Расчет сирповарочного котла и зернового сепаратора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сахар добавляется в напитки для сообщения им сладости и смягчения остроты кислого вкуса. Добавка сахара способствует также ассимиляции вводимых в напитки ароматических веществ, а следовательно, формированию их букета.

Сироп - концентрированный сахарный раствор или смесь отдельных сахаров (сахарозы, глюкозы, фруктозы, мальтозы) в воде или в натуральном фруктовом соке. Содержание сахара в сиропе обычно колеблется от 40 до 80 %. Сироп представляет собой прозрачную вязкую жидкость. Сиропы из растительного сырья имеют аромат соответствующих плодов.

Белый сахарный сироп представляет собой концентрированный водный раствор сахара. Процесс получения белого сахарного сиропа включает следующие технологические операции: растворение сахара в воде; кипячение водного раствора; фильтрация и охлаждение сиропа.

Чтобы при хранении сироп не подвергался брожению, стремятся получить его возможно более концентрированным. Однако во избежание кристаллизации сахарозы концентрация сиропа должна быть несколько ниже предельной, обусловленной ее растворимостью при температуре хранения. На практике сахарный сироп готовят концентрацией 66-72% к массе. С целью стерилизации сиропа его подвергают кипячению.

В кондитерском производстве водные сиропы с содержанием сахара 30-60 % применяют при варке варенья, а также для производства консервированных фруктовых компотов. Сахарный сироп -- полуфабрикат, идущий на приготовление кулажей напитков, товарных сиропов и кваса. Фруктовые сиропы употребляются непосредственно в пищу, а также для получения газированных и других напитков (например, морс). Сиропы очень хороши для приготовления различных напитков, так как они легко смешиваются с другими жидкостями, не мутят напиток и ускоряют его приготовление. Сахар же - песок или пудра - растворяется медленно, сахарная пудра делает напиток мутным. Сиропы должны соответствовать ГОСТ 28499-90 «Сиропы. Обще технические условия». Массовая доля веществ, % не менее 50±1,0.

Цель данной работы - изучить и произвести расчет основных технологических параметров аппарата для производства белого сахарного сиропа.

Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:

1. Обобщить литературные сведения о технологии приготовления белого сахарного сиропа;

2. Дать основные сведения об аппаратах для приготовления белого сахарного сиропа;

3. Произвести расчет основных технологических параметров аппарата для производства белого сахарного сиропа производительностью 100 кг/сутки.

1. Литературный обзор

1.1 Приготовление белого сахарного сиропа

Сахарный сироп готовят горячим и холодным способами. При приготовлении сиропа горячим способом в сироповарочный аппарат наливают воду и нагревают ее до кипения. Затем постепенно при непрерывном нагревании и размешивании вводят сахар. После го растворения сироп доводят до кипения, снимают образующуюся на поверхности пену (при уваривании сиропа в открытых аппаратах). Удаление пены обязательно, так как при розливе напитков в бутылки пена ухудшает их вкус и вызывает опалесценцию. Вместе с пеной удаляются и содержащиеся в сахаре загрязнения. Сироп кипятят при перемешивании в течении 30 мин для уничтожения слизеобразующих бактерий, более длительное кипячение может привести к ухудшению качества. Кипячение прекращают по достижении массовой доли сухих веществ в сиропе 60-65%. Горячий сироп фильтруют в патронных или других фильтрах. В качестве фильтрующих материалов используют белую фланель, шинельное сукно, бельтинг, шелковое и капроновое полотно. Допускается использование мешочных фильтров. Часто используют сетчатые фильтры-ловушки. Затем сахарный сироп охлаждают до 10-20°С в пластинчатых или противоточных трубчатых теплообменниках.

В сиропе определяют содержание сухих веществ и направляют на хранение. Рассчитанное количество воды заливают в сироповарочной котел и нагревают до кипячения. Не прекращая нагревания, при перемешивании в котел загружают требуемое количество (по массе) сахара (в котлах без механических мешалок сахар задают при температуре воды 40-50 °С). После полного растворения сахара раствору дают вскипеть, снимают образующуюся на его поверхности пену (при варке сиропа в открытых котлах). Затем раствор сахара кипятят при перемешивании не менее 30 мин для полного уничтожения слизеобразующих бактерий. Сироп в горячем состоянии подают на фильтрование. Для фильтрования сахарного сиропа применяют фильтры различных конструкций (сетчатые, тканевые, рамные). На заводах безалкогольных напитков распространены сетчатые фильтры-ловушки.

Допускается фильтрование сиропа и на фильтрах простейших конструкций (мешочных).

В качестве фильтрующих материалов используют белую фланель, шинельное сукно, бельтинг, шелковое или капроновое полотно. При необходимости сироп осветляют, пропускают через колонки, заполненные активированным углем.

После фильтрования сахарный сироп направляют на охлаждение. Охлаждают сироп рассолом или холодной водой в противоточных змеевиковых или пластинчатых теплообменниках, или при помощи змеевиков, установленных в сборниках. Охлажденный до температуры 10-20°С сахарный сироп передают насосом в предварительно вымытые эмалированные или алюминиевые закрытые сборники для хранения. Сборники должны быть оборудованы измерительными устройствами. В готовом сиропе определяют содержание сухих веществ.

