Материал: Разработка конструкции пластинчатого пастеризатора

Разработка конструкции пластинчатого пастеризатора

Введение

Пивоваренная отрасль России сегодня - это: более 250 пивоваренных предприятий различной мощности, производственные площади которых расположены в 73 субъектах Российской Федерации; свыше 1500 торговых марок пивоваренной продукции, в число которой входят как национальные бренды, так и популярные региональные марки; свыше 60 тысяч человек, работающих на предприятиях отрасли. Пивоваренная отрасль - это целый сектор экономики. С пивоваренной отраслью тесно связаны очень многие смежные отрасли, успех или неуспех которых в том числе зависит от стабильной работы пивоваров. Одно рабочее место в пивоваренной отрасли дополнительно создает до 10 рабочих мест в смежных отраслях.

Пивоваренная отрасль России сегодня - это один из динамично развивающихся рынков не сырьевого сектора российской экономики. Практически 100%-е выполнение предприятиями отрасли налоговых обязательств перед бюджетами всех уровней. Отрасль очень инвестоемкая. Если говорить об инновационности, о модернизации промышленности, то можно сказать, что примером инновационной, модернизированной, современной промышленностью и является пивоваренная отрасль. Хотя бы потому, что 3% рабочих мест в отрасли создают 20% валового продукта пищевой промышленности РФ.

Однако, в 2010 году по данным Росстата в России индекс производства пивоваренной отрасли опустился до отметки 94,1% к уровню 2009 года. При этом спад отчетного года оказался более значительным, чем в 2009 г., когда объем производства составил 95,2% к уровню 2008 года. В то время как многие другие отрасли, связанные с производством напитков и продуктов питания, в течение 2010 года вышли из кризиса, пивоварам этого не позволило сделать трехкратное повышение акцизной ставки и последовавший за ним рост цен, сделавший пиво менее доступным для потребителей. В целом, отрасль за три неблагоприятных года (с 2008 по 2010) вернулась к производственному уровню 2006 года.

В первом квартале 2011 года в России было произведено 195,6 млн. дал светлого пива. Этот показатель отражает некоторое восстановление отрасли после спада (-19,7%), который наблюдался в I квартале 2010 года. В целом, в I квартале 2011 года, в сравнении с аналогичным периодом 2009 года, объемы производства сократились на 11,4%, в сравнении с 2008 годом - на 16,7%. В некоторых регионах с развитым пивоварением отмечен более глубокий спад, чем в целом по России.

Депрессия в пивоваренной отрасли объясняется фискальными, а не чисто экономическими факторами, о чем свидетельствуют производственные показатели в других отраслях, которые не испытали на себе кратного повышения акцизной ставки. Так, объем производства водки за 2010 год вырос на 3,7%), вина - на 14,5%. Объемы продаж организациями оптовой торговли (без микропредприятий) за январь-ноябрь 2010 года по всем видам алкогольных напитков существенно превышают показатель предыдущего года, и только по пиву объем продаж снизился до 70,1% от уровня января-ноября 2009 года (в натуральном выражении).

Несмотря на сокращение рынка, лидеры отрасли продолжают развитие производственных мощностей. Компания ООО «САБМиллер РУС» в конце 2010 года открыла пивоваренный завод в Ульяновске. На заводе создано более 300 рабочих мест для жителей региона. В Перми открылся завод «Чешский пивовар», производство пива на котором будет вестись по традиционной чешской технологии из оригинального чешского сырья. Кроме того лидеры отрасли осуществляют модернизацию предприятий, направленную на борьбу с издержками, на повышение энергоэффективности, на улучшение экологических параметров производства. Например, на самарском заводе компании «Балтика» была завершена реализация экологического проекта по использованию биогаза в качестве топлива. Это позволяет снизить потребление природного газа заводом на 8-10% в год.

