Введение

Пивоваренная промышленность относится к числу немногих динамично развивающихся отраслей России. Объемы производства пива за последние пять лет ежегодно возрастают на 125 -- 130 %. В 2000 году было произведено около 350 млн. дал пива.

Рост производства пива традиционно опережает производство солода, дефицит которого из года в год растет. Ежегодно импортируется более 40 % солода, в основном из стран дальнего зарубежья. Сдерживающим фактором в ускоренном наращивании солодовенных мощностей служит проблема отечественных пивоваренных ячменей. В европейской части России в ряде областей (Липецкой, Воронежской, Курской, Белгородской, Тамбовской, Орловской) имеются хорошие почвенно-климатические условия для выращивания качественных ячменей. Сейчас районировано 33 сорта. Вместе с тем обеспеченность промышленности отечественным пивоваренным ячменем из года в год ухудшается и растет импорт ячменя. Так, в 2000 году импортировано более 400 тыс. т ячменя.

Анализ качества отечественных пивоваренных ячменей, проведенных во ВНИИПБ и ВГТ, показал, что около половины проверенных партий не удовлетворяют требованиям ГОСТ 5060-92 по содержанию мелких зерен, по крупности, по белку и способности прорастания.

Для решения проблемы использования высококачественного отечественного ячменя разработана программа «Пивоваренный ячмень России» при поддержке Минсельхозпрода РФ. В ближайшие 3-5 лет существующая сегодня диспропорция между мощностями по производству пива и солода будет значительно снижена в результате строительства ряда крупных солод овен компаниями «Балтика», «Очаково», «Росар», «Эфес» и др.

Основным недостатком уже действующих предприятий является устаревшее оборудование, амортизация которого достигла 70-100%. Многие здания пивоваренных заводов старые, физически изношенны, для их обновления требуются большие капитальные вложения.

Перспектива развития отрасли предполагает, что к 2003 году объемы производства по пиву должны возрасти до 550 млн. дал пива в год.

При этом действующие предприятия должны стремится к увеличению производительности, в том числе и за счет модернизации имеющегося оборудования.

1.1 Общие сведения о пивоваренной отрасли

1.1.2 Описание технологической схемы производства солода

Приготовление солода -- сложный комплекс специфических процедур, состоящий из очистки, сортировки, замачивания и ращения зерна, а также обработки свежепроросшего солода.

Солод, проросший при оптимальных условиях, имеет свежий огуречный запах. При наступлении анаэробного дыхания солод приобретает эфирный, яблочный запах. Основным признаком окончания проращивания является растворимость мучнистого тела зерна 6, чем свидетельствует легкое растирание его между пальцами.

По принятой в производстве схеме (ДП-260601-35-2005-ВСЛ-00.00.000 ТЗ) поступивший на предприятие ячмень проходя через переключатели потока 2 с помощью ленточного транспортера 3, норией подается в промежуточный бункер 6. Далее попадая в магнитный сепаратор 7, очищается от ферропримесей, взвешивается на весах 8 и следует на очистку в воздушно-ситовой сепаратор 9.Фракции ячменя первого и второго сорта собираются в бункерах 21, а ячмень третьего сорта направляется на утилизацию.

Очищенный и отсортированный ячмень в определенном количестве засыпается в замочный чан 24, где отмывается от загрязнений и дезинфицируется. Легкое зерно и мелкие примеси (сплав) во время мойки всплывают на поверхность и удаляются вместе с моечной водой. Вымытое зерно перекачивается в замочный чан 25, где его влажность повышается до 41…43 %.После окончания замачивания замоченное зерно направляется в солодорастильный аппарат 26, для проращивания в течении 6-9 суток. В нем зерно продувается воздухом с относительной влажностью 96…98 % и температурой 12 ?С. При необходимости зерно орошается водой имеющей температуру около 12 ?С.

Температура зерна должна оставаться в пределе 14-18 ?С.

Из солодорастильного агрегата зеленый солод при помощи разгрузочного устройства подается в норию 27, и поднимается в камеру подвяливания солодосушилки 28, где равномерно распределяется специальными механизмами и сыплется в вертикальные шахты сушилки. Сушилка имеет три зоны благодаря чему сушильный агент несколько раз проходит сквозь вертикальные слои солода. Температура Сушильного агента изменяется от 45 ?С до 85 ?С, продолжительность сушки 24…36 часов.

Сухой горячий солод из сушилки выгружается в росткоотбойную машину 29, где очищается от ростков. Ростки собирают в бункере 30, для последующей утилизации. Очищенный солод отлеживается в бункере 31 в целях повышения влажности оболочки зерна и ее эластичности. Сухой солод без ростков очищается от загрязнений, полируется в полировочной машине 32 и подается в силос для хранения 33, где хранится и в нужный момент подается в варочный цех.

1.2 Назначение и классификация машин для производства солода

Мощность солодовенного цеха определяется в тоннах сухого солода, выпускаемого в год по производительности оборудования солодорастильного и сушильного отделений. В состав солодовенного цеха входят следующие сооружения и производственные подразделения

1) элеватор:

приемное устройство для ячменя;

рабочая башня элеватора;

силосные корпуса -- надсилосное и подсилосное помещения.

2) солодовенный корпус;

а) замочное отделение;

б) солодорастильное отделение;

в)отделение сушки солода;

г)отделение подготовки и обработки воды;

д)отделение мойки и предварительного замачивания ячменя;

е) отделение подготовки и обработки воды.

3) административно-бытовой корпус;

4) автовесы подъездные пути, сантехнические и другие сооружения.

В каждом от делении солодовни используют различное технологическое оборудование необходимое для выполнения ряда технологических и дополнительных операций:

- очистки ячменя и его дозирования (взвешивание);

- повышения влажности зерна и мойки;

- сушки зеленого солода и подработки;

- транспортировки и хранения.

Для выделения из зерновой массы примесей, отличающихся от зерен основной культуры по ширине и толщине, применяют машины, основным рабочим органом которых является система вибрирующих, вращающихся или движущихся возвратно-поступательных сит.

Принцип действия зерноочистительных машин основан на отделении примесей от основной массы зерна по линейным размерам и аэродинамическим свойствам.

В зерноочистительных машинах применяют различные способы пневмосепарирования: в вертикальном, наклонном или поперечном воздушном потоке; с использованием поля центробежных сил; пневмоинерционное; пневмоситовое и др. Наибольшее распространение благодаря конструкционной простоте и компактности устройств получил способ сепарирования зерновой смеси в вертикальном воздушном потоке.

Сортирующие машины разделяют очищенное зерно по толщине и ширине, а триеры -- по длине частиц. Металлические примеси извлекаются из массы зерна магнитными аппаратами. Во время мойки зерна частицы с малой плотностью всплывают на поверхность воды и удаляются из моечного аппарата в отдельный сборник.

1.2.1 Зерновые сепараторы

Для очистки зерна от примесей, отличающихся от него геометрическими размерами (шириной и толщиной), применяют ситовые сепараторы с плоскими и цилиндрическими ситами. Сепараторы с плоскими ситами бывают с возвратно-поступательным и круговым поступательным в горизонтальной плоскости движением сит. К сепараторам с цилиндрическими ситами относят виброцентробежные сепараторы, рабочие цилиндры которых установлены вертикально, и барабанные с горизонтальным расположением барабана.

Воздушно-ситовые сепараторы очищают зерно от примесей по аэродинамическим свойствам и линейным размерам. В них зерно от мелких и крупных примесей очищают на ситах, а от легких -- в пневмосепарирующих каналах до поступления зерна на сита и на выходе из машины.

1.2.2 Цилиндрические и дисковые триеры

Примеси, отличающиеся от зерен основной культуры длиной, отделить на ситах невозможно. Для этой цели используют триеры. Рабочим органом триера является цилиндр или диск с ячейками, выбирающие короткие частицы.

По назначению различают триеры-куколеотборники -- для выделения из основной массы зерна половинчатых зерен и шаровидных примесей (куколя, гречишки и т.п.) и триеры-овсюгоотборники -- для отделения зерен основной культуры (ячменя, пшеницы и др.).

Ячейки рабочей поверхности куколеотборника выбирают из массы зерна шаровидные примеси и половинчатые зерна, количество которых не превышает 5%. Ячейки овсюгоотборника, напротив, выбирают основную составную часть -- ячмень, пшеницу или рожь, количество которой обычно равно 95% объема зерновой массы. Естественно, при равных размерах производительность куколеотборника гораздо больше, чем овсюгоотборника.

1.2.3 Магнитные сепараторы

В зерновой смеси, поступающей в производство, могут быть металлические примеси, которые нельзя выделить в сепараторах или триерах. Металломагнитные примеси весьма разнообразны по размерам, форме и происхождению: это случайно попавшие предметы (гвозди, гайки, кусочки металла и т.п.) и частицы, попадающие в продукт в результате износа. Наличие таких примесей может привести к искрообразованию или повреждению рабочих органов машин. Особенно опасно и нежелательно попадание металломагнитных примесей в готовую продукцию.

В технологическом процессе переработки зерна предусмотрена установка магнитной защиты после бункеров для неочищенного зерна, перед сепараторами, триерами и дробилками, а также на контроле готовой продукции.

Основа рабочего процесса магнитных сепараторов -- различие в магнитных свойствах зерновых продуктов и примесей.

1.2.4 Аппараты для мойки и замочки ячменя

Замачивание зерна является важным этапом в производстве пивоваренного солода. Достаточная влажность, наличие кислорода и оптимальная температура -- основные условия солодоращения. Для мойки и замачивания зерна используются специальные аппараты разных конструкций. Как моечные, так и замочные аппараты изготовляют из листовой стали толщиной 4...6 мм и обрабатывают специальным покрытием, исключающим коррозию металла.

Современные конструкции замочных аппаратов имеют цилиндрическую форму, обеспечивающую самотечную выгрузку замоченного ячменя.

1.2.5 Аппараты для солодоращения

Целью проращивания солода является синтез и активизация неактивных ферментов, под влиянием которых в процессе затирания достигается растворение всех резервных веществ зерна. Под действием ферментов при солодоращении часть сложных веществ зерна превращается в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрины и высшие декстрины, пептоны, пептиды, аминокислоты и др.

В замочном аппарате с коническим днищем подаваемый по трубопроводу в нижнюю часть эрлифтной трубы сжатый воздух увлекает за собой зерно с водой и поднимает его вверх.

Плотность смеси воды и воздуха намного ниже плотности воды и зерна, находящихся вокруг трубы. За счет этой разницы зерно поднимается по трубе вверх, где с помощью сегнерова колеса равномерно распределяется по объему аппарата.

Сжатый воздух подается также в кольцевые барабаны трубки, которые расположены на внутренней поверхности конической части замочного аппарата. Для равномерного распределения воздуха по всему объему аппарата в трубках в нижней части имеются отверстия диаметром 2...3 мм. Для спуска замоченного зерна в аппарате для солодоращения в нижней части замочного аппарата находятся вентиль с клапаном и спускной штуцер.

1.2.6 Оборудование для сушки солода

Сушка солода осуществляется в целях снижения его влажности с 50...40 до 10...3% к общей массе, при которой становятся невозможными его самопроизвольные ферментативные изменения, которые зависят от скорости обезвоживания, температуры сушильного агента, его влажности и условий сушки. 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.

Солодосушилки делятся на два типа: периодического и непрерывного действия.

К солодосушилкам периодического действия относятся горизонтальные одно-, двух- и трехъярусные сушилки, а также вертикальные сушилки, которые в настоящее время имеют широкое распространение. 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.

В сушилках разных типов сушка солода протекает в две стадии. В первой стадии удаляется гигроскопическая влага, а влажность солода легко снижается до 10 %. Во второй стадии, когда остаточная влага более прочно связана с коллоидной структурой солода, снижение влажности до 2.„5 % затруднено. На данной стадии сушки солод темнеет, появляются характерные аромат, цвет и вкус. В связи с этим сушилки для солода должны работать с переменным по зонам количеством воздуха.

1.2.7 Машины для обработки сухого солода

После окончания сушки солода удаляют ростки, которые могут придать пиву горьковатый привкус. Отделять ростки от солода необходимо немедленно после сушки, так как при хранении из-за высокой гигроскопичности ростки теряют свою хрупкость и отделяются очень трудно. Очистка солода от ростков производится на росткоотбойных машинах.

