5 Материальный баланс производства

Процесс производства пива начинается с операции приемка солода и закладки его на хранение (таблица 5.1). При расчете материального баланса исходно сырья (солод светлый ячменный) взяли 1000 кг.

Данные о потерях сырья в процессе производства пива были взяты из литературного источника [9].

Таблица 5.1 – Приемка солода и закладка на хранение

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Солод светлый ячменный	1000	100	Солод светлый ячменный Потери	999,9 0,1	99,99 0,01
Итого	1000	100	Итого	1000	100

Потери солода при полировке и очистке составляют 0,5 % от всей массы солода, отсюда вычисляем количество солода с учетом потерь (таблица 5.2).

Таблица 5.2 – Полировка и очистка солода

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Солод светлый ячменный	999,9	100	Солод очищенный Потери	994,9 5	99,5 0,5
Итого	999,9	100	Итого	999,9	100

Материальный баланс стадии дробления солода приведен в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Дробление солода

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Солод светлый ячменный	994,9	100	Солоддробленый, размеры частиц 2-3 мм. Потери	989,9 5	99,5 0,5
Итого	994,9	100	Итого	994,9	100

Материальный баланс стадии приготовления затора указан в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Приготовление затора

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Солод дробленый Вода питьевая	989,9 4316	18,7 81,3	Затор Потери	5279,5 26,5	97 0,5
Итого	5306	100	Итого	5306	100

Объем воды (в л на 100 кг солода), необходимой для приготовления затора, можно определить по формуле:

V = E*(100 – B)/B,

где Е – экстрактивность сусла, %;

В – желаемая концентрация первого сусла,%.

V= 74*(100 – 15)/15 = 436 л.

В пересчете на 989,9 кг солода объем воды будет равен:

Vн = 989,9*436/100 = 4316 л.

Материальный баланс стадии фильтрования затора указано в таблице 5.5.

Таблица 5.5 – Фильтрование затора

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Затор Вода питьевая	5279,5 1881,3	73,8 26,2	Сусло с массовой долей сухих веществ 5,4 % Пивная дробина Потери	5404,8 1738,7 17,3	75,4 24,4 0,2
Итого	7160,8	100	Итого	7160,8	100

Масса сусла определяется по формуле: m _c = Э_с *100/е,

где Э_с – масса экстрактивных веществ в сусле, т. е. экстракт сусла, кг; е – массовая доля сухих веществ в начальном сусле, %. Для определения массы сусла необходимо знать массу сухих веществ в солоде, массу экстрактивных веществ в солоде, потери экстракта в дробине.

Масса сухих веществ в солоде определяется по формуле:

m _c в = m _п c * ( 100-W_c )/100, где m _пc – масса полированного солода; m_cв – масса сухих веществ в солоде ; W_c – влажность солода, %.

m _c в = 989,9* (100-5,4)/100 = 936,4 кг.

Зная массусухих веществ в солоде, находим массу  экстрактивных веществ в солоде, при экстрактивности солода Э = 74 %, по следующей формуле:

m _{э в} = m _{с в} * Э/100.

m  _эв = 936,4*74/100=692,9 кг.

Находим потери экстракта (П_э = 1,75 %) в дробине к массе зернопродуктов или массе сухих веществ, остающихся в дробине, кг:

m _nэ =989,9*1,75/100=17,3 кг.

В сусло перейдет следующее количество экстрактивных веществ:

Э_с = 692,9-17,3 =675,6 кг.

Находим масса сухих веществ в оставшейся дробине:

m _{c в вдр} = m _c в – Э_с = 936,4 - 675,6 = 260,8 кг.

Согласно расчетам, в сусло переходит экстрактивных веществ 675,6 кг

Находим массу сусла:

m _c = 675,6 *100/12,5 = 5404,8 кг.

Находим Массу пивной дробины:

М_др= m_{св в др}*100 /100 – W_др,

где W_др - влажность горячей дробины 85%.

М_др = 260,8*100/100-85 = 1738,7 кг.

Материальный баланс стадии кипячения сусла с хмелем указан в таблице 5.6.