Холодный способ приготовления сиропа. Все полуфабрикаты задают в котел при перемешивании, соблюдая следующую очередность: вода (температурой 8-15 °С), сахар. Все тщательно перемешивают, фильтруют до полной прозрачности и охлаждают до 8-10 °С.

При производстве напитков «Пепси-Кола»; «Кока-кола», «Фанта» сахарный сироп готовят холодным способом, состоящим из процессов растворения сахара и последующего фильтрования сиропа через бактериозадерживающие фильтры.

1.2 Сироповарочные котлы

Сахарный сироп варят в сироповарочных котлах. Типовой сироповарочный котел представляет собой закрытый стальной резервуар цилиндрической формы со сферическим днищем. Котел снабжен паровой рубашкой с патрубками для подвода пара и отвода конденсата и якорной мешалкой с верхним приводом, совершающей 28-47 об/мин (в зависимости от типа котла) и предназначенной для размешивания содержимого котла. В крышке котла имеется люк с задвижкой для загрузки сахара, а также патрубок для залива воды и вытяжная труба для отвода водяных паров. Для спуска сиропа служит нижний патрубок. Спускное отверстие закрывается клапаном, перемещаемым штурвалом, соединенным с конической передачей через тягу.

Воду подают в котел и подогревают ее до 55-60° С. Не прекращая нагревания, включают мешалку и загружают сахар. После полного растворения сахара раствор нагревают до кипения; прекратив нагрев, снимают образующуюся на его поверхности пену. Эту операцию повторяют дважды. После снятия пены кипячение продолжают еще 30 мин. Более продолжительное кипячение не рекомендуется, так как это может вызвать карамелизацию сахара. Готовность сиропа определяется по концентрации в нем сахара. Продолжительность технологических операций варки сахарного сиропа составляет около 2 ч.

сироп сепаратор котел ячмень

2. Материалы методы

2.1 Расход сахара

Расход сахара-песка на приготовление 100 дм³ 65%-ного сиропа следующий.

Необходимо приготовит 100 дм сиропа с массовой долей сухих веществ 65 %. По соотношению между плотностью растворов, показаниями сахарометра и содержанием сахара в граммах на 1 дм раствора, находим, что сироп с массовой долей сухих веществ 65 % имеет плотность 1,3161 при 20 °С / 4 °С. Масса 100 дм³ сиропа составит 131,63 кг с содержанием в нем

сахара 131,63 * 65/100 = 85,6 кг;

воды 131,63 * 35/100 = 46,07 кг.

На варку сиропа необходимо будет задать сахара с учетом, что массовая доля влаги в товарном сахарном песке составляет 0,15 %,

85,6+ 85,6 * 0,15/100 = 85,73 кг.

Воды с учетом потерь при варке на испарение (для расчета принимаем 10 %) надо задать:

46,07+ 46,07 * 10/100 = 50,68 кг, т. е 50,7 дм³.

2.2 Материальный баланс

Потребный объем сироповарочных котлов

V = ,

где Vn - количество сахарного сиропа, приготовляемого в сутки, в м³;

z - количество варок в сутки;

Ф - коэффициент заполнения котла, учитывающий вспенивание сиропа в процессе варки; ф = 0,75.

Приготовление и фильтрование сахарного сиропа (теряется 1 % сахара). В одном литре сахарного сиропа с массовой долей 65,8 % (масс.) содержится 0,8693 кг сахара. Вода вносится из расчета 0,5 л на 1 кг сахара. Из этих соотношений получаем, что в 0,001 м³ сахарного сиропа содержится 0,8693 кг сахара и 0,00043465 м³ воды.

Уравнение материального баланса для сироповарочного аппарата

Gк = Gв + Gс + Wв,

где Gк - количество сахарного сиропа, кг; Gв - количество воды, залитой в аппарат, кг; Gс - количество сахара, кг; Wв

- количество испаренной влаги, кг.

Количество выпаренной при кипении влаги

Wв = Gн (1 - Вн/Вк),

где Вн и Вк - начальная и конечная концентрация сахарного сиропа, %.

Количество воды вносимой в аппарат с учетом 5 %-ных потерь на испарение составит

Gв.общ = Gв (1 + 5/100), м³.

Учитывая, что при варке сахарного сиропа теряется 0,5 %, то на стадию фильтрования должно поступить:

Gф = Gсах.сир (1 + 0,5/100).

2.3 Тепловой баланс

Для равномерного нагрева содержимого котла установка должна иметь естественную циркуляцию. В дальнейшем предполагается, что система котел-содержимое прогревается равномерно при отсутствии заметных перепадов температуры.

Из материального баланса: количество сахара, Gсах.общ, кг; общее количество воды в котле, Gв.общ, кг; количество выпариваемой воды, Wв, кг (5 % от общего количества воды); количество воды в сахарном сиропе, Gв, кг.

Технологические, физико-химические и др. параметры: конечная концентрация сахарного сиропа, Вк = 65 %; начальная температура воды, tв = 14 °С; температура сахара, tс = 20 °С; температура сахарного сиропа, tсир = 105 °С; теплоемкость воды, св = 4,19 кДж/(кг·К); теплоемкость аппарата, са = 0,522 кДж/(кг·К); температура конденсата, tконд = 99,1 °С; энтальпия греющего пара, iгр.п = 2730 кДж/кг, (P = 0,3 мПа); энтальпия вторичного пара [13], i вт.п=2687 кДж/кг, (t = 105 °С.

Уравнение теплового баланса сироповарочного аппарата

Gсcсtс + Gв.общcвtв + Gаcаtн + Diгр.п = = (Gс + Gв)cсирtсир + Wвiвт.п + Gаcа(tк - tн) + Dcвtконд + Qп,

где Qп - потери тепла аппаратом в окружающую среду, кДж,

Qп = 5 % Qапп = 0,05·(Gа·са(tк - tн)).

сс - удельная теплоемкость сахара, кДж/(кг·К),

сс = 1,1618+0,00356·tс.

ссир - удельная теплоемкость сахарного сиропа, кДж/(кг·К),

ссир = св - [(2,512 - 0,0075·tсир)·Вк].

Расход пара (кг) на варку сиропа:

D = (Gс·(cсирtсир - cсtс) + Gв(cсирtсир - cвtв) +Wв(iвт.п - cсирtсир) +

+ Gаcа(tк - tн) + Qп)/(iгр.п - cвtконд), кг.

Общее количество тепла, подводимое с паром, равно

Q = D(iгр.п ·ск·tн)?,

где ск - удельная теплоемкость конденсата,

tн - температура конденсации пара,

? - время нагрева.

Мощность, потребляемая сироповарочным котлом определяется по формуле

Р = (Q/3600)·k, кВт

где k - коэффициент запаса, учитывающий изменения напряжения тока в сети и форсированный режим работы котла (обычно k = 1,1…1,15).

Устройство сепаратора с цилиндрическим ситом для сортирования зерна показано на рис. 1.2.1.5. Сортируемое зерно непрерывно подают через приемное устройство 1 в полый цилиндр, состоящий из двух жестко соединенных между собой сит 4 и 5 с разными размерами отверстий. Цилиндрические ста вращаются внутри герметичного корпуса машины, внизу которого расположены два шнека 6. Один шнек предназначен для отвода щуплого, кормового зерна (проход через сито 4), а второй - ячменя II класса (проход через сито 5). Каждый шнек частично перекрыт клапаном 3 во избежание смешивания отсортированного ячменя. Крупное зерно I класса сходит с сита 5. В процессе работы сита очищаются щетками 2.

Сопоставляя конструктивные и эксплуатационные особенности сепараторов с плоскими и цилиндрическими ситами, следует отметить достоинства последних:

плавность хода, так как движение цилиндрического сита вращательное и равномерное, а не возвратно-поступательное с переменной скоростью, как у плоских сит;

простота привода, поскольку в его состав не входит кривошипно-шатунный или другой колебательный механизм;

хорошее перемешивание зерна, поскольку при вращении цилиндрического сита зерно перемещается не только в осевом, но и в поперечном направлениях.

Однако в цилиндрических ситах не полностью используется площадь поверхности, поскольку в работе одновременно находится лишь 20...25 % от общей площади сита, и вследствие этого при одинаковой производительности цилиндрические сита оказываются более громоздкими по сравнению с плоскими ситами.

2.4 Оборудование для вторичной очистки

Цель вторичной очистки - удаление из зерновой массы примесей, которые могут оказывать негативное влияние на технологические процессы солодовенного производства. Это примеси, оставшиеся в зерне после первичной очистки и попавшие в него процессе хранения, поврежденные зерна, зерна других злаков и пр.

Вторичную очистку осуществляют равномерно, в течение всего года (за исключением периода остановки производства на техническую профилактику), непосредственно перед подачей солода в производство. Производительность зерноочистительных машин на стадии вторичной очистки ниже, чем на первичной очистке, но при этом степень очистки выше.

Рис.1.2.2.1. Схема установки для вторичной (основной) очистки:

1- элеватор; 2- магнитный сепаратор; 3- остеотделитель; 4- воздушно-ситовой сепаратор основной очистки; 5- триер-сортирующее устройство; 6- весы; 7- всасывающий рукавный фильтр

Магнитный сепаратор (рис.1.2.2.2.) служит для удаления металлических примесей (гвоздей, болтов и т. п.). Назначение магнитных сепараторов - отделение от зерна ферромагнитных примесей, способных:

ь повредить рабочие органы транспортирующих и технологических машин, ускорить их износ;

ь вызвать искрение при транспортировке и переработке зерна, которое может привести к воспламенению или взрыву;

ь вызвать заклинивание и повышенное трение вращающихся элементов оборудования.

Магнитные сепараторы применяются также при первичной очистке зерна. Магнитный сепаратор устанавливают на стадии грубой очистки. Магниты работают на постоянном токе, выполняются в виде стержней или подков, и их следует периодически очищать. Большой производительностью характеризуются вращающиеся электромагниты, где материал попадает в барабан, притягивающий все металлические предметы, которые затем свободно падают в немагнитной зоне, в стороне от потока ячменя.

Рис.1.2.2.2. Магнитный сепаратор

1- подача ячменя; 2- подъемный кран; 3- набор магнитов

По способу создания магнитного поля магнитные сепараторы делятся на сепараторы с постоянными магнитами и электромагнитами.

Магнитные сепараторы на основе постоянных магнитов получили наибольшее распространение в солодовенных и пивоваренных производствах.

Эффективность отделения магнитных примесей зависит от силы притяжения магнитов, скорости, толщины и равномерности разделяемого потока зерновой смеси, а также способа размещения магнитов.



Рис. 1.2.2.3. Принципиальное устройство магнитного сепаратора на основе постоянных магнитов:

1 - магнит; 2 - корпус; 3 - магнитно-силовое поле; 4 - углубления для сбора магнитных примесей; 5 - лоток; 6 - шибер; 7 - стержень.

Постоянные магниты 1 (рис.1.2.2.3) закреплены в корпусе 2 стержнями 7. Зерновая масса движется по наклонному лотку 5 через магнитно-силовое поле 3. Магниты устанавливаются под углом 40…45⁰ для обеспечения движения зерна самотеком. Металлические примеси скапливаются в углублениях 4, откуда их периодически удаляют вручную. Зерно по лотку должно двигаться тонким равномерным слоем толщиной не более 10…12 мм и с минимальной скоростью движения - обычно 0,4…1,5 м/с. Подачу зерна регулируют шибером 6.

Магнитные сепараторы на основе электромагнитов, принципиальное устройство которых показано на рис. 1.2.2.4, состоят из корпуса 1 со штуцерами для входа исходного зерна 3, выхода очищенного зерна 5 и выхода магнитных примесей 6. В корпусе размещен вращающийся от привода полый барабан 2 из материала, не обладающего ферромагнитными свойствами и, следовательно, проницаемого для магнитного поля. Внутри барабана установлен неподвижно электромагнит 4, создающий магнитное поле. Он состоит из сердечника и катушек, питающихся постоянным током.

Через штуцер 3 зерно поступает на вращающийся барабан по всей его длине равномерным слоем толщиной не более 10 мм со скоростью 0,5... 1,5 м/с. Металлические частицы, находящиеся в области действия магнитного поля, притягиваются к поверхности барабана и на ней переносятся к нижней части корпуса, где действие магнитного поля заканчивается. Ферромагнитные примеси отделяются от поверхности барабана и отводятся из сепаратора.

Рис. 1.2.2.4. Принципиальное устройство магнитного сепаратора на основе электромагнитов:

1 - корпус; 2 - барабан; 3 - штуцер для входа зерна; 4 - электромагнит; 5 - штуцер для выхода зерна; 6 - штуцер для отвода примесей.

К достоинствам электромагнитных сепараторов следует отнести то, что они обладают более сильным и стабильным во времени магнитным полем, и то, что выгрузка примесей осуществляется автоматически.

Камнеотборник предназначен для удаления мелких камней (размером с ячменное зерно). Принцип его действия основан на различной плотности зерна и камней - разделение происходит на поднимающихся ситах, продуваемых регулируемым потоком воздуха (рис.1.2.2.5.). Максимальная производительность камнеотборника 6 т/ч. Технологическая эффективность работы камнеотделительных машин зависит от нагрузки; амплитуды, частоты и направления его колебаний; мощности воздушного потока. Степень очистки зерна от минеральных примесей составляет 98…99 %, при этом содержание зерна в отходах не превышает 0,05 %.

Рис. 1.2.2.5 Камнеотборник фирмы Kuenzel

В солодовенных производствах камнеотделительные машины почти не используют, поскольку наличие небольших камней практически не сказываются на работе солодовенного оборудования. Основная область применения камнеотделительных машин -- очистка солода на пивоваренных предприятиях непосредственно перед подачей на дробление, что позволяет предотвратить повреждение валков солододробилки и повысить ресурс их эксплуатации.

Триеры служат для удаления шарообразных загрязнений - половинок зерен ячменя и семян сорняков. Первые при хранении, замачивании и проращивании являются благоприятной средой для развития плесени, а вторые остаются в солоде и придают суслу и пиву неприятный привкус. Триеры применяют также для сортирования зерен по длине при необходимости отделения длинных зерен от коротких, например, ячмень и овес от пшеницы и ржи.

Удаление половинок зерен и шаровидных примесей осуществляются триерных цилиндрах из стальных листов с ячейками в виде карманов. Примеси собираются в ячейки, из которых они попадают в приемный желоб и отводятся из триера шнеком. Известны несколько конструкций триеров.

По конструктивному признаку триеры разделяют на цилиндрические и дисковые. По технологическому назначению триеры классифицируют на:

куколеотборочные -- отбирающие из зерновой смеси короткие примеси (куколь, гречишку, половинчатое зерно, шаровидные семена и пр.);

овсюгоотборочные -- выделяющие из зерновой смеси длинные примеси (овсюг, овес и пр.).

Принцип очистки зерна на триерной поверхности таков, что из зерновой смеси всегда отбирают более короткую фракцию: в куколеотборном триере -- короткие примеси, а в овсюгоотборном -- основное зерно (ячмень). Поэтому при одинаковых габаритах производительность куколеотборного триера существенно выше, чем овсюгоотборного, поскольку в первом случае от основной зерновой массы отбирают лишь около 5 % коротких примесей, а во втором -- около 95 % основного зерна.

Известны несколько конструкций триеров.

ь Триеры средней производительности, цилиндр которых расположен под углом 6 градусов работает с окружной скоростью 0,3-0,4 м/с. Вследствие наклона материал медленно продвигается вдоль цилиндра. Попавшие в ячейки нормальные зерна частично застревают в ячейках и выпадают из них при вращении под действием силы тяжести, после чего транспортируются в сборник. Шаровидные примеси уносятся дальше и выпадают в приемные желоба, установленные на высоте, точно соответствующей виду загрязнений (этим достигается высокое качество сортирования).

ь Высокопроизводительные триеры, характеризующиеся значительно большей окружной скоростью - около 1,1 м/с, причем сила тяжести настолько превосходит центробежную силу, что попавшие в ячейки семена и половинки зерен надежно в них удерживаются и могут выпадать в довольно высоко расположенный приемный желоб. Развиваемая центробежная сила способствует также более высокому подъему нормальных ячменных зерен.

ь Ультратриеры (рис. 1.2.2.6.) снабжены ударным валком, разрушающим верхние слои вращающего слоя и направляющим зерно в свободную нижнюю часть. Благодаря особой форме ударника зерно отбрасывается в сторону по отношению к движению триера. Это перемещающее действие делает ненужным наклонное положение цилиндра, обеспечивает лучшее использование сортирующей поверхности, позволяет снизить окружную скорость на 0,55 м/с, дает экономию потребляемой энергии и снижает размеры триеры. Производительность таких триеров составляет около 800 кг/ч с 1 м².

Рис. 1.2.2.6. Ультратриер

1- корпус; 2- лоток.

Сортирующий эффект триера любой конструкции зависит от формы ячеек, причем штампованные ячейки должны иметь острые края. Следует учитывать, однако, неизбежный износ поверхности ячеек под действием кремниевой кислоты, содержащейся в плодовых оболочках.

Величину ячеек рассчитывают в зависимости от сортируемого материала и задают калибром штампа. По диаметру ячеек выбирают и их глубину. Диаметр ячеек основного триера составляет, как правило, 6,5± 0,2 мм, а триера последующей сортировки - 5,75 мм.

Привод триера должен быть равномерным, без толчков, чтобы находящиеся в ячейках зерна не выпадали, в связи с чем привод триерного цилиндра осуществляют с помощью звездчатой или конической зубчатой передачи.

Большое значение для высококачественного сортирования имеет правильная установка приемного лотка. Если в отходах содержится много нормальных зерен, лоток устанавливают выше, в направлении вращении барабана. Если же в ячмене остаются семена сорняков или половинки зерен, то лоток следует опустить. При номинальной производительности триера, как правило, не удается увеличить эффективность очистки свыше 98%.

Полезная площадь сортирования, определяющаяся диаметром цилиндра и числом ячеек, составляет у триера средней производительности 20-25%, высокопроизводительного и ультратриера - около 30%.

В засушливые годы в ячмене содержится больше колотых зерен, образующихся при обмолоте, а во влажные - больше семян сорняков.

Обычно под отходами или посторонними примесями понимают совокупность колотых зерен и отходов ячменя, посторонних зерен м семян сорняков. В благоприятные годы они составляют около 1%, в обычные - до 4%, а в плохие - до 8%. Большое значение имеет и форма ячменных зерен: короткий утолщенный (полный) ячмень труднее сортировать, чем длинные зерна. Удаление битых зерен и семян сорняков обычно проводят перед сортированием ячменя.

Производительность триеров зависит не только от их полезной площади и степени загрязнения зерна, но и от равномерности подачи ячменя в агрегат, в связи с чем его оснащают дозирующем устройством. Для контроля равномерности подачи материала перед очистным устройством и после него размещают специальные емкости, по уровню зерна в которых судят о равномерности подачи ячменя.

Сортирование ячменя

Для обеспечения равномерности замачивания, проращивания ячменя и измельчения солода, а также для достижения высокого выхода путем отделения слабых зерен ячмень необходимо отсортировать по величине зерен.

Сортирование ячменя осуществляют с помощью цилиндрических или листовых сит, располагаемых по-разному: цилиндры вращаются вокруг собственной оси, а квадратные, круглые или восьмиугольные сортировочные листы размещают горизонтально друг над другом и с помощью эксцентриков приводят в колебательное движение. Ячменные зерна, по размеру превосходящие ширину отверстий сита, остаются на нем.

По величине зерен ячмень разделяют на три сорта (фракции) с помощью двух сит с разной шириной щелей, а именно:

сорт I -- собственно пивоваренный ячмень с толщиной зерен более 2,5 мм;

сорт II --с толщиной зерен 2,2-2,5 мм;

отходы -- непригодный для солодоращения кормовой (фуражный) ячмень с толщиной зерен менее 2,2 мм.

Сорта I и II обычно подвергают раздельному солодоращению, а отходы реализуют для нужд сельского хозяйства. Указанные три сорта отличаются не только внешне (по толщине зерен), но и по химическому составу, содержанию ферментов и накоплению ферментативной активности при солодоращении.

Барабанные сита

Сортировочные цилиндры барабанных сит изготавливают, как правило, с отверстиями двух размеров. Ячмень поступает в конец цилиндра с меньшими прорезями, и самые крупные зерна собираются на другом конце барабана. Сита изготавливают из стальных листов с отверстиями длиной 25 и шириной 2,5 или 2,2 мм. Качество сортирования зависит от конструкции сит -- сита со штампованными прорезями обеспечивают точность 0,03 мм, в связи с чем в зерна I сорта могут попадать зерна II сорта, и наоборот. Большое значение имеет и толщина листа, так как точность сортирования возрастает с ее увеличением. Нормальной считается толщина листа в 1 мм, которая по всему листу должна быть одинаковой. Сита с меньшей толщиной характеризуются худшей сортирующей способностью, так как зерна легче проскальзывают в то отверстие, где меньше сопротивление и трение.

