Расчёт пневматического солодорастильного барабана

Расчёт пневматического солодорастильного барабана

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАСЧЁТ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО СОЛОДОРАСТИЛЬНОГО БАРАБАНА

Стаценко Арина Николаевна

Руководитель Е. М. Захаренко

г. Владивосток 2012

Данные к расчету

.        объем свежепроросшего солода Vc=55,385 м³

.        полный внутренний объём барабана Vб=110,77 м³

.        длина барабана L=14,38 м

.        высота слоя солода Н=1,28 м

.        подситовое пространство и воздушное пространство над ситом h=0.96м

.        ширина сита В=2,88 м

.        реакция опорного ролика Р₁=16001 Н

.        реакция всех опорных роликов Р=55426,58 Н

.        работа силы трения за один оборот барабана Т₁=87019,73 Дж

.        работа на преодоление сил трения скольжения Т₂=1303,37 Дж

.        работа на непрерывный подъем солода в барабане Т₃=965009,92 Дж

.        полная работа, совершаемая за один оборот барабана Т=1053333,02 Дж

.        потребная теоретическая мощность привода N=0,42 кВт

Содержание

Введение

. Обзор литературы

.1 Солодорастильные аппараты барабанного типа

.2. Схема расчета пневматических барабанов

.2.1 Определение основных размеров барабана. Конструктивный расчет

.2.2 Расчёт потребной мощности

. Расчёт барабанной пневматической солодовни

.1 Конструктивный расчёт

.2 Расчёт потребной мощности

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Основным сырьём для производства пива и кваса является солод. Под солодоращением понимают проращивание различных видов зерна в специально создаваемых или регулируемых условиях. Конечный продукт проращивания называют свежепроросшим солодом; путём подвяливания и сушки получают сушеный солод [1].

Производство солода, пива и безалкогольных напитков основано на преобразовании растительного сырья с помощью ферментативных реакций. Важные составные части сырья (ячмень, ржи, кукурузы, риса и т. д.)- это углеводы и белки, которые при изготовлении солода, пива и безалкогольных напитков подвергаются изменениям под действием ферментов, чаще всего продуцируемых микроорганизмами. Таким образом, биохимические процессы- главные в технологии солода [2].

В некоторых странах для ращения и сушки солода на заводах средней мощности применяются барабанные солодовни, позволяющие автоматизировать технологический процесс, что значительно повышает производительность труда. Главным преимуществом солодовен этого типа является легкость регулирования режима солодоращения, так что с технологической точки зрения солодовни весьма рациональны, однако широкому распространению их препятствует большая металлоёмкость конструкций [6]. На ряде заводов эксплуатируются пневматические барабанные солодовни. Такая солодовня состоит из группы солодовенных барабанов и установки для кондиционирования воздуха. Ворошение зерна достигается вращением самих барабанов [4].

Целю данной работы стал расчёт пневматического солодорастильного аппарата.

По данной цели можно определить следующие задачи:

.        Изучение и описание оборудования для проращивания в пневматических солодовнях.

.        Рассмотреть солодорастильные аппараты барабанного типа.

.        Составить схему расчёта пневматических барабанов.

.        Рассчитать барабанную пневматическую солодовню.

. Обзор литературы

Оборудование для проращивания в пневматических солодовнях.

Существует много пневматических солодорастильных аппаратов, среди которых выделяют два основных типа- барабанный и ящечный [1].

.1 Солодорастильные аппараты барабанного типа

Барабанная солодовня состоит из ряда солодорастильных аппаратов барабанного типа, количество которых соответствует числу суток проращивания зерна - обычно восемь. Аппарат представляет собой горизонтальный стальной цилиндр - барабан, установленный на двух парах опорных роликов. Проращиваемое зерно заполняет барабан на 50…60% вместимости. Солод продувается кондиционированным воздухом, а перемешивается в результате медленного вращения барабана [3].

Конструкция барабанов.

Они бывают закрытые и открытые.

Закрытые. Особенность-полная изолированность проращиваемого зерна от внешних условий. Существует два вида закрытых барабанов: с плоским ситом (рис.1) представляет собой стальной горизонтальный цилиндр, опирающийся с помощью двух бандажей на две пары опорных роликов. На одном из бандажей укреплена червячная шестерня, которая находится в зацеплении с червяком и приводит барабан в медленное вращение. На корпусе барабана расположены люки для загрузки замоченного зерна и выгрузке проросшего солода. Через эти же люки моют и дезифицируют барабан. Внутри барабана укреплено плоское сито, на него ровным слоем укладывается проращиваемое зерно. С торцов барабан имеет днища: наружные и, к которым подведены воздуховоды и с лабиринтным уплотнением, и внутренние и. Между ними образованы камеры для подачи кондиционированного воздуха и удаления отработавшего воздуха.

Замоченный ячмень подаётся в барабан через люки, плотно закрывающиеся дверцами. Высота слоя ячменя на сите до 1 м. Проращивается ячмень в неподвижном барабане при нижнем горизонтальном положении сита. Кондиционированный воздух нагревается по воздуховоду, проходит через междонную камеру в подситовое пространство, пронизывает слой солода и через сетку внутреннего днища проходит в правую междонную камеру и далее удаляется из барабана по воздуховоду. Солод перемешивается в результате поворачивания барабана вокруг горизонтальной оси два раза в сутки. Во время вращения барабана (один оборот за 45 мин) зерно не проветривается, так как оно перекрывает выход воздуха через сетку.

Рис. 1 Пневматический барабан с плоским ситом.

При малых объемах производства целесообразно использовать крупные барабаны, разделённые перегородками на несколько камер. Проветривать можно каждую камеру отдельно, не нарушая режимы проращивания двух партий солода. Для выгрузки солода внутри барабана установлен шнек, который приводится во вращение электродвигателем через редуктор и две цепные передачи. На горизонтальном участке воздуховода барабана надето кольцо с двумя звёздочками, оно вращается от редуктора через первую цепную передачу. Вторая же цепная передача передаёт движение от кольца к шнеку независимо от положения пневматического барабана. Шнек имеет правые и левые витки, благодаря чему солод перемещается одновременно с двух сторон барабана к люку для выгрузки.

Кроме барабанов с плоским ситом на нескольких солодовенных производствах ещё эксплуатируют барабаны с ситчатыми трубами и ситчатым цилиндром. Принцип работы их такой же как и барабанов с плоским ситом. В солодорастильных аппаратах барабанного типа можно получать солод высокого качества, процесс соложения вести с накоплением диоксида углерода, автоматизировать весь процесс и механизировать трудоёмкие работы по загрузке, перемешиванию и выгрузке. Однако солодорастильные аппараты барабанного типа сложны по конструкции, металлоёмкости, работают периодически [3].

Открытые. Барабаны, у которых внешний цилиндр выполнен ситчатым. Внутри барабана имеется центральная (также ситчатая) труба. Воздух для проветривания нагнетается в центральную трубу, из неё проходит сквозь слой солода и через отверстия внешнего ситчатого цилиндра выходит в помещение солодовни. Естественно, что солодоращение с накоплением углекислоты в этих барабанах невозможно вследствие утечки её сквозь ситчатый цилиндр. Кроме того, отработавший воздух из открытых барабанов, имея высокую влажность, приводит помещение солодовни в антисанитарное состояние. Открытые барабаны встречаются редко, и перспектив для дальнейшего применения не имеют [5].

пневматический солодовня барабан проращивание

1.2 Схема расчета пневматического солодорастильного барабана

.2.1 Определение основных размеров барабана. Конструктивный расчет

Расчёт ведётся по Миленькая Т.С., /Практические работы по дисциплине «Технологическое оборудование предприятий бродильной пром-ти». При непрерывной работе солодовни количество барабанов должно равняться продолжительности ращения солода, выраженной в сутках, или быть кратным этой величине. В настоящее время барабаны изготовляют емкостью до 35 т перерабатываемого зерна. Размеры барабанов, в зависимости от емкости, колеблются в пределах:

d=2,3 - 3,4 м; L=3 - 17 м.

На каждый кубический метр объема барабана с сетчатыми трубами приходится 250-300 кг ячменя, а в барабанах-ящиках - до 200 кг ячменя.

Размеры барабанов следует рассчитывать, исходя из предельной степени наполнения их солодом.

Степень наполнения барабана проращиваемым зерном оказывает существенное влияние на качество получаемого зеленого солода и в то же время определяет производительность барабана.

При малом заполнении барабана снижается его производительность, а в барабане с сетчатыми трубами, кроме того, ухудшается проветривание зерна воздухом.

При чрезмерном заполнении барабана часть зерна во время вращения не перемешивается, а при полном его заполнении вся масса зерна остается неподвижной (относительно барабана) [5].

Размеры барабанов определяют с учетом единовременной загрузки ячменя и степени заполнения. Для барабана с плоским ситом предельная степень заполнения солодом 50% общего объема.

Вместимость барабана рассчитывают по объему свежепроросшего солода, который принимается в 1,8 раза больше, чем объем воздушно - сухого ячменя.

V_с = 1,8 G / ρ ,

где V_c - объем свежепроросшего солода, м³; G - количество воздушно-сухого ячменя, единовременно перерабатываемого в барабане, кг; ρ - объемно-насыпная плотность ячменя (натура ячменя), кг/м³ .

Полный внутренний объем барабана

V_б = 2 V_c

Полную длину барабана определяют из объема солода и степени заполнения барабана (м)

L = [1,8 G / ( ρ F )] + Z ℓ,

где F- площадь поперечного сечения слоя солода в барабане, м² (в барабане с плоским ситом F = 0,5 π R² ); Z - количество междонных камер (в барабане с сетчатым дном Z = 2); ℓ- ширина междонной камеры, м (ℓ = 0,25 ÷ 0,3 м).

Максимальная высота слоя солода (м) (см. рис. 2)

Н = 2 R Sin 23⁰45' ≈ 0,4 D,

где R - внутренний радиус барабана, м; D - внутренний диаметр, барабана, м.

Подситовое пространство и воздушное пространство над ситом (м)

h = ( D - H ) / 2 ≈ 0,3 D

Ширина сита (м)

B = 2 R Cos 23 ⁰ 45' ≈ О,9 D

а) б)

Рис. 2 Соотношение размеров и принцип установки пневматических барабанов. а) продольное сечение барабана с плоским ситом, б) установка пневматического барабана на опорных роликах

1.2.2 Расчёт потребной мощности

Потребная мощность привода для вращения барабана расходуется на работу по преодолению сопротивления трения качения бандажей по опорным роликам, трения скольжения цапф опорных роликов в подшипниках и подъем солода внутри барабана. На рисунке 2, б показана схема установки барабана на опорных роликах. Реакцию опорного ролика Р₁ (н) определяют по сумме сил тяжести массы солода G_c= m_c g, барабана G_б = m_б g и угла α, образованному между направлением сил, действующих на ролик и направлением вертикальных сил G_c и G_б, (m_c и m_б масса соответственно солода и барабана, кг; g - ускорение свободного падения, м/с²).

Используя проекции действующих сил на вертикальную ось, составляют уравнение

( G_c + G_б ) / k = P₁ Cos α

P₁ = G_c + G_б /k Cos α= ( m_c + m_б )g/k Cos α,

где k - число опорных роликов (k = 4).

Реакция всех опор роликов Р ( в Н )

Р= (m_c + m_б ) g/ Cos α

Работа силы трения Т₁ (в Дж) за один оборот барабана определяется как произведение силы на длину окружности барабана.

Т₁ = Р μ π D_б / R_p,

где μ - коэффициент трения качения для стали по стали,μ = 0,05м; D_б - диаметр бандажа, м; R_p = D_p / 2 - радиус ролика, м.

Работа на преодоление трения скольжения цапф опорных роликов в подшипниках за один оборот барабана Т₂ (в Дж) или за D_б/D_p оборотов ролика

Т₂ = π *D_ц (D_б/D_p )*Р* f_ск ,

где D_ц - диаметр цапф опорных роликов, м; f_ск - коэффициент трения скольжения, f_ск = 0,12.

Работу, затрачиваемую на непрерывный подъем солода в барабане можно приближенно сравнить с работой, затрачиваемой на преодоление трения скольжения продукта по внутренней поверхности барабана Т₃ (в Дж):

Т₃ = π D G_c g f_ск,

где D - внутренний диаметр барабана, м; G_c - количество солода, поднимаемого при вращении барабана, кг; f_ск - коэффициент трения скольжения солода по поверхности стального барабана, f_ск = 0,35 ÷ 0,65.

Полная работа, совершаемая за один оборот барабана Т (Дж):

Т = Т₁ + Т₂ + Т₃

Потребная теоретическая мощность привода, необходимая для вращения барабана N(кВт)

N = T / 60 · 1000 · η,

где n - частота вращения барабана, мин ^-1; η - КПД передачи привода, ( η = 0,75 ÷ 0,85 ).

. Расчёт барабанной пневматической солодовни

2.1 Конструктивный расчёт

Вместимость барабана:

V_с = 1,8 G / ρ ,

где V_c - объем свежепроросшего солода, м³; G - количество воздушно-сухого ячменя, единовременно перерабатываемого в барабане, кг; ρ - объемно-насыпная плотность ячменя (натура ячменя), кг/м³ .

ρ=0,65т/м³ =650 кг/м³ ,

V_с=1,8*20000/ 650=55,385 м³ .

Полный внутренний объем барабана:

V_б = 2 V_c=2*55,385=110,77 м³.

Полную длину барабана определяют из объема солода и степени заполнения барабана (м)

L = [1,8*G / ( ρ *F )] + Z ℓ,

где F- площадь поперечного сечения слоя солода в барабане, м² (в бара-бане с плоским ситом F = 0,5 π R² ; Z - количество междонных камер (в бара-бане с сетчатым дном Z = 2; ℓ- ширина междонной камеры, м (ℓ = 0,25 ÷ 0,3 м).

G=20 т =20000 кг ,

ρ=0,65т/м³ =650 кг/м³,

π=3,14,

D=3,2 м,

R=D/2=3,2/2=1,6 м,

L=[1,8*20000/(650*0,5*3,14*1,6²)]+2*0,3=(36000/2612,48)+0,6=13,78+0,6=14,38 м

Максимальная высота слоя солода (м) (см. рис. 2)

Н = 2 R Sin 23⁰45' ≈ 0,4 D,

где R - внутренний радиус барабана, м; D - внутренний диаметр, барабана, м.

Н=2*1,6Sin 23⁰45'≈0,4D

,4*3,2=1,28

H≈1,28 м.

Подситовое пространство и воздушное пространство над ситом (м)

h = ( D - H ) / 2 ≈ 0,3 D

h=(3,2-1,28)/2 ≈0,3D,

h=1,92/2=0,96

,3D =0,3*3,2=0,96 м.

Ширина сита (м)

B = 2 R Cos 23 ⁰ 45' ≈ О,9 D

В=2*1,6 Cos23 ⁰ 45' ≈ 0,9 D

2.2 Расчёт потребной мощности

Реакция опорного ролика:

P₁ = G_c + G_б /k Cos α= ( m_c + m_б )g/k Cos α,

где k - число опорных роликов (k = 4).

G_c=28 т=28000 кг,

G_б=20 т=20000 кг,

G_c=m_c*g; m_c=G_c/g=28000/9,8=2857,1 кг,_б = m_б*g; m_б= G_б/ g=20000/9,8=2040,8 кг

Возьмём α=30°

P₁=G_c+G_б/k Cosα=28000+20000/4*0,866=16001 Н

Реакция всех опор роликов Р ( в Н )

Р= (m_c + m_б ) g/ Cos α

Р=(2857,1+2040,8)*9,8/0,866=4897,9*9,8/0,866=55426,58 Н

Работа силы трения Т₁ (в Дж) за один оборот барабана определяется как произведение силы на длину окружности барабана.

Т₁ = Р *μ* π* D_б / R_p,

где μ - коэффициент трения качения для стали по стали,μ = 0,05м; D_б - диаметр бандажа, м; R_p = D_p / 2 - радиус ролика, м.

D_б=3,6 м,

D_p=0,75 м

R_p= D_p / 2=0,75/2=0,36 м,

Т₁=55426,58*0,05*3,14*3,6/0,36=31327,1/0,36=87019,73 Дж

Работа на преодоление трения скольжения цапф опорных роликов в подшипниках за один оборот барабана Т₂ (в Дж) или за D_б/D_p оборотов ролика

Т₂ = π *D_ц (D_б/D_p )*Р* f_ск ,

где D_ц - диаметр цапф опорных роликов, м; f_ск - коэффициент трения скольжения, f_ск = 0,12.

