ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7138| Title: | Вдосконалення бродильного апарату для виготовлення зрілої браги |
| Authors: | Хандюк , Микола Васильович Чуйко, Сергій Володимирович |
| Keywords: | спирт етиловий ректифікований;бродильний апарат;меляса;технічна документація |
| Issue Date: | 14-Dec-2023 |
| Abstract: | Мета магістерської кваліфікаційної роботи полягає в удосконалення бродильного апарату для виготовлення зрілої браги для виробництва спирту. Методи досліджень. Дослідження виконані методами математичного моделювання залежності кількості води, потрібної для відведення тепла від кількості тепла, що відводиться від бродячої маси поверхнею теплообмінника (змійовика), від температури води на вході в змійовик та від температури води на виході з змійовика. Об’єкт роботи. Процес виготовлення зрілої браги для виробництва спирту етилового. Предмет роботи. Вирішення науково-практичних завдань спрямованих на обґрунтування технологічного процесу виготовлення зрілої браги для виробництва спирту. Наукова новизна одержаних результатів полягає в удосконаленні бродильного апарату для виготовлення зрілої браги для виробництва спирту етилового. Практичне значення одержаних результатів полягає у рекомендації до впровадження модернізованого бродильного агрегату в лініях виробництва спирту етилового. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7138 |
| Appears in Collections: | 133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРМ Чуйко.pdf Restricted Access | Магістерська випускна робота (МКР) складається з реферату, переліку умовних позначень, вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. МКР містить 95 сторінок, включає 117 формул, 10 рисунків, 13 таблиць, 18 літературних джерел та 6 додатків. | 1.83 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
(повне найменування в ищого навчального закладу)
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
магістр
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему: «Вдосконалення бродильного апарату для виготовлення зрілої браги»
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
Виконав: студент 2 курсу, групи мПВ-86
спеціальності 133 – Галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
Обладнання переробних і харчових виробництв
(спеціалізація)
Сергій ЧУЙКО
(ім’я та прізвище)
Керівник Микола ХАНДЮК
(ім’я та прізвище)
Рецензент Євген ДРОБОТУН
(ім’я та прізвище)
Черкаси 2023
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
Освітньо-кваліфікаційний рівень магістр
Спеціальність 133 «Галузеве машинобудування»
Спеціалізація «Обладнання переробних і харчових виробництв»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
ЗАТВЕРДЖУЮ:
завідувач кафедри
Василь ОСИПЕНКО
(підпис) (ім’я та прізвище)
« » 2023 року
ЗАВДАННЯ
на магістерську кваліфікаційну роботу студенту
Сергію ЧУЙКУ
(ім’я та прізвище)
1 Тема магістерської роботи: «Вдосконалення бродильного апарату для
виготовлення зрілої браги»
Керівник магістерської роботи: Микола Хандюк
(ім’я та прізвище, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету від
“___”____________2023 року №_____
2 Строк подання студентом магістерської роботи 05.12.2023 р.
3.Вихідні дані до магістерської роботи: технологічні інструкції; робочі
інструкції; патенти; конструкторська документація, наукова та довідкова література
4 Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно
розробити):
Реферат; перелік умовних позначень та скорочень, вступ; Аналітичний огляд;
Науково-дослідний розділ; Розрахункова частина; Розробка технологічного процесу
виготовлення деталі; Загальні висновки, список використаних джерел, додатки
5 Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень):
Вступ;
Машинно-апаратурна схема виготовлення етилового спирту;
Машинно-апаратурна схема відділення бродильних апаратів;
Складальне креслення бродильного апарату;
Технічна пропозиція;
Складальне креслення модернізованого бродильного апарату;
Науково-дослідна робота;
Робочі креслення деталей бродильного апарату;
Складальне креслення віджимних валків;
Плакат метод обробки поверхні;
Плакат метод обробки деталі;
Висновок.
РЕФЕРАТ
Магістерська випускна робота (МКР) складається з реферату, переліку умовних
позначень, вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і
додатків. МКР містить 95 сторінок, включає 117 формул, 10 рисунків, 13 таблиць, 18
літературних джерел та 6 додатків.
Мета магістерської кваліфікаційної роботи полягає в удосконалення
бродильного апарату для виготовлення зрілої браги для виробництва спирту.
Методи досліджень. Дослідження виконані методами математичного
моделювання залежності кількості води, потрібної для відведення тепла від кількості
тепла, що відводиться від бродячої маси поверхнею теплообмінника (змійовика), від
температури води на вході в змійовик та від температури води на виході з змійовика.
Об’єкт роботи. Процес виготовлення зрілої браги для виробництва спирту
етилового.
Предмет роботи. Вирішення науково-практичних завдань спрямованих на
обґрунтування технологічного процесу виготовлення зрілої браги для виробництва
спирту.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в удосконаленні бродильного
апарату для виготовлення зрілої браги для виробництва спирту етилового.
Практичне значення одержаних результатів полягає у рекомендації до
впровадження модернізованого бродильного агрегату в лініях виробництва спирту
етилового.
Ключові слова: СПИРТ ЕТИЛОВИЙ РЕКТИФІКОВАНИЙ, БРОДИЛЬНИЙ
АПАРАТ, МЕЛЯСА, ДОСЛІДЖЕННЯ, ТЕХНІЧНА ДОКУМЕНТАЦІЯ,
ПРОДУКТИВНІСТЬ, МОНТАЖ, РЕМОНТ, ОБРОБКА.
ABSTRACT
The master's final thesis (MKR) consists of an abstract, a list of notations, an
introduction, four sections, conclusions, a list of used sources and appendices. MKR
contains 95 pages, includes 117 formulas, 10 figures, 13 tables, 18 literary sources and 6
applications.
Goal master's qualification work consists in improving the fermentation apparatus for
the production of mature wort for the production of alcohol.
Research methods.The research was carried out by mathematical modeling of the
dependence of the amount of water required for heat removal on the amount of heat
removed from the stray mass through the surface of the heat exchanger (coil), on the
temperature of the water at the entrance to the coil and on the temperature of the water at
the exit from the coil.
