Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Павлов И.Н. Технологическое оборудование солодовенного производства - файл 1.doc


Павлов И.Н. Технологическое оборудование солодовенного производства
скачать (5223 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc5223kb.04.12.2011 17:57скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3   4   5   6   7
Реклама MarketGid:
Загрузка...
^

3.3 Оборудование для сушки свежепроросшего солода



Свежепроросший солод для производства пива применять нельзя, так как он имеет сырой запах и вкус, в нем нет ароматических красящих веществ, много содержится растворимых белковых веществ, образующих в растворе стойкую муть. Это не дает возможности получать прозрачные сусло и пиво. Чтобы получить пиво, удовлетворяющее всем требованиям, свежепроросший солод необходимо высушить.

Как объект сушки солод можно характеризовать следующими показателями.

1. Первая критическая влажность, разграничивающая периоды постоянной и падающей скорости сушки, составляет около 38 % к общей массе (или около 62 % к массе сухих веществ);

2. Гигроскопическая влажность солода составляет 23–26 % к общей массе (или 30 % к массе сухих веществ);

3. Наиболее трудно удаляется влага из солода при влажности его 9 % к общей массе (или 10 % к массе сухих веществ) и при более низкой влажности;

4. Равновесная влажность солода зависит от относительной влажности воздуха и его температуры и приблизительно составляет 3–3,5%.

Сушилки солода являются обязательным элементом солодовни, вырабатывающей пивоваренный солод. Задача сушилки состоит в том, чтобы:

1) понизить влагосодержание солода с 45 до 1,5–3,5 % и этим самым сделать его стойким для продолжительного хранения;

2) сообщить солоду действие высоких температур соответственно вырабатываемому типу (вкус, аромат и окраску).

Во время сушки происходят изменения в весе и объеме солода. Ростки приобретают хрупкость и легко отделяются от солода.

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.

Вкус сухого солода обусловлен меланоидинами – окрашенными и ароматическими веществами, образующимися в результате химической реакции при высокой температуре между сахарами и аминокислотами.

В зависимости от характера протекающих в солоде процессов различают три фазы сушки [3, 4]: физиологическую, ферментативную и химическую.

^ Физиологическая фаза – это время нагревания солода от
20–25 °С до 40–45 °С. При этом продолжается рост зародыша и корешков, протекают ферментативные процессы, влажность солода уменьшается до 30 %.

^ Ферментативная фаза проходит в интервале температур
45–70 °С, когда рост и дыхание зародыша прекращаются, а ферментативные, в частности, гидролитические процессы, усиливаются, так как оптимум действия гидролитических ферментов лежит в интервале
45–60 °С.

^ Химическая фаза – это пребывание солода при температуре
70–105 °С. С повышением температуры более 75 °С все ферментативные реакции прекращаются, так как ферменты частично инактивируются, а оставшиеся из-за низкой влажности не проявляют своего действия.

Для химической фазы характерны образование аромата, частичная инактивация ферментов, коагуляция (свертывание) белков. Происходит также интенсивное образование меланоидинов. При меланоидиновой реакции образуются различные альдегиды, придающие солоду приятные вкус и аромат. Конечные продукты этой реакции (вещества коричневого цвета) обусловливают цвет солода.

Весь процесс сушки можно разделить на две стадии: подвяливание и собственно сушка. В первую стадию влагосодержание солода легко понижается с 45 % до 8 %, во вторую же стадию высушивание до 1,5–3,5 % идет очень трудно. В связи с этим сушилкам солода придается своеобразная конструкция, при которой возможно первую стадию (подвяливание) проводить при относительно низких температурах (во избежание клейстеризации крахмала солода) и с подводом большого количества воздуха для удаления главной массы влаги солода. Вторая же стадия, наоборот, должна происходить с малым доступом воздуха, но при высокой температуре, чтобы сообщить солоду характерные вкус, цвет и аромат.

При этом на первой стадии сушки еще продолжается жизнь зародыша и ферментативное растворение эндосперма, в результате чего накапливаются сахара, аминокислоты, растворимые белки. На второй стадии сушки с повышением температуры жизнь зародыша и активность ферментов практически прекращаются и в это время протекают только химические процессы.

Различие между стадиями подсушивания и собственно процессом сушки имеет большое значение и положено в основу технологии
сушки.

Солодосушилки делятся на два типа: периодического и непрерывного действия.

К солодосушилкам периодического действия относятся горизонтальные одно-, двух- и трехъярусные сушилки, а также вертикальные сушилки. Сушка в этих сушилках происходит с перерывами для выгрузки сухого и загрузки свежепроросшего солода. Температура сушильного агента изменяется от 45 до 80–105 °С.

К солодосушилкам непрерывного действия относятся вертикальные сушилки типа ЛСХА, карусельные сушилки КТИПП, а также статические солодовни, работающие по совмещенному способу [2, 3, 8].

3.3.1 Сушилки периодического действия
Одноярусные сушилки. Одноярусная сушилка с горизонтальной решеткой изображена на рисунке 3.18. В качестве теплоносителя используется смесь холодного воздуха и топочных газов, получаемых от сжигания кокса в топке 1. Сырой солод укладывается на решетку слоем высотой до 1 м и высушивается без перемешивания.

