- капированной стали. Для предохранения стали от коррозии трубки и пластины оцинкованы. Концы трубок развальцованы в трубных решетках. Камеру, об- разуемую трубной решеткой и наружной крышкой, называют кол- лектором. Различают калориферы одноходовые (модель КФС и КФБ), в ко- торых теплоносителем является греющий пар (давлением до 0,6 МПа), проходящий в калорифере по всем трубкам параллель- ными потоками (рис. 2.39, а), и многоходовые для нагревания воз- духа горячей водой, проходящей в калорифере последовательно по нескольким пучкам трубок (рис. 2.39, б). Рис. 2.39. Пластинчатые калориферы В табл. 2.15 приведены характеристики пластинчатых калорифе- ров. Расчет и подбор паровых калориферов производят по следующей методике. 135
КП сч «3 а- х в; ко «3 Техническая характеристика пластинчатых калориферов оо я •м ОЧ СЧ М) о* й г. .if « о' & о [ 750 640 1 4 100,4 132;4 107,2 .0,0076 0,0102 0,0019 0,00254 | 900 640 1 4 118,6 156,8 126,7 900 760 1 4 143,3 189,5 144,1 >0,0092 0,0122 0,00231 0,00305 1 1050 760 1 4 ) 1050 880 1 6 190 253,5 203 >0,0107 0,0143 0,00178 0,00237 1 1200 880 1 6 215 285,5 230 0,0122 0,0163 0,00203 0,00271 1200 1010 1 6 244,5 324,6 261,2 Г d У 1 з й и X о g . е егй и § - i a s о I2.! 2 s 5- । 8. &и ш III ц- ,2 м । Hs bg ,ГГ х " ’5 s 3 hi _• о о. «>s 3 s si2 ИЗ''» Я 5 oi er® H v ta S i S W u a = Ё? и и g § s К X 5 20,9 26,8 0,244 6 25,3 32,4 0,295] 7 30,4 38,9 0,354] 8 35,7 45,7 0,416. 9 41,6 53,3 0,486 10 47,8 61,2 0,558. 11 54,6 69,9 0,638 136
Поверхность теплопередачи калорифера F = QK/(3,6Atk) = [LcB(tK - tH) ]/ (3,6Atk) = [L(Ii - Io) ]/(3,6Atk), где QK — тепловая нагрузка, кДж; At — разность температур холод- ного и нагретого воздуха, град; к — коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2 • К); L — количество воздуха, проходящего через калори- фер, кг/ч; св — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг-К); tH, tK — температура соответственно холодного и нагретого воздуха, К; Io, Ii — энтальпия соответственно холодного и нагретого воздуха, кДж/кг. Расчет тепловой нагрузки QK можно производить либо по разно- сти температур (tK - tH), либо по разности энтальпий (Ii - Io). Расчет по разности температур проще, так как не требует вычисления ве- личины энтальпий. Но этот расчет менее точный, так как удельная теплоемкость воздуха зависит от его влажности и температуры. Для приближенных расчетов удельную теплоемкость воздуха принима- ют 1 кДж/ (кг-К). Коэффициент теплопередачи рассчитывают по одной из формул, приведенных в табл. 2.16. Произведение скорости движения воздуха в калорифере на плот- ность воздуха чр называется массовой скоростью. Массовая скорость [кг/ (м2с) ] vp = L/3600 F, где L — количество воздуха, проходящего через калорифер, кг/ч; F — живое сечение калорифера для прохода воздуха, м2 (см. табл. 2.15). Сопротивление проходу воздуха через один ряд калориферов при параллельной установке их для КФС и КМС равно 1,2 (vp)1 ’ Па. Таблица 2.16 2 Формулы расчета коэффициента теплопередачи к [Вт/(М-К)] Тип калорифера При обогревании паром При обогревании водой, _______имеющей скорость, м/с_____ vB-0,03.-0,25 | vB-0,25...1 КФСиКМС k-14,7(vp)0’366 k-15,23(vp)0,331 X k-12,9(vp)0,393 X Xv/166 X vB°>106 КФБиКМБ k- 11,63(vp)0,42 k-15,23(vp)0,331X k-11,05(vp)0,446 X Xv/166 Xv^094 Примечание, v скорость воздуха в живом сечении калорифера, м/с, р — плотность воздуха, кг/м . 137
Сопротивления калориферов при установке в два, три или четыре ряда увеличивается также в два, три или четыре раза. В табл. 2.17 приведены значения коэффициентов теплопередачи в наиболее используемых, обогреваемых паром калориферах. Таблица 2.17 Коэффициенты теплопередачи к в пластинчатых паровых калориферах [Вт/{м2-Ю] Тип калори- фера Массовая скорость чр воздуха в калорифере, кг/ (м2 - с) 1 2 3 4 5 6 7 КФСиКМС 18,1 21,2 23,4 25,4 27,1 28,8 30,1 КФБ и КМБ 15,6 18,3 20,8 22,7 25,1 26,2 27,9 Оптимальная массовая скорость воздуха принимается в пределах 4...6 кг/(м2с). При подборе калориферов необходимо принимать запас наьЗеплопередачу до 15% и на сопротивление проходу возду- ха до 10%. Солод во время сушки на горизонтальных решетках перемешива- ют механическими ворошителями шнекового или лопастного типа. При перемешивании солода в высоком слое (до 0,7 м) использу- ются шнековые ворошители. При малой высоте солода использу- ются лопастные ворошители. Лопастный ворошитель представля- ет собой горизонтальный вал с лопастями, совершающий одновре- менно вращательное и поступательное движение. Во время враще- ния вала закрепленные на нем лопасти захватывают солод и пере- брасывают его. Одновременно ворошитель медленно продвигается со скоростью 0,15...0,7 м/мин. Частота вращения вала 3...8 мин'1. Дойдя до конца сушильной решетки, ворошитель автоматически переключается и движется в обратном направлении. 2.4.4. Интенсификация и оптимизация сушки солода Технико-экономические и качественные показатели солода в значительной степени определяются его сушкой, от которой зави- сит в дальнейшем и качество готового пива. Поэтому интенсифика- ция сушки, дальнейшее совершенствование технологии и сушиль- ной аппаратуры, разработка научно обоснованных оптимальных ре- жимов сушки солода, которые обеспечили бы минимальные затраты на производство единицы продукции и высокое качество ее, явля- ются важнейшими технико-экономическими задачами, стоящими перед инженерами-технологами бродильных производств. В целях прекращения биологических процессов в солоде и за- крепления в нем достигнутых при солодоращения соотношений 138
между отдельными компонентами в первой стадии сушки необходи- мо быстро удалить наибольшее количество влаги. Понижение влаж- ности солода с 45 до 10% должно проходить в течение 10... 12 ч при температуре 4O...5O0 С. Такой интенсификации сушки солода в го- ризонтальных одно- и двухъярусных сушилках можно достичь при значительном расходе сушильного агента. Теплоту отработанного агента влажностью 100% целесообразно использовать для подогре- ва воздуха, поступающего в теплогенератор, в стеклянном теплооб- меннике. В дальнейшем при снижении влагосодержания светлого солода с 10 до 3...5% отдача влаги зерном происходит медленно в течение 8... 10 ч. При этом температура сушильного агента поднимается с 50 до 80 °C. Вследствие малого количества удаляемой влаги расход су- шильного агента ограничивается. Отработанный сушильный агент можно направить на повторное использование через теплогенера- тор. Полная механизация выгрузки солода из сушилок периодическо- го действия достигается установкой опрокидывающихся механиче- ских решеток. Интенсивное ведение сушки солода и полная меха- низация погрузочно-разгрузочных работ в солодосушилках позво- лят сократить продолжительность цикла сушки, повысить удель- ную производительность установок периодического действия и сни- зить удельные расходы теплоты. С народнохозяйственной точки зрения оптимальной является та сушильная установка, которая требует минимальных затрат на вы- работку единицы продукции при высоком ее качестве. Следователь- но, особое значение для промышленности имеет оптимизация рабо- ты сушилок. С помощью математического моделирования опреде- ляют оптимальные условия сушки солода. Математическая модель конвективной сушки пивоваренного солода в плотном слое состоит из дифференциальных уравнений баланса влаги и теплоты, уравне- ния для расчета усадки солода и соотношения между абсолютным влагосодержанием солода, уравнения зависимости порозности слоя от его влагосодержания при определенных начальных и граничных условиях. Пусть в сушильной камере находится слой солода толщиной Н (г), сквозь который снизу вверх через перфорированное днище продувается сушильный агент. Требуется получить систему уравне- ний, описывающую сушку в камере такого типа, и указать способ ее решения. Д ля этого введем прямоугольную систему координат с на- чалом в одной из точек днища, ориентированную так, что ось ОХ совпадает с направлением движения сушильного агента. Для полу- 139
чения системы уравнений руководствовались следующими допуще- ниями: — слой солода можно рассматривать как некоторую двухкомпо- нентную непрерывную среду, характеризуемую плотностью зерен солода рз, плотностью сушильного агента рт и порозностью г; раз- меры зерен солода в ней не имеют существенного значения, так что для любого объема ДУ масса теплоносителя в объеме равна ртеАУ, масса солода р3(1 -е)ДУ; плотность среды рте + р3(1—е); — можно пренебречь продольной диффузией тепла и влаги, а также всякими биохимическими процессами, связанными с выделе- нием или поглощением тепла и влаги, по сравнению с процессами переноса. При составлении систем уравнений используем кинетическое уравнение сушки, которое запишем в виде du3/dr - f (u3, Тт), <р=- К(Тт,</>> (из - Up), где К = 0,162(1 - <р)exp[0,077(Тт-25)], 1/ч — коэффициент суш- ки; — относительная влажность теплоносителя, %; пр — равно- весное влагосодержание, определяемое из изотермы десорбции со- лода, Up - [0,36 - 0,943^(0,3 - Igp) ] [0,227 - 0,00175(Тт - 25) ], кг/кг. Для перехода от влагосодержания к влажности солода, что необ- ходимо при выводе дифференциальных уравнений тепломассопере- носа в слое, используем соотношение W» и/ (1 + и). Выделим двумя горизонтальными сечениями сушильной камеры отстоящими друг от друга на dx, элемент объема слоя Sdx и запи- шем для него уравнения баланса за время dr. Индексом "0" обозна- чим величины, относящиеся к нижнему сечению слоя, а индексом "1" — к верхнему. Тогда имеем уравнение вида {[Ра(1 - с) WavaS ]i - [р3(1 - е) W3v3S Jo} dr = = -д/ дт|/>3(1 -£)W3]Sdxdr+p3(l -e)Sdx[fM/(l - W3) ]dr. Поскольку |p3(l-e)W3v3S]i- |p3(l - e)W3V3S]q = д/ dx |p3(l -e)v3W3]Sdx, после сокращения на Sdxdr получим уравнение баланса влаги в зер- нах солода: д/ dx|p3(l -e)v3W3] =-д/ dr|p3(l-e)W3]+/J3(l-£) [fM/(l -W3)], где f„ — приведенная площадь поверхности зерен солода в элемен- тарном объеме слоя. 140
Поскольку остальные уравнения баланса выводятся аналогично, запишем только окончательные результаты. Уравнение баланса сухой части зерен солода д/ дх |р3(1 - e)v3( 1 - W3) ] - -д/ dr |р3( 1 - е) (1 - W3) ]. Уравнение баланса влаги в теплоносителе д/ dxip-re vTuT) = - д/ dT^Ur) -р3(1 - е) [fH/(1 - W3) ]. Уравнение баланса сухой части теплоносителя д/ дх [р3£ vT(l - uT) ] = -д/ дт \р^ (1 - ит) ]. Уравнение баланса тепла для солода д/ дт[р3(1 -е)13] =- д/ дх[р3(1 -е) ValJ + apafn (1 -е)(Тт-Т3)+ + rp3(l-e)[fH/(l-W3) ]. Уравнение баланса тепла для теплоносителя д/ дтСртб 1т) = -д/ дх^Отб vT IT) - ap3fn(l - е) (Тт - Т3) + + rp3(l - е) [fH/(l - W3) ]. Этих шести уравнений достаточно, чтобы определить все величи- ны, характеризующие нестационарный процесс сушки солода, а именно: W3 — влажность зерна, ит — влагосодержание теплоно- сителя, Тт — температура теплоносителя, Т3 — температура зерна, V3 — скорость движения зерна, vt — скорость теплоносителя; 1т, 1з — энтальпии теплоносителя и зерна; а — коэффициент теплообме- на; г — удельная теплота парообразования. Начальные условия имеют вид W3(O,X) = W3H<X); Т3(О,Х) = ТЗН(Х); uT(O,X) -Птн(Х); Тт(О,Х) = Ттн(Х). Граничные условия запишутся в виде цт(т,0) - ито(т); Тт(т,0) = Тто(т); vtt(t,0) = vT0(r) - Lq(t)/ (pTOeo> v3 (т,0) = 0, где Ц — расход теплоносителя. Математическая модель позволяет рассчитать процесс сушки со- лода в сушилках с высоким стационарным слоем, т.е. определить температуру и влагосодержание солода и сушильного агента, усад- ку слоя, гидродинамическое сопротивление слоя и другие парамет- ры. Но самое главное достоинство математического моделирования 141
процесса сушки состоит в определении его оптимальных режимов и их поддержании с помощью ЭВМ. Оптимальный режим сушки солода должен обеспечить высокое качество готового продукта при минимальных энергозатратах. Кри- терий оптимизации процесса сушки солода имеет следующий вид: У1 = С2 + Сз + (ai + ЕЖоб + (аг + Е) Кзд + ЕКМ, где С2 — затраты электроэнергии, р.; С3 — затраты теплоты, р.; aj, аг — коэффициенты амортизационных отчислений на капиталь- ный ремонт и полное восстановление оборудования и здания; К^, Кзд, Км — капитальные затраты соответственно на оборудование, здание и монтаж; Е — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений. 2.5. Пневмотранспортные установки для солода Под пневматическим транспортом сыпучих материалов понима- ют перемещение по трубопроводу смеси воздуха с твердыми части- цами. Основой работы любой пневмотранспортной системы являет- ся наличие разности давлений в начале и конце трубопровода. В за- висимости от способа создания перепада давления и его значений пневмотранспортные установки для солода подразделяют на всасы- вающего, нагнетающего и смешанного (всасывающе-нагнетающего) типа, а также на установки низкого (до 5-103 Па), среднего (от 5 • 103 до 5 • 104 Па) и высокого (свыше 5 • 104 Па) давления. Во всасывающих установках (рис. 2.40, а) воздух отсасывается воздуходувной машиной из системы, в которой создается разреже- ние. Вследствие этого воздух из атмосферы устремляется в загру- зочное устройство / и, проходя через слой солода или встречая на своем пути поступающий в трубопровод сыпучий материал, подхва- тывает его и перемещает по материалопроводу 2 в отделитель 3, от- куда продукт выводится через шлюзовый затвор 8, выбрасывается воздуходувной машиной б через глушитель 7 в атмосферу. Достоинствами всасывающих пневмотранспортных уста- новок являются: простота конструкции, возможность забора солода из нескольких точек, обеспечение высоких санитарно-гигиениче- ских условий в рабочих помещениях. Поскольку в этих установках вся система находится под вакуумом, загрузочные устройства не требуют герметизации. К недостаткам этих установок следу- ет отнести возможность создания высоких перепадов давлений (до 5 • 105 Па), наличие специальных герметизирующих устройств в ме- стах вывода продукта из системы. В нагнетающих установках. (рис. 2.40, б) воздуходувная маши- 142
на нагнетает воздух в пневмосистему, создавая давление воздуха в ней выше атмосферного: наибольшее — в месте загрузки, наимень- шее — в отделителе. Достоинство нагнетающих пневмоуста- новок — возможность создания теоретически неограниченного дав- ления, что позволяет использовать их при транспортировании соло- да потоками как низкой, так и высокой концентрации. К недос- таткам нагнетающих пневмоустановок следует отнести слож- ность конструкции загрузочных устройств и повышенные требова- ния, предъявляемые к герметичности пневмосисгемы. Рис. 2.40. Схемы пневмотранспортных установок: а — всасывающей; б — нагне- тающей; в — всасывающе-нагнетающей Всасывающе-нагнетающие установки (рис. 2.40, в) включают в себя положительные качества как всасывающих, так и нагнетаю- щих установок. В зависимости от количества материалопроводов пневмоустановки бывают простыми — с одним материалопроводом и разветвленными — с двумя и более материалопроводами. В раз- ветвленных пневмоустановках по материалопроводам можно одно- 143
временно транспортировать различные сыпучие материалы из не- скольких точек с разными производительностями. Недостат- ком разветвленных пневмоустановок является влияние изменения нагрузки в одном из материалопроводов на стабильность работы других материалопроводов. Пневмотранспортные установки могут быть с замкнутым и ра- зомкнутым циклом подачи воздуха. В установках с замкнутым циклом весь воздух или только его часть возвращается после воз- духодувной машины в загрузочное устройство и снова используется для транспортирования. В установках с разомкнутым циклом воз- дух через воздуходувную машину полностью выбрасывается в ат- мосферу. Любая пневмотранспортная установка состоит из загрузочных устройств (приемников или питателей), материалопроводов, отде- лителей груза от воздуха (разгрузителей), пылеотделителей для очистки воздуха от пыли, герметизирующих устройств, воздуходув- ной машины, элементов управления и автоматизации. Для подачи груза в материалопровод применяют приемники, ко- торые для установок всасывающего типа подразделяют на верти- кальные и горизонтальные. Вертикальные приемники служат для подачи груза в вертикальный материалопровод. Приемники бывают открытого и закрытого типов. В приемники открытого типа воздух поступает непосредственно из окружающей среды, в приемники за- крытого типа — из оборудования, обеспечивая тем самым его обес- пыливание. Принцип работы приемника открытого типа (рис. 2.41, а) за- ключается в следующем. Груз из самотечной трубы 3 поступает в вертикальный корпус 6 приемника и далее в материалопровод 1. Отрезок трубы 4 со смотровым люком 5 имеет прямоугольное сече- ние и заканчивается закруглением, что способствует повороту и бо- лее равномерному распределению груза по сечению при выходе его' в вертикальную часть приемника. В конце закругления в приемни- ке устновлена гребенка 8, которая, разбрызгивая струю груза, пред- отвращает образование комков и тем самым обеспечивает захват его потоком воздуха, поступающим через входной коллектор 7 при- емника. Для интенсивного разгона груза на начальном участке транспор- тирования вертикальный корпус 6 приемника выполнен зауженным по сравнению с материалопроводом (сужение « 0,8...0,9D). Для нормальной работы приемника необходимо задвижку 2 установить в такое положение, которое будет соответствовать минимальному подсосу воздуха из трубы 3. Широкое распространение получили закрытые приемники типа "сопло" (рис. 2.41, б). Приемник состоит из патрубка 1, двух кон- 144
центрично вставленных одна в другую труб (или конусов) 2 и 3 и съемного днища 4, положение которого можно регулировать. Для уменьшения аэродинамического сопротивления внутренняя труба с диаметром, равным диаметру материалопровода, имеет обтекаемую (округленную) форму. Рис. .2.41. Приемники всасывающих пневмоустановок: а — открытого типа; б — типа "сопло"; в — горизонтальный типа "тройник" Для ликвидации завалов материалопроводов, имеющих прием- ник типа "сопло", необходимо снять днище 4. Для быстрой ликвида- ции завала служат также продувочные отверстия 5, перекрываемые манжетой б, но, как показывает опыт эксплуатации, должного эф- фекта они не дают. Для забора груза из насыпи используют переносные сопла раз- личной формы. Наибольшее распространение получило круглое прямое сопло, которое присоединяют к материалопроводу при по- 10. Заказ 5901 145
мощи гибкого рукава с быстроразъемными фланцами. Для подбора остатков с пола из труднодоступных мест применяют угловые и ще- левые сопла. Для подачи груза в горизонтальные материалопроводы пневмо- установок всасывающего типа применяют горизонтальные прием- ники типа "тройник" (рис. 2.41, в). Груз поступает через прием- ный патрубок 2. Количество груза можно регулировать задвижкой. Для предотвращения завалов и обеспечения нормальных условий захвата груза в приемнике 3 сделана горизонтальная перегородка 4, которая делит его на две части: в верхней движется груз с воздухом, в нижней — только воздух. Угол наклона а загрузочного патрубка приемника должен быть больше угла естественного откоса <р транс- портируемого груза. Обычно принимают <р = 45°. Для контроля слу- жит окно 1. В пневмотранспортных установках нагнетающего типа загрузоч- ными устройствами служат шахтные и шлюзовые затворы, эжекто- ры. Основное требование к ним — обеспечение герметичности и предотвращение утечек воздуха в месте загрузки, находящемся под избыточным давлением. Шахтные затворы применяют для подачи в материалопровод груза из бункеров. Они просты по конструкции, не имеют привода. Основной их недостаток — большая высота слоя груза, необходи- мая для предотвращения выброса его вследствие избыточного дав- ления в зоне загрузки. Шлюзовые затворы по конструкции бывают роторными и кла- панными. В шлюзовый затвор роторного типа (рис. 2.42, а) груз поступает через приемную воронку, заполняет карманы вращаю- щегося ротора 2 и при повороте его на 180° высыпается из них, за- тем через выпускной патрубок поступает в материалопровод. Для обеспечения достаточной н-герметичности зазор между корпусом 3 и лопатками ротора 2 должен быть не более 0,05 мм. Корпус снаб- жен патрубком 5 для отвода избыточного воздуха. Вал 4 ротора вращается в опорах, установленных в крышках J. Рис. 2.42. Приемники нагнетающих пневмоустановок: а — роторный шлюзовый затвор; б — эжектор 146
Основными недостатками шлюзовых затворов барабанного типа являются большие утечки воздуха, возможные заклинивания рото- ра и некоторые дробления груза. Для предотвращения этого недо- статка иногда лопасти ротора протачивают и устанавливают на них резиновые или подпружиненные накладки. Клапанные шлюзовые затворы состоят из двух секций с клапа- нами, которые периодически поочередно открываются с помощью пневматического или электрического привода. Они исключают дробление груза, но существенными недостатками этих затворов являются также большие утечки воздуха, неравномерность подачи груза и большие габаритные размеры. Клапанные шлюзовые затво- ры имеют весьма ограниченное применение. Эжекторы применяют в нагнетающих установках с избыточным давлением до 5-103 Па. В корпусе 4 (рис. 2.42, б) положение пла- стин 3 и 5, а следовательно, и степень сужения можно изменять с помощью болтов 2, приваренных к пластинам в вертикальных па- зах воронки 1. Принцип действия этого приемника основан на создании в зоне подачи груза статического давления, равного или несколько меньше атмосферного, в результате чего груз из бункера может свободно поступать в материалопровод. Во избежание увеличения сопротивления эжектора углы раскры- тия конфузора следует принимать не более 8°. Недостатком эжек- тора является сложность настройки при нестабильном сопротивле- нии пневмосистемы. Обычно они применяются в сочетании с шлю- зовым или шахтным затвором. Как правило, материалопроводы монтируют из стальных труб с толщиной стенки (1,5...4,0) • 10’3 м. Применение неметаллических труб (пластмассовых и стеклянных) в качестве материалопроводов сдерживается из-за образования на их поверхности зарядов стати- ческого электричества. Материалопроводы собирают из отдельных участков труб и фа- сонных деталей с использованием фланцевых и манжетных соеди- нений с резиновыми прокладками. Отделители (разгрузители) предназначены для отделения транспортируемого груза от транспортирующего его воздуха. По принципу действия отделители подразделяются на объемные, инер- ционные и центробежные. Чаще применяют объемные и центро- бежные отделители. Принцип действия объемных отделителей заключатся в том, что при поступлении потока воздуха и груза из материалопровода малого сечения в емкость во много раз большего сечения скорость 10* 147
воздуха падает до величины, значительно меньшей скорости вита- ния частиц транспортируемого груза. Вследствие этого под действи- ем силы тяжести происходит осаждение груза; Известно много различных конструкций объемных отделителей. Простейшим из них является осадительная камера (рис. 2.43, а), которая работает следующим образом. Поток воздуха и груза посту- пает в патрубок Г, крупные частицы груза, двигаясь по инерции, достигают криволинейной поверхности камеры и далее, изменяя направление своего движения, скользят к выпускному патрубку 4. Воздух же вместе с пылью проходит через жалюзи 3, а затем через патрубок 2 поступает в пылеотделитель. Рис. 2.43. Отделители пнев- моустановок: а — осадительная камера; б — циклон В установках пневматического транспорта чаще всего в качестве отделителей применяют центробежные разгрузители (циклоны). Поток, состоящий из твердых частиц и воздуха, поступает в циклон по прямоугольному патрубку 1 по касательной к цилиндрической части корпуса 3 (рис. 2.43, б). Верхняя винтовая поверхность цик- лона направляет поток по спирали вниз. Под действием центробеж- ной силы взвешенные частицы груза отбрасываются к внутренней поверхности корпуса циклона, а затем под действием силы тяжести опускаются вниз. Пройдя кольцевое пространство, образованное цилиндрической частью циклона и центральной трубой 2, поток по- 148
ступает в коническую часть 4. Частицы груза через патрубок 5 вы- водятся из циклона, а нисходящий воздушный вихрь, освободив- шись от груза, изменяет свое направление. Преобразуясь в восходя- щий вихрь и захватив с собой мелкую пыль, воздух выходит через центральную трубу 2. Практика проектирования и эксплуатации пневмотранспортных установок для солода показывает, что потери давления в пнев- мосистемах с низкими концентрациями не превышают (1,0....1,2)х Х104 Па, вследствие чего изменение плотности воздуха по длине материалопроводов не превышает 10%. Поэтому для упрощения расчетов изменением плотности воздуха по длине материалопро- вода пренебрегают, полагая ее постоянной и равной величине р - -1,2 кг/м3, а расчет ведут при одной и той же скорости воздушного потока, равной отношению объемного расхода воздуха к площади сечения материалопровода. При проектировании установок пневматического транспорта со- лода чаще всего задают суточную производительность технологиче- ской линии. В этом случае при определении расчетной производи- тельности Gp (кг/ч) проектируемой установки необходимо учиты- вать коэффициент неравномерности работы линии кн= 1,1...1,2. Величина массовой концентрации смеси для зернистых материа- лов <р - 3,0...8,0) зависит от размера частиц, их плотности, транс- портабельности, конфигурации трассы и т.д. Причем большие зна- чения р. следует брать для материалов с большей плотностью. В зависимости от скорости витания Увит (м/с) продукта вычисля- ют рабочую скорость воздуха, обеспечивающую устойчивое транс- портирование в вертикальном vB (м/с) или в горизонтальном уг (м/с) материалопроводе vB = Увит[1+(17,1/увит1,15)(цО)0,2]; Уг - Увит[(0,651°-5/с1э1/7)+(19,0/увит)(дО)0-2], где D — диаметр материалопровода, м (D- l,03VGp/^v) — округ- ляют до ближайшего большего по стандарту для стальных бесшов- ных труб; f — коэффициент трения; d3 — эквивалентный диаметр частиц, м. По принятому значению диаметра материалопровода и скорости воздуха находят расход воздуха и уточняют значение концентра- ции. Суммарные потери давления ЕАр (Па) при транспортировании равны 5Др ™ Аросн+ Арвсп, 149
где ДРосн — потери давления в основных элементах установки (приемнике, материалопроводе и отделителе); Др^ — потери дав- ления во вспомогательных элементах установки (пылеотделителях, воздуховодах). Потери давления в приемнике Дрпр (Па) определяют по скорости воздуха в материалопроводе: ДрПр= £np((pv2)/2), где епр— коэффициент сопротивления приемника. Потери давления в материалопроводе Др (Па) будут Др “ Дрв+ Дрр Дртр+Д р п+ДРмс> где Дрв — потери давления при движении чистого воздуха, Па; Дрр — потери давления на разгон солода в начальном участке мате- риалопровода, Па; Дртр — потери давления на трение солода, Па; Дрп — потери давления на подъем солода, Па; Дрмс — потери дав- ления в местных сопротивлениях, Па. Дрв=A(L/ D) ((pv2) / 2), где А = O,316/Re0’25 — коэффициент гидравлического сопротивле- ния для стальных бесшовных труб; Re - (vD) /v — критерий Рей- нольдса; v — коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с; L — длина материалопровода, м. Дрр“/?((ру2)/2), где (3 — коэффициент потерь давления на разгон: для вертикальных материалопроводов &=1,55 -102ReBlIT’0,15(pT/p) °>45(О/с1э)-0’1д; для горизонтальных материалопроводов /Зг = 0,28- 102Re0,4ReBMT'0’8Fr0’3 (рт/р ) -°-9(D/d3)0>5^, где Fr = v2/(gD) — критерий Фруда; р — плотность вещества час- тицы, кг/м3; Дртр = AT(L/D)((pv2)/2), где Ат — коэффициент потерь давления на трение солода: для вертикальных материалопроводов Атв= l^ lO^Re-0’5^^0’9 <Рт/р) 0'45(D/d3)1'75^0’85kn0'25' 150
для горизонтальных материалопроводов Л? = 14,5- 10'2Re"1’65ReBKT0,85Fr0’4(D/d3)2,321it °’9кп 0’2; Дрп =pg/«(v/u)H = l,2^[v/(v —vBMT) ]Н, где и — скорость движения частиц солода, м/с; Н — высота подъема солода, м. По полученным расчетным значениям расхода воздуха и суммар- ным потерям давления в сети подбирают воздуходувную машину, которая обеспечила бы работу установки с расчетными параметра- ми при наибольшем КПД. Потребную мощность электродвигателя воздуходувной машины N (кВт) вычисляют по формуле N = Qo6u(P вм/ (1000 э/вм^/пр) > где Qogui — общий расход воздуха в сети, м3/ч; Рвм — давление воздуходувной машины, Па; ?/вм — КПД воздуходувной машины; т?Пр — КПД привода воздуходувной машины. 2.6. Машины для обработки сухого солода После окончания сушки солода удаляют ростки, которые могут придать пиву горьковатый привкус. Отделять ростки от солода не- обходимо немедленно после сушки, так как при хранении из-за вы- сокой гигроскопичности ростки теряют свою хрупкость и отделяют- ся очень трудно. Очистка солода от ростков производится на ростко- отбойных машинах. Сухой солод после выдерживания на складе и перед подачей в производство с целью удаления из него пыли, оставшихся ростков, цветковой оболочки и других примесей пропускают через солодопо- лировочные машины, после которых он приобретает чистый вкус, а поверхность его становится блестящей. Дробление высушенного и отлежавшегося солода представляет собой тонкое измельчение солода для ускорения физиологических и биохимических процессов растворения зерна при затирании. Для этих целей используют солододробилки, вальцовые станки и мель- ницы. 2.6. J, Росткоотбойные машины К основным расчетным параметрам росткоотбойных машин отно- сят: производительность, окружную скорость ситчатого барабана, размеры цилиндра (диаметр и длину) и потребную скорость элект- родвигателя. 151
Производительность росткоотбойной машины Q (т/ч) опреде- ляется по формуле Q = IGrDLq, где К — коэффициент, учитывающий размеры рабочей поверхности цилиндра (К “ 0,8...0,95); D — диаметр цилиндра, м; L — длина ра- бочей части цилиндра, м; q — удельная зерновая нагрузка, т/(ч-м2). Удельная нагрузка [q = 1,5...8,0 т/(ч-м2) ] зависит от особенно- стей обрабатываемого солода, режима работы машины, типа ситча- того барабана и материала цилиндрической обечайки. Потребную мощность N (кВт) электродвигателя росткоотбой- ной машины рассчитывают по формуле N-Qn, где п — удельный расход электроэнергии, кВт-ч/т. Значение удельного расхода электроэнергии зависит от перераба- тываемого солода и составляет 0,5...1,2 кВт ч/т. Росткоотбойная машина РО-2 (рис. 2.44) представляет собой ситчатый барабан с вращающимися в нем лопастями. Солод с рост- ками шнеком 1 подается внутрь барабана, где подхватывается вин- тообразными лопастями 2, которые перемешивают и передвигают его к ситчатой поверхности барабана. Ростки от перемешивания и трения отделяются от зерен и проваливаются сквозь ситчатый бара- бан на шнек 3, с помощью которого удаляются из машины. Очищен- ный от ростков солод при выходе из машины и легкие примеси уда- ляются через патрубок 5. В лопастной росткоотбойной машине (рис. 2.45) вместо ситча- того барабана и отбивочного устройства установлены два вала с де- вятью лопастями, вращающимися в цилиндрическом корпусе встречно. Внутренняя полость лопастной росткоотбойной машины разделена на три зоны (I, II, III), в каждой из которых установлено по три лопасти. Угол расположения лопастей 5 в пространстве во всех трех зонах по отношению одна к другой составляет 90°. В лопастной росткоотбойной машине солод непрерывным пото- ком подается в зону I корпуса 4, где с помощью лопастей 5 интен- сивно перемешивается и перемещается в зону II. В зоне II солод также перемешивается и направляется в зону III, где лопасти сдер- живают перемещение и перемешивание потока солода. При про- хождении солода через все три зоны происходит отделение ростков от зерен. Смесь ростков и солода поступает к выгрузочной воронке 3, на которой размещены воздуховод 2 и дисковый распылитель 1. Лопасти на распылителе 1 имеют определенную кривизну, благода- 152
Рис. 2.44. Росткоотбойная машина РО-2 Рис. 2.45. Лопастная росткоотбойная машина ря чему солод приобретает вращательное движение. При этом про- исходит интенсивное распыление ростков, движущихся вместе с по- током солода вниз. К средней части вертикального воздуховода под- ключен вентилятор, который потоком воздуха увлекает ростки и направляет их в циклон. Интенсивность воздушного потока регули- руется жалюзийной решеткой. 153
Конструкция росткоотбойной машины типа РЗ-ВРД-10 состо- ит из неподвижной рамы, к которой крепятся росткоотбойный узел и воздушный сепаратор марки А1-БВЗ с замкнутым циклом движе- ния воздуха. В росткоотбойной машине РЗ-БГО-6 (рис. 2.46) приемное уст- ройство состоит из патрубка 2, подающего солод в магнитный сепа- ратор 3, снабженный грузовым клапаном. Блок магнитов располо- жен в лотке, который можно легко снять и удалить из него метал- ломагнитные примеси. Рис. 2.46. Горизонтальная росткоотбойная машина РЗ-БГО-6:1 —сухой солод; II — ростки; III — очищенный солод Корпус 1 установлен на станине, на нем предусмотрены отвер- стия для приемного устройства, аспирационного патрубка и выпу- ска прохода. Бичевой ротор 6 состоит из пустотелого вала, с торцов которого приварены полуоси, установленные в шарикоподшипни- ках. На пустотелом валу по образующей закреплены винтами во- 154
семь бичей, представляющих собой продольные стальные пластины. К каждому бичу приварены короткие гонки, причем на четырех би- чах гонки установлены под углом 80°, а на остальных — под углом 60° к оси ротора. Гонки каждого бича имеют разную высоту: пять крайних гонков с обоих его концов короче средних. В результате этого зерно в различных зонах имеет неравномерную скорость. От- носительное движение потоков увеличивает интенсивность трения и соответственно повышает эффективность удаления ростков. Ситчатый цилиндр 4 состоит из двух половин, соединенных в вертикальной плоскости. Ситчатый цилиндр 4 зажимают на ци- линдрических патрубках питателя и выпускного устройства. Привод машины осуществляется от электродвигателя 11 через клиноременную передачу 12. Клиновые ремни натягивают винто- вым устройством. Выпускные устройства предназначены для вывода ростков, отде- ленных от солода, приходом через сито и очищенного солода — схо- дом с него. Для вывода ростков II, отделенных от солода, под ситча- тым цилиндром 4 установлен выпускной бункер 10, прикрепленный к корпусу машины. Очищенный солод III выводится через выпуск- ной патрубок 8 (типа улитки), установленный в торце ситчатого цилиндра 4. Выпускной патрубок 8 повернут так, что очищенный солод из машины поступает на вибропитатель вертикального пнев- мосепаратора 7. Со стороны привода расположена сплошная опора, а с противоположной — две стойки 9. В нижней части опор сделаны отверстия для крепления машины к полу. Техническая характеристика росткоотбойных машин приведена в табл. 2.18. Таблица 2.18 Техническая характеристика росткоотбойных машин Показатели | РО-2 | РЗ-ВРД-10 | РЗ-БГО-6 Производительность, т/ч Ситчатый цилиндр, мм: 2 10 6.9 диаметр 500 600 300 длина (высота) 1800 1250 635 Частота вращения ротора, об/мин 220 250 460 Расход воздуха, м^/ч 5000 350 Мощность электродвигателя, кВт 2,8 7,7 5,5 Габаритные размеры, мм 2600x847x1850 1800x1620x2450 1430x878x1943 Масса, кг 900 1330 406 155
2.6.2. Солодополировочные машины К основным расчетным параметрам щеточных полировочных ма- шин относят производительность и потребную мощность. Производительность солодополировочных машин Q(t/h) с го- ризонтальной осью вращения определяют в зависимости от нагруз- ки на единицу внутренней поверхности щеточной деки, соприкаса- ющейся с наружным диаметром щеточного барабана: Q <=K%RLq, где К — коэффициент, учитывающий длину дуги деки; R — внут- ренний радиус деки, м; L — длина деки, м; q — удельная нагрузка на деку, т/Счм2). В щеточных полировочных машинах дуга деки обычно имеет центральный угол 201° и соответственно К = 1,1, тогда производи- тельность машины рассчитывают по формуле Q-3,5RLq. Удельная зерновая нагрузка на деку в солодополировочных ма- шинах составляет 6,4... 10,0 т/ (ч • м2). Потребную мощность N (кВт) для привода щеточного барабана определяют по формуле N = QgQ, где Чэ — удельный расход электроэнергии, кВт • ч/т (qg = 0,7...0,9). Солодополировочная щеточная машина типа А1-БЩМ-12 (рис. 2.47) представляет собой цельнометаллическую сварную кон- струкцию станины J, предназначенную для компоновки на ней всех узлов. Горизонтальный щеточный барабан б состоит из восьми ко- лодок, набранных щеточным волокном и закрепленных на ступи- цах. Щеточная дека 7 имеет три колодки, набранные щеточным во- локном и шарнирно соединенные между собой с помощью петель. Радиальный зазор между щеточными поверхностями барабана и де- ки регулируют механизмом 9 прижима деки. Для улавливания металломагнитных примесей из солода уста- новлен магнитный сепаратор 5, состоящий из набора постоянных магнитов, расположенных в один ряд под питающим устройством. Заслонку 4 используют при очистке магнитного аппарата. Шибер 10 служит для направления потока солода по ходу вращения щеточ- ного барабана 6. Зазор между шибером 10 и щеточным барабаном б должен быть 2 мм. 156
Рис. 2.47. Солодополировочная те точная машина Л1-БЩМ-12 157
Рис. 2.47. Солодополировочная щеточная машина А1-БШМ-12 (окончание) 158
Равномернее распределение солода по длине щеточного барабана осуществляет питающее устройство 2, состоящее из верхнего и нижнего клапанов, сблокированных между собой регулировочной тягой. Солод, увлекаемый вращающимся щеточным барабаном, на- правляется в зазор между щеточными поверхностями барабана и деки, где, подвергаясь интенсивному воздействию щеток, очищает- ся от пыли, ростков и надорванных оболочек. Затем солод поступает в нижнюю часть аспирационного канала, где от него отделяются воздухом легкие примеси и по аспирационному каналу уносятся из машины. Очищенный солод выводится самотеком через сборник, расположенный в нижней части машины. Техническая характеристика машины А1-БЩМ-12 Производительность, т/ч 12 Частота вращения щеточного барабана, об/мин 325 Размеры щеточного барабана, мм: диаметр 362 длина _ 1575 Расход воздуха на аспирацию, мл/ч 3500 Мощность электродвигателя, кВт 4,0 Габаритные размеры, мм 1930x900x2020 Масса, кг 855 2.6.3. Машины, для измельчения солода Измельчение солода осуществляется в клиновидном пространст- ве, образованном поверхностями двух цилиндрических параллель- ных вальцов, вращающихся с одинаковыми скоростями навстречу друг другу. Солод разрушается в результате деформации сжатия и сдвига. Работа вальцовых станков характеризуется производительно- стью и степенью измельчения солода. Производительность одной пары вальцов Q (кг/ч) определяют по формуле Q“3,610'6bI/>Vnpk, где b — зазор между вальцами, мм; L — длина вальцов, мм; р — объемная масса измельчаемого солода, кг/м3; Vnp — скорость про- хождения измельчаемого солода, м/с [V™ = (Vg + VM)/2, где Vg — скорость быстровращающегося вальца, м/с; VM — скорость медлен- новращающегося вальца, м/с; к — коэффициент полезного исполь- зования зоны измельчения (к = 0,8...0,95). Зазор между вальцами при измельчении на различных системах колеблется в сравнительно широких пределах (Ь = 0,05...1,0 мм). 159
На практике для определения производительности пары вальцов часто применяют зависимость Q-qL, где q — удельная нагрузка на вальцы, кг/ (ч • мм). Степень измельчения солода Ки рассчитывают по формуле Ки = dH/dK, где dH — диаметр зерен солода до измельчения, м (dH 0,003); dK — диаметр зерен солода после измельчения, м (dK = 0,0003). Необходимая мощность N (кВт) для вращения вальцов N-QNy«, где Nya — удельная мощность, кВт-ч/кг (1Чуд 0,004...0,005). Для ориентировочных расчетов средней производительности из- мельчающих машин на каждые 100 мм длины вальцов приходится 100...150 кг (для двухвальцовых солододробилок) и 200...300 кг (для четырехвальцовых) измельчаемого солода. Четырехвальцовая дробилка БДА-1М (рис. 2.48) состоит из бун- кера 1, питающего валика 2, заслонки 3, верхней пары вальцов 4, сита 5, нижней пары вальцов б, станины 7, привода 8, эксцентрико- вого вала 9 и ограждения 10. Вальцы (поверхность нижней пары шлифованная, верхней — рифленая) вращаются параллельно один другому с разными скоро- 160
стями. Изменение степени помола регулируется подвижным вали- ком каждой пары. Сито, с помощью которого дробленый солод раз- деляется на отдельные фракции, расположено под верхней парой вальцов, подвешено на плоских пружинах и получает качательное движение через тягу от эксцентрикового вала. Привод машины — от электродвигателя. Солод вводится в приемный бункер I, из которого рифленым пи- тающим валиком 2 передается в зазор между верхними вальца- ми 4. Заслонка 3 регулирует количество поступающего солода. Дробление солода осуществляется верхней парой вальцов, а разде- ление на отдельные фракции — при помощи сита 5. Сквозь сито проходят мелкая крупка и мука, которые поступают в бункер, а ше- луха и крупная фракция сходом переводятся на нижнюю пару валь- цов б, на которых дробятся и затем поступают в бункер. Шестивальцовая дробилка типа "Миаг" и 6VM-125A (рис. 2.49) эксплуатируется на крупных пивоваренных заводах. Верхняя пара Рис. 2.49. Схема работы шестивальцовой солододробилки 11. Заказ 5901 161
вальцов 1 обеспечивает предварительное дробление солода, средняя 2 — вторичное воздействие на шелуху, выделяя из нее мучнистые части. На нижней паре рифленых вальцов 3 проводится дробление крупных частиц. На виброситах отделяют мелкую крупку после первой и второй пар вальцов, чтобы не происходило дальнейшее измельчение ее. С помощью сит осуществляют и отделение от крупки шелухи после второй пары вальцов, которая поступает в бункер, минуя третью пару вальцов. По мере необходимости осуществляют крупный или мелкий помол. Мелющие вальцы станка ЗМ2 (рис. 2.50) — это две стальные по- луоси и рабочий барабан, изготовленный из никель-хромистого чу- гуна, наружная поверхность которого отбелена. Вальцы 3 и 28 в ста- нине 1 устанавливают на роликовых подшипниках так, чтобы меж- ду линией, соединяющей оси вальцов, и горизонталью был угол 45°. Один из каждой пары вальцов имеет только вращательное движе- ние (быстровращающийся 28), второй (медленновращающийся 3), кроме вращательного, может иметь и поступательное движение в направлении, перпендикулярном оси. Этим обеспечиваются регу- лирование зазора между вальцами, его равномерность по длине вальцов, быстрое сближение (привал) и удаление (отвал). Вальцы связаны между собой шестеренчатой передачей 26. Очищают валь- цы щетками 30. Настройку вальцов на параллельность проводят винтовыми ме- ханизмами 7, 17 и 24. Для параллельного сближения вальцов слу- жит эксцентриковый механизм 27. Питающий механизм станка двухваликовый. Распределительный валик 4 имеет разнонаправленные (левые правые) винтовые рифли, а дозирующий — 5 — 35 продольных рифлей на окружности на дра- ных системах и 59 рифлей на размольных. Механизм регулирова- ния питания позволяет автоматически изменять подачу продукта дозирующим валиком в зависимости от поступления его в питаю- щую трубу. Для регулирования подачи продукта над дозирующим валиком 5 на рычаге 6 шарнирно закреплена секторная заслонка 9, которая со- единена тягой 18 и рычагами 11 и 15 с датчиком питания 13, нахо- дящимся в питающей трубе станка. Для возврата заслонки в ниж- нее (закрытое) положение служит пружина 10, усилие которой можно изменять перестановкой ее ушка в отверстиях опорной план- ки на клапане 16. Для регулирования величины перемещения (хо- да) секторной заслонки служит винт 17, закрепленный на клапа- не 16. 162
Рис. 2.5'1. lia.ibuoiibiu чапок ЗМ2 11* 163
Правый кривошип рычага б соединен через серьгу 20, винт 24, амортизационную пружину 22, рычаг 23, вал 21 с рычагом автомата управления. Левый кривошип рычага 6 через планку 8 опирается на винт 7, закрепленный на станине, который ограничивает движение секторной заслонки при закрытии ее и исключает поломку деталей. Предварительную установку величины питающей щели осущест- вляют вращением винта 24. Дополнительно питающую щель во время работы станка (при очистке питающего бункера) увеличива- ют путем оттяжки винта 24. Включение грубого привала вальцов, вращение валиков 4 и 5, а также перемещение секторной заслонки 9 выполняются автомати- чески при наполнении продуктом питающей трубы. Обратные про- цессы протекают также автоматически при прекращении поступле- ния продукта в питающую трубу станка. При использовании автоматизированной мельницы для мокрого помола солода (рис. 2.51) в бункер 3 подают очищенный солод и за- тем через водораспределительное кольцо 4 теплую воду, температу- ра которой поддерживается с помощью терморегулятора 3, одновре- менно пускают насос 1 и вальцы 6. Расход воды составляет около 75 л на 100 кг солода. В течение 20 мин осуществляют циркуляцию воды при помощи насоса 1, по окончании воду передают насосом в заторный аппарат. Вальцы и насос останавливают, а солод оставля- Рис. 2.51. Мельница для мокрого помола солода 164
ют в покое для стока остатков воды. Замоченный солод подается на вальцы 6 питающим рифленым валиком 2. Одновременно с пуском валика 2 приводятся во вращение рабо- чие вальцы 6. При этом подается теплая вода через вентиль 8 для орошения размолотого солода и включаются в работу дисковые ва- лики 9, которые при вращении отделяют шелуху от мучнистых час- тиц солода. Для дробления необходимо соблюдение следующего условия: р > > tg а (где р — коэффициент трения частицы по поверхности валь- цов; а — половина угла захвата, т.е. 1/2 угла между касательными, проведенными через точки касания частицы материала поверхно- сти вальцов). После измельчения солода бункер 3 и вальцовый ста- нок ополаскивают теплой водой, ввод которой осуществляется через вентиль 7. Остатки солода вместе с водой поступают в заторный ап- парат. Мельница для мокрого помола солода полностью автомати- зирована и работает по специально заданной программе. Техническая характеристика машин для измельчения солода приведена в табл. 2.19. Таблица 2.19 Техническая характеристика салододробилок Показатели | БДА-1М I "Миаг" ( 6VM-125A I ЗМ2 Производитель- ность, кг/ч 1000 2500 5000 2500 Размеры вальцов, мм: длина 500 800 1250 600 диаметр: верхних 250 250 250 250 средних — 250 250 — нижних 250 250 250 250 Мощность электро- двигателя, кВт 5,5 9,5 7,5 15,0 Габаритные разме- ры, мм 1890x1166х Х1690 2340x2145х Х1650 2950х1950х Х1945 1618х1470х Х1390 Масса, кг 1876 5420 5655 2550 165
Глава 3 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА 3.1. Аппараты для приготовления пивного сусла В соответствии с машинно-аппаратурной схемой производства пива (см. рис. 1.2) основными для приготовления пивного сусла яв- ляются заторные, фильтрационные и сусловарочные аппараты. Эти аппараты соединяются трубопроводами в единую систему и называ- ются варочными агрегатами. При каждом варочном агрегате име- ются насосы, фильтр-прессы, хмелеотделители и приборы для конт- роля и управления процессами приготовления пивного сусла. 3.1.1. Варочные агрегаты В зависимости от мощности предприятия варочные агрегаты вы- пускаются двух-, четырех- и шестиаппаратными периодического действия при единовременной переработке зернопродуктов от 500 до 5500 кг. Двухаппаратный варочный агрегат (рис. 3.1) состоит из заторно- фильтрационного аппарата 1, заторно-сусловарочного аппарата 2, заторного насоса 3, хмелеотделителя 4 и суслового насоса 5. Он предназначен для оснащения пивоваренных заводов небольшой производительности и может обеспечивать два оборота (два цикла) варки сусла в сутки. Четырехаппаратный варочный агрегат (рис. 3.2) состоит из двух заторных аппаратов 1, одного фильтрационного 2 и одного суслова- рочного 3 аппаратов, а также из хмелеотборного аппарата 4 и водо- подогревателя 5. В таком агрегате каждый заторный аппарат занят обычно не более 50% по времени, поэтому на более мощных заво- дах объединяют два четырехаппаратных агрегата в один шестиап- паратный, сократив при этом два заторных аппарата. Шестиаппаратные агрегаты состоят из двух заторных, двух фильтрационных и двух сусловарочных аппаратов. Четырехаппа- ратные агрегаты обеспечивают до четырех оборотов (циклов), а ше- стиаппаратные — до шести оборотов в сутки. Иногда варочные аг- регаты вместо фильтрационных аппаратов комплектуются заторны- ми фильтр-прессами, позволяющими делать до 5...6 варок в сутки. Все аппараты варочных агрегатов обычно размещают на одной горизонтальной площадке для обеспечения стока отфильтрованного сусла в сусловарочный аппарат. Однако распространены также и 166
С а лад Рис. 3. i. Двухаинарагный варочный aipera 1
Рис. 3.2. Четырехаппарагный варочный агрегат 168
варочные агрегаты с вертикальным расположением аппаратов и их называют блочными. Аппараты для этих агрегатов устанавливают- ся непосредственно один над другим, что сокращает необходимую для их установки площадь и снижает потери тепла в окружающую среду. Блочный варочный агрегат (рис. 3.3) состоит из двух вертикаль- ных секций, в каждую из которых входят заторно-отварочный 6, сусловарочный 8 и фильтрационный 4 аппараты. Аппараты уста- новлены так, что дно верхнего является крышкой нижнего. Такая Рис. 3.3. Блочный варочный агрегат расстановка аппаратов обеспечивает перемеще- ние продукта самотеком, сокращение протяжен- ности всех коммуника- ций, связывающих аппа- раты между собой, эко- номию производствен- ных площадей. Аппара- ты обеспечены лопаст- ными мешалками, а фильтрационный аппа- рат — механизмом раз- рыхления. В блочном ва- рочном агрегате дробле- ный солод из бункеров 1 подается шнеком 2 к за- грузочным трубам 3 и далее в заторно-отвароч- ный аппарат 6. Заторная масса насосом 11 пере- качивается в фильтра- ционный аппарат 4, снабженный батареей кранов 5, а хмелевая суспензия насосом 10 из хмелеотделителя 9 — в сусловарочный ап- парат 8. Пар из всех аппаратов отводится через трубу 7. Производительность варочного цеха по готовому пиву GBap (дал/мес) GBap — G3nB тс/gi, где G3 — единовременная загрузка зернопродуктов в агрегат, кг; пв — число циклов (варок) одного варочного агрегата в сутки; тс — 169
число рабочих суток варочного агрегата в месяц (тс = 28,5 сут, из них 1,5 сут идет на проведение дезинфекции и профилактики ва- рочного оборудования); gi — расход зернопродуктов на 1 дал гото- вого пива, кг/дал. Число циклов (варок) одного варочного агрегата (табл.3.1) в сут- ки принимают в зависимости от числа аппаратов и количества несо- ложеных материалов (табл. 3.2). Табл и ц а 3.1 Типоразмеры аппаратов варочного агрегата на 1000 кг затираемых материалов Показатели Аппарат затор- ный фильт- рацион- ный сусло- вароч- ный фильтр-пресс Вместимость аппарата, м3 Площадь поверхности, м^: 6 7 8 — нагревания 5 — 7,2 — фильтрования — 5,2 — — Число фильтрационных кранов — 5 — — Объем рам фильтр-пресса, м® — — — 1,2...8,4 в зависимо- сти от числа рам Таблица 3.2 Число циклов варочного агрегата в сутки и количество перерабатываемых зернопродуктов Тип варочного агрегата Число циклов (варок) Количество зернопродуктов (в кг), перерабатываемых в сутки при единовременном затирании, кг 100% солода (соло- женое сырье) до 15% несо- ложе- ных ма- терив - лов 500 1000 1500 3000 5000 Двухаппаратный 2 — 1000 2000 — — — Четырехаппарат- ный 4 — — 4000 6000 12 000 22 000 — 3,6 1800 3600 5400 10 800 19 800 Четырехаппарат- ный с фильтр- 5 2500 5000 7500 15 000 25 000 прессом □ Шестиаппаратный 6 — — 6000 9000 18 000 33 000 — 5,4 — 5400 8100 16 200 29 700 170
При расчете поверхности теплопередачи аппаратов определяют величину теплового потока при наибольшей тепловой нагрузке. Об- щий расход теплоты в варочном цехе складывается из расхода теп- лоты на нагревание воды для приготовления заторной массы, про- мывание дробины и мытье помещений и аппаратов, нагревание и кипячение заторной массы и сусла, компенсацию потерь теплоты. Ориентировочно на затирание 1000 кг солода расходуется 3...5 м3 воды температурой 60°С, на промывание дробины при фильтрации — 4...5 м3 температурой 80°С. При двухотварочном способе приготовления затора в варочном цехе общий расход пара составляет 2800...3300 кг на 1000 кг засыпи дробленого солода и несоложеного сырья. Для заторного аппарата наибольшая тепловая нагрузка наблюдается при нагревании затор- ной массы. В этом случае необходимое количество теплоты (кДж) Qs = G3C3(tK - tH), где G3 — масса нагреваемого затора, кг; С3 — удельная теплоем- кость заторной массы, кДж/(кг-К); tK и tH — конечная и начальная температура заторной массы, °C. Удельную теплоемкость заторной массы можно определить как средневзвешенную величину удельных теплоемкостей сухих ве- ществ затора [Со= 1,42 кДж/(кг-К) и воды [св =4,19 кДж/ (кг - К) ] с3 = [со(Ю0-W3)/100] + [cBW3/100], где W3 — количество воды в заторной массе, %. Необходимая площадь поверхности нагревания заторного аппа- рата F3 (м2) исходя из услрвия определенной скорости нагревания Г з “ Q3/ (КНД tH тн), где Кн — коэффициент теплопередачи при нагревании заторной массы или сусла [Кн=0,93...1,28 кВт/(м2К)]; At„ — средняя раз- ность температур между теплообменивающимися средами, °C; тн — продолжительность нагревания, с. Для сусловарочного аппарата наибольшая тепловая нагрузка на- блюдается в период выпаривания. В этом случае необходимое коли- чество теплоты Qc (кДж) Qc-Wr/9n, где W — количество выпариваемой влаги, кг; г — удельная теплота парообразования, кДж/кг; уп — коэффициент, учитывающий поте- 171
ри в окружающую среду через боковую поверхность котла (??п“ = 0,96...0,97 при хорошей изоляции). Количество воды, которое необходимо выпаривать из сусла, оп- ределяют из уравнения материального баланса. Это уравнение со- ставляют из условия, что количество сухих веществ в сусле до и по- сле выпаривания неизменно GsBH/100 = (Gs-W)BK/100, где Gs — количество сусла до выпаривания, кг; Вн и Вк — соответст- венно начальная и конечная концентрация сусла, % сухих веществ. Необходимую площадь поверхности теплопередачи сусловарочно го котла (м2) в зависимости от продолжительности процесса выпа- ривания тв (с) определяют по формуле Fc=Qc/(KBAtBrB), где Кв — коэффициент теплопередачи при кипячении заторной массы или сусла [Кв»1,28... 1,63 кВтАм^К) ]; AtB — полезная раз- ность температур при выпаривании, °C. Расход пара в заторном и сусловарочном аппаратах определяют из уравнения теплового баланса 63Сз(н+О1п “ (G3C3 ~ WcB) tK + WIBT + DIK + Qn, где D — расход греющего пара, кг; 1п, 1вт и I, — соответственно удельная энтальпия греющего пара, вторичного пара и конденсата, кДж/кг; Qn — потери теплоты в окружающую среду, кДж, откуда расход греющего пара D (кг) D = [G3C3(tK - tH) + W (1Вт - cBtK) + Qn ]/ (In - IK). 3.1.2. Заторные и сусловарочные аппараты Заторные аппараты предназначены для смешивания (затирания) дробленых солода и ячменя с водой, нагревания и кипячения затор- ной массы. Изготавливают заторные аппараты следующих типораз- меров: ВКЗ-1 — для варочных агрегатов на 1 т затора, ВКЗ-1,5 — на 1,5 т затора, ВКЗ-З — на 3 т затора , ВКЗ-5 — на 5,5 т затора. Заторный аппарат типа ВКЗ (рис. 3.4) представляет собой сталь- ной цилиндрический резервуар б с двойным сферическим днищем 15 и сферической крышкой 4. Пространство между днищами явля- ется паровой рубашкой, в которую поступает греющий пар. Паро- вая рубашка имеет соответствующие фланцы и устройства для под- вода пара, отвода воздуха и конденсата. В нижней части сферического днища аппарата находится разгру- зочное устройство 11 для спуска части затора (густой фазы) на от- варку или выпуска всего затора при передаче его в фильтрационный 172
naw м Рис. 3.4. Общий вид заторного аппарата типа ВКЗ 173
аппарат. Управление разгрузочным устройством осуществляется поворотом одного из двух маховичков 14 и 22, один из которых ус- тановлен на оси 12 устройства, а другой — на колонке, находящей- ся на площадке для обслуживания. Разгрузочное устройство работа- ет с помощью зубчатой конической передачи 13. Над сферическим днищем внутри аппарата имеется пропеллер- ная мешалка 16 для размешивания заторной массы. Привод мешал- ки осуществляется от двигателя 9 через червячный редуктор 10, ус- тановленный 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 про- мывки она выполнена легкосъемной. Выводная часть трубы имеет запорное устройство 17, управление которым осуществляется с по- мощью маховичка 21, вынесенного на колонку. Сферическая крышка имеет вытяжную трубу 3 с поворотной дроссельной заслонкой 1, позволяющей регулировать тягу пара. По- ворот дроссельной заслонки производится маховичком 25, установ- ленным на краю крышки аппарата. В вытяжной трубе крышки на- ходится кольцевой сборник 2, для удаления конденсата по трубе 23. На крышке аппарата смонтирован предзаторник 30, предназна- ченный для смачивания сухих дробленых зерноприпасов при их по- даче в аппарат. Предзаторник имеет шиберную задвижку 29 для ре- гулирования количества подаваемых зерноприпасов. Рядом с пред- заторником 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 сме- ситель имеет патрубок 33 с вентилем и штуцером для присоедине- ния шланга. На крышке аппарата расположен раздвижной люк 28 для обслу- живания котла при промывке и наблюдения за технологическим процессом, происходящим в нем. Поверхность продукта, находящегося в аппарате, освещается ре- флектором 26 с низковольтной электролампой, который располо- жен на крышке котла. На крышке находится патрубок 24 для возврата части затора, от- варенного в другом аппарате. Патрубок внизу имеет наконечник, который распределяет поступающий затор веерообразно, что созда- ет благоприятные температурные режимы его смешивания и пре- пятствует образованию концентрированных участков с повышен- ной температурой. Рукоятка управления от вентилей подачи пара в рубашку и отво- да воздуха оформлена в виде маховичка 7, смонтированного на ко- 174
лонке, установленной на площадке для обслуживания. На колонке расположен манометр 5 для контроля давления пара. Аппарат имеет по окружности опорное кольцо из углового желе- за, к которому приварены четыре башмака 27 для установки его на площадке. Ввиду того что аппарат в каждом отдельном случае может уста- навливаться на разной высоте в зависимости от местных условий, приводной вал мешалки выполнен из отдельных частей, соединен- ных муфтами. Длина средней части вала уточняется при монтаже. Дробленый солод (зерноприпасы) поступает в предзаторник, где смачивается теплой водой из смесителя, затем в виде кашицы сли- вается в аппарат. После отварок заторная масса нагнетается насо- сом обратно в аппарат для кипячения, а оттуда подается в фильтра- ционный аппарат. Размеры заторных аппаратов ВКЗ-1, ВКЗ-1,5, ВКЗ-З и ВКЗ-5 приведены в табл. 3.3. Таблица 3.3 Размеры заторных аппаратов типа ВКЗ ВКЗ-1 ВКЗ-1,5 ВКЗ-З ВКЗ-5 ВКЗ-1 ВКЗ-1,5 ВКЗ-З ВКЗ-5 Н1 — 1920 «920 «920 «920 D1 2500 2500 3700 4800 Н2 «540 «540 «750 «750 d2 400 400 400 650 н3 830 830 950 970 R1 1675 1675 2260 2760 н4 1450 1600 1850 1850 r2 1675 1675 2390 2600 Н5 1000 1150 1250 1250 В 1700 1700 2260 2930 н6 850 1000 950 950 dyi 100 100 100 100 н7 По рабочему проекту <1У2 150 150 150 200 н8 здания йуз 80 80 100 100 н9 1500 1500 1800 1720 dy4 32 32 80 80 Н10 780 780 780 780 Ни 1950 1950 2120 2250 н12 1000 1200 1000 1200 н13 1120 1320 1120 1320 Техническая характеристика заторных аппаратов типа ВКЗ ВКЗ-1 ВКЗ-1,5 ВКЗ-З ВКЗ-5 Количество одновременно затира- емого сухого солода, кг 1000 1500 3000 5500 Полная вместимость, мэ 8 9 18 33 Поверхность нагрева сферического днища, м2 7,3 7,3 12,5 20,8 Рабочее давление пара, МПа 0,245 0,245 0.245 0,245 ДиамьБ мм: котла: внутренний 2500 2500 3700 4800 с теплоизоляцией 2700 2700 3920 5020 паропровода 32 32 80 80 водопровода 50 50 50 100 175
Расход: воды, м^/ч пара, кг/ч 4...5,5 6...7,5 12...16 22... 30 700 1000 2140 3690 Частота вращения мешалки, об/мин Редуктор червячный: 41,5 41,5 31 31 тип ВСЦ-0,5.06.000 М7-ВКС-3.06.030 передаточное отношение Электродвигатель: 36 36 48 48 тип АОЛ2-32-4 4A132S4Y3 исполнение М101 — мощность, кВт 3,0 3,0 7,5 7,5 частота вращения, об/мин Габаритные размеры, мм: 1500 1500 1500 1500 длина 3500 3500 4200 5300 ширина 2800 2800 3900 5300 высота (без установки привода) Масса, кг: 3710 3710 4880 4890 без продукта 3870 3965 5500 19 500 с продуктом 11070 14 765 23 500 42 000 Объем заторного аппарата V (м3) определяют, исходя из его не- обходимой производительности, по формуле V“GUTU/Q>f), где G — необходимая производительность заторного аппарата, кг/ч; тц — продолжительность полного рабочего цикла аппарата, ч; р — плотность заторной массы, кг/м3; £ “ 0,9 — коэффициент за- полнения заторного аппарата. Объем заторного аппарата можно также определить по количест- ву затираемого солода, принимая, что на 1000 кг сухого солода тре- буется 5...7 м3 полного объема современного заторного аппарата. Полный объем аппарата V (м3) складывается из объема цилинд- рической части и объема сферического (полушарового) днища: V - 0,785Di2H + l,047h2(3R - h), где Dj — диаметр корпуса аппарата, м; Н — высота цилиндриче- ской части, м; h — высота выпуклой части наружной поверхности днища, м; R — радиус кривизны в вершине днища, м. При проектировании выпуклых днищ руководствуются следую- щими конструктивными требованиями H»0,5Di; h»0,25DiHR = Di. По нормам расчета элементов сосудов на прочность толщина стенки днища <3 (м) <5 “ PDi/4[<7]kpm+c, 176
где Р — наружное избыточное давление, МПа; [о] — допускаемое напряжение при сжатии, МПа; k = 1 - (dc/Dj) — коэффициент фор- мы днища; dc — диаметр неукрепленного отверстия в днище, м; <рт = 1 — коэффициент прочности сварного шва; с = 0,002 м — при- бавка к расчетной толщине. Эта формула справедлива, если выдержано условие (d-c)/Di<l. По конструкции сусловарочные аппараты сходны с заторными и предназначены для варки пивного сусла с хмелем и выпаривания части воды для получения сусла определенной плотности. Поверх- ность сусловарочного аппарата более развитая и благодаря большой кривизне паровой рубашки столб жидкости около стенки имеет не- большую высоту и большую поверхность нагревания по сравнению со столбом, находящимся в середине аппарата. Поэтому у стенок аппарата парообразование будет интенсивнее, и жидкость будет со- держать больше пузырьков и пара и, как более легкая, станет вы- тесняться вверх жидкостью более тяжелой, находящейся в центре аппарата. 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, повыша- ются биологическая стойкость пива и коэффициент теплоотдачи. Сусловарочный аппарат ВСЦ-1,5 (рис. 3.5) представляет собой сварной стальной цилиндрический резервуар 4 с двойным сфериче- ским днищем 7 и сферической крышкой 1. Пространство между сферами днищ является паровой рубашкой, в которую подается гре- ющий пар. Паровая рубашка имеет соответствующие фланцы и уст- ройства для подвода пара, отвода воздуха и конденсата. В нижней части сферического днища аппарата смонтировано раз- грузочное устройство 14 для выпуска сусла из котла. Управление разгрузочным устройством осуществляется с помощью зубчатой ко- нической передачи 9 поворотом любого из двух маховичков. Махо- вичок 8 закреплен на поворотной оси устройства, а маховичок 3 — на стойке, находящейся на площадке б для обслуживания. Над сферическим днищем внутри аппарата размещена пропел- лерная мешалка 15 для размешивания сусла в целях лучшей его циркуляции в процессе кипячения. Внутри аппарата по его периметру закреплен трубчатый ороси- тель 22 для гашения водой волнообразования, возникающего на по- 12. Заказ 5901 177
W £T Zf /Г Ot SZ 8Z Рис. 3.5. Общий вид сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5 (ВКС-3) 178
верхности кипящего сусла; там же расположен трап для обслужива- ющего персонала. Через крышку установлена труба 23, в которой помещается мерная линейка 17 для определения уровня сусла в ап- парате. Труба опущена ниже уровня сусла, что создает в зоне, огра- ниченной стенками трубы, ровную поверхность сусла во время ки- пячения и позволяет правильно определить его уровень. Для контроля за температурой в аппарате устанавливается тер- мометр сопротивления 2 с термопарой, укрепленной в корпусе ап- парата. Крышка имеет вытяжной штуцер 29, в котором расположен ко- нический клапан 28, позволяющий герметически закрывать аппа- рат в процессе выпаривания сусла. С помощью клапана также регу- лируется тяга в случае использования аппарата для выпаривания сусла без давления. Управление клапаном производится махович- ком 37, установленным на краю крышки. Храповое устройство 38 позволяет фиксировать клапан в любом промежуточном положе- нии. В вытяжном штуцере имеется конденсатосборник 27 для сбора образующегося конденсата, удаляемого по трубе 26, которая выве- дена наружу и при монтаже аппарата присоединяется к канализа- ционной сети. На крышке аппарата смонтирована система трубопроводов. На трубе 30, по которой поступает вторичный пар из аппарата в тепло- обменник, установлены предохранительный клапан 33 с перепу- ском пара в трубу 32 и вентиль 34. Труба 25 и вентиль 24 предназ- начены для снятия давления в аппарате в случае необходимости. На крышке также расположен люк 31 с противовесом 42 для обслужи- вания аппарата. В целях освещения поверхности продукта, находя- щегося 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 обес- печивает правильную циркуляцию сусла. Вода к оросителю подает- ся 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 предохранитель- ный 18 и редукционный 19 клапаны, отрегулировайные на рабочее давление. Аппарат имеет опорное кольцо 5 с лампами для установки на площадке. Привод мешалки осуществляется от электродвигателя 11 через червячный редуктор 12, которые смонтированы на фундаменте 10. 12* 179
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 заки- пать 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 прекра- щают подачу пара и постепенно открывают конический клапан вы- тяжного штуцера аппарата. Давление в аппарате начинает падать, а пивное сусло интенсивно кипеть. Кипячение сусла под давлением наряду с сокращением продол- жительности варки и экономией расхода пара способствует более полному выпадению белков, что, в свою очередь, улучшает осветле- ние готового сусла и ускоряет его фильтрацию, при этом полнее ис- пользуются экстрактивные и ароматические вещества хмеля. Размеры сусловарочных аппаратов ВСЦ-1,5 и ВКС-3 приведены в табл. 3.4 Таблица 3.4 Размеры сусловарочных аппаратов ВСЦ-1,5 и ВКС-3 ВСЦ-1,5 ВКС-3 ВСЦ-1,5 ВКС-3 н По рабочему проекту здания Ню — 1685 Но 3000 3310 Иц 490 950 Н1 2385 2740 Н12 1050 950 Н2 1425 1840 Н13 1170 1065 нз 1800 1950 Н14 1985 1790 Н4 1845 2460 dyi 150 100 н5 По рабочему проекту dy2 50 80 Нб здания ЙУЗ 50 100 н7 817 1100 В 187 2600 Н8 150 400 D 2900 4200 Н9 155 280 D1 400 400 Техническая характеристика сусловарочных аппаратов з Вместимость, м : ВСЦ-1,5 ВКС-3 полная 11,65 23,16 полезная 9,75 19,3 Диаметр внутренний, мм 2900 4200 Высота цилиндрической части. мм 1200 980 Поверхность нагрева, mz 8,75 21,9 Объем пара в рубашке, м"3 0,35 — Расход: пара, кг/ч 1032 2140 воды, м°/ч 7...8 21...24 180
Рабочее давление пара в рубашке, МПа 0,294 0,245 Частота вращения мешалки, об/мин 41,5 • 31 Редуктор червячный: тип ВСЦ-05.06.000 М7-ВКС-3.06.030 передаточное отношение 36 48 Электродвигатель: тип АОЛ2-32-4 4A132S4Y3 исполнение М101 — мощность, кВт 3,0 7,5 частота вращения, об/мин 1500 1500 Габаритные размеры, мм: длина 3800 5300 ширина 3100 4700 высота 4425 4500 Масса, кг: без продукта 5280 6200 с продуктом 15 000 31 000 Объем сусловарочного аппарата рассчитывают в зависимости от количества единовременно затираемого солода. При этом количест- во выпариваемой воды W (кг) зависит от того, до какой концентра- ции сухих веществ необходимо довести сусло W = Gs(1-Bh/Bk), где Gs — начальное количество сусла, кг; В,, и Вк — начальная и ко- нечная концентрация сухих веществ в сусле, %. Коэффициент теплоотдачи cq [Вт/(м2-К] от греющего пара в вертикальной стенке сусловарочного аппарата «1 = сп-У A3p2gr//zH(tn - td), где сп — коэффициент пропорциональности (для вертикальной стенки Сп “ 0,533; для горизонтальных труб Сп = 0,414); Л — коэф- фициент теплопроводности конденсата, Вт/(ш-К); g — ускорение силы тяжести, м/с2; р — плотность конденсата, кг/м3; г — скры- тая теплота парообразования, Дж/кг; fj. — динамический коэффи- циент вязкости конденсата, Па-с; Н — высота стенки (для горизон- тальных труб Н = d), м; и tCT — температура пара и стенки, °C. Величину >/53р2 /р принимают по средней температуре пленки конденсата tq^^dn+tcr), a v'r — по температуре насыщенного па- ра. Для наклонной стенки коэффициент теплоотдачи «накл = «i-Vsin^p, где <р — угол наклона стенки, град. Заторно-сусловарочный аппарат ВСЦ-1 предназначен для зати- 181
рания дробленного солода, отварки части затора, кипячения и вы- паривания сусла, поступающего в аппарат после фильтрации. При использовании двухаппаратного варочного агрегата заторно-сусло- варочный аппарат ВСЦ-1 оснащается предзаторником, что дает возможность затирать зернопродукты в зависимости от требований производства. Для отварки затора 1/3 часть его поступает из заторно-фильтра- ционного аппарата в заторно-сусловарочный аппарат при работаю- щей мешалке. Затем в паровую рубашку аппарата подается пар, выдерживаются необходимые температурные режимы и произво- дится кипячение затора. После приготовления затор выпускается через разгрузочное устройство и перекачивается обратно в заторно- фильтрационный аппарат. Далее вся масса затора перекачивается в заторно-сусловарочный аппарат, где затор полностью осахаривает- ся. После этого затор опять подается в заторно-фильтрационные си- та, где он отстаивается. Для кипячения и выпаривания в аппарате сусла, поступающего после фильтрации, через люк засыпают требуемое количество хме- ля, аппарат герметизируют и в паровую рубашку пускают греющий пар. Когда сусло начинает закипать и давление в аппарате повыша- ется до 0,03 МПа, перекрывают паровой вентиль, оставляя в нем небольшую проходную щель для поддержания в сусле постоянной температуры кипения — примерно 105°С. При этой температуре сусло выдерживается около 1 ч, после чего прекращают подачу пара и постепенно открывают заслонку вытяжного штуцера. Давление в аппарате начинает падать, а пивное сусло интенсивно кипеть. Интенсификация процесса кипячения сусла возможна при повы- шении температуры. Так, при температуре 135°С необходимое вре- мя на изомеризацию а-кислот хмеля и коагуляцию белков снижа- ется до 2,5 мин. На рис. 3.6 представлен сусловарочный аппарат Ш4-ВСН с вы- носным нагревательным контуром, в котором вся масса сусла нахо- дится в гидроциклонном аппарате 2. В его нижней части сусло не- прерывно откачивается насосом 4 и, проходя через выносной кожу- хотрубный теплообменник 3, возвращается обратно в аппарат 2 че- рез центральную трубу, снабженную инжектором. В то время как содержимое аппарата 2 находится под атмосферным давлением, в нагревателе 3 создается избыточное давление, температура сусла доводится до 108...110°С. 182
——- Кипячение смела ---- Откачка готового сусла Рис. 3.6. Сусловарочный аппарат Ш4-ВСН с выносным нагревательным контуром На входе в аппарат 2 происходит эффект снятия давления и силь- ное испарение. Устройство центральной трубы сусловарочного ап- парата Ш4-ВСН с встроенным инжектором позволяет осуществлять циркуляцию всего содержимого аппарата, что интенсифицирует процесс кипячения. Аппарат 2 имеет тангенциальный ввод сусла, который позволяет использовать его в качестве гидроциклонного аппарата после окончания кипячения, эффективно отделять скоа- гулированный белок. В состав сусловарочного аппарата Ш4-ВСН входит смеситель 1, насос 5, а также сборник дезинфектанта и система автоматического управления. Сусловарочный аппарат выполнен в виде сосуда с ци- линдрическим корпусом и коническим днищем, снабжен камерой для осадка и крышкой, которая имеет пароотводящий патрубок для подвода воды к моющим головкам. На цилиндрической поверхности аппарата расположены два патрубка для откачки готового сусла, два патрубка для ввода и вывода сусла при циркуляции в люк. В ко- нической части днища находится патрубок для съема готового сусла с нижнего уровня и датчик уровня. К нижнему фланцу днища при- соединен распределитель, представляющий собой концентрический коллектор, состоящий из трех полостей. Через одну полость и пат- рубок удаляется осадок, а также подается фильтрационное сусло и хмелевая суспензия из смесителя 1. Через вторую полость и патру- бок подается вода к размывателю. Центральная труба вверху имеет отражатель. 183
Техническая характеристика сусловарочного аппарата Ш4-ВСН Количество загружаемых зернопродуктов, кг Вместимость гидроциклонного аппарата, м . номинальная рабочая Продолжительность цикла, мин Расчетная суточная оборачиваемость, циклов Продолжительность кипячения, мин Испаряющая способность, %/ч Установленная мощность двигателей, кВт Габаритные размеры, мм Масса, кг 4000 45 30 200 Не менее 7 60...70 Не менее 8,5 48,8 6600x6000x6000 9000 Применение сусловарочного аппарата Ш4-ВСН имеет следую- щие преимущества по сравнению с традиционными аппаратами: со- кращается продолжительность кипячения со 120 до 60...70 мин; снижается расход пара на 20% и расход хмеля на 5...6%; установка может работать на шишковом хмеле, а также на порошкообразном, гранулированном и хмелевом экстрактах. 3.1.3. Фильтрационные аппараты и филыпр-прессы Фильтрационные аппараты ВФЧ-1, ВФЧ-1,5, ВФЧ-3, ВФЧ-5 со- ответственно на 1000, 1500, 3000 и 5500 кг затора предназначены для отделения сусла от дробины и последующего выщелачивания дробины горячей водой. Для достижения хорошей фильтруемости затора степень раство- рения солода должна быть не более 3,0% и динамический коэффи- циент вязкости сусла 1500...1600 кПа -с. В основу разработки новых конструкций аппаратов для фильтрования заторов положено урав- нение Кармен-Козени Уф= кДра2/<Ьфи), где Уф — скорость фильтрования затора, м/с; к — коэффициент фильтрования; Др — перепад давления через фильтрующий слой, МПа; d — диаметр частиц, мм; Ьф — толщина фильтруемого слоя, мм; fi — динамический коэффициент вязкости сусла, кПа • с. С учетом обратной зависимости Уф от Ьф в конструкциях фильт- рационных аппаратов предусматривается уменьшение фильтруемо- го слоя. Фильтрационный аппарат типа ВФЧ (рис. 3.7) представляет со- бой стальной сварной цилиндрический сосуд 16 с тепловой изоля- цией, плоским днищем 14 ц сферической крышкой 19. На расстоя- нии 10 мм от днища расположено съемное фильтрационное сито 15 из отдельных сегментов, на которых оседает слой дробины из затор- ной массы. В центре аппарата сегменты опираются на узкую повер- 184
ионромх г»фц/ 185
хность корпуса разрыхлительного механизма. В одном из сегментов имеется отверстие для удаления дробины. Для отвода сусла в дне аппарата расположены выходные отвер- стия, являющиеся началом отводных труб 11, которые на другом конце, в фильтрационной батарее 5, имеют специальные фильтра- ционные краны 26 для регулирования стока сусла, отбора его через коллектор 27 и контроля за процессом фильтрации. Внутри аппарата на вертикальном валу смонтирован механизм 13 для разрыхления (прорезания) слоя дробины во время выщела- чивания. Он представляет собой систему вертикальных ножей, рас- положенных на определенном расстоянии один от другого. Посред- ством имеющегося на механизме устройства ножи можно поворачи- вать вокруг своей оси, изменяя их положение. Дробина удаляется путем установки ножей на определенный угол к направлению дви- жения продукта, а выгрузка ее осуществляется механизмом 21 с по- мощью маховичка 20. Высота разрыхляемого слоя дробины устанавливается с помощью гидравлической системы 6, которая поднимает и опускает вал с раз- рыхлительным механизмом. Вал внизу заканчивается поршнем, расположенным в гидравлическом цилиндре червячного редуктора, куда насосом нагнетается под поршень масло. Управление системой осуществляется с пульта 25. На площадке 22 для обслуживания установлен указатель 23 по- ложения разрыхлительного механизма в аппарате по высоте. Во избежание перегрузок, которые могут возникнуть при удале- нии дробины из аппарата при большом углублении в нее ножей в начале выгрузки, на валу предусмотрено устройство 9, связанное с гидравлической системой. При включении устройства на пульте уп- равления в положение "Автопуск" разрыхлительный механизм опу- скается на 5 мм за каждые его полоборота. Для ускорения фильтрации продукта на разрыхлительном меха- низме имеется декантатор 12, позволяющий в процессе отстаивания заторной массы перепускать осветленное первое сусло из верхнего слоя. Привод разрыхлительного механизма включает в себя двухско- ростную червячную передачу 7 с двумя двигателями 8. Внутри чер- вячной коробки установлена автоматическая муфта, позволяющая разъединять червячные пары при затирании и удалении дробины. При разрыхлении дробины муфта автоматически включается. На валу имеется обгонная муфта 10, с помощью которой устраняются инерционные усилия при резкой остановке разрыхлительного меха- низма. Внутри аппарата над разрыхлительным механизмом укреплен ороситель 17, куда поступает вода. Вытекая из отверстий оросите- ля, она приводит его во вращение по принципу Сетнерова колеса, орошая равномерно поверхность дробины. Вода требуемой темпера- туры подается к оросителю от смесителя 18. Сферическая крышка аппарата имеет вытяжной штуцер 2 с дрос- сельной заслонкой /, позволяющей регулировать вытяжку пара. За- слонка поворачивается с помощью тросса. На крышке расположены патрубок 3 для возврата мутного сусла в аппарат, патрубок 4 для подачи заторной массы в аппарат и два раздвижных люка 28 для об- служивания аппарата и наблюдения за технологическим процессом. Для освещения поверхности продукта на противоположной сто- роне крышки имеется рефлектор 24 с низковольтной электролам- пой. Техническая характеристика фильтрационных аппаратов типа ВФЧ ВФЧ- 1 ВФЧ-1,5 ВФЧ-3 ВФЧ-5 Количество одновременно затираемого сухого солода, кг Вместимость, м . 1000 1500 3000 5500 полная 6,36 10,6 22 37,5 полезная 4,8 7,2 22 37,5 Диаметр внутренний, мм 2600 3150 4500 5850 Высота цилиндрической части, мм 1200 1365 1400 1400 Площадь фильтрации, ъг 5,3 7,8 15,9 26,8 Число фильтрационных кранов 6 8 12 20 Частота вращения разрыхлительного механизма, об/мин: при затирании и удалении дробины 11.9 11.9 3,2 3,2 при разрыхлении дробины 0,4 0,4 0,53 0,53 Привод разрыхлительного механизма Двухступенчатый с двумя Первый электродвигатель: тип мощность, кВт 0,6 электродвигателями А02012-6 АО2-32-6 0,6 2,2 2,2 частота вращения, об/мин 915 915 950 950 Второй электродвигатель: тип АО2-32-6 АО-41-4 мощность, кВт 2,2 2,2 4 4 частота вращения, об/мин 950 950 1140 1440 Насос масляный: тип Г-12-12А Г-12-21А производительность, л/мин 7,0 7,0 7,0 7,0 давление, МПа 2,45 2,45 2,45 2,45 Электродвигатель масляного насоса: тип q АО2-22-6 АО-22-6 мощность, кВт 1,1 1,1 1,1 1,1 частота вращения, об/мин 930 930 930 930 Габаритные размеры, мм: 186 187
длина 5000 5030 — —- ширина 3070 3890 4750 6100 высота 3345 4080 3360 3955 Масса, кг: без продукта 4040 4350 11000 13 720 с продуктом 11 240 15150 30 600 46 500 Заторно-фильтрационный аппарат ВЗЧ-1 на 1 т затора предназ- начен для отделения сусла от дробины, последующего выщелачива- ния ее горячей водой, а также для затирания зерноприпасов, кото- рые подаются через предзаторник, установленный на крышке аппа- рата, в днище которого находится разгрузочное устройство для вы- грузки затора. Заторно-фильтрационный аппарат ВЗЧ-1 совмещает в себе опе- рации затирания и фильтрации затора. При затирании разрыхли- тельный механизм используется в качестве мешалки, а зерноприпа- сы подаются в аппарат через предзаторник, где они смачиваются водой. После первоначального затирания 1/3 нефильтрованного за- тора подается из аппарата на отварку, после чего вновь возвращает- ся в аппарат для окончательного затирания. Фильтрация затора производится так же, как и в обычном фильтрационном аппарате, после чего затор подается в сусловарочный аппарат для кипячения с хмелем. Применение в варочном цехе фильтр-прессов позволяет пригото- вить 5...6 заторов в сутки и повысить выход экстракта на 1 % по сравнению с обычными фильтрационными аппаратами. Дробить со- лод для заторных фильтр-прессов можно на обычном мельничном станке с более высокой степенью измельчения, чем на солододро- билках. Увеличение разности давлений до и после фильтрующего слоя способствует ускорению фильтрации. Давление в зависимости от свойств осадка для фильтрующего слоя пивной дробины не долж- но превышать 0,16 МПа при фильтрации основного сусла и 0,25 МПа при промывании дробины водой. Более высокие давления ухудшают качество фильтрации сусла и промывания дробины. Фильтр-пресс (рис. 3.8) состоит из станины, рам и плит прямо- угольной формы, которые отливаются из чугуна. Внутренний раз- мер рам ( см. рис. 3.8, а) 800x800 и 1400x1400 мм, вместимость ка- меры, образуемой рамой, составляет 4—14 дал, число рам в фильтр- прессе в зависимости от количества затираемого солода колеблется от 10 до 60. В верхней части рама имеет прилив с каналом I, который узкой прорезью II сообщается с внутренним пространством рамы IV. Бо- ковые каналы III сообщаются с внутренней полостью рам. 188
Плиты фильтр-пресса (рис. 3.8, б) по размерам такие же, как и рамы. Поверхность плиты с обеих сторон состоит из желобков для стока сусла и промывания дробины; сверху и снизу желобки распо- ложены горизонтально, посередине — вертикально. Четные плиты имеют соединительные прорези в боковые каналы III, а нечетные их не имеют. Число плит в фильтр-прессе всегда на единицу мень- ше, чем рам. Рис. 3.8. Основные детали и схема работы заторного фильтр-пресса: а — рама; б — плита; в — схема работы заторного фильтр-пресса Рамы и плиты с помощью специальных опорных приливов пооче- редно устанавливают на балки станины. На плиты накладывают салфетки VI из фильтрационной хлопчатобумажной или синтети- ческой ткани, после чего пакет рам и плит плотно сжимается меха- низмом зажима. Работа фильтр-пресса показана на рис. 3.8, в. Фильтрация основ- ного сусла происходит при полном открытии всех кранов и плит. Заторная масса, нагнетаемая насосом в канал I, через прорези II проходит во внутреннее пространство. Сусло проходит сквозь филь- трующие салфетки, стекает по канавкам плит через краны наружу. Дробина задерживается между салфетками VI в полости рам, обра- зуя постепенно лепешки. С целью полного удаления экстрактивных веществ производят продувание лепешек дробины паром или сжа- тым воздухом. Пар или сжатый воздух, а затем промывная вода на- гнетаются в фильтр-пресс по боковым каналам III и через прорези четных плит распределяются по желобкам с обеих сторон этих плит 189
(краны четных плит на время продувки и промывания закрывают), последовательно проходят сквозь фильтрационные салфетки, ле- пешки дробины, ткань нечетных плит и вытесняют остатки сусла через краны нечетных плит. Несмотря на эффективную работу, фильтр-прессы весьма трудо- емки в обслуживании, поэтому они не нашли широкого применения в промышленности. Расчет заторного фильтр-пресса сводится к определению количе- ства рам и плит. Для 1 т сухого солода, поступающего на затирание, требуется свободный объем рам 1,2 м . Толщина лепешек дробины принимается 6...7 см. В процессе затирания и фильтрации заторной массы образуется пивная дробина, которая отпускается на корм скоту. Влажность дробины колеблется от 75 до 85%. Выход сырой дробины составляет П5...130% по отношению к количеству затираемых зернопродук- тов, или 2,3 т на 1000 дал готового пива. Влажная дробина быстро загнивает, поэтому она не подлежит длительному хранению и реализуется в сыром виде в ближайшие фермерские хозяйства. В целях сохранения дробины на некоторых зарубежных предпри- ятиях ее засаливают в специальных цементированных ямах и су- шат на барабанных сушилках при температуре 60°С. Выход сухой дробины при сушке составляет 27 %. На рис. 3.9 приведена схема утилизации пивной дробины. Из фильтрационного аппарата 5 центробежным насосом 4 разбавлен- ная дробина перекачивается в раздаточные бункера 1. В этих бун- керах избыточная вода отделяется через ситчатое второе днище ко- нусной части бункера. Оставшаяся густая часть дробины из бункера выводится шнеком 2 на погрузочную площадку 3. Рис. 3.9. Схема утили- зации пивной дробины 190
3.1.4. Гидроциклонные и хмелеотборные аппараты Гидроциклонные аппараты РЗ-ВГЧ-1,5, РЗ-ВГЧ-З, РЗ-ВГЧ-5,5 предназначены для отделения белково-дубильных соединений и дробленного хмеля при производстве пивного сусла в варочных аг- регатах. Гидроциклонный аппарат типа РЗ-ВГЧ (рис. ЗЛО) представляет собой цилиндрический сварной сосуд 1 с конической крышкой и на- клонным днищем. На обечайке корпуса на высоте 900 мм от днища приварен входной нагнетательный патрубок 10, выполненный в ви- де конического сопла, плавно сужающегося от большого диаметра к меньшему. Патрубок расположен под углом 30° по касательной к обечайке корпуса, что создает вращательное движение подаваемо- £ в Рис. 3.10. Общий вид годроциклошюго аппарата РЗ-ВГЧ 191
му суслу. На расстоянии 1300 мм от днища аппарата расположены патрубок 11 для спуска осветленного сусла и патрубок 9 для рецир- куляции сусла. Кроме того, имеется еще патрубок 8 для спуска ос- ветленного сусла. К днищу аппарата приварены патрубки 6 и 7 для слива мутного сусла и смыва осадка, а внутри него на расстоянии 200 мм от обечайки радиально приварена реборда (в виде изогнутой полосы) для предотвращения попадания мути в трубопровод во вре- мя слива осветленного сусла. С наружной стороны к днищу корпуса приварен лоток 5 для подачи воды к размывателю 4. На крышке аппарата расположены пароотводный патрубок 12 и фланец для установки моющей головки 13, а также фонарь для ос- вещения внутри аппарата. Для технического обслуживания аппара- та имеется люк 3. На корпусе расположен указатель уровня сусла 2 в виде стеклянной трубки, к которой прикреплена рейка для нане- сения делений при тарировке. Трубка устанавливается в трехходо- вом кране, встроенном в обечайку аппарата. Сусло подается в аппарат через сопло патрубка 10 тангенциально к его стенкам, вследствие чего вращается внутри аппарата. Под действием гидродинамических сил взвешенные частицы сусла соби- раются в центре днища аппарата и образуют осадочный конус. По- сле осветления (приблизительно через 20 мин) сусло откачивают насосом. При этом сначала открывают кран патрубка 11, а по мере снижения уровня сусла краны патрубков 9 и 8. Мутное сусло удаляется насосом через кран патрубка 6. Осадок смывается водой, подаваемой к размывателю и моющей головке. Для удаления осадка открывают кран патрубка 7. Сусло подается в гидроциклон при давлении в патрубке 10 не ме- нее 0,6 МПа (замеряется при наладочных работах). В исключитель- ных случаях, если давление в патрубке недостаточно и не обеспечи- вается требуемая скорость вращения сусла, с помощью насоса про- изводят рециркуляцию сусла, для чего открывают краны патрубков 10 и 9. Для измерения в нагнетательном трубопроводе перед патрубком 10 установлен манометр. Размеры гидроциклонных аппаратов приведены в табл. 3.5. Хмелеотборный аппарат Б7-ВХА (Б7-ВХБ, ВХЧ) (рис. 3.11) представляет собой сварной цилиндрический аппарат б с кониче- ским днищем 8 и сферической крышкой 1. Внутри аппарата распо- ложена сетчатая фильтрационная корзина 5 с сетчатым коничес- 192
Л “Л Рис. 3.11. Общий вид хмелеотборного аппарата Б7-ВХА (Б7-ВХА, ВХЧ) Таблица 3.5 Размеры гидроциклонных аппаратов Типоразмер Размеры, мм Масса D d L 1 Н Н1 н2 РЗ-ВГЧ-1,5 2400 60 2625 2515 3000 3350 3753 1068 РЗ-ВГЧ-З 3000 50 3225 3115 3600 4000 4328 2146 РЗ-ВГЧ-5,5 3800 50 4025 3915 3800 4270 4513 2966 13. Заказ 5901 193
Техническая характеристика гидроциклонных аппаратов РЗ-ВГЧ-1,5 РЗ-ВГЧ-З РЗ-ВГЧ-5,5 Количество единовременно закладываемого солода, т 1,5 3,0 5,5 Производительность, дал/сут Вместимость, м . 5230 9980 17110 полная 13,5 26 45 рабочая 11 21 36 Скорость сусла на выходе из сопла, м/с 15 15 15 Время наполнения аппарата, мин 20 20 20 Диаметр, мм: сопла: наибольший 80 100 125 наименьший 30 50 50 аппарата внутренний 2400 3000 3800 Габаритные размеры, мм: длина 2667 3721 4071 ширина 2559 3263 3963 высота 3753 4328 4513 Масса, кг: сухого 1068 2146 2966 в рабочем состоянии 10 868 21 746 38 166 ким днищем 9 для задержания лепестков хмеля. Над днищем смон- тирована мешалка 4 из труб для размешивания продукта при выще- лачивании хмеля, которая приводится в движение от электродвига- теля 11 через червячный редуктор 12, которые установлены на фун- даменте. В верхней части аппарата расположен ороситель 2 для промывки и выщелачивания хмеля водой, поступающей из смесителя 3 (у ап- паратов Б7-ВХА и Б7-ВХБ смеситель смонтирован на крышке). Сбоку аппарата имеется указатель 7 уровня продукта. К днищу аппарата прикреплено разгрузочное устройство 13 с краном 14 для спуска сусла и хмелевой дробины, которые насосом 15 подаются к распределительному крану 16. Путем переключения крана можно одним и тем же насосом перекачивать сусло и хмелевую дробину. Переключается кран маховичком 19. Распределительный кран по конструкции аналогичен разгрузоч- ному крану и предназначен для направления сусла в отстойный ап- парат и хмелевой дробины в канализацию. На крышке имеется люк 17 для обслуживания и промывки аппа- рата. Аппарат устанавливается на четырех опорах 10, укрепленных на фундаменте с помощью болтов. Сусло с хмелем поступает в аппарат по трубопроводу через шту- 194
цер 18, где лепестки отработанного хмеля задерживаются ситами, установленными на цилиндрической части и на днище, а отцежен- ное сусло отсасывается насосом и по трубопроводу поступает в от- стойный аппарат. По окончании отсасывания сусла и промывки ос- татков хмеля аппарат заполняется водой, кран выхода сусла пере- крывается, открывается канал для хмеля. Остатки хмеля переме- шиваются с водой и удаляются насосом. Размеры аппаратов Б7-ВХА, Б7-ВХБ и ВХЧ приведены в табл.3.6. Таблица 3.6 Размеры хмелеотборных аппаратов Тип аппарата Н Н1 Н2 н3 D Б7-ВХА 2465 2185 800 2000 1400 Б7-ВХБ 2915 2635 800 2345 2000 ВХЧ 2530 2250 700 2250 3180 Техническая характеристика хмелеотборных аппаратов з Вместимость, м : Б7-ВХА Б7-ВХБ ВХЧ полная 1,55 4,4 10,0 рабочая 0,85 2,6 4,85 Диаметр внутренний, мм 1400 2000 3180 Высота резервуара, мм Площадь сит, мг 1190 1640 1470 3,35 7,24 15,0 Частота вращения мешалки, об/мин 40 40 40 Диаметр патрубка, мм: подводящего сусло 80 80 80 отводящего сусло 80 80 80 Электродвигатель: тип мощность, кВт 2,2 4А901ЛУЗ 2,2 2,2 частота вращения, об/мин 1500 1500 1500 Редуктор червячный с передаточным отношением 36 36 36 Насос: тип ФГ57.5/9.5 (ЗФ-12) производительность, м° 7,5 57,5 57,5 Габаритные размеры, мм: длина 1575 2250 3500 ширина 1410 2010 3200 высота 2465 2915 2530 Масса, кг: без продукта 1187 1584 3202 с продуктом 2037 4184 13000 13* 195
3.1.5. Экономия тепла в варочном отделении В варочном цехе затраты тепла на кипячение охмеленного сусла составляют 58% общего потребления на приготовление сусла, что вызвало ряд отечественных и зарубежных предложений, направ- ленных на существенное снижение расхода тепла как при работе по традиционной технологии и кипячении сусла в сусловарочных кот- лах открытого типа при атмосферном давлении, так и за счет корен- ных изменений конструкций аппаратов для кипячения и значитель- ного повышения температуры теплоносителя. Снижение затрат тепла в процессе кипячения сусла в суслова- рочном котле возможно за счет усовершенствования технологии и применяемого оборудования: изменения режимов скорости испаре- ния сусла, оснащения сусловарочных котлов эффективными нагре- вательными элементами, добавления устройств и дополнительных аппаратов для рециркуляции жидкости. Длительность кипячения сусла в сусловарочных котлах откры- того типа по технологическим требованиям составляет 2 ч при ин- тенсивности испарения 5...6% в час. Количество испаряемой с 1 м2 поверхности сусла жидкости в 1 ч составляет без мешалки 40...50 л, с мешалкой — 60...70 л. Общее количество выпариваемой воды в сусловарочном котле обусловлено массовой долей сухих веществ в сусле. Применение дополнительных обогревательных элементов, распо- лагаемых обычно по дну сусловарочного котла, повышает интенсив- ность процесса кипячения и его эффективность. Иногда заменяют медные обогревательные элементы стальными хромоникелевыми. Поскольку поверхность из нержавеющей стали замедляет процесс выделения пузырьков воздуха, при кипячении увеличивают скорость потока сусла путем дополнительного его пе- ремешивания. Это позволяет поддерживать чистыми обогреватель- ные элементы, что способствует повышению теплопередачи и эко- номному расходованию тепловой энергии. Получение сусла, осуществляемое повсеместно на аппаратах пе- риодического действия, связано с неравномерным потреблением па- ра. Необходимость обеспечивать пиковые потребности вызывает фактическое завышение номинальной мощности котлоагрегатов и их неполную загрузку, уменьшение КПД и повышение расхода теп- ла в производстве. Для снижения пиков потребления пара предложено применять 196
теплоаккумуляторы, которые накапливают тепло при снижении расхода пара и отдают его в систему при увеличении нагрузки по- требителей. При кипячении сусла под давлением при высоких температурах происходит интенсивное перемешивание жидкости, способствую- щее значительному ускорению технологических процессов на этой стадии. При кипячении сусла под давлением 0,03...0,05 МПа (1О5...1О8°С) под действием некоторого количества растворенного в сусле кислорода происходит образование красящих и ароматиче- ских веществ подобно тому процессу, который протекает при сушке солода, что очень важно при переработке повышенных количеств несоложеного сырья. Поэтому варка сусла под давлением выступает как необходимый технологический прием, улучшающий общий процесс применения несоложеных материалов. С целью экономии тепла путем интенсификации процессов при- готовления сусла на действующем оборудовании предложена новая технология приготовления 10%-ного и 11%-ного светлого пива из сусла с повышенной массовой долей сухих веществ. По разработанной технологии на существующем оборудовании пивное сусло приготовляют с массовой долей сухих веществ 14% (вместо 10 и 11%), сусло сбраживают в течение 7...8 сут, затем про- изводят его дображивание в течение 21 сут. После дображивания пиво фильтруют и специально подготовленной водой доводят филь- трованное пиво до стандартной массовой доли сухих веществ (10... 11 %), готовое пиво разливают по принятым режимам. Подготовка воды включает охлаждение ее до температуры пива при розливе, доведение активной кислоты до pH пива, деаэрацию и карбонизацию. Экономия энергоресурсов достигает 16,3% и составляет в пере- счете на 1 дал готового пива по расходу тепла и холода 1,5 кДж вме- сто 1,82 кДж, а по расходу электроэнергии 0,31 кВт -ч вместо 0,37 кВт - ч по базисному варианту существующей технологии. В большинстве стран готовят сусло плотностью 1,060° (14,7%) с последующим разведением до 1,040° (10%). Экономия тепла со- ставляет 2931 кДж/дал (700 ккал/дал) пива, что составляет более 10% общего расхода тепла в производстве пива. При неизбежности тепловых потерь в процессе приготовления пивного сусла существенное влияние на величины удельных пока- зателей энергозатрат оказывают факторы, связанные с концентра- цией производства и применением более совершенного оборудова- ния большей единичной мощности. 197
Разработаны автоматизированные варочные агрегаты на 3 и 5,5 т единовременной засыпи зернопродуктов, а также варочные агрега- ты с аппаратами прямоугольного типа на 5 т засыпи. Более совер- шенные конструкции позволяют интенсифицировать процессы и увеличить оборачиваемость варочных агрегатов. Автоматизированный варочный агрегат на единовременную за- сыпь зернопродуктов 3 т типа РЗ-ВВЦЗ-З имеет ряд преимуществ перед типовым варочным агрегатом той же вместимости, его приме- нение позволяет повысить производительность варочного цеха с 2,2 млн дал в год пива до 2,8 млн дал. Такой же эффект дают вароч- ный агрегат Е-23 на 5,5 т единовременной засыпи зернопродуктов. В состав этих агрегатов входят помимо аппаратов для затирания, фильтрования, кипячения установки для дробления увлажненного солода, несоложеных материалов, хмеля и гидроциклонный аппа- рат. Применение повышенных количеств несоложеного ячменя (30...50%) резко снижает стоимость основного сырья, в том числе энергетических ресурсов и капиталовложения на строительство со- лодовен. Но при замене 50% солода несоложеным ячменем количе- ство ферментов в заторе резко уменьшается, поэтому при перера- ботке повышенных количеств иесоложеного ячменя применяют ферментные препараты бактериального и грибного происхождения. Значительное снижение энергозатрат достигается при замене традиционного периодического способа приготовления сусла непре- рывным. В предложенных схемах и аппаратах конструкция агрегатов зна- чительно сложнее, чем при традиционной технологии. Однако не- прерывные процессы обеспечивают несомненные технологические преимущества, значительную интенсификацию производства и, как указано, экономию энергетических ресурсов. В ряде стран ведутся исследования по созданию установок для не- прерывного производства пивного сусла. К ним относятся: установ- ки фирмы "APV Со Ltd" (Англия), установка "Sentribrew" фирмы "Alfa-Laval" (Швеция) и др. Агрегат "Sentribrew" производительностью 5... 10 млн дал пива в год включает оборудование для непрерывного приготовления зато- ра, извлечения экстрактивных веществ и тепловой обработки сусла. Приготовление затора, его фильтрование производятся в теплооб- менниках-осахаривателях, спиральных реакторах, аппаратах с ко- ническими дисками для отделения сусла и промывания дробины. Сусло, соединенное с промывными водами, освобождают от белко- вой взвеси на сепараторе, смешивают с экстрактом хмеля и подвер- 198
гают тепловой обработке. При этом вместо традиционного кипяче- ния сусла его выдерживают под давлением около 2 мин при темпе- ратуре 150°С, а затем выпаривают в герметизированном вакуум- аппарате и быстро охлаждают до 80°С. При значительных сокраще- ниях размеров аппаратуры агрегат обеспечивает высокую произво- дительность, увеличенный выход экстракта и возможность получе- ния сусла с повышенной относительной плотностью с последующим разведением готового пива. При непрерывном получении сусла в установке фирмы "APV Со Ltd" солод измельчают на 6-вальцовой дробилке, затирают массу в предзаторнике непрерывного действия, осахаривают в трубчатых осахаривателях I и II ступеней с разваренным несоложеным мате- риалом и использованием суспензии ферментов, окончательно оса- харивают весь затор во вращающемся осахаривателе, отделяют сус- ло в ротационном фильтрационном аппарате с отдельными сегмен- тами и производят его кипячение в течение 1,5 ч в сусловарочных котлах с добавлением дробленого хмеля или хмелевого экстракта и использованием вторичного пара, направляемого в конденсатор. Кипяченое сусло осветляют на центрифуге, охлаждают в пластин- чатом холодильнике, насыщают кислородом, фильтруют на диато- митовом фильтре, пастеризуют и направляют на брожение. Благо- даря эффективному использованию тепла вторичного пара, выделя- емого при кипячении сусла, для нагрева поступающего на кипяче- ние сусла и применению кипячения под давлением достигается эко- номия тепла, составляющая 70%. Одним из важных источников снижения расхода тепловой энер- гии на получение сусла является использование образуемых в ва- рочном цехе основных вторичных энергоресурсов: тепла вторичного пара при кипячении охмеленного сусла и тепла образуемого паро- вого конденсата. На рис. 3.12 приведена диаграмма теплового баланса приготовле- ния пивного сусла, в которой показано распределение тепла во вто- ричных теплоэнергетических ресурсах. Потери тепла с вторичным паром, выделяемым при кипячении сусла, составляют 28% технологического потребления его на приго- товление сусла. Наиболее простой и дешевый способ использования тепла вто- ричного пара — конденсирование смеси пара с воздухом при кон- такте с разбрызгиваемой холодной водой в конденсаторе смешения, устанавливаемом на вытяжной трубе сусловарочного котла. При конденсации пара вода нагревается до 60°С и используется на тех- нологические нужды. Однако эти конденсаторы ухудшают работу 199
Вторичный пар заторного- котла 17% 00000 Конденсат заторного ноям --- Цоорина и npo-&MfSi мытые Роды §111 Горм Потери тепла* сислк •ВпШочйего котла I Ч5ЩМЮ Ut^/730000xnjy^\ 8.0^0% Л.д% М% 37,1% L вода на мытье 120000 -4 Солод 0JX>1200t)‘ Вода на затират flap О заторный j тел - Общий расход тепла на один '-^затор4667 ЗООккал------- 100% Расход тепла на один зитор при нешнической Выпарке **—00-03%---------- МООО \MOOOO2550000нквЛ №3% «I Ei Рис. 3.12. Схема тепло- ного баланса приготовле- ния пивного сусла м вытяжной трубы и загрязняют конденсат летучими эфирными мас- лами хмеля. В настоящее время они заменяются трубчатыми кон- денсаторами, которые представляют собой горизонтальные цилинд- рические котлы с трубчатыми теплообменными элементами. Пар проходит между трубками, через которые протекает нагреваемая вода. При помощи вентилятора пар возвращается в вытяжную тру- бу. Количество тепла, содержащееся во вторичном паре, выделяемом при кипячении 1 л сусла, составляет 2,261 МДж (540 ккал). Для за- вода, оборудованного четырехаппаратным варочным агрегатом, де- лающим четыре варки в сутки по 280 гл сусла (для 10%-ного пива), при испарении 7,5% количество теряемого тепла с вторичным па- ром составляет 18 992,4 МДж/сут. При КПД конденсатора, равном 60%, используемое тепло составляет 11 395,4 МДж, или 2,721 Гкал/сут. В пересчете на пар (при КПД котельной 72%) экономия составляет 5815 кг/сут, или5,19кг пара на 1 л сусла. 3.2. Оборудование для охлаждения и осветления пивного сусла Целью охлаждения и осветления сусла является понижение тем- пературы, насыщение сусла кислородом воздуха и осаждение взве- 200
шенных частиц сусла. В зависимости от методов ведения брожения (низовое, верховое) сусло охлаждают до 6...7 или 14...16°С). Полное осветление сусла при охлаждении устраняет трудности, возникшие при осветлении сусла в процессе главного брожения, а также предотвращает развитие диких дрожжей, помутнение и ин- фицирование пива. Сусло поглощает кислород физическим или химическим путем, причем растворение кислорода начинается с понижения температу- ры сусла и происходит до достижения насыщения. Физическое свя- зывание кислорода наиболее эффективно происходит при низкой температуре, слабой концентрации сусла, перемешивании в тонком слое. При охлаждении наряду с белками тонкой взвеси выпадают и другие вещества. Причиной выделения последних являются изме- нение температуры и вызванное этим изменение растворимости. 3.2.1. Холодильные компрессионные установки Общее потребление холода на пивоваренных заводах складыва- ется из расхода холода на восстановление потерь через внешние ог- раждения, на технологические цели, на охлаждение наружного воз- духа при вентиляции, на потери, связанные с обслуживанием. Расход холода Qi на восстановление потерь через внешние ог- раждения (потолки, полы, стены) охлаждаемых помещений (цехи главного брожения, дображивания, разливочный, хмелехранилище, склад готовой продукции и др.) подсчитывают для каждой поверх- ности каждого охлаждаемого помещения. Этот расчет производится на основании установленного температурного режима и размера по- мещений. Для каждой ограждающей поверхности расход холода q (кДж/сут) равен qi = 3,6Fk(tH-tB)24, где F — поверхность ограждения, м , к — коэффициент теплопере- дачи [для изолированных потолков, полов и стен принимают к - = 0,46...0,7 Вт/ (м2 • °C) ]; tH — температура снаружи теплопереда- ющего ограждения, °C; 1д — температура воздуха ограждаемого по- мещения, °C. Температура наружного воздуха tH рассчитывается по формуле 1н = + 0>6tmax» где tc м — среднемесячная температура воздуха, °C; tmax — макси- мальная суточная температура наиболее жаркого месяца для дан- ной местности, °C. 201
Рассчитав расход холода на потери через каждую поверхность всех охлаждаемых помещений, определяют его сумму Qi “Sqi- Расход холода Q2 на технологические цели — охлаждение солода при ращении, охлаждение сусла, молодого пива, пива при дображи- вании и готового пива перед розливом — слагается из расходов хо- лода на эти операции. При охлаждении сусла в пластинчатых и других теплообменни- ках от 30...20 до 5...6°С расход холода в пересчете на 1 дал готового пива составляет 630...840 кДж. При охлаждении бродящего сусла в бродильных аппаратах на каждый декалитр молодого пива, находящегося в бродильном цехе, потребляется в среднем 67 кДж/сут или 565 кДж на 1 дал готового пива за весь период брожения. При охлаждении воды, идущей на промывание и хранение дрож- жей, потребляется до 84 кДж на 1 дал готового пива. При охлаждении пива в аппаратах (танках) для дображивания на 1 дал готового пива затрачивается холода около 167 кДж (при до- браживают пива сбраживается около 1 % экстракта, что соответст- вует выделению теплоты 61,4 кДж/дал, кроме того, пиво при до- браживают требуется охладить на 2...3°С). Воздух в солодовне можно охладить с помощью искусственного охлаждения. При этом холода расходуется очень много, а глубина охлаждения мала (воздух имеет температуру 1О...12°С), поэтому для охлаждения воздуха следует использовать дешевые охлаждаю- щие средства, например артезианскую воду. Расход холода Q3 при вентиляции охлаждаемых помещений ве- лик. При брожении в помещение выделяется значительное количе- ство диоксида углерода и влаги, для удаления которых необходим многократный обмен воздуха, особенно в цехе с открытыми бро- дильными аппаратами. Расход холода на вентиляцию каждого помещения Цз (кДж/сут) определяется по формуле q3= aVp(IH-IB), где а — кратность вентиляции в сутки (а = 2...3); V — объем поме- щения, м , р — плотность воздуха, находящегося в помещении, кг/м3; 1н, 1в — энтальпия соответственно наружного воздуха и воз- духа внутри помещения, кДж/кг. Суммарный расход холода на вентиляцию составляет Q3 ж Sqs- Потери холода Q4 вследствие открывания дверей, пребывания 202
людей в охлаждаемом помещении, работы электродвигателей, на- ходящихся в помещении, и прочих источников тепла точному учету не поддаются. Принимают в среднем общие потери холода равными 10...40% потерь холода Qi через внешние ограждения. Суммарный расход холода Q (кДж/сут) равен Q = Q1+Q2+Q3+ Q4- Основными элементами холодильной установки являются комп- рессор, теплообменные аппараты (испаритель), конденсатор и регу- лирующая арматура (вентили, клапаны). Эти элементы соединяют- ся между собой трубопроводами. Принципиальная схема холодильной установки представлена на рис. 3.13. Рис. 3.13. Принципиальная схема холодильной установки В охлаждаемое пространство помещается испаритель 3, в кото- рый поступает холодильный агент в виде жидкости. При постоянном давлении и соответствующей температуре жид- кость кипит, причем необходимое для этого тепло отнимается от ох- лаждаемого помещения. Образующиеся при кипении пары из испа- рителя засасываются компрессором 2, сжимаются и нагнетаются в конденсатор /, где под действием охлаждающей воды они конденси- руются (при постоянном давлении и соответствующей ему темпера- туре) . Затем жидкий холодильный агент проходит через регулиру- ющий вентиль 4, позволяющий легко и удобно менять количество жидкости, поступающее в испаритель. Процесс перехода холодиль- ного агента через вентиль называется процессом мятия или дроссе- лирования. Применение аммиака и фреона в холодильных машинах обуслов- лено их низкой температурой кипения. В случае применения амми- ака его давление не превышает 1,2...1,4 МПа, а в испарителе лишь при температуре кипения менее минус 33,4°С становится ниже ат- мосферного. Стоимость аммиака относительно невысока. По отно- шению к черным металлам аммиак нейтрален, в присутствии влаги активно действует на медь и ее сплавы, которые нельзя применять в аммиачных машинах. Химическое воздействие аммиака на смазоч- 203
ные масла незначительно. Проникновение влаги в аммиачную сис- тему из внешней среды нежелательно, так как влага способствует коррозии, а образующаяся гидроокись аммония ухудшает режим работы установки. Однако аммиак имеет два существенных недо- статка. Он взрывоопасен и оказывает вредное влияние на организм человека. Поэтому при эксплуатации аммиачных холодильных ус- тановок следует строго соблюдать правила охраны труда. Фреон-12 и фреон-22 — холодильные агенты, которые не имеют запаха и невзрывоопасны. Фреон-12 является одним из основных холодильных агентов для крупных, средних и малых холодильных установок с поршневыми компрессорами. Однако при температуре свыше 400°С он разлагается с образованием вредных соединений. Поэтому применение открытого пламени в помещении с фреоновой холодильной установкой нежелательно. Фреон-12 весьма текуч и проникает через малейшие неплотности в соединениях и даже через поры металла. Фреон-22 обладает при- мерно такими же свойствами, но компрессор, работающий на фрео- не-22, значительно компактнее. Основным элементом холодильных установок является компрес- сор — машина для сжатия воздуха или другого газа. Компрессоры подразделяются на трубокомпрессоры (центробежные), поршневые, мембранные, ротационные (пластинчатые и с катящимся ротором) и винтовые (рис. 3.14). В трубокомпрессорах сжатие пара происходит за счет центробеж- ной силы, которую приобретает пар, попадая на лопатки вращаю- е ж з Рис. 3.14. Основные типы компрессоров щегося колеса. Получив большую скорость, пар поступает в расши- ряющийся диффузор, где за счет снижения скорости повышается давление. Эти компрессоры применяют для крупных установок (мощностью свыше 175 кВт). В остальных типах компрессоров сжа- тие пара происходит за счет уменьшения его объема при движении поршня, прогибе мембраны, вращении ротора или зацеплении двух винтов (зуб одного входит во впадину другого). Для холодильных установок используют, как правило, поршневые компрессоры обыч- ного типа (не мембранные). Приводимые ниже классификация и характеристика относятся в основном к поршневым компрессорам. Все компрессоры, как и холодильные установки, для которых они предназначены, классифицируют по температурному режиму, хо- лодопроизводительности, холодильному агенту. Кроме того, их можно классифицировать по числу ступеней сжатия, типу привода, его расположению и частоте вращения, по конструкции основных узлов (цилиндров, поршня, кривошипно-шатунного механизма, сальника). По конструктивным признакам компрессоры классифицируют в зависимости от устройства кривошипно-шатунного механизма (бес- крейцкопфные простого или одинарного действия и крейцкопфные двойного действия), числа цилиндров (одно- и многоцилиндровые), расположения осей цилиндров (горизонтальные, вертикальные; V- образные), устройства блока цилиндров и картера (картерные и разъемные), направления движения пара в цилиндре (прямоточные и непрямоточные) и т.п. Вертикальный компрессор с прямоточным движением пара холо- дильного агента в цилиндре показан на рис. 3.15. Этот компрессор имеет литой чугунный картер 16, в котором вращается коленчатый вал 1, приводимый в движение от маховика 14. Через шатун 3 воз- вратно-поступательное движение получает поршень 4, расположен- ный в вертикальном цилиндре 12. Цилиндр компрессора сверху за- крыт крышкой 9 с ребрами 7, служащими для увеличения поверх- ности теплоотдачи. Под крышкой расположена пружина 8, упираю- щаяся в крышку безопасности 10. Цилиндр компрессора укреплен на картере. На поршне сверху закреплены три уплотнительных чу- гунных кольца 11, которые не допускают перетекания пара (при сжатии холодильного агента) из рабочей полости цилиндра в по- лость всасывания. В нижней части поршня предусмотрено мало- съемное кольцо 13, которое разобщает всасывающую полость с кар- тером и снимает со стенок цилиндра излишки масла в теплообмен- ные аппараты. Для осмотра механизма движения и доступа к нижним головкам 204 205
шатуна на картере предусмотрены боковые крышки 2 и 15, кото- рые служат также для снятия коленчатого вала и осмотра системы смазки. Компрессор работает следующим образом. Холодильный агент из всасывающей полости, расположенной в средней части блока ци- линдров, через всасывающие клапаны 5, установленные в верхней части поршня 4, поступает в пространство над поршнем, в рабочую полость цилиндра. Здесь при обратном движении поршня пары сжи- маются и через нагнетательные клапаны 6, расположенные в крыш- ке безопасности 10, выталкиваются в нагнетательную полость, а из нее — в конденсатор. В прямоточных компрессорах в качестве холодильного агента применяется аммиак. Фреоновые компрессоры чаще всего выполня- ются непрямоточными. В непрямоточном компрессоре (рис. 3.16) поршни выполнены не- проходными и, следовательно, всасывающие клапаны располагают- ся не на поршнях. Поршень 4 приводится в движение маховичком 11 через колен- чатый вал 2, шатун 3 и палец 10. Коленчатый вал расположен в картере 1. Головка цилиндра 7 вместе с нагнетательными клапана- Рис. 3.15. Схема вертикального пря- моточного поршневого компрессора Рис. 3.16. Схема вертикального не- прямоточного поршневого компрессора 206
ми 8 и всасывающими клапанами 6 монтируется на клапанной плите 9. При движении поршня 4 сверху вниз давление паров холо- дильного агента в рабочей полости цилиндра 5 (над поршнем) ста- новится ниже давления во всасывающем трубопроводе. Поэтому всасывающий клапан 6 открывается и пары холодильного агента поступают в цилиндр компрессора. Когда поршень из нижнего по- ложения поднимается вверх, всасывающий клапан 6 закрывается. Происходит сжатие паров, которое продолжается до тех пор, пока давление в рабочей полости цилиндра не превысит давление'в на- гнетательной линии установки. После этого нагнетательный клапан 8 открывается и сжатые пары устремляются в нагнетательную ли- нию, связывающую компрессор с конденсатором. В цилиндрах непрямоточных компрессоров холодильный агент совершает возвратно-поступательное движение и, следовательно, между ним и стенками цилиндров происходит более интенсивный теплообмен, нежели при прохождении его прямотоком. Поэтому непрямоточные компрессоры применяются в установках малой хо- лодопроизводительности (до 100 кВт). В то же время в непрямоточ- ных компрессорах установлен более легкий поршень, меньше силы инерции неуравновешенных движущихся частей. В зависимости от применяемого холодильного агента компрессо- ры подразделяются на аммиачные и фреоновые и имеют следующие условные обозначения: А — аммиачные одноступенчатые бсскрейцкопфные компрессо- ры (АВ — вертикальные, АУ — V-образные, АУУ — W-образные; АО — аммиачные одноступенчатые крейцкопфные горизонталь- ные компрессоры с встречным движением поршней (оппозитные); ДА — аммиачные двухступенчатые бсскрейцкопфные компрес- соры (ДАУ — V-образные, ДАУУ - W-образные); ДАО — аммиачные двухступенчатые крейцкопфные горизон- тальные компрессоры с встречным движением поршней (оппозит- ные); ДАОН — аммиачные двухступенчатые крейцкопфные горизон- тальные компрессоры с встречным движением поршней (оппозит- ные), низкотемпературные; Ф — фреоновые одноступенчатые бескрейцкопфные сальниковые компрессоры (ФВ - вертикальные, ФУ — V-образные, ФУУ — W- образныс); ФБС — фреоновые одноступенчатые бсскрейцкопфные бессаль- никовые компрессоры (ФВБС — вертикальные, ФУБС — V-образ- ные, ФУУБС — W-образные). Марка каждого компрессора согласно ГОСТ 6492 определяется в 207
соответствии с его размерами и конструкцией. Например, маркой АВ 100 обозначен аммиачный вертикальный бескрейцкопфный двухцилиндровый компрессор холодопроизводительностью при стандартных условиях 166 кВт (100 тыс.ккал/ч). На предприятиях перерабатывающих отраслей АПК широко рас- пространены вертикальные и V-образные бескрейцкопфные комп- рессоры большой и средней производительности. Освоено серийное производство новых, унифицированных бескрейцкопфных комп- рессоров холодопроизводительностью 19...465 кВт. Компрессоры предназначены для отсасывания паров холодильно- го агента из испарителя, сжатия и нагнетания их в конденсатор. Вертикальный аммиачный компрессор АВ-75 (2АВ-15) — бес- крейцкопфный прямоточный двухцилиндровый холодопроизводи- тельностью Q = 87 кВт с частотой вращения вала п = 720 об/мин изображен на рис. 3.17. Компрессор имеет литой чугунный картер 1. Штампованный двухопорный коленчатый вал 2 вращается в двух подшипниках качения. Вал приводится в движение от маховика /5. Жидкая смазка из бачка 13 подается к правому подшипнику вала, который уплотняется сальником 14. Картер вертикального компрес- сора находится под давлением паров холодильного агента; при рабо- те компрессора это давление не должно превышать 0,30...0,35 МПа, но во время остановок может сравняться с давлением в конденсато- ре. Два вертикально расположенных цилиндра компрессора объеди- нены в блок 6 — одну общую чугунную отливку, заканчивающуюся фланцем, которым она крепится к картеру. Блок цилиндров снаб- жен охлаждающей рубашкой 11. Полые чугунные поршни 7 соеди- нены штампованными шатунами 5 и полыми стальными пальцами с коленчатым валом. В верхнюю головку шатуна запрессована втулка из фосфористой бронзы. В нижней разрезной головке находятся два стальных вкладыша, образующих мотылевый подшипник. Внутрен- няя поверхность вкладышей залита баббитом. Нижняя головка ша- туна стягивается шатунными болтами. Холодильный агент из всасывающей полости 12, расположенной в средней части блока 6 цилиндров, через отверстия в поршне 7 по- ступает к всасывающему клапану 8, расположенному в верхней ча- сти поршня, и далее в рабочую полость цилиндра. От нагнетательной магистрали поршень отделен крышкой без- опасности (ложной крышкой) 10, снабженной нагнетательным кла- паном. Крышка 10 прижимается к опорной поверхности цилиндра пружиной 9. Клапаны компрессора (один всасывающий и один нагнетатель- 208
Рис. 3.17. Аммиачный вертикально-прямоточный компрессор тина ЛВ ный на каждый цилиндр) пластинчатые двухкольцевые. Для осмот- ра механизма движения и доступа к нижним головкам шатуна на картере предусмотрена съемная боковая крышка. Передняя крышка 4 служит для выемки коленчатого вала и осмотра масляного насоса 5, подающего смазку к баббитовым подшипникам шатунов. 3.2.2. Теплообменные аппараты холодильных установок Для охлаждения пивного сусла используются конденсаторы, ис- парители, переохладитсли, теплообменники, устройства для рецир- куляции воды, охлаждающие батареи, воздухоохладители и холо- дильные камеры. Сжатые компрессором пары холодильного агента поступают в охлаждающий аппарат, где должна быть обеспечена высокая интенсивность теплоотдачи от конденсируемого холодиль- ного агента к охлаждаемой среде. 14. Заказ 5901 209
Конденсаторы по конструктивным признакам подразделяют на кожухотрубные, элементные, оросительные и испарительные. Аммиачный элементный конденсатор (рис. 3.18, а) состоит из не- скольких одинаковых элементов 2, представляющих собой кожу- хотрубные конденсаторы с небольшим числом труб 3. Чаще всего бывают четырнадцатитрубные элементы с диаметром труб d = = 38 х 3,5 мм и диаметром кожуха 225 х 6,5 мм. Кроме того, бывают Рис. 3.18. Конденсаторы: а — аммиачный элементный; б — фреоновый кожухо- трубный 210
семи- и трехтрубные элементные конденсаторы, а также близкие к ним по принципу работы противоточные двухтрубные (типа "труба в трубе"). Вода входит через коллекторы 1 во все трубчатые элемен- ты 2 и выходит через коллекторы 5. Аммиак противотоком из кол- лектора 4 движется по трубам 3, конденсируется и выводится через штуцер 6. Для фреоновых холодильных машин применяются горизонталь- ные кожухотрубные и кожухозмеевиковые конденсаторы и змееви- ковые с воздушным охлаждением. Фреоновый горизонтальный кожухотрубный конденсатор (рис. 3.18, б) представляет собой стальную бесшовную трубу 1 большого диаметра, к концам которой приварены плоские стальные трубные решетки 2 с накатными ребрами 4. Конденсатор закрыт чугунными крышками с перегородками 3 для образования нескольких ходов проточной воды. Испаритель — теплообменный аппарат, в котором тепло отнима- ется от охлаждаемой среды кипящим при низкой температуре холо- дильным агентом. Охлаждаемой средой могут быть либо промежу- точные хладоносители - рассол, вода и т.д., используемые, в свою очередь, для охлаждения воздуха камер и технологических аппара- тов с помощью рассольных и водяных батарей, либо непосредствен- но воздух охлаждаемых помещений. В соответствии с этим в холо- дильной технике различают испарители для охлаждения рассола (или воды) и для охлаждения воздуха. К последним относятся бата- реи и воздухоохладители непосредственного испарения. В комплект вертикальнотрубного секционного испарителя (рис. 3.19, а), используемого в аммиачных установках, входят рассоль- ный бак 1 с установленными в нем двумя или несколькими испари- тельными секциями 2, каждая из которых состоит из вертикальных коротких труб (диаметром 38 х 3,5 мм или 57 х 3,5 мм), изогнутых по концам и приваренных с боков к горизонтальным коллекторам 3 (диаметр 159 х 4,5 мм). Секции испарителя объединены коллек- торами для подачи жидкого аммиака, отсасывания пара и отвода масла. Жидкий аммиак поступает от регулирующей станции в распреде- лительный коллектор испарителя, а из него в секции. Через стояки 4, расположенные вертикально между коллекторами, аммиак за- полняет нижний коллектор и почти полностью — вертикальные трубы с изогнутыми концами. Отепленный рассол из батарей холодильных камер поступает в бак, откуда пропеллерной мешалкой прогоняется вдоль испаритель- ных секций. Отдавая тепло холодной поверхности труб, рассол ох- 14* 211
лаждае+ся и перекачивается насосом обратно в батареи холодиль- ных камер. Пар, образующийся при кипении аммиака в испарителе, отсасы- вается в компрессор через верхние горизонтальные коллекторы и отделители жидкости. Последние соединены дренажными трубами с нижними коллекторами 5. Панельный испаритель (рис. 3.19, 6) состоит из прямоугольного бака 5, в который погружена система 2 испарительных секций па- Рис. 3.19. Испарители: а — секционный; б — панельный 212
нельного типа. Отдельные секции с поверхностью охлаждения 5 или 10 м2 состоят из двух горизонтальных трубчатых коллекторов и двух вертикальных (тоже трубчатых) стояков, образующих прямо- угольную раму. В раму вварены панели, состоящие из двух сталь- ных листов с выштампованными на них канавками, образующими вертикальные каналы. По длине секций устанавливают несколько панелей, соединяемых между собой боковыми кромками. Секции включаются параллельно, для чего они объединены в коллекторы: для подачи жидкого аммиака 3, отвода паров аммиака / и удаления масла. Жидкий аммиак поступает в секции сверху. Через один из стояков он проходит в нижний коллектор, откуда, заполняя каналы панелей, поднимается почти до верхнего коллектора. В панелях ам- миак кипит, воспринимая тепло от циркулирующих в баке рассола и воды. Образующиеся при кипении пары поднимаются в верхние коллекторы секций, из них по коллектору 1 проходят в отделитель жидкости и далее направляются в компрессор. Увлеченные ими капли жидкого аммиака высвобождаются в отделителе жидкости и возвращаются в нижние коллекторы панелей. Попавшее в испаритель смазочное масло отводится в общий мас- лосборник 4, из которого оно удаляется по мере накопления. Для обеспечения циркуляции теплоносителя в баке установлены пропеллерная мешалка и перегородка. Уровень теплоносителя в ба- ке должен быть выше уровня в испарительных секциях. При пере- полнении бака излишняя часть теплоносителя сливается по пере- ливной трубе в бак дополнительной емкости. Охлажденный тепло- носитель перекачивается насосом из бака через патрубок, располо- женный в нижней его части, и подается в рассольные камерные ба- тареи. Отепленный теплоноситель возвращается в бак, поступая сверху в отсек, где расположена мешалка. Для опорожнения бака при ос- мотре или ремонте испарителя в его днище вварена специальная спускная труба. Стенки и днище бака снаружи покрывают тепловой изоляцией. Сверху бак закрывают деревянными крышками. В панельных испарителях благодаря высокой скорости движения теплоносителя и почти полному заполнению испарительных секций жидким холодильным агентом обеспечивается интенсивный тепло- обмен. Испарители удобны для осмотра, ремонта и очистки. На их изготовление расходуется небольшое количество стальных труб. Однако они подвержены интенсивной коррозии вследствие свобод- ного доступа воздуха к теплоносителю и насыщения его кислоро- дом. Для охлаждения пищевых продуктов применяют батареи непос- 213
родственного охлаждения, рассольные, воздушные или комбиниро- ванные. При непосредственном охлаждении жидкий холодильный агент из конденсатора, пройдя регулирующий вентиль, поступает в испарительные батареи, расположенные в охлаждаемых помещени- ях. За счет тепла окружающего воздуха холодильный агент кипит, охлаждая воздух. Пары холодильного агента из батарей отсасыва- ются компрессором. Батареи непосредственного охлаждения для аммиачных устано- вок изготовляют из стальных труб диаметром 57 х 3,5 или (чаще) 38 х 2,5 мм. фреоновые батареи делают из медных труб диаметром 18x1 мм. Стальные трубы в стыках сваривают, а медные спаивают. Для увеличения теплопередающей поверхности батарей почти все они изготовляются с оребрением. Аммиачные батареи иногда дела- ют без оребрения — из гладких труб. При рассольном охлаждении понижение температуры воздуха в камерах достигается благодаря теплообмену между воздухом и хо- лодным рассолом (промежуточный хладоноситель), циркулирую- щим в батареях. Рассолы применяют в качестве теплоносителя потому, что они имеют более низкую, чем вода, температуру замерзания. Обычно применяют водный раствор хлорида кальция (CaClj), точка замер- зания которого равна -55°С. Рассол, в свою очередь, охлаждается в испарителе при кипении холодильного агента. Циркуляция рассола в батареях осуществляется насосом. Для охлаждения пищевых продуктов применяют систему непос- редственного охлаждения, рассольную, воздушную или комбиниро- ванную. При непосредственном охлаждении жидкий холодильный агент из конденсатора, пройдя регулирующий вентиль, поступает в испа- рительные батареи, расположенные в охлаждаемых помещениях. За счет тепла окружающего воздуха холодильный агент кипит, ох- лаждая воздух. Пары холодильного агента из батарей отсасываются компрессором. При рассольном охлаждении (рис. 3.20) понижение температуры воздуха в холодильных камерах достигается благодаря теплообмену между воздухом и рассолом (промежуточный хладоноситель), цир- кулирующим в батареях. Рассол, в свою очередь, охлаждается в ис- парителе при кипении холодильного агента. Циркуляция рассола в батареях осуществляется насосом. Таким образом, рассольная сис- тема охлаждения имеет два раздельных контура: в одном контуре движется аммиак или фреон, во втором — рассол. 214
Рис. 3.20. Система охлаждения с промежуточным хладоносителем (рассолом) При рассольном охлаждении компрессор 7 подает пары холо- дильного агента через маслоотделитель 6 в конденсатор 5, где они превращаются в жидкость. Жидкий холодильный агент из конден- сатора 5 поступает в испаритель 4 и, превратившись в пар, снова возвращается в компрессор 7. Это — первый контур. Через испари- тель 4 проходит рассол, который в нем охлаждается, отдавая тепло кипящему холодильному агенту. Насос 1 закачивает рассол в испа- ритель, а затем подает его в батареи 3, расположенные в холодиль- ной камере 2. Здесь рассол нагревается, отбирая тепло у воздуха ка- меры и находящихся в ней продуктов. Нагревшийся рассол из холо- дильной камеры возвращается в испаритель 4. Это — второй кон- тур. Как в системе непосредственного испарения, так и в рассольной системе охлаждение в камере может осуществляться или за счет ес- тественной циркуляции (конвекции), или принудительно, в ре- зультате нагнетания холодного воздуха. При воздушном охлаждении уменьшается вместимость системы, заполняемой холодильным агентом, не требуется металлоемких рассольных батарей, улучшаются гигиенические условия хранения продуктов. Вентилятор всасывает воздух из камеры и прогоняет его через воздухоохладитель. Здесь воздух охлаждается кипящим при низкой температуре агентом или промежуточным хладоносителем — рассолом. Охлажденный воздух под напором вентилятора воз- вращается из аппарата обратно в холодильную камеру. Принудительная циркуляция воздуха обеспечивает равномерный температурный и влажностный режим во всех частях камеры, уско- ряет теплоотвод при охлаждении и замораживании продуктов, ин- тенсифицирует теплообмен между воздухом и охлаждающими при- борами. Рассольные батареи, так же как, и аммиачные, изготовляют из стальных, как правило, оребренных труб диаметром 57 х 3,5 мм. 215
Для охлаждения воздуха в камерах, где хранят пищевые продук- ты, используются сухие, мокрые и смешанные воздухоохладители. В сухих, или трубчатых, воздухоохладителях воздух охлаждает- ся при соприкосновении с холодными трубами (гладкими или ореб- ренными), внутри труб циркулирует испаряющийся при низкой температуре холодильный агент или рассол, подаваемый из испари- теля. На рис. 3.21 показан сухой аммиачный воздухоохладитель с гладкими трубами. Воздух обдувает аммиачные батареи 2, охлаж- дается и вентилятором 2 направляется к месту потребления. Рис. 3.21. Сухой аммиачный воздухоохладитель с продольным движением воздуха Такие воздухоохладители располагают рядом с холодильной ка- мерой в отдельном небольшом помещении. В мокрых (оросительных и форсуночных) воздухоохладителях теплообмен происходит при прямом контакте воздуха с жидкостью (рассолом или водой), охлаждаемой в отдельном испарителе. 3.2.3. Пластинчатые теплообменники Пластинчатый теплообменник используется для охлаждения сус- ла перед брожением и пива перед розливом, а также для стерилиза- ции зараженного сусла и для пастеризации фильтрованного пива. Основными рабочими элементами теплообменника являются пластины из листовой нержавеющей стали и станина, на которой в определенной последовательности они устанавливаются. Поверх- ность пластины имеет выступы и впадины для непрерывного пере- мешивания жидкости, протекающей между пластинами тонким слоем. На рис. 3.22 показаны в разрезе две пластины, между кото- рыми образуется зигзагообразный канал для жидкости. Пластина в верхней и нижней частях имеет четыре отверстия, которые в со- бранном теплообменнике образуют каналы для притока и отвода теплообменивающихся жидкостей. Полукруглые вырезы вверху и внизу пластины служат для установки пластин на станине. Уплотнение пластин создается резиновыми прокладками, при- 216
клеенными по периферии пластин и вокруг отверстий для прохода жидко- стей. Пластины П-1 используются для теплообменников производительно- стью до 5 м3/ч, пластины П-2 — для теплообменников до 10 м3/ч, пласти- ны П-3 — для теплообменников более высокой производительности. На рис. 3.23 показана автоматизи- рованная пластинчатая охладитель- ная установка АОЗ-У6. Установка со- стоит из собственно охладителя 1, пульта управления 2, регулирующего клапана 5 на рассольном трубопрово- де. Теплопередающие пластины 3 из- готовлены из нержавеющей стали. Часть теплообменника, охлаждаемую одним теплоносителем и состоящую из одного или нескольких пакетов, называют секцией. Пластины разбиты Рис. 3.22. Пластина теплообмен- на две секцИи, отделенные одна от ника П-2 » „ « п другой специальной плитои 6. В зави- симости от наличия и расположения сквозных отверстий на углах пластин в секциях создаются пакеты пластин с одним направлением потока жидкости. Пластины прижи- маются к стойке 4 с помощью нажимной плиты 7 и нажимных уст- ройств на тягах 8. Горячее сусло из отстойного чана насосом нагнетается в первую секцию, где охлаждается холодной водой с 70 до 25°С. Из секции водяного охлаждения сусло поступает во вторую секцию, где ох- лаждается рассолом до 6—7°С и выводится из аппарата. Техническая характеристика пластин теплообменников П-1 П-2 П-3 2 Площадь рабочей поверхности, м 0,145 0,198 0,43 Число волн на пластине 22 29 38 Шаг волны, мм 23 22,5 22,5 Глубина волны, мм 7 7 7 Зазор между пластинами, мм 2,8 2,8 2,8 Ширина потока, мм 270 270 270 Диаметр угловых отверстий, мм 67 67 67 Габаритные размеры, мм 800x225x1,2 1025x315x1,2 1170x416x1,2 217
Рис. 3.23. Автоматизированная пластинчатая охладительная установка АОЗ-У6 Для предварительного охлаждения применяется артезианская вода температурой до 20°С и для охлаждения ледяная вода темпера- турой 1°С или рассол. Пластинчатый охладитель состоит из собст- венно охладителя, промежуточного бака, соединительного трубоп- ровода, центробежного насоса с электродвигателем мощностью 5,5 кВт. На рис. 3.24 показана схема движения горячего сусла и холодной воды в пластинчатом теплообменнике, пластины которого для на- глядности раздвинуты. Сусло движется двумя параллельными пото- ками между стойкой 5 и пластиной 4 и между пластинами 2 и 5; ох- лаждающая жидкость двумя параллельными потоками движется навстречу суслу между пластинами I и 2 и меду пластинами 3 и 4. Число параллельных потоков сусла и воды может быть больше, чем указано на рис. 3.24. С увеличением количества потоков во столько же раз увеличивается производительность теплообменника. Если за один проход между пластинами сусло не успевает охла- диться (или нагреться) до определенной температуры, то его следу- ет пропускать через следующую группу пластин этого же теплооб- менника. На рис. 3.25 показана схема двухсекционного теплообменника 218
s Рис. 3.24. Схема движения горячего сусла и холодной воды в пластинчатом теплообменнике Рис. 3.25. Схема дви- жения продукта и теп- лоносителей в двухсек- ционном теплообменни- ке для сусла. В водяной секции сусло охлаждается водой, проходя тре- мя параллельными потоками последовательно через два пакета пластин. Холодная вода в водяной секции противотоком по отноше- нию к суслу проходит также тремя параллельными потоками через два пакета пластин. В рассольной секции сусло двумя параллельны- ми потоками проходит последовательно по двум пакетам пластин, а рассол проходит через всю секцию четырьмя параллельными пото- ками через один пакет пластин. Схема компоновки пластинчатого теплообменника обозначается дробью, где в числителе многочлен, сумма членов которого равна числу последовательно соединенных пакетов (значение каждого члена соответствует числу параллельных потоков продукта в дан- 219
ном пакете); в знаменателе сумма членов означает число пакетов, а каждый член — число параллельных потоков охлаждающей жидко- сти в данном пакете. Используя различные схемы компоновки пластин, можно изме- нять производительность теплообменника (число параллельных по- токов в пакетах) и степень охлаждения или нагревания продукта (число последовательно работающих пакетов и секций). Пластинчатые теплообменники имеют ряд преимуществ по срав- нению с теплообменниками других конструкций: поверхность теплопередачи пластинчатых теплообменников до- стигает 200 м2 на 1 м3 объема рабочей зоны (трубчатые теплообмен- ники имеют максимальную поверхность теплопередачи 40 м2 на 1 м3 объема рабочей зоны); конструкция пластинчатых теплообменников позволяет легко уменьшать поверхность теплообмена за счет установки различного количества пластин и тем самым изменять производительность ап- парата. Эти теплообменники позволяют на одной станине устанав- ливать секции различного назначения: нагревания и охлаждения продукта и регенерации тепла; благодаря энергичному перемешиванию движущихся по ребри- стым поверхностям жидкостей коэффициент теплопередачи у пла- стинчатых теплообменников выше, чем у теплообменников других конструкций; в связи с тем, что пластинчатые теплообменники быстро засоря- ются белковыми осадками, их конструкция предусматривает быст- рую разборку и тщательную очистку всех элементов. При этом ре- комендуется устанавливать запасной теплообменник. Основным недостатком конструкции является то, что резиновые уплотнения с течением времени изнашиваются и дают течь. Для нормальной работы теплообменника в заданном технологи- ческом режиме необходимо рассчитать поверхность теплопередачи каждой секции, количество пластин, подобрать компоновку пла- стин, определить гидравлическое сопротивление теплообменника. Порядок расчета следующий. Коэффициенты теплопередачи для каждой секции рассчитывают в таком порядке: по средним значениям температур жидкостей на- ходят числовые значения критериев Прандтля и Рейнольдса; опре- деляют значения коэффициентов теплопередачи по уравнению Nu = ARemPrn(PrJK/PrCT)s, где Ргж — критерий Прандтля для жидкости при ее средней темпе- 220
ратуре; Ргст?— критерий Прандтля при температуре стенки; А, ш, n, s — постоянные для каждого типа теплообменников. Для каждого типа пластин имеются более точные уравнения. Так, для теплообменника, в который входят пластины П-2, приме- няют уравнение Nu - 0, 1Ке°’7Рг0'43(Ргж/Ргст)0,25. Определяющий размер I, входящий в состав критериев Нуссельта и Рейнольдса для плоского потока жидкостей между пластинами вычисляется как эквивалентный диаметр: Z-4F/n-4bh/2b = 2h, где F — площадь поперечного сечения потока, м2; П — смоченный периметр, м; Ь — ширина потока, м; h — глубина потока (расстоя- ние между пластинами), м. Определяют коэффициент теплоотдачи а, рассчитываемый по критериальным уравнениям для турбулентного движения. В пла- стинчатых теплообменниках турбулентный режим благодаря вол- нистой поверхности достигается уже при Re =160...200. Поэтому ко- эффициент а достаточно точно можно определить по уравнению Nu = O,O23Reo,8Pr°’4. Отношение (Ргж/Ргст)0,25 учитывает направление потока и влия- ние температурного напора. В приблизительных расчетах значение этого отношения можно принимать при нагревании жидкости — 1,05, при охлаждении — 0,95. Коэффициенты теплопередачи к [в Вт/(м2-К) ] ориентировочно принимают для секций водяного охлаждения — 1160...2090; рас- сольного охлаждения — 930...1740; регенерационной — 1160...1740; пастеризационной — 1630...2330. По вычисленным количеству передаваемого тепла, средней раз- ности температур и коэффициенту теплопередачи рассчитывают поверхность теплопередачи для каждой секции. Количество пластин в каждой секции рассчитывают путем деле- ния поверхности теплопередачи секций на поверхность стандартной пластины. При большом несоответствии расчетной поверхности теплопередачи с компоновкой пластин изменяют скорости движе- ния жидкостей и составляют новый вариант расчета. Рассчитывают гидравлические сопротивления при движении жидкостей по каналам между пластинами. Гидравлическое сопротивление движению жидкости между пла- стинами в одной секции теплообменника (м) 221
Р = z£v2/4 ng, где z — число работающих в секции пластин; £ — коэффициент со- противления пакета (для пластин П-2£ = 82OORe"0,55); v — скорость движения жидкости, м/с; п — число каналов в пакете. Сопротивление трения в подводящих и отводящих трубах, мест- ные сопротивления в теплообменнике (повороты, вентили и др.) рассчитываются обычными методами гидравлики. Техническая характеристика теплообменных аппаратов ВО1-У2,5 ВО1-У5 Производительность, л/ч _ 2500 5000 Расход артезианской воды, м°/ч —- — Расход рассола, м°/ч 5,0 10,0 Габаритные размеры, мм 1600x700x1200 1870x700x1200 Масса, кг 500 570 АОЗ-У6 001-УЮ ООУ-25 Производительность, л/ч 6000 10000 25000 Расход артезианской воды, мд/ч 18,0 20 50 Расход рассола, мб/ч 18,0 30,0 50 Габаритные размеры, мм 1900х700х 1950х700х 2000х800х Х1200 х1200 Х1530 Масса, кг 670 650 1200 3.2.4. Отстойные аппараты Сущность процесса отстаивания заключается в том, что неодно- родная система (пивное сусло) разделяется на составные части под действием силы тяжести. Движущая сила Р, под воздействием кото- рой частица осаждается, определяется как результирующая силы тяжести G и подъемной силы среды А P = G-F = m4g-mcg-Ud3/6)g(p4 - рс), где шч, шс — масса частицы и среды, кг; d — диаметр частицы, м; Рч> Рс — плотность частицы и среды, кг/м3. Сила сопротивления среды по Ньютону R (Н) определяется как R = |Fpcvoc/2, где | — коэффициент сопротивления среды; F — площадь проекции частицы на плоскость, м2 (F = jrd2/4); — скорость осаждения частицы, м/с. Постоянная скорость, соответствующая равенству Р = R, есть скорость осаждения. На 100 кг затираемого солода в отстое приходится от 130 до 310 г нерастворимых веществ. Осветление пивного сусла отстаиванием производят в отстойных аппаратах трех типоразмеров: 222
тип Б7-В0Б для двух- и четырехаппаратных варочных агрегатов на 1 т единовременной засыпи сырья; тип Б7-ВОВ для четырехаппаратных агрегатов на 1,5 т единовре- менной засыпи сырья; тип ВОЧ-3 для четырехаппаратных агрегатов на 3 т единовре- менной засыпи. Для четырех- и шестиаппаратных агрегатов на 5,5 т единовре- менной засыпи устанавливают два чана на агрегат. Корпус отстойного чана (рис. 3.26) представляет собой цилинд- рическую стальную сварную обечайку с рубашкой для охлаждения, со сферической крышкой 5 и плоским наклонным днищем. Для удобства обслуживания и промывки чана на противоположных сто- ронах крышки имеются два люка с раздвижными дверцами. Вверху крышка окантовывается пароотводным патрубком с дроссельной за- слонкой 8 и трубкой 4 для отвода конденсата. Горячее сусло поступает в чан через патрубок 9. Внутри чана (кроме чана ВОЧ-3) установлена плоская охлаждающая секция 7, которая заполняется водой через запорный вентиль J и коллектор 2 параллельно с наружной рубашкой. Вода отводится через коллектор 12. Чтобы сократить время охлаждения сусла, секция используется как оросительный холодильник во время заполнения чана. Для пол- учения тонкого слоя сусла, стекающего по стенкам секции, уста- новлен распределительный желоб б, над которым находится конус- ный зонт 10 с зубцами по кромке. Одновременно под конус через вентиль 14 и фильтр 13 под давлением 0,15...0,20 МПа подается стерильный воздух для аэрации сусла. Суслоприемник 11 предназначен для спуска осветленного сусла. 223
В нижней части чана на днище установлены три пробковых флан- цевых крана: 16 — для спуска белкового отстоя, 17 — для спуска промывных вод в канализацию и 18 — для регулирования спуска осветленного сусла. Все рукоятки управления кранами выведены на общий щиток. Высота слоя сусла в чане не превышает 900 мм, а процесс охлажде- ния продолжается не более 2 ч. В течение этого времени температу- ра должна понизиться с 95 до 55°С. Контроль за режимом охлаждения сусла осуществляется термо- метром 15. Техническая характеристика отстойных чанов Полный объем, м"1 Рабочий объем, мд Площадь поверхности охлаждения, м . Б7-ВОБ 7,5 5,8 Б7-ВОВ 11,0 8,6 ВОЧ-3 23,0 19,0 рубашки 7,3 8,3 12,9 секции 2,4 4,7 — Средняя высота слоя сусла, мм 900 900 900 Диаметр чана, мм 2900 3500 4984 Высота цилиндрической части, мм 1220 1220 1220 Диаметр патрубков dy, мм: суслопровода 50 50 50 воздухопровода 10 10 15 водопровода 60 75 50 стяжной трубы 45 45 45 Время, мин: заполнения чана 15 20 — охлаждения 60 65 — Расход воды, м^/ч 15 20 41 Общая высота чана, мм 3000 3200 3400 Масса, кг 1700 2200 5000 3.2.5. Сепараторы для осветления пивного сусла Горячее охмеленное сусло освобождают от взвешенных частиц белкового осадка в сепараторах-осветлителях и охлаждают до тем- пературы брожения в пластинчатых теплообменниках. Как горячее, так и холодное сусло фильтруют через намываемый диатомитовый порошок в диатомитовых фильтрах. В сепараторах осветляют мутное сусло, отделяют белковый оса- док от охмеленного сусла, выделяют дрожжи из молодого пива, а также осветляют выдержанное пиво перед розливом. В рабочем ор- гане сепаратора (рис. 3.27) — барабане — имеются конические та- релки, разделяющие поток жидкости на тонкие слои. При вращении центробежное ускорение частиц в тонком слое превышает ускоре- ние силы тяжести, в результате чего значительно интенсифициру- ется процесс осаждения мелкодисперсных частиц. Скорость осажде- ния частиц при сепарировании v (м/с) 224
Путное сусло Рис. 3.27. Сепаратор-осветли- тель v= - рс]/18/г, где d — диаметр частиц, м; w — угло- вая скорость вращения w - 2рп (п — частота вращения, с'1); R — радиус вращения, м; рч и рс — плотность со- ответственно частиц и жидкости, кг/м3; р — динамический коэффи- циент вязкости жидкости, Па -с. Сепараторы-осветлители по сравне- нию с фильтрационными установками осветляют сусло и пиво с несколько меньшей степенью осветления и мень- шей коллоидной стойкостью, однако биологическая стойкость такого пива выше, чем фильтрованного. Техническая характеристика сепараторов-осветлителей ВСМ (с периода- ВСС-2 (с цент- Al -ВСО (с ческой выгрузкой робежной вы- пульсирующей осадка) грузкой осадка) выгрузкой „ осадка) Производительность по осветляемому суслу, мл/ч . 5,0 10,0 8,5 Частота вращения барабана, с'1 69,5 83,3 83,3 Диаметр барабана, м 0,62 0,60 0,61 Число тарелок — 128 144 Число вставок 3 — — Мощность электродвигателя, кВт 10 13 17 Угол наклона образующей тарелки, град — 50 50 При расчете сепаратора определяют фактор разделения Ф, кри- тическую скорость вращения wKp, производительность Q и потреб- ную мощность N. Фактор разделения Ф - w2Rg/g = v2/ (Reg), где v wRg — окружная скорость вращения, м/с; g — ускорение свободного падения, м/с2. Фактор разделения можно увеличить, повышая угловую скорость вращения ротора. Однако значения R и w зависят от конструктив- ных особенностей сепаратора. Критическая скорость сепаратора wKp (с"1), имеющего жестко закрепленный (без амортизатора) верхний радиальный подшипник, 15. Заказ 5901 225
wKp = Vk/m , где к = ЗЕ1/ [Zi2(Zi + fe) ] — коэффициент деформации, Н/м; m — масса барабана, кг; Е — модуль упругости металла, из которого из- готовлен вал, Па; I — осевой момент инерции сечения вертикально- го вала, м , h — расстояние от верхнего подшипника до центра тя- жести, м; /2 - расстояние между верхним и нижним подшипниками, м. При расчете производительности сепаратора Q (м /ч) принима- ется во внимание продолжительность пребывания порции суспен- зии в нем, при которой взвешенные частицы успевают выделиться в осадок Q- [16 500£n2ztga(R63-RM3)d2(p4 -рс)]/р, где fl - 0,5...0,7 — технологический КПД сепаратора; z — число та- релок в барабане; а — угол наклона образующей тарелки, град; Re, RM — соответственно максимальный и минимальный радиусы та- релки, м. Кинетическая энергия затрачивается сепаратором на выбрасыва- ние осветленной жидкости напорным диском, на преодоление тре- ния барабана о воздух и трения в подшипниках. Мощность Ni (кВт), расходуемая напорным диском, Ni = QP/(3600-1000??д), где Р — давление в системе выхода осветленной жидкости, Па; 7д = = 0,9 — КПД напорного диска. Мощность N2 (кВт), расходуемая вращающимся барабаном на преодоление сопротивления воздуха, N2 = l,55y»pBn3R5/(l/cosa+ 5H/R+1), где = (14...22) • 10'5 — коэффициент сопротивления воздуха; рв = = 1,24 кг/м3 — плотность воздуха; Н — высота цилиндрической ча- сти барабана, м. Мощность N3 (кВт), расходуемая на преодоление трения в под- шипниках, N3 = iii6gvBf/1000, где те — масса вращающихся частей сепаратора, включая массу жидкости, кг; vB — окружная скорость вращения вала, м/с; f = 0,03 — коэффициент трения качения. Суммарная потребная мощность (кВт) N = Ni +N2 + N3. 226
Рис. 3.28. Сепаратор BCM 15* 227
Для осветления сусла с повышенной концентрацией взвешенных частиц используют многокамерный сепаратор ВСМ. Сепаратор (рис. 3.28) состоит из станины 1 с приводным меха- низмом 2, барабана 7 и приемно-отводящего устройства. Барабан является основным рабочим органом сепаратора, в нем под действием центробежной силы происходит очистка сусла. Бара- бан включает в себя основание 8, крышку 12, нижний вставкодер- жатель 6, цилиндрические вставки 20, верхний вставкодержатель 10 и затяжное кольцо 11. Барабан надет на конусную часть вала (веретена) 5 и затянут предохранительной гайкой 21. Частота вра- щения барабана контролируется тахометром 4, приводящимся в движение от горизонтального вала 3. Приемно-отводящее устройство сепаратора состоит из подводя- щей трубы 18, центральной трубы 16, напорного диска 9 и отводя- щей трубы 13. На подводящей и отводящей трубах имеются смотро- вые окна 14. Приемно-отводящее устройство прижимами 17 кре- пится к крышке 19 сепаратора. Это устройство может откидываться самостоятельно на кронштейне, изготовленном из полых труб, по которым проходит исходная суспензия. Давление на выходе жидко- сти контролируется манометром 15. Сусло, подлежащее осветлению, по подводящей трубе 18 и цент- ральной трубе 16 поступает в первую камеру, где ребра нижнего и верхнего вставкодержателей придают ему вращательное движение. Под действием центробежной силы более тяжелые взвешенные час- тицы оседают на стенках камеры, а частично осветленное сусло под напором вновь поступающего попадает во вторую, а затем третью и четвертую камеры. При этом сусло освобождается от мелких час- тиц, которые оседают в виде кольцевого слоя осадка на вставках. Достигнув основания барабана, поток осветленного сусла продвига- ется по наружным каналам верхнего вставкодержателя к оси вра- щения барабана и попадает в камеру, в которой жидкость вращает- ся вместе с барабаном и захватывается погруженным в нее и укреп- ленным неподвижно напорным диском, снабженным внутренними каналами спиральной формы. По каналам напорного диска сусло поступает в отводящую трубу. После заполнения камер осадком сепаратор останавливают. Ос- тавшаяся жидкость под давлением собственной массы выливается через отверстие 22 в приемник 23, откуда отводится через патру- 228
бок. После этого барабан разбирают и вручную удаляют из него оса- док. Техническая характеристика сепаратора ВСМ Производительность (по количеству осветляемой суспензии), кг/ч До 5000 Частота вращения барабана, мин-1 4170 Максимальный диаметр барабана, мм 620 Число вставок Электродвигатель: 3 мощность, кВт 10 частота вращения ротора, мин"1 1500 Габаритные размеры, мм 1150x780x1350 Масса, кг 1090 Для отделения белкового осадка из горячего охмеленного сусла используются тарельчатые сепараторы-осветлители с центробеж- ной пульсирующей выгрузкой осадка. Осадок удаляют из барабана периодически, не прекращая работы сепаратора. Сепаратор-осветлитель ВСС-2 (рис. 3.29) изготавливается в по- лузакрытом исполнении. Он представляет собой станину 1, на кото- рой смонтированы приводной механизм, барабан, гидроузел и при- емно-отводящее устройство. Внутренняя полость нижней части станины образует масляную ванну для смазки приводного механизма. Уровень масла определя- ется маслоуказателем 2. Привод сепаратора осуществляется от индивидуального электро- двигателя, который соединяется с горизонтальным валом 3 через упругую муфту, сглаживающую резкие изменения крутящего мо- мента. Вращение от электродвигателя и горизонтального вала на полый вал передается через фрикционно-центробежную муфту, ко- торая обеспечивает плавную передачу вращения при разгоне сепа- ратора. На полом валу, вращающемся в шарикоподшипниковых опорах, укреплена шестерня, передающая вращение вертикальному валу 17. Нарезанная на полом валу шестерня передает вращение на шес- терню тахометра. Вертикальный вал вращается в радиально-сфери- ческом шарикоподшипнике, установленном в обойме нижней опо- ры. Верхняя опора вертикального вала выполнена упругой, что по- зволяет барабану сепаратора при разгоне и остановке плавно прохо- дить критическую частоту вращения и сохранять устойчивый, спо- койный ход при рабочей частоте вращения. Упругость горловой опоры достигается тем, что обойма с подшип- ником и валом заключена между шестью радиально расположенны- 229
Рис. J.29. Сеиараторнхгиетлшель ВСС-2 230
ми цилиндрическими пружинами с направляющими втулками, ус- тановленными в гнезде корпуса горловой опоры. Сверху шарико- подшипник горловой опоры закрыт крышкой и закреплен защитной втулкой. Вертикальная нагрузка от массы барабана и вала воспринимается радиально-упорным шарикоподшипником, который опирается на цилиндрическую пружину. Барабан состоит из основания 6, дна основания 5, тарелкодержа- теля S с пакетом конических тарелок 9, поршня 7, крышки 10 и двух диаметрально расположенных в основании барабана клапан- ных механизмов 15, предназначенных для слива жидкости из меж- тарелочных пространств барабана с целью получения выгружаемо- го осадка с меньшей влагой. Поршень 7 совершает возвратно-посту- пательные движения вдоль вертикальной оси барабана. Под дейст- вием силы гидростатического давления буферной жидкости пор- шень движется вверх, перекрывая разгрузочные щели в основании. При этом поршень торцовой поверхностью прижимается к уплотни- тельному кольцу, обеспечивая герметичность барабана. Управление механизмом разгрузки барабана и клапанными ме- ханизмами для слива жидкости из межтарелочных пространств ба- рабана осуществляется с помощью гидроузла 4. Приемно-отводящее устройство 12 служит для подачи в барабан исходной суспензии, отвода отсепарированных фракций и жидкости из межтарелочных пространств барабана. Устройство состоит из центральной трубы 11 для ввода исходного продукта в барабан, на- порного диска 13 для вывода осветленной жидкости, приемника 14 шлама для сбора выгружаемого осадка и приемника 16 для слива жидкости из межтарелочного пространства барабана. На входной и отводной магистралях имеются смотровые стекла, через которые ве дется наблюдение за потоком исходного и осветленного продукта. На отводной магистрали установлены регулировочный вентиль и манометр для наблюдения за давлением осветленной жидкости. Исходный продукт по центральной питающей трубе поступает во внутреннюю полость тарелкодержателя, а затем в шламовое про- странство барабана, где под действием центробежной силы наибо- лее крупные и тяжелые взвешенные частицы исходного продукта отбрасываются в шламовое пространство, а осветленное сусло как более легкая фракция оттесняется к центру барабана и по внешним каналам тарелкодержателя поступает в напорную камеру, где за- хватывается напорным диском и выводится из барабана. Процесс сепарации продолжается до полного заполнения шламо- вого пространства осадком, после чего прекращается подача исход- 231
ного продукта, и с помощью двух клапанных механизмов произво- дится слив жидкости из межтарелочных пространств барабана в приемник 16. Затем механизмом разгрузки барабана осадок выбра- сывается в приемник 14 шлама. На предприятиях работает большое количество сепараторов ВВС. Эти сепараторы отличаются от сепараторов ВВС-2 тем, что вместо кольцевого поршня в них установлен плавающий конус. Установка кольцевых поршней в ВСС-2 позволила увеличить объем шламово- го пространства в барабане и, следовательно, увеличить продолжи- тельность полезной работы сепаратора за один цикл. Производи- тельность сепаратора ВСС-2 более высокая. Техническая характеристика сепараторов-осветлителей пивного сусла вес ВСС-2 Производительность, л/ч: по отстоенному пивному суслу 1000 10000...14 000 по неотстоенному пивному суслу 2500 5000 Частота вращения барабана, мин'1 5000 5000 Диаметр барабана, мм 605 600 Число тарелок в барабане (с зазором 0,5 мм) 124 128...134 Угол наклона образующей тарелок, град 50 50 Вместимость шламового пространства, л — 16 Электродвигатель: мощность, кВт 10 13 частота вращения ротора, мин'1 1500 1500 Время набора барабаном рабочей частоты вращения, мин 8...10 8...10 Габаритные размеры, мм 1250x940x1450 1450x1050x1550 Масса, кг 938 1400 3.3. Аппараты для брожения и дображивания пива Спиртовое брожение сахаров сусла под действием ферментов дрожжей является основным процессом в производстве пива. Глав- ное брожение и дображивание пива осуществляется в основном по двум схемам: по периодической — с разделением процесса броже- ния на главное брожение и дображивание, а также по ускоренной — с совмещением главного брожения и дображивания в одном цилинд- роконическом бродильном аппарате. 3.3.1. Способы сбраживания пивного сусла Ускоренный периодический способ состоит в том, что в цилинд- роконическом бродильном аппарате с быстрым управлением седи- ментацией и выводом из него осевших дрожжей совмещены главное брожение с дображиванием, ускоренное дозревание (выдержка) и осветление пива, а также систематически осуществляется переме- 232
шивание сбраживаемого сусла сначала током стерильного воздуха, а потом диоксида углерода и увеличивается количество посевных дрожжей до 2 л на 1 гл сусла. Бродильный аппарат (рис. 3.30) предварительно дезинфицируют и стерилизуют, а затем в него подают охлажденное сусло. Темпера- тура брожения светлых сортов пива 3...4°С, темных 4...5°С. Макси- мальная температура брожения 9°С. Дрожжи низового брожения готовят в аппарате чистой культуры 3, который также охлаждается жидкостью, циркулирующей в наружном кожухе. Зрелые дрожжи вытесняются из аппарата стерильным сжатым воздухом или диок- Рис. J.JO. Бродильный аппарат для ускоренного производства пива С наступлением брожения воздух полностью вытесняется диок- сидом углерода из бродильного аппарата и пространства над суслом в атмосферу без перемешивания СОг в течение примерно 22 ч. Ди- оксид углерода без примеси воздуха направляют в газомер, а оттуда насосом перекачивают через очистительную батарею, компримиру- ют до 0,2...0,3 МПа и собирают в сборнике. После окончания брожения, когда дрожжи начинают оседать, ко- нус аппарата охлаждают, что ускоряет оседание дрожжей. Пиво в аппарате подвергают давлению 0,15 МПа, дрожжи при этом уплот- няются и при открытии вентиля вытесняются в виде густой массы, и через резиновый рукав поступают в дрожжевую ванну, где хранят- ся по известной технологии при 0°С. Брожение 12%-ного сусла продолжается 8...10 сут, затем следует период созревания пива (3 сут) с биохимическим превращением ря- да веществ, присущих букету молодого пива. Затем пиво медленно охлаждают до 1...0°С и обрабатывают (кар- бонизируют) диоксидом углерода под давлением 0,14 МПа в тече- 233
ние 12 ч и следующие 12 ч выдерживают в покое для оседания дрожжей и осветления. Под давлением 0,17 МПа пиво из аппарата через фильтр подается на розлив. Способ брожения и дображивания под давлением по Литцу состо- ит в том, что хорошо осветленное и охлажденное сусло в аппарате предварительного брожения (разбраживающем) обрабатывают большой дозой свежих семенных дрожжей, взятых из аппарата чис- тых культур (АЧК). Главное брожение протекает под давлением 0,2 МПа и температуре 9,5°С в первом аппарате. Пиво дозревает, так- же находясь под давлением, в следующем аппарате, в котором оно промывается диоксидом углерода и освобождается от ароматиче- ских веществ, присущих молодому пиву. Промывка диоксидом уг- лерода осуществляется за счет выделившегося газа при быстром снижении избыточного давления в аппарате. Сусло охлаждают до 50°С, после чего взвесям дают осесть. Важно, чтобы крупные взвеси не осаждались раньше мелких, так как последние адсорбируются на поверхности крупных, способствуя лучшему осветлению сусла и со- ответственно пива. При температуре 7°С сусло заливают в один из разбраживающих аппаратов J, 2, 3 (рис. 3.31) и сбраживают большой дозой свежих дрожжей. Через 48 ч в стадии белых высоких завитков при темпера- туре 8,5°С на грани экспоненциально-стационарной фазы роста дрожжей половину содержимого переводят в первый напорный бро- дильный аппарат 4, а в один из аппаратов J...3 доливают свежее сусло и вновь размножают дрожжи. Через несколько циклов (48 ч) аппарат предварительного брожения очищают от приставших к стенкам сгустков дрожжей и взвесей. Возможна рециркуляция сбражива- емой среды из аппаратов 8... Ю в ап- параты J...3. Продолжительность брожения светлого 11%-ного пива при необходимой степени сбражива- ния составляет 6 дней. Во второй ступени для частичного дображивания и созревания пиво ох- лаждают до 3,5°С, выводят дрожжи и переводят в следующие аппараты для дображивания 8... 10, предвари- тельно наполненные диоксидом уг- лерода и находящиеся под давлени- ем 0,2 МПа. Созревание пива ведут в покое 23 ч. Потом выпускают СОг, Сусло Рис. 3.31. Функциональная схема брожения пива под давлением с по- следующей выдержкой 234
давление снижают до конечной величины. Одновременно с этим пи- во охлаждают до 1...2°С. После шпунтования до предельного давле- ния пиво оставляют в покое еще на три дня, потом фильтруют и разливают обычным способом. Общая продолжительность приго- товления пива составляет 14.. 15 сут. Ускоренный способ получения Жигулевского пива состоит в том, что начиная с охлаждения сусла прекращают воздействие кислоро- да воздуха и обрабатывают сусло диоксидом углерода. Семенные дрожжи в количестве 0,7... 1 л вместо 0,5 л по норме на 1 гл сусла разбраживают в течение 4...5 ч, подают в бродильный аппарат в мо- мент его заполнения суслом, продувают 10... 15 мин и перемешива- ют. Главное брожение ведут при 7...8°С в начале и 4...5°С в конце. Продувание СОг повторяют ежесменно (5... 10 мин). После спуска из аппарата от молодого пива сразу же отделяют дрожжи и перекачивают его с поддувом СОг в аппараты для добра- живания. Заполненный аппарат шпунтуют вновь и во время добра- живания поддерживают давление в пределах 0,14...0,15 МПа, авто- матически регулируемое шпунтаппаратом. Температура поддержи- вается на уровне 4°С, продолжительность дображивания составляет 11 сут. Перед фильтрованием созревшее пиво дополнительно ох- лаждают до 1°С для перевода диоксида углерода из пересыщенного состояния при 45°С в насыщенное при 1°С. Для стабилизации фильтрованное пиво выдерживают в сборнике при 1°С в течение 2 ч, затем разливают. Производственный цикл сокращается, расход СОг составляет 150 г/дал пива. Теоретически процесс созревания пива можно уско- рить, если исключить наличие молекулярного кислорода в сусле при главном брожении и тем ограничить синтез кетокислот, альде- гидов, предшественников высших спиртов и других ароматических и вкусовых веществ, которые подлежат дальнейшим превращениям при анаэробном дображивании. Перемешивание сусла и сбраживае- мой среды диоксидом углерода вместо кислорода должно было уско- рить размножение и рост дрожжей, однако эта замена оказалась не- адекватной. Потребуется подбирать другие условия для интенсифи- кации их роста. Необходимого внедрения этот прием на заводах не получил. Способ ускоренного получения Жигулевского пива в цилиндро- конических бродильных аппаратах (ЦКБА) состоит в том, что в од- ном сосуде большого объема (от 100 до 1500 м3 и более) с суточным заполнением его суслом (8...9°С) и дрожжами совмещают две сту- пени: главное брожение и дображивание (как по способу Натана), которые продолжаются в течение 14 сут вместо положенных 28 для 235
Рис 3.32. Цилиндроконический бродиль- ный аппарат Жигулевского пива (рис. 3.32). Аппарат снабжен термометром сопротивления 1, моющей го- ловкой 2, краном для отбора 3, местом для крепления шпун- таппарата 4, гидрозатвором 5. С первым осветленным суслом (первая варка) в коническую часть задают все семенные сильносбраживающие дрожжи (300 г на 1 гл сусла, влажность 75%). Вначале 50% сусла аэрируют стерильным возду- хом (0,7 м3/м3 сусла в час), что обеспечивает содержание 4...6 мг Ог/мл сусла. В течение первых двух суток поддерживается температура брожения от 9 до 14°С, которая сохраняется до достижения ви- димой конечной степени сбра- живания. Температура регули- руется тремя поясами вынос- ных наружных рубашек с хла- дагентом, охлажденным не бо- лее чем до минус 6°С. При до- стижении содержания сухих веществ в пиве 3,5...3,2% ап- парат шпунтуется при избы- точном давлении. Окончание брожения определяют по пре- кращению дальнейшего снижения массовой доли сухих веществ в пиве в течение 24 ч. Обычно на пятые сутки достигается конечная массовая доля 2,2...2,5% сухих веществ. После этого хладагент под- ают в рубашку конуса для охлаждения и образования плотного осадка дрожжей при температуре 0,5...1,5°С. В цилиндрической ча- сти температура 13...14°С сохраняется в течение 6...7 сут. Эта же температура способствует восстановлению диацетила в ацетоин. Затем температура пива (0,5...1,5°С) выравнивается рубашками во всей цилиндрической части ЦКБА. При этом шпунтовое давление в ЦКБА поддерживается равным 0,05...0,07 МПа в течение 6...7 сут. Через 10 сут с начала брожения проводят первый съем дрожжей 236
из штуцера конической части ЦКБА. Перед осветлением пива про- водят второй съем дрожжей, затем пиво подают на сепарирование и фильтрование, дополнительное охлаждение (2°С) в сборниках гото- вого пива при 0,03...0,05 МПа, выдержку в течение 12...24 ч, розлив и реализацию. С использованием ЦКБА выпускают пиво с массовой долей сухих веществ в начальном сусле 11, 12 и 13%. Таким образом, в процессе брожения в ЦКБА благодаря большо- му единичному объему аппарата, совмещению главного брожения и дображивания в одном сосуде, использованию повышенных темпе- ратуры брожения и объема посевных дрожжей продолжительность процесса сокращается примерно в два раза. Обычно непрерывный способ характеризуется непрерывным при- током питательной среды в один ферментер или в батарею, состоя- щую из нескольких аппаратов. Отток зрелой культуральной жидко- сти может быть непрерывным, а в ряде случаев, особенно на первых стадиях освоения, он периодический. При нестерильных условиях ферментации, например метановом брожении, такой способ отвечает поставленной цели, а для стериль- ных процессов он не подходит, так как постоянно сопровождается инфицированием. В виноделии и производстве шампанского при повышенной кислотности исходных виноматериалов и увеличенной плотности дрожжей достигается сбраживание углеводов в относи- тельно чистых условиях. В ацетонобутиловом, спиртовом и пивова- ренном производствах инфицирование наступает быстро (через 1...2 сут) и брожение частично, а в ряде случаев полностью прекра- щается с большими потерями перерабатываемого сырья. Для предотвращения инфицирования разработаны способы дез- инфекции и стерилизации аппаратуры, трубопроводов, арматуры и др. В периодическом процессе дезинфекцию ведут после окончания брожения и вслед за этим аппарат вновь наполняют суслом с дрож- жами, повторяют брожение и т.д. При непрерывном брожении дез- инфекцию приходится совмещать с брожением, притоком сусла и оттоком пива. Способ непрерывного сбраживания сусла в батарее из семи или девяти ферментеров типа ЦКБА (рис. 3.33) был разработан во ВЗИППе. Пивное сусло из сборника 2 насосом 1 подают непрерывно в пер- вый ферментер 4 и периодически в дрожжегенератор 3. Зрелое пиво из ЦКБА 10 поступает в сборник 11, затем в два последовательно работающих фильтра 12 и далее в сборник 13. При необходимости повышения стабильности пива взамен второго фильтра устанавли- вают ультрафильтр для удаления микроорганизмов и высокомоле- 237
кулярных углеводно-белково-дубильных комплексов, после чего пиво подают на розлив. После заполнения ферментера 4 сбраживаемое сусло самотеком перетекает в следующие ЦКБ А: 5... 10. В ходе непрерывного сбра- живания сусла видимый экстракт изменяется (у Жигулевского пива снижается) от 8% — в первом, 3...2.8 — в четвертом до 2,6% — в седьмом. Содержание спирта соответственно 1,8; 3,2; 3,5%, темпе- ратура 8...10; 13; О...2°С. Наибольшая температура (15,..16°С) до- пускается в третьем ЦКБА. В четвертом ЦКБА брожение в основ- ном заканчивается, начинается непрерывная промывка пива диок- сидом углерода для удаления продуктов метаболизма дрожжей. При расходе СОг 2,5 л/ч на 1 дал пива содержание диацетила снижается на 12,5% (остаточного0,21 мг/дм3), альдегидов на 1,4% ( (остаточных 10,2 мг/дм3), действительная степень сбраживания со- ставляет 65,3%. В пятом ЦКБА идет дозревание, а в шестом и в седьмом осущест- вляется полная стабилизация пива. Дрожжи непрерывно выводят из ЦКБА 5, б и 7 в сборник 14, промывают чистой водой в реакторе 15, обрабатывают антисептиком в сосуде 16 (серной кислотой или фор- малином) , выдерживают, активируют пивным суслом в сосуде 17 и насосом 1 возвращают (рециркулируют) в ЦКБА 4. Излишки дрож- жей после промывки и сушки выводят и реализуют. Профилактическая дезинфекция и стерилизация ЦКБА, трубо- проводов, арматуры и др. в батарее совмещаются с непрерывным притоком сусла и оттоком пива из нее и чередуются через каждые 10...14 сут. Способ совмещения осуществляется путем переключе- ния притока сусла и перекачивания насосом содержимого из ЦКБА 4 в ЦКБА 5, промывания и дезинфекции ЦКБА 4, затем его повтор- ного наполнения суслом с дрожжами обратным переключением из ЦКБА 5 на ЦКБА 4. Пока наполняется ЦКБА 4, насосом перекачи- вают содержимое ЦКБА 5 в ЦКБА 6, дезинфицируют ЦКБА 5 и за- полняют его суслом из ЦКБА 4. Далее содержимое ЦКБА 6 перека- чивают в ЦКБА 7 и т.д. до конца батареи. Сусло с дрожжами начиная с ЦКБА 4 после дезинфекции назы- вается новым протоком, а остающаяся сбраживаемая среда в ЦКБА 5 и во всех остальных ЦКБА до конца батареи — старым протоком. Смешивание нового протока со старым во избежание инфицирова- ния не допускается. Общая продолжительность непрерывного брожения составляет 7 сут, производительность или съем пива с 1 м3 вместимости ЦКБА увеличивается в два раза по сравнению с периодическим совмещен- ным главным брожением и дображиванием в тех же ЦКБА. 238
Рис. 3.33. Схема непрерывного брожения пива в ЦКБА 3.3.2. Характеристика оборудования для главного брожения и дображивания Бродильный аппарат типа ЧБ-15 используется для главного бро- жения сусла и представляет собой герметический прямоугольный сосуд, внутри которого имеется охлаждающий змеевик для отвода теплоты, выделяющейся при брожении. Горизонтальный цилиндри- ческий танк Б-604 также предназначен для главного брожения пив- ного сусла под давлением. Танки типов ТЛА и TAB применяются для дображивания молодого пива или для хранения готового пива и представляют собой горизонтальный и вертикальный цилиндриче- ские аппараты со сферическими днищами. Аппараты, применяемые для брожения и дображивания пива, из- готовляют из металлов и железобетона, а танки для брожения и до- браживания — из листового пищевого алюминия (табл. 3.7). Таблица 3.7 Характеристика бродильных аппаратов и танков Показатели ЧБ-15 Б-604 ТЛА TAB 1 2 3 4 5 гт 3 Полная вместимость, м 15,0 8,0...50,0 8,0...80,0 8,0...25,0 Внутренний диаметр, м — 1,8..2,4 1,8...3,2 1,8...2,4 Диаметр охлаждающего змеевика, м 0,05 0,07 — — Диаметр суслопровода, м 0,05 0,07 — — 239
Окончание табл. 3.7 1 1 2 1 з 1 4 I 1 5 Температура брожения, °C 6 4 1 1 Давление в аппарате, МПа — 0,07 0,07 0.07 Масса, кг 2150 80...2176 421...3688 421...1117 Все бродильные аппараты снабжены соответствующей арматурой для отвода диоксида у еле рода, выделяющегося во время спиртового брожения (4 кг из 1 м3 пива или около 2 м3 из 1 м3 пива в сутки). Требуемое число бродильных аппаратов п или аппаратов для добра- живания при выработке одного сорта пива n-Q/(Vnz), где Q = Ускз — годовое количество охлажденного сусла, м3; Vc — объем холодного сусла, получаемого из одной варки, м3; кз — коэф- фициент, зависящий от того, на сколько заторов рассчитывается бродильный аппарата (k = 1, 2, 4); Vn = Vo <р — полезная вмести- мость аппарата, м3; Vo — полная вместимость аппарата, м , — коэффициент заполнения аппарата (<р = 0,9 для аппарата броже- ния и рл = 0,96 для аппарата дображивания); z = тстм/ (тбр + Тдоп) — оборачиваемость аппарата, тс — количество суток работы цеха в месяц; тм — количество месяцев работы цеха в год; rgp — продол- жительность брожения или срок выдержки пива, сут; тдоп — допол- нительное время на мытье и дезинфекцию аппаратов после каждого оборота, ч. Наиболее экономично проводить брожение и дображивание пива ускоренным способом в одном цилиндроконическом бродильном ап- парате, изготовленном из нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью. Этот аппарат имеет четыре охлаждающие рубашки в цилиндри- ческой части и одну в конической (табл. 3.8). Таблица 3.8 Характеристика цилиндроконических бродильных аппаратов Показатели | Ш4-ВЦН-30 I Ш4-ВЦН-50 | РЗ-ВЦН-95 Вместимость, м3: полная 30 50 95 рабочая 25,5 42,5 80 Площадь поверхности охлаждения, м3 17,4 23,2 44,3 Масса, кг 5 380 6 490 11 890 Примечание. Для всех марокдавление в аппарате по 0,7 МПа, в рубашках по 0,4 МПа, температура хладагента - 8°С. 240
Способ непрерывного брожения пива заключается в перемеще- нии с определенной скоростью сбраживаемого сусла и молодого пи- ва в системе соединенных между собой бродильных аппаратов и ап- паратов для дображивания при непрерывном притоке свежего сусла в головной бродильный аппарат и оттоке пива из последнего аппа- рата. Необходимая концентрация дрожжей в сбраживаемом сусле обеспечивается непрерывным поступлением дрожжей в головной аппарат системы из дрожжегенератора и дополнительным размно- жением дрожжей в аппаратах брожения. Перед перекачиванием молодого пива на дображивание часть дрожжей отделяется на сепа- раторе. Кинетика процесса брожения в аппаратах непрерывного дейст- вия может быть представлена уравнением Кбр= (l/r)ln(So/S), где Kgp — константа скорости спиртового брожения, ч'1; т — про- должительность процесса, ч; S и Sq — концентрация сахара соот- ветственно в начале брожения и в момент времени т, %. 3.3.3. Бродильные аппараты и танки В настоящее время получили распространение цилиндрокониче- ские бродильные аппараты вместимостью 100 м3 и проектируются вместимостью до 250...500 м3. В этих аппаратах процесс брожения сусла начинают при температуре 9...10°С и в течение первых двух суток повышают ее до 14°С. Брожение заканчивают на 5—6-е сутки и по окончании его коническую часть аппарата охлаждают до тем- пературы О...2°С, при этом происходит оседание дрожжей, а про- цесс дображивания молодого пива длится 5...7 сут. При сбраживании 1 кг мальтозы выделяется 613,8 кДж теплоты. Следовательно, при главном брожении концентрация сухих ве- ществ сусла снижается с 12 до 5% и из 1 м3 сусла выделяется тепло- ты Qi - 10[(12 - 5)613,8 ] = 42 960 кДж/м3. Наряду с этой теплотой из 1 м3. молодого пива при его охлажде- нии в период дображивания необходимо отобрать в среднем теплоту Q2 " 10 470 кДж/м3. Таким образом, за 12...13 сут брожения и до- браживания в одном цилиндроконическом аппарате от 1 м3 сбражи- ваемого пива через охлаждающую поверхность передается теплоты Q-Qi +Q2 = 53 430кДж/м3. Коэффициент теплоотдачи от стенки охлаждающего змеевика к хладагенту ctj (Вт/м2-К) определяется зависимостью 16. Заказ 5901 241
Nu = 0,023Re°’8Pr0’4, а коэффициент теплоотдачи от сбраживаемого сусла к стенке змее- вика а 1 (Вт/м2 - К) определяют по эмпирической формуле «2 = 0,74С-^с—ter, где 1с и 1ст — соответственно температура сбраживаемого сусла и стенки змеевика, °C; С — коэффициент, зависящий от температуры сбраживаемого сусла tc и стенки змеевика кт: (tc+tCT)/2 123456789 10 С 117 125 133 150 160 170 178 185 195 204 Бродильные аппараты, используемые для главного брожения, из- готавливают открытого или закрытого типа, последние обеспечива- ют стерильность сусла при брожении и возможность отбора диокси- да углерода для дальнейшего его использования. Бродильный аппа- рат (рис. 3.34) представляет собой герметический прямоугольный сосуд с закругленными углами стенок и днища. Внутри аппарата имеется змеевик J, по которому через отверстие 7 поступает рассол или охлажденная вода. Аппарат имеет патрубок 2 для сусла, пробку 3 для слива остатков сусла, люки 4 и 5 для мойки аппарата и патру- бок 6 для отвода диоксида углерода. Рис. 3.34. Аппарат бродильный ЧБ-15 242
Характеристика бродильного аппарата ЧБ-15 3 Полная вместимость, м 15 Поверхность охлаждения, mz 3,7 Диаметр, мм суслопровода 50 охлаждающего змеевика 50 Габаритные размеры, мм 3175x2650x2330 Масса, кг 2150 Аппараты подлежат обязательному защитному покрытию эпок- сидными смолами, спиртово-канифольным лаком, применяются по- лиэтиленовые покрытия и др. Прямоугольные бродильные аппараты наиболее полно использу- ют помещение бродильного цеха, заполняя всю его площадь, за иск- лючением необходимых для обслуживания проходов. Полезная вы- сота чанов обычно принимается до 2 м. В настоящее время применяются танки Б-604 (рис. 3.35), пред- назначенные для главного брожения пивного сусла под давлением. Танк главного брожения представляет собой горизонтальный алюминиевый цилиндрический сосуд со сферическими днищами, установленный на опорах 11. Сверху танк имеет трубу воздухопро- вода 1, служащую для контроля за процессом брожения сусла. В конце трубы расположен тройник 3 для сбора диоксида углерода, выделяющегося во время брожения. Внутри танка расположен зме- евик 2 для охлаждения сусла водой. На переднем днище смонтированы шпунт-аппарат 10 для авто- матического регулирования давления, кран 9 для подвода воздуха и кран 4 для сбрасывания избыточного давления. В переднем днище имеется люк 7 для мойки и обслуживания тан- ка, кран 6 для входа и выхода сусла, пробный кран 5 и бобышки 8 для установки контрольно-измерительных приборов (термометра, указателя уровня и др.). Характеристика танка Б-604 Диаметр охлаждающего змеевика, мм 70 Давление, МПа: в змеевике 0,1 в танке 0,06...0,7 Температура брожения, °C 4 Вместимость, м° 7...44,5 Танки Б-604 выпускаются различного диаметра (от 1800...2400 мм) и длины (3050... 10 050 мм) вместимостью 7...44,7 м3. Танки типа ТЛА, показанные на рис.3.36, предназначены для до- 16* 243
Рис. 3-35. Аппарат главного брожения пива Б-604 244
браживания молодого пи- Рис. 3.36. Танк для дображивания молодого пи- ва алюминиевый типа ТЛА ва и для хранения готово- го пива под давлением до 0,07 МПа. Аппарат для дображи- вания представляет собой горизонтальный цилинд- рический сосуд со сфери- ческими днищами. На днище находится люк 2 для санитарной обработки танка. Для наполнения танка и выхода продукта внизу расположен бронзо- вый кран 1. Hjisi отвода диоксида углерода служат специальная арматура 4 и шпунт-аппарат 3. Танк устанавливается на опорах 5. Танки для дображивания типа ТЛА изготавливаются вместимо- стью 8...80 м3. Кроме горизонтальных танков для дображивания молодого пива изготавливают вертикальные типа ТЛВА вместимостью 4...9 м3. Для изготовления бродильных аппаратов и танков для дображи- вания кроме углеродистой листовой стали применяют листовой пи- щевой алюминий марок АО и А5 с содержанием примесей не более 0,5%, кислотостойкую сталь марки Х18Н10Т. Поверхность аппарата из алюминия и нержавеющей стали не по- крывается защитными покрытиями и легко очищается от загрязне- ний. Алюминиевые аппараты при установке на чугунные опоры должны иметь надежную изоляцию во избежание разрушения алю- миния из-за возникающего электрохимического процесса между металлами. Для регулирования и поддержания заданного давления в танках предназначаются шпунт-аппараты, которые разделяются по конст- рукции на ртутные, водяные и механические (рычажные и силь- фонные). Механический рычажный шпунт-аппарат (рис. 3.37) состоит из полого корпуса б, на котором установлены рычажный клапан 4 и манометр 5. Гнездо 3 клапана на резьбе с прокладкой плотно ввер- нуто в корпус. Корпус 6 конусом 7 присоединяется к газовому отво- ду танка. Давление в танке регулируют перемещением груза 2 на 245
градуированной линейке-рычаге 1. Чем ближе к свободному концу рычага расположен груз 2, тем выше будет создаваться давление в танке. Рис. 3.37. Рычажный шпунт-аппарат Работу рычажного шпунт-аппарата необходимо проверять путем поднятия рычага, а во время освобождения танка от пива шпунт-ап- парат необходимо тщательно промывать, чтобы избежать прилипа- ния клапана. Манометры, установленные на шпунт-аппаратах, не- обходимо периодически снимать для проверки. Шпунт-аппарат сильфонного типа ГГ-2, так же, как и рычаж- ный, предназначен для поддержания заданного давления в танках (рис. 3.38). Шпунт-аппарат ГГ-2 представляет собой цилиндриче- скую камеру 7, сверху закрытую резиновой мембраной 2. В днище 3 камеры расположено гнездо воздушного клапана. В конце камеры находится штуцер 10 с отверстием для соединения аппарата с тан- ком. На штуцере укреплен манометр 9. В середине мембраны име- ется утолщение, прикрывающее гнездо воздушного клапана. Над мембраной находится герметически закрытый сильфон 7, выполня- ющий роль пневматической пружины. Своим дном 4 сильфон на- жимает на мембрану, а верхней частью упирается в регулировоч- ную гайку 8, навинчивающуюся на стакан 5. Гайка сжимает силь- фон и давит на мембрану, создавая противодавление. Степень сжа- тия сильфона определяется по шкале 6. 246
Рис. 3.38. Сильфонный шпунт-аппа- рат ГГ-2 При повышении давления в танке выше заданного давление в камере под мембраной также по- вышается и поднимает резиновую мембрану, гнездо воздушного кла- пана соединяется с атмосферой и излишки газа выходят из танка. Когда давление в танке снизится до заданного, мембрана под давле- нием пневматической пружины опускается и закрывает отверстие воздушного клапана, в результате чего прекращается выход газа из танка. 3.3.4. Установки для непрерывного брожения и дображивания В установке непрерывного брожения и дображивания пива (рис. 3.39) поступающее из варочного отделения осветленное сусло пода- ется на брожение и приготовление дрожжевой разводки. Дрожже- вая разводка готовится непрерывно в дрожжегенераторе /, снаб- женном системами аэрации среды, пеногашения и поддержания уровня. Сусло (92%) и дрожжевая разводка (8%) поступают в про- межуточные бачки 2, откуда насосом-дозатором 3 подаются в пер- вый танк 4 батареи главного брожения. Молодое пиво вихревым насосом 5 перекачивается в герметизи- рованный сепаратор 6 для отделения дрожжей, которые поступают в вакуум-сборник. Осветленное молодое пиво из промежуточного танка 7 насосом-дозатором 8 подается в первый танк 9 батареи до- браживания, состоящей из десяти танков. Готовое пиво из послед- него танка передается на осветление и розлив. Производительность линии Q (м/год) непрерывного брожения и дображивания пива Q= (пУп^пЮ/т, где п — число аппаратов для брожения или дображивания пива; Vn — вместимость аппаратов главного брожения или дображивания пива, м3; уа — коэффициент, учитывающий потери молодого пива при перекачивании (ijn и 0,98); N — число рабочих суток в году (N = 330 сут); т — общая продолжительность главного брожения и дображивания пива, сут. 247
иъ Анппиилял отделение Готовое пиво Осветленное пиво Рис. 3.39. Схема установки непрерывного брожения и дображивания пива Характерными особенностями установки фирмы APV являются следующие: общая продолжительность производственного цикла от солода до готового пива 10 сут; способ затирания — непрерывный настойный (инфузионный); фильтрование сусла, промывание дро- бины и кипячение сусла с хмелем — периодические; главное броже- ние - в непрерывном потоке при повышенной температуре и высо- кой концентрации дрожжей (до 150 г/л); дображивание и карбони- зация пива в непрерывном потоке при температуре, близкой к 0°С. При приготовлении сусла в установке APV (рис. 3.40, а) солод из запасного бункера 5 и несоложеные материалы из бункера 6 посту- пают на автоматические весы 4. Взвешенный солод увлажняется в шнековом смесителе 3, а затем измельчается в трехпроходной дро- билке 2. Измельченный солод в смесителе 1 смешивается с теплой водой и затем насосом перекачивается в трубчатый аппарат 75. В этом аппарате заторная масса выдерживается при температуре, благоприятной для протеолиза белков (5О...52°С). Несоложеные материалы после взвешивания подаются в развар- ник 8, куда одновременно из бачка 7 дозирующим насосом подка- чивается раствор ферментных препаратов. Затем потоки солода и несоложеных материалов соединяются в смесителе 14 и насосом 13 перекачиваются в осахариватель 1 ступени 9 и далее в осахарива- Х₽ль II ступени 11. Осахаренная заторная масса насосом 12 перека- чивается в фильтрационный аппарата 70, представляющий собой фильтрационный чан, разделенный на обособленные секторы. Весь аппарат периодически вращается, вследствие чего каждый сектор проходит зоны заполнения, фильтрования, промывания дробины и опора жниван ия. 248
При кипячении, охлаждении и осветлении сусла (рис. 3.40, б) из фильтрационного аппарата 10 (см.рис. 3.40, а) сусло перекачивает- ся в сборник 16 (см.рис. 3.40, б) или непосредственно в один из сус- ловарочных котлов 17. Котлы работают попеременно обычным пе- риодическим способом. При котлах имеются бункер 20, дробилка 21 и весы для хмеля 19, бачок 22 для хмелевого экстракта и конденса- торы вторичного пара 18. Горячее охмеленное сусло насосом 28 пе- рекачивается через хмелеотделитель 23 в сборник 24, а затем в се- паратор 27 и пластинчатый холодильник 25. После этого охлажден- ное сусло фильтруется в диатомитовом фильтре 26. При стерилизации сусла, брожении и дображивании пива (рис. 3.40, в) охлажденное профильтрованное сусло доводится до опреде- ленной плотности умягченной водой в смесителе 29 и стерилизуется в пластинчатом теплообменнике 30. Брожение происходит в пяти параллельно работающих башенных аппаратах 31, представляю- щих собой цилиндрические сосуды высотой около 6 м и диаметром 1 м. Верхняя часть аппаратов расширена для оседания дрожжей и отделения диоксида углерода. Молодое пиво из башенных аппара- тов 31 стекает в аппараты для дображивания 32, соединенные по- следовательно в батарею, а затем охлаждается в пластинчатом хо- лодильнике 33. При окончательной обработке и розливе (рис. 3.40, г) охлажден- ное пиво стекает в осадочные чаны 36 для отделения дрожжей, ко- торые затем собираются в сборнике 35 и отфильтровываются в фильтр-прессе 34. Пиво из осадочных чанов 36 стекает в промежу- точный танк 43, затем насыщается диоксидом углерода в пластин- чатом холодильнике 42. Из сборников 40 пиво, насыщенное диокси- дом углерода, перекачивается в диатомитовые фильтры 41, а затем в сборники 38. Наконец, пиво пастеризуется в пластинчатых тепло- обменниках 39 и перекачивается в разливочные аппараты 37. По утверждению фирмы APV, себестоимость пива, изготовленно- го по методу этой фирмы, на 10...20% ниже себестоимости пива, из- готовляемого периодическим методом; расход энергии, пара, воды и холода также ниже. 3.3.5. Колонное шпунтование и использование диоксида углерода Перед дображиванием аппарат промывают водой, удаляют ее, танк дезинфицируют раствором формалина и также смывают его водой (рис. 3.41). Дезинфекцию ведут 1 %-ным раствором формали- 249
Рис. 3.40. Установка для непрерывного производства пива: а — приготовление и дображивание; г — осветление, карбонизация, фильтрование и розлив 250
г сусла; б —кипячение, охлаждение и осветление сусла; в — стерилизация, брожение 251
Рис. 3.41. Схема водораспылительной установки для обработки внутренних поверхностей аппаратов на из пульверизатора, собираемого из резервуара (5... 10 л), резино- вого шланга, подключаемого к воздушной линии под давлением 0,2...0,3 МПа или ручному насосу, и отводящего шланга, присоеди- няемого к этому же резервуару. Для дезинфекции алюминиевых резервуаров используют эльмоццд. После дезинфекции и промывки на крановую втулку изнутри ус- танавливают полый цилиндр (высотой 10 см) для сбора и вывода дрожжевого осадка перед фильтрованием пива. Затем люк герме- тично закрывают и наполняют аппарат молодым пивом, выпуская воздух через открытый верхний кран или пробку. Наполнение ап- парата предпочтительно осуществлять только снизу, так как иск- лючается попадание кислорода, образуется меньше пены и меньше теряется диоксида углерода. Скорость наполнения сначала высокая, а затем она снижается из-за образования пены, и по окончании за- полнения пиво осторожно слегка шпунтуют. Наполнение аппаратов проводят в несколько приемов в течение 1...2 сут. Существует спо- соб распределения молодого пива очередных варок в несколько ап- паратов для выравнивания качества пива и усреднения конечной степени сбраживания. Аппараты небольших размеров заполняют сразу. Продолжительность заполнения до двух суток. Коэффициент заполнения аппарата составляет 0,98...0,96 гео- метрического объема. По окончании наполнения шпунтовое отвер- стие аппарата слегка закрывают втулкой до момента шпунтования и воздух постепенно вытесняется образующимся диоксидом углеро- да. Шпунтование — это обработка пива при дображивании диокси- дом углерода под давлением. Заполненные аппараты дображивания шпунтуют сразу или спустя некоторое время. Начало и продолжи- тельность шпунтования определяются условиями дображивания: при низкой температуре, малом содержании экстракта и большой 252
степени сбраживания молодого пива шпунтуют сразу и более про- должительное время. Продолжительность шпунтования зависит также от сорта пива и колеблется от 15 до 18 сут. Шпунтование ус- коряет созревание и осветление пива. Если шпунтуют спустя не- сколько дней, то дображивание вначале протекает в открытых ап- паратах. Шпунтование проводят двумя способами: устанавливают шпун- товый аппарат, рассчитанный на определенное давление, или шпунтовое отверстие наглухо закрывают винтовым шпунтом. В по- следнем случае применяют металлические шпунтовые кольца с внутренней резьбой, а в шпунт ввинчивают металлическую втулку с воздушным краном, к которому присоединяют манометр для конт- роля дображивания. Начало и продолжительность такого "глухого" шпунтования устанавливают эмпирически. При законченном сбра- живании сахаров момент шпунтования считается упущенным, а преждевременное "глухое" шпунтование создает большое давление и, следовательно, пересыщение пива диоксидом углерода. При этом получается перешпунтованное пиво, которое в момент кантования выбрасывается из аппарата с большой силой, что сопровождается потерями СОг и взмучиванием. Наряду со шпунтованием отдельно- го аппарата, что позволяет наблюдать за выделением диоксида уг- лерода и карбонизацией пива в любое время дображивания, приме- няют и групповое шпунтование (рис. 3.42). Группа аппаратов объе- динена общим трубопроводом, который обеспечивает в них посто- янное шпунтовое давление и равномерную карбонизацию, отбор из- быточного СОг без его потерь в помещении. Рис. 3.42. Колонное шпунтование и повторное использование диоксида углерода при дображивании пива по схеме ЛСХА 253
Общий трубопровод с объединяющим шпунтаппаратом позволяет осуществить повторное барботирование и использование СОг из ап- паратов с более молодым пивом в аппаратах с более зрелым пивом и даже провести перемешивание сусла в бродильном аппарате перед главным брожением. Это также позволяет не использоваться завит- кам молодого пива при недостатке экстракта и СОг в пиве при до- браживании. Недостатком группового шпунтования является опас- ность инфицирования всего бродильного отделения через общий трубопровод. Продолжительность дображивания и созревания в отделении до- браживания зависит от сорта пива и колеблется от 11 сут до 3...4 мес, а для экспортных сортов, которые пастеризуются, до 6...9 мес. Сроки созревания отечественных сортов пива (сут) следующие: светлые сорта — Жигулевское 21, в том числе ускоренного бро- жения 11, Рижское 42, Львовское 42, Московское 42, Невское 60, Ленинградское 90, Столичное 100, Оригинальное Рижское и Мос- ковское 60; темные сорта — Украинское 30, Мартовское 30, Двойное золотое 50, Останкинское 45, Портер 60 и дополнительно 10 для бутылочно- го розлива, Бархатное 3...4. В ходе дображивания контролируют интенсивность сбраживания экстракта, давление в аппаратах, температуру и осветление пива. Оптимальное шпунтовое давление 0,15...0,17 МПа при нормальных условиях дображивания достигается через 7...9 сут. Скорость добра- живания зависит от количества остаточного экстракта, температу- ры и плотности (1,2...1,3 г/дм3) дрожжевой популяции в молодом пиве. Отбирая пробы стеклянным сифоном в период шпунтования, на- блюдают за осветлением, стойкостью пены и изменением вкуса пи- ва. При плохом осветлении, обусловленном наличием высокомоле- кулярных белков, в пиво вводят осветляющие вещества (танин, ки- зельгур) и ферментные препараты. Соблюдение нормального тем- пературного режима дображивания и созревания пива (1...2°С) обеспечивает высокое его качество. При очень быстром нарастании кислотности пиво выкачивают, пастеризуют, охлаждают, фильтруют, возвращают в чистый аппа- рат дображивания и дображивают после добавления забродившего (завиткового) пива. За двое суток до окончания срока выдержки в пробах пива из танков, идущих на розлив, определяют содержание алкоголя, массовую долю сухих веществ в начальном сусле, кислот- ность, видимую и действительную степень сбраживания. Чем мень- 254
ше разница между конечной степенью сбраживания пива (в бутыл- ках) и степенью сбраживания в цехе дображивания, тем выше стой- кость пива. 3.4. Аппараты для осветления пива Процесс осветления пива можно рассматривать как разделение дисперсионных сред на жидкую и твердую фазы. Это разделение до- стигается при фильтровании, сепарировании и других методах. 3.4.1. Фильтр-прессы, диатомитовые установки и ЕК-фильтры Фильтрование с осветлением пива в основном осуществляется в фильтр-прессах. Фильтр-пресс состоит из пластин (брикетов) тол- щиной 40...60 мм из хлопчатобумажно-асбестовой массы, формуе- мой с помощью специального гидравлического или ручного пресса. Пластины выполняются в форме мягких чаш или тарелок. Чашечный фильтр-пресс (рис. 3.43) на металлической тележке имеет фильтровальные плиты в форме чаши, которые находятся на опорных штангах и пригнаны одна к другой посредством зажима между крышками пресса. Передняя крышка затяжным винтом 12 прижимает фильтровальные чаши одна к другой и к неподвижной, прикрепленной к стенке, задней крышке. В чашу каждой плиты вставляют фильтрующий брикет (пластину 7), и плиты уплотняют- ся между собой резиновыми прокладками. Поверхности фильтра, которые соприкасаются с пивом, покрывают бакелитовым лаком. Рис. 3.43. Чашечный фильтр-пресс С внутренней и внешней сторон плиты нанесены концентриче- ские желобки треугольного или трапецеидального сечения, которые 255
обеспечивают равномерное распределение пива по фильтрующей поверхности (рис. 3.44). Каждая плита имеет вверху и внизу по два кольцевых прилива с круглыми отверстиями в них 1 и 3. В собран- ном виде они образуют четыре сплошных канала для подвода не- фильтрованного и отвода фильтрованного пива. Через прорези 2 ка- налы сообщаются с внутренним пространством фильтрационных чаш. У половины плит (I) прорези 2 ведут в каналы 1 для нефильт- рованного пива, а у второй половины (II) прорези направлены в ка- налы 3 для фильтрованного пива. Задняя (неподвижная) крышка образует сквозной проход для со- единения верхнего и нижнего каналов для нефильтрованного пива, а передняя (подвижная) крышка имеет сквозной проход — выход- ной канал 10 (см.рис. 3.43) соединения каналов фильтрованного пи- ва. При открытии входного канала 13 нефильтрованное пиво прохо- дит из патрубка 1 через смотровой фонарь 2 с краном 3 для удале- ния воздуха (см. рис. 3.43) и направляется во входной канал 6. Да- лее через прорези пиво распределяется по обеим сторонам желобча- тых поверхностей пластин 7, равномерно проходит через фильтру- ющие брикеты и собирается на желобчатой поверхности пластин II. Затем через прорези пиво проходит в выходной канал 10. Через вы- ходной кран 11 и присоединенный к нему резиновый шланг пиво попадает в сборник перед разливочным автоматом (см. рис. 3.43). Над задней и передней крышками фильтр-пресса установлены фо- нари 5 и 8 с манометрами 4 и 9. Рис. 3.44. Плита (а) и схема работы фильтр-пресса (б) Оптимальная производительность фильтра от 80 до 100 дал/ (м2 ч) или 20 дал на одну плиту. Сопротивление фильтра со- 256
ставляет 0,03 МПа, оно постепенно возрастает до 0,05 МПа. Когда разница в давлении по обе стороны фильтра достигает 0,15...0,20 МПа, фильтр перезаряжают, что связано со значительными потеря- ми пива. Фильтр стерилизуют горячей водой (80°С), подаваемой насосом (рис. 3.45) из запасного резервуара для многократного ее циркули- рования через фильтр. В течение часа в фильтр подают горячую во- ду, затем фильтр охлаждают, пропуская через него холодную воду, Рис, 3.45. Схема стерилизации пивного фильтра, заряженного фильтрационными брикетами подготовленную в резервуаре, охлаждаемом солевым рассолом. Наряду с горизонтальными в промышленности эксплуатируются также вертикальные фильтры (рис. 3.46). Рамы в них укладывают- ся одна на другую в цилиндр. Нефильтрованное пиво поднимается вверх между стенкой цилиндра и рамами, а фильтрованное — дви- жется вниз по каналу 3. Рис. 3.46. Вертикальный фильтр 17. Заказ 5901 257
Пиво, выдержанное в отделении дображивания около 10 сут и на- зываемое легкодрожжевым, отправляют нефильтрованным на ино- городние склады, хранят при О...4°С до 6 нед и реализуют без ущер- ба для качества. Нефильтрованное пиво, разлитое после главного брожения, называют дрожжевым. Дображивание и созревание та- кого пива ведут на складах. Срок хранения его не более 4 мес. Фильтрационную массу моют после каждого фильтрования в мо- ечных машинах (1...2 ч) сначала холодной водой, чтобы предотвра- тить взаимодействие дубильных веществ с железом и окрашивание массы в темный цвет, а затем горячей водой. Массомоечные маши- ны различаются по конструкции. На рис. 3.47 изображен цилиндри- ческий сосуд с двойным днищем в виде паровой рубашки 11. В цент- ре сосуда расположена двустенная труба 5 с двустенной воронкой (ситом) 3, имеющей сетчатую внутреннюю поверхность. Кольцевое пространство трубы соединено с канализацией, а внутренний канал через задвижку — с насосом 9, который также сообщается с внут- ренним пространством сосуда. Рис. 3.47. Массомоечния машина Моечную машину сначала наполняют водой. Масса, поднятая во- дой, переходит в воронку центральной трубы, а загрязненная вода проходит через сито 3 в кольцевое пространство и выводится из сис- темы. Фильтрационная масса с водой поступает в трубу 5, смешивается с чистой водой, подаваемой сверху, перекачивается насосом и тан- генциально вводится в аппарат с образованием вращательного дви- жения для лучшей мойки массы. Содержимое аппарата в движении 258
Рис. 3.48. Пресс для изготовления фильтрующих брикетов нагревается паром до 180°С для пастеризации массы в течение 1 ч. Пастеризацию усиливают прибавлением 0,01% пероксида водоро- да. После пастеризации массу охлаждают потоком холодной воды в течение 1...2 ч. Затем суспензию воды с массой насосом подают в пресс для изготовления фильтрующих брикетов. Фильтрационную массу периодически дизинфицируют хлорной известью (0,5 г С1 на 1 м3 воды) или антиформином, 10 л которого разводят в 550 дал воды на 100 кг сухой массы. Расход воды при промывке на 1 кг сухой массы составляет 15...25 дал и около 15 кг пара, в том числе 10 кг на пастеризацию. Фильтрующие брикеты изготовляют на прессе (рис. 3.48). В ниж- ней части пресса расположен цилиндр с поршнем 3, на котором раз- мещена прессующая плита, а в верхней части пресса закреплена упорная плита 2. Поршень поднимается под давлением сжатого воз- духа 0,35—0,40 МПа или воды 0,3 МПа, которая поступает из водо- провода. На прессующей плите установле- на сетчатая форма /, соответствую- щая по размеру плите и заполняемая фильтрационной массой доверху. Упорную плиту после отжима массы отводят в сторону, форму снимают и брикет (содержащий около 70% во- ды) вынимают из пресса. Для отжи- ма применяют также винтовые руч- ные прессы. Давление в прессе конт- ролируют по манометру 4. Диатомитовые установки (рис. 3.49) состоят из фильтра с намыв- ным фильтрующим слоем, дозатора- смесителя пива с порошком с мешал- кой и насоса для перемещения этой суспензии в поток пива. В про- мышленности широко применяются горизонтальные рамные и меньше — вертикальные цилиндрические фильтры. Вначале насосом под давлением 0,2 МПа прокачивают стериль- ную воду, затем намывают диатомит, сначала крупный, потом мел- кий. Суспензию в смесителе готовят с водой или пивом-концентра- цией 15—20 г/дм3. Давление и скорость потока во время намывания слоя диатомита с водой и пивом должны быть равномерными, без пульсаций, иначе слой разрыхлится. Продолжительность фильтрования 7—12 ч. По истечении этого 17* 259
срока фильтрующий слой удаляют и заменяют новым. Для этого фильтр разбирают, тщательно промывают пластины, смывая диато- мит струей воды в канализацию. После этого фильтр вновь собира- ют и промывают водой в обратном направлении. Далее промывают дозатор-смеситель и насос водой и удаляют остатки диатомита. Производительность установки 60... 120 дал на 1 м2 фильтрующей поверхности в час, а при тонком фильтровании 40...60 дал. Расход диатомита на намывание 0,25...0,8 кг на 1 м2 и на фильтрование 5...20 г на 1 дал пива. Для фильтрования пива с белковой мутью в первый слой диатомита добавляют асбест (10 г на 1 м2 поверхно- сти) . Для дозирования диатомита на небольших заводах применяют Рис. 3.50. Слоистый фильтр струйные аппараты, устанавливаемые на продуктовой линии перед диатомитовым фильтром. При недостаточности одноступенчатого осветления пива прибега- ют к фильтрованию, называемому обеспложивающим и осуществ- ляемому в пластинчатых фильтрах, а также ЕК-фильтрах. Эти фильтры характеризуются применением готовых пла- стин из бумаги с большим со- держанием асбеста. Поры в этих пластинах значительно меньше, чем в пластинах без фильтрационной массы. ЕК-фильтр (рис. 3.50) со- бирают из тонкоребристых стальных пластин, имеющих боковые каналы для входа и выхода пива. Тонкие спрессо- ванные фильтрующие картон- ные слои, содержащие много
асбеста и кизельгура (40% золы), укладывают между пластинами и зажимают. Сначала этот фильтр в течение 20 мин стерилизуют па- ром (до 100°С) при 0,15 МПа, избегая попадания в него конденсата, сопутствующего гидравлическим толчкам, которые ведут к увели- чению размеров пор. Затем фильтр промывают водой, включают и ведут фильтрование до возрастания сопротивления фильтра (до 0,25 МПа). Регенерируют слои промыванием горячей водой в обрат- ном направлении, затем фильтр перезаряжают. 3.4.2. Сепараторы для осветления пива Движущей силой сепарирования является центробежная сила, способная в зависимости от частоты вращения барабана и радиуса вращения в несколько тысяч раз ускорять выделение частиц по сравнению с методом отстаивания. В современных сепараторах с ди- аметром барабана 500 мм, вращающегося с частотой 7000 мин' , центробежная сила С примерно в 10 000 раз больше силы тяжести G, что видно из отношения C/G-m2/900, где г — радиус барабана, м; п — частота вращения барабана, мин . Фактор разделения Fr (центробежный фактор) представляет со- бой отношение C/G - v2/gr - w2r/g « гп2/900 = Dn2/1800 = Fr, где v — окружная скорость, м/с; w — угловая скорость вращения барабана сепаратора, с*1. Скорость осаждения w0 (м/с) при ламинарном режиме характе- ризуется следующей формулой (из уравнения Стокса) w0 = d2/18/^ч - pc)w2r/g, где d — диаметр частиц, м; ц — вязкость среды, Па1 с; рч — удель- ная масса частиц (дисперсной фазы) кг/м3; рс — удельная масса дисперсионной среды кг/м3; w — угловая скорость вращения час- тиц, с"1; г — радиус вращения частицы, м. Скорость осаждения в центробежном поле во столько раз превы- шает скорость осаждения в гравитационном поле, во сколько раз центробежное ускорение (w2r) больше ускорения силы земного притяжения g. По Стоксу, скорость осаждения зависит от размера взвешенных частиц, вязкости жидкости и разницы удельных масс вещества частиц и вещества среды. Под действием центробежной силы дрожжи и частицы белковых веществ, содержащихся в пиве, отбрасываются к стенкам барабана 261
и остаются в пространстве между боковой поверхностью барабана и коническими дисками (тарелками). Коллоидные частицы (разме- ром менее 0,1 мкм) в сепараторе пока не отделяются. В процессе сепарирования пиво нагревается теплотой, которая возникает при трении барабана о воздух. Чем ниже производитель- ность, тем сильнее нагревается пиво. При нагревании растворяются дубильно-глобулиновые соединения, в результате чего пиво стано- вится более холодочувствительным. В связи с этим перед сепариро- ванием его охлаждают до 0,5...0°С. Нагревание пива предотвраща- ют также вводом через форсунку в сепаратор жидкой углекислоты для охлаждения барабана. Главной частью сепаратора является барабан (рис. 3.51). Пиво поступает снизу через герметическое устройство в полое веретено 4 (7000 мин"1), на которое насажены тарелки 2. Далее пиво направ- ляется в каналы между основанием барабана 6 и тарелкодержате- лем 3, потом в пространство для осадка 5, где под действием центро- бежной силы частицы с большой удельной массой отбрасываются к периферии, а пиво проникает в пакет с тарелками и равномерными слоями распределяется между ними. Осветленное, более легкое пи- во оттесняется к центру, поднимается кверху и отводится из бараба- на через герметический патрубок 1 в коммуникацию, снабженную смотровым стеклом для контроля за качеством пива. Перед пуском сепаратор заполняют во- дой, затем его пускают путем разгона. По- сле достижения нормальной частоты вра- щения в него подают пиво. Сепаратор рабо- тает под давлением, что предотвращает вы- деление СОг и окисление пива воздухом. Давление на входе 0,16...0,18 МПа, на вы- ходе 0,60 МПа. Производительность сепа- ратора при разгоне 50 дал/ч, затем ее дово- дят до 100...600 дал/ч. Рис. 3.51. Барабан сепара- с прекращением подачи пива сепариро- тора вание прекращают, включают подачу сна- чала холодной, а затем теплой воды и вы- мывают шлам до выхода чистой воды. По- сле этого выключают электродвигатель и включают тормоз. Осветление пива осуществляют сепарированием с последующим фильтрованием (рис. 3.52). Производительность действующих се- параторов 100...600 дал/ч при мощности электродвигателей 4...5 кВт. 262
Рис. 3.52. Схема осветления пива сепарированием с последующим фильтрованием 3.4.3. Сравнительная оценка методов осветления пива Каждый из рассмотренных методов фильтрования и сепарирова- ния имеет свои преимущества и недостатки. Осветление пива с по- мощью массфильтра применялось долгие годы с добавками 1 % ас- беста. Данный фильтр обладает хорошими адсорбционными свойст- вами и осветляющим действием, но быстро закупоривается, удаляет небольшое количество ценных составных веществ пива вместе с со- держащимися в нем микроорганизмами. Особенно быстро фильтр закупоривается при фильтровании плохо осветленного доброженно- го пива. Пластинчатый фильтр, пришедший на смену массфильтру и име- ющий плотную структуру с мельчайшими порами, задерживает все микроорганизмы, но вместе с ними из пива выводятся и многие цен- ные вещества. Он тоже быстро закупоривается и нормально работа- ет только с предварительно хорошо осветленным пивом. Диатомитовый фильтр вследствие непрерывного намывания фильтрующего слоя не закупоривается, но в нем возникает явление адсорбции и частичного вывода вкусовых веществ пива. Пиво по- лучается прозрачное, качество его высокое, производительность ре- гулируется в широких пределах, но применение данных фильтров зависит от промышленного производства диатомитовых порошков. Из-за нехватки диатомита использование этого метода ограничено. Сепарационный метод осветления не имеет адсорбционного дей- ствия и не изменяет химического состава пива, обеспечивает нор- мативную степень осветления и биологическую стойкость, позволя- ет быстро переходить с одного сорта пива на другой. Однако получа- емое пиво мутнее, чем после массфильтра и диатомитового, да и се- параторов пока недостаточно. Таким образом, высокая степень осветления достигается в основ- 263
ном при двойном фильтровании пива через массфильтр. "Второе ме- сто" по этому показателю занимает фильтрование через намывной диатомитовый фильтр. После двойного фильтрования через массфильтр помутнение пи- ва от холода не наступает, между тем как после сепарирования оно мутнеет. Среднее положение между этими двумя методами занима- ет диатомитовое фильтрование. Из действующих методов осветле- ния самым дешевым является сепарирование, но при этом методе самая высокая мутность, которую для стабильности пива следует дополнительно удалять. Для этого на второй ступени фильтрования можно применить пластинчатый фильтр. Влияние на пенообразова- ние в отмеченных Методах фильтрования не обнаружено. Более полное удаление дрожжевых и других клеток и глубокое осветление пива достигаются путем обработки пива на мембранных фильтрах. Однако применение их возможно только после обычных фильтров, которые в этом случае выполняют функцию предвари- тельной очистки пива.
Глава 4 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СПИРТА 4.1. Оборудование для мойки, очистки и измельчения сырья Клубни в большей или меньшей степени всегда содержат примеси почвы, соломы, ботвы и т.п. Засоренность клубней после мойки не должна превышать 0,25%. На спиртовых заводах в основном используются две линии мой- ки: с кулачковой моечной машиной и напорным гидроконвейером. В кулачковой моечной машине происходит отделение легких и тяже- лых примесей, откуда клубни элеватором транспортируются на дробление, а отработанная вода подается на механическую очистку для повторного использования. В линии мойки картофеля с напорным гидроконвейером (рис. 4.1) клубни 2 из рештака 1 смываются водобоями 13 в гидрокон- вейер 3, который транспортирует сырье через камнеловушку 5 в шнек-водоотделитель 6. Отделенный от воды картофель дробится молотковыми дробилками 8, установленными на бункере 9 для получения картофельной кашки. Из бункера 9 кашка самотеком поступает в плунжерный насос 10 и перекачивается в смеситель- предразварник. Отделенные от картофеля камни перегружаются в бункер 4 для тяжелых примесей и тельфером 12 транспортируют- ся по монорельсу 11 к автомашине для перевозки камней в отвал. При установке молотковой дробилки А1-ВДК для сочного сырья и камнеловушки РЗ-ПУБ-6 описанная линия перерабатывает до 300 т картофеля в сутки при загрязненности его 30%. Рис. 4.1. Схема линии мойки картофеля 265
Картофелемойка КММ-60 (рис. 4.2) предназначена для мойки картофеля и улавливания камней и песка и представляет собой бе- тонный корпус 3. По длине корпуса в подшипниках укреплены два вала: тихоходный 2 с приводом от электродвигателя 1 и быстроход- ный 9, вращение которого осуществляется от электродвигателя 13. Тихоходный вал делает 8,5 об/мин, быстроходный — 25 об/мин. На валах укреплены била 7. Корпус мойки бетонными перегородками 8 разделен на шесть ка- мер; в каждой камере установлено стальное сито 12. Картофель и вода подаются в камеру 4, откуда лопастями 5 картофель перебра- сывается в камеру 6. Легкие примеси улавливаются решеткой 14. Из камеры 6 картофель попадает в последующие камеры, в которых происходит мойка и отделение песка через решетки. Многократное перебрасывание картофеля из камеры в камеру способствует луч- шей его очистке. Тяжелые примеси удаляются из мойки через за- порные клапаны 10. Вымытый картофель по наклонному спуску 11 из мойки поступает на элеватор. Производительность картофелемойки П (т/ч) П = 60Урр/1000т, где V — общий объем камер мойки, м3; р — насыпная плотность картофеля, кг/м3; <р — коэффициент заполнения камер смесью картофеля и воды (<р = 0,8...0,85); т — время пребывания картофеля в мойке, мин. В зависимости от степени загрязнения и длины гидротранспорте- ра, по которому подается картофель, т = 5...15 мин. Картофель перебрасывается из одной камеры в другую ковшами, укрепленными на валу мойки. Производительность перебрасывающих ковшей П1 (т/ч) П1 = 60zVKpy>K/1000, где z — число ковшей; VK — объем ковшей, м3; р — насыпная плот- ность картофеля (р - 550...600 кг/м3); — коэффициент заполне- ния ковша (у>к = 0,5...0,7); п — частота вращения вала картофеле- мойки, об/мин. Нормальная работа картофелемойки возможна при П1> П. Расход воды на картофелемойку зависит от степени загрязнения картофеля, продолжительности пребывания картофеля в мойке, со- держания картофеля в единице объема картофелемойки при ее ра- боте и колеблется от 50 до 150% к массе сырья. 266
оме оюг Рис. 4.2. Картофелемойка КММ-60 267
Техническая характеристика картофелемойки КММ-60 Производительность, т/сут 60 Масса комплекта металлических деталей, кг 2128 Мощность привода вала, кВт: тихоходного 2,8 быстроходного 4,5 Габаритные размеры, мм 7805x2200x2210 Камнеловушка (рис. 4.3) представляет собой прямоугольный со- суд 7, внутри которого размещены три перегородки. Перегородка 5 служит для направления движения картофеля. Перегородка 9, сде- ланная из прутков в виде решетки, предотвращает попадание кам- ней в насос. Перегородка 8, в верхней части которой сделаны проре- зи 6, предназначена для отвода отработанной воды и удаления лег- ких примесей. По патрубку 3 подводится вода для смыва и переме- щения легких примесей к перегородке 8; в прорезях б вращаются лопасти 7, которые удаляют легкие примеси из камнеловушки. В нижней части камнеловушки сделан люк 2 для удаления камней и песка. Картофель в камнеловушке во время работы находится во взвешенном состоянии благодаря потоку воды, поступающей по патрубку 4 из водоотделителя. Из камнеловушки картофель цент- робежным насосом подается в водоотделитель. Привод насоса осу- ществляется от электродвигателя мощностью 14 кВт; частота вра- щения ротора насоса 700 об/мин. Водоотделитель (рис. 4.4) выполнен в виде консольного барабана 8, боковая поверхность 3 которого сделана из прутков, а торцевая стенка 2 сплошная. К торцевой стенке приварены ковши 7. Барабан приводится во вращение от электродвигателя 7, частота вращения барабана 8 об/мин. Рис. 4.3. Камнеловушка 268
Рис. 4.4. Водоотделитель Картофель с водой поступает по патрубку 4 в водоотделитель, от- куда вода по патрубку б отводится в камнеловушку. При вращении барабана картофель поднимается ковшами 7 и в верхнем положе- нии их ссыпается в приемный лоток 5. Легкие примеси удаляются из барабана ножами 9, которые вращаются в зазорах между прутка- ми боковой поверхности водоотделителя. При переработке большого количества картофеля на заводах на- ходит применение барабанная камнепесколовушка непрерывного действия (рис. 4.5). Камнепесколовушка состоит из горизонтального перфорирован- ного барабана 3, который спицами 5 крепится к валу 4. Вращение барабана осуществляется от электродвигателя 8 через редуктор 9 с помощью звездочки 10, которая находится в соединении с цепью 12, приваренной к барабану и выполняющей роль венечной шестер- ни. Перфорированный барабан снаружи и внутри имеет винтовые лопасти 2, которые служат для удаления улавливаемых примесей по внутренней стенке барабана и по стенке нижнего корпуса 7, в ко- тором установлена камнеловушка. Барабан с торца имеет выбрасы- вающую камеру 1, имеющую два кармана б для сбора и удаления примесей. При работе камнеловушки из водно-картофельной смеси на внутренней поверхности барабана оседают крупные примеси (кам- ни), а мелкие (песок, галька) проходят через отверстия и оседают на днище корпуса 7, откуда наружными винтовыми лопастями 269
1 г з ♦ транспортируются в камеру 11, из которой карманами б поднима- ются вверх и по лотку удаляются из камнеловушки. Крупные при- меси с внутренней поверхности барабана винтовыми лопастями подаются в карманы 6 и удаляются вместе с мелкими примесями. Производительность камнеловушки по картофелю 20 т/ч, диаметр барабана 1460 мм, длина его — 1744 мм. Применяемые на спиртзаводах машины для измельчения карто- феля заимствованы из других отраслей промышленности и имеют следующие недостатки: значительный удельный расход электро- энергии, недостаточно высокую степень измельчения и небольшую производительность. Наибольшее распространение получили кар- тофелетерки марок СТМ-25, СТМ-60, СТМ-100 и молотковые дро- билки марок С-128М, ДМ-440У и С-599. Недостатками картофеле- терок являются большая трудоемкость замены рабочих органов и невысокая производительность (до 100 т/сут). Более практичны в этом отношении молотковые дробилки. При применении в спирто- вой отрасли они требуют модернизации. Установлено, что качество измельчения в основном зависит от скорости соударения молотков д^юбилки и частиц продукта. При пределе прочности картофеля от 0,45 до 1,2 МПа он начинает раз-
рушаться при скорости удара более 3 м/с. При скорости ра- бочих органов применяемых дробилок 50...60 м/с остаток Рис. 4.6. Дробилка для измельчения кар- тофеля на сите с диаметром отвер- стий 3 мм равен 6... 10, а про- изводительность — 6..8 т/ч. Известно, что при увеличе- нии скорости вращения мо- лотков дробилки увеличива- ется ее производительность, увеличиваются однородность помола и степень дробления. На некоторых спиртовых заводах успешно эксплуати- руется молотковая дробилка для картофеля А1-ВДК (рис. 4.6). Она состоит из сварного корпуса 9, на котором смон- тирован питатель 7. Послед- ний состоит из цилиндра, опирающегося одним концом на подшипник, а другим на тихоходный вал червячного редуктора. Быстроходный вал редуктора клиноременной пе- редачей соединен с асинхрон- ным двигателем 8, с помощью которого регулируется подача сырья. Внутри корпуса 9 вра- щается вал, на котором поса- жены диски 4, а между дисками 4 на стяжных осях 2 шарнирно под- вешены молотки 1. С двух сторон с зазором к молоткам / располага- ются сита 3. Техническая характеристика дробилки А1-ВДК Производительность техническая при измельчении картофеля с объемной массой не менее 0,65 т/мл при работе на сите с диаметром отверстий 5 мм, т/ч, не менее 15 Удельное потребление электроэнергии, кВт/ч 2,06 Потребление электроэнергии, кВт/ч 31 271
Масса дробилки (без запчастей и электроаппаратуры), кг 755 Габаритные размеры, мм 1605x1400x2300 Коэффициент готовности, не менее 0,95 Наработка на отказ, ч, не менее 500 Для измельчения зерна в спиртовой промышленности использу- ют молотковые дробилки, предназначенные для измельчения зерна злаковых, пленчатых, бобовых культур, кукурузы, зерно-смесей, кускового жмыха и других видов сырья. Наиболее современными являются дробилки серии ДМ2Р различной производительности. Конструктивно эти дробилки выполнены аналогично молотковой дробилке для картофеля марки А1-ВДК. Основным рабочим органом дробилки типа ДМ (рис. 4.7) являет- ся ротор 12; между дисками 3 ротора на стержнях 2 свободно подве- шены молотки 5, изготовленные из стали толщиной 1,5...2 мм. В Рис. 4.7. Молотковая дробилка типа ДМ 272
корпусе установлено сменяемое сито 4 (диаметр отверстий в сите составляет 3,5 и 8 мм), которое закрепляется стальными лентами 11. Подача зерна в дробилку производится из приемного бункера 8 инерционным питателем 9. Привод питателя осуществляется от электродвигателя 1 с помощью эксцентрикового вала 7. Зерно из приемного бункера попадает на плоскость 10 с регулируемым на- клоном, проходит над магнитным сепаратором б и поступает в дро- билку. Производительность дробилки составляет 20 т/ч, мощность электродвигателя 22 кВт, частота вращения ротора 2940 об/мин. Дробилки серии ДМ2Р являются реверсивными и снабжены пи- тателем, который в зависимости от исполнения дробилки может вы- пускаться с постоянной частотой вращения барабана для подачи сырья, с постоянной производительностью и с изменяющейся часто- той вращения барабана для регулирования подачи сырья. Питатель предназначен для равномерной подачи сырья в дро- бильную камеру и выделения при этом металломагнитных приме- сей. В случае угрозы завала дробилки питатель обеспечивает мгно- венное прекращение подачи сырья. Конструктивно питатель состоит из сварного корпуса с дверкой, на которой закреплен кронштейн с постоянными магнитами. В це- лях безопасности дверка взаимодействует с конечным выключате- лем, обеспечивающим блокировку электродвигателя питателя при ее открытом положении. В корпусе установлен барабан в виде ци- линдра с продольными ребрами, опирающийся одним концом на подшипник, а другим с помощью кулачковой муфты со сфериче- ским вкладышем — на тихоходный вал червячного редуктора. Быс- троходный вал последнего связан клиноременной передачей с валом электродвигателя. Кроме того, питатель снабжен заслонкой, пере- мещаемой с помощью зубчатой передачи и маховичка, что позволя- ет регулировать подачу зерна вручную. Корпус дробилки выполнен из четырех боковин, установленных на станине, соединенных попарно между собой и стянутых стяжкой в верхней части. Конструкция ротора дробилок позволяет приме- нять как укороченные молотки размером 130x50x6, так и молотки от других дробилок размером 190x50x6 (или 190 х 50 х 3 по два мо- лотка вместе). В зависимости от требуемой крупности измельчения и произво- дительности предусмотрена возможность установки сит с диамет- ром отверстий 6,5 и 3 мм. В табл. 4.1 приводятся технические характеристики дробилок се- рии ДМ2Р. 18. Заказ 5901 273
Таблица 4.1 Технические характеристики дробилок ДМ2Р Показатели Марка дробилок А1-ДМ2Р-55 I А1-ДМ2Р-75 I А1-ДМ2Р-110 Производительность тех- ническая при измельче- нии ячменя (влажностью не более 15,5% с объем- нойдчассой не менее 0,68 т/мл), т.ч., не менее: при сите с диаметром отверстий, мм 6 6,5 10 14,5 5 4,5 8 13,0 3 2,5 3,5 6 Суммарная установлен- ная мощность, кВт 55,85 75,85 110,85 Окружная скорость молотков ротора, м/с 90±3 90±3 90±3 Частота вращения рото- ра» с-1 25 25 25 Габаритные размеры, (высота дана без взрыворазрядной камеры и приемного патрубка), мм 1590x1400х х2160 1670х1400х х2160 2070x1400х х2160 Масса дробилки без за- пасных, сменных частей и электрооборудования, кг, не более 1335 1470 1900 Расход воздуха на аспирацию, ма/мин, не менее 45 45 60 В связи с тем, что при увеличении степени измельчения зерна, используемого для приготовления замеса, на спиртовых заводах снижается расход пара, идущего на разваривание, и увеличивается выход спирта из 1 т зерна, целесообразно устанавливать на дробил- ках сита с диаметром отверстий 3 мм. Свободно подвешенные молотки должны вращаться с такой ок- ружной скоростью, при которой обеспечивается первичное разру- шение частиц зерна в момент ударов по ним молотков. Эта мини- мальная скорость определяется из закона количества движения m(v2-vi) = Рт, где m — масса измельчаемой частицы (m = 4,5х 10'5 кг); V2 — ско- 274
рость частицы после удара по ней молотком, м/с; V[ — скорость час- тицы при начальном соприкосновении ее с молотком, м/с; Р — средняя мгновенная сила сопротивления разрушению частицы (Р = = 118 Н); т — продолжительность удара (т •= 1 • 10'5 с). Обычно принимается, что скорость vi при начальном соприкосно- вении с молотком равна нулю, тогда V2 = Нт/т, откуда окружная скорость ротора (рис. 4.8), при которой достигает- ся эффективное размельчение зерна VM=V2/Ky, Рис. 4.S. Ротор молотковой дробилки где Ку = 0,8 — коэффи- циент восстановления при неупругом ударе. Частота вращения ро- тора п (с'1) n = vM/(^D), где D — диаметр ротора, м. Степень измельчения частиц Кн = d„/dK = 6,4...10,5, где dH = 0,003 м — диа- метр зерен до измельчения; dK = 0,0003 м — диаметр зерен после измельчения. Производительность молотковой дробилки Q (кг/ч) Q = 3600Ki/?cD2Lpn, где Ki = 1,7-10‘4 — коэффициент, учитывающий физико-механи- ческие свойства зерен, тип и размер ячеек ситовой поверхности; рс = 1330 кг/м3 — плотность массы зерна; Lp — длина ротора, м. Измельчитель тонкого помола марки KM3-301 предназначен для тонкого измельчения зернового сырья в смеси с водой, прошедшего предварительную обработку на молотковых дробилках или вальцо- 18* 275
вых станках, в технологическом процессе производства пищевого этанола. Техническая характеристика измельчителя KM3-301 Производительность (попшенице с объемной массой 0,75 т/м0 по сухому зерну), т/ч Производительность по суслу с концентрацией сухих веществ 15%, м^/ч Не менее 2,8 12 Качество измельчения, % прохода через сито с диаметром-отверстий 0,25 мм 80 Мощность электродвигателя привода круга, кВт 55 Мощность электродвигателя механизма регулирования зазора, кВт 0,25 Частота вращения круга, об/мин Занимаемая площадь, м* Габаритные размеры, мм 3000 2,3 1500x1500x2500 Масса, кг 920 Принцип действия абразивного измельчителя заключается в том, что механическая смесь зерна, предварительно размолотого на мо- лотковой дробилке и смешанного с водой в соотношении 1:3, пропу- скается через минимальный рабочий зазор между верхним невра- щающимся 1 и нижним вращаю- щимся корундовыми кругами (рис. 4.9). Дисперсионность по- лучаемой суспензии повышается при уменьшении рабочего зазора между абразивными кругами. Исходная смесь грубо измель- ченного зерна с водой через при- емный патрубок поступает в сиг- Рис. 4.9. Принципиальная схема корун-нализатор потока, задачей кото- дового измельчителя рОГО является выдача сигнала о наличии замеса. Замес из сигнализатора попа- дает через шнек в полость, образованную коническими расточками абразивных кругов, откуда за счет повышения давления смеси в шнеке и под действием центробежных сил устремляется в регулиру- ющий зазор между дисками. Величина зазора устанавливается с по- мощью исполнительного механизма мотор-редуктора и червячной пары. Вращающийся корундовый круг закреплен прижимным кольцом на нижнем диске, который жестко закреплен на вертикальном валу. 276
Вал закреплен в корпусе с помощью двух радиально-упорных под- шипников. Корпус измельчителя образует экран, который воспринимает разбрасываемый поток суспензии после прохождения смеси через плоскую зону кругов (зону измельчения). Затем поток смеси на- правляется в сливной патрубок. Основной электродвигатель с по- мощью болтов и гаек крепится к раме. На кронштейне, закреплен- ном на фланцах корпуса, установлен пульт управления. . 4.2. Установки для тепловой обработки крахмалосодержащего сырья Разваривание является одной из основных операций подготовки крахмалосодержащего сырья к процессу брожения. Для разварива- ния цельного зерна и клубней картофеля требуется повышение дав- ления и температура, а также продолжительное воздействие этих факторов. В основном на спиртзаводах осуществляются непрерывные про- цессы разваривания с использованием аппаратов колонного типа: Мичуринская схема с давлением исходного пара 0,5...0,6 МПа и скоростная схема при использовании трубчатого аппарата с давле- нием исходного пара 1,0...1,2 МПа. В установке колонного типа для непрерывного разваривания при пониженной температуре (рис. 4.10) в смесителе 4 измельченное зерно смешивается с водой и предварительно подогревается вторич- ным паром из паросепаратора 22. Одновременно с подогреванием в смеситель вносится бактериальная а-амилаза в целях снижения вязкости замеса, который из смесителя самотеком поступает в пред- разварник 2, где нагревается до 8О...85°С в течение 10... 15 мин. Из предразварника насосом 1 масса подается в контактную головку 15. Между контактной головкой 15 и варочной колонной первой ступе- ни 17 предусматривается трубопровод 16 U-образной формы общей длиной 5...7 м. Установка такого трубопровода предотвращает про- скоки пара в колонну первой ступени и способствует лучшему пере- мешиванию массы. Для стабильного перетока развариваемой массы по колоннам второй ступени 18 последние при монтаже устанавливаются с пере- падом между соседними двумя колоннами, равным 800 мм. Для вы- пуска сваренной массы из последней колонны второй ступени слу- жит клапанное выдувное устройство 21 с датчиком уровня массы. Контактная головка 15 при монтаже должна устанавливаться на 300 мм выше оси входного патрубка колонны первой ступени. Агрегаты Мичуринской схемы изготавливаются серийно Смелян- 277
278
ским машиностроительным заводом для спиртовых заводов мощно- стью 3000 дал в сутки по спирту. Техническая характеристика установки непрерывного разваривания крахмалистого сырья А2-ВРА-ЗООО Производительность техническая по спирту, дал/сут 3000 Расход электроэнергии, кВт/ч 48 Расход пара при переработке зерна, кг/ч 1250 Коэффициент автоматизации, % 76 Толщина стенок выдерживателя и паросепаратора, мм 12 Установленный срок службы, лет 7 Масса, кг 32 000 Габаритные размеры, мм 12 800x3000x100 000 Установка А2-ВРА-3000 работает следующим образом. Измель- ченное в молотковой дробилке 2 зерно (рис. 4.11) поступает в бун- кер, откуда дозируется на весоизмерительное устройство и поступа- ет в смеситель 1. Одновременно в смеситель подается вода темпера- турой 4О...5О°С в количестве, пропорциональном массе измельчен- ного зерна. Из смесителя образовавшийся замес плунжерным насо- сом 6 подается в подогреватель 5, где нагревается вторичным паром, поступающим из паросепаратора 11, до температуры 4О...85°С. Да- лее подогретый замес через промежуточную емкость 4 насосом 6 по- дается в контактную головку острого пара 7, где нагревается до тем- пературы разваривания (13О...15О°С). Нагретый замес и часть не- сконденсировавшегося пара в контактной головке поступают в трубчатый разварник 8, обеспечивающий выдержку разваренной массы в течение 1,5 мин и окончательную конденсацию пара в за- месе. При прохождении по трубчатому разварнику вязкость массы снижается под действием температуры и высокой скорости сдвига, развиваемой насосом. Из трубчатого разварника развариваемая масса поступает в 9 выдерживатель I и 10 выдерживатель II, где на- ходится под давлением, соответствующим температуре разварива- ния, в течение 4О...45 мин, а затем выдувается в паросепаратор 11. В последнем масса охлаждается до температуры 1О2...1О8°С и на- правляется на вакуум-охлаждение. При переработке картофеля он измельчается в молотковой дро- билке 3 и поступает в смеситель 1. Далее картофельная кашка плунжерным насосом б подается в контактную головку острого пара 7, где нагревается до температуры разваривания. В дальнейшем процесс ведется аналогично таковому при переработке зерна. Установка механико-ферментативной обработки крахмалистого сырья предназначена для использования прогрессивной технологии и оборудования на спиртовых заводах взамен варочных колонн, за- 279
280
нимающих большие объемы производственных помещений, работа- ющих под избыточным давлением и опасных в обслуживании (0,6 МПа). Она используется также в одноступенчатой или двухступен- чатой схемах вакуум-охлаждения разваренной массы и сусла. Техническая характеристика линии Производительность: по суслу (с концентрацией сухих веществ 15%) по зерну (пшеница с крахмалистостью 52%) по картофелю (с крахмалистостью 12%) Расход пара, кг/дал Расход воды, м^/ч Расход электроэнергии, кВт/ч Масса, т Срок службы, год: 12 2,6 12 Не более 10,8 Не более 33 Не более 120 92 до первого капремонта до полного износа 3 7 Линия (рис. 4.12) работает следующим образом. Очищенное зер- но из бункера поступает в молотковую дробилку 4 марки А1-ДМ2Р- 55, где измельчается в крупку, частицы которой проходят через си- то с диаметром отверстий 1 мм не менее 80%. Крупка поступает в смеситель 3, в который одновременно поступает от дефлегматоров и теплообменников теплая вода, а из расходного сборника 7 пневма- тическим дозатором 6 дозируется разжижающий ферментный пре- парат а-амилаза из расчета 2 ед. АС на 1 г крахмала. Время выдер- жки замеса в смесителе составляет 15...20 мин. Образовавшийся в смесителе замес температурой 55...60°С самотеком поступает в аб- разивный измельчитель 8, в котором частицы сырья дополнительно измельчаются до величины, характеризуемой проходом частиц че- рез сито с диаметром отверстий 0,25 мм на 80...75%. Далее замес самотеком поступает в аппарат ферментативной обработки 2. В пер- вой секции аппарата он нагревается острым или вторичным паром до температуры 65...75°С, перемешивается и через переливной пат- рубок поступает во вторую секцию, где нагревается при перемеши- вании острым паром до температуры 75...88°С и переливается в третью секцию аппарата, где нагревается до температуры 9О...97°С при перемешивании. Общее время выдержки замеса в этом аппара- те составляет 45...50 мин. Из аппарата ферментативной обработки замес плунжерным насосом 1 закачивается в паросепаратор 13. При переработке на этой линии дефектного сырья предусмотрена возможность проведения дополнительной стерилизации массы с на- гревом ее в контактной головке 11 острым паром, идущим от кол- лектора 18, до температуры 125...130°С и пропуском через трубча- тый стерилизатор /7 в течение 5...6 мин. После трубчатого стерили- 281
282
затора устанавливается редукционный клапан 12, обеспечивающий заданное давление, полную конденсацию и смешивание пара с мас- сой и исключающий проскоки острого пара. В этом случае вторич- ный пар, образующийся в паросепараторе 13, используется для на- грева массы в смесителе и аппарате ферментативной обработки. Из паросепаратора масса температурой 8О...1ОО°С поступает в испари- тель-осахариватель 14, где охлаждается под вакуумом до темпера- туры 55...56°С. Для осахаривания ферментные препараты подаются из расходных емкостей 7 пневматическими дозаторами 6 из расчета соответственно 6,2 ед. ГлА на 1 г крахмала и 8 ед. Сх на 1 г целлю- лозы. Для стабилизации технологического процесса (в случае рез- кого повышения вязкости массы и ухудшения качества сусла) пре- дусматривается подача а-амилазы в испаритель-осахариватель. Об- щий расход а-амилазы не должен превышать 2 ед. АС на 1 г крах- мала. Из испарителя-осахаривателя после выдержки в нем сусла с осахаривающими ферментными препаратами в течение 25...30 мин сусло откачивается насосом /ив теплообменниках "труба в трубе" 16 охлаждается холодной водой до температуры складки 2О...26°С и далее поступает в бродильный аппарат. В случае работы линии ме- ханико-ферментативной обработки крахмалистого сырья без абра- зивного измельчения предусмотрена подача замеса из смесителя 3 плунжерным насосом 1 на контактную головку 11, где замес нагре- вается до температуры 7О...75°С и далее поступает в аппарат гидро- динамической обработки 10. Для обеспечения перемешивания в ап- парате гидродинамической обработки используется центробежный насос 9. Время выдержки массы в аппарате гидродинамической об- работки при температуре 65°С составляет 120...180 мин. После ре- циркуляционного насоса предусмотрена возможность поступления массы на гидроакустический аппарат для обеспечения лучшей гид- родинамической обработки. Из аппарата развариваемая масса само- теком поступает в аппарат ферментативной обработки 2, а далее — по описанной выше схеме. В испарителе-осахаривателе 14 предусмотрена возможность до- зирования формалина из отдельной герметичной емкости 15 дози- рующим устройством из расчета 0,8... 1,3 л/ч. Количество замеса, развариваемого в течение часа G (кг), опре- деляется по формуле G =Пщр/24, чество замеса, мл/дал (т=0,133); р — плотность замеса, кг/мл. где П — условная производительность завода, дал/сут; 283
Необходимый объем варочного аппарата V (м3) рассчитывается как V = Gr/p^>, где т — продолжительность разваривания, ч (для колонного аппа- рата т = 0,75...0,66, для трубчатого г = 0,03...0,05); <р— коэффици- ент заполнения (для колонного аппарата <р = 0,75...0,8, для трубча- того <р = 0,32). Диаметр колонны аппарата или труб можно определить из равен- ства Vc = (nd2/4)w, где Vc — расход массы, м3/с; w — скорость движения разваривае- мой массы в аппарате (для трубчатого аппарата w = 0,13 м/с); d — диаметр труб, м. Длина варочного аппарата (высота колонн или длина труб) L (м) равна L = 4VArd2. Количество тепла, необходимого для разваривания массы Q (Вт), Q = GcM(t2 - ti)/3600, где Си — удельная теплоемкость массы, кДж/(кг-К); t] — началь- ная температура массы, поступающей на разваривание °C; t2 — температура разваривания в аппарате (для колонного аппарата t2 = = 140°С; для трубчатого t2= 168...165°С). Расход пара в контактной головке для подогревания замеса до температуры разваривания D определяется по формуле D = Q/(i-iK), где i — удельная энтальпия пара, кДж/кг; iK — удельная энтальпия конденсата, кДж/кг (для колонного аппарата iK принимается при температуре 140°С, для трубчатого — при 168°С). Объемный расход пара на разваривание Vn (м3/ч) равен Vn= Е>У, где у — удельный объем пара, поступающего в контактную головку, м3/кг. Скорость истечения пара из отверстий контактной головки wn (м/с) wn = 44,7KcVii - i2 , 284
где Кс — коэффициент скорости (Кс «0,9); ii — удельная энтальпия пара при входе в отверстие, кДж/кг; i2 — удельная эвталвакя пара при выходе из отверстия при температуре нагревания массы, кДж/кг. Суммарная площадь отверстий в контактной головке 2f (м2) рав- на 2f = Vn/3600wn. Число отверстий при заданной площади f0 одного отверстия z = 2f/fo. Площадь живого сечения для прохода массы в контактной голо- вке fr (м2) где wM — скорость движения массы в головке (wn = 0,2...0,25 м/с). Время пребывания массы в контактной головке принимаем рав- ным 1...1.5 с. Продолжительность пребывания замеса в смесителях составляет 10... 15 мин, коэффициент заполнения 0,75...0,8. Мощность, потребная для работы мешалки в установившемся ре- жиме без учета сопротивления змеевиков N (кВт), N = KNpn3d5, где KN — критерий мощности, который зависит от интенсивности перемешивания, характеризующейся центробежным критерием Рейнольдса; р — плотность среды, кг/м3; п — частота вращения ме- шалки, об/мин; d — диаметр мешалки, м. Критерий Рейнольдса равен Re«wd32//*, где р — плотность замеса, кг/м3; р — динамическая вязкость заме- са, Па с; w — скорость движения замеса, м/с; сЦ — эффективный диаметр трубопроводов, м. В зависимости от найденного значения критерия Re по графику нормалей НИИхиммаша определяем коэффициент К^. С учетом увеличения потребной мощности при пуске и из-за на- личия в аппарате вспомогательных устройств (змеевик, поплавок сигнализатора уровня и др.) рабочая мощность на валу мешалки Np (кВт) определяется по формуле Np = KiK2(K+l)N, 285
где Ki = H/D — коэффициент, учитывающий заполнение смесите- ля; Н — высота слоя жидкости в смесителе; D — диаметр смесите- ля; К2 — коэффициент, учитывающий увеличение мощности при пуске; К — коэффициент, учитывающий увеличение мощности из- за наличия в аппарате вспомогательных устройств. Установленная мощность приводного электродвигателя NyCT (кВт) с учетом коэффициента запаса мощности 1,2 и КПД редукто- ра NycT = l,2(Np/?7p). 4.2.1. Смесители-предразварники Измельченное сырье перед развариванием смешивают с горячей водой и затем полученный замес нагревают вторичным паром. По схеме скоростного разваривания смешивание сырья с водой и нагре- вание массы производят раздельно: смешивание — в смесителе, на- гревание — в трубчатом теплообменнике. По схеме разваривания при пониженной температуре смешивание и нагревание замеса про- изводят в одном аппарате — в смесителе-предразварнике. Смеситель-предразварник (рис. 4.13) представляет собой корыто- образный сосуд 5 вместимостью 3 м3, который разделен перегород- кой 13 на две секции. Смеситель 3 предназначен для смешивания дробленого зерна с водой при температуре 35...40°С, предразварник 9 — для нагревания замеса. Для перемешивания дробленого сырья на полом валу 8 внутри аппарата укреплена мешалка; в смесителе лопасти мешалки горизонтальные, а в предразварнике они сделаны по винтовой линии, что обеспечивает перемешивание вязкого заме- са вдоль аппарата. Вал мешалки делает 30 об/мин; мешалка приво- дится. в движение от электродвигателя 1 (мощность 4 кВт, частота вращения 930 об/мин) через редуктор 2 с передаточным отношени- ем 30,7. Из смесителя замес через патрубок 6 в перегородке 13 перетекает в предразварник. Уровень массы в аппарате регулируется шиберной задвижкой 10. Вторичный пар для нагревания замеса подводится к аппарату через патрубки 12. Люки 4 и 7 служат для осмотра и ре- монта аппарата, патрубки 11 и 14 предназначены для освобожде- ния аппарата от массы во время остановки аппарата. Вязкость заме- са увеличивается при повышении температуры нагревания и зави- сит от длительности пребывания замеса в предразварнике. На выхо- де из аппарата замес должен иметь такую вязкость, при которой массу можно перекачивать насосом. При температуре 75...85°С за- мес сохраняет текучесть в течение 5...6 мин. 286
В 8 Рис. 4.13. Смеситель-предразварник 287
Рис. 4.14. Вертикальный {цилиндри- ческий смеситель Время пребывания замеса в смесителе-предразварнике 10... 15 мин. Следует иметь в виду, что при повышении температуры за- меса за счет вторичного пара зна- чительно уменьшается расход ост- рого пара на разваривание. На- пример, при повышении темпера- туры замеса с 70 до 90°С расход пара на разваривание снижается на 26%. Вертикальный цилиндрический смеситель (рис. 4.14) вместимо- стью 1,5 м3 Мироцкого спиртового завода снабжен пропеллерной ме- шалкой 1 (58 об/мин) для смеши- вания дробленого сырья с водой. Сырье подается в смеситель по патрубку 5, а вода — по трубе 4; для распыления воды в стенках трубы рассверлены отверстия диа- метром 2 мм. Конец трубы 4 заглушен. Такая подача воды улучша- ет равномерность смешивания. Подогревание замеса производится через змеевик 2. Уровень массы в смесителе контролируется элект- рическим сигнализатором 6, поплавок которого расположен в трубе 7. С целью уменьшить воздействие перемешиваемой массы на по- плавок сигнализатора труба 7 снизу перекрывается решеткой 8, ко- торая стабилизирует в зоне поплавка уровень массы. Для контроля режима работы смесителя на корпусе размещены кран 3 для отбора пробы и штуцер 9 для термометра. Продолжительность смешивания при переработке зерна 15 мин, картофеля 10 мин. Вода в смесителе должна подаваться температурой не выше 45°С, так как в противном случае мука измельченного продукта образует комочки, которые затем не провариваются. Из смесителя замес по- дается в трубчатый теплообменник, где нагревается вторичным па- ром до 7О...75°С. Теплообменник типа "труба в трубе" изготавлива- ется из стальных труб диаметром 180 мм (наружные трубы) и 108 мм (внутренниетрубы). 4.2.2. Варочные аппараты и паросепараторы Варочная колонна первой ступени (рис. 4.15) изготавливается сварной конструкции (диаметр колонны 1300 мм, высота 7915 мм). 288
Рис. 4. IS. Варочная колон- на первой ступени Общий объем колонны 9,6 м3, рабочее дав- ление 0,5 МПа. Внутри колонны крепится цилиндрическая труба 8; в верхней части трубы имеется распределительная воронка 6, в которую по патрубку 5 подается подо- гретый замес. В нижнюю часть трубы 8 подводится пар по патрубку /0 к насадке 9. Установка в колонне трубы 8 способствует лучшему перемешиванию массы. В колонне размещен поплавковый сиг- нализатор 4 уровня массы. Для обслужива- ния при ремонте колонна снабжена люка- ми 7. На колонне установлены манометр 2 и предохранительный клапан 3. Внутри колонны внизу размещена заменяемая за- щитная вставка 11. Для установки термо- метров предусмотрены гильзы 1. Варочная колонна второй ступени (рис. 4.16) представляет собой цилиндрический корпус 1 диаметром 500 мм (толщина стен- ки 6 мм) с отъемным коническим днищем 3 и крышкой 2. В колонны второй ступени пар не подается; масса перемещается по- следовательно из колонны первой ступени и по колоннам второй ступени за счет раз- ности уровней массы и выдерживается при температуре 138...140°С в течение 20...25 мин. Для выравнивания давления верхние части колонн соединены между собой че- рез патрубки. Испытательное давление для колонн 0,785 МПа. Материал колонны — Ст. 3. Перед поступлением в варочную колонну первой ступени замес нагревается острым паром давлением второй ступени 0,4...0,6 МПа в контактной головке (рис. 4.17). Контактная головка представляет собой цилиндрическую паровую камеру 2, внутри которой уста- новлена цилиндрическая вставка (форсунка) 3 с отверстиями диа- метром 5 мм, расположенными в 10 рядов по высоте вставки (в каж- дом ряду по 10 отверстий). Отверстия двух верхних рядов располо- жены под углом 45° к вертикальной оси головки. Отверстия после- дующих рядов просверлены под углом 45° и направлены по каса- тельной к корпусу вставки. При таком расположении отверстий пар 19. Заказ 5901 289
Рис. 4.16. Варочная колонна второй ступени инжектирует массу и придает ей вра- щательное движение, что обеспечива- ет хорошее перемешивание и равно- мерное нагревание замеса. Поступающая масса подается в го- ловку через сопло 1, которое равно- мерно нагнетает массу при пульсиру- ющей подаче ее плунжерным насосом. Пар в головку подводится по патрубку и через отверстия вставки пронизыва- ет движущуюся массу, перемешивает и нагревает ее. Время пребывания массы в головке 1,5...2 с. Контактная головка (рис. 4.18) для спиртовых заводов производительно- стью 1700...2500 дал/сут — сварной конструкции. В корпусе 3 расположе- ны трубы 4 и 5, в которых просверле- ны отверстия диаметром 5 мм.. В каж- дой трубе по высоте имеется 10 рядов по 13 отверстий в каждом. Замес ПОла- Зали Рис. 4.18. Контактная головка с двусторонним подводом пара Рис. 4.17. Контактная головка 290
Рис. 4.19. Регулятор уров- ня массы ется в контактную головку по патрубку 1. В головке замес течет в кольцевом за- зоре. Пар, подаваемый по патрубкам 2 и 6, пронизывает слой замеса с двух сто- рон. Такой подвод пара обеспечивает быстрое и равномерное нагревание за- меса. Определенный уровень массы на вы- ходе из варочного аппарата поддержи- вается поплавковым регулятором (рис. 4.19). Регулятор представляет собой ци- линдрический корпус 1 вместимостью 2 -bi?, диаметром 1200 мм при толщине стенки 8 мм и рассчитан на рабочее дав- ление 0,5 МПа. Внутри корпуса распо- ложен поплавок 3, который рычагом 4 шарнирно связан с корпусом регулято- ра. С рычагом поплавка штоком 6 сое- динен клапан 7, который закрывает от- верстие выходного патрубка 8. Масса регулятора поступает снизу. Регулятор соединяется с варочными колоннами че- рез патрубок 2 для выравнивания дав- ления и отвода воздуха. За уровнем массы в регуляторе наблюдают по стрелке 5. Выдерживатель (рис. 4.20) входит в состав установки А2-ВРА- 3000 и предназначен для дозирования сырья и выдерживания при температуре развариваемой массы. Техническая характеристика выдерживателя а Рабочий объем, м 8,5 Рабочее давление, МПа 0,6 Диаметр корпуса, мм 1300 Толщина стенки корпуса, мм 12 Наружный диаметр центральной трубы, мм 325 Габаритные размеры, мм: ширина 2130 высота 8500 Масса, кг 4300 Выдерживатель по конструкции представляет собой цилиндриче- ский цельносварной сосуд со съемными эллиптическими крышкой и днищем. Развариваемая масса, прогретая в разварнике до необходи- 19* 291
Рис. 4.20. Выдерживатель мой температуры разваривания, посту- пает по сменному патрубку 2 в нижнюю часть вертикальной трубы 3, установ- ленной по центру и укрепленной план- ками 4. Поднимаясь по ней вверх (цент- ральная труба в нижней части заглуше- на) , масса переливается через края тру- бы, двигаясь по кольцевому пространст- ву между корпусом колонны и централь- ной трубой, и выводится через нижний патрубок 1. Выдерживатель оборудуется двумя лазами 5: верхним и нижним, предохра- нительным клапаном 6, снабжен пат- рубком для присоединения к уравни- тельной линии 7 и патрубком для отвода неконденсирующихся газов через цир- куляционную линию. На корпусе и крышке выдерживателя имеются бо- бышки для присоединения датчика пре- дельного уровня, манометра, термомет- ра сопротивления и гильза для размеще- ния стеклянного термометра. Для закрепления выдерживателя на площадке имеются лампы, которые при- вариваются к корпусу по месту, исходя из конкретных условий монтажа и раз- мещения выдерживателя. Для сепарирования пара и выдержки развариваемой массы используется па- росепаратор, входящий в состав установки А2-ВРА-3000 (рис. 4.21). Техническая характеристика паросепаратора а Объем полный, м 8,5 Рабочее давление, кПа До 70 Диаметр корпуса, мм 1300 Толщина стенки корпуса, мм 8 Габаритные размеры, мм: ширина 2000 высота 6935 Паросепаратор представляет собой цельносварной цилиндриче- ский сосуд со съемным днищем и крышкой. Масса через патрубок 3 поступает на кольцевой распределитель 292
7 7 Рис. 4.21. Паросепаратор массы 9, диаметр которого меньше диа- метра корпуса, и сливается с него, не ка- саясь стенок корпуса. Днище паросепара- тора защищено съемной гильзой. В целях предотвращения каплеуноса с вторичным паром в паросепараторе пре- дусмотрен каплеуловитель б, конструк- ция которого обеспечивает закручивание и изменение направления потока вторич- ного пара. Паросепаратор оборудован дву- мя предохранительными клапанами 7. Отвод массы осуществляется через ниж- ний патрубок 1. Паросепаратор снабжен прибором контроля уровня массы 2. Для скоростного разваривания по схеме Мироцкого спиртового завода применяют трубчатый разварник с контактной голо- вкой (рис. 4.22). В нем замес подогревает- ся паром давлением 0,8 МПа до 170°С с помощью контактной головки, устройство которой аналогично устройству головки, приведенной на рис. 4.18. Подогретый замес из контактной голо- вки поступает в вертикальные трубы ап- парата. Пар в аппарат не подводится, масса в трубах перемещается за счет перепада давлений к выходу, где давление снижается до 0,4 МПа. При продвижении по трубам из массы выделяется вторичный пар вследствие снижения давления. Смесь, состоящая из массы и пара, перемешивается и диспергируется при прохождении через ди- афрагмы и соединительные переходы. Трубчатый разварник состоит из контактной головки 1 и батареи (12 шт.) вертикальных труб 2. соединенных вверху и внизу перехо- дами 5, которые прикреплены к вертикальным трубам фланцами. Общая вместимость аппарата 1,5 м3 Общая длина вертикальных труб 64 м; внутренний диаметр 148 мм. Во фланцевых соединениях установлены 24 диафрагмы 4. По ходу продукта диафрагмы разбиты на четыре группы, в каждой группе 6 диафрагм. Диафрагмы каждой группы имеют одинаковый диаметр внутреннего отверстия; первой группы — 40 мм, второй — 45, третьей — 50, четвертой — 55 мм. При снижении температуры за диафрагмой выделяется вторич- ный пар. Объем смеси в этом месте аппарата увеличивается в 3 ра- 293
Рис. 4.22. Трубчатый разварник за, скорость смеси увеличивается до 4 м/с, что обусловливает дис- пергирование массы. Для уменьшения износа стенок переходов в последних устанавливают предохранительные сменные гильзы 5. Давление на выходе из аппарата регулируется клапаном. 4.2.3. Аппарат гидродинамической обработки замеса На заводах мощностью до 2000 дал спирта в сутки в линиях под- готовки зернового сырья к сбраживанию используется аппарат гид- родинамической обработки зернового замеса. Конструкция аппара- та приведена на рис. 4.23. В бункер 1 аппарата подается смесь сырья с водой, которая перекачивается насосом 4 через теплообменник 2 с помощью крана 3. Продолжительность обработки составляет Рис. 4.23. Аппарат гидродинами- ческой обработки замеса 4...24 ч. При обработке 4О...7О% сухих веществ зерна переходят в раствор. Нерастворенный крахмал представляет собой зерно разме- ром 20...40 мкм. Дробленые части зародыша и оболочек содержат 3...5% сбраживаемых углеводов. Аппараты различной вместимости (от 30 до 300 м3) используются на Крапивенском, Фроловском, Ми- чуринском спиртовых заводах, спиртоконьячном заводе Новоку- 294
банекий, Петровском спиртовом комбинате. Применение указан- ных аппаратов позволяет уменьшить расход тепловой электроэнер- гии при разваривании зерна на 30...50% без значительного увели- чения расхода электрической энергии, уменьшить количество об- служивающего персонала за счет исключения вечерних и ночных смен на 3...5 чел, уменьшить расход серной кислоты при дрожжеге- нерации на 20...30%, увеличить выход спирта из 1 т условного крахмала на 0,13...0,37 дал. Аппарат гидродинамической обработки используется в установ- ках гидродинамической обработки зернового замеса с непрерывной работой дробильного отделения и односменной, а также в установке механико-ферментативной обработки зернового замеса. Возможно комплектование аппарата гидродинамической обра- ботки из серийно изготовляемого оборудования: танка цилиндро- конического, насоса и теплообменника. Танк цилиндро-конический РЗ-ВУН-95 (ТУ 27-31-2461-77) изготавливается ПО "Одессапище- ремонтмаш" и Донецким экспериментальным заводом; насос фе- кальный СД 160/45 — Рыбницким насосным заводом, теплообмен- ник типа "труба в трубе" площадью поверхности 24 м2, марка К 2877 СБ — тамбовским заводом "Комсомолец". Техническая характеристика аппарата гидродинамической обработки замеса Рабочее давление, МПа 0,07 Установленная мощность, кВт 22 Вместимость, м"3 _ 85 Площадь поверхности теплообмена, м2 24 Продолжительность обработки замеса, ч 4...24 Масса, кг 13 900 Габаритные размеры, мм 5000x4800x17 100 4.2.4. Сравнительная оценка различных схем для разваривания сырья Сравнение удельных показателей различных схем показывает, что отдельные наилучшие показатели принадлежат разным схемам. Так, Мичуринская схема имеет наименьшую температуру развари- вания, потребляет меньше электроэнергии и острого пара. Наи- меньшее время выдержки присуще Мироцкой схеме (табл. 4.2). По- ложительные особенности Мичуринской схемы следующие: ведение режима разваривания при "мягком" тепловом режиме в течение сравнительно непродолжительного времени дает возмож- ность уменьшить потери крахмала, что увеличивает выход спирта на 1,3 дал из 1 т крахмала по сравнению с периодическим развари- ванием; 295
Таблица 4.2 Техническая характеристика различных схем непрерывного разваривания крахмалосодержащего сырья Схемы Показатели Мичуринская 1 Мироцкая Температура разварива- ния, °C 140...150 163...165 Продолжительность разва- ривания, мин 40 2...2,5 Объем аппаратуры на 1 000 дал, м5/сут 4,72 1,6 Коэффициент заполнения варочной аппаратуры, % 80 20 Расход острого пара на разваривание 1 т зерна (средний), кг 400 530 Расход электроэнергии на разваривание 1 т зерна, 12,05 35 кВт'ч сокращение расхода тепловой энергии на разваривание 1 т сырья по сравнению с периодическим развариванием за счет снижения температуры разваривания с 155 до 140°С и более полное использо- вание вторичного пара; возможность внедрения схемы на всех спиртовых заводах из-за питания ее низкопотенциальным паром (0,5 МПа). Недостатки схемы следующие: большой объем варочной аппаратуры; невозможность нагрева замеса в смесителе-предразварнике до 85...90°С, так как при времени выдержки (10 мин) вязкость замеса многократно увеличивается и он становится нетранспортабельным; при нагреве замеса до 6О...7О°С под действием амилолитических ферментов зерна в замесе образуются сахара, 45...50% которых разрушается при разваривании; двухступенчатый нагрев подогретого замеса острым паром до температуры разваривания осложняет регулирование расхода пара и увеличивает его расход; при наличии в массе органических примесей сосредоточенная по- дача пара, обладающего большой кинетической энергией, через патрубок диаметром 0,15 м приводит к эрозионному износу стенок колонны; низкая скорость движения развариваемой массы у стенок колон- ны первой ступени приводит к отложению на них органики в виде 296
нагара толщиной до 0,3 м, а это снижает производительность аппа- рата из-за уменьшения его рабочего объема. Достоинства Мироцкой схемы следующие: меньшая удельная металлоемкость по сравнению с Мичуринской схемой; небольшое время разваривания; простота конструкции и возможность изготовления хозяйствен- ным способом на спиртзаводе. Недостатки Мироцкой схемы следующие: частый выход трубчатого разваривателя из работы из-за отложе- ния нагара на стенках; невозможность полного использования вторичного пара из-за большого перепада между температурой разваривания 165°С и практически наблюдаемой температурой нагрева замеса 85°С; малый коэффициент заполнения разварника массой; наличие дроссельных шайб в соединительных коленах трубчатого разварника с целью дополнительного диспергирования частиц раз- вариваемой массы практически не дает эффекта; вертикальное расположение труб разварника приводит к созда- нию воздушных "подушек" в верхних соединительных коленах, что затрудняет прохождение разваренной массы по трубчатке. 4.3. Оборудование для охлаждения и осахаривания заторов Охлаждение сваренной массы в целях интенсификации процесса производят под вакуумом. При этом из массы благодаря самоиспа- рению выделяется пар, на образование которого затрачивается теп- ло сваренной массы, в результате чего масса охлаждается. Охлаж- дение массы происходит практически мгновенно, что создает опти- мальные и стабильные условия для осахаривания. 4.3.1. Аппараты с непрерывным осахариванием и вакуум-охлаждением По схеме непрерывного осахаривания и вакуум-охлаждения раз- варенной массы (рис. 4.24) разваренная масса из выдерживателя 1 поступает по трубе 2 в испарительную камеру 3, в которой создает- ся вакуум, при котором масса охлаждается до 62...63°С. В трубе 2 вакуум создается с помощью конденсатора 4 с барометрической трубой 5 и вакуум-насоса 6. Разваренная масса, попадая в трубу 2, вскипает. В трубе образу- ется смесь (эмульсия) пара с массой. Во избежание вспенивания массы и для ее разжижения по трубе 13 к массе добавляют 15...20% смеси. В испарительной камере происходит отделение пара, масса 297
Рис. 4.24. Схема непрерывного осахаривания и вакуум-охлаждения разваренной массы Рис. 4.25. Малогабаритный осахари- ватель падает вниз по трубе 12 в осаха- риватель 9, в который через доза- тор 10 поступает солодовое моло- ко из сборников 11. Температура массы в осахаривателе снижается и устойчиво поддерживается в пределах 57...58°С. Уровень мас- сы в осахаривателе регулируется прибором 14 типа РУФЦ, кото- рый воздействует на мембранные клапаны 7, установленные на трубопроводах подачи массы и возврата сусла. Осахаренная мас- са насосом 8 через теплообменник 15 перекачивается в бродильное отделение. СмешивЪние охлажденной мас- сы с ферментом и осахаривание ее осуществляются в осахаривателе (рис. 4.25). При непрерывном 298
процессе такое смешивание достигается за S...6 мин. Степень запол- нения объема составляет 65%. Малогабаритный осахариватель представляет собой цилиндрический корпус 2 с нижним кониче- ским днищем. Масса перемешивается мешалкой 1. Солодовое моло- ко подается дозатором 6. Постоянный уровень массы поддерживает- ся регулятором, состоящим из поплавка 3 и секторного дозатора 4. Для осмотра и мойки осахаривателя изнутри служит люк 5. Объем осахаривателя при вакуум-охлаждении рассчитывается исходя из времени пребывания в нем массы — 5 мин. Коэффициент заполнения принимается равным 0,65. Отношение высоты к диа- метру 1,2...1,25. Объем осахаривателя определяется из расчета пребывания в нем массы 30...60 мин. Коэффициент заполнения равен 0,8. Минималь- ный объем осахаривателя первой ступени 3 м . Площадь поверхно- сти теплообмена змеевика может быть определена из условия 4 м3 на 1 м3 разваренной массы, проходящей за 1 ч через осахариватель. Рис. 4.26. Испарительная камера Скорость воды в змеевике 0,8... 1 м/с. Вы- сота цилиндрической части аппарата при- нимается равной 0,5 диаметра осахарива- теля. В испарительной камере (рис. 4.26) из массы выделяется пар, поступающий за- тем в конденсатор. Камера состоит из ци- линдрического корпуса 5, нижнего конуса со спускным патрубком б, верхней крыш- ки с патрубком 2 для удаления выделяю- щегося из массы пара, перед которым ус- тановлен отражатель 3. Масса в камеру подается тангенциально по патрубку 1. Люк 4 служит для осмотра и мойки каме- ры. Сечение камеры выбирается в зависи- мости от допустимой скорости пара (1м/с); при такой скорости унос частиц массы минимальный. Диаметр трубы, по которой масса подается в камеру, определяет- ся по скорости эмульсии 50...60 м/с. Высота спускной трубы от фланца патрубка 6 до уровня массы в осахаривателе должна состав- лять 8,5...9 м. Диаметр камеры испарения зависит от скорости движения в ней пара, которая составляет 1 м/с. Общая высота камеры принимается равной двум диаметрам. Стенки нижнего конуса камеры имеют угол наклона 45°. Диаметр продуктовой трубы определяется для скорости движения эмульсии в ней 50...60 м/с. Скорость движения 299
массы в спускной трубе не более 1 м/с. Диаметр трубы для отвода вторичного пара принимается на 25 мм больше диаметра продукто- вой трубы. Для конденсации паров, поступающих из испарительной камеры, применяют полочные конденсаторы смешения (рис. 4.27) или мок- ровоздушные насосы с подводом в них воды для конденсации пара. В корпусе конденсатора укреплены горизонтальные полки с от- верстиями, по которым сливается поступающая сверху вода; пар поступает снизу. На полках создается некоторый запас воды, обес- печивающий смягчение колебаний вакуума при резких изменениях нагрузки. Внизу к конденсатору присоединена барометрическая труба для спуска воды, которая является одновременно гидравличе- ским затвором. При расчете конденсатора определяют его размеры и расход во- ды. В испарительной камере за счет разрежения, создаваемого кон- денсатором и вакуум-насосом, осахаренная масса мгновенно охлаж- дается. При этом из нее испаряется некоторое количество воды, которое в виде вторичного пара направляется в конденсатор. Тепловой баланс этого процесса выражается уравнением GMctj - (GM - D)ct2 “ Dr- Отсюда количество вторичного па- ра, выделяющегося в испарительной камере D (кг/ч) D - GMc (t i - ti) / <r - Ct2), где GM — количество разваренной массы, поступающей в камеру, кг/ч; с — удельная теплоемкость массы [с = 4,186...0.0993S кДж/(кг-К)]; S — содержание сухих веществ в массе, %; tj и t2 — температура мас- сы до и после охлаждения, °C; г — скрытая теплота парообразова- ния, кДж/ кг. Расход воды на конденсацию пара в конденсаторе W (кг) W = D(i- cBt6)/cB(t6- It), где D — количество пара, поступающего в конденсатор, кг/ч; i — удельная энтальпия пара, кДж/кг; t; — температура поступающей 300
воды, °C; tg — температура уходящей из конденсатора воды (баро- метрической) , °C; св — удельная теплоемкость воды [св = = 4,1868 кДж/(кг-К) ]. Температуру tg принимаем ниже температуры поступающего па- ра в состоянии насыщения на 2...3°С. Удельный расход воды (кратность охлаждения) q (кг/кг) q = W/D. Для расчета или подбора газоотсасывающих устройств необходи- мо знать количество неконденсирующихся газов и их температуру. Точный расчет трудно сделать, поэтому количество неконденсиру- ющихся газов Dr (кг/ч) определяют по эмпирической формуле Dr=0,000 025W + 0,008 025D. Температуру неконденсирующихся газов tr (°C) также определя- ют по эмпирической формуле tr = 0,9ti+0,ltg+4. Диаметр конденсатора d (м) определяют из уравнения расхода пара Dyn = Ud2/4)Wn^, откуда d = V4Dyn7rwn^, где D — расход пара через сечение конденсатора, кг/с; уп — удель- ный объем сухого насыщенного пара при температуре насыщения, соответствующей разрежению в конденсаторе, м3/кг; wn — допу- стимая скорость пара в конденсаторе (wn принимается равной 35...55 м/с); <р — коэффициент, учитывающий свободное сечение конденсатора для прохода пара (принимаем <р = 0,3...0,33). Число полок в конденсаторе принимаем равным 6, расстояние между полками определяем как 0,4d, тогда общая высота конденса- тора Н (м) H = 0,4d(z-l) +hi + h2, где z — число полок в конденсаторе; hj — расстояние от верхней по- лки до верхнего днища (hi - 0,7 м); h2 — расстояние от нижнего днища до нижней полки (h2 0,4 м). Диаметр барометрической трубы dg 301
dg = V4(XV+D)/wwg, где wg — скорость движения воды в барометрической трубе (wg = = 1м/с). Общая высота барометрической трубы Hg (м) Hg-Ho+Hi, где Но — высота столба воды, соответствующая создаваемому в кон- денсаторе разрежению, м (Но - 10,33 (b/760), b — разрежение в конденсаторе, мм рт.ст.); Hi — часть высоты барометрической тру- бы, складывающаяся из высоты на возможные колебания уровня, высоты столба воды для преодоления гидравлических сопротивле- ний, высоты трубы, погруженной под уровень в сборнике воды (Hi - = 1,7...1,9 м). Осахаренная масса охлаждается в теплообменнике типа "труба в трубе". По внутренней трубе движется масса, по кольцевому сече- нию между внутренней и наружной трубами — вода. Движение массы и воды противоточное. Расчет состоит в определении расхода охлаждающей воды и площади поверхности охлаждения. Количество тепла, отводимого от охлаждаемой массы Q (Вт) Q = GMcM(t]- t2)/3600, где GM — количество массы, кг/ч; см — удельная теплоемкость мас- сы, кДж/(кг-К); ti и t2 — начальная и конечная температура мас- сы, °C. Расход охлаждающей воды W (кг/с) W = Q/c (t 2 -t i), где t'2 — температура воды, уходящей из теплообменника (прини- маем эту температуру на 1О...15°С ниже температуры массы, посту- пающей на охлаждение); t'i — температура воды, поступающей на охлаждение (t'i должна быть на 5°С ниже температуры, с которой масса уходит из теплообменника, температура массы после тепло- обменника равна температуре "складки"); с' — удельная теплоем- кость воды, равная 4,1868 кДж/(кг-К). Площадь поверхности охлаждения теплообменника F (м2) F = Q/kAt, где Q — тепловая нагрузка на теплообменник, Вт; к — коэффици- ент теплопередачи, Вт/ (м2 • К). 302
Средняя разность температур At (°C) при противоточном движе- нии массы и охлаждающей воды At “(AtH- AtK)/2,31gAtH/AtK. Коэффициент теплопередачи от массы к воде к [Вт/ (м2 К) ] к« l/(l/ai+d/A+l/a2>, где cq — коэффициент теплоотдачи от массы к стенке внутренней трубы, Вт/(м2-К); «2 — коэффициент теплоотдачи от стенки внут- ренней трубы к охлаждающей воде, Вт/(м2-К); А — коэффициент теплопроводности материала труб теплообменника [для стали А “ = 58 Вт/ (м • К); <5 — толщина стенки трубы, равная 0,004 м. Критерий Рейнольдса для массы, протекающей по внутренней трубе, Re - wdp/p, где w — скорость течения массы по трубе, м/с; d — внутренний диа- метр трубы, по которой течет масса, м; р — плотность массы, кг/м3; р — коэффициент динамической вязкости массы, Па • с. Движение массы по трубам теплообменника происходит в пере- ходном режиме (2300 < Re < 10 000). Для переходного режима коэф- фициент теплоотдачи определяем из формулы Nu-0,008Re°’9Pr°'43. Подставив значения критериев Re и Рг, получим ai - 0,008(A/d)Re°’9Pr°’43, где А — коэффициент теплопроводности массы, Вт/ (м • К), A =0,3 10'4c^^7M, где с„ — теплоемкость массы, равная 3,64 кДж/ (кг - К); р — насып- ная плотность, кг/м3; М — средняя молекулярная масса жидкости. Эту величину ориентировочно определим как среднюю молекуляр- ную массу мальтозы, растворенной в воде. Принимаем, что 1 кг рас- твора состоит из 0,19 кг сахара и 0,81 кг воды. Тогда М-1/(0,19/Mi +0,81 /М2), где Mi и М2 — молекулярная масса мальтозы и воды (Mi - 342; М2-18). Коэффициент теплоотдачи аг [Вт/ (м • К) ] от стенки внутренней трубы к охлаждающей воде определим для потока кольцевого сече- ния по формуле зоз
а2 = 0,023 a/dH)[D/(D-dH)]0>45Re0-8Pr°'4, где dH — наружный диаметр внутренней трубы, м; D — внутренний диаметр наружной трубы, м. Критерии Re и Рг находим по формулам Re *= wd3y/pg или Re = wd^o/p; Pr = 3600/zcg/A или Pr = pc/A, где d3 — эквивалентный диаметр кольцевого сечения трубы тепло- обменника, d3= (D2- dH2)/d„; Л — коэффициент теплопроводности воды при средней температуре потока воды 24°С, Вт/(м-К); д — коэффициент динамической вяз- кости воды, Па • с; р — плотность воды, кг/м3; с — теплоемкость во- ды, кДж/ (кг-К). Площадь полной поверхности теплообменника определяем с уче- том загрязнения стенок труб. Гидравлический расчет теплообменника состоит в определении потери давления теплоносителем при прохождении его через аппа- рат и необходимой мощности для насоса. Давление, необходимое для движения массы через теплообмен- ник Др (Па) Др = 2 Др Тр + S ДРм.с > где 2 ДРтр — сумма гидравлических потерь давления на трение в трубе теплообменника, Па; S Дрм-С — сумма потерь давления в ме- стных сопротивлениях, Па. Гидравлические потери давления на трение массы при движении внутри трубы Дртр (Па) Артр = £-9,81(1/d3)(w2p/2), где £ — коэффициент трения; 1 — полная длина трубы теплообмен- ника, м; d3 — эквивалентный или гидравлический диаметр, м; w — средняя скорость движения массы, м/с; р — плотность осахаренной массы, кг/м . Коэффициент трения зависит от режима движения массы и сте- пени шероховатости стенок трубы. При невысоких значениях кри- терия Re (менее 1 • 104) коэффициент трения £ = 64/Re. 304
Потери давления в местных сопротивлениях Арм с (Па) Арм.с- 9,81$'(/w2/2)z, где £' — коэффициент местного сопротивления, который зависит от характера препятствия (различные повороты, запорные устройства и т.д.) (для поворота на 180° в трубчатом теплообменнике £' = 0,5); z — число поворотов в теплообменнике. Мощность, необходимая для перемещения осахаренной массы по теплообменнику N (кВт), N- VAp/ЮОСИ, где V — объемный расход массы, м3/с; г) — КПД насоса. 4.3.2. Аппараты с двухступенчатым вакуум-охлаждением Всесоюзным научно-исследовательским институтом продуктов брожения в содружестве с работниками Тульского спиртотреста и Пронского спиртового завода создана установка для двухступенча- того охлаждения до температуры брожения (рис. 4.28). В ней отсут- ствуют теплообменники и охлаждение разваренной массы происхо- дит под действием вакуума в две ступени: в первой масса охлажда- Рис. 4.28. Схема двухступенчатого вакуум-охлаждения с промежуточным осахариванием 20. Заказ 5901 305
ется со 104... 105 до 58...62°С и осахаривается, во второй температу- ра осахаренного сусла снижается под вакуумом до 2О...22°С. Преимуществом установки является улучшение качества спирта за счет удаления при вакуум-охлаждении нежелательных газовых примесей. Кроме того, концентрация сусла при вакуум-охлаждении повышается за счет выпаривания части воды, что позволяет умень- шить расход пара на 5% при ректификации спирта. Разваренная масса из выдерживателя 1 поступает в вакуум-испа- ритель-осахариватель 4, который сообщается с барометрическим конденсатором 10, соединенным с водокольцевым насосом 8. В ва- куум-испаритель-осахариватель одновременно с массой подается солодовое молоко дозатором 2 из сборника 3. Смешанная с солодо- вым молоком масса в аппарате выдерживается в течение 6 мин. Осахаренная масса (сусло) под действием вакуума поступает в вакуум-испаритель второй ступени 9, в котором она охлаждается до 2О...22°С и по трубе 5 спускается в бродильную емкость 6. В эту ем- кость из сборника 7 поступают дрожжи. Разрежение в вакуум-испа- рителе создается с помощью конденсатора второй ступени 11, из ко- Рис. 4.29. Вакуум-испари- тель- осахариватель первой сту- торого пар и газ отсасываются пароэжек- торными насосами 12. Вакуум-испаритель-осахариватель первой ступени (рис. 4.29) предназначен для охлаждения массы со 104... 105 до 58...62°С и ее осахаривания. Масса вво- дится в аппарат через патрубок 5, в этот же патрубок подводится осахаривающий агент. При входе в аппарат масса под дейст- вием вакуума бурно диспергируется за счет выделения пара, что способствует ее перемешиванию и равномерному осаха- риванию. Масса по конусу 1 стекает вниз тонкой пленкой и попадает в воронку 4, из которой стекает на конус 5, а с него — в нижнюю часть вакуум-испарителя-оса- харивателя. Парогазовая смесь через конус 1 про- ходит к выводному патрубку, предвари- тельно проходя отбойник 2 для сепара- ции от взвешенных частиц. пени 306
4.3.3. Аппараты с непрерывным охлаждением и осахариванием при атмосферном давлении В установке для непрерывного охлаждения и осахаривания при атмосферном давлении (рис. 4.30) разваренная масса из выдержи- вателя при температуре 1О3...1О5°С непрерывно поступает в осаха- риватель первой ступени 2, куда дозатором 4 из чанков 3 подается 30% солодового молока к его общему расходу. В осахаривателе мас- са охлаждается до 6О...62°С с помощью змеевика и при перемеши- вании мешалкой. Рис. 4.30. Установка для непрерывного охлаждения и осахаривания при атмосферном давлении Постоянный уровень массы поддерживается поплавковым уст- ройством 1. Насосом 5 масса перекачивается в осахариватель вто- рой ступени 6. В трубу перед насосом вводится остальное количест- во (70%) солодового молока. Из осахаривателя второй ступени мас- са подается в теплообменник, в котором она охлаждается до темпе- ратуры "складки". 4.4. Оборудование для брожения и культивирования дрожжей Осахаренная масса, охлажденная в трубчатом теплообменнике, поступает для сбраживания в бродильные аппараты. Процесс бро- жения осуществляется двумя способами: периодическим или непре- рывно-поточным. При периодическом способе процесс брожения происходит в каждом аппарате самостоятельно, которые работают независимо один от другого. При непрерывно-поточном способе бродильные аппараты устанавливают в ряд (батарею) по 8... 10 ап- 20* 307
паратов. Первые два аппарата в батарее называют головными, в них подается охлажденная масса. В процессе брожения масса пере- текает из головного аппарата последовательно во все остальные, а из последнего аппарата выходит готовая бражка. Движение массы по батарее аппаратов происходит за счет разно- сти уровней в головном аппарате и в каждом последующем. Голо- вные аппараты устанавливаются выше остальных на 1 м. Движение массы из аппарата в аппарат происходит по переточным трубам. Благодаря установке на переточных трубах запорных клапанов каждый аппарат может быть отключен через определенное время на дезинфекцию. 4.4.1. Бродильные аппараты и устройства для их мойки Бродильный аппарат (рис. 4.31) представляет собой цилиндр с коническими днищами, изготовленный из стали Ст. 3 толщиной 6...8 мм путем сварки. Внутри аппарата смонтирован змеевик 7 из стальных труб диаметром 51...76 мм для отвода тепла, выделяюще- гося при брожении массы. Масса подается через штуцер 4, дрожжи Рис. 4.32. Распределительная головка Рис. 4.31. Бродильный аппарат 308
— через штуцер 3. Углекислота, выделяющаяся при брожении, от- водится через патрубок 5. Для осмотра и ремонта аппарат снабжен люками 2 и 10. За про- цессом брожения наблюдают через смотровое окошко 8 с помощью светильника 7. Термометры устанавливают в гильзы 9. К штуцеру 6 подключают гидрозатвор, который предотвращает образование ва- куума при пропаривании аппарата паром. При непрерывно-поточ- ном способе брожения на переточных трубах устанавливают диско- вый затвор, с помощью которого аппарат отключается от батареи для мойки и дезинфекции. Конструкция затвора предотвращает за- стой бражки, что обеспечивает стерильность процесса брожения. Рис. 4.33. Коллектор моечною аппарата Механизированная мойка аппарата водой и растворами антисеп- тиков осуществляется с помощью моечного аппарата. Аппарат со- стоит из двух основных узлов: распределительной головки (рис. 4 32) и двух коллекторов (рис. 4.33), снабженных соплами. Распре- делительная головка крепится к патрубку верхней крышки аппара- та, через которую к коллекторам подводится моющая жидкость. Го- ловка вращается на шарикоподшипниках. Коллекторы, изготовлен- ные из труб диаметром 50...76 мм, прикреплены к головке. ria коллекторах укреплены сопла 1 таким образом, чтобы выхо- дящая из них жидкость омывала всю поверхность аппарата, вклю- чая верхнюю крышку и змеевик. Сопла щелевые сечением 30-3 мм; крепление сопла к коллектору разъемное. Сопло в диске .5 с про- резью (30-3 мм) зажимается в прорезе трубы коллектора планкой 3 с помощью винтов 4. Такое крепление позволяет изменять угол на- клона сопла при наладке аппарата. На концах коллекторов уста- новлены сопла 2; при выходе воды из этих сопл реактивные силы со- здают крутящий момент, который вращает головку. При давлении воды 0,01 МПа коллекторы делают 20 об/мин. Процесс мойки длит- ся 10...12 мин. 309
При установке моечного аппарата крепление витков змеевика осуществляют с помощью стоек, укрепляемых между витками свар- кой. Диаметр прутка для изготовления стойки 18...20 мм. При та- ком креплении змеевиков нет мест, труднодоступных для мойки и дезинфекции. Поверхность охлаждения может быть размещена вне бродильно- го аппарата. В этом случае рядом с аппаратом устанавливают теп- лообменник, через который сбраживаемую массу прокачивают на- сосом. Для мойки бродильных аппаратов и другой аппаратуры применя- ют моющие головки (рис. 4.34). Форсуночная вращающаяся голо- вка (рис. 4.34, а) имеет в корпусе / вращающийся вал 3 с двумя на- садками 5, работающими по принципу сегнерова колеса. На валу 3 укреплена коническая шестерня 2, которая вращается вокруг вер- тикальной оси по неподвижной конической шестерне 4. Моющая жидкость подается насосом под давлением 0,6...0,7 МПа. 310
Кольцевая моющая головка (рис. 4.34, б) состоит из кольца 4, ко- торое посредством корпуса 3 с подшипником 2 соединено с патруб- ком 1. Отверстия 6 расположены на выпуклой поверхности. При по- даче жидкости через эти отверстия создается моющий эффект. От- верстия 5 расположены на боковой поверхности кольца и при работе головки создают вращающий момент. Вакуум-прерыватель с гидравлическим затвором (рис.4.35) со- стоит из гидравлической секции 4, газовой секции 3, трубы гидро- затвора 2 и водоуказательного стекла 1. Схема подключения ваку- ум-прерывателя к бродильному аппарату показана на рис. 4.36. Рис. 4.35. Вакуум-прерыватель Рис. 4.36. Схема подключения вакуум-прерыва- с гидравлическим затвором теля к бродильному аппарату При периодическом способе брожения объем аппарата рассчиты- вают из условия заполнения одного аппарата в течение 7...8 ч. Конструктивные размеры аппарата определяются по формулам Н = (1,2...1,5)D; hi = (0,15...0,3)D; h2 = (0,1...0,125)D, 311
где Н — высота цилиндрической части аппарата м; h] и h2 — высо- та днища и крышки аппарата, м; D — диаметр аппарата, м. Коэффициент наполнения обычно принимают равным 0,85. Пе- реточные трубы в аппаратах, начиная с третьего, крепятся на раз- ных уровнях по высоте таким образом, что расстояние между места- ми закрепления труб двух любых соседних аппаратов составляет 10 см. Аппарат устанавливают на металлических стойках, высота от пола до днища 0,8... 1,2 м. Тепловая нагрузка на один аппарат в период главного брожения Q (Вт) Q = Qi - <Qz + Q3), где Qi — общее количество тепла, выделяемого в течение 1 ч в пе- риод интенсивного главного брожения (этому периоду соответству- ет снижение концентрации сухих веществ в бражке на 1%; при сбраживании 1 кг мальтозы выделяется 171 Вт); Q2 — потери тепла в окружающую среду стенками аппарата; Q3 — потери тепла за счет испарения и уноса углекислоты (условно принимаем Q3 = = 0,06(2]). Коэффициент теплоотдачи от сбраживаемой массы к стенке змеевика из-за невозможности его точного расчета принимаем ори- ентировочно равным 688 Вт/ (м2 • К). При турбулентном движении воды в змеевике коэффициент теп- лоотдачи а2 от стенки змеевика к воде [Вт/ (м2 • К) ] a2 = O,O23(A/d)Reo,8Pr°’4[l+l,77(d/R) ], где d — внутренний диаметр трубы змеевика, м; R — радиус кри- визны змеевика, м (R принимают равным 0,8 радиуса бродильного аппарата). Общая длина труб змеевика L (м) . L=F/7rdcp, где dcp — средний диаметр трубы змеевика, м, dcp= (dBH+dH)/2. Длина одного витка змеевика диаметром d3 (м) I = ^(лЗз)2+И2, где h — шаг витка (h = 0,175 м). Общее число витков z = L/l. 312
4.4.2. Спиртоловушки Во время брожения выделяется диоксид углерода, который выно- сит спиртовой пар, потери при этом составляют 0,5...1,5% от полу- чаемого спирта. Для улавливания паров спирта из диоксида углеро- да применяют спиртоловушки с насадкой. Из бродильных аппара- тов диоксид углерода направляется в спиртоловушку, где холодной водой из потока диоксида углерода абсорбируется спирт. Из колпач- ковых ловушек этот спирт отводится в виде водно-спиртового рас- твора крепостью 1,5... 1,7 об.%. Спиртовой раствор из пленочно- конденсаторных ловушек имеет крепость 5...7 об.%. Колпачковая спиртоловушка (рис. 4.37) представляет собой ко- лонну с колпачковыми тарелками. Вода поступает на верхнюю та- релку по патрубку I и через сливные стаканы 2 переливается на ни- жележащие тарелки. Газовая смесь поступает снизу через патрубок 3. Насыщенную спиртом воду удаляют через патрубок 4. Поток газа барботирует через слой жидкости на каждой тарелке, при этом про- исходит абсорбция спирта водой. Водно-спиртовой раствор крепостью 1,5...1,7% отводится снизу. Ловушка может иметь тарелки различных типов: колпачковые, сит- чатые, клапанные. Обычно ловушка имеет 14... 17 тарелок, растоя- ние между ними 170 мм. Boia Воба 3 4 Рис. 4.37. Колпачковая спирто- Рис. 4.38. Пленочно-конденсаторная спиртоло- ловушка вушка 31
Пленочно-конденсаторная спиртоловушка (рис. 4.38) представ- ляет собой цилиндрический корпус диаметром 290 мм и высотой 5650 мм. В верхней части установлены три ситчатые тарелки Г, рас- стояние между тарелками 600 мм, живое сечение тарелки 10... 12%. Нижняя часть ловушки сделана в виде кожухотрубного теплооб- менника 3 с латунными тру