Холодильные установки пивоваренного завода

Министерство  образования РФ.

Санкт-Петербургский  национальный исследовательский университет  информационных технологий, механики и оптики

 

Институт Холода и Биотехнологий.

 

Кафедра холодильных установок.

 

 

 

 

 

Курсовой  проект.

По дисциплине: «Холодильная техника  и системы хладоснабжения ПГ»

Тема проекта: «Холодильные установки  пивоваренного завода».

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка 4ПБ группы

Гаврильева А.А.

 

Проверил:

Суедов Владимир Петрович

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург.

2012 год

 

 

Содержание.

1.Техническое задание……………………………………………………………….3

2.Производство пива ………………………………………………………………...4

3. Характеристика охлаждаемого объекта………………………………………..7

4.Выбор схемных решений установки и расчет термодинамических циклов холодильных машин ………………………………………………………………...8

5.Построениетермодинамических  циклов в диаграмме состояния  хладагента…………………………………………………………………………….9

 

6.Расчет потребности  в холоде……………………………………………………..9

 

6.1Теплоприток от ограждений  охлаждаемых помещений………………….…9

 

6.2Теплопритоки от производственных  помещений……………………...…….9

 

6.3Теплоприток от наружного  воздуха при вентиляции охлаждаемых  помещений……………………………………………………………………………9

 

6.4Эксплутационные теплопритоки……………………………………………....10

 

7.Подбор холодильного  оборудования……………………………………………10

 

7.1Расчет и подбор  компрессора………………………………………………..….10

 

7.2 Расчет и подбор конденсатора………………………………………………..11

8.Список литературы……………………………………………………………...12

Приложения

1)Блок схема

2)Схема гидравлическая  функциональная

3)d-h диаграмма влажного воздуха

4)Построение термодинамического  цикла в диаграмме состояния  хладагента

 

                                             1.Техническое задание

Рассчитать и подобрать  основное холодильное оборудование, а также составить функциональную схему холодильной установки  пивоваренного завода.

Исходные данные приведены  в таблицах №1 и №2.

Таблица №1

Местоположение предприятия	Пермь
Производительность предприятия, млн. дал/год	10
Доля сортов пива в выпускаемой  продукции,%	Московское-65 Жигулевское-35
Тип охлаждаемого помещения	Склад хранения
Размеры охлаждаемого помещения L*B*H, м	60*24*4,2

Таблица№2

Климатические параметры  воздуха для Оренбурга

Среднемесячная температура самого жаркого месяца t ср. мес,ͦ С	18,1
Температура абсолютного максимума t а.м., С	37
Средняя максимальная температура  в самый жаркий месяц tср.м.,ͦ С	23,7
Средняя температура годовая tср.год., ͦ С	1,5
Среднемесячная относительная  влажность самого жаркого месяца в 13 ч φм %	57

  

2.Производство пива

Пиво-слабоалкогольный напиток (массовая доля спирта в пиве до 6, 0 %), получаемый сбраживанием специальными пивными дрожжами сусла из ячменного солода и воды с добавлением хмеля. Основным сырьем для приготовления пива являются ячмень, хмель, вода и дрожжи. Для изготовления некоторых сортов пива часть ячменного солода заменяется мукой хлебных злаков (рис, кукуруза и ячмень) и сахаром. Основные процессы в производстве пива-приготовление солода, приготовление и брожение сусла, выдержка пива, его фильтрация и розлив. Приготовление солода начинают с замачивания и проращивания ячменя. При проращивании в ячмене накапливаются растворимые вещества, ферменты, которые расщепляют крахмал на более простые растворимые углеводы. Затем зеленый солод поступает на сушку. При этом удаляются влага, ростки, солод приобретает определенный вкус, аромат и цвет, передаваемые затем пиву. В зависимости от температуры и продолжительности сушки получают светлый или темный солод, который используется для приготовления соответственно светлого или темного пива.

Проращивают ячмень в специальных  теплоизолированных помещениях-солодовнях, которые бывают токовыми и пневматическими. Для отвода теплоты дыхания, выделяющегося  при прорастании ячменя, токовые  солодовни оборудуют пристенными рассольными батареями, поддерживающими температуру воздуха в пределах 10-12ͦ с.

Воздухоохладители в токовых солодовнях применять не рекомендуется, так  как при этом солод в грядах подсушивается. В пневматических солодовнях солодоращение осуществляется в ящиках или барабанах с продуванием через слой прорастающего зерна увлажненного и охлаждённого воздуха. Солодоращение происходит с выделением18000кДж теплоты на каждый килограмм потери сухих веществ.

Для приготовления пивного сусла  солод дробят и смешивают с  подогреваемой водой(затирают). В заторе протекают ферментативные процессы, в результате которых часть сухих веществ затора проходит в раствор, образуя экстракт. Затор фильтруется для отделения сусла. Полученное сусло кипятят с хмелем. Хмель- высушенные соцветия многолетнего растения семейства конопляных горькие хмелевые вещества, эфирные масла и дубильные вещества хмеля придают пиву горький вкус и аромат, влияют на пенообразование, повышают стойкость пива. После удаления отработавшего хмеля сусло охлаждают.

Горячее пивное сусло охлаждают в две стадии: вначале медленно на холодильных тарелках или в отстойных чанах до 60 ͦ С, а затем быстро в открытых оросительных или закрытых пластинчатых охладителях до 5-6 ͦ С.

Охладительная тарелка представляет собой плоский открытый прямоугольный  сосуд, в который наливается сусло, высотой слоя не более 10-20 см. охлаждение происходит в основном за счет испарения  воды и потерь теплоты в окружающую среду через стенки тарелки. Продолжительность  охлаждения 1,5-2 ч. На тарелках сусло  хорошо аэрируется и освобождается  от взвешенных частиц. Отстойно-охладительный  чан выполняется в виде цилиндрического  закрытого резервуара, который оборудуется  внутреннем охлаждающим змеевиком  или наружной охлаждающей рубашкой, через которые пропускается вода. Длительность охлаждения сусла с таких аппаратах 30-40 мин. Затем сусло подается в оросительные или пластинчатые охладители одно- или двухсекционного типа. Охлаждение осуществляется водой, рассолом или при непосредственном кипении хладагента. Охлажденное сусло имеет температуру 5-6ͦ С.

В охлажденное сусло вводят специальные  расы пивных дрожжей и подвергают его брожению. Брожение имеет две  стадии: главное брожение и дображивание. При главном брожении, которое ведется в бродильных аппаратах при 5-20ͦ  С и продолжается 7-11 суток в зависимости от концентрации сусла, сбраживается наибольшая часть сахара. В результате получается молодое, так называемое «зеленое пиво», еще не годное к употреблению. Дображивают пиво в закрытых резервуарах под давлением 30-70 кПа при 1-4ͦ с в течении 11-90 суток(в зависимости от сорта). При дображивании пиво насыщается диоксидом углерода, осветляется и приобретают выраженных вкус и аромат. Бродильные аппараты оборудованы трубчатыми змеевиковыми или пластинчатыми охладителями или охлаждающими рубашками. Выделяющаяся при брожении теплота отводится циркулирующей по охладительными устройствам водой температурой 1ͦ с. При внесении в сусло дрожжей его температура повышается с 5-6 до 9-10ͦ с и сусло начинают охлаждать. Охлаждение прекращают, когда брожение замедляется и температура в чане начинает падать. В конце брожения молодое пиво вновь охлаждают до 4ͦ с.

При дображивании температура пива поддерживается вначале на уровне 4ͦ с, а затем понижается до 1-2ͦ с. В бродильных отделениях поддерживается температура воздуха около 1ͦ с при относительной влажности 70-75%. В качестве холодильного технологического оборудования применяются воздухоохладители и пристенные батареи. Процессы главного брожения, дображивания и хранения до розлива могут осуществляться  одном танке, оборудованном несколькими змеевиками, расход хладоносителя по которым регулируется в зависимости от стадии процесса производства пива.

Готовое пиво фильтруют и направляют в специальные сборники, из которых  его падают на розлив в бутылки, бочки  и изотермические автоцистерны. Для  увеличения стойкости пиво иногда пастеризуют  в специальных аппаратах путем  нагревания и выдержки при температурах 63-70ͦ с споследующим охлаждением до 10-12ͦ с.

Склады готовой продукции охлаждают  до 10-12 ͦ с с помощью воздухоохладителей, через которые циркулирует хладоноситель или хладагент.

Таким образом, в пивоварении искусственный  холод применяют в технологических  процессах выработки солода и  пива, для поддержания необходимых  параметров воздуха в производственных помещениях, при хранении готовой  продукции и хмеля. В зависимости  от особенностей предприятия и вида вырабатываемой продукции в пивоваренной промышленности применяют различное  холодильное технологическое оборудование на отдельных стадиях технологического процесса.

При замачивании ячменя используется артезианская или охлажденная до 10-15 ͦ с вода. Иногда артезианскую воду закачивают в водонапорные башни, где она находится длительное время под воздействием солнечных лучей. Естественно, что вода нагревается и ее применение для охлаждения становится нецелесообразным. Для охлаждения производственных помещений и технологического оборудования применяют централизованные аммиачные одноступенчатые холодильные установки в промежуточным хладоносителем. На каждом предприятии имеется несколько холодильных систем, отличающихся температурами кипения и предназначенных для обслуживания различных технологических процессов. Безалкогольные напитки представлены следующими группами: минеральные воды, газированные напитки, плодово-ягодные напитки(сиропы, соки, экстракты), хлебный квас. При производстве газированных напитков искусственный холод применяется при изготовлении сиропа, его купажировании, приготовлении газированной воды в розлив.

 

3.Характеристика охлаждаемого  объекта

Выполнена эскизная проектная  проработка холодильной установки  крупного универсального пивоваренного  завода производительностью 6 млн. ден./ год.

В соответствии с технологией  производств и правилами техники  безопасности теплота от потребителей холода может отводиться только с  помощью воды с температурным  уровнем +1ͦ с и рассола с  температурой -5ͦ с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Выбор схемных  решений установки и расчет  термодинамических циклов холодильных  машин.

Расчетная температура наружного  воздуха:

Tн=0,6*tсм+0,4t

Tн=0,6*18,1+0,4*37=25,66 с

Температура смоченного термометра-определяется с помощью диаграммы «d-i» влажного воздуха:

Tм=19 с

Температура конденсации  хладагента:

t_к=t_w2+Δt_w[exp(t_w/θ)-1]

t_w2=t_м.т+Δt/η=19+5/0,5=29°C

t_w1=t_w2-5=19-5=24°C

Δt_w=5°C

t_к=t_w2-5=24

Температура кипения хладагента:

T= -10ͦ с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Построение(изображение) термодинамических циклов в диаграмме состояния хладагента

Изображение процессов  в диаграмме строится с учетом реальных условий и особенностей протекание этих процессов в каждом элементе машины.

Таблица параметров условных точек

Точки	Температура,ͦ с	Давление, 10^5Па	Энтальпия, кДж/кг
1	-10	3	1380
2	92	11	1620
3	-8	11	1398
4	34	11	290
5	30	11	255
6	-10	3	255
7	-10	3	1370

 

6.Расчет потребности  в холоде

6.1Теплоприток от  ограждений охлаждаемых помещений

Теплоприток Q1т рассчитывается по формуле теплопередачи с учетом размеров ограждений охлаждаемых помещений:

q=0,8кВт/м2

Qi1=L*B*H*q=60*24*4,2*0,8=4838,4 кВт

6.2Теплопритоки от  производственных помещений

G=10^6/(240*24)=1736,11 Дал/час

6.3 Теплоприток от охлаждаемых  продуктов

Qi2=G*0,2=347,2кВт

Q1= Qi1+ Qi2=5185,6 кВт

Q2=G*qп=1736,11*614/3600=296кВт

6.3Теплоприток от наружного воздуха при вентиляции охлаждаемых помещений

Q3=α*Vстр*ρв*(i1-i0)/(24*3600)

i1-i0=55,5-10=45,5

α=5

Q3=5*60*6*24*4,2*45,5/(24*3600)=20,7025 кВт

6.4Эксплутационные теплопритоки

Источники эксплуатационных теплопритоков: электрическое освещения, работающие в помещении люди и  механизмы, открытые двери.

Q4=0,15*( Q1+ Q3)

Q4=0,15*(5185,6+20,7025)=780,95кВт

Qсум= Q1+ Q2+ Q3+ Q4=6283,2525 кВт

7.Подбор холодильного оборудования

Элементный состав установки  подбирается из современного отечественного оборудования.

Функциональные группы оборудования должны создаваться из унифицированных  элементов, а при параллельном соединении-из элементов, приблизительно равным по мощностным характеристикам.

7.1Расчет и подбор комрессора

• Удельная холодопроизводительность