Центробежный вентилятор 2 всасывает холодный воздух через отверстие 3 и топочные газы из топки 1 и прогоняет полученную смесь сквозь слой солода в трубу 4. Поворотная заслонка 5 служит для регулирования количества отработанного теплоносителя, возвращаемого для повторного использования. Вентилятор 2 нагнетает воздух под колосниковую решетку по воздуховоду 6. Процесс горения регулируется автоматически датчиком температуры 7, регулятором
и дросселем 8.

Продолжительность процесса сушки в этой сушилке 16–18 ч; полный цикл операций, включая погрузку и выгрузку солода, составляет 24 ч.

Как видно из описания, эти сушилки просты по устройству: в них нет калорифера и ворошилки для солода. Благодаря сушке солода в высоком слое производительность их довольно большая.

Сушилки, в которых теплоносителем являются топочные газы (т.е. бескалориферные сушилки или сушилки с непосредственным обогревом), при прочих равных условиях всегда экономичнее воздушных (т.е. калориферных) сушилок благодаря меньшим потерям тепла с отработавшими газами.

Однако рассматриваемые сушилки имеют и существенные недостатки. Они нуждаются в высококачественном топливе, при сгорании которого не образуются дурнопахнущие газы. Кроме того, сушка солода в высоком слое без перемешивания протекает неравномерно: нижние слои солода подвергаются действию высоких температур дольше, нежели верхние слои, поэтому и характер процессов, протекающих
в них, будет различный.

Существенным недостатком одноярусных сушилок является неравномерное по времени и неполное использование тепла сушильного агента. В начальный период сушки газы, проходя сквозь высокий слой сырого солода, обильно насыщаются влагой; однако после того как влажность солода снижается до гигроскопической, газы уже не могут быть полностью насыщенными. В конце сушки газы уходят в атмосферу почти совершенно ненасыщенными.



Для более полного использования сушильного агента сконструированы и получили некоторое распространение за рубежом сдвоенные одноярусные сушилки (рисунок 3.19). Сушилка состоит из двух одинаковых сушильных камер с опрокидывающимися решетками 4, одной общей топки и системы каналов, позволяющих направлять сушильный агент в камеры в любой последовательности.

Сушилка работает следующим образом. Камеры загружают свежепроросшим солодом с помощью шнеков ^ 7 и метателей солода 5
и укладывают на решетку 4 ровным слоем высотой 70–90 см не одновременно. Загружают солод в камеры со сдвигом по времени на половину цикла (12 ч). В результате отработанный воздух из левой камеры, где солод уже досушился, по каналам направляют на повторное использование в правую камеру со свежепроросшим солодом. Под сушильными решетками в каждой камере размещены калориферные установки с вентиляторами 1, откуда и нагнетается нагретый воздух под решетку 4. По окончании сушки солода обе створки решетки опрокидываются приводом 6 и сухой солод ссыпается в бункера 3, из которых шнеком 2 удаляется из сушилки. Последовательное прохождение воздуха сквозь два слоя солода улучшает его использование и сокращает расход тепла.



На рисунке 3.20 дана гризонтальная одноярусная сушилка. Сушилка представляет собой две одинаковые камеры с опрокидывающими решетками. Процесс сушки протекает в высоком слое. В верхней зоне каждой установлены метатели 1 солода, равномерно размещающие его на решетке и соединенные с транспортными средствами, по которым из солодорастильного отделения свежепроросший солод поступает на сушку. В средней части сушильных камер расположены опрокидывающиеся решетки 2 с механизмами подъема 3.

Под сушильными решетками в каждой камере размещены калориферные установки, состоящие из калориферов 4, вентиляторов 6, а также бункера 5 и транспортные шнеки. Для забора наружного и рециркуляционного воздуха предусмотрены воздушные каналы 8 с регулирующими клапанами. Наружный воздух поступает через клапаны 9, а рециркуляонный – через клапаны 10. В верхней части воздушных

каналов установлены секторные заслонки 11 для регулирования количества воздуха, идущего на рециркуляцию и в атмосферу через ка-
налы 12.

Камеры загружают свежепроросшим солодом не одновременно,
а со сдвигом во времени на половину цикла (12 ч). Таким образом, отработанный воздух из левой камеры, где солод досушивается, по каналам направляется для повторного использования в правую камеру со свежепроросшим солодом.

Одноярусные сушилки проще и дешевле сушилок других типов, но имеют недостатки: свежепроросший солод находится на решетке длительное время в неподвижном стоянии, поэтому высушивается неравномерно, так как неравномерно во времени используется теплота горячего воздуха. Есть у рассматриваемых сушилок и более значительные недостатки. Они нуждаются в высококачественном топливе, при сгорании которого не образуются дурнопахнущие газы; таким топливом являются кокс и некоторые сорта природного газа. Местное топливо (дрова, торф, каменный уголь, различные отходы) непригодно для сушилок с непосредственным обогревом.

^ Расчет одной сушильной камеры установки по свежевысушенному солоду (кг) производится в соответствии с материальным балансом сушилки:

, (3.95)

в которой начальная масса свежепроросшего солода на одной решетке (кг):

, (3.96)

а объем (м3) уложенного солода на решетке:

, (3.97)

где – площадь одной сушильной решетки, м2;

– высота слоя свежепроросшего солода, м.

Масса испаренной при сушке солода влаги (кг)

. (3.98)

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 сушку солода (кг/ч):

, (3.99)

где – коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду
( = 1,2);

– продолжительность сушки, ч;

– влагосодержание воздуха соответственно на входе в сушилку и на выходе, кг/кг.