Схема комбинированной триерсортирующей машины с повторным сортированием приведена на рис. 1.3.1.

Рис. 1.3.1. Схема комбинированной триерсортирующей машины с повторным сортированием

Окружная скорость должна быть не более 0,7 м/с. В современных агрегатах ситовый барабан располагается горизонтально, а перемещение материала достигается с помощью ленточных шнеков, соответствующим образом расположенных на внутренней поверхности сит. Эти два приема увеличивают площадь эффективной сортирующей поверхности, так как исключает одностороннее движение ячменя в цилиндре и обеспечивают лучшее распределение в нем материала.

Площадь сортирующей поверхности может изменяться и из-за постепенного увеличения ширины отверстий вследствие действия кремниевой кислоты плодовой оболочки, в связи с чем качество сортирования постепенно снижается и крупные зерна начинают идти вторым сортом. Во избежание этого необходимо периодически проводить контроль ширины отверстий.

Большое влияние на результаты сортирования оказывает исходное состояние ячменя. Чем неравномернее и загрязненнее ячмень, тем труднее его сортировать, а к степени чистоты и выравненности ячменя следует предъявлять высокие требования.

Производительность сортирующего цилиндра зависит в основном от его размеров, и обычно принимают производительность для каждого сорта 380-400 кг/ (м²*ч). Максимальная длина цилиндра - около 3,5 м, обычный диаметр - 500 мм.

Рис. 1.3.2. Схема комбинированной триерсортирующей установки

Важен также способ загрузки установки ячменя, который должен поступать на сито тонкой струей так, чтобы каждое зерно пришло в соприкосновение с сортирующей поверхностью.

Плоский сепаратор (планзихтер)

Плоский сепаратор, называемый также планзихтером (рис. 1.3.3.), представляет собой систему расположенных друг над другом прямоугольных или квадратных плоских сит, приводимых в колебательное движение эксцентриковым колебателем. При этом каждая точка комплекта сит описывает одинаковую кривую. Привод осуществляется так, чтобы движущиеся массы зерна постоянно уравновешивались независимо от частоты вращения и нагрузки на сита. Планзихтер обеспечивает более точное разделение, чем барабанный сепаратор, имеет большую и полнее используемую сортирующую поверхность, позволяет обеспечить равномерность толщины просеиваемого слоя и длительное пребывание материала на сите.

Рис.1.3.3. Рабочая схема планзихтера:

1- несортированный ячмень; 2 - отделение I сорта; 3 - отделение II и III сортов; 4 - отделение I сорта от грубых примесей; 5 - грубые примеси; 6 - I сорт; 7 - II сорт; 8 - III сорт

Качество сортирования повышается благодаря перекрестному расположению прорезей, при котором отверстия попеременно располагаются в продольном и поперечном положении. Каждое сито состоит из трех элементов: собственно ситового листа с распределительным диском, ситовой рамы, которая разделена на отдельные поля, и сборника, из которого просеянная масса по боковым каналам направляется на сита (рис. 1.3.4.).

Рис.1.3.4. Сортирующий элемент планзихтера:

1 - ситовый лист; 2 - рама сита; 3 - сборник

Планзихтер с круглым или восьмиугольными ситовыми дисками

Такой сепаратор (рис.1.3.5.) состоит из 2 или 4 ситовых дисков (рис.1.3.6.), горизонтально закрепленных на центральном валу. Диски обычно разделены на 8 заменяемых ситовых сегментов, опирающихся в центре на среднюю стойку.

Рис. 1.3.5. Планзихтер с круглыми или многоугольными ситовыми дисками проход через сито; 2 - сход с сита

Движение сит осуществляется с помощью эксцентрикового привода с горизонтальным ходом по окружности 80 мм, перемешивание сортируемой массы - с помощью лучеобразно расположенных отражательных гребенок. Благодаря зигзагообразному движению, совершаемому сортируемой массой между отражателями от центра к краям ситового диска, путь каждого зерна многократно превышает длину сита. Кроме того, гарантируется эффективное перемешивание массы отражателями, и поэтому каждое зерно независимо от его плотности обязательно соприкасается с ситом.

Рис. 1.3.6. Ситовые диски планзихтера

Производительность подобной установки достигает 12 т/ч и может быть увеличена путем расположения нескольких установок друг над другом. Таким образом, помимо проверенных систем барабанных и плоских сепараторов появилась усовершенствованная высокопроизводительная установка.

2.5 Комбинированные очистительно-сортировочные машины

Также наряду с отдельными машинами в солодовенном производстве применяют агрегаты, в которых осуществляют одновременно в определенной последовательности несколько операций очистки и сортирования ячменя.

Так, например, очистительно-сортировочный аппарат ОСА (рис. 1.4.1.) состоит из дискового триера и плоских сит. Основные узлы агрегата: металлическая станина 7, на которой с помощью пластинчатых пружин подвешены ситовые корпуса 8 и 10, совершающие возвратно-поступательные движения с помощью эксцентрикового механизма 3, лотки 6, питатель 4, инерционно-очистительный механизм сит 9, электродвигатель 2, ограждение 1 и аспирационная труба 5. В верхней части агрегата на станине 7 установлен дисковый триер - куколеотборник 11. Для аспирации агрегата отдельно устанавливают циклон с шлюзовым затвором и вентилятор.

В агрегате ОСА ячмень очищают и сортируют путем разделения зерна и продуктов его переработки на пять фракций: ячмень 1, 2 и 3 сортов, отходы с триера и мелкие примеси.

Агрегат компактен, технологически он выполняет функции триера и воздушно-ситового сепаратора.

Рис.1.4.1. Очистительно-сортировочный агрегат ОСА для ячменя:

1 - ограждение; 2 - электродвигатель; 3 - эксцентриковый механизм; 4 - питатель; 5 - аспирационная труба; 6 - лотки; 7 - станина; 8,10 - ситовые корпуса; 9 - инерционно-очистительный механизм; 11 - дисковый триер-куклеотборник

3. Математическая часть

3.1 Основные формулы и обозначения

1. Технологическая эффективность ситовой сепарации:

Э = (А - В)100/А,

где А - содержание примесей в исходной зерновой смеси, %; В - остаточное содержание примесей в зерне после очистки, %.

2. Коэффициент использования площади сита или живое сечение:

К_ип = S₀ / S_с ,

где S₀ - суммарная площадь отверстий, м²; S_с - площадь сита, м².

3. Сила, действующая в направлении, параллельном поверхности сита, и сдвигающая частицу вниз:

Р = G * sin?;

Сила трения:

Т = f * N = f * G * cos? = tg? * G * cos?,

где ? - угол наклона сита, град.; f - коэффициент трения (f = tg?); N - нормальная составляющая силы тяжести (N = G * cos?); ? - угол трения, град.

Сила тяжести:

G = m * g,

где m - масса частицы, кг; g - ускорение свободного падения, м/с², g = 9,8 м/с²

4. Минимальная и максимальная частота колебаний при возвратно-поступательных движениях сита (мин ^-1):

n_min = 30

или

n_max = 30

где r - радиус кривошипа ведущего вала, м.

5. Производительность ситовых сепараторов:

П = G / ?,

где G - масса зерна, поступающего в сепаратор, кг; ? - продолжительность сепарации, с.

3.2 Дополнительные показатели

Уравновешивание ситовых сепараторов

1. Сила инерции ситового корпуса Р_и направлена противоположно его движению и равна:

Р_и = m_k a,

где m_k - масса ситового корпуса, кг; a - ускорение ситового корпуса, м/с².

2. Ускорение ситового корпуса соответствует:

a = ?² * r * cos?,

где ? - угловая скорость кривошипа, рад/с; r - радиус кривошипа, м; ? - угол вращения кривошипа, град.

Тогда силу инерции можно выразить как:

Р_и = m_k * ?² * r * cos?,

3. Можно подобрать массу груза т_г и радиус его вращения R такими, чтобы полностью уравновесить силу инерции Р_и ситового корпуса с массой т_к:

m_k * ?² * r * cos? = m_г * ?² * R * cos?

m_k * r = m_г * R,

Отсюда масса груза (кг), при которой урпавновешивается сила инерции:

m_г = (m_k * r) / R,

Однако при этом способе, вертикальная составляющая Р_B ничем не уравновешивается и достигает максимального значения при вертикальном положении кривошипа, т. е. при ? = 90⁰, при котором sin? = 1. Тогда можно записать:

Р_BMAX = m_г * ?² * R

4. Амплитуда вращения грузов одинаковой массы с одинаковыми скоростями, но в противоположных направлениях в балансирующем механизме:

А = (2 m_г * R) / (m_k + 2m_г),

где R - радиус вращения центров тяжести грузов, м.

Вертикальные составляющие Р_г * cos?t центробежных сил, действующих на грузы, в любом положении этих грузов уравновешивают друг друга. Горизонтальные составляющие Р_г * sin?t суммируются и полностью уравновешивают силу инерции ситового корпуса Р_г.

1.1. Расчет эффективности ситового сепаратора

ь Расчет основных показателей

Э = (А - В)100/А

Пусть А = 35 %; В = 3 %, тогда

Э = (35 - 3)100/35 = 91,4 %

Кип = S0 / Sс

Пусть S0 = 3 мм; Sс = 7 мм, тогда:

Кип = 3/7 = 0,43

П = G / ?

? = G / П

П = 3 т/ч = 3000 кг/ч

G = 230 кг

? = 230 / 3000

? = 0,077 ч = 4,62 мин

G = m * g

m 1000 зерен = 60 г, m1 зерна = 0,06 г

g = 9,8 м/с2

G = 0,06 * 9,8 м/с2 = 0, 59

Р = G * sin?

? = 6 - 140 С. Пусть ? = 120 С, тогда sin? = sin120 = 0,2079

Р = 0,59 * 0,2079 = 0,12

Т = f * N = f * G * cos? = tg? * G * cos?

f = 0,37, тогда tg? = 0,37, ? = 200 С

cos? = cos 120 = 0,9781

Т =0,37 * 0,59 * 0,9781 = 0,21

nmin = 30 , или n_max = 30

Пусть r = x, тогда n_min = 30 = 30 =

= 30 = 30 =

n_max = 30 = 30 = 30 =

ь Дополнительные расчеты

Ри = mk a,

mk = 230 кг

Пусть ? = y, r = x, а ? = z, тогда

а = y2 xcosz,

1. Тогда силу инерции можно выразить как:

Р_и = m_k ?² r cos ? = 230 y² xcosz

2. Пусть R =?, тогда

m_k ?² r cos ? = m_r ?² R cos ?

m_k r = m_r R

230x = m_r ?

Отсюда масса груза (кг), при которой уравновешивается сила инерции равна:

m_r = (m_k r)/ R = 230 x/ ?

РBMAX = mг * ?2 * R = (230 x/ ?) y2 ? = 230 xy2

Пусть R = ?, тогда:

А = (2 mг * R) / (mk + 2mг) = (2 *230x/ ?? )/(230 + 2* 230x/ ?)

Заключение

В результате проведения литературного анализа были получены следующие ответы на поставленные задачи:

1. В основе принципов очистки и сортирования зерна лежат различия в физико-механических свойствах зерна и примесей, а именно различия в линейных размерах, плотности, аэродинамических и ферромагнитных свойствах.

2. Очистка ячменя осуществляется с помощью: воздушно-ситового сепаратора, устройства для удаления ости, ситовых сепараторов с различной формой сит и принципом действия, магнитных сепараторов, камнеотборников, триеров и ультратриеров.

3. Сортирование ячменя осуществляется с помощью: барабанных сит, плоских сепараторов, называемых также планзихтеромами, планзихтеров с круглыми или восьмиугольнымии ситовыми дисками. Также наряду с отдельными машинами в солодовенном производстве применяют комбинированные очистительно-сортировочные машины.

4. Расчет эффективности ситового сепаратора с плоскими ситами показал, что на производительность оборудования ситового сепаратора влияет множество факторов, а именно: физико-механические свойства компонентов зерновой смеси; соотношение компонентов различной крупности; форма и размеры перфорации сита; коэффициент использования площади сита (по литературным данным он равен 0,44-0,49, в ходе проведенного расчета он составил 0,43); угол наклона сит, сила инерции ситового сепаратора, максимальная и минимальная частота колебаний при возвратно-поступательном движениях сит (так как габаритных данных ситового сепаратора найти не удалось, данный расчет был проведен условно).

Список используемой литературы

1. Балашов В.Е., Федоренко Б.Н. Технологическое оборудование предприятий пивоваренного и безалкогольного производств. - М.: Колос, 1994.-384с.

2. Главачек Ф.В., Лхотский А.С. Пивоварение. - М.: Пищевая промышленность, 1977. - 622 с.

3. Грушин Ю.Н., Васильев Н.К. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян. - Вологда, 1995. - 344 с.

4. Грушин Ю.Н. Проектирование технологических линий послеуборочной обработки зерна и семян. - Вологда-Молочное, 1999. - 367 с.

5. Ермолаева Г.А., Колчева Р.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков: Учеб. для нач. проф. обр-я. - М.: ИРПО; Изд. Центр «Академия», 2000. - 416 с.

6. Кожуховский И.Е. Зерноочистительные машины. - М.: Машиностроение,1974. - 278 с.

7. Колчева Р.А., Ермолаева Г.А. Производство пива и безалкогольных напитков. - М.: Агропромиздат, 1985. - 264 с.

8. Косминский Г.И. Технология солода, пива и безалкогольных напитков. Лабораторный практикум по технологическому контролю производства. - Мн.: Дизайн ПРО, 2001. - 352 с.

9. Кретов И.Т., Антипов С.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности: Учебник. - Воронеж: Изд-во гос-ного университета, 1997. - 624 с.

10. Кретов И.Т., Антипов С.Т., Шахов С.В. Инженерные расчеты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности. - М.: Колос С, 2004. - 391 с.

11. Кунце В., Мит Г. Технология солода и пива: Пер. с нем. - СПб.: Профессия, 2001. - 912 с.

12. Мархель И.И. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1986. - 567 с.

13. Нарцисс Л. Краткий курс пивоварения / Л. Нарцисс; при участие В. Бака; пер. с нем. А. А. Куреленкова. - СПб.: Профессия, 2007. - 640 с.

14. Нарцисс Л. Пивоварение. Т. 1. Технология солодоращения / Л. Нарцисс; перевод с нем. под общ. ред. Г.А. Ермолаевой и С.Ф. Шаненко. - СПб.: Профессия, 2007. - 584 с.

15. Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств (теория технологического потока). - М.: Колос, 1993. - 288 с.

16. Панфилов В.А., Уроков О.А. Технологические линии пищевых производств: создание технологического потока. - М.: Пищевая промышленность, 1996. - 472 с.

17. Руле А. Справочник пивовара / Пер. с фр. - М.: Пищевая промышленность, 1969. - 544 с.

18. Технология солода / Пер. по 6-ому изд., перераб. Л. Нарциссом; Пер. с нем. А.М. Калашниковой; Под ред. И.М. Грачева. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 504 с.

19. Тихомиров В.Г. Технология пивоваренного и безалкогольного производств. - М.: Колос, 1999. - 448 с.

20. Федоренко Б.Н. Инженерия пивоваренного солода: Учеб. - справ. пособия. - СПб.: Профессия, 2004. - 248 с.

21 Балашов В.Е., Кретов И.Т., Антипов С.Т. Практикум по расчетам технологического оборудования предприятий бродильной промышленности. - М.: Колос, 1992.-208с.

22. Тихомиров В.Г. Технология пивоваренного и безалкогольного производств. - М.: Колос, 1998. - 448 с.

23. Справочник по производству безалкогольных напитков / Балашов В.Е. и др. - М.: Пищ. пром-сть, 1979. - 387 с.

Размещено на Allbest.ru

...