Object of work.The process of making mature mash for the production of ethyl
alcohol.
Subject of work.Solving scientific and practical tasks aimed at substantiating the
technological process of manufacturing mature mash for alcohol production.
Scientific noveltyof the obtained results is in the improvement of the fermentation
apparatus for the production of mature wort for the production of alcoholethyl.
Practical meaningof the obtained results is a recommendation for the introduction of
a modernized fermentation unit in ethyl alcohol production lines.
Keywords: ETHYL ALCOHOLRECTIFIED, FERMENTATION APPARATUS,
MOLASSES, RESEARCH, TECHNICAL DOCUMENTATION, PRODUCTIVITY,
INSTALLATION, REPAIR, PROCESSING.
ЗМІСТ
Перелік умовних позначень і скорочень…………………………………………...7
Вступ………………………………………………………………………………….8
1 Аналітичний огляд…………………………………………………………….....10
1.1 Техніко – економічне обґрунтування проекту…………………………….10
1.2 Характеристика підприємства…………….………………………………..16
1.3 Історія виникнення виробництва спирту…………………………………..19
1.4 Характеристика продукції, сировини і напівфабрикатів………………….22
1.4.1 Загальні відомості.………………………………………………………22
1.4.2 Зернові культури………………………………………………………...23
1.4.3 Вода в спиртовому виробництві……………………………………….28
1.4.4 Допоміжні матеріали……………………………………………………29
1.4.5 Кислоти для підкислення сусла………………………………………..31
1.4.6 Миючі і антимікробні засоби…………………………………………..31
1.1.7 Піногасники……………………………………………………………..34
1.4.8 Безпечна робота з допоміжними матеріалами………………………..35
1.5 Особливості виробництва і споживання готової продукції.………...……36
1.6 Стадії технологічного процесу……….…………..………………………....37
1.7 Характеристика комплексів обладнання……………………..….………...38
1.8 Наукове забезпечення процесу спиртного бродіння……………………...44
1.9 Класифікація бродильних апаратів…………………………….…………..47
1.10 Устаткування для зброджування сусла при виробництві спирту…........49
1.11 Монтаж та ремонт бродильного апарату…………………………………54
1.11.1 Монтаж бродильного апарату………………………………………...54
1.11.2 Ремонт бродильного апарату……………………….............................56
Висновки до розділу 1………………………………………………………..…….58
2. Науково-дослідна робота………………………………………………………..60
2.1 Патентне дослідження ………………………………………………………60
2.2 Вдосконалення конструкції бродильного апарату………………………...60
2.3 Наукові дослідження………………………………………………………...61
Висновки до розділу 2………………………………………………….……..........64
3. Розрахунок бродильного апарата……………………………………………….65
3.1 Технологічний розрахунок бродильного апарата…………………………65
3.1.1 Геометричні розміри апарату…………………………………………..65
3.1.2 Розрахунок обичайки бродильного апарату на механічну міцність...67
3.2 Тепловий розрахунок бродильного апарату……………………………….69
Висновки до розділу 3………………………………………………….…………..76
4. Розробка технологічного процесу виготовлення корпусу підшипника……...77
4.1 Формулювання службового призначення деталі………………………….77
4.2 Вибір та обґрунтування матеріалу деталі………………………………….77
4.3 Аналіз технологічності конструкції деталі………………………………...78
4.4 Вибір методів і кількості ступенів обробки поверхонь (МОП)…………..80
4.5 Вибір варіантів маршрутів обробки деталі…………………………..…….89
4.6 Розробка етапів технологічного процесу виготовлення деталі…………..90
Висновки до розділу 4………………………………………………….…………..91
Загальні висновки…………………………………………………………………..93
Список використаних джерел……………………………………………………..94
Додатки…………………………………….……………………………….….........96
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ
МКР – магістерська кваліфікаційна робота
ЧДТУ – Черкаський державний технологічний університет
РПЗ – розрахунково-пояснювальна записка
Дал – декалітр
ДП – державне підприємство
ВКД – високооктанова добавка
ГОСТ – Государственный стандарт
ТУ – технічні умови
ПАР – поверхнево-активні речовини
БРУ – брагоперегонна установка
РУ – ректифікаційна установка
СМЗ – синтетичні миючі засоби
РМЦ – ремонтно-механічний цех
ВСТУП
Магістерська випускна робота виконана з метою дослідження процесу бродіння
для виготовлення зрілої браги лінії виробництва спирту.
Вітчизняна промисловість по виробництву етилового спирту досягла значних
успіхів в області вдосконалення технологічних процесів і апаратурного їх
оформлення.
В початковий період технічного переозброєння промисловості періодичні
процеси виробництва спирту були замінені на напівбезперервні процеси з
відповідним апаратурним оформленням. Подальші роботи дозволили здійснити
поступовий перехід всіх станцій виробництва спирту на безперервні процеси. При
цьому в області вдосконалення апаратів головних станцій: підготовки сировини,
приготування замісу, його потрібно розварювати – важливу роль належить інституту
продуктів бродіння, а також українському науково-дослідному інституту спиртної
промисловості.
Велику роботу в створенні безперервного процесу розварювання сировини
виконали працівники спиртних заводів. Ними запропоновані, розроблені і
упроваджені в промисловість оригінальні конструкції апаратів безперервного
розварювання (на Чемерському, Заміському і інших заводах).
Упровадження установок безперервного розварювання дало можливість
підвищити продуктивність цих станцій, поліпшити якість розварювання і значно
понизити витрату теплової енергії.
Вживання вакууму при охолодженні розвареної маси перед її оцукрюванням
дозволило інтенсифікувати процес з одночасним поліпшенням якості спирту за
рахунок видалення при вакуумуванні метанолу і інших шкідливих домішок, що
містяться в масі.
Великим досягненням в розвитку технології і техніки спиртного виробництва
з’явився перехід процесу бродіння на циклічний і безперервний процеси.