Все росткоотбойные машины работают путем прижимания рабочим органои зерен к поверхности ситового цилиндра, в результате чего ростки отбиваются и удаляются расположенным ниже по уровню шнеком.

В качестве рабочего органа машина может иметь вал с лопостями , шнек, вал с бичами.

Сухой солод после выдерживания на складе и перед подачей в производство с целью удаления из него пыли, оставшихся ростков, цветковой оболочки и других примесей пропускают через солодополировочные машины, после которых он приобретает чистый вкус, а поверхность его становится блестящей.

Дробление высушенного и отлежавшегося солода представляет собой тонкое измельчение солода для ускорения физиологических и биохимических процессов растворения зерна при затирании.

Полировочные машины присоединены к системе аспирации и имеют помимо магнитов для улавливания ферропримесей набор вибрационных сит, проходя через которые из солода удаляются все грубые и тонкие примеси. Затем солодпротирается между щеточным валиком с мягкимищетками и профилированным листом, очищаясь таким образом от пыли. В зависимости от растворимости солода солодополировачнчя машина может быть настроена на более или менее интенсивную очистку.

1.3 Современные конструкции

1.3.1 Аппараты для замачивания ячменя

Последние десятилетия замачивание осуществляют в основном в цилиндроконических емкостях. Изготавливают их из стального листа, а в последнее время -- из нержавеющей стали. Такая форма емкостей выбрана для обеспечения полного опорожнения замочки в ящик.

Как правило, замочное отделение размещают над помещением для проращивания. В старых замочных цехах до сих пор существуют традиционные конструкции замочных чанов когда два замочных чана размещаются друг под другом, и замачиваемый ячмень через них проходит последовательно.

Подобная форма замочного чана себя оправдывает, но проблемы возникают для части ячменя, находящегося в нижней части воронки. С поглощением воды усиливаются жизненные процессы, в частности дыхание. Для зерна, находящегося в нижней части воронки, это означает, что после ухода из нее воды она продолжает еще поступать вниз из верхних слоев зерна, тогда как зерно вверху уже аэрируется. С развитием дыхания образующаяся двуокись углерода опускается в нижнюю часть воронки и затрудняет дыхание находящегося там зерна. Если ничего не предпринимать, то может получиться неравномерно развивающийся солод.

Со временем была предложена (впервые -- Вильдом (ВДЫ)) замочная емкость с центральной вертикальной трубой, через которую в первый день замачивания ячмень перекачивался внутри емкости («предварительное замачивание по Вильду») (рисунок 1).

Благодаря этому исключается невыгодное положение зерна в воронке и достигается равномерное снабжение его водой, а также аэрация всего зерна в чане. Такая конструкция чана используется и в настоящее время, но вместо прежнего механического перемещения ячменя через центральную трубу используется более бережная его перекачка сжатым воздухом.

Если не используется чан с воронкой, то в настоящее время большей частью применяют чаны, в которых сжатый воздух вдувается через форсунки, что гарантирует обеспечение ячменя воздухом и во время водопоглощения. Если замоченный ячмень транспортируется далее механическими средствами («сухая выгрузка»), то в конце выпуск должен быть под более острым углом (около 60⁰), чем при последующем гидравлическом транспортировании (около 90°, «мокрая выгрузка»).

В последнее время разработан тип замочного чана с плоским дном (рисунок 4.). Такие чаны могут применяться самостоятельно или в качестве второго чана в комбинации с цилиндроконическим чаном.

Подобный замочный чан представляет собой цилиндрическую емкость с плоским дном, на ситовом днище которого из нержавеющей стали, имеющем 24-32 %-ную щелевую проходную поверхность, размещается ячмень. Распределение ячменя и выгрузка уже наклюнувшегося материала осуществляется с помощью многорукавного радиального разгрузочного механизма, который при необходимости может подниматься или опускаться. Находящиеся на нем «весла» могут перемещать материал либо к середине или на края, либо разравнивать его.

Для аэрации замачиваемого материала под ситовым днищем имеются форсунки сжатого воздуха. Для промывки пространства под ситовым днищем размещены водяные форсунки. Благодаря размещению материала равномерным слоем в замочном чане возможно добиться быстрого и равномерного его прорастания.

Чаны с плоским днищем требуют несколько большего расхода воды, чем чаны с воронкой, так как пространство под ситовым дном нельзя уменьшить. Чтобы, несмотря на это, экономить воду, на некоторых солодовенных заводах применяют специальное устройство для поддержания над ячменем пониженного уровня воды.

В замочных чанах с плоским дном уже нет той части зерна, которая в замочных чанах с воронкой оказывается в невыгодном положении.

Еще одну возможность дают шнеки для замачивания, которые могут применяться для мойки, а также для предварительного и основного замачивания ячменя.

Ячмень подается в заполненный водой желоб и медленно перемещается из воды наклонно установленным шнеком. При этом ячмень естественно насыщается водой. Сплав удаляется через предварительно установленное устройство.

Особенно интенсивно процесс мойки протекает в замочном барабане представленного на рисунке 2.

Во вращающемся барабане ячмень в течение 30-45 мин заливается водой при 25 ?С, при этом продвигаясь вверх с помощью подъемных корзин, расположенных внутри корпуса. Хороший эффект промывки барабаном сказывается прежде всего на удалении с поверхности зерен спор плесневых грибов («антигашингоный барабан»). Замочный барабан способствует также ускоренному водопоглощению ячменя до 27-30 % влажности.

Для сравнения:

Конусные замочные чаны

Используемые размеры -- на 50-60 т ячменя; для увеличения суточной выработки используют несколько чанов, работающих параллельно. Расход воды -- 4-6 м³ на тонну ячменя.

Чаны с плоским дном

Рассчитаны на загрузку больших партий и обеспечивают равномерную переработку продукта. К их недостаткам относят:

- увеличение затрат на устройство решетчатого настила, погрузочной и разгрузочной машины;

- увеличение водопотребления -- до 5-7 м³ на тонну ячменя -- из-за неиспользуемого пространства под решеткой;

- необходимость ручной очистки пространства под решеткой.

Замочные барабаны

Особенно хороши для первой фазы замачивания в комбинации с последующим замачиванием в непрерывном токе воды и воздуха или с воздушно-оросительным замачиванием. Водопотребление в них невелико, от 0,6 до 0,8 м³ на тонну ячменя.

1.3.2 Высокопроизводительные сушилки для солода

Современные сушилки оснащены погрузчиками и разгрузчиками. Такие сушилки бывают в прямоугольном или круглом исполнении и могут иметь конструкцию в виде одно- или двухъярусной сушилки.

Например одноярусная высокопроизводительная сушилка с круглой решеткой. Она оборудована пoгpyзочно-разгрузючным устройством. Для таких сушилок отсутствует необходимость в ворошителе.

Решетки в виде перфорированных листов или сит с прорезями имеют 30%-ную свободную проходную поверхность опираются снаружи на ролики и равномерно приводятся в движение 3-6 двигателями мощностью по 1-2 кВт каждый. Приводы снабжены переключателями для правого и левого вращения, а также имеют две скорости.

Погрузочно-разгрузочное устройство может подниматься и опускаться и имеет в качестве основного элемента конструкции горизонтальный транспортирующий шнек, который по мере необходимости перемещает продукт из периферии к центру или наоборот. Вся операция занимает обычно около часа.

Для загрузки погрузочно-разгрузочное устройство устанавливается на высоте, соответствующей предусмотренной толщине слоя. В конструкциях со вращающейся решеткой транспортировка и загрузка продукта осуществляется из периферии к центру, при этом полная загрузка сушилки занимает около часа. По окончании процесса сушки погрузочно-разгрузочное устройство опускается в нижнее положение и при поворачивающейся решетке постепенно перемещает солод к отверстию для выгрузки.

Весь процесс сушки, включая загрузку и выгрузку, осуществляется автоматически и занимает 18-20 часов.

В конструкциях с неподвижной решеткой поворачивается и перемещается в горизонтальной плоскости сам шнек.

Преимущества конструкции с поворачивающейся решеткой заключаются в том, что

- отбиваемые транспортным шнеком ростки солода падают в определен ном месте и могут оттуда удаляться;

- солод при опорожнении сушилки может перемещаться к неподвижному отверстию в стенке.

Двухъярусная сушилка (рисунок 5.) состоит из двух решеток, расположенных друг над другом. В то время как на одной решетке идет отсушка, на другой свежепроросший солод находится в фазе подвяливания. При этом горячий сухой воздух от решетки для отсушки можно направлять после добавления свежего воздуха под решетку подвяливания, а затем отводить увлажненный в процессе подвяливания воздух наружу.

Две решетки в двухъярусной сушилке можно:

- располагать в вертикальной плоскости друг над другом или рядом;

- работать с перебрасыванием солода или без него.

При работе с перебрасыванием процессы подвяливания и сушки ведут на отдельных решетках. Необходимость в перебрасывании может отпадать, если подвяливание и сушка проводятся на одной и той же решетке. Однако для реализации этого технического решения необходима система, позволяющая переключать воздушные каналы.

Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки. Преимущество переключения воздушных каналов состоит, прежде всего в возможности увеличения продолжительности сушки, так как отсутствует перебрасывание, отнимающее примерно 2 часа.

В принципе существует возможность эксплуатировать две одноярусные сушилки как одну двухъярусную.

Если имеется в наличии двухъярусная сушилка с перебрасыванием солода, и с ней хотят работать в два этапа (подвяливание и сушка) в течение 2- 20 ч, то происходит это так, как показано на рисунке 5.

Подвод воздуха для верхнего яруса регулируется совершенно независимо от температуры нижнего яруса. Количество воздуха устанавливается таким образом, чтобы отводимый над верхним ярусом воздух при температуре 25-30 °С постоянно насыщался влагой, в то время как независимо от этого процесса нижний ярус мог бы работать при температуре отсушки.

Загрузка и разгрузка ярусов осуществляется описанными выше способами. Для перегрузки с верхнего на нижний ярус обе решетки и оба шнека двигаются с одинаковой скоростью.

Из экономических соображений следует, как можно полнее использовать тепловую энергию отводимого воздуха: вентилятор прогоняет свежий воздух через теплообменник, где воздух предварительно нагревается, а затем с помощью системы отопления доводится до нужной температуры. При эксплуатации двухъярусной сушилки данный процесс проводится несколько по-другому: воздух, пройдя нижний ярус, доводится до требуемой температуры путем регулируемого добавления теплого и холодной воздуха, благодаря чему достигается раздельное управление температурой и подачей воздуха для верхнего и нижнего яруса.

1.4 Патентная проработка проекта

В России в настоящее время стоимость энергетических носителей начинает приближаться к среднемировому уровню цен, поэтому именно сегодня направление экономии энергетических ресурсов приобретает особую актуальность.

В данном дипломном проекте была поставлена задача уменьшение расхода энергоресурсов (воды, природного газа) для производства солода.

1.4.1 Замочный чан

Изобретение относится к пивоваренной промышленности, в частности к оборудованию для производства солода. Аппарат (Приложение А, фиг. 1)состоит из цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и герметичной крышкой 3 с загрузочными шахтами 4. В корпусе 1 на уровне затопления водой установлен сетчатый цилиндрический фильтр 5, внутри которого расположен клапан 6, соединенный трубопроводом 7, проходящим через герметичную крышку 3, с центробежным насосом 8. Озонатор 9 подсоединен через трубопровод 10 к эжектору-смесителю 11, выходной патрубок которого трубопроводом 12 соединен с жестко установленной на дне корпуса 1 соплом вверх форсункой 13, над рабочим соплом которой установлен диффузор 14 трубы 15 гидролифта. Центробежный насос 8 трубопроводом 16 соединен с эжектором-смесителем 11. Труба 15 гидролифта жестко прикреплена к стенкам корпуса 1 с помощью направляющих 17. На герметичной крышке 3 корпуса 1 установлена система 18 вентиляции надводного пространства. В коническом днище 2 корпуса 1 расположен механизм 19 для разгрузки зерна, подвода и отвода воды. На корпусе 1 расположено окно 20 для удаления сплава. На герметичной крышке 3 корпуса 1 расположены иллюминаторы 21. Изобретение позволит ускорить процесс солодоращения , улучшить качество солода и экологичность производства.