Часовой расход теплоты (кДж/ч)

, (3.100)

где – энтальпия воздуха на входе и на выходе сушилки,
кДж/(кг.К).

Горизонтальная двухъярусная сушилка (рисунок 3.21) представляет собой высокое прямоугольное или квадратное здание с расположенными внутри решетками, на которых высушивается солод. Свежепроросший солод загружается ровным слоем на верхнюю решетку 4, где из него удаляется часть влаги. На нижней решетке 3 вместе с удалением остатков влаги происходит тепловая обработка солода. Горячие газы из топки 1 проходят через калорифер 2 и через дымовую трубу 5 выбрасываются наружу. На решетках солод периодически перемешивают ворошителями 6. С верхней решетки на нижнюю солод перегружают через люки в решетке, а для выгрузки сушеного солода с нижней решетки используют механическую лопату.



В горизонтальном двухъярусном сушильном аппарате (рису-
нок 3.22) свежепроросший солод загружают ровным слоем на верхнюю решетку 3, где из него испаряется основная часть влаги. На нижней решетке 6 одновременно с удалением остатков влаги происходит тепловая обработка солода.



На нижнем этаже 15 размещена топка 14. Горячий газ проходит через калорифер 9, затем последовательно через слои солода, расположенные на нижней и верхней решетках, и, увлажненный, удаляется через вытяжную трубу наружу. В междуэтажных перекрытиях над
топкой и калорифером установлены клапаны 10 и 7 для регулиро-
вания количества воздуха с помощью лебедок 16. Холодный воздух можно подать, минуя калорифер, непосредственно под решетку через

вертикальные каналы 4 и 11 в стенах здания. Междуэтажное перекрытие 8 служит для сбора ростков, провалившихся сквозь нижнюю решетку, для равномерного распределения по всему сечению сушилки холодного воздуха, входящего в канал 11, и предохраняет солод от неравномерного нагревания трубами калорифера.

Солод на решетках периодически перемешивается ворошителями 1 и 5. Для выгрузки солода с нижней решетки в бункер предназначена механическая лопата 12. Отработанный воздух удаляется через воздуховод 2. Скопившийся конденсат отводится через карманы 13.

Трехъярусный горизонтальный сушильный аппарат по устройству отличается от двухъярусного наличием трех решеток одинаковой продолжительности сушки, в него загружают солод чаще, чем
в двухъярусные. Поэтому производительность при одинаковой площади решеток больше.

Сушилки с двумя и тремя горизонтальными решетками, описанные выше, широко распространены в промышленности. Тем не менее они громоздки, малопроизводительны, потребляют много топлива,
и для их обслуживания требуется затрата физического труда, поэтому на ряде заводов они модернизированы.

^ Вертикальная сушилка. В сушилке периодического действия
с вертикальными решетками (рисунок 3.23) 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 5, 6 и 8. Между секциями с солодом находятся воздушные камеры шириной до 80 см.

В глухих перекрытиях между этажами воздушных камер имеются круглые отверстия 7 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 11, установленными в нижнем этаже сушилки, и всасывающими вентиляторами 3, находящимися в верхнем этаже. Нагревание воздуха производится в паровых калориферах 10. Многие вертикальные сушилки имеют топки и огневые калориферы. Свежепроросший солод ковшовым элеватором 2 поднимается на верхний этаж сушилки, затем телескопической трубой 1 направляется в шнековый распределитель 4, который равномерно распределяет 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

зоны ^ 8 удаляется разгрузочными шнеками 9. Общая продолжительность пребывания солода в секциях сушилки при 12-часовом цикле равна 36 ч.


^ Недостатком сушилок периодического действия 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 тормозит сложные физико-химические и биохимические процессы в зернах солода.

Таким образом, непрерывность процесса обеспечивает не только сокращение продолжительности сушки, но и высокое качество сухого солода.

^ 3.3.2 Сушильные аппараты солода непрерывного действия
При использовании сушильных аппаратов непрерывного действия во многом устраняются недостатки аппаратов периодического действия, сокращается продолжительность сушки, что позволяет получить солод высокого качества.

На солодовенных заводах работают шахтные сушилки солода непрерывного действия ЛСХА. Схема работы сушилки представлена на рисунке 3.24. Свежепроросший солод через трубу 1 поступает на распределитель 2, который равномерно распределяет его по каналам камеры подвяливания 3. В нем свежепроросший солод подсушивается проходящим через воздуховоды 5 подогретым наружным воздухом, нагнетаемым вентилятором 4.


Во время работы аппарата из камеры подвяливания вальцами (на рисунке не показаны) солод подается в загрузочные шахты 6, из них сходит в сушильные шахты 7, к которым снизу примыкают разгрузочные шахты 10. Солод перемещается вниз под действием силы тяжести.

Воздух, нагретый паровым калорифером 14 до 85–90 °С, подается в нижнюю часть среднего воздушного канала 8 нижним нагнетающим центробежным вентилятором 15. Проходя зигзагообразно через слои солода, нагретый воздух попадает в боковые каналы 9, возвращается
в канал 8 и вентилятором 16 выбрасывается наружу высушенный. Пройдя дважды сквозь слой солода, теплый воздух смешивается с холодным, поступающим по нижнему коробу. Солод выгружается валками 11 из разгрузочных шахт 10 в приемный бункер 12, откуда шнеком 13 транспортируется для дальнейшей переработки.

Сырой солод подается в эту камеру по трубе 7 и равномерно распределяется в ней разбрасывателем 8. Вентилятор 9 нагнетает в камеру сухой холодный воздух для подвяливания солода. Высокий слой солода в загрузочных шахтах создает затвор, препятствующий проходу сверху холодного воздуха в сушилку. Снизу к корпусу сушилки примыкают разгрузочные шахты 12, которые также служат затвором, препятствующим утечке теплого воздуха из нижней зоны сушилки.

^ Непрерывнодействующая сушилка карусельного типа (рисунок 3.25) применяется в комплексе с существующими системами проращивания солода (ящичными солодовнями или солодовнями с передвижной грядкой).



После загрузки установки свежепроросшим солодом и вывода на установившийся режим процесс сушки осуществляют в плотном, движущемся сверху вниз слое 7 в противотоке с сушильным агентом. Движение слоя солода достигается за счет непрерывного отбора в горизонтальной плоскости нижнего высушенного слоя солода винтовым

конвейером 10 и одновременного пополнения верхнего слоя свежепроросшим солодом через транспортер 5 и бункер-питатель 6. Винтовой конвейер 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 перфорированной платформы 4 нижний слой солода, отделенный от остальной массы рыхлителем, попадает на нитки шнека и через шлюзовой затвор 12 удаляется из зоны сушки на отводящий транспортер 13. Высота удельного сухого солода соответствует диаметру корпуса шнека. Пополнение верхнего слоя свежепроросшим солодом осуществляется через бункер-питатель под действием гравитационных сил. Скорость вращения платформы, регистрируемая элементами 3, высота удаляемого слоя солода, регистрируемая датчиком 9, общая высота высушиваемого слоя, количество и температура сушильного агента, определяемая при помощи датчика 8, согласованы между собой и определяют максимальную производительность при минимальных энергозатратах
и высоком качестве готового солода.

Противоточный непрерывный процесс позволяет обеспечить технологические требования по соотношению между температурой сушильного агента и влажностью высушиваемого солода в каждом слое, а также требуемую согласно оптимальному режиму сушки продолжительность физиологической, ферментативной и химической фаз.
^ 3.3.3 Режимы сушки солода
Светлый солод сушат таким способом, чтобы быстро остановить рост зародыша, воздействие ферментов на крахмал и белки, затормозить дыхание зерна. Этого достигают быстрым удалением влаги из солода при относительно низких температурах [5, 9]. При высокой влажности солода температуру повышать нельзя, так как это вызовет интенсивный ферментативный гидролиз крахмала и белков. Сушка солода при низкой температуре тоже нежелательна, так как процесс затягивается, и в результате интенсивного дыхания увеличиваются потери сухих веществ. Аромат и цвет светлого солода формируются в последние трое суток сушки, когда температура повышается до 80 °С.

^ Сушку светлого солода, например, в двухъярусной сушилке, проводят следующим образом. На верхнюю решетку загружают свежепроросший солод, разравнивая его по всей площади слоем высотой до 25 см. В начале сушки влажность солода высокая и его ворошат через каждые 4 ч до влажности 30–38 %, затем через 2 ч и перед
спуском солода на нижнюю решетку – через 1 ч. На нижнюю решетку

солод перегружают, когда его влажность снизится до 9–10 %. На нижней решетке солод необходимо ворошить через каждый час, а в последние 4 ч ворошитель работает непрерывно. Примерный график сушки светлого солода представлен в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – График сушки светлого солода

Часы

сушки

Показатели солода

на верхней решетке

Показатели солода

на нижней решетке

Температура, °С

Влажность, %

Температура, 0С

Влажность, %

1

16

42

45

9,0

2

20

42

46

9,0

3

24

40

50

8,0

4

28

36

52

7,5

5

33

30

55

7,2

6

38

24

60

6,0

7

44

19

64

5,7

8

50

15

72

5,2

9

52

13

80

4,5

10

54

44

80

4,0

11

54

10

80

3,8

12

45

9

75

6,7

^ Сушка темного солода. При сушке темного солода, удаляя влагу, необходимо сохранить активность ферментов и обеспечить интенсивное накопление сахара и аминокислот, служащих источником образования ароматических красящих и вкусовых веществ солода.

Темный солод сушат и на двухъярусных горизонтальных сушилках, оборудованных обводными воздуховодами под решетками. ^ На верхней решетке проводят томление солода и первую половину стадии сушки, а на нижней решетке – вторую половину стадии сушки и поджаривание. На верхней решетке в течение первых 14 ч влажность солода снижается от начальной величины до 30 % при повышающейся температуре до 40 °С. В последующие 10 ч температура сушки повышается до 65 °С, а влажность солода снижается до 20–25 %. На нижней решетке двухъярусной сушилки влажность солода снижают в три этапа: на первом – в течение 8 ч от 20–25 до 10 % при повышении температуры воздуха над решеткой до 50 °С; на втором – в течение 9–10 ч от 10 до 6 % при плавном повышении температуры до 70 °С, и на третьем этапе за 6–7 ч до 2–3 % при увеличении температуры до 100–102 °С. При этой температуре солод выдерживают не менее 4 ч.

^ 3.3.4 Вспомогательное оборудование сушилок
По способу обогревания различают сушилки для солода с непосредственным обогревом топочными газами и сушилки воздушные, имеющие калорифер. Сушилки для солода обогревают либо топочными газами, либо воздухом, нагретым в калориферах [2, 7, 8].

^ Сушильные решетки. Живое сечение решеток составляет 30 %. Их изготовляют из стальной проволоки трапецеидального сечения, из круглой проволоки и штампованными из листовой стали. Шероховатая и волнистая поверхность тканых сит задерживает зерно при перемещении. Штампованные сита с гладкой поверхностью и большим живым сечением (до 45 %) менее прочны, чем проволочные.

Калориферы. В воздушных сушильных аппаратах калориферы бывают огневые и паровые.

^ Огневые калориферы для солодовенных сушилок изготавливают из тонкой листовой стали в виде газоходов, расположенных в два, три или несколько рядов с таким расчетом, чтобы нагревание воздуха по всему сечению сушилки было равномерным [8]. Горячие участки газоходов размещают рядом с холодными, причем наиболее горячие газы направляют в верхний ряд, а затем последовательно в нижние противотоком нагреваемому воздуху. Диаметр стальных газоходов принимают 0,3–1 м в зависимости от величины сушилки. Соединения газоходов тщательно уплотняют. Для периодического удаления золы
в газоходах делают отверстия с плотными задвижками. Подобные калориферы громоздки и требуют частых чисток.

При расчете газовых калориферов необходимо учитывать направления потоков теплоагентов при сложных случаях относительного движения, как, например, при перекрестном токе, чаще всего встречающемся в калориферах сушилок: вначале следует определить среднюю логарифмическую разность для противотока , а затем для сложного движения.

^ Паровые калориферы широко распространены в настоящее время. При их использовании облегчается обслуживание и регулирование работы, улучшаются санитарные условия производства, отпадает необходимость в истопниках.

Калориферы изготавливают в соответствии с ГОСТ 7201–62 четырех моделей: большой (Б), средний (С), малый (М) и самый малый (СМ). Каждая модель, в зависимости от величины поверхности теплопередачи, имеет 14 типоразмеров.



Поверхность теплопередачи в пластинчатых калориферах состоит из стальных трубок диаметром 22 мм. На них с интервалом 5 мм насажены пластины толщиной 0,5 мм, изготавливаемые из декапированной стали. Для предохранения стали от коррозии трубки и пластины оцинкованы. Концы трубок развальцованы в трубных решетках. Камеру, образуемую трубной решеткой и наружной крышкой, называют коллектором.

Различают калориферы одноходовые (модель КФС и КФБ), в которых теплоносителем является греющий пар (давлением до 0,6 ^ МПа), проходящий в калорифере по всем трубкам параллельными потоками (рисунок 3.26а), и многоходовые – для нагревания воздуха горячей водой, проходящей в калорифере последовательно по нескольким пучкам трубок (рисунок 3.26б).

Расчет и подбор паровых калориферов производят по следующей методике.

Поверхность теплопередачи калорифера

, (3.101)

где – тепловая нагрузка калорифера, Дж;

– разность температур холодного и нагретого воздуха, град;

– коэффициент теплопередачи, Вт/(м.К).

Расчет тепловой нагрузки (Дж) можно производить либо по разности температур, либо по разности энтальпий согласно уравнению

, (3.102)

где – количество воздуха, проходящего через калорифер, кг/с;

– удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг К);

– температура соответственно холодного и нагретого воздуха, °С

– энтальпия соответственно холодного и нагретого воздуха, Дж/кг.

Расчет по разности температур проще, так как не требует вычисления величин энтальпии. Но этот расчет менее точный, так как удельная теплоемкость воздуха зависит от его влажности и температуры.

Значения коэффициента теплопередачи в пластинчатых паровых калориферах приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Значение коэффициента теплопередачи

Тип калорифера

Массовая скорость воздуха в калорифере, кг/(м2с)

1

2

3

4

5

6

7

КФС и КМС

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

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по одной из формул, приведенных в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Формулы расчета коэффициента теплопередачи, Вт/(м2К)

Тип калорифера

При обогревании паром

При обогревании водой,

имеющей скорость, м/с





КФС и КМС







КФБ и КМБ







Произведение скорости движения воздуха в калорифере на плотность называется массовой скоростью кг/(м2.с):

, (3.103)

где – свободное (живое) сечение калорифера для прохода возду-
ха, м2.

Оптимальная массовая скорость воздуха принимается в пределах 4–6 кг/(м2.с). При подборе калориферов необходимо принимать запас на теплопередачу до 15 % и на сопротивление проходу воздуха до
10 %.

Сопротивление проходу воздуха через один ряд калориферов при параллельной установке их для КФС и КМС равно Па, для КФБ и КМБ – Па. Сопротивление при установке калориферов в два, три или четыре ряда увеличивается в такое же число раз.

Солод во время сушки на горизонтальных решетках перемешивают механическими ворошителями шнекового или лопастного типа.

При перемешивании солода в высоком слое (до 0,7 м) используются шнековые ворошители. При малой высоте солода используются лопастные ворошители. Лопастной ворошитель представляет собой горизонтальный вал с лопастями, совершающий одновременно вращательное и поступательное движение. Во время вращения вала закрепленные на нем лопасти захватывают солод и перебрасывают 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.
^ 3.3.5 Расчет сушилок для солода
Определение производительности. Производительность сушилки периодического действия с горизонтальными решетками (кг/сутки) находится в прямой зависимости от площади основания решеток и высоты слоя солода на решетках, в обратной зависимости от продолжительности пребывания солода на каждой решетке. В зависимости от указанных факторов производительность может быть определена по формуле

, (3.104)

где – высота слоя сырого солода на верхней решетке, м;

– объемы сырого и сухого солода, получаемые из 1 т
зерна, м3 (; );

– насыпная плотность сухого солода, кг/м3;

– продолжительность пребывания солода на каждой
решетке, ч;

– площадь сушильной решетки, м2.

Производительность вертикальной сушилки периодического действия (кг/сутки) можно вычислить в зависимости от объема солода, находящегося в нижней зоне, и от продолжительности цикла
сушки:

, (3.105)

где – соответственно длина, ширина и высота сушильной шахты нижней зоны сушилки (все размеры внутренние), м;

– объемная масса сухого солода, кг/м3;

– число сушильных шахт;

– коэффициент усадки солода при сушке в нижней зоне ();

– продолжительность цикла сушки, ч.

Производительность сушилки непрерывного действия (кг/сутки) можно рассчитать как произведение количества солода, находящегося в сушилке на частоту смен его в сушилке:

, (3.106)

где – внутренний объем сушильных шахт, м3;

– объемная масса сухого солода, кг/м3;

– коэффициент усадки солода за весь период сушки ();

– продолжительность сушки при непрерывном процессе, ч.

Материальный баланс сушилки. Количество испаряемой из солода влаги (кг)

, (3.107)

где , – количество свежепроросшего и высушенного солода, кг;

, – влажность свежепроросшего и высушенного солода, %;

Уравнение материального баланса влаги:

, (3.108)

где – расход воздуха в сушильном аппарате, кг/с.

– влагосодержание свежего и отработанного возду-
ха, кг/кг.

Расход воздуха в сушильном аппарате

. (3.109)

Материальный баланс двухстадийной сушилки. С учетом количества ростков к массе очищенного сухого солода, равным , количество неочищенного солода, получаемого в час при конечной влажности :

, (3.110)

где – количество сухого очищенного от ростков солода, кг/с, (уравнение (3.63)).

Количество сухих веществ солода

. (3.111)

Количество сырого солода, поступающего в сушилку:

. (3.112)

Количество удаляемой из солода влаги:

в верхней зоне сушилки:

, (3.113)

в нижней зоне сушилки:

, (3.114)

где – влажность солода на входе в сушилку, между зонами и на выходе из сушилки, %.

Общее количество влаги, удаляемой из солода за время сушки:

.

Общий расход воздуха на проведение процесса сушки вычисляется по уравнению (3.109).

^ Тепловой баланс сушилки. Большая часть влаги удаляется из солода в сушилке при относительно низких температурах. Для этой цели в начальный период сушки солод интенсивно проветривается воздухом, нагретым до 40–50 °С. В конечный период сушки количество удаляемой влаги невелико, но для тепловой обработки солода температура воздуха повышается до 75–105 °С (в зависимости от типа вырабатываемого солода). Поэтому рационально построенные сушилки для солода должны работать с переменным количеством воздуха
в зонах
: в калорифер и в нижнюю зону (нижнюю решетку) подается

ограниченное количество воздуха, а в средней и в верхней зонах к воздуху, выходящему из нижней зоны, подмешивается холодный воздух
в таком количестве, чтобы получить смесь требуемой температуры.

^ Сушилка с постоянным количеством воздуха. Тепловой баланс сушилки, работающей с постоянным количеством воздуха во всех зонах, можно рассмотреть на примере работы двухъярусной сушилки без учета дополнительного подвода свежего воздуха под верхнюю
решетку.

Тепловой баланс двухъярусной сушилки согласно схеме, приведенной на рисунке 3.27.

Приход тепла в сушилку складывается:

– из тепла, вносимого с сухим солодом, ;

– тепла, вносимого с влагой, ;

– тепла, вносимого с воздухом, ;

– тепла, вносимого калорифером, .

Расход тепла из сушилки складывается:

– из отвода с сухим солодом ;

– отвода с отработанным воздухом ;

– потерь тепла в окружающую среду .



Уравнение теплового баланса солодосушильного аппарата:

, (3.115)

где – масса сухого солода с ростками, кг;

– удельные теплоемкости сухого солода и воды, Дж/(кг.К);

– количество испаряемой из солода влаги, кг;

– расход воздуха на сушку солода, кг;

– энтальпия свежего и отработанного воздуха, Дж/кг;

– тепло, сообщаемое воздуху в калорифере, Дж;

– потери тепла в окружающую среду, Дж;

– начальная и конечная температуры солода, °С.

Теплосодержание сырого солода в уравнении (3.115) выражено суммой теплосодержания высушенного солода и теплосодержания испаряемой воды .

Удельная теплоемкость солода при влажности :

, (3.116)

где – удельная теплоемкость сухих веществ солода ( кДж/(кг К)).

Количество испаряемой воды из солода определяется согласно уравнению (3.107).

Энтальпия влажного воздуха (кДж/кг) определяется по диаграмме Рамзина или рассчитывается по формуле Молье:

, (3.117)

где – температура воздуха, °С;

– удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха, кДж/(кг К);

– влагосодержание воздуха, насыщенного паром (находится при помощи диаграммы состояния влажного воздуха), кг/кг;

– удельная теплоемкость водяного пара, кДж/(кг К);

– теплота испарения воды при 0 °С, кДж/кг.

Расход воздуха на сушку определяется по уравнению (3.109).