Метод безперервного бродіння, розроблений класиком технології бродіння
проф. З. В. Лебедевим, одержав подальший розвиток в роботах Д. Н. Клімовського,
А. Л. Малченко і ін. В даний час безперервне бродіння застосовується на всіх
спиртних заводах, що використовують як сировина мелясу.
Роботами проф. В. Л. Яровенко із співробітниками вирішені питання
циклічного і безперервного зброджування сусла з сировини що містить крохмаль. Це
дозволило завершити перехід всього виробничого циклу на безперервні процеси.
В наукових установах, лабораторіях, проектно-конструкторських організаціях і
на підприємствах спиртної промисловості невпинно ведеться творча робота із
створення нових прогресивних технологічних процесів, вдосконалення і
інтенсифікація існуючих, по розробці нових машин і апаратів та реконструкції і
удосконаленні існуючого обладнання для їх здійснення.
Об’єктом модернізації є бродильний апарат для виготовлення зрілої браги.
Актуальність роботи. Актуальність роботи полягає в науковому обґрунтуванні
процесу бродіння для виготовлення зрілої браги лінії виробництва спирту.
Мета магістерської кваліфікаційної роботи полягає в удосконалення
бродильного апарату для виготовлення зрілої браги для виробництва спирту.
Методи досліджень. Дослідження виконані методами математичного
моделювання залежності кількості води, потрібної для відведення тепла від кількості
тепла, що відводиться від бродячої маси поверхнею теплообмінника (змійовика), від
температури води на вході в змійовик та від температури води на виході з змійовика.
Об’єкт роботи. Процес виготовлення зрілої браги для виробництва спирту
етилового.
Предмет роботи. Вирішення науково-практичних завдань спрямованих на
обґрунтування технологічного процесу виготовлення зрілої браги для виробництва
спирту.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в удосконаленні бродильного
апарату для виготовлення зрілої браги для виробництва спирту етилового.
Апробація результатів кваліфікаційної роботи:
Практичне значення одержаних результатів полягає у рекомендації до
впровадження модернізованого бродильного агрегату в лініях виробництва спирту
етилового.
РОЗДІЛ 1
АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД
1.1 Техніко-економічне обґрунтування проекту
Виробництво спирту в Україні знаходиться в кризовому стані і тому вимагає
суттєвих реформ. Пріоритетними напрямками виходу з кризи є:
- питання монополії держави на виробництво та реалізацію етилового спирту;
- низький рівень якості маркетингу та менеджменту;
- розвиток сировинної бази для виробництва спирту.
Ринок виробництва спирту є привабливим, так як прибутковість достатньо
висока і тому конкуруючі фірми прагнуть збільшити частку вітчизняного ринку та
вийти на ринки ближнього і далекого зарубіжжя, що дозволить завантажити
виробничі потужності підприємств найбільш максимально. Виробники спирту своєю
активною позицією призводять до посилення конкуренції в галузі. Так як внутрішній
ринок спирту харчового обмежений, то на перший план висувається завдання пошуку
нових альтернативних можливостей застосування спирту етилового. Одним з
основних напрямків розвитку спиртової галузі є переорієнтація частини виробничої
потужності на виробництво біопалива.
На території теперішньої України діяли лише дрібні винокурні заводи, і лише
наприкінці XIX та на початку XX століття з’явилися перші відносно великі заводи з
виробництва спирту-сирцю, при цьому понад 90 % продукції заводів по виробництву
спирту в цей час використовувалося для виробництва горілки.
27 липня 1914 року було підписано закон про підвищення акцизу зі спирту (з 11
копійок до 20 копійок за один градус [1].
Після початку першої світової війни в Російській імперії було введено «сухий
закон». 27 серпня 1914 року продаж спирту, горілки та горілчаних виробів для
місцевого споживання було припинено до закінчення війни, торгівля виноградними
винами міцністю понад 16 градусів та виробництво пива міцністю понад 3,7 градусів
також заборонялися. На місцях виконання вимог закону відбувалося повільно, так як
чинився опір з боку виробників та торговців спиртним, а також саботажі заходів
представниками місцевої влади. У низці місць торговці спішно розпродавали «старі
запаси»; у деяких місцях вилучене владою спиртне не знищувалося, а продавалося.
Надалі збільшилося постачання спирту в парфумерну промисловість (яка різко
збільшила виробництво одеколону). Також у країні було зафіксовано використання
як основи для виготовлення спиртних напоїв медичного спирту та вживання
сурогатів (одеколону, політури, технічного спирту та ін.).
До 1917 року виробничі потужності галузі були переважно зосереджені в
Катеринославській, Київській і Херсонській губерніях.
В період з 1917 по 1991 року, коли Україна перебувала в складі Союзу
Радянських Соціалістичних Республік відбувалися наступні етапи розвитку спиртової
галузі.
У ході бойових дій цивільної і радянсько-польської війни підприємства галузі
серйозно постраждали, але починаючи з 1925 року почалося їх відновлення. В ході
індустріалізації 1930-х років вони були реконструйовані та оснащені новим
обладнанням [3]. Загалом, у міжвоєнний період мало місце збільшення виробництва,
спирт використовувався у виробництві синтетичного каучуку та інших цілей [1]. На
додаток до виробництва спирту з картоплі, зерна та патоки було освоєно виробництво
технічного спирту з гідролізатів деревини та сульфатних лугів [3].
Після возз’єднання із західною Україною у вересні 1939 року кількість
підприємств спиртової промисловості на території УРСР збільшилась. 1940 року
підприємства спиртової промисловості УРСР виробили 26,5 млн. дал спирту-сирцю
[1].
У ході бойових дій Великої Вітчизняної війни і німецько-румунської окупації
галузі було завдано значної шкоди, але ще до закінчення війни почалося її
відновлення [1] та розвиток [4]. Після війни на підприємствах були впроваджені
прогресивні безперервні та напівбезперервні схеми виробництва спирту [3].