Следует отметить, что в России развивается не только производство пива, основного сырья и тары, но и выпуск передового оборудования для пивоваренной отрасли. Так, с декабря 2010 года «Новосибирскпродмаш» открыл офис по продаже PEGAS CrafTap - оригинального устройства беспенного розлива пива из кег в стеклянную бутылку. Это оборудование, предназначенное для небольших пивоварен, баров и ресторанов, отличается высоким качеством, и в то же время выигрывает по цене у зарубежных аналогов. «Новосибирскпродмаш» является разработчиком и производителем устройств PEGAS, которые установлены более чем в 15 000 магазинов России, где предлагается пиво на вынос.

Данные примеры демонстрирует, что пивоваренная отрасль и смежные производства в России обладают существенным потенциалом в плане модернизации и технологических инноваций.

пиво пастеризация температура

1. Техническое обоснование

Пастеризация пива является наиболее распространенным способом увеличения его стойкости. Пиво пастеризуют как в бутылках, так и в непрерывном потоке.

Под влиянием температуры большая часть микроорганизмов погибает, а термоустойчивые бактерии ослабевают настолько, что становятся почти неспособными к размножению. Эффект уничтожения микроорганизмов при пастеризации оценивают в пастеризационных единицах (ПЕ). За одну пастеризационную единицу принят эффект уничтожения микроорганизмов, достигаемый при температуре 60 в течение 1 мин.

Для пастеризованного пива характерно появление хлебного привкуса. На пастеризацию направляют только специально приготовленное для этих целей пиво.

Пиво в бутылках пастеризуют в погружных или душевых пастеризаторах, где температуру пива доводят до 63. По температурному режиму пастеризатор разделен на зоны. Для пастеризатора с семью зонами общая продолжительность цикла составляет 60 мин.

Для устранения отрицательного влияния температуры на вкус пива применяют пастеризацию в непрерывном потоке при температуре 69-74. Для этого используют трехсекционные пластинчатые пастеризаторы (теплобменники), в первой секции пиво регенерируется, во второй обрабатывается теплом, в третей - холодом.

При пастеризации в тонком слое в непрерывном потоке вкус и запах пива практически не изменяются.

После охлаждения пиво подают в автомат для розлива в бутылки. При этом важно соблюдать полную стерильность процесса, оборудования, бутылок, укупорочных материалов, пивопровода.

Розлив, при котором принимаются все меры по предотвращению попадания в пастеризованное пиво микроорганизмов, называют асептическим. При пастеризации пива в пластинчатом пастеризаторе и асептическом розливе достигается биологическая стойкость пива в течение 6-12 мес.

Проектом предусматривается разработка конструкции пластинчатого пастеризатора имеющего следующие достоинства:

высокий коэффициент теплопередачи;

компактность;

возможность проведения тепловых процессов с разным температурным режимом разными тепло-хладоносителями;

удобство эксплуатации;

2. Описание устройства и принцип действия конструкции

Теплообменник пластинчатый представляет собой пакет пластин, расположенных между неподвижной и подвижной плитами. В пакете каждая пластина отделена от других прокладками. Пакет- группа пластин, в каналах которых среда, тепло-хладоноситель движется в одном направлении. Пиво и вода подаются в пространства между пластинами поочередно.

При сборке аппарата пластины подвешиваются на направляющие и стягиваются стяжными болтами в пакет определённого размера.

Состав теплообменника:

неподвижная плита (1)

верхняя (2) и нижняя (7) направляющая

подвижная плита (3)

- штатив (4)

- пакет пластин (5,6)

комплект стяжных болтов (8)

зажимные шпильки (11).

Профиль пластин позволяет при сборке их в пакет образовать жесткую пространственную конструкцию, способную выдерживать высокие давления даже при малой толщине пластин. При этом создается «сотовая» конструкция, имеющая:

развитую поверхность при малых объёмах;

малую материалоёмкость;

малые объёмы внутренних полостей;

профиль, обладающий высокой турбулизирующей способностью.

Пластинчатые теплообменники применяются двухходовые, они характеризуются 100% противотоком теплоносителей. Все подводящие и отводящие трубопроводы подсоединены к неподвижной плите. Это очень удобно для сборки и разборки теплообменника.