Таблица 5.6 – Кипячение сусла с хмелем

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Сусло с массовой долей сухих веществ 5,4 % Хмель прессованный	5404,8 10,26	99,81 0,19	Охмеленное сусло Потери	5251,9 162	97 3
Итого	5414,26	100	Итого	5414,26	100

Количество задаваемого солода исчисляется из расчета 20 г на 1 Дал сусла.

Материальный баланс стадии отделения сусла от хмелевой дробины представлен в таблице 5.7.

Таблица 5.7 – Отделение сусла от хмелевой дробины

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Охмеленное сусло	5251,9	100	Охмеленное сусло Потери, в том числе хмелевой дробины, влажность 85 %.	4832,5 315,1 104,3	92 6 2
Итого	5251,9	100	Итого	5251,9	100

Объем сусла V_c  при 20^ºС определяется по формуле:  V_c = m_c/d*10,

где d – относительная плотность сусла при 20^ºС;

10 – коэффициент перевода из л в Дал.

V_c = 4832,5 /1,0526*10= 459,1 Дал.

Коэффициент V расширения при нагревании сусла от 70 до 100 ^ºС равен 1,04. С учетом этого V горячего сусла: V_гс = 459,1 Дал*1,04 = 477,46 Дал.

Материальный баланс стадии Осветления сусло приведен в таблице 5.8. Таблица 5.8 – Осветление сусла

Приход	Дал	%	Расход	Дал	%
Очищенное сусло	477,46	100	Осветленное сусло Потери	476,06 1,4	99,7 0,3
Итого	477,46	100	Итого	5251,9	100

Проценты потерь были взяты из источника [9].

В таблице 5.9 приведен расчет материального баланса операции охлаждения сусла.

Таблица 5.9 – Охлаждение сусла

Приход	Дал	%	Расход	Дал	%
Осветленное сусло	476,06	100	Охлажденное сусло, 7 ºС Потери	457,06 19	96 4
Итого	476,06	100	Итого	476,06	100

Расчет материального баланса операции главного брожения приведен в таблице 5.10.

Таблица 5.10 – Главное брожение

Приход	Дал	%	Расход	Дал	%
Охлажденное сусло, 7ºС Жидкие дрожжи	457,06 2,3	84,4 10,6	Молодое пиво Потери	446,5 10,56	97,7 0,3
Итого	459,36	100	Итого	459,36	100

Количество вносимых дрожжей рассчитывается из расчета 0,5 л на 10 Дал сбраживаемого сусла [9].

Материальный баланс стадии дображивания пива представлен в таблице 5.11.

Таблица 5.11 – Дображивание пива

Приход	Дал	%	Расход	Дал	%
Молодое пиво	446,5	100	Созревшее пиво Потери (отстой)	444,2 2,2	99,51 0,49
Итого	446,5	100	Итого	446,5	100

На 100 л пива выходит 0,5 л отстоя, отсюда вычисляем количество отстоя на 446,5 Дал пива.

Материальный баланс стадии осветления и фильтрования пива представлен в таблице 5.12.

Таблица 5.12 – Осветление и фильтрование пива

Приход	Дал	%	Расход	Дал	%
Созревшее пиво	444,2	100	Осветленное и фильтрованное пиво Потери	437,1 7,1	98,4 1,6
Итого	444,2	100	Итого	444,2	100

Материальный баланс стадии пастеризации пива приведен в таблице 5.13.

Таблица 5.13 – Пастеризация пива

Приход	Дал	%	Расход	Дал	%
Осветленное и фильтрованное пиво	437,1	100	Пастеризованное пиво Потери	435 2,1	99,5 0,5
Итого	437,1	100	Итого	437,1	100

Материальный баланс стадии карбонизации пива представлен в таблице 5.14.

Таблица 5.14 – Карбонизация пива

Приход	Дал	%	Расход	Дал	%
Пастеризованное пиво	435	100	Пастеризованное пиво Потери	434,9 0,09	99,5 0,02
Итого	435	100	Итого	435	100

6 Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования

Перечень основного технологического оборудования для производства пива приведен в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Перечень основного оборудования

Наименование	Количество	Тип марки	Производительность
Силос для хранения	3	СКС 3*60	420000 кг
Нория	2	I-25\10	20000 кг/ч
Полировочная машина	1	СП-54	2000 кг/ч
Магнитный сепаратор	1	У1-БМП	11000 кг/ч
Солододробилка	1	AG Malt	6000 кг/ч
Заторный аппарат	1	ВКЗ-5	33 м3
Фильтр-чан	1	«Ziemann»	5000 л/ч
Сусловарочный котел	1	ВСЦ-1,5	9,75 м3
Хмелеотделитель	1	-	10000 кг/ч
Сепаратор сусла	1	Ж5-ВСС-2	16000 л/ч
Теплообменник	1	АОЗ-У6	6000 л/ч
Бродильный аппарат	1	Б-604	8,0 м3
Сборник дрожжей	1	-	4 м3
Лагерный танк	1	-	10 м3
Сепаратор-осветлитель	1	ВСП	4500 л/ч
Фильтр-пресс	1	«Фруктонад»	12м3/ч
Пастеризатор	1	ВГ-6,0-ПОУ	6000 л/ч
Карбонизатор	1	«Фруктонад»	10000л/ч
Сборник готовогопива	1	-	10 м3

Полировочная машина

Отлежавшийся солод содержит остатки ростков пыль, волокна, и другие примеси. Для их отделения используют солодополировочную машину (рисунок 6.1). Состоит из трех основных элементов: наклонных плоских сит 1, щеточного барабана 2 и центробежного вентилятора 3. Очищаемый солод непрерывным потоком сыплется на колеблющиеся сита; сходом с верхнего сита идут крупные примеси, сходом с нижнего сита - солод, а проходом сквозь нижнее сито - мелкие примеси. Пыль из ситовой коробки отсасывается вентилятором посредством трубы 4. Очищенный на ситах солод сыплется на быстро вращающийся щеточный барабан 2 и многократно отбрасывается последним на волнистую деку 5. Под действием ударов и трения поверхность зерен солода очищается от загрязнений, солод полируется.

Рисунок 6.1 – Солодополировочная машина

Технические характеристики полировочной машины приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Технические характеристики солодополировочной машины

Производительность, кг\ч	Мощность, л.с.	Число оборотов, об./мин	Габариты, мм			Масса, кг
			длина	ширина	высота
2000	2,25	400	1515	935	2015	600

Магнитный сепаратор У1-БМП

Магнитный сепаратор У1-БМП (рисунок 6.2) предназначен для выделения металломагнитных примесей из зерна. Корпус 1 представляет собой сварной короб с отверстиями для приемки и выпуска продукта. В передней стенке корпуса расположен люк, закрываемый крышкой 8. Для предотвращения выделения пыли установлены прокладки 7. Внутри корпуса смонтированы оси 5 и 13. На них расположены магнитодержатель 3 и ограничитель 2. Ребро 12 для направления потока продукта на плоскость блока магнитов и направляющие накладки б крепят к корпусу сепаратора.Магнитодержатель представляет собой сварной кронштейн из нержавеющей стали с вставленным в него блоком магнитов 4.

Технические характеристики магнитного сепаратора У1-БМП приведены в таблице 6.3 .

Рисунок 6.2 – Магнитный сепаратор У1-БМП

Таблица 6.3 – Технические характеристики магнитного сепаратора У1-БМП

Производительность, т/ч	Габаритные размеры, мм			Количество магнитов в блоке, шт	Масса, кг
	длина	ширина	высота
11	355	370	380	6	25

Заторный чан ВКЗ-5

Для приготовления затора применяем заторный чан ВКЗ-5 (рисунок 6.3), он представляет собой цилиндрический аппарат со сферическим или плоским дном и сферической. Внутри чана размещена мешалка для размешивания массы во время затирания и при перекачках. На крышке чана укреплен предзаторник, в котором поступающий на затирание солод предварительно смешивается с водой. В центре крышки чана находится вытяжная труба для отвода паров. Рубашка имеет соответствующие фланцы и устройства для подвода пара, отвода воздуха и конденсата. В нижней части днища аппарата находится разгрузочное устройство для спуска части затора (густой фазы) на отварку или выпуска всего затора при передаче его в фильтрационный аппарат. Над сферическим днищем внутри аппарата имеется мешалка с нижним приводом для размешивания заторной массы.