У вересні 1945 року наказом Наркомату харчової промисловості СРСР в Києві
була відкрита філія Всесоюзного науково-дослідного інституту спиртової
промисловості (5 липня 1957 року перейменована на Український НДІ спиртової та
лікеро-горілчаної промисловості) [1].
1965 року підприємства спиртової промисловості УРСР виробили 47,9 млн. дал
спирту-сирцю [1].
У 1974 році на території УРСР вироблялося 35,3 % етилового спирту,
виготовленого з харчової сировини на території СРСР [4].
В 1980 році підприємства спиртової промисловості УРСР виробили 68,5 млн.
дал спирту-сирцю [1].
Станом на початок 1984 року найбільшими підприємствами були Лохвицький і
Андрушевський спиртові комбінати, а також Барський, Калинівський, Івашковський,
Косарський і Лужанський спиртові заводи. При підприємствах спиртової
промисловості діяли понад 60 цехів, де вироблялися кормові та хлібопекарські
дріжджі, рідка вуглекислота, кормові вітаміни, глютамінова кислота та ін. Основною
сировиною для виробництва спирту були відходи цукробурякового виробництва (для
нехарчових цілей велику кількість етанолу отримували гідролізом рослинних
нехарчових матеріалів або хімічним синтезом). Основними споживачами спирту були
харчова промисловість, медицина та радіоелектронна промисловість [1].
Спиртова промисловість діяла у виробничій кооперації з підприємствами
лікеро-горілчаної, цукрової та інших галузей харчової промисловості. Після початку
у травні 1985 року антиалкогольної кампанії в СРСР обсяги виробництва та реалізації
продукції були зменшені, частина виробничих потужностей була перепрофільована
[5] (так, 1986 року Монастирищенський спиртовий завод у Черкаській області було
перетворено на фармацевтичний завод).
В період після 1991 року після проголошення незалежності України
підприємства перейшли у відання державного комітету харчової промисловості
України [6], обмеження на виробництво алкоголю було скасовано.
У березні 1995 року Верховна Рада України внесла 60 спиртових та 16 лікеро-
горілчаних заводів до переліку підприємств, приватизація яких заборонена у зв'язку з
їх загальнодержавним значенням [6].
Після створення у червні 1996 року державного концерну спиртової та лікеро-
горілчаної промисловості «Укрспирт», 76 спиртозаводів та 17 підприємств лікеро-
горілчаної промисловості були передані у відання концерну «Укрспирт» [7].
У липні 2010 року державний концерн «Укрспирт» було перетворено на
державне підприємство «Укрспирт».
Сучасний стан спиртової галузі регламентується указом президента.
11 грудня 2019 року президент В. А. Зеленський скасував державну монополію
на виробництво спирту (з 1 липня 2020 року), 12 серпня 2020 року Кабінет Міністрів
України дозволив приватизацію підприємств спиртової промисловості [8].
15 жовтня 2020 року Фонд державного майна України оголосив про продаж на
аукціоні 41 спиртозаводу загальною виробничою потужністю 36 млн декалітрів на
рік, що входять до ДП «Укрспирт», та ще 37 підприємств концерну «Укрспирт» (це
100 % підприємств галузі). При цьому нові заводи можна буде будувати лише з 2021
року, крім того, для стимулювання інвестицій у цю сферу держава заборонила імпорт
спиртової продукції до 2024 року [9]. До 31 грудня 2020 року було продано 20
спиртозаводів.
Сировина, яка використовується для виробництва етилового спирту: більшість
спирту в Україні це відходи цукрової промисловості (меляса, дефективний цукор).
Також спирт виробляють з зернових культур та картоплі. Зазвичай, спиртові заводи
розміщуються у невеликих населених пунктах. Використовують спирт приблизно в
150 різноманітних галузях промисловості.
Найбільшими його виробниками етилового спирту є Черкаська, Житомирська,
Вінницька, Чернігівська та Київська області. Україна періодично посідала третє місце
після Бразилії та Росії за загальним обсягом виробництва етилового спирту.
В Україні сьогодні функціонує близько 80 ліцензованих спиртозаводів які
можуть переробити 900 тис. т зерна на рік і отримати 32 млн. дал. спирту з зерна.
(Декалітр – це основна об’ємна одиниця для вимірювання виробництва спирту,
горілки, вина, пива, квасу та безалкогольних і слабкоалкогольних виробів і дорівнює
10 л. Скорочений запис: дал, dal). Ще 30 млн. дал. спирту отримують з бурякової
меляси. Найбільшу частку для використання ректифікованого спирту займає горілка
та лікеро-горілчані вироби: у 2013 році їх частка складає від 81 % до 94,5 %.
Державна монополія виробництва та реалізацію спирту неефективна і вочевидь
розвалюється. 55 % виробництва спирту в Україні зараз перебуває в тіні, а державні
спиртові заводи більше десяти років контролюють кримінальні угруповання, як
заявив президент Володимир Зеленський на нараді з питань розвитку спиртової
галузі, яка нещодавно відбулася у Тернополі.
На даний час із 84 заводів зараз працюють лише 41. Ще стільки ж залишилося у
складі старого державного концерну «Укрспирт». Яскравим прикладом є
Тернопільська область, де спиртова галузь є однією з провідних у переробці
сільгосппродукції. З 11 спиртозаводів зараз працюють лише чотири. Якщо два з них –
Ковалевський та Новосілківський – попрацювали з початку цього року до жовтня від
150 днів до 200 днів кожен, то два інші спиртозаводи – Марилівський та
Кобиловолоцький – включалися в роботу лише на місяць. А загалом спиртова галузь
в Україні задіяна на 12 %. Вона виробила у 2018 р. 8,1 млн декалітрів спирту, а в
далекому 1996-му продукувала майже 61 млн декалітрів спирту. Для більш чіткого
розмаїття зауважимо, що у найкращі часи, тобто до передачі у 2010 р. до ДП
«Укрспирт», спиртозаводи лише Тернопільщини щорічно виробляли 8 млн дал
спирту, а зараз не дотягують і до 1,5 млн дал. Через мізерне виробництво спирту в
Україні практично не використовуються його експортні можливості.
Але навіть якщо взяти для порівняння 2016 р., коли в Україні відновилося
економічне зростання, то відтоді фінансовий результат ДП «Укрспирт» зменшився
майже вп’ятеро. У 2016 р. прибуток «Укрспирту» склав близько 97 млн грн, а
минулого року всього 21,6 млн. Це позначилося і на сплаті податку на прибуток:
якщо три роки тому цей державний монополіст заплатив до держбюджету майже 30
млн грн цього податку , то минулого року лише 9,7 млн.
Коріння занепаду спиртової галузі треба шукати у діяльності уряду Азарова,
коли він у 2010 р. провів так звану реорганізацію державного концерну «Укрспирт».
На практиці це означало, що його спиртозаводи було передано до однойменного
державного підприємства з реєстрацією у місті Броварах на Київщині. З того часу
вони перестали бути самостійними юридичними особами, а стали просто місцями
провадження діяльності. Квоти (наряди) виробництва спирту між спиртозаводами
розподіляє керівництво цієї надбудови, тобто диктує їм виробничу програму. А всі
кошти від реалізації спирту надходять на рахунки ДП «Укрспирт», яке, у свою чергу,
проводить для спиртозаводів тендери на закупівлю газу, електроенергії, зерна тощо.
Тому схеми виробництва, транспортування лівого спирту на підпільні винокурні та
підпільні цехи легальних лікеро-горілчаних підприємств найкраще знає саме
керівництво нинішнього «Укрспирту».
Легальний ринок алкогольних виробів за останні роки теж відчутно просів. За
даними Державної служби статистики, в 2015 р. в Україні вироблено 18,6 млн дал
горілчаних виробів, а в 2018-му лише 12,7 млн. Частково занепад лікеро-горілчаної
галузі можна пояснити тим, що відпали анексований Крим та окупований Донбас , які
сумарно споживали до 25 % виробленого в Україні алкоголю. І ще від 3 % до 5 %
віднесемо на скорочення кількості населення в Україні (на 1,1 млн. з початку 2015 р.).
Решта виробництва це тіньова економіка. Інтернет рясніє пропозиціями продати
горілку з розрахунку від 18 грн до 20 грн за пляшку, тоді як встановлена державою
мінімальна роздрібна ціна зараз становить 89,4 грн. І ні для кого не секрет, що ця
дешева горілка зроблена зі спирту, який обійшов податки на спиртозаводі.
Крім того, набула поширення практика, коли від 5 % до 10 % лівого етилового
спирту (зневодненого та денатурованого, що фактично є біоетанолом), з якого не
сплачено акцизний збір, домішують у бензини на автозаправках. Тому й не дивно, що
за такої комбінації маржа виходить більше, ніж із продажу звичайних бензинів. За
різними оцінками, через тіньовий ринок спирту ми щороку не отримуємо від 8 млрд
грн до 10 млрд грн надходжень до державного та місцевих бюджетів. А це проблеми і
з виплатами зарплат, і з будівництвом доріг, і з розвитком усієї інфраструктури.
На мою думку, найімовірніше такий розвиток ситуації: лікеро-горілчані гіганти,
що мають мільярдні обороти, будуть зацікавлені придбати ефективно працюючий
завод, де зараз виробляють харчовий спирт вищого очищення. Або, що краще, вони
поспішають збудувати недалеко від себе сучасний спиртозавод з нуля. Тоді не треба
возити спирт здалеку, можна буде перекидати робочу силу та економити на
накладних витратах. І вироблений там спирт зможе конкурувати за якістю та ціною з
імпортним спиртом навіть до 1 січня 2022 р., їм не буде страшний такий шлагбаум на
імпорт спирту, передбачений у згаданому законопроекті. А всі застарілі заводи
нікому не будуть потрібні і можуть бути порізаними на металобрухт.
Очевидно, що спиртову галузь треба негайно реформувати. І найкраще, що
може зробити профспілка, якщо вона справді захищає інтереси працівників, – це
долучитися до обговорення шляхів цього реформування, а не протидіяти змінам. Бо
якщо залишити галузь у існуючому стані, то через два-три роки на неї чекає повний
крах.
Для успішного функціювання спиртових заводів необхідно модернізувати
обладнання. Велику роботу в створенні процесу бродіння сировини виконали
працівники спиртових заводів. Ними запропоновані, розроблені і упроваджені в
промисловість оригінальні конструкції бродильних апаратів. Упровадження
модернізованих установок для бродіння дало можливість підвищити продуктивність
цих станцій, поліпшити якість бродіння і значно понизити витрату теплової енергії.
Вживання вакууму при охолодженні розвареної маси перед її оцукрюванням
дозволило інтенсифікувати процес з одночасним поліпшенням якості спирту за
рахунок видалення при вакуумуванні метанолу і інших шкідливих домішок, що
містяться в масі. Великим досягненням в розвитку технології і техніки спиртного
виробництва з’явився перехід процесу бродіння на циклічний і безперервний
процеси.
1.2 Характеристика підприємства
Косарський спиртовий завод – підприємство харчової промисловості.
Розташований у селі Косарі Кам’янського району Черкаської області. Історія
починається з 1872 року, коли польський поміщик Ф. Розташований перебудував
цукровий завод і створив Косарську гуральню, яка із зерна, меляси та картоплі
щодоби виробляла 40 відер спирту (відро́ (казенне відро) – одиниця об’єму рідин, яка
приблизно дорівнює 12,299 літра).
В 1938 році завдяки реконструкції підприємства його потужність зросла до
1200 дал спирту щодоби. З 1991 року окрім виготовлення етилового спирту було
впроваджено виробництво лікеро-горілчаних напоїв. Почали виробляти горілку
«Древньокиївська» на модернізованій лінії введеній в дію з 1993 року. Згодом
відбулося перепрофілювання підприємства на виготовлення спирту із зерна
(виробнича потужність – 3082 дал щодоби). З 2011 року Косарський спиртовий завод
увійшов до складу державного підприємства «Укрспирт» і спеціалізується на
виробництві етилових спиртів вищого очищення «Екстра», «Люкс» (понад 1 млн дал
щороку) та високоякісних горілчаних напоїв (620 тис. дал щороку), відомих під
торговою маркою «Холодний Яр». Серед основної продукції спирти ректифіковані із
зерна та етилові із меляси, горілки особливі («Холодний Яр» відзначено низкою
міжнародних та всеукраїнських нагород, «Казка Холодного Яру», «Крижана»,
«Максим Залізняк», «Косарі»), гірка настоянка «Холодноярський край».
Рисунок 1.1 – Косарський спиртовий завод
Рисунок 1.2 – Косарський спиртовий завод
Після понад трирічної перерви відновив роботу Косарський спиртовий завод.
Нині тут вже виробляють спирт вищого очищення та класу люкс, а також
дезінфікуючі засоби. На заводі виготовляють спирт з пшениці, жита та кукурудзи.
Наразі ж надають перевагу останній. Дотримуючись технологій, за плановою
потужністю тут отримують 41 тисячу літрів спирту вищого очищення та 35 тисяч
літрів класу люкс.
В Україні чимало заводів, які виготовляють та постачають на ринок якісний
спирт. Косарський спиртовий завод є конкурентним на цьому поприщі. Однак є різна
органолептика спирту і вимоги виробників до продукції, що треба враховувати. Втім
спирт з високими якісними показниками, проходить оцінку в лабораторії, що діє на
підприємстві.
Рисунок 1.3 – Лабораторія Косарського спиртового заводу
Підприємство відновило свою діяльність лише минулого року, але потребує
модернізації обладнання і створення комфортних умов праці для фахівців.
На заводі працюють майже 170 робітників. Це не лише жителі Косарів, а й
сусідніх сіл. Для місцевого бюджету – це нові надходження.
На українському ринку нині є потреба у спирті. Його зараз переважно возять із
заходу країни. На часі модернізація заводу задля збільшення його потужності і
створення додаткових робочих місць.
Увесь спирт, вироблений тут, закуповує «Національна горілчана компанія». Це
стратегічний партнер заводу.
Наразі на «Косарському спиртовому заводі» вже виробили близько 40 тис.
декалітрів спирту. Після реконструкції завод вийде на свою потужність від 110 тис.
дак до 120 тис. дак спирту на місяць.
Натепер на «Косарському спиртовому заводі» розробляють подальшу стратегію
розвитку.
1.3 Історія виникнення виробництва спирту
Спиртова промисловість (давніше називалася ґуральництво, винокуріння,
винокурна промисловість) – це галузь харчової промисловості, що виробляє етиловий
(винний) спирт-сирець і спирт-ректифікат з харчової сировини (зерна, картоплі,
меляси тощо). Спирт застосовують у лікерно-горілчаному виробництві, для
зміцнення вин, у парфумерно-косметичній і кондитерській промисловості, для
виготовлення оцту, а також у вітамінному виробництві, у медицині й техніці. На
спиртових заводах одержують хлібопекарські й кормові дріжджі, рідку вуглекислоту,
кормові вітаміни тощо.
Виробництво спиртних напоїв способом бродіння цукристої сировини та
сировини, що містить крохмаль було відоме з давніх часів. В Європі вперше в Італії
(11 ст.) винний спирт вживався на початку як ліки («життєва вода»), а з 14 ст. як
п’янкий напій.
В Україні ґуральництво відоме з 15 ст. Великого поширення виробництво
горілки набуло в першій половині 16 ст., коли горілка стала поряд з медом і пивом,
головним алкогольним напоєм. Сировиною для горілки було переважно жито.
Ґуральні були в руках поміщиків які продавали продукцію на місці в корчмах, що їх
вони звичайно віддавали в оренду євреям. Прибуток з продажу горілки був одним з
головних доходів поміщиків. У Козацькій і Козацько-гетьманській державі
власниками ґуралень була козацька старшина, міщани, монастирі тощо. Ґуральні в 17
ст. були малими підприємствами на 4 – 6 казанів, на яких працювало звичайно кілька
місцевих селян і лише кілька місяців на рік. У другій половині 18 ст. техніка на
гуральнях покращала (прості казани, що давали в середньому 1 відро горілки, почали
заміняти удосконаленими англійськими кубами з продуктивністю від 4 відер на добу
до 25 відер на добу). Виникали й більші гуральні (наприклад гуральня князя
Безбородька в Золотоніському повіті давала в кінці 18 ст. 9000 дал на рік). З’являлися
перші спеціалізовані заводи. За ревізією 1782 на Лівобережжі на 2 863 заводів,
винниці становили 2 666 (93 % всіх). В 1801 їх було на Наддніпрянщині 7839 з
річною продукцією 6,2 дал горілки.
З 1820-х p. з’явилися в Україні перші парові ґуральні. Старі, так звані вогневі
закривались або реконструювалися і виникало щораз більше модерних великих
заводів, тому число ґуралень зменшувалося, хоча випуск продукції (40 градусної
горілки) зростала.
Таблиця 1.1 – Випуск 40 градусної горілки
Рік 1840 1860 1913
Кількість заводів 3595 2407 586
Продукція, млн дал 20 – 40
На зменшення числа заводів вплинуло також скасування кріпацтва, а тим
самим безкоштовного робітника. Проте власники ґуралень і далі мали ту вигоду, що,
переробляючи на місці зерно або картоплю на спирт, не мали труднощів в їх збуті; і
далі в Україні переважали невеликі ґуральні, що належали поміщикам. З розвитком
техніки перегонки почалося поступове відокремлення спиртової промисловості від
горілчаної і виділення її в самостійну галузь. Найбільше ґуралень було на Поліссі і
Лівобережжі, де була сировина (картопля, жито і відходи цукроваріння – меляса).
Найбільші заводи розміщувалися в Катеринославській (Дніпропетровській),
Київській і Харківській губерніях. Кількість постійних робітників в спиртовій
промисловості в 1907 році складала 6500, а разом з сезонними – значно більше.
Продукція спирту в Україні становила 29 %, що вироблялася в Російській Імперії.
Близько 90 % її ішло на виготовлення горілки.
В Україні, як і в усій Російській Імперії (також на Українських землях в Австро-
Угорщині), продаж горілки була державною монополією. Її здійснювали до 1863 при
допомозі системи викупів (оренди) продажу приватним покупцям за високу ціну,
згодом регулярним акцизом; 1895 введено державну монополію продажу горілки, яку
однак далі виробляли приватники (1913 акциз становив 78 % ціни горілки). Прибуток
з продажу горілки являв собою важливу позицію в бюджеті держави, тим більше, що
споживання горілки було велике (в Україні в 1913 6,5 л річно на особу).
На Українських землях в Австро-Угорщині спиртова промисловість була
найрозвиненішою галуззю харчової промисловості. Це були невеликі заводи
поміщиків. На початку 20 ст. їх в Галичині було близько 400 з річною продукцією
близько 3 млн дал.
Під час першої світової і громадянської війни спиртові заводи на центральних і
східних землях не працювали. В 1921 році 21 завод виробив 1,3 млн дал продукції. В
1928 82 заводи. виробили 6,7 млн декад спирту-сирцю, на них працювало 4 300 осіб.
У середині. 1930-их pp. виробництво спирту досягло довоєнного рівня. В 1940
спиртова промисловість виробила вже 26,5 дал спирту-сирцю. На розвиток спиртової
промисловості вплинуло застосування етилового спирту для одержання синтетичного
каучуку.
Після нового занепаду у 1941 – 45 спиртова промисловість досягла у 1951 році
довоєнного рівня і відтоді постійно зростає. Разом з цим вона зазнає технічної
модернізації і концентрації виробництва. Кількість заводів зменшилася з 348 у 1940
році до 95 у 1965; з того часу вона стабілізувалася (у 1970 році – 96 заводів).
Продукція спирту-сирцю в УРСР становить 35 % всесоюзної і 9 % світової
(третє місце у світі після США і РРФСР). В 1963 в спиртовій промисловості УРСР
працювало 10800 працівників. Не зважаючи на зростання спиртової промисловості в
абсолютних числах, її частина в усій харчовій промисловості зменшується і
становить від 2 % до 3 %.
1.4 Характеристика продукції, сировини і напівфабрикатів
1.4.1 Загальні відомості
Спирт етиловий (етанол, винний спирт), вироблений з харчових видів сировини
(зерно, картопля, цукор, бурякоцукрова і очеретяна меляса, цукровий буряк), –
прозора безбарвна рідина без присмаку і запаху сторонніх речовин. Температура
кипіння безводного спирту етилового 78,35 °С при тиску 0,1 МПа, температура
спалаху 13 °С. Спирт гігроскопічний, летючий, змішується з водою в будь-яких
співвідношеннях і є гарним розчинником.
Залежно від ступеня очищення розрізняють ректифікаційні спирти чотирьох
сортів: 1 сорту (96,0 %), вищого очищення (96,2 %), «Екстра» (96,5 %) і «Люкс» (96,3
%).
В спирті етиловому ректифікаційному крім води містяться домішки (альдегіди,
ефіри, вищі спирти та інші хімічні з’єднання), які формують у спирті властиві йому
смак і аромат залежно від виду сировини, що переробляється.
Зерно і картоплю відносять до сировини, що містить крохмаль, мелясу і буряк –
до сировини, що містить цукор. Зерно доставляють на заводи з вмістом вологи від 12
% до 15 % і більше. Залежно від культури воно містить від 45 % до 55 % крохмалю і
від 9 % до 16 % білка. Картопля – соковита сировина, в якій міститься від 9 % до 18%
крохмалю і до 2 % білка.
Меляса – густа подібна до сиру непрозора рідина коричневого або темно-
бурого кольору, солодка на смак з гірким присмаком. У ній міститься більше 75 %
масових сухих речовин і не менше 43 % сахарози. Сума речовин, що зброджують,
складає не менше 44 %. Меляса, патока кормова (англ. molasses, blackstrap; нім.
мelasse) – побічний продукт виробництва цукру з буряка густа брунатна рідина, що
залишається після переробки цукрових буряків та цукрової тростини як відходи
виробництва цукру.
Використовується як сировина для виробництва етилового спирту, харчових
кислот, хлібопекарських та кормових дріжджів, як добавка до корму
сільськогосподарських тварин, а також як зв’язуюча речовина при ґранулюванні
дрібнодисперсного вугілля. За невеликих доз (менше 1 %) діє як прискорювач, а за
великих доз – як уповільнювач хімічних реакцій. Застосовується за плюсових
температур; має пластифікувальні властивості; не викликає корозії.
1.4.2 Зернові культури
На спирт переробляють всі зернові культури, у тому числі і непридатні для
харчових та кормових цілей. Щорічний об’єм переробки складає понад 3,5 млн т, з
них близько 50 % пшениці (переважно дефектна), 20 % ячменю, 12 % жита, 8 %
кукурудзи, 5 % проса, 2 % вівса і 3% інших культур (гречки, віки, гороху, рису і ін.).
Для приготування солоду використовують кондиційне високоякісне зерно.
Кукурудза. З зернових культур кращою сировиною для виробництва спирту є
кукурудза (Zea mays). У ній міститься відносно більше крохмалю, менше клітковини,
більше жиру (що підвищує кормову якість бард). Врожайність кукурудзи в 2 – 3 рази
вище за врожайність інших зернових культур.
