Проектирование цилиндроконического бродильного аппарата (ЦКБА) для пивоваренного производства мощностью 8 млн. декалитров в год, плотность сусла 12, 8 варок в сутки, 350 рабочих дней

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле (3.11) [1, с. 150]:
, (3.11)
где К – коэффициент теплопередачи, (Вт/м2∙К).
.
Принимаем в качестве хладагента соляной рассол с температурой tp2 = -1 0C на выходе и температурой tp1 = -6 0C на входе в аппарат.
Определим разности температур. Разность температур охлождаемого сусла и рассола определяется по формуле (3.12) [1, с. 151]:
(3.12)
Разность температур охлажденного сбраживаемого сусла и рассола определяется по формуле (3.13) [1, с. 151]:
(3.13)

Средняя логарифмическая разность температур определяется по формуле (3.14) [1, с. 151]:
, (3.14)

Необходимая площадь поверхности теплопередачи змеевика F3, м2, определяется по формуле (3.10) [1, с. 151]:
, (3.15)
91,0 м2
Длинна змеевика определяется по формуле (3.16) [1, с. 151]:
, (3.16)
517,56 м, округленно примем равной 520 м
Исходя из конструкции, имеем 4 секции охлаждения, тогда длина каждой секции будет равна (3.17):
(3.16)
130 м

3.3 Конструктивный расчет

Задачей конструктивного расчета является определение геометрических параметров аппарата.
При заданной площади поверхности аппарата диаметр аппарата (внешний) Dвн = 8,0 м, откуда Rвн = 8,0/2 = 4,0 м.
Высота конуса в нижней части аппарата определяется по формуле (3.12) [1, с. 149]:
, (3.17)
где hк – высота конической части, м;
β – угол наклона образующей конуса, принимаем β = 370.
м
Длина образующей конуса определяется по формуле (3.13) [1, с. 149]:
, (3.18)
м
Образующая конуса верхней части определяется по формуле (3.19):
, (3.19)
где lвк – длина образующей верхнего конуса, м;
θ – угол наклона верхнего конуса, принимаем, θ =790.
2,03 м
Высота верхнего конуса определяется по формуле (3.20) [1, с. 149]:
, (3.20)
где Н – высота верхнего конуса, м.
0,4 м
Объем цилиндрической части аппарата определяется по формуле (3.21) [1, с. 149]:
, (3.21)
м3
Высота цилиндрической части аппарата определяется по формуле (3.22) [1, с. 149]:
, (3.22)
18,91 м
Общая высота аппарата определяется по формуле (3.23) [1, с. 149]:
, (3.23)
м
Определение толщины стенки аппарата.
Рабочая камера находится под гидростатическим давлением Р=0,015МПа/2/. Давление в аппарате оказывает нагрузку на внутреннюю стенку рабочей камеры. Поэтому расчет толщины стенки рабочей камеры производится как для емкости, работающей под давлением [6, с. 68].
При определении толщины стенки S должно выполняться условие (3.24) [6, с. 68]:
, (3.24)
где: S – толщина стенки, м .
Sр – толщина стенки расчетная, м; определяется по формуле (3.25) [6, с. 68].
С-прибавка толщины стенки на коррозию, 0,003 м.
, (3.25)
где: Р – давление, 0,2 МПа;
D – диаметр рабочей камеры, 8,0 м;
- коэффициент прочности сварного шва, 1,0;
- предел прочности стали, 420 МПа.
0,0019 м
Стандартная толщина обечайки аппарата составляет 20 мм.
Следовательно:
20 > 2 + 3 = 5 мм – условие выполняется
4 МОНТАЖ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ

4.1 Последовательность монтажа оборудования

К такелажных работ относят загрузки, разгрузки, а также горизонтальное по наклонной плоскости и вертикальное перемещение оборудования и конструкций с помощью грузоподъемных машин и такелажной оснастки.
Оборудование попадает к заказчику в уже собранном виде со снятыми на время транспортировки патронами, кронштейнами, пневмоцилиндрами, коллекторами и контрольно-измерительных приборов. Перевозки фильтра, ящиков, погрузочно-разгрузочные работы должны проводиться без резких качков и ударов.
После распаковки необходимо провести внешний осмотр изделий, механизмов и приборов установки, а также комплектность установки. При обнаружении дефектов или недостачи необходимо составить акт и рекламацию направить заводу-изготовителю.
Для успешного проведения монтажных работ необходимо заранее подготовить и доставить на монтажную участок всю необходимую техническую оснастку, в которую входят канаты, полиспасты. Канаты применяют пеньковые, стальные и изготовлены из полимерных материалов (капрона, перлона).
При монтаже патронного фильтра используют стальные канаты двойной скрутки, которые называются тросами и состоят из 6 прядей и одного органического сердечника. Различают крестообразно скручивания, при котором проволочки в пряди скручены в одном направлении, такое скручивания называют односторонним.
Расчет диаметра каната для виготовленнявантажопидйомних строп приводится ниже. Тросы делятся на 3 типа:
жесткие (6х19 + 1о.с.) (6 прядей по 19 проволок и органический сердечник) – используют как растяжки и применяют при условии отсутствия необходимости вязание узлов
мягкие (6х37 + 1о.с.) – используют в качестве тросов подъемных механизмов;
особенно мягкие (6х61 + 1о.с.) – обладают высокой гибкостью и применяют для изготовления строп, а также при необходимости вязания узлов.
Грузовой крюк и груз при транспортировке соединяют с помощью строп- «петель». Стропом называют устройство для подвешивания груза к крюкам, скоб, траверс. По количеству веток стропы могут быть одновитковимы и многосеточных, а также универсальными.
Все операции по перемещению и подъему фильтра и других упаковочных мест проводят согласно общим положениям и требованиям техники безопасности при погрузочно-разгрузочных и такелажных роботахстроповку проводят зидно схемы строповки показанной на письме №8.

4.2 Особенности проведения монтажных работ

Перед проведением монтажных работ необходимо:
подготовить место установки фильтра в соответствии с требованиями технологического процесса производства, действительного технологического описания, сборного чертежи фильтра, а также по требованиям чертежей установки и привязки фильтра технологической линии.
оттранспортировать фильтр и все упаковочные места на место установки.
распаковать и провести очистку от возможных загрязнений в процессе транспортировки и хранения и консервации.
проверить правильность размеров размещения монтажных мест, на мижповнрхневому перекрытии.
провести полную расконсервацию мест, защищенных от коррозии. Допускается применение органических растворов.
При проведении монтажных работ:
установить фильтр в отверстие межэтажного перекрытия на опорную раму.
вставить блок пневмораспределителей на предварительно видготовленни места в соответствии с требованиями технологического процесса, чертежей фильтра.
выверить фильтр по главным осям в плане и пользуясь отжимными винтами и монтажными пластинами, провести выверку вертикальности фильтра на опорной раме по меткам на корпусе.
закрепить жестко фильтр болтами к опорной рамы.
установить на фильтре кронштейны с пневмоцилиндрами поворота байонетного кольца.
провести сбор других сборочных единиц и зипирнои арматуры на штуцерах фильтра.
- провести обвязку фильтра технологическими трубопроводами в соответствии с таблицей штуцеров, представленной на чертеже фильтра.
- коллекторы с управляющей запорной арматурой установить на опоры с таким расчетом, чтобы на их штуцеры и запорную арматуру не передавались дополнительные нагрузки от подключенных к ним технологических трубопроводов.
трубопроводы и системы управления, продуть сжатым, очищенным и сухим воздухом при подготовке к работе пневматических приборов и пневмоцилиндров.
к земле корпус фильтра, блок пневмораспределителей согласно «Правилам технической эксплуатации электроустановок» перед пидеднання к источнику электропитания.
проверить работоспособность приборов контроля давления в лаборатории КИП, при необходимости, манометр и мембранный разделитель заповноты полиетилсилоксановою жидкостью по ГОСТ13004-77. Наличие воздуха и утечка жидкости мембранной камеры не допускается.
Перед пуском фильтра в эксплуатацию провести следующие работы:
проверить регулировку опорных роликов:
зазор между байонетным кольцом и опорными роликами в пределах 0,5-1,0мм;
проверить надежность затяжки винтов на фланцах арматуры и соединений коммуникаций;
провести гидравлические испытания фильтра с запором арматуры и технологическими трубопроводами.
проверить исправность фильтровальных патронов и их крепления;
проверить исправность прокладки и равномерное прилегание крышки фильтра к корпусу, при необходимости отрегулировать гайкой на штоке пневмоцилиндра подъема крышки;
проверить работу байонетного затвора, поворот байонетного затвора должен обеспечивать мероприятие зубов байонетного кольца на полную длину зубов крышки. Допускается отклонение ±15 мм. Радиальный и боковой зазоры между зубами и впадинами байонетного кольца и крышки должны быть равномерными по всей окружности, при этом:
величины бокового зазора в пределах 14-15мм обеспечивается регуюванням серьги на штоках пневмоцилиндров поворота байонетного кольца;
величина радиального зазора в пределах 3-5мм обеспечивается регулировкой ударных роликов на байонетному кольце;
При наличии протекания жидкости в запорной арматуре или фланцевых соединениях – устранить недостатки.
После получения удовлетворительных результатов испытаний, фильтр допускается к эксплуатации.
Составить акт испытаний с заключением о пригодности фильтра к эксплуатации.
Провести теплоизоляцию наружной поверхности фильтра.

