Технология производства виски

 Н_ц незначительно отличается от H^’_ц , значит расчёт можно считать достоверным.

Площадь поверхности жидкости в аппарате вычисляется по формуле

 м².                                                                      (9)

Площадь сечения вытяжной трубы равна

 м².                                                          (10)

Диаметр вытяжной трубы:

 м.                                                               (11)

Коэффициент формы днища заторного аппарата

,                                                                                                        (12)

где d₀ – диаметр отверстия для спуска затора. Примем d₀ = 0,2 м [9], тогда

 м.                                            1

Находим толщину стенки днища по формуле

,                                                                                          (13)

где Р – наружное избыточное давление, МПа;

[σ] – допускаемое напряжение при сжатии, МПа;

φ – коэффициент прочности  сварного шва, φ=1;

С – прибавка к расчётной  толщине, С = 0,002 м.

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

45

ВР – БИО – НГТУ – 08БИО – 000 – 12

Обычно оптимальными для  заторных аппаратов являются рабочее  давление Р = 0,245 МПа и допускаемое  напряжение при сжатии для стенки, изготовленной из стали 3 [σ] = 10 МПа, тогда

 м.                                  1

Проверяем условие справедливого  расчёта толщины стенки днища

;                                                   1

;                                        1

, значит, условие выполняется, и расчёт можно считать достоверным.

По рассчитанным размерам для массы перерабатываемого  солода G_сол = 4000 кг выбираем стандартный заторный аппарат типа ВКЗ-5, техническая характеристика которого представлена в таблице 3 [9].

Таблица 3 – Техническая характеристика заторного аппарата ВКЗ-5

Показатель	Значение
Количество одновременно затираемого сухого солода, кг	4000
Полная вместимость, м3	33
Поверхность нагрева сферического днища, м2	20,8
Рабочее давление пара, Мпа	0,245
Диаметр, мм
котла:
Внутренний	4800
с теплоизоляцией	5020
Паропровода	80
Водопровода	100
Расход:
воды, м3/ч	22
Частота вращения мешалки, с-1	0,52
Редуктор червячный:
Тип	М7-ВКС-3.06.030
передаточное отношение	48
Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 46 ВР – БИО – НГТУ – 08БИО – 000 – 12   Электродвигатель:
Тип	4А132SУ3
частота вращения, с-1	25
Габаритные размеры, мм:
Длина	5300

Продолжение таблицы 3

Ширина	5300
высота (без установки  привода)	4890
Масса, кг:
без продукта	19500
с продуктом	42000

 

2.  Расчёт площади поверхности теплопередачи

При расчёте площади поверхности  теплопередачи заторного аппарата определяют тепловой поток при наибольшей тепловой нагрузке, которая наблюдается  при нагревании заторной массы [9]. В этом случае необходимое количество теплоты для нагревания заторной массы Q (кДж) определяется по формуле

                                                                              (14)

где G_зат – масса нагреваемого затора, кг;

С_зат – удельная теплоёмкость заторной массы, кДж/(кг·К);

t_зат.к и t_зат.н – конечная и начальная температуры заторной массы, ^оС.

Удельная теплоёмкость заторной массы равна

                                                                                  (15)

где С_в – удельная теплоёмкость воды, С_в = 4,19 кДж/(кг·К);

С_сол – удельная теплоёмкость солода, кДж/(кг·К).

По классической технологии для настойного способа затирания  расходуется 400 литров воды на каждые 100 кг солода, то есть G_в = 4G_сол.

Удельная теплоёмкость солода равна

                                                                       (16)

где С₀ – удельная теплоёмкость сухих веществ солода, С₀ = 1,42 кДж/(кг·К);

W_сол – влажность солода, %.

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

47

ВР – БИО – НГТУ – 08БИО – 000 – 12

Обычно солод, поступающий  на затирание, имеет влажность 3…5 %, примем

W_сол = 3 %, тогда

 кДж/(кг·К).                         1

Общее количество получаемой заторной массы равно

 кг.                                            (17)

Значит по формуле (15):

 кДж/(кг·К).                    1

Тогда количество теплоты, необходимое  для нагревания заторной массы будет равно по формуле (2.1)

  кДж.                            1

Необходимая площадь поверхности  нагревания (теплопередачи) заторного  аппарата (м²), исходя из определённой скорости нагревания

                                                                                            (18)

где К_Н – коэффициент теплопередачи при нагревании заторной массы, кВт/(м²·К);

Δt_Н – средняя разность температур между обменивающимися средами, ^оС;

τ_Н – продолжительность нагревания, с, τ_Н = 14400 с.

