Pivovarennaya_inzheneria_ / Глава 1

иего сплавы и углеродистую сталь. С 70 х гг. ХХ в. в качестве основного конструкци онного материала стали преимущественно использовать нержавеющие и кислотостой кие стали, являющиеся сплавами железа, хрома и никеля с добавками титана, молиб дена, ниобия и др.

Углеродистые стали не вызывают существенного негативного влияния на сусло, но при контакте с пивом способствуют изменению его цвета, придают ему неприятный привкус

иухудшают пенообразование. Это обусловлено тем, что дубильные вещества активно вза имодействуют с ионами железа. Помимо этого железо оказывает неблагоприятное воз действие на жизнедеятельность дрожжей. Поэтому внутренние поверхности бродильных аппаратов из углеродистой стали требуют нанесения специальных защитных покрытий из инертных материалов — стеклоэмали, синтетических смол, лаков и пр.

Алюминий не реагирует с пивом, не ухудшает вкус и запах пива, не сказывается нега тивно на жизнедеятельности дрожжей и поэтому не требует дополнительного защитно го покрытия. Однако алюминий весьма чувствителен к щелочным средам, некоторым кислотам и ртути. В связи с этим для удаления пивного камня с внутренней поверхности алюминиевых аппаратов необходимо применять 15% ный раствор азотной кислоты или специальные реагенты и устанавливать в них исключительно спиртовые термометры. Внутренние элементы аппарата должны быть изготовлены из того же материала либо изолированы для исключения возникновения блуждающих токов, влекущих за собой коррозию алюминия. Срок службы алюминиевых аппаратов может достигать 50 лет.

Нержавеющие стали с содержанием хрома, никеля и титана характеризуются кис лотоустойчивостью, а также биологической и химической инертностью по отноше нию к пиву. Во избежание электрохимических явлений следует исключить контакт корпусов аппаратов из нержавеющей стали с элементами из других металлов. Срок службы емкостного оборудования из нержавеющей стали практически не ограничен.

Впоследнее время по экономическим и технологическим соображениям для изготов ления некоторых видов оборудования начали применять биметаллы — материалы, состо ящие из двух прочно соединенных слоев разнородных металлов или сплавов. Например, для изготовления днища и стенок заторных и заторно отварочных аппаратов применяют биметалл, состоящий из тонкого внутреннего слоя (~ 1 мм) нержавеющей стали и толсто го наружного слоя (~ 4–5 мм) углеродистой, при этом затор соприкасается с нержавеющей сталью, а к углеродистой стали приваривают наружные каналы паровой рубашки.

Неметаллические материалы — дерево, стекло, цемент, полимеры — также нахо дят применение при изготовлении оборудования для пивобезалкогольной отрасли.

Впрошлом исключительно древесина (преимущественно дубовые доски) была ос новным материалом для изготовления бродильных емкостей и тары (бочек) для пива. Вследствие пористости древесины внутреннюю поверхность деревянных емкостей покрывали парафином или специальными лаками.

Цемент также достаточно широко применяли ранее при возведении железобетон ных бродильных аппаратов прямоугольной формы со скругленными углами. Учиты вая, что пиво представляет собой агрессивную среду для железобетона, внутренние поверхности таких аппаратов покрывали защитными покрытиями. В настоящее время цемент применяют в основном при строительстве железобетонных силосов для хране ния ячменя и солода. Сооружения из железобетона прочны и долговечны, но требуют мощных фундаментов для исключения образования осадочных трещин.

Из стекла изготавливают прозрачные детали, соприкасающиеся с пищевыми сре дами: мерные и смотровые стекла для аппаратов, смотровые фонари для трубопрово дов, стеклопроводы для промежуточных и конечных продуктов и пр.

Стеклянные трубы выдерживают температуру 50–150 °С и имеют ресурс 15 лет. Стеклянные трубы выпускают отрезками длиной 1,5–3,0 м с шагом 0,25 м, которые соединяют между собой с помощью специальных муфт. Однако в настоящее время предпочтение отдают технологическим трубопроводам из нержавеющих сталей.

Внутренние защитные покрытия — основной вид защиты от коррозии оборудо вания, изготовленного из некоррозионностойких конструкционных материалов. За щитные покрытия разделяют на металлические (металлизационные, горячие, диффу зионные и др.), неорганические (фосфатные, окисные, хроматные и др.) и органичес кие (лакокрасочные смазки, эпоксидные смолы и др.). Металлические и неорганичес кие покрытия из за сложности их выполнения в условиях действующего предприятия не нашли широкого применения.

Органические покрытия обеспечивают надежную защиту металлов от коррозии и выгодно отличаются от металлических и неорганических экономичностью и техноло гичностью. На пивобезалкогольных предприятиях России находят применение следую щие органические защитные покрытия: парафин, спиртово канифольный лак, бекелито вые лаки, эпоксидные смолы, сополимервинилхлоридные эмали, стеклоэмали, стекло.

Тем не менее на современных отечественных предприятиях пивобезалкогольной отрасли прослеживается тенденция отказа от внутренних защитных покрытий аппара тов в связи с переходом на оборудование, изготовленного из химически стойких и би ологически инертных нержавеющих сталей.

1.5.7. Общие принципы инженерных расчетов технологического оборудования

Целью инженерных расчетов технологического оборудования являются определе ние его основных технологических, геометрических, массообменных, теплотехничес ких, кинематических, энергетических, прочностных и пр. параметров, соответствую щих заданным условиям процесса и установленной производственной мощности

иподтверждающих работоспособность конструкции оборудования.

Врасчетах технологического оборудования используют:

•уравнения материального баланса, составленные на основании закона сохране ния материи;

•уравнения теплового баланса, составленные на основании закона сохранения энергии;

•уравнения баланса количества движения, составленные на основании закона со хранения импульса;

•стехиометрические соотношения реакций;

•кинетические закономерности процессов;

•законы механики и пр.

В полном объеме инженерные расчеты включают технологические, конструктивные, энергетические, специальные и прочностные расчеты. Специальными называют расчеты, учитывающие специфику того или иного вида оборудования. К ним, в частности, отно сят гидравлические, массообменные, теплотехнические, кинематические и т. п. расчеты.

Взадачи технологических расчетов входят определение массовых и/или объемных расходов (кг/ч, м3/ч) материальных потоков и основного конструктивного параметра, обеспечивающего заданную производительность технологического оборудования. На пример, для емкостного технологического оборудования таким определяющим конст руктивным параметром является рабочая вместимость (м3), а для фильтров, теплооб менников и т. п. — площадь поверхности контакта фаз (м2). При выполнении технологи ческих расчетов руководствуются уравнениями материального баланса.

Задачами конструктивных расчетов являются определение основных геометри ческих (габаритных) параметров (м) технологического оборудования и его важней ших частей (перемешивающих устройств, фильтровальных элементов и т. п.). При выполнении конструктивных расчетов руководствуются общепринятыми геометри ческими закономерностями, рекомендуемыми геометрическими соотношениями, тех ническими нормативами и т. п.

К задачам гидравлических расчетов относят определение оптимальных диаметров

(м)основных штуцеров технологического оборудования и трубопроводов, примыка ющих к ним, а также гидравлических сопротивлений (Па) оборудования и технологи ческих коммуникаций, необходимых для определения затрат энергии на перемещение технологических и вспомогательных сред и подбора транспортирующих устройств (насосов, вентиляторов и пр.).

От правильного определения оптимального диаметра штуцера и, соответственно, трубопровода, присоединенного к нему, в определенной степени зависит экономич ность оборудования. Это обусловлено тем, что при увеличении диаметра возрастают затраты на сооружение трубопровода, включающие стоимость труб, арматуры, окрас ки, обслуживания и т. п. Например, на предприятиях пивобезалкогольной отрасли, характеризующихся обилием жидких технологических и вспомогательных сред, зат раты на сооружение трубопроводов могут достигать 30% от стоимости всего предпри ятия. При уменьшении диаметра возрастает сопротивление трубопровода и, соответ ственно, возрастают затраты на транспортирование. При выполнении гидравлических расчетов руководствуются закономерностями гидродинамики.

Задачами теплотехнических расчетов являются определение количества теплоты (Дж), переносимой (отводимой или подводимой) в оборудовании, массового и/или объемного расхода (кг/ч, м3/ч) теплоносителя или хладагента и площади поверхности (м2) теплооб мена. При выполнении теплотехнических расчетов руководствуются уравнением тепло вого баланса, составленным с учетом тепловых эффектов осуществляемых реакций.

Задачи массообменных расчетов — определение количества массы (кг), переноси мой в оборудовании, и площади поверхности (м2) массообмена. При выполнении мас сообменных расчетов руководствуются уравнением материального баланса.

Взадачи кинематических расчетов входят определение основных параметров [ди аметров рабочих колес (м), частот их вращения (с–1) и т. п.] механических передач, обеспечивающих движение рабочих органов технологического оборудования по за данной траектории. При выполнении кинематических расчетов руководствуются за кономерностями теоретической механики.

Задачами энергетических расчетов технологического оборудования являются оп ределение мощностей (кВт), затрачиваемых на осуществление в нем процессов по пе реработке сырья, материалов и пр.

Задачами прочностных расчетов являются определение геометрических конструктив ных параметров (м) основных элементов технологического оборудования, обеспечиваю щих его механическую прочность при эксплуатации в расчетных технологических режимах. К таким геометрическим конструктивным параметрам относят толщины стенок элемен тов корпуса, диаметры валов, размеры опор и т. п. При выполнении прочностных расчетов руководствуются закономерностями сопротивления материалов, прочностными харак теристиками обоснованно выбранных конструкционных материалов и пр.

1.6. О СОВРЕМЕННОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ В ИНЖЕНЕРИИ СОЛОДА И ПИВА

На любом предприятии, включая солодовенные и пивоваренные, персонал для об щения при решении производственных задач использует профессиональный сленг, который зачастую весьма далек как от требований современной терминологии, регла ментируемых ГОСТом и другими нормативными документами, так и от норм русско го языка. Но если на производстве применение профессионального жаргона — истори чески сложившийся факт, который, к сожалению, очень сложно переиначить, то в спе циальной литературе, технической документации, курсовых и дипломных проектах и пр. выполнение требований ГОСТа обязательно.

Кроме того, для современного специалиста владение современной терминологией имеет особое значение. Ведь если совокупность специальных знаний и умений является показате лем уровня квалификации и компетентности специалиста, то владение современной специ альной терминологией является одним из признаков его профессиональной культуры.

Внастоящем разделе акцентируем внимание читателя лишь на некоторые устаревшие или неправильно употребляемые термины, которые до сих пор можно услышать на соло довенных и пивоваренных предприятиях, и на их современные, правильные аналоги.

Всоответствии с требованиями современной терминологии не рекомендуется упот реблять такие устаревшие термины, как, например, чан, котел, разварник, цедильник, танк, ящик, автомат и пр. Первые следует называть аппаратами (заторными, фильт рационными, отварочными, хмелеотборными, бродильными, солодорастильными

ипр.), а вместо автомат следует использовать термин машина с автоматическим уп равлением или автоматическая машина.

Внутренний объем емкостного оборудования (сосудов, аппаратов и т. п.) следует называть вместимостью, а не емкостью, поскольку под емкостями понимают сосуды для хранения и транспортирования жидкостей, газов или сыпучих тел.

Вместо часто неправильно употребляемого термина производительность примени тельно к насосам следует применять термин подача, поскольку насосы являются транс портирующими машинами, играющими вспомогательную роль на производстве, и ко торые, в отличие от технологических машин, ничего не производят. Таким образом, работа насоса характеризуется подачей и напором, под которым понимают высоту (м), на которую насос способен поднять жидкость. То же самое замечание следует отнести к компрессорам, вентиляторам, воздуходувкам и т. п.

Для характеристики вращения ротационных машин или вращающихся деталей ма шин (валов, зубчатых колес, маховиков и пр.) вместо число оборотов следует приме нять термин частота вращения с размерностью, мин–1, с–1, об/мин или об/с.

Вместо неправильного с точки зрения норм русского языка и современной терми нологии выражения стерильная фильтрация следует употреблять термин стерилизу" ющее фильтрование. В соответствие с ГОСТом 16887–71 «Разделение жидких нео днородных систем методами фильтрования и центрифугирования. Термины и опреде ления» фильтрация — самопроизвольное или преднамеренное прохождение жидко сти или газа через пористую среду, например просачивание воды через грунт. В про мышленности фильтрацию называют фильтрованием, которое представляет собой пред намеренно осуществляемый процесс фильтрации для разделения жидких или газооб разных неоднородных систем с помощью пористых перегородок.

Вместо некорректного (применительно к процессам и явлениям) термина время необходимо употреблять термины продолжительность или длительность (как проме жуток времени), поскольку в физическом смысле время бесконечно.

Всоответствии с требованиями ГОСТа 29018–91 «Пивоваренная промышленность. Термины и определения» не рекомендуется использовать такие устаревшие термины, как брух, выдержка, дрожжи низовые, остаточные или пивоваренные, жженка, задача хмеля, замочка, обрушка, пиво зеленое, лагерное или смарочное (смарка), солод зеленый, солодование, соложение, сортировка, степень сбраживания истинная или кажущаяся, сусло бродящее, труб, экстракт истинный или кажущийся. В кратком толковом сло варе специальных терминов, приведенном в конце книги, указаны современные терми ны и их определения, которые необходимо использовать взамен вышеперечисленных, устаревших.

Всоответствии с требованиями действующего ГОСТа 24740–90 «Линии упаковыва ния жидкой пищевой продукции в стеклянные бутылки» применяемый ранее термин рузлив заменен применительно к линиям — на термин упаковывание, а применительно

коперации наполнения бутылки — на фасование. Например, вместо устаревшего слово сочетания линия розлива необходимо использовать словосочетание линия упаковывания, а вместо розлив в бутылки — фасование в бутылки.

Контрольные вопросы для самопроверки

1.Какие возможности предоставляет системология как современный научный метод иссле0 дования и технического развития промышленного производства?

2.Дайте определение системы. Приведите примеры систем.

3.Какими обязательными свойствами должна обладать система?

4.Дайте характеристику пивоваренного производства как системы.

5.В чем заключается сущность системного анализа?

6.В чем проявляется сущность системного синтеза?

7.Что такое операторная модель технологического потока? Какие основные элементы она включает?

8.Какими признаками руководствуются при классификации технологических операций?

9.Операция какого класса наиболее совершенна и почему? Приведите пример.

10.Каковы признаки классификации технологических потоков?

11.Каким поколением и почему ограничивается развитие технологического потока?

12.Как различают технологические потоки по типу связей между смежными технологиче0 скими операциями?

13.Приведите примеры различных форм технологических потоков.

14.Какими признаками характеризуется идеальный технологический поток?

15.Охарактеризуйте основные признаки качества функционирования технологического потока.

16.Приведите примеры проявления диалектических закономерностей развития в пивова0 рении.

17.Какие виды оборудования применяют на промышленном предприятии?

18.Приведите основные признаки классификации технологического оборудования.

19.Какие виды технологического оборудования относят к машинам? Сформулируйте харак0 терный признак машины.

20.Какие виды технологического оборудования относят к аппаратам? Сформулируйте ха0 рактерные признаки аппарата.

21.Что такое агрегат? В чем заключаются преимущества принципа агрегатирования?

22.Какие основные требования предъявляют к технологическому оборудованию пивова0 ренных производств?

23.Какие основные технические мероприятия включает в себя эксплуатация технологи0 ческого оборудования?

24.Перечислите критерии выбора основных конструкционных материалов для пивоварен0 ного оборудования.

25.Какие металлы и сплавы используют в современном пивоваренном оборудовании? При0 ведите примеры.

26.Что положено в основу общих принципов расчета технологического оборудования?

27.Что является признаком профессиональной культуры специалиста?