Питання для самоперевірки

1. Якими принципами необхідно користуватись при виборі обладнання для здійснення технологічного процесу?

2. Які коефіцієнти застосовують для оцінки правильності вибору обладнання?

3. Які існують основні методи визначення габаритних розмірів та кількості апаратів безперервної та періодичної дії?

4. Перерахуйте технологічне та транспортне обладнання солодового та дріжджебродильного відділень спиртового заводу.

5. Яка технологічна норма площі виробничого приміщення на одного працівника застосовується у проектуванні?

Лекція 5 енергозабезпечення. Автоматизація. Контроль якості продукції. Охорона праці та довкілля

5.1 Технологічні норми витрат енергоресурсів на заводах бродильної галузі промисловості

2. Методи розрахунку витрат пари, електроенергії, холоду, води та повітря.

3. Розрахунки економічної ефективності

4. Автоматизація виробничих процесів.

5. Контроль виробництва та управління якістю. Заходи по охороні праці та довкілля.

5.1. Технологічні норми витрат енергоресурсів на заводах спиртової та пивоварної галузей

Основними даними для визначення норм витрат енергоресурсів є технологічні регламенти та інструкції по нормуванню витрат теплової енергії та палива для спиртових та лікеро-горілчаних заводів, а також виробнича програма. Норми витрат енергоресурсів визначають залежно від асортименту сировини та схеми технологічного процесу.

Наприклад, для збільшених розрахунків для спиртових заводів, що переробляються крохмалевмісну сировину можливо скористатись наступними орієнтовними показниками витрат енергоресурсів на 1000 дал спирту - ректифікату вищої очистки: електрична енергія – 1700 - 1900 кВт*год; теплова енергія – 2,7 - 2,9 кДж.

За нормами технологічного проектування питома витрата електроенергії на 1000 дал пива дорівнює 445 кВт*год.

Максимальні погодинні витрати електроенергії приймають у розмірі 12 % від добової:

У будь-якому випадку під час проектування необхідно проводити теплові розрахунки і визначити витрати тепла або охолоджуючого агенту; при цьому виникає необхідність визначити поверхню теплообміну.

2. Методи розрахунку витрат пари, електроенергії, холоду, води та повітря

Для проведення відповідних розрахунків необхідно спочатку визначити матеріальні потоки та скласти тепловий баланс процесу.

Кількість теплоти, що надходить з речовиною в апарат визначають за відомою формулою:

(5.1)

де, Q – кількість речовини, кг; c – питома теплоємкість речовини, кДж/кг*К, її знаходять по таблицям або за відповідними рівняннями; t− початкова та кінцева температура речовини, К.

Кількість теплоти, що приносить пара (газ), виражають через ентальпію

( тепловміст):

Q = G*J, (5.2)

де, J – ентальпія пара ( газу), кДж/кг, яку визначають за допомогою відповідних таблиць або діаграм.

Якщо речовини при нагрівання або охолодженні не змінюють свого агрегатного стану, то кількість теплоти, яке вони поглинають визначають за формулою: Q = G * c ( t_k – t_п ) (5.3)

або Q = G* ( J_k – J_п),

де t_k – кінцева температура, К,; t_п – початкова температура К; J_k – кінцева ентальпія, кДж/кг; J_п – початкова ентальпія. кДж/кг.

Якщо речовина змінює свій агрегатний стан, то користуються формулою:

Q = G * Сп * (t_k – t_п) + r + G *Ск *(t_k – t_п) (5.4)

де, Сп та Ск – відповідно питомі теплоємкості речовини до та після зміни агрегатного стану, кДж/кг*К; r – прихована теплота зміни агрегатного стану, кДж/кг*К. Кількість теплоти, що поглинається або виділяється середовищем під час хімічної або біохімічної реакції визначають за формулою:

Q = q*G , (5.5)

де q – питома кількість тепла, яка виділяється або поглинається робочою речовиною під час реакції, кДж/кг.

