Пути уменьшения расхода энергоресурсов (воды, природного газа) для производства солода на АО «Пивзавод Воронежский»

Пивоваренная промышленность относится к числу немногих динамично развивающихся отраслей России. Объемы производства пива за последние пять лет ежегодно возрастают на 125 — 130%. В 2000 году было произведено около 350 млн. дал пива.

Рост производства пива традиционно опережает производство солода, дефицит которого из года в год растет. Ежегодно импортируется более 40% солода, в основном из стран дальнего зарубежья. Сдерживающим фактором в ускоренном наращивании солодовенных мощностей служит проблема отечественных пивоваренных ячменей. В европейской части России в ряде областей (Липецкой, Воронежской, Курской, Белгородской, Тамбовской, Орловской) имеются хорошие почвенно-климатические условия для выращивания качественных ячменей. Сейчас районировано 33 сорта. Вместе с тем обеспеченность промышленности отечественным пивоваренным ячменем из года в год ухудшается и растет импорт ячменя. Так, в 2000 году импортировано более 400 тыс. т ячменя.

Анализ качества отечественных пивоваренных ячменей, проведенных во ВНИИПБ и ВГТ, показал, что около половины проверенных партий не удовлетворяют требованиям ГОСТ 5060–92 по содержанию мелких зерен, по крупности, по белку и способности прорастания.

Для решения проблемы использования высококачественного отечественного ячменя разработана программа «Пивоваренный ячмень России» при поддержке Минсельхозпрода РФ. В ближайшие 3−5 лет существующая сегодня диспропорция между мощностями по производству пива и солода будет значительно снижена в результате строительства ряда крупных солод овен компаниями «Балтика», «Очаково», «Росар», «Эфес» и др.

Основным недостатком уже действующих предприятий является устаревшее оборудование, амортизация которого достигла 70−100%. Многие здания пивоваренных заводов старые, физически изношенны, для их обновления требуются большие капитальные вложения.

Перспектива развития отрасли предполагает, что к 2003 году объемы производства по пиву должны возрасти до 550 млн. дал пива в год.

При этом действующие предприятия должны стремится к увеличению производительности, в том числе и за счет модернизации имеющегося оборудования.

1.1 Общие сведения о пивоваренной отрасли

1.1.2 Описание технологической схемы производства солода

Приготовление солода — сложный комплекс специфических процедур, состоящий из очистки, сортировки, замачивания и ращения 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 окончания проращивания является растворимость мучнистого тела зерна 6, чем свидетельствует легкое растирание его между пальцами.

По принятой в производстве схеме (ДП-260 601−35−2005;ВСЛ-00.00.000 ТЗ) поступивший на предприятие ячмень проходя через переключатели потока 2 с помощью ленточного транспортера 3, норией подается в промежуточный бункер 6. Далее попадая в магнитный сепаратор 7, очищается от ферропримесей, взвешивается на весах 8 и следует на очистку в воздушно-ситовой сепаратор 9. Фракции ячменя первого и второго сорта собираются в бункерах 21, а ячмень третьего сорта направляется на утилизацию.

Очищенный и отсортированный ячмень в определенном количестве засыпается в замочный чан 24, где отмывается от загрязнений и дезинфицируется. Легкое зерно и мелкие примеси (сплав) во время мойки всплывают на поверхность и удаляются вместе с моечной водой. Вымытое зерно перекачивается в замочный чан 25, где его влажность повышается до 41…43%.После окончания замачивания замоченное зерно направляется в солодорастильный аппарат 26, для проращивания в течении 6−9 суток. В нем зерно продувается воздухом с относительной влажностью 96…98% и температурой 12? С. При необходимости зерно орошается водой имеющей температуру около 12? С.

Температура зерна должна оставаться в пределе 14−18 ?С.

Из солодорастильного агрегата зеленый солод при помощи разгрузочного устройства подается в норию 27, и поднимается в камеру подвяливания солодосушилки 28, где равномерно распределяется специальными механизмами и сыплется в вертикальные шахты сушилки. Сушилка имеет три зоны благодаря чему сушильный агент несколько раз проходит сквозь вертикальные слои солода. Температура Сушильного агента изменяется от 45? С до 85? С, продолжительность сушки 24…36 часов.

Сухой горячий солод из сушилки выгружается в росткоотбойную машину 29, где очищается от ростков. Ростки собирают в бункере 30, для последующей утилизации. Очищенный солод отлеживается в бункере 31 в целях повышения влажности оболочки зерна и ее эластичности. Сухой солод без ростков очищается от загрязнений, полируется в полировочной машине 32 и подается в силос для хранения 33, где хранится и в нужный момент подается в варочный цех.

1.2 Назначение и классификация машин для производства солода

Мощность солодовенного цеха определяется в тоннах сухого солода, выпускаемого в год по производительности оборудования солодорастильного и сушильного отделений. В состав солодовенного цеха входят следующие сооружения и производственные подразделения

1) элеватор:

приемное устройство для ячменя;

рабочая башня элеватора;

силосные корпуса — надсилосное и подсилосное помещения.

2) солодовенный корпус;

а) замочное отделение;

б) солодорастильное отделение;

в)отделение сушки солода;

г)отделение подготовки и обработки воды;

д)отделение мойки и предварительного замачивания ячменя;

е) отделение подготовки и обработки воды.

3) административно-бытовой корпус;

4) автовесы подъездные пути, сантехнические и другие сооружения.

В каждом от делении солодовни используют различное технологическое оборудование необходимое для выполнения ряда технологических и дополнительных операций:

— очистки ячменя и его дозирования (взвешивание);

— повышения влажности зерна и мойки;

— сушки зеленого солода и подработки;

— транспортировки и хранения.

