Проектирование пивоваренного завода

5 Расчет расхода воды, пара, воздуха, диоксида углерода, холода, электроэнергии на технологические нужды

 

 

5.1 Расчет расхода  воды

Расход горячей воды. В технологическом процессе горячая вода расходуется для затирания зернопродуктов, для заливки сит фильтрационного аппарата, для выщелачивания пивной и хмелевой дробины, для мойки оборудования варочного отделения и станции охлаждения, для промывания суслопровода, а также для мойки кег.

Расход горячей воды на затирание зернопродуктов (на главный налив) определяется из условия, что максимальное количество воды тратится при приготовлении наименее концентрированного сусла пива «Стары замак». Для создания благоприятных условий для протекания ферментативных реакций соотношение между наливом и внесением компонентов должно обеспечить концентрацию первого сусла 15-16 %. При затирании из 100 кг зернопродуктов в сусло переходит 69,98 кг экстрактивных веществ. Для получения сусла заданной концентрации воды потребуется, /1/:

 

 

С учетом испарения некоторого количества воды при кипячении отварок на 1 т зернопродуктов количества воды принимаем 4 м3. При приготовлении 10 варок в сутки на 3-тонном варочном агрегате (т.е. при переработке 10 · 3 = 30 т максимального количества зернопродуктов в сутки) воды на главный залив потребуется: 4 · 30 = 120 м3 .

Расход воды для заливки сит фильтрационного аппарата определяется по объему подситового пространства. В фильтрационном аппарате LT-D4200 площадь фильтрации Sф = 13,8 м2 (данные из технической характеристики фильтрационного аппарата), а высота подситового пространства hпп = 0,05 м. При этом суточный расход воды для заливки сит составит, /1/:

 

Расход воды на выщелачивание пивной дробины принимаем равным количеству, расходуемый на главный налив, т.е. 120 м3 . Расход воды для выщелачивания хмелевой дробины считаем равным 0,5 м3 на 1 т зернопродуктов. Согласно

продуктовому расчету средневзвешенного количества затираемых зернопродуктов для принятого ассортимента пива в сутки составит:

 

где   – годовое количество зернопродуктов (по рецептуре), кг;

323 – число дней работы  варочного цеха.

 

Для выщелачивания хмелевой дробины, получаемой в течение суток, воды потребуется:

 

Расход горячей воды для мойки оборудования варочного цеха определяется из условий 5-минутной промывки каждого аппарата после каждого затора (всего заторов 10) с часовым расходом воды 2,5 м3 на 1 т перерабатываемых зернопродуктов. В варочном цехе промывке подвергается 8 аппаратов (два заторных аппарата, фильтрационный аппарат, сборник горячего сусла, сборник промывных вод, сусловарочный аппарат, емкость задачи хмеля, гидроциклонный аппарат), /1/.

Для их промывки надо в сутки воды:

 

Расход воды для промывки суслопровода примем из условия, что суслопровод промывается после каждой варки в течение 10 мин. С расходом воды 2,5 м3/ч на 1т зернопродуктов:

 

Расход воды для мойки оборудования отделения охлаждения (4 пластинчатых холодильника) вычисляют для тех же условий мойки, что и для оборудования варочного цеха, т.е.:

 

Расход горячей воды на мойку кег составляет 0,7 % от объема пива, разливаемого в кеги. Суточный расход воды составит:

 

где   – объем пива разливаемого в кеги в год, дал.

 

Суточный расход воды на прочие нужды принимаем 0,4 м3 на 1 т затираемых зернопродуктов, т.е. 30 · 0,4 = 12 м3 .

В таблице 5.1 сведены все данные о расходе горячей воды на технологические операции.

Максимальный часовой расход воды принимается 15 % от суточного расхода:

 

где  – суточный расход горячей воды на технологические нужды, м3.

