Разработать сусловарочный аппарат

     Это достигается тем, что установка  для приготовления сусла содержит корпус, снабженный средствами нагрева/охлаждения, внутри которого размещена подвижная  емкость, снабженная средствами отделения  и отвода сусла, в которой помещены один или несколько водопроницаемых  контейнеров-мешочков с затираемым сырьем.

     

     По  существу предлагается решение производства сусла с совмещенной фазой  затирания и фильтрации, которое  предусматривает внесение в установку  для получения сусла водопроницаемых  контейнеров-мешочков с затираемым сырьем. После чего начинается процесс  затирания, например, инфузионным способом (предлагаемый способ не исключает  возможность проведения различных  методов затирания). Контейнеры - мешочки, вносимые в установку, могут быть как одноразовыми по типу чайных пакетиков, так и многоразовыми, и их масса  может колебаться от 5 г до 100 кг в  зависимости от производительности установки. Количество и масса этих мешочков подбирается исходя из соображений  обеспечения наилучшего выхода сусла  из массы затираемого сырья, в  зависимости от конструктивных особенностей, например соотношении габаритов  емкости, наличия элементов, воздействующих на процесс перемешивания. Ввиду  того, что затираемое сырье находится  в водопроницаемых мешочках, частицы  дробины не переходят непосредственно в сусло, вследствие чего процессы затирания и фильтрации оказываются совмещенными. Поэтому после окончания процесса затирания и удаления мешочков с отработанной дробиной полученное сусло подвергается процессу охмеления, минуя фазу фильтрации, и в дальнейшем, процессу отделения белкового осадка.

       

     Рисунок 3.3 Установка для приготовления сусла

     Техническим результатом заявленного изобретения  является то, что значительно сокращается  время получения сусла за счет совмещения процессов затирания  и фильтрования, то есть нет необходимости  после затирания подвергать сусло  циркуляции для его фильтрования даже, если это проводится в одном  аппарате; повышается эффективность  фильтрования за счет исключения попадания  частиц затираемого сырья в получаемое сусло, обеспечивается эффективность  экстракции за счет активного перемешивания  сырья в подвижной емкости, исключается  образование застойных зон, то есть вся масса затираемого сырья  равномерно подвергается экстрагированию. Тем самым, снижается себестоимость конечного продукта, за счет того, что длительность процесса получения сусла согласно предлагаемому способу значительно сокращена, а производительность варочного порядка соответствует максимальной производительности классического 4-аппаратного варочного порядка - 8-14 варок в сутки против 4 при использовании патента, указанного выше. Повышается качество сусла. Это обусловлено тем, что затор не перекачивается, поглощение воздуха минимально, что является позитивным фактором, поскольку кислород при затирании ведет к окислению полифенолов, а с ним - и к размыванию вкуса и более высокой цветности готового пива.

     

     На  рисунке 3.3 представлена технологическая схема установки для получения сусла. Установка получения сусла содержит корпус 1, установленный на вибро-опорах, подвижную емкость 2, расположенную внутри корпуса и представляющую собой перфорированный барабан с ребрами 4 для подъема и сброса контейнеров - мешочков 13 с затираемым сырьем при перемешивании, либо с закрепленным на внутренней или внешней стенке подвижной емкости мешочком 14, привод барабана 3, насос 5, систему нагрева сусла 6, которая может быть как электрической, так и паровой или газовой, патрубок для подачи воды 7, моющую головку СИП 8, грязеуловитель-фильтр 9 для задержки кусочков дробины, все-таки перешедших сквозь мешочек в сусло, дренажный клапан 10, клапан распределения потока на циркуляцию сусла или выдачу готового неохмеленного сусла 11 и донный клапан 12. 
 
 
 
 
 
 

     4 Расчет и описание конструкторской части 

     4.1 Расчет корпуса

     

     

     Полный  объем аппарата V (м³) складывается из объема цилиндрической части и объема сферического (полушарового) днища:

                            (4.1)

где D_B- диаметр обечайки аппарата, м; H- высота цилиндрической части, м; R- радиус кривизны в вершине днища, м; h- высота выпуклой части наружной поверхности днища, м.