Дроблёный солод поступает в предзаторник, где смачивается тёплой водой из смесителя, затем в виде кашицы смывается в аппарат.

Технические характеристики заторного аппарата ВКЗ-5 представлены в таблице 6.4.

Рисунок 6.3 – Заторный аппарат ВКЗ-5:

1 – котел; 2 – пропеллерная мешалка; 3 – стяжная труба; 4 – отверстие для спуска затора или отварок; 5 – вертикальная труба для молода; 6 – смеситель; 7 – распределительный кран; 8 – труба для возврата отварок в котел; 9 – смотровой люк ; 10 – предзаторник.

Таблица 6.4 – Техническая характеристика заторного аппарата ВКЗ-5

Наименование показателя	Значение
Количество одновременно затираемого сухого солода, кг	4000
Полная вместимость, м3	33
Поверхность нагрева сферического днища, м2	20,8
Рабочее давление пара, МПа	0,245
Расход:
воды, м3/ч	22
Частота вращения мешалки, с-1	0,52
Габаритные размеры, мм:
длина	5300
ширина	5300
высота (без установки привода)	4890

Фильтрационный чан «Ziemann»

Для отделения сусла от дробины применяют фильтрационный чан (рисунок 6.4). Он представляет собой стальной цилиндрический сосуд с плоским дном, имеет сферическую крышку и вытяжную трубу для удаления пара в атмосферу.

В фильтрационном аппарате имеется разрыхлитель 3, предназначенный для разрыхления дробины при её промывании водой, а также для выгрузки. Разрыхлитель представляет собой мешалку с вертикальными поворотными ножами, снабженными пропашниками, он приводится во вращение от электродвигателя через редуктор 6 и коробку скоростей 5. Механизм разрыхлителя может подниматься и опускаться с помощью насоса 4 и подъемника 7. Для равномерного орошения дробины горячей водой над разрыхлителем установлено сегнерово колесо 2. Для отвода отфильтрованного сусла от основного дна чана имеются трубки 9, причем каждая снабжена краном 8. Фильтрационный аппарат имеет регулятор давления 1, предназначенный для определения в каждый момент фильтрационного давления и изменения скорости фильтрования. Производительность фильтрационного чана 5000 кг/ч, высота 5300 мм.

Рисунок 6.4 – Фильтрационный чан

Сусловарочный аппарат ВСЦ-1,5

Для варки пивного сусла с хмелем применяют сусловарочный аппарат ВСЦ-1,5 (рисунок 6.5). Сусловарочный аппарат представляет собой цилиндрический аппарат сосферическим двойным дном, образующим паровую рубашку. Внутри сусловарочного котла находится мешалка для размешивания затора. В центре крышки расположена вытяжная труба с кольцевым желобком для отвода конденсата. Снаружи стенки и днище сусловарочного котла имеют тепловую изоляцию.

Кипячение сусла происходит под давлением 0,03-0,05 МПа. Интенсивная циркуляция сусла обеспечивается работой мешалки и неравномерностью нагрева у стенок и в середине котла. Так как сусло возле стенок нагревается сильнее за счет большей поверхности теплопередачи, чем в середине, то возле стенок образуются пузырьки пара, вытесняемые более плотной и холодной жидкостью из середины котла. Таким образом обеспечивается непрерывное перемешивание сусла.

Технические характеристики сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5 представлены в таблице 6.5.

Рисунок 6.5 – Сусловарочный аппарат ВСЦ-1,5

Таблица 6.5– Технические характеристики сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5

Показатель	Значение
Вместимость, м3: полная полезная	11,65 9,75
Высота цилиндрической части, мм	1200
Поверхность нагрева, м2	8,75
Объем пара в рубашке, м3	0,35
Расход: пара, кг/ч воды, м3/ч	1032 7-8
Рабочее давление пара в рубашке, МПа	0,294

Хмелеотделитель

Для отделения пивного сусла от хмелевой дробины используют хмелеотделитель. Хмелеотделитель представляет собой цилиндрический сосуд с коническим дном и крышкой с люком, установленный на стойках. Мешалка приводится в движение от привода через муфту. Аппарат снабжен смесителем, оросителем для воды, указателем уровня, краном для отбора проб.

Разделение происходит следующим образом. Сусло с хмелевой дробиной стекает из сусловарочного аппарата хмелеотборник через штуцер при работающей мешалке. Хмелевая дробина остается на сите, а сусло проходит сквозь сито и насосом через загрузочный кран и распределительный кран перекачивается на охлаждение.

Сепаратор Ж5-ВСС-2

Сепаратор Ж5-ВСС-2 (рисунок 6.6) предназначен для осветления пивного сусла. Сепаратор имеет следующие конструкционные части: станина, приводной механизм с электрическим двигателем, барабан, приемник осадка, автоматическая система управления, приемно-отводящее устройство, крышка сепаратора. Продукт подлежащий осветлению по приемно-выводному устройству входит в барабан и наполняет межтарелочные промежутки, где проходит его осветление. Под влиянием центробежной силы примесные включения и муть опадают в грязевой области. Выгрузка осадка делается частью или в полном объеме, через фиксированные интервальные промежутки, в автоматическом или ручном режиме. Осветленный продукт проходит под напором давления по трубопроводу в емкостное оборудование. Вывод очищенного продукта снабжен манометром, гидравлическим затвором, и дросселем для регулирования.

Рисунок 6.6 – Сепаратор Ж5-ВСС-2

Технические характеристики сепаратора Ж5-ВСС-2 приведены в таблице 6.6.

Таблица 6.6 – Технические характеристики сепаратора Ж5-ВСС-2

Производительность, л/ч	Мощность, Вт	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм
16000	15000	1255	1050	1580

Охладительная установка АОЗ-У6

Пластинчатая охладительная установка АОЗ-У6 (рисунок 6.7) предназначена для охлаждения сусла перед брожением и пива перед розливом. Установка состоит из собственно охладителя, пульта управления, регулирующего клапана 3 на рассольном трубопроводе и теплопередающих пластин 1, изготовленных из нержавеющей стали. Пластины разбиты на две секции, отделенные одна от другой специальной плитой 4. Пластины прижимаются к стойке 2 с помощью нажимной плиты 5 и нажимных устройств 6 на направляющих.Горячее сусло из отстойного аппарата насосом нагнетается в первую секцию, где охлаждается холодной водой с 70 до 25 °C. Из секции водяного охлаждения сусло поступает во вторую секцию, где охлаждается рассолом до 6-7°C и выводится из аппарата. Сусло движется двумя параллельными потоками между стойкой и пластинами. Охлаждающая жидкость двумя параллельными потоками движется навстречу суслу между пластинами.

Рисунок 6.7 – Пластинчато-охладительная установка АОЗ-У6

Технические характеристики пластинчатой охладительной установки АОЗ-У6 приведены в таблице 6.7 .

Таблица6.7 – Технические характеристики пластинчатой охладительной установки АОЗ-У6

Производительность, л/ч	Габаритные размеры, мм	Расход воды, м3/ч	Расход рассола, м3/ч	Масса, кг
6000	1870×700×1200	18	12	524

Танк Б-604

Танк Б-604 (рисунок 6.8) предназначен для главного брожения пивного сусла под давлением. Аппарат главного брожения представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд 1 со сферическими днищами, установленный на четырех опорах. Сверху аппарат имеет воздухоотводящую трубку 5, служащую для контроля за процессом брожения сусла. На одном из днищ имеются люк 3 с крышкой и кран 2 для подачи и спуска сусла Внутри танка располагается охлаждающий змеевик 6. Для отвода углекислого газа имеется специальная арматура 4.

Технические характеристики аппарата главного брожения Б-604 приведены в таблице 6.8.

Рисунок 6.8 – Аппарат главного брожения Б-604

Таблица 6.8 –Технические характеристики аппарата главного брожения Б-604

Вместимость, м3	Габаритные размеры, мм	Число опор	Масса аппарата, кг
10,0	1800х3400х400	3	80

Лагерный танк

Лагерный танк (рисунок 6.9) предназначен для дображивания, осветления молодого пива и представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд, состоящий из корпуса со сферическими днищами.На днище находится люк для санитарной обработки танка. Для наполнения танка и выхода продукта внизу расположен бронзовый кран. Для отвода диоксида углерода служат специальная арматура и шпунт-аппарат.

Рисунок 6.9 – Лагерный танк

Технические характеристики лагерного танка представлены в таблице 6.9.

Таблица 6.9 – Технические характеристики лагерного танка

Полная вместимость, м3	Внутренний диаметр, мм	Давление в аппарате, МПа	Масса, кг
10	1800	0,7	490

Сепаратор-осветлитель ВСП

Сепаратор-осветлитель ВСП (рисунок 6.10) применяется для осуществления процесса осветления пива перед розливом, с выгрузкой осадка вручную.

Сепаратор ВСП – осветлитель тарелочного типа. Сепаратор состоит из станины с приводным механизмом, барабана и приемно-отводящего устройства. Чугунная станина состоит из корпуса 2, чаши 8 и плиты 1.

Внутренняя часть станины является масляной ванной с указателем 4 уровня масла, отверстием 7 для заливки масла, тахометром 6 и отверстием 3 для слива отработанного масла. Привод сепаратора состоит из электродвигателя, упругой муфты, фрикционной центробежной муфты, горизонтального 5 и вертикального 12 валов.К нижней части веретена крепится устройство 21, подводящее пиво в барабан.

Барабан состоит из основания 10, тарелкодержателя 11 с пакетом 9 конических тарелок и крышки 14. Основание и крышка барабана соединяются друг с другом большим затяжным кольцом 13. Подводящее устройство 21 состоит из закрепленной на нижнем конце вала крыльчатки, помещенной в специальный корпус, и подводящих труб. На подводящем устройстве установлен манометр 19 для контроля давления пива на входе, пробный краник 20 для отбора проб исходного пива и трехходовой кран, служащий для переключения подачи воды и пива.

Отводящее устройство 16 служит для вывода из сепаратора осветленного пива. Оно состоит из крыльчатки 15, отсасывающей пиво, и корпуса насоса. На трубопроводе установлен манометр 17 для контроля давления пива на выходе, пробковый кран 18 для отбора проб осветленного пива. С помощью крана на подводящем устройстве 21 в нагнетательный насос подается вода. Сепарируемое пиво подводится в пакет тарелок с периферии барабана. В тонких межтарелочных пространствах пакета происходит отделение мельчайших частиц от дисперсной среды.

Рисунок 6.10 – Сепаратор-осветлитель ВСП

Технические характеристики сепаратора-осветлителя ВСП представлены в таблице 6.10.

Таблица 6.10 – Технические характеристики сепаратора-осветлителя ВСП

Производительность, л/ч	Мощность, Вт	Габаритные размеры, мм	Частота вращения барабана, C-1 (об/мин)	Температура сепарирования, ºС	Масса сепаратора, кг
4500	15000	1120х759х 1625	83,3±2(5000±2120)	1-4 ºС	1425

Карбонизатор

Карбонизаторпредназначен для насыщения пива диоксидом углерода в непрерывном потоке.Карбонизатор (рисунок 6.11) состоит из корпуса 3, шнека 4 и пористой металлокерамической трубки 2, служащей для диспергирования пузырьков СО₂, и трубопроводов. Охлажденное пиво поступает в корпус 3 под давлением 0,05-0,07 Мпа. Направляемое шнеком оно омывает металлокерамическую трубку 2, через которую от трубопровода 1 под давлением 0,1-0,3 Мпа подается диоксид углерода. Поступление СО₂ в виде мельчайших пузырьков создает большую площадь соприкосновения жидкости и газа и способствует карбонизации пива (насыщению диоксидом углерода) [2].

Рисунок 6.11 – Карбонизатор

Технические характеристики карбонизатора приведены в таблице 6.12.

Таблица 6.12 – Технические характеристики карбонизатора

Производительность, л/час.	Температура пива на входе и выходе системы, ºС, не более	Насыщенность пива углекислым газом, масс %	Давление поступающей двуокиси углерода, Мпа	Габаритные размеры, мм, не более
10000	4	0,47	0,5	200х1000х 2000