D_ц=0,13 м,

D_б=3,6 м,

D_p=0,75 м,

Р=55426,58 Н,

Т₂=3,14*0,13(3,6/0,75)*55426,58*0,12=3,14*0,624*6651,2=1303,37 Дж

Работу, затрачиваемую на непрерывный подъем солода в барабане можно приближенно сравнить с работой, затрачиваемой на преодоление трения скольжения продукта по внутренней поверхности барабана Т₃ (в Дж):

Т₃ = π D G_c g f_ск,

где D - внутренний диаметр барабана, м; G_c - количество солода, поднимаемого при вращении барабана, кг; f_ск - коэффициент трения скольжения солода по поверхности стального барабана, f_ск = 0,35 ÷ 0,65.

D=3,2 м,

G_c=28 т=28000 кг,

Т₃=3,14*3,2*28000*9,8*0,35=965009,92 Дж

Полная работа, совершаемая за один оборот барабана Т (Дж):

Т = Т₁ + Т₂ + Т₃

Т= 87019,73+1303,37 + 965009,92=1053333,02 Дж=1053,33302 кДж

Потребная теоретическая мощность привода, необходимая для вращения барабана N(кВт)

N = T*n / 60 · 1000 · η,

где n - частота вращения барабана, мин ^-1; η - КПД передачи привода, ( η = 0,75 ÷ 0,85 ).

n=0,018 мин^-1,

N=1053333,02*0,018/60*1000*0,75=18959,994/45000=0,42 кВт

Заключение

Существует много пневматических солодорастильных аппаратов, среди которых выделяют два основных типа- барабанный и ящечный.

Барабанная солодовня состоит из ряда солодорастильных аппаратов барабанного типа, количество которых соответствует числу суток проращивания зерна - обычно восемь. Аппарат представляет собой горизонтальный стальной цилиндр - барабан, установленный на двух парах опорных роликов. Проращиваемое зерно заполняет барабан на 50…60% вместимости. Солод продувается кондиционированным воздухом, а перемешивается в результате медленного вращения барабана.

Рассчитывали по барабанной пневматической солодовни с плоским ситом. Из расчёта 20 т ячменя, продолжительность проращивания 8 суток.

Барабан получился достаточно большой по внутреннему объему, а как известно, их нужно восемь. Место для одного барабана 3,2×14,38 м². Необходимая площадь под оборудование 46,1 м³. Чем меньше мы проращиваем ячменя, тем меньше площади понадобится. Общая требуемая площадь для этой барабанной солодовни 370 м³.

Потребная теоретическая мощность привода, необходимая для вращения барабана при больших производствах (в нашем случае для проращивания 20 т) понадобится меньше, чем при малом солодоращении. На 20 т -0,42кВт. На 10 т -1,5кВт. Это зависит от частоты вращения барабана .

Список используемой литературы

1.      Краткий курс пивоварения/ Л. Нарцисс; при участии В. Бака; пер. с нем. А. А. Куленкова.- СПб.: Профессия, 2007.- 640 с., табл.

.        Тихомиров В.Г./Технология пивоваренного и безалкогольного производств.- М.: Колос, 1998.- 448 с.: ил. (Учебники и учеб. Пособия для учащихся средних специальных учебных заведений).

.        Балашов В. Е., Федоренко Б.Н./ Технологическое оборудование предприятий пивоваренного и безалкогольного производства.-М.: Колосс, 1994.-384 с.:-( Учебники и учеб пособия для техникумов).

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

.        Попов В.И.Оборудование предприятий пивоваренной и безалкогольной промышленности.-С.:Пищевая промышленность,1974.-280 с.

.        Техника и технология производства пива безалкогольных напитков. Балашов В.Е., Рудольф В.В.,-М. Лёгкая и пищевая прром-сть,1981,с.284.

.        Миленькая Т.С., /Практические работы по дисциплине «Технологическое оборудование предприятий бродильной пром-ти».-К-во.: Методические указания для студентов,2004.-64с.

.        Солнцев В. Д.,/Процессы и аппараты пищевых производств и химической технологии: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию.- Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2006.-100 с.