Из уравнения теплового баланса количество тепла, сообщаемое воздуху в калорифере:

. (3.118)

Тепло, затрачиваемое в сушилке на нагрев солода, равно:

. (3.119)

Тогда уравнение баланса (3.80) определяется

. (3.120)

Все тепло, расходуемое в калорифере, получает воздух, теплосодержание которого с повышается до . Следовательно:

. (3.121)

Из уравнений (3.120) и (3.121) после преобразований

. (3.122)

Уравнение (3.122) представляет собой изменение теплосодержания 1 кг воздуха при прохождении его через сушильные камеры.

^ Сушилка с переменным количеством воздуха. Баланс тепла для двухзонной сушилки составляется с расчетом, чтобы на основании его можно было найти расход воздуха по зонам. Рассмотрим расчет на примере работы сушилки непрерывного действия ЛСХА.

Сушилка солода непрерывного действия (рисунок 3.28) сухого очищенного от ростков солода работает с паровым калорифером при переменном количестве воздуха по зонам; в верхних зонах сушилки к теплому воздуху подмешивается холодный воздух для обеспечения высушивания солода, имеющего высокую влажность при умеренной температуре, и предотвращения образования недоброкачественного стекловидного солода.

Конструктивно сушилка разделена на четыре зоны I, II, III и IV по высоте, в каждой зоне поток воздуха проходит сквозь слой солода. Холодный воздух следует подмешивать к теплому воздуху между второй и третьей зонами, т.е. посередине сушилки.

Общий расход воздуха в сушилку определяется по уравнению (3.109).

В теоретической сушилке сушка происходит при постоянной температуре, высушиваемый продукт и элементы сушилки не нагреваются, потерь тепла и прихода тепла извне в сушильные камеры нет. Поэтому процесс сушки на диаграмме изображается линией постоянного теплосодержания (изоэнтальпой). В действительной сушилке теплосодержание сушильного агента снижается за счет нагревания солода, за счет неизбежных потерь тепла и несколько увеличивается за счет теплосодержания влаги, испаряемой из солода.

Чтобы определить отклонение действительного процесса сушки от теоретического, необходимо найти все эти составляющие.

Расход тепла (Вт) на нагревание солода в верхних зонах

, (3.123)

где – теплоемкость солода в верхней части при влажности , Дж/кг;

– количество солода, переходящего из второй в третью зону при влажности , кг/с;

– температура солода в средней части сушилки и при загрузке, °С.

Количество солода, переходящего из второй в третью зону:

, (3.124)

где – количество сырого солода, поступающего в сушилку, кг/с;

Расход тепла (Вт) на нагревание солода в нижних зонах сушилки

, (3.125)

где – теплоемкость солода в нижней части при влажности , Дж/кг;

– количество солода, перемещающегося в нижней зоне, при влажности , кг/с.

Удельная теплоемкость солода (Дж/(кг.К)) при влажности :

, (3.126)

где – удельная теплоемкость сухих веществ солода
( Дж/кг.К);

– теплоемкость влаги в солоде, Дж/кг;

– температура солода в средней части сушилки и на выходе, °С.

Количество солода, перемещающегося в нижней зоне:

. (3.127)

Количество тепла (Вт), расходуемого на нагрев влаги, находящейся во влажном солоде:

в верхней зоне сушилки:

, (3.128)

где – начальная температура солода в верхней части сушилки,°С;

– удельная теплоемкость воды при температуре , Дж/кг.К;

в нижней зоне сушилки:

, (3.129)

где – начальная температура солода в нижней части сушилки,°С;

– удельная теплоемкость воды при температуре , Дж/кг.К.

Потери тепла в окружающее пространство составляют:

в верхней части сушилки:

, (3.130)

в нижней части сушилки:

, (3.131)

где – потери тепла в окружающую среду.

Разница в расходе тепла (Вт) в теоретической и действительной сушилках (поправка на действительный процесс) будет равна:

в верхней части:

, (3.132)

в нижней части:

. (3.133)

Общая разность расхода тепла

. (3.134)

Количество воздуха, нагреваемого в калорифере. Уравнение баланса тепла сушилки:

Приход тепла Расход тепла

, (3.135)

где – соответственно количество воздуха, нагреваемого в калорифере (поступающего в нижнюю часть), поступающего в верхнюю часть сушилки (минуя калорифер), и общее количество воздуха, кг/с;

– соответственно энтальпия воздуха: свежего, после калорифера и отработанного, Дж/кг.

Величину можно выразить через разность , тогда из уравнения теплового баланса определится расход воздуха, нагреваемого в калорифере:

. (3.136)

Полученное уравнение позволяет рассчитать количество воздуха, нагреваемого в калорифере, а следовательно, и количество добавочного воздуха.

Количество добавочного холодного воздуха

. (3.137)

Полученное уравнение показывает, что температуру сушки в нижней зоне можно регулировать изменением расхода воздуха L1, нагретого в калорифере, не оказывая влияния на общий расход теплоты.

Тепловая нагрузка на калорифер (Вт)

, (3.138)

или

. (3.139)

Общий расход тепла в сушилке с учетом потерь тепла при сжигании топлива и с отработанными газами

, (3.140)

где – потери тепла.