Для выделения из зерновой массы примесей, отличающихся от зерен основной культуры по ширине и толщине, применяют машины, основным рабочим органом которых является система вибрирующих, вращающихся или движущихся возвратно-поступательных сит.

Принцип действия зерноочистительных машин основан на отделении примесей от основной массы зерна по линейным размерам и аэродинамическим свойствам.

В зерноочистительных машинах применяют различные способы пневмосепарирования: в вертикальном, наклонном или поперечном воздушном потоке; с использованием поля центробежных сил; пневмоинерционное; пневмоситовое и др. Наибольшее распространение благодаря конструкционной простоте и компактности устройств получил способ сепарирования зерновой смеси в вертикальном воздушном потоке.

Сортирующие машины разделяют очищенное зерно по толщине 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 поверхность воды и удаляются из моечного аппарата в отдельный сборник.

1.2.1 Зерновые сепараторы

Для очистки зерна от примесей, отличающихся от него геометрическими размерами (шириной и толщиной), применяют ситовые сепараторы с плоскими и цилиндрическими ситами. Сепараторы с плоскими ситами бывают с возвратно-поступательным и круговым поступательным в горизонтальной плоскости движением сит. К сепараторам 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 пневмосепарирующих каналах до поступления зерна на сита и на выходе из машины.

1.2.2 Цилиндрические и дисковые триеры

Примеси, отличающиеся от зерен основной культуры длиной, отделить 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 выделения из основной массы зерна половинчатых зерен и шаровидных примесей (куколя, гречишки и т. п.) и триеры-овсюгоотборники — для отделения зерен основной культуры (ячменя, пшеницы и др.).

Ячейки рабочей поверхности куколеотборника выбирают из массы 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. Естественно, при равных размерах производительность куколеотборника гораздо больше, чем овсюгоотборника.

1.2.3 Магнитные сепараторы

В зерновой смеси, поступающей в производство, могут быть металлические примеси, которые нельзя выделить в сепараторах или триерах. Металломагнитные примеси весьма разнообразны по размерам, 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 привести к искрообразованию или повреждению рабочих органов машин. Особенно опасно и нежелательно попадание металломагнитных 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.

1.2.4 Аппараты для мойки и замочки ячменя

Замачивание зерна является важным этапом в производстве пивоваренного солода. Достаточная влажность, наличие кислорода и оптимальная температура — основные условия солодоращения. Для мойки и замачивания зерна используются специальные аппараты разных конструкций. Как моечные, так и замочные аппараты изготовляют из листовой стали толщиной 4…6 мм и обрабатывают специальным покрытием, исключающим коррозию металла.

Современные конструкции замочных аппаратов имеют цилиндрическую форму, обеспечивающую самотечную выгрузку замоченного ячменя.

1.2.5 Аппараты для солодоращения

Целью проращивания солода является синтез и активизация неактивных ферментов, под влиянием которых в процессе затирания достигается растворение всех резервных веществ зерна. Под действием ферментов при солодоращении часть сложных веществ зерна превращается в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрины и высшие декстрины, пептоны, пептиды, аминокислоты и др.

В замочном аппарате с коническим днищем подаваемый по трубопроводу в нижнюю часть эрлифтной трубы сжатый воздух увлекает за собой зерно с водой и поднимает его вверх.

Плотность смеси воды и воздуха намного ниже плотности воды и зерна, находящихся вокруг трубы. За счет этой разницы зерно поднимается по трубе вверх, где с помощью сегнерова колеса равномерно распределяется по объему аппарата.

Сжатый воздух подается также в кольцевые барабаны трубки, которые расположены на внутренней поверхности конической части замочного аппарата. Для равномерного распределения воздуха по всему объему аппарата в трубках в нижней части имеются отверстия диаметром 2…3 мм. Для спуска замоченного зерна в аппарате для солодоращения в нижней части замочного аппарата находятся вентиль с клапаном и спускной штуцер.

1.2.6 Оборудование для сушки солода

Сушка солода осуществляется в целях снижения его влажности с 50…40 до 10…3% к общей массе, при которой становятся невозможными его самопроизвольные ферментативные изменения, которые зависят от скорости обезвоживания, температуры сушильного агента, его влажности и условий сушки. После тепловой обработки в сушильной камере солод приобретает специфический вкус, цвет и аромат, при этом часть высокомолекулярных белков свертывается, что в дальнейшем положительно сказывается на процессах осветления солода и пива. Ростки, придающие пиву неприятный горький вкус, при сушке становятся хрупкими и легко удаляются.

Солодосушилки делятся на два типа: периодического и непрерывного действия.

К солодосушилкам периодического действия относятся горизонтальные одно-, двухи трехъярусные сушилки, а также вертикальные сушилки, которые в настоящее время имеют широкое распространение. Сушка в этих сушилках происходит с перерывами для выгрузки сухого и загрузки свежепроросшего солода. Температура сушильного агента изменяется от 45 до 80… 105 °C.

К солодосушилкам непрерывного действия относятся вертикальные сушилки типа ЛСХА, карусельные сушилки КТИПП, а также статические солодовни, работающие по совмещенному способу.

В сушилках разных типов 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 солода, 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.

1.2.7 Машины для обработки сухого солода

После окончания сушки солода удаляют ростки, которые могут придать пиву горьковатый привкус. Отделять ростки от солода необходимо немедленно после сушки, так как при хранении из-за высокой гигроскопичности ростки теряют свою хрупкость и отделяются очень трудно. Очистка солода от ростков производится на росткоотбойных машинах.

Все росткоотбойные машины работают путем прижимания рабочим органои зерен к поверхности ситового цилиндра, в результате чего ростки отбиваются и удаляются расположенным ниже по уровню шнеком.

В качестве рабочего органа машина может иметь вал с лопостями, шнек, вал с бичами.

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 солодополировочные 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.

Полировочные машины присоединены к системе аспирации и имеют помимо магнитов для улавливания ферропримесей набор вибрационных сит, проходя через которые из солода удаляются все грубые и тонкие примеси. Затем солодпротирается между щеточным валиком с мягкимищетками и профилированным листом, очищаясь таким образом от пыли. В зависимости от растворимости солода солодополировачнчя машина может быть настроена на более или менее интенсивную очистку.

1.3 Современные конструкции

1.3.1 Аппараты для замачивания ячменя

Последние десятилетия замачивание осуществляют в основном в цилиндроконических емкостях. Изготавливают их из стального листа, а в последнее время — из нержавеющей стали. Такая форма емкостей выбрана для обеспечения полного опорожнения замочки в ящик.

Как правило, замочное отделение размещают над помещением для проращивания. В старых замочных цехах до сих пор существуют традиционные конструкции замочных чанов когда два замочных чана размещаются друг под другом, и замачиваемый ячмень через них проходит последовательно.

Подобная форма замочного чана себя оправдывает, но проблемы возникают для части ячменя, находящегося в нижней части воронки. С поглощением воды усиливаются жизненные процессы, в частности дыхание. Для зерна, находящегося в нижней части воронки, это означает, что после ухода из нее воды она продолжает еще поступать вниз из верхних слоев зерна, тогда как зерно вверху уже аэрируется. С развитием дыхания образующаяся двуокись углерода опускается в нижнюю часть воронки и затрудняет дыхание находящегося там зерна. Если ничего не предпринимать, то может получиться неравномерно развивающийся солод.

Со временем была предложена (впервые — Вильдом (ВДЫ)) замочная емкость с центральной вертикальной трубой, через которую в первый день замачивания ячмень перекачивался внутри емкости («предварительное замачивание по Вильду») (рисунок 1).

Благодаря этому исключается невыгодное положение зерна в воронке и достигается равномерное снабжение его водой, а также аэрация всего зерна в чане. Такая конструкция чана используется и в настоящее время, но вместо прежнего механического перемещения ячменя через центральную трубу используется более бережная его перекачка сжатым воздухом.

Если не используется чан с воронкой, то в настоящее время большей частью применяют чаны, в которых сжатый воздух вдувается через форсунки, что гарантирует обеспечение ячменя воздухом и во время водопоглощения. Если замоченный ячмень транспортируется далее механическими средствами («сухая выгрузка»), то в конце выпуск должен быть под более острым углом (около 60⁰), чем при последующем гидравлическом транспортировании (около 90°, «мокрая выгрузка»).

В последнее время разработан тип замочного чана с плоским дном (рисунок 4.). Такие чаны могут применяться самостоятельно или в качестве второго чана в комбинации с цилиндроконическим чаном.

Подобный замочный чан представляет собой цилиндрическую емкость с плоским дном, на ситовом днище которого из нержавеющей стали, имеющем 24−32%-ную щелевую проходную поверхность, размещается ячмень. Распределение ячменя и выгрузка уже наклюнувшегося материала осуществляется с помощью многорукавного радиального разгрузочного механизма, который при необходимости может подниматься или опускаться. Находящиеся на нем «весла» могут перемещать материал либо к середине или на края, либо разравнивать его.

Для аэрации замачиваемого материала под ситовым днищем имеются форсунки сжатого воздуха. Для промывки пространства под ситовым днищем размещены водяные форсунки. Благодаря размещению материала равномерным слоем в замочном чане возможно добиться быстрого и равномерного его прорастания.

Чаны с плоским днищем требуют несколько большего расхода воды, чем чаны с воронкой, так как пространство под ситовым дном нельзя уменьшить. Чтобы, несмотря на это, экономить воду, на некоторых солодовенных заводах применяют специальное устройство для поддержания над ячменем пониженного уровня воды.

В замочных чанах с плоским дном уже нет той части зерна, которая в замочных чанах с воронкой оказывается в невыгодном положении.

Еще одну возможность дают шнеки для замачивания, которые могут применяться для мойки, а также для предварительного и основного замачивания ячменя.

Ячмень подается в заполненный водой желоб и медленно перемещается из воды наклонно установленным шнеком. При этом ячмень естественно насыщается водой. Сплав удаляется через предварительно установленное устройство.

Особенно интенсивно процесс мойки протекает в замочном барабане представленного на рисунке 2.

Во вращающемся барабане ячмень в течение 30−45 мин заливается водой при 25? С, при этом продвигаясь вверх с помощью подъемных корзин, расположенных внутри корпуса. Хороший эффект промывки барабаном сказывается прежде всего на удалении с поверхности зерен спор плесневых грибов («антигашингоный барабан»). Замочный барабан способствует также ускоренному водопоглощению ячменя до 27−30% влажности.

Для сравнения:

Конусные замочные чаны Используемые размеры — на 50−60 т ячменя; для увеличения суточной выработки используют несколько чанов, работающих параллельно. Расход воды — 4−6 м³ на тонну ячменя.

Чаны с плоским дном Рассчитаны на загрузку больших партий и обеспечивают равномерную переработку продукта. К их недостаткам относят:

— увеличение затрат на устройство решетчатого настила, погрузочной и разгрузочной машины;

— увеличение водопотребления — до 5−7 м³ на тонну ячменя — из-за неиспользуемого пространства под решеткой;

— необходимость ручной очистки пространства под решеткой.

Замочные барабаны Особенно хороши для первой фазы замачивания в комбинации с последующим замачиванием в непрерывном токе воды и воздуха или с воздушно-оросительным замачиванием. Водопотребление в них невелико, от 0,6 до 0,8 м³ на тонну ячменя.

1.3.2 Высокопроизводительные сушилки для солода

Современные сушилки оснащены погрузчиками и разгрузчиками. Такие сушилки бывают в прямоугольном или круглом исполнении и могут иметь конструкцию в виде одноили двухъярусной сушилки.