Витрати теплоносія, який не змінює свій агрегатний стан можна визначити за формулою: (5.6)

де, Q – кількість теплоти, яка передається теплоносієм, кДж; с – питома теплоємкість, кДж/кг*К; t_k – кінцева температура теплоносія, град; t_п – початкова температура, теплоносія, град.

Витрати пари на підігрів середовища визначають за формулою: (5.7)

де, Q – кількість теплоти, що передається парою середовищу, що нагрівається; J – ентальпія гріючої пари, кДж/кг; t_k – температура конденсату гріючої пари, град; c_k - питома теплоємкість конденсату пари, кДж/кг*К.

Теплові втрати в оточуюче середовище, зазвичай, приймають за нормативами або розраховують по формулам тепловіддачі в оточуюче середовище. Приклад порівняльних витрат пари на окремих технологічних ділянках спиртового виробництва наведений в табл. 5.1.

Таблиця 5.1- Витрати пари на різних ділянках спиртового виробництва залежно від потужності підприємства та технологічної схеми, т

Ділянка виробництва та параметри процесу	Потужність заводу, дал/доб
	2000		3000
	добова	на 1000 дал	добова	на 1000 дал
Відділення водно –теплової обробки: Пара р=0,5 Мпа, Т=1580С; Пара р=0,07 Мпа, Т= 1100С; Низькотемпературна схема, Т=850С	24 0,3	12 0,15	43,68 0,3 18,16	14,56 0,1
Бродильно-дріжджовий цех Пара р=0,3 мПа; Пара р=0,07 мПа	3,7 5,0	1,85 2,5	5,3 7,1	1,76 2,33
Ректифікація при виробництві спирту „Екстра”	105,3	50,26	157,9	52,6

При розрахунку витрати пари для приготування сусла слід враховувати:

• -Витрату тепла для підігріву води на затирання

Для затирання по прийнятому режиму витрачається 4 л води підігрітої до 56° С на 1 кг зернопродуктів. При початковій температурі води 20°С витрата тепла для підігріву води складе:

Q = W × C × (t₂ - t₁)

де, W – кількість води для підігріву, кг;

C – питома теплоємкість води, кДж/(кг ×К);

t₂ і t₁ – температура, до якої потрібно підігріти воду і початкова температура, ^оС., відповідно.

Використовуємо воду з температурою 20^оС, затирання починаємо з температури 45^оС, тоді воду слід підігріти до 50^оС.

• Витрата теплоти на підігрів затору від 45 до 52^оС:

• Витрата теплоти на підігрів затору від 52 до 63^оС:

• Витрата теплоти на підігрів затору від 63 до 72^оС:

• Витрата теплоти на підігрів затору від 72 до 78^оС:

• Витрата теплоти на підігрів води для підігріву прес-фільтру до 80^оС:

• Витрата теплоти на підігрів води для вилущування пивної дробини:

• Витрата теплоти на підігрів сусла до кипіння

• Витрата теплоти на кип’ятіння сусла протягом 2 годин,

Питомі витрати електроенергії встановлюються у кВт*год на одиницю продукції, що виробляють (наприклад, на дал спирту вищої очистки або на т хлібопекарських дріжджів) і визначають у розрахунку на добу, рік або півріччя.

Існують норми індивідуальні ( для кожного заводу) та галузеві. Індивідуальні норми складаються на підставі інструкції по кожному підприємству залежно від конкретних умов та по всім видам продукції, що виробляється.

Індивідуальні норми витрат – це перелік усіх статей витрат електроенергії на виробництво даного виду продукції і вони підрозділяються на технологічні та загальнозаводські.

Технологічна норма витрат електроенергії включає в себе всю її витрату на одиницю продукції, яка складається з витрат на основні та допоміжні технологічні процеси для одержання даного виду продукції.

Загальнозаводська норма включає всі витрати за її складовими і технологічні норми та витрати на загальнозаводські допоміжні та підсобні потреби, у тому числі: освітлення цехів, вентиляцію, внутрішньозаводський транспорт, а також внутрішньозаводські потреби в електроустановках та мережах.