Из-за небольших разностей температур применяем многоходовой пластинчатый теплообменник. Соединительные патрубки расположены на неподвижной и прижимной плитах. Гибкость конструкции пластинчатого теплообменника заключается в том. что имеется возможность создать любую поверхность аппарата за счет выбора нужного количества пластин и пакетов, соответствующего результатам оптимального расчета. Количество пластин в теплообменнике ограничивается значениями гидравлических потерь при движении теплообменивающихся сред через аппарат. В этом случае необходимо переходить на большие размеры пластин. Существует программа оптимального выбора пластин и схемы движения теплообменивающихся сред, обеспечивающая оптимальную конструкцию аппарата.

Теплообмен между средами происходит через разделительную стенку при движении теплообменивающихся сред по каналам. В связи с тем, что толщина разделительной стенки минимальна (0,5... 0,8 мм), термическое сопротивление элементов конструкции мало. Лабиринт, образуемый профилем пластин, способствует турбулизации потоков теплообменивающихся сред, что способствует высоким коэффициентам теплоотдачи.

3. Техническая характеристика

Производительность…………………...………………….10700 л/ч

Температура пива

начальная температура…………………………………….+2°С

температура пастеризации…………………………………69°С

конечная температура………………………………………+2°С

Температура горячей воды

начальная……………………………………………………76°С

конечная……………………………………………………71,45°С

Температура рассола

начальная……………………………………………………-5° С

конечная………………………………………………………0,7°С

Коэффициент регенерации тепла……………………………0,87

Тип теплообменных пластин………………...………………П-2

высота………………………………………………………1025 мм

ширина……………………………………………………….315 мм

толщина………………………………………………………1,2 мм

Число теплообменных пластин

секция регенерации……………………………………………256

секция пастеризации…………………………………………32

секция охлаждения…………………………………………64

Общее количество теплообменных пластин в аппарате…………………..352

Площадь теплообмена

секция регенерации…………………………………………51,2 м²

секция пастеризации…………………………………………6,2 м²

Общая поверхность теплообмена…………………………70,2 м²

Зазор между теплообменными пластинами………………2,8 мм

Габариты пастеризационного аппарата

Длина…………………………………………………………...2868 мм

Ширина…………………………………………………………..400 мм

Высота………………………………………………………….1385 мм

4. Расчеты, подтверждающие работоспособность конструкции

.1 Технологический расчёт

Пастеризации подвергается пиво после фильтрации.

В соответствии с продуктовым расчётом [1, c 118] на 1 дал товарного пива в пересчёте на Жигулёвское требуется фильтрованного пива 10,18 л.

Производительность пастеризатора

где П - производственная мощность пивзавода, дал/год;

 - число дней работы отделения [1,c112, табл. 36];

 - число смен в сутки

 - продолжительность смены, ч;

- перевод метров ;

Массовый расход определяется по формуле:

где, - плотность пива, кг/

4.2 Тепловой расчёт

Теплотехнический расчёт пластинчатого теплообменника проводиться в соответствии с источником [2, с.267]

.2.1 Построение температурного графика

Первым этапом расчёта проводиться построение температурного графика работы пастеризатора. Недостающие по заданию температуры определяются расчётом.

Температура пива после нагревания его в секции регенерации находиться из формулы коэффициента регенерации

При равенстве потоков пива на обеих сторонах пластин в секции регенерации и равенстве удельных теплоёмкостей пива

Конечная температура горячей воды и холодного рассола находиться по тепловым нагрузкам на соответствующие секции пастеризатора. Потерями тепла в окружающую среду при этом пренебрегаем.

Рисунок 1 - Температурный график

.2.2 Расчет средних разностей температур по секциям

Секция регенерации пиво

----------------------à10,7

пиво

,3ß------------------------2

Секция пастеризации

горячая вода

-------------------------à71,45

пиво

ß---------------------------60,3

Секция охлаждения

пиво

,7------------------------à2

рассол

,7ß---------------------

.2.3 Расчет коэффициентов теплопередачи Для пластин типа П - 2 применяется следующее уравнение:

Значение принимаем равным:

При нагреве - 1,05

При охлаждении - 0,95

Секция регенерации

Для потока не пастеризованного пива (сторона нагревания)

Для потока пастеризованного пива (сторона охлаждения)