Изобретение относится к пивоваренной промышленности, в частности к оборудованию для производства солода.

Известен аппарат для мойки и замачивания зерна [3], содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, трубопроводы, эрлифтную трубу, барботерные трубки и механизм для разгрузки зерна, подвода и отвода воды.

Недостатком известного устройства является неизбежное засорение отверстий барботерных трубок, что приводит к неполному перемешиванию зерновой массы, понижению степени аэрации жидкости, а также неудовлетворительной мойке и дезинфекции зерна. Кроме того, использование при дезинфекции зерна растворов негашеной извести, хлорной извести, перманганата кали и т.д. приводит к ухудшению качества солода, а сбросы - к загрязнению водоемов. Использование данных реагентов не гарантирует полную дезинфекцию зерна и дополнительно требуются затраты больших объемов воды на промывку зерновой массы после дезинфекции.

Технический эффект заключается в ускорении процесса солодоращения, улучшении качества солода, экономии водных ресурсов, получении высоких показателей дезинфекции и улучшении экологичности производства.

Сущность изобретения заключается в том, что аппарат для замочки зерна, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, трубопроводы, механизм для разгрузки зерна, подвода и отвода воды, а также окно для удаления сплава, снабжен озонатором, подсоединенным через трубопровод к эжектору-смесителю, выходной патрубок которого трубопроводом соединен с жестко установленной на дне корпуса соплом вверх форсункой, над рабочим соплом которой установлен диффузор трубы гидролифта. На уровне затопления водой установлен сетчатый цилиндрический фильтр, внутри которого расположен клапан, соединенный трубопроводом, проходящим через герметичную с загрузочными шахтами крышку корпуса, с центробежным насосом, подсоединенным трубопроводом к эжектору-смесителю. При этом труба гидролифта жестко прикреплена к стенкам корпуса, на крышке которой установлена система вентиляции надводного пространства.

На рисунке (Приложение А, фиг. 1) изображено предлагаемое устройство, состоящее из цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и герметичной крышкой 3 с загрузочными шахтами 4. В корпусе 1 на уровне затопления водой установлен сетчатый цилиндрический фильтр 5, внутри которого расположен клапан 6, соединенный трубопроводом 7, проходящим через герметичную крышку 3, с центробежным насосом 8. Озонатор 9 подсоединен через трубопровод 10 к эжектору-смесителю 11, выходной патрубок которого трубопроводом 12 соединен с жестко установленной на дне корпуса 1 соплом вверх форсункой 13, над рабочим соплом которой установлен диффузор 14 трубы 15 гидролифта. Центробежный насос 8 трубопроводом 16 соединен с эжектором-смесителем 11. Труба 15 гидролифта жестко прикреплена к стенкам корпуса 1 с помощью направляющих 17. На герметичной крышке 3 корпуса 1 установлена система вентиляции 18 надводного пространства. В коническом днище 2 корпуса 1 расположен механизм для разгрузки зерна, подвода и отвода воды 19. На корпусе 1 расположено окно 20 для удаления сплава. На герметичной крышке 3 корпуса 1 расположены иллюминаторы 21.

Аппарат работает следующим образом. В цилиндрический корпус 1 заливают воду на 1/3 его объема, затем насыпают очищенное зерно в загрузочные шахты 4. В корпус 1 доливают воду до уровня окна 20 для удаления сплава. Включают центробежный насос 8, который забирает воду через огороженный сетчатым фильтром 5 клапан 6 по трубопроводу 7. Далее вода под напором по трубопроводу 16 нагнетается в эжектор-смеситель 11, с помощью которого воду можно насыщать обычным воздухом либо озоновоздушной смесью. Выбор режима работы эжектора-смесител 11 зависит от проводимой технологической операции. Насыщенна с помощью эжектора-смесител 11 газом вода подается по трубопроводу 12 в форсунку 13, из которой вода струей (активна среда) направляется в диффузор 14. При этом активной средой эжектируется пассивна водно-зернова смесь и происходит их перемешивание. По трубе 15 гидролифта насыщенна газом водно-зернова смесь под напором активной среды подается на поверхность воды. При режиме озонирования в целях безопасности необходимо включать систему вентиляции 18, которая откачивает остатки озона из надводного пространства аппарата. После прохождения процесса замачивания , когда зерно достигнет необходимого процента влажности, открывают запорный клапан механизма для разгрузки зерна 19 и водно-зерновую массу перекачивают солодо-растительные ящики для проращивания .

По сравнению с известными решениями предлагаемое устройство позволяет эффективно перемешивать водно-зерновую смесь и давать высокие показатели аэрации воды, сокращает время мойки зерна, гарантирует полную дезинфекцию зерновой массы, не требует после процесса дезинфекции слива воды, т.к. озон разлагается в воде на кислород, при этом отпадает необходимость ополаскивания зерновой массы после дезинфекции, что экономит ресурсы воды. В процессе замачивания малые дозы озона в воде положительно влияют на активность ферментов в зерне.

Формула изобретения:

Аппарат дл замочки зерна, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, трубопроводы, механизм дл отвода зерна, подвода и отвода воды, а также окно дл удаления сплава, отличающийся тем, что он снабжен озонатором, подсоединенным через трубопроводы к эжектору-смесителю, выходной патрубок которого трубопроводом соединен с жестко установленной на дне корпуса соплом вверх форсункой, над рабочим соплом которой установлен диффузор трубы гидролифта, на уровне затопления водой установлен сетчатый цилиндрический фильтр, внутри которого расположен клапан, соединенный трубопроводом, проходящим через герметичную с загрузочными шахтами крышку корпуса, с центробежным насосом, подсоединенным трубопроводом к эжектору-смесителю, при этом труба гидролифта жестко прикреплена к стенкам корпуса, на крышке которой установлена система вентиляции надводного пространства.

1.4.2 Теплоутилизатор для солодосушилки

Вертикальная сушилка «Топфа» относится к сушилкам периодического действия. В сушилках данного типа хорошо используется сушильное пространство, поэтому она относится к сушилкам высокой производительности. Отопление сушилки производят с помощью природного газа, сушат солод с помощью нагретого воздуха который пронизывает солод в поперечном направлении поступая в каждую зону через воздушные форсунки расположенные в полах сушильных зон.

Энергопотребление таких сушилок велико, поэтому в данных сушилках наиболее важным вопросом является вопрос оптимизация теплоэнергетической работы сушилки.

Оптимизация теплоэнергетической работы сушилки на тепловой баланс дает следующий эффект:

- для наиболее холодной пятидневки -- снижение затрат тепловой и электрической энергии на подогрев и увлажнение приточного воздуха;

Одним из наиболее эффективных способов снижения энергоресурсов при эксплуатации солодосушилки является внедрение технологии утилизации вторичных потоков вытяжного воздуха. Удаляемый из солодосушилки воздух -- довольно энергоемкий вторичный поток.

Сушилка с применением теплоутилизации позволяют сэкономить до 50%. Исследования показали, что нецелесообразно стремиться к высокой эффективности теплоутилизации. Оптимальная тепловая эффективность соответствует порядка 50 %, при этом система устойчиво работает до температур выше -20 ^оС, практически исключая режим обмерзания.

В настоящее время известны четыре типа утилизаторов тепла вытяжного воздуха: пластинчатые и роторные теплообменники, тепловые трубы и утилизаторы на основе промежуточного энергоносителя (как правило, этиленгликоля). В пластинчатых и роторных теплообменниках передача тепла осуществляется через стенку. В тепловых трубах тепло переносится изменением агрегатного состояния теплоносителя. В теплообменниках с промежуточным теплоносителем тепло переносится потоком мелкодисперсного материала или жидкости. Фактически такой теплообменник состоит из двух, они могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга. Использование того или иного типа теплообменника в каждом конкретном случае должно быть обосновано технико-экономическим расчетом, поскольку каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Наибольшее распространение в системах вентиляции получили рекуперативные пластинчатые и роторные теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем.

При установке теплоутилизатора в солодосушилку на ОАО «Пивзавод Воронежский» необходимо использовать пластинчатый рекуператор (ДП-260601- -35-2005-ВСЛ-06.00.000 ВО) поскольку потоки воздуха должны оставаться разделенными, для предотвращения попадания влаги в подаваемый воздух. Эффективность пластинчатого рекуператора достигает 40%.

Рекуператор выполняется из алюминиевых листов со специальным покрытием поверхности, которая оптимизирует характеристики рекуператора, обеспечивая высокий КПД и низкое аэродинамическое сопротивление. Рекуператор может иметь встроенный байпас, который можно использовать для регулирования и прекращения рекуперации при угрозе замерзания. Такая система имеет два клапана: один в рекуператоре, другой -- в байпасе. Управлять обоими клапанами можно с помощью одного электродвигателя. Под рекуператором устанавливается поддон для сбора конденсата. В линии отвода конденсата установлен водяной сифон с достаточной высотой затвора. Расчеты показывают, что применение теплоутилизаторов -- выгодное и просто необходимое мероприятие.

1.5 Формулирование идеи модернизации и обоснование технического решения

1.5.1 Формулирование идеи модернизации замочного чана и обоснование технического решения

Модернизацией замочного чана является оборудование его системой озонирования воды. Введение озона в воду влечет за собой образование гидроксильного радикала - ОН и протона водорода Н. В результате химических и биохимических реакций образуются новые химические соединения, в том числе и такие естественные антисептики, как перекись водорода, муравьиная кислота и др. Образование антисептиков при озонолизе воды, частично объясняет приобретаемые водой дезинфицирующие свойства. Насыщение воды озоном позволяет уничтожать бактерии, споры, вирусы, разрушать растворенные в воде органические вещества. Применение озонированной воды возможно при всех традиционных способах замочки зерна (воздушно-водяной, непрерывным током воды и воздуха, оросительной). Внедрение новой технологии на этом этапе соложения позволит отказаться от дезинфекции ячменя хлоросодержащими препаратами, формалином, что обеспечит экологическую чистоту сырья, а также повысит прорастаемость зерна.

1.5.2 Формулирование идеи модернизации солодосушилки и обоснование технического решения

Теплоутилизаторы обеспечивают повышение на 5 - 10 % энергоэффективности оборудования и уменьшение вредных выбросов и теплового загрязнения окружающей среды. Например для промышленных котлов на природном газе снижение расхода газа на 5 - 8 м³ на 1 т вырабатываемого пара (для паровых котлов) и на 6 - 12 м³ на 1 Гкал вырабатываемой тепловой энергии (для водогрейных котлов). Для промышленных печей, теплогенераторов, сушильных установок теплоутилизаторы обеспечивают возврат и использование 30 - 60 % выбрасываемой тепловой энергии. Массогабаритные характеристики теплоутилизаторов значительно меньше, чем у теплообменников традиционных типов. Относительно небольшое аэродинамическое сопротивление теплоутилизаторов позволяет, при оснащении ими оборудования, использовать штатные тяго-дутьевые машины. Предлагаемый теплоутилизатор характеризуется высокой надежностью и стабильностью характеристик в условиях длительной работы.

2. Описание модернизируемых машин и аппаратов

2.1 Описание конструкции и технические характеристики сушилки периодического действия с вертикальными решетками марки «ТОПФА».

В данной сушилке 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, которые соответствуют верхней, средней и нижней решеткам трехъярусной сушилки. Между секциями с солодом находятся воздушные камеры шириной до 80 см.

В глухих перекрытиях между этажами воздушных камер имеются круглые отверстия 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, установленными в нижнем этаже сушилки, и всасывающими вентиляторами, находящимися в верхнем этаже. Нагревание воздуха производится в паровых калориферах. Вертикальная сушилка имеет топку. Свежепроросший солод ковшовым элеватором поднимается на верхний этаж сушилки, затем телескопической трубой направляется в шнековый распределитель, который равномерно распределяет солод по всем секциям. Под каждой секцией установлен шнек для выгрузки солода по окончании цикла сушки.

При работе сушилки через каждые 12 ч сухой солод из нижней зоны удаляется разгрузочными шнеками. Солод из средней зоны спускается в нижнюю зону в, а из верхней -- в среднюю. Освободившаяся верхняя зона заполняется свежепроросшим солодом. Общая продолжительность пребывания солода в секциях сушилки при 12-часовом цикле равна 36 ч.

Все операции в вертикальной сушилке механизированы, а сушилка имеют от 3 до 12 секций. Производительность каждой секции за цикл (за каждую выгрузку) 1350 кг сухого солода.

Общим недостатком сушилоки 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 снижаются, что несомненно, тормозит сложные физико-химические и биохимические процессы в зернах солода. Данная сушилка относится к сушилкам высокой производительности, то есть имеет огромное энергопотребление. Именно в этих сушилках наиболее важным вопросом является вопрос теплоутилизации.

Техническая характеристика сушилки «ТОПФА»

Число ярусов 3

Производительность сушилки:

gо высушенному светлому солоду, т/сут 28

Число шахт 10

Продолжительность сушки, ч

в одной зоне 12

общая 36

Мощность эл.двигателей, кВт 49,6

Размеры, мм:

ширина по фронту 10800

длина(глубина) 6162

высота зон

верхней 2740

средней 2640

нижней 2633

2.2 Описание конструкции и технические характеристики замочного аппарата

Моечный аппарат для зерна состоит из цилиндрического корпуса, моечного устройства, сливной коробки выпускного устройства. Перемешивание зерна в целях его мойки и насыщения кислородом осуществляется с помощью моечного устройства, расположенного в центре аппарата. Для перемещения зерна в моечное устройство подается сжатый воздух, он увлекает за собой зерно с водой и поднимает его вверх. Для спуска замоченного зерна в аппарате для солодоращения в нижней части замочного аппарата находятся вентиль с клапаном и спускной штуцер. В таком аппарате перед замачиванием можно проводить и мойку зерна.

Техническая характеристика замочного аппарата

Вместимость,м³ 52

Масса замачиваемого ячменя, кг 24000

Размеры, мм:

диаметр 4500

высота цилиндрической части 2500

высота конуса 2250

общая высота 6400

Масса, кг 5600

Масса с полной нагрузкой, кг 57600

3. Инженерные расчеты

3.1 Технологический расчет солодосушилки

Произведем тепловой расчет сушилки солода для цеха производительностью 18000 тонн в год по товарному солоду.

Определим суточную производительность солодосушилки П_сут кг/сут, по формуле

П_сут=18000/П_рд, (3.1)

где, П_рд- количество рабочих дней в году,П_рд=330 дней;

П_сут=18000/330=54545 кг/сут. = 2371,5 кг/ч

Количество сырья, полуфабрикатов и продукции по основным стадиям производства помещаем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 - Исходные данные для расчета, кг

Определим количество влаги удаляемого при сушке солода без учета ростков W₀, кг/сут, по формуле

W₀=П_зел.с- П_св.с; (3.2)

W₀=91854 - 53236= 38618 кг/сут.

Определим количество свежевысушенных ростков П_сух.р ,кг/сут по формуле

П_сух.р= (3.3)

где W₅- конечная влажность ростков, % , W₅=3 %;

П_сух.р= кг/сут. = 112 кг/ч

Определим количество влажных ростков П_вл,р ,кг/сут, по формуле

П_вл.р= , (3.4)

где,

W₁-начальная влажность ростков, % , W₁=4.3%

П_вл.р кг/сут.

Определим количество влаги удаляемой из ростков в процессе сушки W_p, кг/сут , по формуле

W_p=П_вл.р-П_сух.р , (3.5)

W_p=4076-2581= кг/сут.

Определим общее количество влаги W, кг/сут удаляемой в процессе сушки по формуле

W=W₀+W_p , (3.6)

W=38618+1495=40113 кг/сут;

Определим общее количество свежевысушенного солода и ростков g₁, по формуле

g₁=П_св.с+П_сух.р , (3.7)

g₁=2314,6+112,2=2426,8 кг/ч.

Определим общее количество зеленого солода с ростками G₁, кг/сут, загружаемого в сушилку по формуле

G₁=П_зел.с+П_вл.р (3.8)

G₁=91854+4076=95930 кг/сут.

Определим вес солод а g₂, кг/ч, поступающего в i-ю зону по формуле

g₁=g_1, (3.9)

где W_i - влажность солода в i- ой зоне, %;

g₂=2426,8 кг/ч.

g₃= кг/сут.

g₄= кг/сут.

Определяем количество удаляемой воды W_i , кг/ч по зонам в соответствии с формулой

W_i=g_i-g_i+1, (3.10)

где, g_i- количество солода поступающего в i-ую зону, кг/ч;

g_i+1- количество солода поступающего в i+1-ую зону, кг/ч;

W₁=4107.9-3181=989.9 кг/ч.

W₂=3181-2675=506 кг/ч.

W₃=2675-2504.3=170.7 кг/ч.

W₄=2504.3-2426.8=77.5 кг/ч.

Таблица.3.2 - Расчетный режим сушилки

Определим общий расход воздуха L, кг/ч по формуле

L =, (3.11)

где d₂ - влагосодержание воздуха , выходящего из солодосушилки, г/кг;

d₀ - влагосодержание воздуха , входящего в солодосушилку, г/кг,

d₀=10,2 г/кг;

Для летних условий параметры свежего воздуха определим из I-d диаграммы

t₀ - температура окружающего воздуха,^оС, t₀=20^оС;

?_о - относительная влажность,%, ?_о=70 %;

I₀ - энтальпия воздуха, кДж/кг, I₀=46,5 кДж/кг;

Параметры отработанного воздуха

t₀ = 30⁰C; ?₀ =80%; I₀=20.6 кДж/кг; d₀=22,0 г/кг;

Определим массовый расход воздуха для летних условий по формуле

L = кг/ч.

Для зимних условий параметры свежего воздуха определены по I-x диаграмме:

t₀=-20^оС; ?₀=80%; d₀=0,7 г/кг; I₀=-19,7 кДж/кг;

Параметры отработанного воздуха определяем по таблице:

t₂=27^оС; ?₀=70%; d₂=16,2 г/кг; I₂=68,3 кДж/кг;

Определим массовый расход воздуха для зимних условий по формуле

L = кг/ч.

Составим тепловой баланс

Расход тепла на подогрев солода при температурах (начальная температура солода 16⁰С) определяем по формуле

после 1-ой зоны 35^оС;

после 2-ой зоны 50 ^оС;

после 3-й зоны 65 ^оС;

после 4-й зоны 80 ^оС;

Q_Ci=g_i+1?t_CiC_i, (3.12)

где g_i+1 - масса солода находящегося в (i+1)-й зоне, кг;

?t_C - арифметическая разность температур между (i+1)-й и i зоной,^оС;

C_i- теплоемкость солода в i зоне , кДж/(кг?^оС), по формуле

C_i= , (3.13)

где, W_i+1- влажность солода в (i+1)-й зоне;

Определим расход тепла Q_Ci, кДж/кг, по формуле (3.12) предварительно определив значение C_i в данной зоне по формуле (3.13)

С₁= кДж/(кг?^оС).

Q_C1=3181 кДж/ч.

для второй зоны

С₂= кДж/(кг?^оС).

Q_C2=кДж/ч.

для третей зоны

С₃= кДж/(кг?^оС).

Q_C3= кДж/ч.

для четвертой зоны

С₄= кДж/(кг·^оС).

Q_C4=кДж/кг,

Конструктивная толщина стенок сушильной камеры 142 мм - листовая сталь 2 мм, два слоя пенобетона по 30 мм и слой полиуритана 80 мм.

Определим общий коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²?К), стенок камеры по формуле

К = , (3.14)

где ?₁- коэффициент теплопередачи от теплоносителя к стенке, кДж/(м²?К);

?₁=5000 кДж/(м²?К);

- сумма термических сопротивлений стенки , (м² ?К)/кДж;

?₂-коэффициент теплопередачи от стенки в окружающую среду кДж/(м²?К);

?₂=5000 кДж/(м²?К);

К = кДж/(м²?К).

Температуру в помещении принимаем равной 16 ^оС.

Определим поверхность теплообмена F, м² по зонам в соответствии с формулой

F_I= , (3.15)

где h_I- высота i-ой зоны, м;

b- ширина продуктовой шахты,м; ( b=0,2 м);

F₁= м².

F₂= м².

F₃= м².

F₄= м².

Определим потери тепла по зонам в соответствии с формулой

Q_I=F_I ?K??t_I ; (3.16)

где ?t_I- средняя разность температур определяемая по формуле,^оС,

?t_I=, (3.17)

где t_Bi+1- температура воздуха в (i+1) зоне, ^оС;

t_Bi- температура воздуха в i-ой зоне, ^оС;

Определим потерю тепла в первой зоне предварительно определив разность температур по формуле (3.17)

?t₁= ^оС.

тогда Q₁= кДж/кг.

для второй зоны

?t₂= ^оС.

Q₂= кДж/кг.

для третей зоны

?t₃= ^оС.

Q₃= кДж/кг.

для четвертой зоны

?t₄= ^оС.

Q₄= кДж/кг.

Величиной потерь тепла с воздухом, уходящим через неплотности воздуховодов и разгрузочные отверстия шахт, пренебрегаем в связи с установкой нагнетательного вентилятора непосредственно у сушилки и засосом части воздуха из помещения для пользования при сушке.

Определим величины потерь тепла ?_i , кДж/ч, по зонам в соответствии с формулой

?_i=W_it_i-Q_Ci-Q_i (3.18)

?₁= кДж/ч.

?₂= кДж/ч.

?₃= кДж/ч.

?₄= кДж/ч.

Определим общую величину потерь по формуле

?=, (3.19)

?= кДж/ч.

Все необходимое для сушки тепло в сушилку подводится при помощи нагретого в калорифере воздуха.

Определим массовый расход воздуха L_K проходящего через калорифер по формуле

L_K= (3.20)

Из диаграммы влажного воздуха для летних условий определяем параметры:

I₁=113.1 кДж/кг; t₁ = 85^оС; d_о=10,2 г/кг;

тогда

L_K=кг/ч.

Для достижения предписанного температурного режима во второй и третей зоне к нагретому воздуху добавляется наружный воздух, количество которого определяется при помощи I-d диаграммы.

Через четвертую зону сушилки проходит воздух, нагретый в калорифере. Количество воды удаляемой в третей и четвертой зоне составляет 248,2 кг/ч,

Влагосодержание воздуха при выходе из третей зоны определим по формуле

d₃=d₀+, (3.21)

d₃= г/кг.

Из диаграммы видно, что при выходе из третей зоны воздух имеет температуру 75 ⁰С и влажность около 5 %. Чтобы снизить температуру до 67 ⁰С приходится добавлять свежий приточный воздух, количество которого определим из соотношения

L₁=L_K (3.22)

L₁= кг/ч.

Определим влагосодержание воздуха после второй зоны по формуле

d₂=d₃+, (3.23)

d₂= кг/ч.

При выходе из второй зоны воздух имеет температуру 54 ^оС.

Расчет при помощи I-d диаграммы показывает , что необходима добавка свежего воздуха в таком количестве, чтобы температура смеси составляла 47 ^оС.

Определим количество добавочного воздуха L₂, кг/ч за второй зоной из соотношения

L₂= (3.24)

L₂= кг/ч.

Находим общий массовый расход воздуха L^! кг/ч, в летний период по формуле

L^!=L_K+L₁+L₂ , (3.25)

L^!=92461+20546,9+36944,9=148952,8 кг/ч.

Разница между массовыми расходами воздуха составляет 1156,2 кг/ч или 0,7 %.

Определим количество нагреваемого в калорифере воздуха в зимний период по формуле (3.20)

L_K=кг/ч.

Проверку параметров воздуха и определение количества воздуха, подводимого в отдельные зоны, проводим по I-d диаграмме.

Определяем влагосодержание воздуха при выходе из третей зоны по формуле( 3.21)

d₃= г/кг.

Массовый расход добавочного воздуха при входе во вторую зону в зимний период равен по формуле(3.22)

L₁= кг/ч.

Определим влагосодержание воздуха после второй зоны по формуле (3.23)

d₂= кг/ч.

Определим массовый расход добавочного воздуха при входе в первую зону по формуле (3.24)

L₂=(94109,4+10587,3) кг/ч.

Находим общий массовый расход воздуха в зимний период времени по формуле (3.25)

L^!=94109,4+10587,3+7755,3=112452 кг/ч.