Давление насыщенного  пара, применяемого для нагревания затора

 МПа.                                           (19)

При данном давлении температура  насыщения пара по уравнению интерполяции будет равна

 ^оС .                        )

По условию задания  пар отводится при температуре  насыщения, то есть

 t_н.п = t _к.п = 138 ^оС.

Средняя разность температур между обменивающимися средами равна

                                                                                                  (20)

 

где ^оС; 

 ^оС.                                       1

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

48

ВР – БИО – НГТУ – 08БИО – 000 – 12

Тогда

 ^оС.                                                 1

Коэффициент теплопередачи  К_N при нагревании заторной массы равен

                                                                    (21)

где α₁ и α₂ – соответственно коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя (греющего пара) к стенке паровой рубашки и от поверхности паровой рубашки к заторной массе, Вт/(м²·К);

r_загр1 и r_загр2 – термические сопротивления загрязнений со стороны греющего пара и затора соответственно;

δ – толщина стенки паровой  рубашки, то есть толщина листовой стали, м, δ = 0,012 м;

 λ_ст – теплопроводность материала стенки, Вт/(м·К), теплопроводность стали 3 λ_ст = 46,5 Вт/(м·К).

Коэффициент теплопередачи  от греющего пара к стенке находим  по формуле [9]

                                                                                (22)

где С_п – коэффициент пропорциональности, для вертикальной стенки С_п = 0,533;

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

ρ_конд – плотность конденсата, кг/м³;

μ – коэффициент динамической вязкости конденсата, Па·с;

r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

Н_ст – высота стенки, м, Н_ст = 2,4 м;

t_п и t_ст – температура пара и стенки паровой рубашки, ^оС.

Величины λ, ρ_конд и μ принимают по средней температуре плёнки конденсата

.                                                                                              (23)

Температура стенки рассчитывается из следующего допущения [11]

 ^оС                                                                                                      (24)

отсюда

 ^оС.                                           1

Тогда

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

49

ВР – БИО – НГТУ – 08БИО – 000 – 12

 ^оС.                                         1

При температуре t_ср = 135,5 ^оС

 Вт/(м·К),                  1

 кг/м³,                                   1

 

 Па·с.                     1

Величину r принимают при температуре насыщенного пара t_н.п = 138 ^оС.

При 138 ^оС

 кДж/кг                   1

Тогда по формуле (2.9):

 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи  от поверхности паровой рубашки  к затору α₂ находим по формуле [12]

                                                                                                     (25)

где Nu – определяемый критерий теплообмена Нуссельта, который равен:

                                                                (26)

где Re_меш – критерий Рейнольдса мешалки заторного аппарата;

Pr – критерий Прандтля;

μ_зат и μ_ст – коэффициенты динамической вязкости заторной массы при средней температуре и при температуре стенки аппарата соответственно, Па·с.

Для рассчитываемого заторного  аппарата ВКЗ-5 выбираем мешалку типа лопастная, основные размеры которой  приведены в таблице 4 [13].

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

50

ВР – БИО – НГТУ – 08БИО – 000 – 12

Таблица 4 – Характеристикам мешалки для заторного аппарата ВКЗ-5

Тип мешалки	Основные размеры
	D/dм	b/dм	hм/dм	число лопастей	угол наклона
лопастная	1,5	0,1	0,2	2	90о

 

То есть  диаметр мешалки  d_м равен

 м                                                                              (27)

Ширина лопасти мешалки  b равна

 м                                                                             (28)

Высота установки мешалки  h_м

 м                                                                         (29)

Тогда критерий Рейнольдса мешалки можно вычислить по формул

                                                                                              (30)

где n частота вращения мешалки, с^-1, n = 0,52 с^-1.

Вязкость затора определяем как вязкость суспензии, состоящей из дробленого солода и воды

                                                                                (31)

где μ_в – коэффициент динамической вязкости воды, Па·с;

V_т.ч – объём твёрдых частиц солода в заторной массе, м³;

V_см – общий объём суспензии, м³.

Для классического  настойного способа затирания [1] V_т.ч /V_см = 0,33.

При средней температуре  Δt^’= 0,5·(t_ст + t_ср.з) = 0,5·(133+87,5) = 110 ^оС