Витрати електроенергії на потреби допоміжних цехів (механічних, столярних, складських, тощо) включають у норму витрат на випуск продукції. Витрати на власні потреби ТЕЦ та промислової котельні нормуються окремо.

Початковою стадією визначення питомих витрат електроенергії на виробництві є продуктовий розрахунок.

Витрати електроенергії на окремих стадіях процесу виробництва обчислюють за встановленою потужністю і тривалістю роботи електродвигунів на окремих ділянках виробництва. При цьому користуються даними специфікації технологічного обладнання. Так, наприклад, витрати електроенергії у варильному відділенні розраховується виходячи з потужності центробіжних, та інших насосів, а також тривалості їх роботи.

Електроенергію враховують по кількості одночасно працюючого обладнання, одиничної встановленої потужності електродвигунів та тривалості роботи обладнання на добу. Максимальні погодинні витрати електроенергії беруть рівними 12% добових або користуються нормами технологічного проектування.

Витрати електроенергії на перекачування середовища (води, технологічних середовищ, та ін) агрегатом з відомою встановленою потужністю приводного електродвигуна визначають за формулою:

Е доб = N * τ , кВт*год (5.8)

де, N – потужність, що споживається приводним електродвигуном, кВт;

τ – кількість годин роботи агрегату за добу.

Питомі витрати електроенергії на перекачування середовища визначається за формулою, кВт*год/дал:

, (5.9)

де, V – добове вироблення напою заводом, дал.

Джерелами водопостачання на підприємствах бродильної галузі є артезіанські свердловини (питна вода), водозабір з річок та ставків (технічна вода), оборотне водопостачання. За існуючими схемами господарства технічна вода використовується головним чином на теплообмінні потреби крізь закриті поверхні теплообміну. В якості питної води застосовують артезіанську воду, яка має стабільну середньорічну температуру +10-14⁰С, що робить її незамінною, особливо в літній період, для таких процесів, як, наприклад, промивка хлібопекарських дріжджів.

Для розрахунку витрат води використовують норми водопостачання, а також дані продуктових розрахунків, матеріального й теплового балансів.

Витрати води на підприємствах складаються з витрати води на технологічні потреби, господарсько-побудові потреби, а також витрати на потреби пожежегасіння. Так, наприклад, для мелясних заводів загальні витрати води по цехам підприємства можуть становити, м³/1000 дал спирту: в спиртовому цеху – 681; в цеху хлібопекарських дріжджів – 120,5; в цеху сухих кормових дріжджів – 225,5; в цеху рідкого СО₂ – 76; в котельній – 164,5.

На підприємствах розраховують індивідуальну технологічну норму водоспоживання, яка визначається як сумарний об’єм води, що використовується на технологічні операції або процеси даного виробництва при виготовленні одиниці продукції.

Витрати води на господарсько-побутові потреби визначають за нормативами. Вони також можуть бути взяті в розмірі 5% від витрат води на технологічні потреби.

Наведемо приклад, який демонструє з чого складається індивідуальна норма водоспоживання на одиницю основної продукції (1000 дал спирту) для мелясного спиртового заводу. Вона представляє собою суму: індивідуальної норми водоспоживання на одиницю продукції виробництва спирту (Ні1); індивідуальної норми водоспоживання на одиницю продукції виробництва хлібопекарських дріжджів, помноженої на встановлений вихід (К₂) цієї продукції ( Ні2*К₂); індивідуальної норми водоспоживання на одиницю продукції виробництва сухих кормових дріжджів, помноженої на встановлений вихід даної продукції (Ні3*К₃); індивідуальної норми водоспоживання на одиницю продукції рідкого СО₂, помноженої на встановлений вихід цієї продукції (Ні4*К₄). Отже, індивідуальна норма водоспоживання Ні представляє собою суму: Ні = Ні1 + Ні2*К₂ + Ні3*К₃ + Ні4*К₄.