Разница между массовыми расходам L и L^! составляет 1369,2 кг/ч, что равно 1,2 %, что допустимо.

Определим расход тепла на сушку в зимний период времени по формуле

Q₃=L_K(I₁-I₂) (3.26)

Q₃=кДж/ч.

Определим расход тепла на сушку влетний период времени по формуле (3.26)

Q₃= кДж/ч.

3.2 Проектирование и расчет теплоутилизатора

3.2.1 Определение конструктивных параметров теплоутилизатора

При проектирование конструкций теплоутилизаторов необходимо стремится к тому чтобы, его теплотехнические характеристики были оптимальными.

Под оптимальными подразумеваются такие характеристики, которые позволяют обеспечить наибольшую экономию теплоты при минимальных затратах на изготовление, монтаж и эксплуатацию теплоутилизатора.

К основным теплотехнических характеристикам теплоутилизатора относят 1) коэффициент температурной эффективности ?_{t ,}2) номинальная массовая скорость V?, кг/(м²?с) воздушных потоков к каналах теплоутилизатора, данные характеристики определяют его поверхность теплообмена, потери давления, габаритные размеры, материал для его изготовления.

Теплопроизводительность теплоутилизатора Q, кДж/ч, определим по формуле

Q= , (3.27)

где G- массовая пропускная способность теплоутилизатора, кг/с, G=20,5 кг/с,

C_P- удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг К), C_P=1,005 кДж/(кг?К),

?_t- коэффициент температурной эффективности, ?_t=0,75,

t_Y- температура удаляемого воздуха, ^оС, t_Y=30 ^оС,

t_Н- температура наружного воздуха, ^оС, t_Н=10 ^оС,

Q=кДж/ч.

Величину поверхности теплообмена F_T ,м², определим по формуле

F_T=, (3.28)

где ? - скорость движения воздуха в каналах теплоутилизатора, м/с,

?- плотность воздуха,кг/м³, ? = 1,165 кг/м³,

Исходя из практического опыта эксплуатации пластинчатых теплоутилизаторов наиболее оптимальное значение скорости потоков воздуха V= 4 м/с.

F_T=м².

Определим конструктивные параметры теплоутилизатора

Величину условного прохода S,м², для движения теплоносителя определим по формуле

S =, (3.29)

S =м².

При проектирование теплоутилизатора для рационализации конструкции рекомендуют принимать кубическую форму камеры теплообмена.

Площадь поверхности S_бок , м², грани куба будет равна S_бок=8,8 м².

Объем камеры теплообмена V_к.т,м³, найдем по форрмуле

V_к.т.=, (3.30)

V_к.т.==26,1 м³.

Площадь пластины теплообмена равна S_плас=8,8 м²., тогда ее размеры l?l - 2,96?2,96 м.

Число пластин найдем по формуле

n= , (3.31)

n=

Общее число пластин 258 (2 на боковые стенки).

Расстояние между пластинами h, м, равно

h = , (3.32)

h =м.

При изготовления камеры теплообмена теплоутилизатора необходимо стремится к наименьшей величине термического сопротивления пластины.

Принимаем пластину имеющую толщину стенки 0,5 миллиметра.

3.2.2 Подбор материала для изготовления поверхности теплообмена теплоутилизатора

Так как теплоутилизатор проектируем на равные расходы приточного и удаляемого воздуха при перекрестной схеме движения теплоносителей можно использовать известную форму В.М. Кэйса и А.Л.Лондона

?_t= (3.33)

где К- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²?К).

F_T- поверхности теплообмена теплоутилизатора, м², F_T=2255 м²;

G- массовая пропускная способность теплоутилизатора, кг/с, G=20,5 кг/с;

C_P- удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг?К), C_P=1,005 кДж/(кг?К);

Решая уравнение (3.33) относительно К получим

К= (3.34)

К= Вт/(м²?К).

Материал пластин теплоутилизатора определим относительно величины коэффициента теплопроводности ?, Вт/(м ?К).

Иначе величина К равна

К =, (3.35)

где ?₁,?₂- коэффициенты теплоотдачи соответственно от вытяжного воздуха к пластине и от пластины к приточного воздуху, Вт/(м²?К).

?- толщина пластины, м, ?=0,0005 м.

?- коэффициент теплопроводности пластины, Вт/(м? К).

Решая уравнение относительно ?, Вт/(м? К), получим зависимость

?= , (3.36)

Для определения­? необходимо найти величины ?₁ и ?₂.

Движение в каналах турбулентное тогда величину коэффициентов теплоотдачи ?₁ и ?₂, Вт/(м²·К), определим по формуле

, (3.37)

где V - скорость движения воздуха в каналах теплоутилизатора, м/с, V <4 м/с.

d- эквивалентный диаметр канала, м.

?- кинематическая вягкость воздуха, ?= м²/с.

?_в- коэффициент теплопроводности воздуха, ?_в= Вт/(м К).

Эквивалентный диаметр канала определим по формуле

d= (3.38)

где S- площадь сечения одного канала, м², S =0,032 м².

П- смоченный полупериметр, м, П =5,82 м.

d= м.

Значение ?₁ и ?₂ будут равны

Вт/(м² К).

Тогда по формуле (3.2.2.4) величина ? Вт/(м К), равна

?= Вт/(м К).

По величине ? наиболее оптимальным вариантом является алюминий имеющий значение ?=209,3 Вт/(м К).

Так как разница между расчетным и принятым значением не более 5% , нет необходимости уточнять площадь теплообмена.

3.2.3 Определение потери давления в каналах теплоутилизатора.

Определим потери давления ?Р, Па, в каналах теплоутилизатора по формуле

, (3.39)

где ?_м- коэффициент местных сопротивлений, ?_м=4,16.

l_k и S_k- соответственно длина и ширина канала,м. l_k=2,91м, S_k=0,011м.

Па.

По полученному значению можно сделать вывод, что спроектированный теплоутилизатор имеет малое гидравлическое сопротивление и на работу приточных вентиляторов не повлияет.

3.2.4 Оценка эффективности работы теплоутилизатора

Эффективность теплоутилизатора определим по форм?ле

Э= (3.40)

где Q_сушил- затрат? теплоты на сушку в летний период по формуле(3.26)

Q_сушил =6157902,6 кДж/ч.

n- число теплоутилизаторов установленных в сушилку, n=2.

Q_утил- теплопроизводительность теплоутилизатора ,

Q_утил=1112535 кДж/ч.

Э=

При данной конструкции теплоутилизатора обеспечивается экономия 36% тепла в летнее время.

3.3 Расчет замочного чана

Определим вместимость и число замочных аппаратов а также расход воды и сжатого воздуха при выработке 1800 т.тонн солода в год, если продолжительность мойки составит ?_м=1 ч, продолжительность замачивания ?_з=48 ч, число смен воды при замачивании m =2.

Расход очищенного ячменя в сутки ,G кг/сут, составит

G = , (3.41)

где r- коэффициент учитывающий очистку и сортировку ячменя, r=1,25;

N- производительность солода в год, тонн, N=1800 т;

n_д- число рабочих дней в солодовне, n_д=330;

G=тонн.

Общая суточная вместимость замочных аппаратов V_а м³, составит

V_а= , (3.42)

где е- коэффициент учитывающий увеличение объем ячменя при замачивании, е=1,5;

G_я- масса замачиваемого ячменя, кг, G_я= G =6,18 тонн;

?- насыпная плотность зерна, кг/м³, ?=650 кг/м³;

V_а= м³.

Общий расход воды на мойку и замачивание ячменя V_в м³/ч, равен

V_в= , (3.43)

где V_м - общий расход воды на мойку, м³/кг, V_м=0,0015 м³/кг;

V_з - расход воды при ее сменах во время замачивания, м³/кг, V_з=0,001 м³/кг;

m - число смен воды при замачивании, m=2;

V_в= м³/ч.

Расход сжатого воздуха Р_н м³/кг, при мойке составит

Р_н =, (3.44)

где Р_м- расход сжатого воздуха при мойке ячменя, м³/(кг?ч), Р_м=0,033 м³/(кг·ч);

Р_з- расход сжатого воздуха при замачивании, м³/(кг ч), Р_з=0,013 м³/(кг·ч);

?_р- плотность воздуха при давлении мойки, ?_р=2,82 кг/м³;

?_н- плотность воздуха при нормальном давлении, кг/м³, ?_н=1,29 кг/м³;

Р_н=м³/ч.

3.3.1 Конструктивный расчет эжектора

Задаем диаметр сопла который должен лежат в пределе 8-10 мм.

Примем d₁ =10мм;

Коэффициент эжекции для для водно-газовых эжекторов примем равным

К_э= 0,6

В соответствии с выбранными диаметром сопла и коэффициентом эжекции по нижеприведенной таблице находится диаметр камеры смешения d₃.

Таблица.1-Зависимость К_э от отношения d₃/ d₁

Откуда d₃= 1,71_э· d₁,

d₃=1,71·10=17,1 мм;

Эжектируемый поток находится по формуле

Q_э=Q_p·К_э , (3.45)

где Q_p- расход жидкости проходящей через эжектор,м³/с,

Расход жидкости проходящей через эжектор Q_p , м³/с, определим по формуле

Q_p= . (3.46)

где V-объем воды в замочном чане, м³, V=8,21 м³;

?- время проведения процесса дезинфекции, с, ?=1200 с;

Q_p= м³/с. = 6,8 литра/с.

Эжектируемый поток равен

Q_э=0,0068·0,6=0,0041 м³/с.

Диаметр диффузора рассчитывается в соответсвии с фориулой

d₅?1.7·d₃, (3.47)

d₅ ? 1.7·17.1=29 мм.

Примем d₅=25 мм

Длину сопла рекомендуется принимать

L_c=(6..10)·d₁, (3.48)

L_c=6·10=60 мм.

Длина цилиндрической части выходного сечения сопла рекомендуется

L_сц=(0,25..0,5)· d₁, (3.49)

L_сц=0,5·10=50 мм.

Расстояние от сопла до входного участка камеры смешения

L_с1=(1..1,5)· d₃, (3.50)

L_с1=1,5·17,1=25,65 мм.

Длина входного участка камеры смешения

L_с2=(0,8..1,0)· d₃, (3.51)

L_с2=1,0·17,1=17,1 мм.

Длину цилиндрической части камеры смешения принимем

L_к=(4..8)· d₃, (3.52)

L_к=8·17,1=136,8 мм.

Длину диффузора определяют по формуле

L_д=(6..7)·( d₅- d₃), (3.53)

L_д=7·(29-17,1)=11,9 мм.

Диаметр приемной части камеры смешения находим по формуле

d₅= d₅+ L_с2 , (3.54)

d₅= 17,1+17,1=34,2 мм.

4. Сведения о монтаже, эксплуатации и ремонте оборудования

4.1 Монтаж, эксплуатация и ремонт солодосушилки

Монтаж оборудования для солодосушилки проводят силами сторонних организацией так как объем работ сравнительно высок.

Для выполнения монтажных работ также организуется временный коллектив из своих рабочих сил. Все оборудование монтируется в одном помещении. Место для монтажа каждой единицы оборудования должно быть заранее подготовлено.Поверхность фундамента должна быть ровной.

Перед установкой на фундамент тщательно очищают механизм подъема секций от антикоррозионных покрытий, нанесенные на обработанные открытые и закрытые ограждения поверхностей. Очистка производится деревянной лопаткой и ветошью. Окончательно покрытия удаляют керосином или авиационным бензином, а чистые поверхности покрывают тонким слоем смазки.

Детали и составные части упакованные отдельно, очищают от антикоррозионных покрытий и устанавливают на механизм подъема и транспортирования, установка механизмов производится по уровню с помощью клиньев.

Механизмы выверяют по плоскости станины в продольном и поперечном направлении. Отклонение плоскости штанги от горизонтального положения не должно превышать 0,8 мм на 100 мм в обоих направлениях. Затем колодцы фундаментных болтов заливают бетоном. После его затвердевания затягивают гайки фундаментных болтов, проверяя горизонтальность плоскости штанги.

Механизмы могут установлены на полу или на уровне.Некоторые механизмы могут быть установлены на виброзащите. После внешнего осмотра опоры крепятся к раме механизма. Закрепив опоры гайками на раме, механизм опускают и смотрят чтобы все опоры были нагружены равномерно.