Например одноярусная высокопроизводительная сушилка с круглой решеткой. Она оборудована пoгpyзочно-разгрузючным устройством. Для таких сушилок отсутствует необходимость в ворошителе.

Решетки в виде перфорированных листов или сит с прорезями имеют 30%-ную свободную проходную поверхность опираются снаружи на ролики и равномерно приводятся в движение 3−6 двигателями мощностью по 1−2 кВт каждый. Приводы снабжены переключателями для правого и левого вращения, а также имеют две скорости.

Погрузочно-разгрузочное устройство может подниматься и опускаться и имеет в качестве основного элемента конструкции горизонтальный транспортирующий шнек, который по мере необходимости перемещает продукт из периферии к центру или наоборот. Вся операция занимает обычно около часа.

Для загрузки погрузочно-разгрузочное устройство устанавливается на высоте, соответствующей предусмотренной толщине слоя. В конструкциях со вращающейся решеткой транспортировка и загрузка продукта осуществляется из периферии к центру, при этом полная загрузка сушилки занимает около часа. По окончании процесса сушки погрузочно-разгрузочное устройство опускается в нижнее положение и при поворачивающейся решетке постепенно перемещает солод к отверстию для выгрузки.

Весь процесс сушки, включая загрузку и выгрузку, осуществляется автоматически и занимает 18−20 часов.

В конструкциях с неподвижной решеткой поворачивается и перемещается в горизонтальной плоскости сам шнек.

Преимущества конструкции с поворачивающейся решеткой заключаются в том, что

— отбиваемые транспортным шнеком ростки солода падают в определен ном месте и могут оттуда удаляться;

— солод при опорожнении сушилки может перемещаться к неподвижному отверстию в стенке.

Двухъярусная сушилка (рисунок 5.) состоит из двух решеток, расположенных друг над другом. В то время как на одной решетке идет отсушка, на другой свежепроросший солод находится в фазе подвяливания. При этом горячий сухой воздух от решетки для отсушки можно направлять после добавления свежего воздуха под решетку подвяливания, а затем отводить увлажненный в процессе подвяливания воздух наружу.

Две решетки в двухъярусной сушилке можно:

— располагать в вертикальной плоскости друг над другом или рядом;

— работать с перебрасыванием солода или без него.

При работе с перебрасыванием процессы подвяливания и сушки ведут на отдельных решетках. Необходимость в перебрасывании может отпадать, если подвяливание и сушка проводятся на одной и той же решетке. Однако для реализации этого технического решения необходима система, позволяющая переключать воздушные каналы.

Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки. Преимущество переключения воздушных каналов состоит, прежде всего в возможности увеличения продолжительности сушки, так как отсутствует перебрасывание, отнимающее примерно 2 часа.

В принципе существует возможность эксплуатировать две одноярусные сушилки как одну двухъярусную.

Если имеется в наличии двухъярусная сушилка с перебрасыванием солода, и с ней хотят работать в два этапа (подвяливание и сушка) в течение 2- 20 ч, то происходит это так, как показано на рисунке 5.

Подвод воздуха для верхнего яруса регулируется совершенно независимо от температуры нижнего яруса. Количество воздуха устанавливается таким образом, чтобы отводимый над верхним ярусом воздух при температуре 25−30 °С постоянно насыщался влагой, в то время как независимо от этого процесса нижний ярус мог бы работать при температуре отсушки.

Загрузка и разгрузка ярусов осуществляется описанными выше способами. Для перегрузки с верхнего на нижний ярус обе решетки и оба шнека двигаются с одинаковой скоростью.

Из экономических соображений следует, как можно полнее использовать тепловую энергию отводимого воздуха: вентилятор прогоняет свежий воздух через теплообменник, где воздух предварительно нагревается, а затем с помощью системы отопления доводится до нужной температуры. При эксплуатации двухъярусной сушилки данный процесс проводится несколько по-другому: воздух, пройдя нижний ярус, доводится до требуемой температуры путем регулируемого добавления теплого и холодной воздуха, благодаря чему достигается раздельное управление температурой и подачей воздуха для верхнего и нижнего яруса.

1.4 Патентная проработка проекта

В России в настоящее время стоимость энергетических носителей начинает приближаться к среднемировому уровню цен, поэтому именно сегодня направление экономии энергетических ресурсов приобретает особую актуальность.

В данном дипломном проекте была поставлена задача уменьшение расхода энергоресурсов (воды, природного газа) для производства солода.

1.4.1 Замочный чан

Изобретение относится к пивоваренной промышленности, в частности к оборудованию для производства солода. Аппарат (Приложение А, фиг. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и герметичной крышкой 3 с загрузочными шахтами 4. В корпусе 1 на уровне затопления водой установлен сетчатый цилиндрический фильтр 5, внутри которого расположен клапан 6, соединенный трубопроводом 7, проходящим через герметичную крышку 3, с центробежным насосом 8. Озонатор 9 подсоединен через трубопровод 10 к эжектору-смесителю 11, выходной патрубок которого трубопроводом 12 соединен с жестко установленной на дне корпуса 1 соплом вверх форсункой 13, над рабочим соплом которой установлен диффузор 14 трубы 15 гидролифта. Центробежный насос 8 трубопроводом 16 соединен с эжектором-смесителем 11. Труба 15 гидролифта жестко прикреплена к стенкам корпуса 1 с помощью направляющих 17. На герметичной крышке 3 корпуса 1 установлена система 18 вентиляции надводного пространства. В коническом днище 2 корпуса 1 расположен механизм 19 для разгрузки зерна, подвода и отвода воды. На корпусе 1 расположено окно 20 для удаления сплава. На герметичной крышке 3 корпуса 1 расположены иллюминаторы 21. Изобретение позволит ускорить процесс солодоращения, улучшить качество солода и экологичность производства.

Изобретение относится к пивоваренной промышленности, в частности к оборудованию для производства солода.

Известен аппарат для мойки и замачивания зерна [3], содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, трубопроводы, эрлифтную трубу, барботерные трубки и механизм для разгрузки зерна, подвода и отвода воды.

Недостатком известного устройства является неизбежное засорение отверстий барботерных трубок, что приводит к неполному перемешиванию зерновой массы, понижению степени аэрации жидкости, а также неудовлетворительной мойке и дезинфекции зерна. Кроме того, использование при дезинфекции зерна растворов негашеной извести, хлорной извести, перманганата кали и т. д. приводит к ухудшению качества солода, а сбросы — к загрязнению водоемов. Использование данных реагентов не гарантирует полную дезинфекцию зерна и дополнительно требуются затраты больших объемов воды на промывку зерновой массы после дезинфекции.

Технический эффект заключается в ускорении процесса солодоращения, улучшении качества солода, экономии водных ресурсов, получении высоких показателей дезинфекции и улучшении экологичности производства.

Сущность изобретения заключается в том, что аппарат для замочки зерна, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, трубопроводы, механизм для разгрузки зерна, подвода и отвода воды, а также окно для удаления сплава, снабжен озонатором, подсоединенным через трубопровод к эжектору-смесителю, выходной патрубок которого трубопроводом соединен с жестко установленной на дне корпуса соплом вверх форсункой, над рабочим соплом которой установлен диффузор трубы гидролифта. На уровне затопления водой установлен сетчатый цилиндрический фильтр, внутри которого расположен клапан, соединенный трубопроводом, проходящим через герметичную с загрузочными шахтами крышку корпуса, с центробежным насосом, подсоединенным трубопроводом к эжектору-смесителю. При этом труба гидролифта жестко прикреплена к стенкам корпуса, на крышке которой установлена система вентиляции надводного пространства.

На рисунке (Приложение А, фиг. 1) изображено предлагаемое устройство, состоящее из цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и герметичной крышкой 3 с загрузочными шахтами 4. В корпусе 1 на уровне затопления водой установлен сетчатый цилиндрический фильтр 5, внутри которого расположен клапан 6, соединенный трубопроводом 7, проходящим через герметичную крышку 3, с центробежным насосом 8. Озонатор 9 подсоединен через трубопровод 10 к эжектору-смесителю 11, выходной патрубок которого трубопроводом 12 соединен с жестко установленной на дне корпуса 1 соплом вверх форсункой 13, над рабочим соплом которой установлен диффузор 14 трубы 15 гидролифта. Центробежный насос 8 трубопроводом 16 соединен с эжектором-смесителем 11. Труба 15 гидролифта жестко прикреплена к стенкам корпуса 1 с помощью направляющих 17. На герметичной крышке 3 корпуса 1 установлена система вентиляции 18 надводного пространства. В коническом днище 2 корпуса 1 расположен механизм для разгрузки зерна, подвода и отвода воды 19. На корпусе 1 расположено окно 20 для удаления сплава. На герметичной крышке 3 корпуса 1 расположены иллюминаторы 21.

Аппарат работает следующим образом. В цилиндрический корпус 1 заливают воду на 1/3 его объема, затем насыпают очищенное зерно в загрузочные шахты 4. В корпус 1 доливают воду до уровня окна 20 для удаления сплава. Включают центробежный насос 8, который забирает воду через огороженный сетчатым фильтром 5 клапан 6 по трубопроводу 7. Далее вода под напором по трубопроводу 16 нагнетается в эжектор-смеситель 11, с помощью которого воду можно насыщать обычным воздухом либо озоновоздушной смесью. Выбор режима работы эжектора-смесител 11 зависит от проводимой технологической операции. Насыщенна с помощью эжектора-смесител 11 газом вода подается по трубопроводу 12 в форсунку 13, из которой вода струей (активна среда) направляется в диффузор 14. При этом активной средой эжектируется пассивна водно-зернова смесь и происходит их перемешивание. По трубе 15 гидролифта насыщенна газом водно-зернова смесь под напором активной среды подается на поверхность воды. При режиме озонирования в целях безопасности необходимо включать систему вентиляции 18, которая откачивает остатки озона из надводного пространства аппарата. После прохождения процесса замачивания, когда зерно достигнет необходимого процента влажности, открывают запорный клапан механизма для разгрузки зерна 19 и водно-зерновую массу перекачивают солодо-растительные ящики для проращивания .

По сравнению с известными решениями предлагаемое устройство позволяет эффективно перемешивать водно-зерновую смесь и давать высокие показатели аэрации воды, сокращает время мойки зерна, гарантирует полную дезинфекцию зерновой массы, не требует после процесса дезинфекции слива воды, т.к. озон разлагается в воде на кислород, при этом отпадает необходимость ополаскивания зерновой массы после дезинфекции, что экономит ресурсы воды. В процессе замачивания малые дозы озона в воде положительно влияют на активность ферментов в зерне.

Формула изобретения:

Аппарат дл замочки зерна, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, трубопроводы, механизм дл отвода зерна, подвода и отвода воды, а также окно дл удаления сплава, отличающийся тем, что он снабжен озонатором, подсоединенным через трубопроводы к эжектору-смесителю, выходной патрубок которого трубопроводом соединен с жестко установленной на дне корпуса соплом вверх форсункой, над рабочим соплом которой установлен диффузор трубы гидролифта, на уровне затопления водой установлен сетчатый цилиндрический фильтр, внутри которого расположен клапан, соединенный трубопроводом, проходящим через герметичную с загрузочными шахтами крышку корпуса, с центробежным насосом, подсоединенным трубопроводом к эжектору-смесителю, при этом труба гидролифта жестко прикреплена к стенкам корпуса, на крышке которой установлена система вентиляции надводного пространства.