Витрати холоду визначають як суму холоду, що витрачається на технологічні потреби та вентиляцію з урахуванням його експлуатаційних втрат та теплонадходжень крізь стінки секцій для найбільш несприятливих умов роботи відділень у літній період. Особливо значення має розрахунок витрат холоду на виробництво хлібопекарських дріжджів. Так, наприклад, в цьому виробництві холод витрачається на охолодження дріжджової суспензії останньої ступені сепарації від 15⁰С до 4 ⁰С, на охолодження пресованих дріжджів та тари, що надходить з формувально-пакувального відділення від 20 до 2⁰С, на підтримування температури зберігання дріжджів рівній 3⁰С. На першій стадії як холодоагент застосовують розсіл з температурою -1⁰С, а в на двох інших – розсіл з температурою -10⁰С.

Після проведення відповідних розрахунків витрат холоду із застосуванням даних продуктового розрахунку та користуючись відомими рівняннями (5.3) розраховують годинну витрату холоду та збільшують кількість одержаних витрат на: величину витрат холоду на охолодження теплопритоків крізь стінки секцій складу на 10 % від загальної технологічної потреби; на величину витрат холоду на вентиляцію – 4 % від технологічної потреби; на величину експлуатаційних втрат холоду – 5% від технологічної потреби; на величину покриття втрат в мережах та на тепловий еквівалент електродвигунів насосів – на 15 % від технологічної потреби.

Розрахунок витрат повітря на різних стадіях виробництва також проводять на підставі продуктового розрахунку, користуючись нормами технологічного проектування.

Так, наприклад, в солодовому відділенні повітря витрачається на аерацію солоду і його витрату (кг) для підбору відповідного вентилятора визначають за формулою,:

(5.10)

де, Q₁ – тепло, яке надходить в апарат із зерном, кДж; Q₂ – тепло, що виділяється при пророщуванні зерна, кДж; Q₃ – тепло, яке виноситься з апарату солодом, кДж; Q₄ – втрати тепла в оточуюче середовище, кДж; J₁; J₂ – ентальпії кондиціонованого та відпрацьованого повітря, кДж/кг, які знаходять по J – x діаграмі.

Орієнтовні витрати повітря можливо визначити за збільшеними нормам: 0,2 м³/с на 1 т зерна, що переробляють.

Розрахунок потреб холоду на пивзаводі.

На пивзаводі витрачається значна кількість холоду, що виробляється холодильними установками. Перш за все холод використовується для регулювання біохімічних процесів, що відбуваютьсяна всіх стадіях виробництва пива, а також для охолодження сусла перед бродінням, для відведення теплоти, що виділяється при бродінні і доброджу ванні, для охолодження пива перед розливом, а також для охолодження води при промивці дріжджів.

Приклад розрахунку витрати холоду на технологічні потреби:

1) На охолодження сусла

Після освітлення сусла у гідроциклонному апараті воно охолоджується у пластинчатому теплообміннику водопровідною водою до 25⁰С, а від 25 до 6-10 ⁰С – охолодженою ропою. Кількість теплоти, яка при цьому відводиться (за добу):

Q_ос = V d c(t1-t2) (кДж),

V – об’єм гарячого сусла,л;( беруть з зведеної таблиці продуктів)

d – відносна густина гарячого сусла, кг/л( з табл.. екстрактів відповідно до концентрації)

Середньозважену концентрацію сусла визначають як суму добутків концентрацій початкового сусла кожного сорту пива на відсоткову його долю у асортименті

2) Витрата холоду на відведення теплоти, яка виділяється при головному бродінні

При зброджуванні 1 кг мальтози виділяється 613,8 кДж теплоти. Середня концентрація початкового сусла 11,75 % (d = 1,0473),ступінь зброджування 49 %. Кількість збродженого сусла визначається відношенням річної кількості сусла до числа днів роботи бродильного відділення (340 днів).

Q_б = V0 0,1 e d n 613,8 kн (кДж),

де V0 – об’єм охолодженого сусла, що поступає за добу на бродіння,л;

e – концентрація початкового сусла;d – густина сусла;

n – ступінь зброджування молодого пива;

kн. – коефіцієнт нерівномірності бродіння (1,3)