Если какая либо опора нагружена не равномерно то ее положение регулируют с помощью проходного болта. Максимальный диапазон регулирования равен 10 миллиметров.

Все механизмы устанавливают на бетонных площадках толщиной не менее 100 миллиметров с отклонением от горизонтали не более 4 миллиметров на длине 2 метра.

Перед эксплуатацией оборудования необходимо проверить правильность работы всех систем автоматизации, а также правильность выполнения заземления. Все резьбовые соединения должны быть хорошо затянуты.

При монтаже соблюдать все технические параметры, в том числе величины натяжения цепей и их ограждения.

Во время работы оборудования необходимо следить за качеством и своевременностью смазки трущихся поверхностей.

В дни санитароной обработки оборудования выполняется техническое обслуживание :

чистка;

подтягивание болтов;

внешний осмотр;

проверка подшипников и масляных устройств;

В процессе эксплуатации оборудования нуждается в ремонте. Ремонты бывают: планов- предупредительные, капитальные и текущие.

Организация планово предупредительного ремонта является составной частью функции обеспечения стабильности технологических процессов в комплексной системе управления качеством продукции.

Задачами планово-предупредительного ремонта является:

- продолжительное поддержание оборудования в работоспособном состоянии;

- обеспечение высокого коэффициента использования оборудования;

- предупреждение преждевременного износа оборудования;

- рациональная организация ремонта при минимальном простое линии во время работы;

- усовершенствование организации и методов ремонта, снижение материальных затрат на ремонт.

Планово-предупредительный ремонт включает:

- техобслуживание;

- текущий ремонт;

- средний ремонт;

- капитальный ремонт;

Возглавляет работу по проведению капитального ремонта главный инженер.

Проведение средних и капитальных ремонтов проводится по разработанному годовому плановому графику.

Порядок проведения по среднему и капитальному ремонту. Работу по проведению среднего и капитального ремонта осуществляет служба главного механика.

При среднем ремонте проводят:

- выверка всей установки с частичной разборкой всех основных узлов и сменой или реставрацией отдельных наиболее изношенных деталей, не способных обеспечить нормальную работу до следующего ремонта.

При капитальном ремонте производят:

- полная разборка оборудования;

- проверка всех узлов и деталей оборудования;

- доведение допусков и посадок взаимосопряженных деталей, определяющих точность и надежность работы оборудования до имевшихся при выпуске его заводом-изготовителем

- замена всех износившихся узлов и деталей или исправление их с доведением до размеров , установленных техническими требованиями;

- тщательная выверка, центровка и балансировка узлов и деталей оборудования;

- выверка в случае необходимости рамы установки.

На основании дефектных ведомостей главный механик дает заказ ремонтной мастерской на изготовление деталей и узлов, отсутствующих на заводе.

Для своевременного обеспечения деталями оборудования, подлежащего ремонту, отдел главного механика не позднее, чем за 15 дней до начала проведения ремонта выписывается наряд.

По окончании капитального ремонта на установку краской наносится дата окончания ремонта.

Результаты приведенных ремонтов заносятся в книгу учета ремонтов.

Для солодосушилки предусмотрены следующие виды ремонтов: капитальный, средний, текущий и техническое обслуживание. Капитальный ремонт проводят каждые 4года; средний ремонт проводят каждые 23 месяца; текущий 12 месяцев. Между плановыми ремонтами проводят 23 технических обслуживания. Категория ремонтосложности солодосушилки - 143, продолжительность капитального ремонта - 52 часа.

Остановка оборудования на средний и капитальный ремонт производится начальником цеха в строгом соответствии с утвержденным графиком.

Главный механик предприятия обеспечивает необходимой технической документацией на проведение всех видов ремонтных работ.

Объем средних и капитальных ремонтов устанавливается механиком цеха совместно с представителя отдела главного механика на основании дефектных ведомостей. Смета на капитальный ремонт составляется дополнительно.

Текущей ремонт производится в связи с производственной необходимостью. При текущем ремонте проводят следующие работы:

устранение мелких дефектов в работе оборудования;

замена мелких быстроизнашивающихся деталей, износ которых достиг установленного предела.

Порядок проведения работ по техобслуживанию и текущему ремонту оборудования. Проведение техобслуживания осуществляется в соответствии с должностными инструкциями, правилами технической эксплуатации оборудования, правилами и нормами по охране труда и технике безопасности, руководством по планово-предупредительному ремонту и рациональной эксплуатации оборудования предприятий пивоваренной промышленности.

Работа по техобслуживанию и текущему ремонту осуществляет персонал цеха. Техобслуживание включает следующие виды ремонта:

обтирка, промывка, чистка оборудования;

смазка оборудования, периодическая проверка действия тормозных устройств;

наблюдение за состоянием подшипников, разъемных и неразъемных соединений;

Результаты осмотров и текущих ремонтов заносятся механиком цеха в цеховой журнал.

5. Электрическая схема озонатора

В схеме устройства (ДП-02068108-200601-35-2005-ВСЛ-00.00.000-Э) на излучателе А1 образуется электрическая дуга, через которую проходит поток воздуха. Для образования равномерно распределенной дуги на излучателе необходимо получить высоковольтное напряжение (15...80 кВ) достаточной мощности. Это осуществляется с помощью схемы преобразователя и трансформатора Т1. В первичной обмотке Т1 тиристор VS1 формирует импульсы за счет разряда конденсаторов С1...С- через обмотку. Управляет работой тиристора автогенератор на транзисторе VT1. Резистор R2 подобран так, что, когда напряжение на конденсаторах С1...С- достигнет 300 В (за счет заряда от сети), открывается тиристор VS1. Конденсаторы С1...С- типа МБМ, К42У-2, на рабочее напряжение не менее 500 В, С4 - К73-9 на 100 В. Диоды VD1...VD4 можно заменить сборкой КЦ405Ж, В. Высоковольтный трансформатор Т1 выполнен на пластинах из трансформаторного железа, набранных в пакет Такая конструкция позволяет исключить намагничивание сердечника. Намотка выполняется виток к витку: сначала вторичная обмотка - 2 - 2000 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,08...0,12 мм (в четыре слоя), затем первичная - 1 - 20 витков. Межслойную изоляцию лучше выполнять из нескольких слоев тонкой (0,1 мм) фторопластовой ленты, но подойдет также и конденсаторная бумага (ее можно достать из высоковольтных неполярных конденсаторов. Трансформатор обеспечивает во вторичной обмотке амплитуду напряжения более 90000 В, но включать его без защитного разрядника F1 не рекомендуется, так как при этом возможен пробой внутри катушки. защитный разрядник выполняется из двух оголенных проводов, расположенных на расстоянии 20...24 мм (для воздуха пробойное напряжение составляет примерно 3 кВ на 1 мм зазора).

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Производственная безопасность

Анализ опасных и вредных производственных факторов

Приоритетной задачей каждого предприятия должна быть задача безопасности труда, то есть создание таких условий труда, при которых исключается или уменьшается воздействие на рабочих опасных, и вредных производственных факторов, таких как:

- физические;

- химические;

- биологические;

- психофизиологические.

6.1.1 Физически опасные и вредные производственные факторы

Метеорологические условия на производстве

В процессе производства солода задействованы двенадцать операторов. Они выполняют работы, относящиеся к средней категории тяжести: следят за исправностью оборудования, производят его обслуживание. Операторы загрузочного, замочного, солодосушильного отделений выполняют работу по категории тяжести IIа, а работа операторов по проращиванию относится к IIб.

Операторы должны находиться на своем рабочем месте непрерывно. Для обеспечения хорошего состояния оператора, на рабочем месте должны соблюдаться нормы микроклимата. Допустимые параметры микроклимата указаны в таблице 6.1

На участках замачивания и проращивания ячменя особенно нужно следить за влажностью, так как технологический процесс непосредственно связан с водой.

На этих участках рекомендуется использовать общеобменную приточно-вытяжную вентиляцию.

Таблица 6.1- Допустимые значения параметров микроклимата на рабочих местах при относительной влажности воздуха от 40 до 75 %.

Освещение производственных помещений

Солодовенный цех состоит из отделений, в каждом отделение происходит определенный технологический процесс. Отделения цеха в дневную смену освещаются естественным светом, в ночную искусственным светом. Освещенность в каждом отделении характеризуется степенью сложности зрительных работ таблица 6.2

Таблица 6.2 - наименьшая допустимая освещенность рабочих поверхностей в производственном помещении.

Шум и вибрация на производстве

К опасным и вредным производственным факторам можно отнести повышенный уровень звукового давления на участке загрузки ячменем, сушки солода в результате работы вентиляторов и транспортирующих устройств. Шум может возникнуть в результате неправильной центровки валов электродвигателя и подшипниковых опор. Допустимое значение уровня звукового давления 85 дБ на частоте 500 Гц, допустимое значение вибрации 92 дБ на частоте 16 Гц. Таким образом фактические значения шума и вибрации превышают нормы допустимых значений. Мероприятия по предупреждению возникновения опасных ситуаций и снижению действия на человека: для защиты от повышенного уровня звукового давления необходимо осуществлять точную центровку валов электродвигателя и опоры подшипниковой. Кроме этого, необходимо закрыть вентиляторы и насосы звукоизолирующим кожухом. Вентиляторы, которые являются основными источниками вибрации необходимо устанавливать на виброизоляторы ( пружины), а также средства индивидуальной защиты.

Электрический ток

Поражение электрическим током может произойти только при непосредственном контакте рабочих с токоведущими поверхностями или с поверхностями, на которых появилось напряжение в следствие пробоя изоляции или отсутствия заземления. По классу опасности поражения электрическим током помещение солодовенного цеха можно разделить на две группы. Отделения сушки, замачивания и загрузки ячменя относятся к помещениям с повышенной опасностью, характеризующиеся относительной влажностью воздуха превышающей 75 %, наличием токопроводящей пыли, сырых полов. Отделение проращивания ячменя относится к помещениям особо опасных, характеризующееся относительной влажностью воздуха близкой к 100 %. Для защиты от поражения электрическим током рекомендуются следующие меры: изоляция токоведущих частей с соприкосновением 1,0 МОм для цепи управления и 0,5 МОм для силовых цепей. Для защитного заземления установки и пульта управления на каркасах установлены заземляющие болты, возле которых наклеен знак заземления (по ГОСТ 21130-75).

Защитное заземление (трубы) имеет сопротивление R₃=4 ОМ. диаметр 25 мм и длина 2 м, врытые на глубину 0,5 м.

При открывании двери пульта блокирующим устройством автоматически отключается напряжение с токоведущих частей, расположенных за ним, при подаче электроэнергии на пульте управления загорается светодиод "сеть".

6.1.2 Химически опасные и вредные производственные факторы

На производстве солода имеют место газообразные вещества общетоксичного действия: диоксид углерода СО₂, выделяющийся при проращивании ячменя в течение семи суток, и при замачивании ячменя во время воздушной паузы. В качестве химических опасных и вредных производственных факторов также могут рассматриваться моющие и дезинфицирующие средства.

На производстве солода для мойки и обеззараживания оборудования

используется различные вещества таблице 6.3

Обработку необходимо проводить в периоды остановки оборудования и использовать средства индивидуальной защиты.

Таблица 6.3- Вредные вещества, используемые в технологическом процессе.

6.1.3 Биологически опасные вредные производственные факторы

К биологическим факторам относят палочки Коха, кишечные палочки являющиеся возбудителями заболеваний. Повышенная температура и влажность на солодовне создают благоприятные условия для развития плесени и грибов которые могут поражать зерно и готовый солод делая его непригодным для производства.

6.1.4 Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы

В работе операторов солодовенного производства в различных отделениях цеха наблюдается монотонность и однообразие. Наиболее эффективным средством ликвидации монотонности является рациональный режим труда и отдыха, производственная гимнастика. Правильно организованная производственная гимнастика значительно снижает напряжение рабочих в течение дня.

6.2 Экологическая безопасность

Как любое пищевое предприятие ОАО " Пивзавод Воронежский " является загрязнителем окружающей среды. В процессе производства солода имеет место спуск сточных вод от санитарной обработки оборудования и канализаций, загрязнение пылевидными выбросами в атмосферу, загрязнение выхлопными газами от автотранспорта, утилизация отходов производства.

Вопросы охраны окружающей среды и системы безопасного производства являются одними из главных приоритетов для предприятия. Предприятие осуществляет свою деятельность с учетом: совершенствования производственного процесса и поэтапного снижения вредного воздействия на окружающую среду. Данное предприятие относится к материальным промышленным загрязнителям (загрязнения выбросами в атмосферу, сточными водами и твердыми отходами).

Производственные сточные воды загрязнены различными по происхождению веществами. На предприятии производится грубая очистка воды от примесей на металлических ситах. На которых оседают примеси такие как ячмень, мелке камни и друге вещества, которые могли случайно попасть в чан с водой. После грубой очистки воды, примеси собирают в специальном контейнере для примесей, контейнер перегружают в автотранспорт и вывозят с территории предприятия для утилизации. Дальнейшая очистка воды производится на очистных сооружениях. Качество очистки сточных вод в таблице 6.4

Таблица 6.4 - Показатели качества сточных вод на ОАО "Пивзавод Воронежский”

Данные, приведенные выше, свидетельствуют о фактическом выбросе,

показывают на то, что существующие очистные сооружения не обеспечивают требуемых значений нормативных показателей для некоторых.

Производство солода связано с хранением и переработкой ячменя следовательно в процессе производства происходит запыление помещений цеха, а при перевозке солода происходит запыления окружающей среды. Также при перевозке автотранспортом атмосфера загрязняется выхлопными газами. Для того чтобы не допустить запыления помещений, необходимо установить аспирационную систему подведенную к каждому аппарату. Для отделения воздуха от пыли использовать систему циклонов. В данном дипломном проекте предлагается построение галереи транспортировки солода и ячменя. Проект конструкции галереи предусматривает использование ленточных транспортеров в закрытом помещении, где будут устанавливаться аспирационные системы, которые будут очищать воздух от пыли. Использование ленточных транспортеров дает возможность исключить автотранспорт, а следовательно и выхлопные газы ликвидируются.

6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

Для предупреждения и ликвидации возможных чрезвычайных ситуаций на предприятии создана специализированная сводная группа. Командир группы - главный инженер. Сводная группа состоит из четырех звеньев: звено разведки, аварийно - техническое звено, пожарное звено, санпост. Классификация помещений солодовни по взрывопожароопасности представленна в таблице 6.6

Таблица 6.6- Классификация помещений солодовни по взрывопожароопасности.

Пожарная безопасность предприятия главным образом обусловлена правильным расположением предприятия, рациональной планировкой дорог, водопроводных сетей, воздушных линий энергоснабжения, наличием и расположением резервуаров с водой. Автомобильные дороги должны иметь ширину не менее 3,75 метра. На территории и в помещении находятся пожарные гидранты.

Для предотвращения взрыва и пожара необходимо обеспечить герметичность оборудования и вентиляцию. На территории предприятия не допускается беспорядочное хранение сырья. Оборудования участка хранения и подготовки сырья к производству должно быть выполнено во взрывоопасном исполнении; для защиты от статического электричества силосы, бункеры заземлены, оборудование загерметизировано, установлено вентиляционное оборудование тщательно теплоизолировано (температура теплоизоляции наружного слоя не выше 45 °С).

Основными общими мерами пожарной безопасности при эксплуатации технологического оборудования являются:

- режим работы оборудования (температура, давление, скорость вращающихся частей) должны соответствовать нормативным данным;

- своевременная и качественная смазка подшипников машины и механизмов, температура которых не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 45 ^оС;

- надежная герметизация подвижных и неподвижных соединений;

- предотвращение накоплении статического электричества;

- применение систем автоматизации, блокировки, средств контроля, предупредительной и аварийной сигнализации.

Для обнаружения пожара применяется автоматический пожарный известитель типа КИ-1, реагирующий на повышение температуры и появление дыма.

Для тушения пожара применяется система водотушения, а также первичные средства тушения пожара, наружный и внутренний водопровод, песок, огнетушители.

В качестве средств пожаротушения на предприятии применяют:

- углекислотный огнетушитель типа ОУ-2, применяемый при тушении электроустановок, находящихся под напряжением. К таким установкам относятся в данном случае ворошитель и солодосушилка. Продолжительность работы огнетушителя до 60 с, ее можно приостановить, закрыв вентиль запорного устройства;

- порошковый огнетушитель типа ОПС-10. Порошковые огнетушители более универсальны и эффективны, в том числе при тушении небольших очагов возгорания материалов, время действия 30 с.

На предприятии решен вопрос с обеспеченностью огнетушителями. На каждом участке есть отведенные места противопожарной безопасности в которых установлены средства пожаротушения. В кабинете по технике безопасности регулярно проводится инструктаж по вопросам противопожарной безопасности.

Для забора воды из водопроводной сети, на ней устанавливают пожарные гидранты, расстояние между которыми не должно превышать 150 м, а от стен зданий не менее 5 м.

В производственном корпусе на случай возникновения пожара предусмотрены эвакуационные выходы и проходы, которые всегда должны быть свободными.

Определение пылевого режима производственного помещения солодовенного цеха по взрывоопасности в условиях нормального ведения производственного процесса производим в соответствии с методикой расчета утвержденной законодательством РФ.

В качестве критериев классификации пылевого режима принят критерий значений удельной интенсивности пылеотложения на полу производственного помещения q_кр величина которого определяется из условия что горючая пыль отложившаяся в помещении при нагреве его во взвешенном состоянии может образовать взрывоопасную смесь и займет объем по отношению к объему помещения

- до 5 % - взрывоопасный пылевой режим;

- от 5 % до 25 % - взрывоопасный пылевой режим;

- более 25 % особовзрывоопасный пылевой режим;

Классификация производят на основе сравнения измеренного q_п и критического q_кр

<=1 - взрывобезопасный пылевой режим;

1 << 5 - взрывоопасный пылевой режим;

5 <= - особовзрывоопасный пылевой режим;

При известном значении q_п = 0.342 определим значение q_кр по формуле

q_кр= , (6.1)

где Н- высота помещения, м, Н=4,2 м;

F_П и F_СТ - площадь пола и помещения, м² , F_П=64 м², F_СТ=128 м²;

F_ОБ - труднодоступная площадь, м² , F_ОБ=8 м² ;

С_НКВП- наименьший концентрационный предел воспламенения, г/м³

по таблице 16 из [ 6 ]. С_НКВП=47,4 г/м³;

N- количество генеральных уборок за смену, N=1;

q_кр= .

- взрывобезопасный пылевой режим;

На основе полученных данных можно сделать вывод, что в наиболее запыленных помещения солодовни поддерживают взрывобезопасный пылевой режим.

7. Бизнес-планирование и технико-экономические расчеты

7.1 Бизнес-план реализации проекта

7.1.1 Резюме

В данном бизнес - проекте предлагается внедрение озонатора для обработки воды используемой для мойки и замачивания ячменя а также установка теплоутилизатора в солодосушилки на ОАО «Пивзавод Воронежский»

Внедрение озонатора для обработки воды используемой для мойки и замачивания ячменя а также установка теплоутилизатора в солодосушилки позволит снизить расход используемых энергоресурсов и улучшить качество получаемого сырья для производства пива, что приведет к снижению себестоимости продукта и как следствие увеличение прибыли предприятия.

Для осуществления проекта предприятию необходимы капиталовложения в размере 861,6 тыс.р. Изготовление теплоутилизатора предполагается собственными силами предприятия с использованием собственных и приобретенных материалов, озонатор необходимо приобрести у сторонних производителей так как он является сложным электрическим прибором что делает его изготовление сложным процессом.

В проекте представлены технико - экономические расчеты для оценки экономической целесообразности внедрения озонатора и теплоутилизатора: экономия текущих затрат при реализации проекта 415,33 тыс.р./год; годовой экономический эффект, обусловленный внедрением проекта 285,6 тыс.р./год; расчетный срок окупаемости капиталовложений 2 года; показатель рентабельности капиталовложений равен 56 %.

7.1.2 Характеристика предприятия

Акционерное общество открытого типа «Пивзавод Воронежский» создано в 1936 г. В 1953 г. был введён в эксплуатацию солодовенный цех с проектной мощностью 1800 тонн солода в год. В 1964 г. был введён в эксплуатацию пивоваренный корпус с проектной мощностью 6750 тонн пива в год.

Воронежский пивзавод вырабатывает пиво 9 сортов с расфасовкой в стеклянные бутылки ёмкостью 0,5 л., пластиковые бутылки ёмкостью 1,5 и 2 литра, бочки и пивовозы, вырабатывает ячменный солод с реализацией его до 50 % другим пивоваренным заводам, а также вырабатывает пищевую углекислоту.

В 1976 году пиву «Московское» и в 1978 году пиву «Славянское», выпускаемым Воронежским пивзаводом был присвоен Государственный Знак качества. В 1995 г. пиво «Воронежское» было названо лучшим пивом года. В настоящее время пиво, выпускаемое заводом, имеет 1 категорию качества.

В настоящее время требуются новые технологии, новое оборудование с высокой производительностью, но из-за отсутствия финансирования продолжают использовать старое оборудование. В этом случае особое значение приобретает модернизация оборудования, целью которой в конечном итоге является повышение производительности и уменьшение потребления энергоресурсов.

7.1.3 Характеристика продукции

Пиво - это игристый освежающий напиток, с характерным хмелевым запахом и приятным вкусом, насыщенный диоксидом углерода, образовывающимся в процессе брожения.

Воронежский Пивзавод вырабатывает пиво девяти сортов и расфасовывает в стеклянную тару емкостью 0,5 л., пластиковые бутылки, емкостью 1 л., 1,5 л., 2 л., вырабатывает ячменный солод с реализацией его до 50 % другим пивзаводам и пищевую углекислоту.

В 1976 году пиву «Московское» и в 1978 году пиву «Славянское», выпускаемых Воронежским пивзаводом, был присвоен Государственный знак качества. В 1995 году пиво «Воронежское» было названо лучшим пивом года. Выпускаемое пиво на данный момент имеет 1 категорию качества.

В настоящее время пиво пользуется большой популярностью в нашей стране и спрос на него постоянно растет, поэтому надо стремиться к повышению качества пива и увеличению его производства.

Технология производства пива довольно сложна и требует значительных энергетических затрат и больших производственных площадей, кроме того, процесс проводится в течении достаточно большого периода времени. Соблюдение технологических параметров на всех технологических стадиях, начиная с приемки сырья и заканчивая выпуском готовой продукции, имеет огромное значение. Даже незначительные отклонения от технологии приводят к нежелательным последствиям.

Продукция представляемая конкурирующими предприятиями на рынке пивобезалкогольной продукции имеет как преимущества, так и недостатки, по сравнению с продукцией Воронежского пивзавода. К достоинствам следует отнести невысокую стоимость и натуральный хмелевой вкус; к недостаткам: малые сроки хранения и невысокое качество продукции.

7.1.4 Характеристика конкурентов и выбор конкурентной стратегии

Данное предприятие обеспечивает продукцией область и прилегающие города. Кроме пива, до 50% солода идет на реализацию в другие города на пивоваренные заводы. Пивзавод обеспечивает реальную потребность, соответствующий объем сбыта. В настоящее время появилось очень много современных пивоваренных заводов, выпускающих пиво соответствующего качества, из-за чего спрос на воронежское пиво снизился.

Для увеличения спроса начинают выпускать новые сорта пива, чтобы заинтересовать покупателя своей новой продукцией. Продукция непосредственно реализуется по приемлемым ценам.

Модернизация, предлагаемая в данном проекте, позволяет снизить потребление энергоресурсов и улучшить качество пива. Следовательно, спрос на пиво повысится, и рынок сбыта можно будет увеличивать.

7.1.5 План маркетинга

Внедрение озонатора для обработки воды используемой для мойки и замачивания ячменя а также установка теплоутилизатора в солодосушилки позволит снизить расход используемых энергоресурсов и улучшить качество получаемого сырья для производства пива, что приведет к снижению себестоимости продукта и как следствие увеличение прибыли предприятия.

Новая цена реализации 1 тонны солода, которая устанавливается на основе фактических затрат на производство и реализацию продукции и среднего или нормального уровня рентабельности производства аналогичной продукции в отрасли:

Ц = ФС (Р+1), (7.1)

где Ц - цена реализации единицы готовой продукции, р/тонн;

ФС - фактические затраты на производство и реализацию единицы готовой продукции, р/л;

Р - нормальная рентабельность производства аналогичной продукции в отрасли.