1.4.2 Теплоутилизатор для солодосушилки

Вертикальная сушилка «Топфа» относится к сушилкам периодического действия. В сушилках данного типа хорошо используется сушильное пространство, поэтому она относится к сушилкам высокой производительности. Отопление сушилки производят с помощью природного газа, сушат солод с помощью нагретого воздуха который пронизывает солод в поперечном направлении поступая в каждую зону через воздушные форсунки расположенные в полах сушильных зон.

Энергопотребление таких сушилок велико, поэтому в данных сушилках наиболее важным вопросом является вопрос оптимизация теплоэнергетической работы сушилки.

Оптимизация теплоэнергетической работы сушилки на тепловой баланс дает следующий эффект:

— для наиболее холодной пятидневки — снижение затрат тепловой и электрической энергии на подогрев и увлажнение приточного воздуха;

Одним из наиболее эффективных способов снижения энергоресурсов при эксплуатации солодосушилки является внедрение технологии утилизации вторичных потоков вытяжного воздуха. Удаляемый из солодосушилки воздух — довольно энергоемкий вторичный поток.

Сушилка с применением теплоутилизации позволяют сэкономить до 50%. Исследования показали, что нецелесообразно стремиться к высокой эффективности теплоутилизации. Оптимальная тепловая эффективность соответствует порядка 50%, при этом система устойчиво работает до температур выше -20 ^оС, практически исключая режим обмерзания.

В настоящее время известны четыре типа утилизаторов тепла вытяжного воздуха: пластинчатые и роторные теплообменники, тепловые трубы и утилизаторы на основе промежуточного энергоносителя (как правило, этиленгликоля). В пластинчатых и роторных теплообменниках передача тепла осуществляется через стенку. В тепловых трубах тепло переносится изменением агрегатного состояния теплоносителя. В теплообменниках с промежуточным теплоносителем тепло переносится потоком мелкодисперсного материала или жидкости. Фактически такой теплообменник состоит из двух, они могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга. Использование того или иного типа теплообменника в каждом конкретном случае должно быть обосновано технико-экономическим расчетом, поскольку каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Наибольшее распространение в системах вентиляции получили рекуперативные пластинчатые и роторные теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем.

При установке теплоутилизатора в солодосушилку на ОАО «Пивзавод Воронежский» необходимо использовать пластинчатый рекуператор (ДП-260 601- -35−2005;ВСЛ-06.00.000 ВО) поскольку потоки воздуха должны оставаться разделенными, для предотвращения попадания влаги в подаваемый воздух. Эффективность пластинчатого рекуператора достигает 40%.

Рекуператор выполняется из алюминиевых листов со специальным покрытием поверхности, которая оптимизирует характеристики рекуператора, обеспечивая высокий КПД и низкое аэродинамическое сопротивление. Рекуператор может иметь встроенный байпас, который можно использовать для регулирования и прекращения рекуперации при угрозе замерзания. Такая система имеет два клапана: один в рекуператоре, другой — в байпасе. Управлять обоими клапанами можно с помощью одного электродвигателя. Под рекуператором устанавливается поддон для сбора конденсата. В линии отвода конденсата установлен водяной сифон с достаточной высотой затвора. Расчеты показывают, что применение теплоутилизаторов — выгодное и просто необходимое мероприятие.

1.5 Формулирование идеи модернизации и обоснование технического решения

1.5.1 Формулирование идеи модернизации замочного чана и обоснование технического решения

Модернизацией замочного чана является оборудование его системой озонирования воды.

Введение

озона в воду влечет за собой образование гидроксильного радикала — ОН и протона водорода Н. В результате химических и биохимических реакций образуются новые химические соединения, в том числе и такие естественные антисептики, как перекись водорода, муравьиная кислота и др. Образование антисептиков при озонолизе воды, частично объясняет приобретаемые водой дезинфицирующие свойства. Насыщение воды озоном позволяет уничтожать бактерии, споры, вирусы, разрушать растворенные в воде органические вещества. Применение озонированной воды возможно при всех традиционных способах замочки зерна (воздушно-водяной, непрерывным током воды и воздуха, оросительной). Внедрение новой технологии на этом этапе соложения позволит отказаться от дезинфекции ячменя хлоросодержащими препаратами, формалином, что обеспечит экологическую чистоту сырья, а также повысит прорастаемость зерна.

1.5.2 Формулирование идеи модернизации солодосушилки и обоснование технического решения

Теплоутилизаторы обеспечивают повышение на 5 — 10% энергоэффективности оборудования и уменьшение вредных выбросов и теплового загрязнения окружающей среды. Например для промышленных котлов на природном газе снижение расхода газа на 5 — 8 м³ на 1 т вырабатываемого пара (для паровых котлов) и на 6 — 12 м³ на 1 Гкал вырабатываемой тепловой энергии (для водогрейных котлов). Для промышленных печей, теплогенераторов, сушильных установок теплоутилизаторы обеспечивают возврат и использование 30 — 60% выбрасываемой тепловой энергии. Массогабаритные характеристики теплоутилизаторов значительно меньше, чем у теплообменников традиционных типов. Относительно небольшое аэродинамическое сопротивление теплоутилизаторов позволяет, при оснащении ими оборудования, использовать штатные тяго-дутьевые машины. Предлагаемый теплоутилизатор характеризуется высокой надежностью и стабильностью характеристик в условиях длительной работы.

2. Описание модернизируемых машин и аппаратов

2.1 Описание конструкции и технические характеристики сушилки периодического действия с вертикальными решетками марки «ТОПФА».