4.3 Эксплуатация и техническое обслуживание

Бродильные аппараты перед пуском должны быть осмотрены, проверена исправность и готовность к работе всех связанных с ними аппаратов и трубопроводов, исправность контрольно-измерительных приборов, регуляторов температуры и давления в аппарате, измерителей уровня жидкости в нижней части аппаратах приемниках сусла, сусловых емкостях и емкостях остатка.
Пуск бродильного аппарата в работу должен производиться строго в установленной последовательности, которая должна быть указана в технологической инструкции.
При работе аппарата необходимо непрерывно контролировать параметры процесса и исправность аппарата.
Для улавливания жидкости, которая может быть выброшена вместе с парами и газами через предохранительный клапан наружу на линии за предохранительном клапаном следует иметь сепаратор. Уровень жидкости в сепараторе не должен превышать установленного предела.
В зимнее время на открытых установках не реже одного раза в смену необходимо проверять состояние аппарата, продуктопроводов, водяных линий, дренажных отростков на рассолопроводах и аппарата, спускных линий и т.п.
В этот период следует обеспечить непрерывное движение жидкости в коммуникациях для предотвращения их разрыва. Спускные и дренажные линии, а также наиболее опасные участки для подачи воды, щелочи, других замерзающих жидкостей должны быть утеплены.
Необходимо следить за тем, чтобы поврежденные участки теплоизоляции бродильных аппаратов и их опор своевременно исправлялись. Теплоизоляция должна быть чистой, исправленной и выполнена так, чтобы при утечках не могли образовываться скрытые потоки жидкости по корпусу.
Чистку внутренней поверхности аппарата следует вести осторожно не искрящими инструментами.
Отложения, снимаемые со стенок при очистке необходимо складывать в металлическую посуду и удалять из помещения или с установки.
При обнаружении утечки в аппарате необходимо подать водяной пар или азот к местам пропуска для предотвращения возможного воспламенения или образования смесей взрывоопасных концентраций.
При возникновении аварии или пожара после снижения внутреннего давления в аппарате необходимо подать внутрь его водяной пар или азот.
В цехах или на открытых установках необходимо проверять наличие первичных средств пожаротушения и исправность имеющихся стационарных или полустационарных систем пожаротушения.
Бродильные аппараты большой высоты (40м и более) должны быть обеспечены стационарными системами водяного или воздушно-пенного охлаждения и тушения, состояние и наличие которых должно систематически проверяться.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Курсовой проект посвящен теоретическому описанию принципов работы и проектированию цилиндрического бродильного аппарата для пивоваренного производства мощностью 8,0 млн. дал. в год.
При выполнении курсового проекта был подробно процесс сбраживания пивного сусла, а также типы и конструкции основных аппаратов, применяемых для данного процесса.
В данном курсовом проекте была рассмотрена конструкция бродильного аппарата типа ЦКБА для ускоренного дображивания пива. В ходе разработки были определены технологические, энергетические и конструктивные параметры установки, выполнен сборочный чертеж аппарата и рабочего органа, проработана технологическая схема получения пива.
Рассчитанная в соответствии с заданием производительность оборудования составляет 8 млн. дал/год несколько превышает заданные плановые значения (на 0,41 млн. дал/год), следовательно, имеется небольшой ресурс для увеличения производительности установки. Следовательно, батарея из 10 аппаратов бродильных цилиндрических типа ЦКБА объемом 1000 м3 достаточна для выполнения планового задания производства.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя, 3 том. – М.: Машиностроение, 1979. – 557с.
Балашов В.Е. Оборудование предприятий по производству пива и безалкогольных напитков, -М. Легкая и пищеваяпромсть 1984. – 248 с.
Борисенко Т.Н. Технология отрасли. Технология пива: учебное пособие. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2007 – 136 с.
Ермолаева Г. А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия/Г. А. Ермолаева. – СПб.: Профессия, 2005. – 536 с.
Зайчик, Ц.Р. Технологическое оборудование : учебник для вузов. Ч. 1 Технологическое оборудование винодельческих предприятий / Ц.Р. Зайчик. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : КолосС, 2007 – 336 с.
Кретов И. Т. Инженерные расчеты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности/И. Т. Кретов, С. Т. Антипов, С. В. Шахов. – М.: КолосС, 2014. – 391 с.
Кунце В. Технология солода и пива/В. Кунце, Г. Мит. – М.: Профессия, 2011. – 912 с.
Машины и аппараты пищевых производств. Кн. 2: Учеб. Для вузов / С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др.; Под ред. акад. РАСХН В.А. Панфилова. – М.: Высш. шк., 2001. – 680 с.
Миленькая Т.С. Современное технологическое оборудование: курс лекций. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2006. – 140 с.
Петров С.М., Филатов С.Л., Шурбованый В.Н., Шибанов В.М., Захаров Э.В., Григорьев А.И., Ломоносова Г.Г. Промышленное применение современных заторных фильтров-прессов для повышения качества квасного сусла на ОАО «Букет Чувашии» // Пиво и напитки. – 2013. – №4. – С. 32 – 35.
Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: КолосС, 2007. – 760 с.
Попов В.И., Кретов И.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности. 5-е издание и доп. –М.: Пищевая промышленность, 1972 – 591 с.
Процессы и аппараты пищевой технологии / Под ред. С. А. Бредихина: Учебное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2014. – 544 с.
Стабников В.Н. и др. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 510 с.
Федоренко Б.Н. Пивоваренная инженерия: технологическое оборудование отрасли. – СПб.: Профессия, 2009. – 1000 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Технологическая схема производства



ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Бродильный аппарат (чертеж общего вида)


ПРИЛОЖЕНИЕ В

Спецификация к чертежу основного аппарата












3














Изм. Лист № докум Подпись Дата Разраб Аппарат бродильный
цилиндрический
для пивоваренного производства Литера Лист Листов Пров y 2 53 Н. Контр. Утв

Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата