Расчет поверхности теплопередачи сусловарочного аппарата, для варки сусла с хмелем

    Содержание  азота при варке сусла снижается  тем меньше, чем больше водного  экстракта содержит хмелевой экстракт; азот, содержащийся в хмелевом экстракте, до определенной меры уравнивает количество осажденного азота. Потеря азота  при брожении, наоборот, повышается с увеличением доли водного экстракта  в хмелевом экстракте. Осажденного  азота при варке сусла выделяется тем больше, чем больше водного  экстракта содержится в хмелевом экстракте.

    С возрастающим содержанием дубильных  веществ в сусле растворяется меньше горьких хмелевых веществ, однако одновременно снижается их потеря при брожении, явно улучшается стабильность пива на холоде, но ухудшается пенистость. Вкус сильно охмеленного пива из-за снижающегося содержания горьких веществ тем горче, чем больше антоцианогенов присутствует в пиве.

    Экстракты по сравнению с хмелем имеют то преимущество, что они почти неограниченно  стойки при хранении. Необходимая  площадь для их хранения составляет ¹/₂₅ помещения для хранения хмеля. То же самое касается транспортных средств.

    Наконец, при обработке хмелевого экстракта  экономится хмель. Было установлено, что экстракт, полученный из 100 кг хмеля, заменяет около 150 кг хмеля.

    При производстве хмелевого экстракта  из исходного хмеля извлекается  приблизительно 97% всех смол и около 70% дубильных веществ.

    Качество  хмелевых экстрактов определяет соотношение  присутствующих мягких смол к твердым смолам. Это повышение содержания твердых смол происходит при экстракции, которая протекает при .высоких температурах довольно долго. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Принцип работы сусловарочного аппарата 

    Сусловарочный аппарат  представляет собой сварной  цилиндрический резервуар (8) с двойным  сферическим днищем (13) и сферической  крышкой (5). Пространство между сферами  днищ является паровой рубашкой, в  которую подается греющий пар. Паровая  рубашка имеет соответствующие  фланцы и устройства для подвода  пара, отвода воздуха и конденсата.

    В нижней части сферического днища  аппарата смонтировано разгрузочное устройство (12) для выпуска сусла из котла. Управление разгрузочным устройством  осуществляется с помощью зубчатой конической передачи (15) поворотом любого из двух маховичков. Маховичок (16) закреплен на поворотной оси устройства, а маховичок (18) – на стойке, находящейся на площадке для обслуживания. Над сферическим днищем внутри аппарата размещена лопастная мешалка (14) для размешивания сусла в целях лучшей его циркуляции в процессе кипячения.

    Для контроля за температурой в аппарате устанавливается термометр с датчиком (17), укрепленный в корпусе аппарата.

    В вытяжной трубе (3) имеется кольцевой  конденсатосборник (2) для сбора образующегося  конденсата, удаляемого по трубе (19), которая  выведена наружу и при монтаже  аппарата присоединяется к канализационной  сети.

    Вытяжная  труба при кипячении сусла  герметически закрывается заслонкой (1). Смотровой люк котла (20) так  же закрывается крышкой.

    На  крышке аппарата так же находиться штуцер для подачи сусла (4).

    Управление  вентилями подачи пара в рубашку  и отвода воздуха производится маховичком (7), который вынесен на вертикальную стойку, установленную на площадке для обслуживания. На стойке находиться манометр (6) для контроля за давлением пара.

    Привод  мешалки осуществляется от электродвигателя (10) через червячный редуктор (11), которые смонтированы на фундаменте (9).

    После набора сусла и подачи хмеля аппарат  герметизируют и в паровую  рубашку подают греющий пар. Когда сусло начинает закипать и давление в аппарате повышается до 0,03 МПа, перекрывают паровой вентиль, оставляя в нем небольшую щель для поддержания в сусле постоянной температуры кипения – примерно 105°С. При этой температуре сусло выдерживают примерно около 1 ч, после чего прекращают подачу пара и постепенно открывают заслонку вытяжной трубы аппарата. Давление в аппарате начинает падать, а пивное сусло интенсивно кипеть.

    Кипячение сусла под давлением наряду с  сокращением продолжительности  варки и экономией расхода  пара способствует более полному  выпадению белков, что, в свою очередь, улучшает осветление готового сусла  и ускоряет фильтрацию, при этом полнее используются экстрактивные  и ароматические вещества хмеля. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Расчет сусловарочного аппарата 

      Рассчитаем  площадь поверхности теплопередачи  сусловарочного аппарата с полезной вместимостью V=6,5 м³, если начальное количество сусла G_s=6000 кг. 

Общее количество выпариваемой воды 

W=G_s(1-), (3.1) 

W=6000(1-)=1142,8 кг 

где G_s - начальное количество сусла G_s = 6000

концентрация  сухих веществ B_H=8,5% повышается до B_K=10,5% 

Тогда за 1 ч будет  выпариваться 

W₁=W(), (3.2) 

W₁=1142,8()=761,8 кг 

где τ - работа аппарата τ=1,5ч 

Содержание влаги  в начальном сусле 

W_H=100- B_H, (3.3) 

W_H=100-8,5=91,5% 

Удельная теплоемкость сусла 

c_s=c₀₊c_B, (3.4) 

c_s=1,42+4,19=3,95 кДж/(кг∙К) 

где c₀ - удельная теплоемкость сухих веществ сусла c₀=1,42 кДж/(кг∙К) и воды c_B=4,19кДж/(кг∙К) 

Часовой расход греющего пара с учетом КПД аппарата 

D=, (3.5) 

D==1019,4 кг/ч 

где t_H - начальная температура сусла  t_H=78, конечная t_K=100°С

I_п - удельная энтальпия греющего пара I_п=2731,5 кДж/кг

I_BT - удельная энтальпия вторичного пара I_BT=2674,5 кДж/кг

I_K - удельная энтальпия конденсата I_K=419 кДж/кг

η=0,95КПД аппарата 
 

Тепловая нагрузка на поверхность теплопередачи 

Q=, (3.6) 

Q==654822,9 Bт 

Температура греющего пара и кипящего сусла в течение  всего времени кипячения остается неизменной: 

Δt=t_П-t_K, (3.7) 

Δt = 138,2-100=38,2°С 

где  t_П – температура греющего пара t_П=138,2°С 

Температура стенки определяется по известному уравнению: 

t_CT=, (3.8) 

t_CT==126°С 

где k – коэффициент теплопередачи k=1860 Вт/(м²∙К)

α - коэффициент теплоотдачи α=5800 Вт/(м²∙К) 

Коэффициент теплопередачи  от греющего пара находят с учетом значений корней, входящих в формулу:

α₁=c_п(3.9) 

α₁==21220 Вт/(м²∙К) 

где с_п – коэффициент пропорциональности с_п=0,533

λ – коэффициент  теплопроводности конденсата, Вт/(м∙К)

g – ускорение силы тяжести g=9,8 м/с²

r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг

μ – динамический коэффициент вязкости конденсата, Па∙с

Н – высота стенки Н=1,5 м

Величины  принимают по средней температуре пленки конденсата, а – по температуре насыщенного пара 

Таблица 2

Значения  корней, входящих в  формулу для определения  коэффициента теплоотдачи

 

Для наклонной  стенки аппарата коэффициент теплоотдачи  вычисляют с учетом угла наклона  φ=45°

α_1накл=α_1, (3.10) 

α_1накл=21220=19459 Вт/(м²∙К) 

Коэффициент теплоотдачи  от поверхности паровой рубашки  к кипящему суслу 

α₂=3,25q^0,75, (3.11) 

α₂=3,25∙63805^0,75=13047 Вт/(м²∙К) 

где q – удельная тепловая нагрузка q=63805 Вт/м² 

Коэффициент теплоотдачи  от греющего пара к стенке с учетом потерь теплоты за счет образующегося на внутренней поверхности аппарата осадка 

К=η₀[], (3.12) 

К=0,8[]=0,8 Вт/(м²∙К) 

где n₀ коэффициент учитывающий образующийся при кипячении сусла осадок на внутренней поверхности аппарата n₀=0,8

δ –  толщина листовой стали δ=0,012 м

λ_ст – коэффициент теплопроводности для стали λ_ст=46,5 Вт/(м∙К) 

Площадь поверхности  теплопередачи аппарата 

F= , (3.13) 

F= =8,2 м² 

Площадь поверхности  теплопередачи на 1 м³ полезной вместимости аппарата со стальным днищем 

F₁= , (3.14) 

F₁= =1,2 м²/ м³ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

    В данном курсовом проекте мною был  проведен расчет поверхности сусловарочного аппарата, для варки сусла с хмелем, освещена технологическая сущность процесса.

    Во  введении рассказывается о истории появления хмеля, использования его как одного из основных компонентов производства пива и общих характеристик.

<