р/тонн..

7.1.6 Производственный план

Внедрения разработанной в данном дипломном проекте модернизации, предполагается провести собственными силами предприятия. Необходимые для реализации проекта материалы предлагается закупать на соответствующих машиностроительных предприятиях. Проведение монтажных, демонтажных операций, слесарные, сварочные, токарные, фрезерные операции предполагается выполнить силами ремонтно-механических мастерских предприятия. Ориентировочно можно предположить, что на выполнение работ до начала реального функционирования нового дезодоратора потребуется 5 - 6 месяцев.

Реализацию проекта предлагается поручить бригаде из 6-7 человек, в которую входят рабочие соответствующих специальностей и квалификаций во главе с механиком предприятия.

Производственная инфраструктура позволит без дополнительных капиталовложений осуществить данное мероприятие. Дополнительные потребности в рабочих кадрах не планируется.

7.1.7 Календарный план реализации проекта

Планирование производственной и реализационной деятельности по периодам и этапам совершения операций проведем путем построения сетевого графика. Сшивание сетевого графика производится на основе перечня выполняемых работ.

В таблице 7.1 приводится перечень выполняемых проектных работ, а также их продолжительность.

Таблица 7.1 - Перечень выполняемых проектных работ

7.1.8 Финансовый план

При составлении финансового плана особое внимание должно отводиться расчетам планируемых доходов и расходов, выбору оптимальных экономических решений, определению безубыточности.

Под точкой безубыточности или самоокупаемости понимается такое состояние бизнеса, когда разность между расходами и доходами оказывается равной нулю, т.е. предприятие еще не получает прибыли, но и не несет убытки. Точка безубыточности характеризует равновесие совокупных доходов и расходов и позволяет определить такой объем выпуска каждого вида продукции, при достижении которого доходы будут превышать расходы. Точка безубыточности определяется по формуле:

, (7.2)

где А_б - объем выпуска безубыточной продукции, тонн;

СПИ - совокупные постоянные издержки, р./год;

Ц_и - цена изделия, р./тонн;

ПИ - удельные переменные издержки, р./кг.

Совокупные постоянные затраты составляют 109,8 тыс. р/год, переменные издержки равны 2,180 р./тонн, а цена одной единицы товара - 5200 р./тонн, то точка безубыточности составляет:

тонн/год.

При реализации проекта возникают затраты на приобретение озонатора, необходимых материалов и элементов для изготовления теплоутилизатора, которые включает в себя трудовые затраты и накладные расходы.

На приобретение озонатора, необходимых материалов, изготовление теплоутилизатора и монтаж данного оборудования будут необходимы денежные средства.

7.2 Технико - экономические расчеты

Исходные данные для технико - экономических расчетов представлены в таблице 7.2

Таблица 7.2 - Исходные данные для технико-экономических расчетов

7.2.1 Расчет капиталовложений (инвестиций) в проект

Капитальные затраты К (тыс.р.) на создание и внедрение проекта направленые на проектирование, изготовление и монтаж новых узлов и оборудования, покупку комплектующих и технических средств, обеспечение дополнительными производственными площадями, инфраструктурой рассчитываются по формуле (7.3):

, (7.3)

где К_Б - балансовая стоимость основного оборудования, дополнительно устанавливаемого по проекту, включающая расходы на приобретение (изготовление), транспортировку, хранение, монтаж и наладку, тыс.р.;

К_В - стоимость вспомогательного и резервного оборудования, тыс.р.;

К_И - затраты на создание дополнительной инфраструктуры, тыс.р.;

К_С - стоимость зданий и помещений, необходимых для реализации проекта (дополнительное строительство или приобретение), тыс.р.;

К_П - производственные затраты, включающие расходы на проектирование и разработку проектной документации, тыс.р.;

К_Д - стоимость демонтируемых основных производственных фондов, препятствующих внедрению проекта или подлежащих замене, тыс.р.;

К_О - экономия капиталовложений (инвестиций) за счет реализации оборудования, технических средств демонтируемых при реализации проекта, тыс.р.

Для расчета составляющих формулы (7.3) необходимо провести дополнительные расчеты, причем используемые материалы и трудовые ресурсы целесообразно учитывать по действующим рыночным ценам.

Т.к. в бизнес-плане оговорено, что для реализации проекта необходимо изготовить и приобрести новое оборудование, то при определении величины К_Б учитываются использованные материальные ресурсы, представленные в таблице 8.3, а также трудовые затраты, представленные в таблице 8.4 , т.е. прямые затраты на изготовление оборудования, а также накладные расходы.

Определение потребности в трудовых ресурсах происходит согласно производственному плану и на основе экспертной оценки трудоемкости различных работ и сложившейся в отрасли или на предприятии практики их тарификации. В случае использования для оплаты труда работников, занимающихся изготовлением оборудования, повременной формы оплаты труда для нахождения тарифного фонда оплаты необходимо трудоемкость отдельной работы умножить на часовую тарифную ставку, соответствующего данной работе тарифного разряда.

Таблица 8.3 - Расчет материальных ресурсов

Таблица 8.4 Расчет трудозатрат и средств на оплату труда

В таблице производится расчет средств на оплату труда основных работников. Однако, значение данного показателя должно быть скорректировано с учетом начислений и дополнительной заработной платы:

, (7.4)

где К_з - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и начисления. В расчетах следует использовать К_з = 2,0.

.

Таким образом, полная себестоимость оборудования составит:

, (7.5)

где К_н - коэффициент, учитывающий накладные расходы. К_н = 2,0-3,0

.=459,01 т.р

Капитальные затраты на приобретение нового оборудования К_В, представлены в таблице 8.5

Затраты на приобретение вспомогательного и резервного оборудования К_В, на приобретение объектов дополнительной инфраструктур К_И, равны нулю.

Так как для установки оборудования не требуется дополнительной площади, то К_С = 0.

Таблица8.5- Номенклатура приобретаемых технических средств.

Общие капитальные затраты К_Б составят 861860,65 р. =861,86 т.р.

Затраты на проектирование К_п, следует определять, исходя из трудоемкости проектных работ и средней стоимости одного человека-часа проектных работ:

, (7.6)

где Т_п - трудоемкость проектных работ, чел.-ч.

, (7.7)

где Ч - количество проектировщиков, чел. (находится путем экспертной оценки);

В - длительность проектирования, рабочих дней (находится путем экспертной оценки);

8 - длительность рабочего дня проектировщика, ч.

К_Д - стоимость демонтируемых основных производственных фондов препятствующих внедрению проекта или подлежащих замене, равны нулю, К_Д=0.

К_О - экономия капиталовложений (инвестиций) за счет реализации оборудования, технических средств демонтируемых при реализации проекта, равны нулю, К_О=0.

Следовательно, капитальные затраты составят:

К= 861,86+12,6 = 873,3 т.р.

7.3 Расчет дополнительных текущих расходов при реализации проекта

Дополнительные текущие расходы И, тыс.руб./ год, определим по формуле:

И = И_з + И_э + И_ат + И_ас + И_м + И_п, (7.8)

где И_з - затраты на содержание персонала, дополнительно необходимого для обслуживания оборудования и технических средств после реализации проекта, И₃= 0 тыс.р./год;

И_э- стоимость дополнительно потребляемых энергоресурсов, тыс.р/год;

И_П=М К_И Ц_П Т_Н, (7.9)

где М - установленная мощность энергопотребляющих устройств инновационного проекта, кВт, М = 0,26 кВт;

К_и - коэффициент интенсивного использования установленной мощности энергопотребляющих устройств, предусмотренных проектом, К = 0,85;

Ц_п- стоимость одного кВт-ч, р, Ц_п = 1,53 р.; Тн - продолжительность работы энергопотребляющих устройств в год, ч, Тн = 1360 ч.

р./год

И_ат - дополнительные расходы на содержание, текущий ремонт и амортизацию оборудования и технических средств;

И_ат = (К_в + К_и) Н_ар / 100, (7.10)

где Н_ар - норматив расхода на текущий ремонт, содержание и амортизацию, Н_ар = 18 %.

р.

Найдем дополнительные текущие расходы по формуле:

И = 72513 + 459,8 = 72972,8 р./ год = 72,97 т.р/год.

7.4 Расчет экономии текущих затрат при реализации проекта

Экономия текущих затрат, обусловленная реализацией проекта, рассчитывается на календарный год или отчетный период, измеряется в тыс.р./год и находится следующим образом:

, (7.11)

где Э_с - экономия, обусловленная уменьшением расхода сырья, материалов, топлива, тепла, электроэнергии и прочих ресурсов, тыс. р./год;

Э_з - экономия на заработной плате и сопутствующих начислениях основных и вспомогательных работников, тыс. р./год;

Э_у - экономия на условно-постоянной части расходов, образующаяся при увеличении объема производства продукции, тыс. р./год;

Э_б - экономия, обусловленная уменьшением брака продукции и повышением ее качества, тыс. р./год;

Э_к - экономия, обусловленная повышением качества продукции, тыс. р./год;

Э_н - экономия, обусловленная уменьшением брака продукции и повышением ее качества и ассортимента, тыс. р./год;

Э_о - экономия на расходах по содержанию, ремонту и эксплуатации оборудования, тыс. р./год;

И - дополнительные текущие расходы, тыс. р./год.

Таким образом, общая экономия достигается при суммировании сэкономленных денежных средств, за счет реализации различных преимуществ рассматриваемого инновационного проекта.

Величина экономии, обусловленной уменьшением расхода энергоресурсов (воды и природного газа) определяется по следующей формуле:

, (7.12)

где Н_с - норма расхода энергоресурсов на производство единицы готовой продукции, Н_ВОДЫ = 2 м³/тонн, Н_ГАЗА=3,79 м³/тонн;

Д_с - относительное снижение нормы расхода энергоресурсов, обусловленное внедрением проекта, Д_с = 0,2;

В - объем производства продукции после внедрения проекта, т,

В₂=1800 тыс/год;

Ц_с - цена единицы израсходованных энергоресурсов, Ц_ГАЗА= 1,6 р/м³.

Ц_ВОДЫ = 3,57 р/м³.

тыс.р/год.

тыс. р/год.

Внедрение озонатора и теплоутилизатора не предполагает увеличение численности рабочего персонала или использования труда более высококвалифицированных работников, поэтому Э_з = 0.

Экономия на условно-постоянной части расходов Эу = 0, так как при внедрении проекта не увеличивается объем производства.

Экономия, обусловленная уменьшением брака продукции Э_б=0 так как внедрение данного вида оборудования как таковое не повлияет на удельный вес бракованной продукции.

Экономия, обусловленная повышением уровня надежности оборудования Э_н = 0.

Экономия на расходах по содержанию, ремонту и эксплуатации оборудования Э_о=0.

Э_т=218,3+270-72,97=415,33 тыс.р/год.

7.4 Расчет годового экономического эффекта и показателя рентабельности капиталовложений (инвестиций)

Годовой экономический эффект, который может быть достигнут при реализации инновационного проекта, определяется следующим образом:

, (7.13)

где Э_г- годовой экономический эффект, обусловленный внедрением проекта, тыс.р./год;

E_н- среднеотраслевой коэффициент экономической эффективности капитальных вложений в проект, Е_н = 0,15.

тыс.р./год.

Расчетный срок окупаемости капиталовложений (инвестиций) в проект (То) с момента начала его реализации определяется по следующей формуле:

, (7.14)

Период реализации проекта Т_р, дней, с начала его финансирования до момента промышленной эксплуатации определяется с учетом времени, необходимого на проектирование Т_п, дней, изготовление и получение комплектующих Т_и, дней, сборку, монтаж, наладку Т_м,дней, и опытную эксплуатацию Т_оэ,дней:

, (7.15)

дней.

Прирост прибыли предприятия П_п, тыс.р./год, обусловленный реализацией проекта будет равен экономии текущих затрат Э_т.

Показатель рентабельности капиталовложений (эффективности) в проект определяется по следующей формуле, %

, (7.16)

Р=56 %

Результаты реализации проекта по данных проведенного технико-экономического расчета приведены в таблице 7.6

Таблица.6 - Результаты реализации проекта