 

 

 

Таблица 5.1 – Сводные данные о суточном расходе горячей воды

 

Технологическая операция	Температура, ºС	Расход воды, м3/сут
Затирание зернопродуктов	60	120
Заливка сит фильтрационного аппарата	80	6,9
Выщелачивание пивной дробины	80	120
Выщелачивание хмелевой дробины	80	11,32
Мойка оборудования варочного отделения	60	16,7
Промывка суслопровода	60	12,5
Мойка оборудования отделения охлаждения	60	8,33
Мойка кег	60	5,74
Прочие нужды	60	12
ВСЕГО		313,49

 

Вместимость бака для подогрева воды принимается на 2-часовой расход. При коэффициенте заполнения 0,9 она будет равна:

 

 

Принимаем 5 баков прямоугольного сечения с размерами 2800×2800× ×3200 мм и вместимостью 25,09 м3 каждый, /1/.

 

Расход холодной воды. Холодная вода идет на разбавление пивной и хмелевой дробины перед перекачкой ее к раздаточному бункеру, охлаждение сусла в водяной секции охладителя, промывку дрожжей, мойку бутылок и кег, мойку технологического оборудования и полов в производственных помещениях, /1/.

Расход воды для разбавления пивной дробины. Суточный расход воды рассчитывают из условия, что по нормам проектирования на удаление пивной дробины расходуется 4 м3 на 1 т затираемых продуктов т.е.:

 

 

Расход воды на разбавление хмелевой дробины принимается из расчета 1 м3 на 1т затираемых продуктов т.е., /1/:

 

 

Расход воды на охлаждение горячего сусла. Расход горячего сусла, получаемого из 100 кг зернопродуктов составляет:

1. Слуцкое – 538,98 дм3,
2. Белорусское – 528,0 дм3,
3. Выбранецкое – 559,70 дм3,
4. Березина – 699,19 дм3,
5. Гусарское – 574,88 дм3,
6. Стары замак – 699,77 дм3,
7. Гуляка – 630,21 дм3,
8. Бобруйское темное – 523,67 дм3.

Для принятого ассортимента объем горячего сусла на 100 кг зернопродуктов будет:

 

А из максимального количества зернопродуктов 30 т, расходуемых в сутки, получается сусла:

 

 

В принятой схеме охлаждение сусла водой производится в два этапа, а именно в гидроциклонном аппарате со 100 ºС до 70 ºС и далее после сепарирования сусла в пластинчатых холодильниках с 70 ºС до 30 ºС . Затем сусло охлаждается в тех же охладителях рассолом с 30 ºС до 10 ºС. Вода (в летний период) имеет начальную температуру 20 ºС, а конечную – 35 ºС, /1/.

Потребность воды в среднем для охлаждения горячего сусла со 100 ºС до 30 ºС составит:

 

где 3,96 и 4,1868 – удельные теплоемкости сусла и воды, кДж/(кг·К);

20 и 35 – вода (в летний период) имеющая начальную и конечную  температуры соответственно, оС.

 

Расход воды на мойку тары и оборудования. Расход холодной воды на мойку стеклянных бутылок принимаем 1,1 дм3 на одну бутылку вместимостью 0,5 дм3. При суточном розливе пива в бутылки вместимостью 0,5 дм3:

 

 

Общий расход воды для мойки бутылок составит:

 

 

Расход холодной воды для мойки кег принимается равным 0,3 % от объема пива, разливаемого в кеги, т.е., /1/:

 

 

Расход воды в сутки для промывки засевных дрожжей при хранении 2 суточного запаса дрожжей и при трехкратной промывке их в течение суток одинарным объемом воды будет:

 

 

Расход воды в сутки для промывки осадочных дрожжей при хранении 2 суточного запаса дрожжей и при трехкратной промывке их в течение суток одинарным объемом воды будет, /1/:

 

 

Расход холодной воды для мойки оборудования варочного цеха определяется из условий 5-минутной промывки каждого из 8 аппаратов после каждого затора с часовым расходом воды 2,5  м3 на 1 т перерабатываемых зернопродуктов:

 

Расход воды на мойку оборудования отделения охлаждения принимают из условий 5-минутной промывки одного аппарата после охлаждения сусла каждой варки при расходе 2,5 м3/ч:

 

При расчете расхода воды для мойки суслопроводов учитывают, что их промывают 10 мин после каждой варки (2,5 м3/ч на 1 т зернопродуктов), /1/:

 

 

Расход воды для мойки бродильных аппаратов берут равным 5 % от объема пива, разливаемого в сутки. Суточный розлив пива составляет, /1/:

 

 

Количество воды для мойки бродильных аппаратов составит:

 

 

Расход воды для мойки танков дображивания определяется так же и составляет 8,32 м3.