     При проектировании выпуклых днищ руководствуются следующими конструктивными требованиями:

                             (4.2)

                       (4.3)

                                          (4.4)

     Подставим рассчитанные даннные в формулу 4.1 получим: 

     Находим толщину стенки днища по формуле:

                                             (4.5)

где Р – наружное избыточное давление, МПа; [σ] – допускаемое напряжение при сжатии, МПа; φ – коэффициент прочности сварного шва, φ=1; k- коэффициент формы днища k=1-(d_c/D_B)=0,92; d_c- диаметр неукрепленного отверстия в днище, d_c=0,2 м; С– прибавка к расчётной толщине, С = 0,002 м.

     Обычно  оптимальными для сусловарочных  аппаратов являются рабочее давление Р = 0,25 МПа и допускаемое напряжение при растяжении для стенки, изготовленной из Х18Н10Т [σ] = 35 МПа, тогда:

     

     Проверяем условие справедливого расчёта  толщины стенки днища:

                                                    (4.6)

     

;

     

      ,

     значит, условие выполняется, и расчёт можно  считать достоверным.

     Произведем  рассчеты нагрузки и деформации оболочки и сферического дна.

     Коэффициент прочности сварных швов принимаем  равным β=0,85.

     Предел  прочности при растяжениии для  стали Х18Н10Т принимаем равным σ_в=450 МПа. Коэффициент запаса прочности выбираем равным 3,75. Модульупругости материала оболочек принимаем Е=2×10¹¹ Па. Тогда допускаемое напряжение для стали Х18Н10Т будет равно:

                                       (4.7)

     Определим коэффициент затухания цилиндрической оболочки:

                 с                      (4.8)

где -коэффициент Пуассона принимаем равным 0,3.

      Тогда получим:

     м^-1

     Определим коэффициент затухания сферической  оболочки:

     м^-1    (4.9)

     Так как цилиндрический корпус находится  в сопряжениии с полусферическим  днищем, то краевые силы и моменты  находим по формулам:

     Н/м              (4.10) 

     Рассчитываем  нагрузки и деформации цилиндрической оболочки: 

     -при  нагружениии ее давлением газа  по формулам:

      Н/м      (4.11)

      Н/м              (4.12)

     м       (4.13)

     

     

     -при нагружениии ее краевыми силами по формулам: 

          (4.14) 

                (4.15)

                   (4.16)

     Определяем  суммарные нагрузки и деформации:

     -меридиональные  усилия

      Н/м                       (4.17)

     -кольцевые  усилия

      Н/м                  (4.18)

     -меридиональные  и кольцевые моменты ,

     -линееные  деформации

                (4.19)

     -угловые  деформации

                         (4.20)

     Определяем  меридиональные и кольцевые напряжения

                          (4.21)

                       (4.22)

     Эквивалентное напряжение равно:

     (4.23)

     

     Что меньше допустимого .

     Рассчитаем  нагрузки и деформации сферического днища:

     -при  нагружениии ее давлением газа  по формулам:

                (4.24)

                  (4.25) 

     -при  нагружениии ее краевыми силами  по формулам:

   Р=0 

                 (4.26)

                          (4.27)

                            (4.28)

     Определяем  суммарные нагрузки и деформации:

     -меридиональные  усилия

      Н/м                    (4.29)

     -кольцевые  усилия

      Н/м                   (4.30)

     -меридиональные  и кольцевые моменты  ,

     -линееные  деформации

               (4.31)

     -угловые  деформации

                     (4.32)

     Определяем  меридиональные и кольцевые напряжения

                      (4.33)

                      (4.34)

     Эквивалентное напряжение равно:

     (4.35)

     

     Что меньше допустимого .

     Отсюда  следует, что стыковое сечение укреплять  не следует.

     Определяем  напряжение в цилиндрической оболочке на расстоянии полуволны от края:

                                     (4.36)

     Рассчитываем  внутренние усилия от давления цилиндрической оболочки на расстоянии полуволны от края:

      Н/м       (4.37)

      Н/м             (4.38)

     Определяем  внутренние нагрузки от краевых сил: 

               (4.39)

                    (4.40)

                    (4.41)

     Тогда суммарные усилия и моменты составят:

     -меридиональные  усилия

      Н/м                        (4.42)

     -кольцевые  усилия

      Н/м                  (4.43)

     -меридиональные  кольцевые моменты 

     - кольцевые моменты