В данной сушилке солод находится между двумя вертикальными решетками, отстоящими одна от другой на расстоянии 0,20 м. Каждая такая секция (шахта) с солодом по вертикали разделена на три зоны, которые соответствуют верхней, средней и нижней решеткам трехъярусной сушилки. Между секциями с солодом находятся воздушные камеры шириной до 80 см.

В глухих перекрытиях между этажами воздушных камер имеются круглые отверстия с клапанами, расположенными в шахматном порядке, благодаря чему воздух проходит в сушилке зигзагообразно. Воздух трижды пересекает слой солода в секциях. В верхней части нижних и средних воздушных камер имеются воздуховоды для подачи холодного воздуха, подмешиваемого по мере надобности к теплому воздуху. Движение воздуха обеспечивается нагнетающими вентиляторами, установленными в нижнем этаже сушилки, и всасывающими вентиляторами, находящимися в верхнем этаже. Нагревание воздуха производится в паровых калориферах. Вертикальная сушилка имеет топку. Свежепроросший солод ковшовым элеватором поднимается на верхний этаж сушилки, затем телескопической трубой направляется в шнековый распределитель, который равномерно распределяет солод по всем секциям. Под каждой секцией установлен шнек для выгрузки солода по окончании цикла сушки.

При работе сушилки через каждые 12 ч сухой солод из нижней зоны удаляется разгрузочными шнеками. Солод из средней зоны спускается в нижнюю зону в, а из верхней — в среднюю. Освободившаяся верхняя зона заполняется свежепроросшим солодом. Общая продолжительность пребывания солода в секциях сушилки при 12-часовом цикле равна 36 ч.

Все операции в вертикальной сушилке механизированы, а сушилка имеют от 3 до 12 секций. Производительность каждой секции за цикл (за каждую выгрузку) 1350 кг сухого солода.

Общим недостатком сушилоки является нарушение режима сушки во время загрузки свежепроросшего солода, перемещения солода с решетки на решетку и выгрузки сухого солода. После каждого простоя сушилки, необходимого для проведения указанных погрузочно-разгрузочных работ, температура в слое солода и скорость сушки резко снижаются, что несомненно, тормозит сложные физико-химические и биохимические процессы в зернах солода. Данная сушилка относится к сушилкам высокой производительности, то есть имеет огромное энергопотребление. Именно в этих сушилках наиболее важным вопросом является вопрос теплоутилизации.

Техническая характеристика сушилки «ТОПФА»

Число ярусов 3

Производительность сушилки:

gо высушенному светлому солоду, т/сут 28

Число шахт 10

Продолжительность сушки, ч в одной зоне 12

общая 36

Мощность эл. двигателей, кВт 49,6

Размеры, мм:

ширина по фронту 10 800

длина (глубина) 6162

высота зон

верхней 2740

средней 2640

нижней 2633

2.2 Описание конструкции и технические характеристики замочного аппарата

Моечный аппарат для зерна состоит из цилиндрического корпуса, моечного устройства, сливной коробки выпускного устройства. Перемешивание зерна в целях его мойки и насыщения кислородом осуществляется с помощью моечного устройства, расположенного в центре аппарата. Для перемещения зерна в моечное устройство подается сжатый воздух, он увлекает за собой зерно с водой и поднимает его вверх. Для спуска замоченного зерна в аппарате для солодоращения в нижней части замочного аппарата находятся вентиль с клапаном и спускной штуцер. В таком аппарате перед замачиванием можно проводить и мойку зерна.

Техническая характеристика замочного аппарата Вместимость, м³ 52

Масса замачиваемого ячменя, кг 24 000

Размеры, мм:

диаметр 4500

высота цилиндрической части 2500

высота конуса 2250

общая высота 6400

Масса, кг 5600

Масса с полной нагрузкой, кг 57 600

3. Инженерные расчеты

3.1 Технологический расчет солодосушилки

Произведем тепловой расчет сушилки солода для цеха производительностью 18 000 тонн в год по товарному солоду.

Определим суточную производительность солодосушилки П_сут кг/сут, по формуле

П_сут=18 000/П_рд, (3.1)

где, П_рд— количество рабочих дней в году, П_рд=330 дней;

П_сут=18 000/330=54 545 кг/сут. = 2371,5 кг/ч

Количество сырья, полуфабрикатов и продукции по основным стадиям производства помещаем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 — Исходные данные для расчета, кг

Определим количество влаги удаляемого при сушке солода без учета ростков W₀, кг/сут, по формуле

W₀=П_зел.с— П_св.с; (3.2)

W₀=91 854 — 53 236= 38 618 кг/сут.

Определим количество свежевысушенных ростков П_сух.р, кг/сут по формуле П_сух.р= (3.3)

где W₅— конечная влажность ростков, %, W₅=3%;

П_сух.р= кг/сут. = 112 кг/ч Определим количество влажных ростков П_{вл, р}, кг/сут, по формуле П_вл.р=, (3.4)

где,

W₁-начальная влажность ростков, %, W₁=4.3%

П_вл.р кг/сут.

Определим количество влаги удаляемой из ростков в процессе сушки W_p, кг/сут, по формуле

W_p=П_вл.р-П_сух.р, (3.5)

W_p=4076−2581= кг/сут.

Определим общее количество влаги W, кг/сут удаляемой в процессе сушки по формуле

W=W₀+W_p, (3.6)

W=38 618+1495=40 113 кг/сут;

Определим общее количество свежевысушенного солода и ростков g₁, по формуле

g₁=П_св.с+П_сух.р, (3.7)

g₁=2314,6+112,2=2426,8 кг/ч.

Определим общее количество зеленого солода с ростками G₁, кг/сут, загружаемого в сушилку по формуле

G₁=П_зел.с+П_вл.р (3.8)

G₁=91 854+4076=95 930 кг/сут.

Определим вес солода g₂, кг/ч, поступающего в i-ю зону по формуле

g₁=g_1, (3.9)

где W_i — влажность солода в iой зоне, %;

g₂=2426,8 кг/ч.

g₃= кг/сут.

g₄= кг/сут.

Определяем количество удаляемой воды W_i, кг/ч по зонам в соответствии с формулой

W_i=g_i-g_i+1, (3.10)

где, g_i— количество солода поступающего в i-ую зону, кг/ч;

g_i+1— количество солода поступающего в i+1-ую зону, кг/ч;

W₁=4107.9−3181=989.9 кг/ч.

W₂=3181−2675=506 кг/ч.

W₃=2675−2504.3=170.7 кг/ч.

W₄=2504.3−2426.8=77.5 кг/ч.

Таблица.3.2 — Расчетный режим сушилки

Определим общий расход воздуха L, кг/ч по формуле

L =, (3.11)

где d₂ — влагосодержание воздуха, выходящего из солодосушилки, г/кг;

d₀ — влагосодержание воздуха, входящего в солодосушилку, г/кг,

d₀=10,2 г/кг;

Для летних условий параметры свежего воздуха определим из I-d диаграммы

t₀ — температура окружающего воздуха,^оС, t₀=20^оС;

?_о — относительная влажность,%, ?_о=70%;

I₀ — энтальпия воздуха, кДж/кг, I₀=46,5 кДж/кг;

Параметры отработанного воздуха

t₀ = 30⁰C; ?₀ =80%; I₀=20.6 кДж/кг; d₀=22,0 г/кг;

Определим массовый расход воздуха для летних условий по формуле

L = кг/ч.

Для зимних условий параметры свежего воздуха определены по I-x диаграмме:

t₀=-20^оС; ?₀=80%; d₀=0,7 г/кг; I₀=-19,7 кДж/кг;

Параметры отработанного воздуха определяем по таблице:

t₂=27^оС; ?₀=70%; d₂=16,2 г/кг; I₂=68,3 кДж/кг;

Определим массовый расход воздуха для зимних условий по формуле

L = кг/ч.

Составим тепловой баланс Расход тепла на подогрев солода при температурах (начальная температура солода 16⁰С) определяем по формуле после 1-ой зоны 35^оС;

после 2-ой зоны 50 ^оС;

после 3-й зоны 65 ^оС;

после 4-й зоны 80 ^оС;

Q_Ci=g_i+1?t_CiC_i, (3.12)

где g_i+1 — масса солода находящегося в (i+1)-й зоне, кг;

?t_C — арифметическая разность температур между (i+1)-й и i зоной,^оС;

C_i— теплоемкость солода в i зоне, кДж/(кг?^оС), по формуле

C_i=, (3.13)

где, W_i+1— влажность солода в (i+1)-й зоне;

Определим расход тепла Q_Ci, кДж/кг, по формуле (3.12) предварительно определив значение C_i в данной зоне по формуле (3.13)

С₁= кДж/(кг?^оС).

Q_C1=3181 кДж/ч.

для второй зоны

С₂= кДж/(кг?^оС).

Q_C2=кДж/ч.

для третей зоны С₃= кДж/(кг?^оС).

Q_C3= кДж/ч.

для четвертой зоны С₄= кДж/(кг· ^оС).

Q_C4=кДж/кг, Конструктивная толщина стенок сушильной камеры 142 мм — листовая сталь 2 мм, два слоя пенобетона по 30 мм и слой полиуритана 80 мм.

Определим общий коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²?К), стенок камеры по формуле К =, (3.14)

где ?₁— коэффициент теплопередачи от теплоносителя к стенке, кДж/(м²?К);

?₁=5000 кДж/(м²?К);

— сумма термических сопротивлений стенки, (м² ?К)/кДж;

?₂-коэффициент теплопередачи от стенки в окружающую среду кДж/(м²?К);

?₂=5000 кДж/(м²?К);

К = кДж/(м²?К).

Температуру в помещении принимаем равной 16 ^оС.

Определим поверхность теплообмена F, м² по зонам в соответствии с формулой

F_I=, (3.15)

где h_I— высота i-ой зоны, м;

bширина продуктовой шахты, м; (b=0,2 м);

F₁= м².

F₂= м².

F₃= м².

F₄= м².

Определим потери тепла по зонам в соответствии с формулой

Q_I=F_I ?K??t_I; (3.16)

где ?t_I— средняя разность температур определяемая по формуле,^оС,

?t_I=, (3.17)

где t_Bi+1— температура воздуха в (i+1) зоне, ^оС;

t_Bi— температура воздуха в i-ой зоне, ^оС;

Определим потерю тепла в первой зоне предварительно определив разность температур по формуле (3.17)

?t₁= ^оС.

тогда Q₁= кДж/кг.

для второй зоны

?t₂= ^оС.

Q₂= кДж/кг.

для третей зоны

?t₃= ^оС.

Q₃= кДж/кг.

для четвертой зоны

?t₄= ^оС.

Q₄= кДж/кг.

Величиной потерь тепла с воздухом, уходящим через неплотности воздуховодов и разгрузочные отверстия шахт, пренебрегаем в связи с установкой нагнетательного вентилятора непосредственно у сушилки и засосом части воздуха из помещения для пользования при сушке.

Определим величины потерь тепла ?_i, кДж/ч, по зонам в соответствии с формулой

?_i=W_it_i-Q_Ci-Q_i (3.18)

?₁= кДж/ч.

?₂= кДж/ч.

?₃= кДж/ч.

?₄= кДж/ч.

Определим общую величину потерь по формуле

?=, (3.19)

?= кДж/ч.

Все необходимое для сушки тепло в сушилку подводится при помощи нагретого в калорифере воздуха.

Определим массовый расход воздуха L_K проходящего через калорифер по формуле