Выпарная установка для концентрирования квасного сусла

В промышленности применяются однокорпусные и многокорпусные выпарные установки. Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки непрерывного действия, состоящие из нескольких корпусов, в которых вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара последующего корпуса. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. В многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.

Использование вакуума позволяет снизить температуру кипения раствора и увеличить полезную разность температур, следовательно, уменьшить поверхность теплообмена; кроме того, даёт возможность использовать в качестве греющего агента, помимо первичного пара, вторичный пар самой установки.

В данной работе разработан проект оборудования выпарной установки АВ1 для концентрирования квасного сусла мощностью 3,3 т/ч по испаряемой воде.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Характеристика и назначение концентратов квасного сусла и кваса

Одним из наиболее рациональных способов производства кваса является приготовление его из концентрата квасного сусла, что позволяет значительно снизить потери сухих веществ на производстве по сравнению с настойным способом и, что самое главное, - перевести производство кваса на индустриальную основу.

Концентрат квасного сусла представляет собой продукт, получаемый путём затирания с водой ржаного и ячменного солодов, ржаной или кукурузной муки, или свежепроросшего томлёного ржаного солода и ржаной муки с применением ферментных препаратов с последующим осахариванием, осветлением, сгущением полученного сусла в вакуум-аппарате и тепловой обработкой продукта.

Он предназначается для приготовления хлебных квасов и напитков из хлебного сырья, а также для приготовления концентратов кваса.

По внешнему виду - это вязкая густая жидкость тёмно-коричневого цвета, полностью растворимая в воде, кисло-сладкая на вкус (с незначительной горечью), имеющая аромат ржаного хлеба. Содержание сухих веществ 70г на 100г концентрата, кислотность 20 - 40мл н. раствора NаOH на 100г концентрата.

В охлаждённом состоянии концентрат квасного сусла представляет собой густую малоподвижную массу, что затрудняет слив его из транспортной тары без предварительного подогрева.

Концентрат кваса выпускается трёх наименований: концентрат Русского кваса, концентрат Московского кваса и концентрат кваса.

Концентраты Русского и Московского кваса получают путём купажирования концентрата квасного сусла с сахарным сиропом и лимонной кислотой в первом случае и с молочной - во втором.

Концентрат кваса получают из концентрата квасного сусла с добавлением сахарного сиропа и молочной кислоты или затиранием сухого ржаного и ячменного солода с водой с последующим сгущением полученного сусла и добавлением в него сахара, колера и молочной кислоты.

Концентрат Русского и Московского кваса предназначается для приготовления кваса в производственных и домашних условиях, а концентрат кваса, получаемый из сухих солодов, - для домашних условий.

По внешнему виду концентрат кваса представляет собой вязкую жидкость, от светло - до тёмно - коричневого цвета, кисловато - сладкую на вкус, с ароматом ржаного хлеба, полностью растворимую в воде.

Содержание сухих веществ в концентрате Русского и Московского кваса должно быть в пределах 724г /100г, в концентрате кваса - не ниже 57, кислотность всех концентратов 25 - 30 мл н. раствора NаОH на 100г концентрата, содержание солей тяжёлых металлов, мышьяка и механических примесей не допускается.

1.2 Технология концентратов квасного сусла и кваса

На заводах нашей страны получили распространение два способа производства концентрата квасного сусла. Исходным сырьём для первого из них служит рожь, для второго - сухой ржаной и ячменный солод, кукурузная или ржаная мука.

Первый способ имеет две разновидности. По одной из них для производства концентрата используют свежепроросший ржаной томлёный солод в смеси с диастатическим, а по второй - свежепроросший диастатический солод с ржаной мукой. В обоих случаях применяют также ферментные препараты.

1.3. Целесообразность использования концентратов квасного сусла и кваса для повышения эффективности производства и улучшения качества продукции

Применение концентратов квасного сусла и кваса вместо квасных хлебцов или хлебоприпасов позволяет повысить содержание сухих веществ в квасном сусле, в результате чего сокращается расход сахара на производстве кваса. При этом физико - химические показатели кваса остаются в пределах, предусмотренными действующими стандартами, а органолептические показатели за счёт более высокого содержания в квасе экстрактивных веществ хлебного сырья значительно улучшаются.

Применение концентрата квасного сусла позволяет снизить потери сухих веществ на 15 -18% за счёт более полного извлечения экстрактивных веществ из исходного сырья по сравнению с настойным методом производства кваса.

Выработка концентратов квасного сусла и концентратов кваса на специализированных заводах упрощает механизацию и автоматизацию погрузочно - разгрузочных и транспортно - складских работ при разгрузке исходного сырья и отгрузке готовой продукции, что позволяет снизить трудовые и денежные затраты на производство продукции.

Кроме того, при производстве напитков из концентратов вследствие уменьшения объёмов исходного сырья значительно снижаются транспортные расходы и затраты на строительство складских помещений для хранения сырья.

Наряду с этим достигается значительная экономия материальных ресурсов за счёт: 1) ликвидации ряда технологических процессов (выпечка квасных хлебцев, дробление хлебцев и т. д.); 2) снижение расхода топлива, электроэнергии, холода на охлаждение сусла при производстве кваса; 3) сокращение стоимости технологического оборудования квасоваренных цехов.

При производстве Русского кваса, подлежащего пастеризации в целях последующего длительного хранения, должны предъявляться повышенные требования к качеству сырья, в том числе и к его микробиологической чистоте. Особое внимание должно уделяться соблюдению микробиологической чистоты производства и сохранению диоксида углерода в напитке.

Напиток “Русский квас” представляет собой насыщенный CO- водный раствор смеси сиропа, концентрата квасного сусла и лимонной кислоты или водного раствора концентрата “Русского кваса”. Содержание сухих веществ в напитке 10г на 100г напитка, кислотность 3,5 мл н. раствора NaOH на 10 мл напитка, содержание CO - не менее 0,3% массовых.

Используемая для приготовления напитка “Русский квас” вода должна быть прозрачной, бесцветной, не иметь запаха и постороннего привкуса. Недопустимо наличие в воде патогенных, ослизняющих и гнилостных бактерий.

1.4 Назначение и область применения установки

Установка выпарная плёночного типа для концентрирования квасного сусла производительностью 25 (212,5) тыс. т/год (далее выпарная установка) предназначена для выпаривания квасного сусла в производстве концентрата квасного сусла.

1.5 Техническая характеристика и требования к выпарной установке

При обеспечении заказчиком постоянных значений давления греющего пара, подаваемого на аппараты (выпарной и роторный) и на вакуум - насос пароэжекторный, расхода поступающего квасного сусла, расхода и температуры охлаждающей воды на конденсатор вертикальный вакуумный будет обеспечена работа выпарной установки с проектными технологическими параметрами.

Для получения производительности 25 тыс. т/год квасного сусла, выпарная установка комплектуется двумя нитками

производительностью 12,5 тыс. т/год каждая. Разработка всего комплекта конструкторской документации и техническая характеристика приводится на одну нитку.

1.5.1 Техническая характеристика выпарной установки

Производительность, тыс.т/год 25(2 12,5)

роизводительность, т/ч:

- по исходному квасному суслу 8,5

- по выпаренной влаге 6,7

- по концентрату квасного сусла 1,35

Концентрация квасного сусла, %:

- начальная 15

- конечная 70

Температура,C:

- поступающего квасного сусла 40

- охлаждающей воды, поступающей на конденсатор и 25 30

пароэжекторный вакуум - насос

- греющего пара на аппарат выпарной 110

- греющего пара на аппарат роторный 158

- греющего пара на пароэжекторный вакуум - насос 158

Давление греющего пара (абсолютное), МПа:

- на аппарат выпарной 0,15

- на аппарат роторный 0,6

- на пароэжекторный вакуум - насос 0,6

Расход греющего пара, т/ч:

- на компрессор пароструйный 2,3

- на аппарат роторный 1,2

- на пароэжекторный вакуум - насос 0,5

Расход охлаждающей воды, м/ч:

- на конденсатор 155

- на пароэжекторный вакуум - насос 9

Установленная электрическая мощность перекачивающих 100

насосов, работающих одновременно, кВт

Поверхность теплообмена (номинальная), м 400

Срок службы, лет 10

1.5.2 Состав установки

Выпарная установка состоит из двух параллельных ниток производительностью 12,5 т/год каждая.

В состав установки входят следующие разрабатываемые и комплектующие изделия:

- аппараты выпарные плёночные - разрабатываются

- аппараты роторные плёночные - разрабатываются

- деаэратор - разрабатываются

- сборники - разрабатываются

- теплообменники - покупные

- конденсатор - покупной

- насосы (в т.ч. вакуум - насосы) - покупные

- арматура - покупная

- компрессор пароструйный - разрабатывается

- трубопроводы вторичного пара - разрабатываются

Конструкционный материал выпарных и роторных аппаратов, теплообменников, конденсатора, а также комплектующих изделий (насосов и арматуры) - никельсодержащая и углеродистая сталь.

1.5.3Требования к технологичности и метрологическому обеспечению разработки

Конструкция выпарных аппаратов, сборников и другого оборудования выпарной установки должна обеспечивать минимальную трудоёмкость при его изготовлении, обслуживании и ремонте в условиях эксплуатации.

При разработке конструкции должны быть предусмотрены взаимозаменяемость сборочных единиц, обеспечение конструкцией возможности контроля необходимых параметров в процессе изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта.

Основные контролируемые параметры:

- давление греющего пара;

- температура греющего пара;

- вакуум в сепараторе;

- температура исходного и упаренного квасного сусла;

- температура охлаждающей воды, поступающей на конденсатор и вакуум - насос.

Эксплуатация выпарной установки должна производиться в соответствии с требованиями к изделию и эксплуатационными документами, разрабатываемыми на данное изделие.

Режим работы выпарной установки - непрерывный.

Установку обслуживает 1 аппаратчик 6 разряда и 1 аппаратчик 3 разряда.

Маркировка оборудования выпарной установки должна производиться в соответствии с ОСТ 2 - 01 - 112 - 89.

Аппараты и поставочные блоки поставляются без упаковки. Комплектующие изделия должны быть упакованы в ящики.

Консервация оборудования должна производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 9.014 - 88. Консервации подлежат все обработанные и неокрашенные поверхности оборудования.

После испытания и маркировки оборудование должно быть законсервировано. Штуцера должны быть заглушены.

Транспортирование, хранение, консервация и упаковка должны соответствовать ОСТ 26 - 291 - 89 “Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования”.

Оборудование выпарной установки может транспортироваться на открытых железнодорожных платформах и транспортёрах согласно правилам транспортировки на железнодорожном транспорте. Способы крепления при транспортировании определяются при рабочем проектировании.

Оборудование должно храниться под навесом или на открытой площадке в условиях, обеспечивающих его сохранность от повреждений и коррозии.

Насосы и электроприводная арматура должны храниться в закрытых помещениях.

Технический уровень, конкурентоспособность и экономическая эффективность разрабатываемой выпарной установки соответствуют современному уровню и высшей категории качества.

1.6 Описание и обоснование выбранной конструкции

1.6.1 Выбор схемы установки и типа аппарата

Обследование и анализ действующих выпарных установок по упариванию квасного сусла на Киевском экспериментальном заводе солодовых экстрактов и Ростов - Ярославском заводе “Русский квас” показало, что процесс упаривания квасного сусла в настоящее время ведётся периодически в аппаратах неэффективной конструкции, которые часто останавливаются на промывку. Частые промывки аппаратов от накипи требуют большого расхода дорогих химических реагентов, что приводит к образованию значительного количества стоков.

Кроме того, однократное использование греющего пара при концентрировании квасного сусла и его тепловой обработке в отдельно стоящем конверторе путём непосредственного контакта пара с квасным суслом приводит к удорожанию стоимости и повышенным удельным расходам тепла, охлаждающей воды и металла на 1т готового продукта.

Периодичность проведения процесса упаривания не позволяет осуществить комплексную автоматизацию действующих выпарных установок и тем самым высвободить обслуживающий персонал, повысить производительность труда.

Всё это вместе взятое поставило перед исследователями и проектировщиками задачу создания такой выпарной установки, на которой можно было бы получить концентрат квасного сусла с минимальными затратами энергоресурсов и обслуживающего персонала.

При решении этой задачи основное внимание было уделено выбору экономически выгодной технологической схемы. Для этого была проделана большая работа по расчёту различных схем выпарных установок, анализ которых показал, что наиболее приемлемой является схема двухкорпусной выпарной установки с пароструйным компрессором. В таблице приведены данные этих схем в сравнении с базовой выпарной установкой, работающей на Ростов - Ярославском заводе “Русский квас.”

Таблица 1 - Сравнение удельных показателей различных схем на 1т концентрата квасного сусла