Расход воды для мойки сборников фильтрованного пива и оборудования для осветления и карбонизации пива находят аналогично и составляет 8,32 м3

Расход воды для промывания пивопроводов вычисляют из условий 20 минутной промывки при расходе 2,5 м3/ч на 1 т зернопродуктов:

 

 

Расход воды на прочие нужды принимаем  равным 5 м3 в сутки на 1 т зернопродуктов, или 5 · 30 = 150 м3.

В таблице 5.2 сведены все данные о расходе холодной воды на технологические операции.

 

Таблица 5.2 – Сводные данные о суточном расходе холодной воды

 

Технологическая операция	Расход воды, м3/сут
Разбавление пивной дробины	120
Разбавление хмелевой дробины	30
Охлаждение горячего сусла	779,05
Мойка бутылок	198,3
Мойка кег	2,46
Промывка засевных дрожжей	12,87
Промывка осадочных дрожжей	12,87
Мойка оборудования варочного цеха	16,67
Мойка оборудования отделения охлаждения	8,33
Мойка бродильных аппаратов	8,32
Мойка аппаратов дображивания	8,32
Мойка сборников фильтрованного пива	8,32
Промывка суслопроводов	12,5
Промывка трубопроводов	25
Прочие нужды	150
ВСЕГО	1393,01

 

Расход воды на мойку полов принимается равным 2 дм3 на 1 м² пола после каждой смены работы. Максимальный часовой расход холодной воды принимается 12 % от суточного без учета воды, расходуемой на мойку полов, что составляет, /1/:

 

 

Согласно нормам технологического проектирования расход воды на 1 т зернопродуктов, включая мойку полов, за вычетом повторно используемой, не должен превышать 57 м3. Количество повторно используемой воды принимается равным 70 % от расхода воды на охлаждение сусла, т.е.:

 

 

Суточный расход горячей и холодной воды составляет:

 

 

 

5.2 Расход пара

Основной расход пара в производстве пива приходится на варочный цех при приготовлении пивного сусла. Кроме этого, пар используется для подогрева воды в бутылкомоечных машинах, воды для мойки кег, стерилизации установки чистой культуры дрожжей, для мойки оборудования и суслопроводов.

Расход тепла для приготовления сусла 1 варки. Расход пара на варку зависит от сорта пива, для которого готовится сусло, от режимов варки и от характеристики машин и аппаратов, потребляющих пар. Для принятого ассортимента пива наибольшее количество пара потребуется на варку сусла  для пива «Бобруйское темное» из солода и несоложеных материалов, так как для этого сусла при затирании значительное количество пара расходуется для подработки несоложеной части затора.

В основу расчета принят следующий режим затирания. Все количество несоложеного сырья 20 %, 10 % солода от массы внесения и 25 % общего расхода ферментного препарата затирают в заторном котле при температуре  50-52 °С. По окончании затирания производят медленный подогрев до 70 °С (в 1 мин на 1 °С), выдержку при 70 °С в течение 30 мин. После выдержки доводят до кипения и кипятят 30 мин. По окончании кипячения несоложеную часть затора охлаждают до 50-52 °С путем добавления холодной воды. При этой температуре в аппарат загружают остальную часть солода и ферментного препарата. После 15-20-минутной выдержки подогревают затор до 63 ºС, добавляют молочную кислоту и после этого выдерживают в течение 15-20 мин. Далее продолжают подогрев до 72ºС и выдержку до полноты осахаривания (30-40 мин). По окончании осахаривания жидкую часть затора (около 40 мас. %) перекачивают в другой аппарат, а остальную густую часть доводят до кипения и кипятят 30 мин. Затем прокипяченную густую часть затора медленно смешивают с жидкой, в результате чего масса затора приобретает температуру 75-77 ºС. Спустя 10 мин затор передают на фильтрацию, /1/.

Расход тепла на подогрев воды для затирания. Для затирания по принятому режиму расходуется 4 дм3 воды, подогретой до 56 °С 1 кг зернопродуктов. В заторный котел поступает 20 % несоложенного сырья и 10 % солода от массы зернопродуктов. Определяем вес 30 % зернопродуктов, т.е.: