1.5 Направления совершенствования сусловарочных аппаратов

На основании анализа лучшего отечественного и зарубежного сусловарочного аппарата можно выделить следующие направления их совершенствования:

1) Увеличение диапазона типоразмеров;

2) Разработка и выпуск аппаратов комплексного характера;

3) Оснащение контрольно-измерительными приборами, полная

автоматизация;

4) Использование вторичного пара;

5) Разработка многоструйной верхней крышки внутреннего варочного котла.

6) Увеличение количества форсунок для вытекания сусла.

2 Научное обеспечение основного процесса в сусловарочном аппарате. Вычислительный эксперимент

2.1 Основы теории теплового процесса

В сусловарочном аппарате происходит тепловая обработка сырья:

1) Процесс нагрева сусла характеризуется уравнением

Q=M_c*С (t_k-t_n), (1)

где Q – количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости, Дж

M_c – масса сусла, кг

C - удельная теплоемкость сусла Дж/кг·К,

(t_k-t_n) – разность конечной и начальной температур.

2) Процесс кипячения сусла характеризуется уравнением

Q=M_в*r, (2)

где Q – количество теплоты, необходимое для кипячения жидкости, Дж

М_в – масса испаренной воды, кг

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.

Масса нагреваемого сусла определяется по формуле:

М_н=V*ρ, (3)

где М_н – масса нагреваемого сусла, кг

V – объем исходного сусла, м³;

ρ – плотность сусла = 1,03796*10³ кг/м³ [1].

Расход теплоты на нагревание сусла в данном случае:

_{Qн=Мн*сс*(tк-tн), где (4)}

Q_н – расход теплоты на нагревание сусла, кДж,

М_н – масса нагреваемого сусла, кг

с_с – удельная теплоемкость сусла(с_с)=3,92 кДж/кгº*К [1];

t_к – конечная температура сусла, ºС [1];

t_н – начальная температура сусла,ºС [1] .

Масса выпариваемой воды:

М_в = М_н* , (5)

где Мв – масса выпариваемой воды, кг;

М_н – масса нагреваемого сусла, кг;

E_н – начальная концентрация сухих в-в сусла(E_н)=9 % [1];

Е_к – конечная концентрация сухих в-в сусла (Е_к)=11%[1].

Расход теплоты на кипячение сусла в данном случае:

Q_к =М_в*r, (6)

где Мв – масса выпариваемой воды, кг;

r – удельная теплота парообразования(r)= 2248 кДж/кг[2].

Средняя разность температур между теплообменивающими средами:

Δt = (tв-tк), (7)

где: Δt – средняя разность температур между теплообменивающими средами, пар-сусло,ºС;

t_в – температура водяного пара,°С[1];

t_к – конечная температура сусла, ºС [1].

Расчетная площадь поверхности нагрева сусловарочного аппарата:

F= (8)

где: Q_к – расход теплоты на кипячение сусла, кДж;

К – коэффициент теплопередачи при кипячении сусла =1,6 кВт/м²∙К [1];

Δt – средняя разность температур между теплообменивающими средами;

τ – продолжительность кипячения, час [2].

Расчетный расход греющего пара:

П_р = , (9)

где П_р – расчетный расход греющего пара, кг/ч;

М_н – масса нагреваемого сусла, кг;

с_с – удельная теплоемкость сусла(с_с)=3,92 кДж/кгº*К [1];

Δt – средняя разность температур между теплообменивающими средами;

Мв – масса выпариваемой воды, кг;

t_к – конечная температура сусла, ºС [1].

I_г – энтальпия греющего пара (I_г)=2678,6 кДж/кг [1];

I_в – энтальпия вторичного пара(I_в)=2619,5 кДж/кг [1];

I_к – удельная энтальпия конденсата(I_к)= 426,50 кДж/кг[1];

1,05-коэффициент потери теплоты в окружающую среду,кДж[2].

В заключение сравниваем фактический расход греющего пара (П_ф), значения которого взяты из паспортных данных, с его расчетным значением (П_р) и указываем диапазон допустимых пределов измерений :

0,9 ≤ ≤ 1,4 (10)