На каждые 100 кг высушенного солода расход тепла (Дж) составляет:

. (3.141)
^ 3.3.6 Пневмотранспортные установки для солода
Под пневматическим транспортом сыпучих материалов понимают перемещение по трубопроводу смеси воздуха с твердыми частицами [2, 7]. Основой работы любой пневмотранспортной системы является наличие разности давлений в начале и конце трубопровода. В зависимости от способа создания перепада давления и его значений пневмотранспортные установки для солода подразделяют на всасывающего типа, нагнетающего типа и смешанного (всасывающе-нагнетающего), 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 (рисунок 3.29 а) воздух отсасывается воздуходувной машиной из системы, в которой создается разрежение. Вследствие этого воздух из атмосферы устремляется в загрузочное

устройство 1 и, проходя через слой солода или встречая на своем пути поступающий в трубопровод сыпучий материал, подхватывает его и перемещает по материалопроводу 2 в отделитель 3, откуда продукт выводится через шлюзовый затвор 8 и поступает по материалопроводу 4 в отделитель 5, откуда продукт выводится через шлюзовый затвор 8. Отработанный воздух выбрасывается воздуходувной машиной 6 через глушитель 7 в атмосферу.




Достоинствами всасывающих пневмотранспортных установок являются: простота конструкции, возможность забора солода из нескольких точек, обеспечение высоких санитарно-гигиенических условий
в рабочих помещениях. Поскольку в этих установках вся система находится под вакуумом, загрузочные устройства не требуют герметизации. К недостаткам этих установок следует отнести возможность создания высоких перепадов давлений (до 5.105 Па), наличие специальных герметизирующих устройств в местах вывода продукта из системы.

В нагнетающих установках (рисунок 3.29б) воздуходувная машина нагнетает воздух в пневмосистему, создавая давление воздуха в ней выше атмосферного: наибольшее – в месте загрузки, наименьшее –
в отделителе. Достоинство нагнетающих пневмоустановок – возможность создания теоретически неограниченного давления, что позволяет использовать их при транспортировании солода потоками как низкой, так и высокой концентрации. К недостаткам нагнетающих пневмоустановок следует отнести сложность конструкции загрузочных устройств и повышенные требования, предъявляемые к герметичности пневмосистемы.

Всасывающе-нагнетающие установки (рисунок 3.29в) включают
в себя положительные качества как всасывающих, так и нагнетающих установок. В зависимости от количества материалопроводов пневмоустановки бывают простыми (с одним материалопроводом) и разветвленными (с двумя и более материалопроводами). В разветвленных пневмоустановках по материалопроводам можно одновременно транспортировать различные сыпучие материалы из нескольких точек с разными производительностями. Недостатком разветвленных пневмоустановок является влияние изменения нагрузки в одном из материалопроводов на стабильность работы других материалопроводов.

^ Расчет пневмотранспортной установки. При проектировании установок пневматического транспорта солода чаще всего задают суточную производительность технологической линии. В этом случае при определении расчетной производительности (кг/ч) проектируемой установки необходимо учитывать коэффициент неравномерности работы линии =1,11,2.

Величина массовой концентрации смеси для зернистых материалов ( = 3,08,0) зависит от размера частиц, их плотности, транспортабельности, конфигурации трассы и т.д. Причем большие значения следует брать для материалов с большей плотностью.

В зависимости от скорости витания (м/с) продукта
вычисляют рабочую скорость воздуха, обеспечивающую устойчивое

транспортирование в вертикальном (м/с) или в горизонтальном (м/с) материалопроводе:

; (3.142)

, (3.143)

где – диаметр материалопровода, м;

– коэффициент трения;

– эквивалентный диаметр частиц, м.

По принятому значению диаметра материалопровода и скорости воздуха находят расход воздуха и уточняют значение концентрации.

Суммарные потери давления (Па) при транспортировании равны:

, (3.144)

где – потери давления в основных элементах установки (приемнике, материалопроводе и отделителе), Па;

– потери давления во вспомогательных элементах установки (пылеотделителях, воздуховодах), Па.

Потери давления в приемнике (Па) определяют по скорости воздуха в материалопроводе:

, (3.145)

где – коэффициент сопротивления приемника.

Потери давления в материалопроводе

, (3.146)

где – потери давления при движении чистого воздуха, Па;

– потери давления на разгон солода в начальном участке материалопровода, ^ Па;

– потери давления на трение солода, Па;

– потери давления на подъем солода, ^ Па;

– потери давления в местных сопротивлениях, Па.

Потери давления при движении чистого воздуха (Па):

, (3.147)

где – коэффициент гидравлического сопротивления для стальных бесшовных труб;

– критерий Рейнольдса;

– коэффициент динамической вязкости воздуха, Па.с;

– длина материалопровода, м.

Потери давления на разгон солода в начальном участке

, (3.148)

где – коэффициент потерь давления на разгон:

для вертикальных материалопроводов

; (3.149)

для горизонтальных материалопроводов

, (3.150)

где – критерий Фруда;

– плотность вещества частицы, кг/м3.

Потери давления на трение солода

, (3.151)

где – коэффициент потерь давления на трение солода:

для вертикальных материалопроводов

; (3.152)

для горизонтальных материалопроводов

.

Потери давления в местных сопротивлениях

, (3.153)

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Потери давления на подъем солода

, (3.154)

где – высота подъема солода, м.

По полученным расчетным значениям расхода воздуха и суммарным потерям давления в сети подбирают воздуходувную машину, которая обеспечила бы работу установки с расчетными параметрами при наибольшем КПД.

Потребную мощность электродвигателя воздуходувной машины (кВт) вычисляют по формуле

, (3.155)

где – общий расход воздуха в сети, м3/с;

– КПД воздуходувной машины;

– КПД привода воздуходувной машины.

1   2   3   4   5   6   7



Скачать файл (5223 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации