Заторный аппарат

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

наименование кафедры

Допускаю к защите………..…

Руководитель__Губанов______

..________________________

И. О. Фамилия……..………

______________________________________________________________

наименование темы

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

______________________________________________

___________________________ ПЗ

обозначение документа

Выполнил студент группы _______ ________ ______________________

…………………………………………………..шифр подпись ….. И. О. Фамилия

Нормоконтролёр ____________ _______________________

подпись  … И. О. Фамилия

Курсовой проект защищён с оценкой________________________________

Иркутск 2007 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 Расчёт объёма и геометрических размеров заторного аппарата
2 Расчёт площади поверхности теплопередачи
3 Определение расхода пара
4 Расчёт мощности электродвигателя мешалки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

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

Приготовление затора является неотъемлемым и очень важным технологическим процессом. Процесс приготовления затора называют затиранием. При затирании происходят ферментативные и физико-химические процессы, от которых зависит качество сусла и пива. Поэтому важно правильно и разумно проводить процесс затирания, так как от этого зависит конечный выход продукта, экономика и конкурентоспособность предприятия в целом.

Для смешивания дроблёного солода и несоложёных материалов с водой, нагревания, кипячения и осахаривания заторной массы служат заторные аппараты [1]. Изготовляют заторные аппараты следующих типоразмеров: ВКЗ-1, ВКЗ-1,5, ВКЗ-3, ВКЗ-5 соответственно на 1000, 1500, 3000 и 5000 кг зернопродуктов.

Заторный аппарат типа ВКЗ [2] представляет собой стальной цилиндрический резервуар с двойным сферическим днищем и сферической крышкой. Пространство между днищами является паровой рубашкой, в которую поступает греющий пар. Рубашка имеет соответствующие фланцы и устройства для подвода пара, отвода воздуха и конденсата. В нижней части днища аппарата находится разгрузочное устройство для спуска части затора (густой фазы) на отварку или выпуска всего затора при передаче его в фильтрационный аппарат. Над сферическим днищем внутри аппарата имеется мешалка с нижним приводом для размешивания заторной массы. Внутри аппарата расположена стяжная труба для отбора жидкой фазы затора. На крышке аппарата смонтирован предзаторник, предназначенный для смачивания сухих дроблёных зерноприпасов при их подаче в аппарат, также там расположен раздвижной люк для обслуживания котла при промывке и наблюдения за технологическим процессом, происходящим в нём. Аппарат имеет по окружности опорное кольцо из углового железа, к которому приварены башмаки для установки его на площадке. Дроблёный солод поступает в предзаторник, где смачивается тёплой водой из смесителя, затем в виде кашицы смывается в аппарат. После отварок заторная масса нагнетается насосом обратно в аппарат для кипячения, а оттуда подаётся в фильтрационный аппарат.

В данной работе мы произведём расчёт геометрических размеров и поверхности теплообмена заторного аппарата в соответствии с исходными данными, так как эти параметры являются важнейшими для правильного проведения технологического процесса. Также мы вычислим расход пара, необходимого для нагревания затора, и мощность электродвигателя мешалки. Все вычисления будут произведены в расчёте на то, что готовится пиво «Жигулёвское».

1 Расчёт объёма и геометрических размеров заторного аппарата

Объём заторного аппарата V (м³) определяем, исходя из его необходимой производительности по формуле:

,  (1.1)

где G – необходимая производительность заторного аппарата, кг/ч;

τ_ц – продолжительность полного рабочего цикла аппарата, ч, τ_ц = 4 ч;

ρ – плотность заторной массы, кг/ м³;

ξ – коэффициент заполнения заторного аппарата, ξ = 0,9.

Объём заторного аппарата можно также определить по количеству затираемого солода, принимая, что на 1000 кг сухого солода требуется 5…7 м³ полного объёма современного заторного аппарата. Примем, что на 1000 кг одновременно перерабатываемого сырья требуется 6 м³ полного объёма аппарата, тогда в соответствии с заданным G_сол = 4000 кг потребуется:

 м³.(1.2)

Выражая из формулы (1.1) необходимую производительность заторного аппарата получим:

. (1.3)

Учитывая, что плотность заторной массы ρ = 1081 кг/м³ [1]:

 кг/ч. 1

Диаметр корпуса заторного аппарата равен:

 м. (1.4)

Высота выпуклой части наружной поверхности днища:

 м.  (1.5)

Радиус кривизны в вершине днища R_дн = D = 3,47 м.

Объём днища заторного аппарата:

, (1.6)

 м³.  1

Объём цилиндрической части заторного аппарата:

 м³.  (1.7)

Высота цилиндрической обечайки:

 м.  (1.8)

Сопоставим полученную высоту с конструктивным требованием:

 м, 1

 Н_ц незначительно отличается от H^’_ц , значит расчёт можно считать достоверным.

Площадь поверхности жидкости в аппарате вычисляется по формуле:

 м². (1.9)

Площадь сечения вытяжной трубы равна:

 м². (1.10)

Диаметр вытяжной трубы:

 м. (1.11)

Коэффициент формы днища заторного аппарата:

, (1.12)

где d₀ – диаметр отверстия для спуска затора. Примем d₀ = 0,2 м [1], тогда

 м. 1

Находим толщину стенки днища по формуле:

,  (1.15)

где Р – наружное избыточное давление, МПа;

[σ] – допускаемое напряжение при сжатии, МПа;

φ – коэффициент прочности сварного шва, φ=1;

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

Обычно оптимальными для заторных аппаратов являются рабочее давление Р = 0,245 МПа и допускаемое напряжение при сжатии для стенки, изготовленной из стали 3 [σ] = 10 МПа, тогда:

 м. 1

Проверяем условие справедливого расчёта толщины стенки днища:

;  1

; 1

, 1

значит условие выполняется и расчёт можно считать достоверным.

По рассчитанным размерам для массы перерабатываемого солода G_сол = 4000 кг выбираем стандартный заторный аппарат типа ВКЗ-5, техническая характеристика которого представлена в таблице 1 [1].

Таблица 1 – Техническая характеристика заторного аппарата ВКЗ-5

Показатель	Значение
Количество одновременно затираемого сухого солода, кг	4000
Полная вместимость, м3	33
Поверхность нагрева сферического днища, м2	20,8
Рабочее давление пара, Мпа	0,245
Диаметр, мм
котла:
внутренний	4800
с теплоизоляцией	5020
паропровода	80
водопровода	100
Расход:
воды, м3/ч	22
Частота вращения мешалки, с-1	0,52
Редуктор червячный:
тип	М7-ВКС-3.06.030
передаточное отношение	48
Электродвигатель:
тип	4А132SУ3
частота вращения, с-1	25
Габаритные размеры, мм:
длина	5300
ширина	5300
высота (без установки привода)	4890
Масса, кг:
без продукта	19500
с продуктом	42000