Кукурудзу вирощують в Молдавії, на Україні, Північному Кавказі, в Закавказзі,
республіках Середньої Азії, на Нижній Волзі, у Вороніжській і Курській областях.
Широко поширені численні вітчизняні сорти кукурудзи, наприклад північео-
осетинська біла, Узбецька біла, Молдавська жовта, Одеська, а також гібридні сорти і
ін.
На прямостоячому стеблі рослини висотою від 0,6 м до 2,6 м розвиваються від
1 качана до 2 качанів. Качан являє собою стержень близький до циліндричної форми,
на поверхні якого розташований осередки, а в них подовжніми рядами розміщено від
300 зернин до 1000 зернин. Зернівки найчастіше мають жовте або біле забарвлення,
рідше – оранжеве і вишнево-червоне. Зерна від 73 % до 85% маси качана. Качан
покритий покривом обгорткою – декількома шарами видозміненого листя.
Залежно від форми зерна та ступенями розвиненості роговидної частини
ендосперма (Ендосперм – найбільш поживна частина зерна, що становить від 78 % до
84 % від його маси) кукурудзу підрозділяють на 7 ботанічних груп: крем’яниста,
зубовидна, крохмалиста, восковидна, лопаюча, цукрова, луската. Для виробництва
спирту переважно використовують крохмалисту і зубовидну кукурудзу, так як вона
легше розварюється.
Жито, пшениця, ячмінь і овес. Жито (Secale), пшениця (Triticum), ячмінь
(Hordeum) і овес (Avena) широко вирощуються в Україні: жито (перевага надається
яровій) – в північних і західних областях України; пшениця – на більшій території
України; ячмінь (переважно яровий) та овес – на всій території України.
У невеликих кількостях переробляють круп’яні культури – просо, гречку і рис,
деякі продовольчі (горох) і кормові (віку).
Будова зерна. Зерно рослин сімейства мятликових (злаків) має принципово
однакову будову. Воно складається з трьох основних частин: зародка, ендосперму і
оболонок. Останніх дві – плодова і насіннєва, причому плодова розташована зовні
зерна, а насіннєва - під нею. В ячменя оболонка зрощена. При обмолоті зерна жита,
пшениці і кукурудзи повністю звільняються від квіткових плівок (полов'яних
оболонок), зерна вівса, проса і майже всі сорти ячменю і гречки зберігають квіткові
плівки. Перші культури називають голозерними, другі плівчастими («шкіряними»).
На рис. 1.4 показана макроскопічна будова зерна ячменю.
Внутрішня частина зерна (ендосперм) борошниста;
шар ендосперму, прилеглий до насіннєвої оболонки
багатий білком. Цей шар складається з одного (в житі,
пшениці, вівса, кукурудзи, проса) або декількох ( ячменю)
лав кліток з потовщеними стінками. Ендосперм має
крупні тонкостінні клітини з висохлою протоплазмою,
повністю заповнені крохмальними зернами.
1 – ендосперм; 2 – алейроновий шар; 3 – плодова
оболонка; 4 — квіткова плитка; 5 – щиток; 6 – зародок.
Рисунок 1.4 Макроскопічна будова зерна ячменю
У нижній частині зерна розташований зародок. У нім розрізняють зачаткову
стеблинку і зачатковий корінець. Зародок відокремлений від ендосперму щитком.
Зерна кукурудзи різних ботанічних груп розрізняються об’ємом роговидної
(склоподібної) частини ендосперму, в якій крохмальні гранули міцно «зцементовані»
білком, внаслідок чого мають багатокутну форму. У крохмалистій частині
ендосперму білкова сітка тонка і ніжна, крохмальні гранули округлі. Роговидна
частина в крем’янистій кукурудзі майже повністю заповнює ендосперм, в
крохмалистій кукурудзі – займає невеликий об’єм у верхівки, в зубовидній –
приблизно половину у вигляді сегментів, симетрично розташованих уздовж зародка.
Співвідношення окремих частин зерна різних культур (у травні, %) приведене в
таблиці 1.2
Таблиця 1.2 – Співвідношення окремих частин зерна культур (у травні, %)
Культура Квіткові Алейроновий Плодова і Зародок Ендосперм
плівка шар насіннєва
оболонка
Пшениця 0 7 – 10 4 – 7 1,5 – 3,0 83 – 85
Ячмінь 7 – 18 11 – 13 5 – 7 2,5 – 5,0 65 – 68
Oвec 23 – 45 4 – 6 2,5 – 4,0 3 – 4 61 – 65
Кукурудза 0 7 – 9 7 – 14 8 – 15 61 – 77
Хімічний склад зерна. Хімічний склад сильно залежить від культури і сорту
зерна, ґрунту і кліматичних умов, прийомів агротехніки, умов збереження і інших
факторів. В середньому зерно складається з 14 % вологи і 86 % сухих речовин.
Вода. В порівнянні з бульбами картоплі в зерні міститься значно менше вологи,
що додає йому міцнішу структуру.
Кількість вологи залежить не тільки від гігроскопічних властивостей зерна, але
і від ступеня його зрілості і інших умов.
У практиці розрізняють чотири стани товарного зерна: сухе, середньої сухості,
вологе та сире. Наприклад, для жита, пшениці і ячменю ці стани характеризуються
наступними показниками вмісту вологи: сухе – до 14 %, середній сухості – від 14 %
до 15,5 %, вологе – від 15,5 % до 17 % і сире – більше 17 %. У дефектному і
підмоченому зерні вологість може досягати 30 % і вище. Волога, відповідна сухому
стану, є колоїдно-зв’язаною, життєві процеси в зерні зведені до мінімуму; при
середній сухості з’являється невелика кількість вільної води і зерно може
прокидатися до життя. Загальна вологість, відповідна цьому стану зерна, називається
критичною.
Сухі речовини. У зерні міститься в середньому 84 % органічних і 2 %
мінеральних речовин, зокрема: крохмалю 52 %, цукру 3 %, клітковина 3 %,
пентозанів і пектинових речовин 9 %, азотистих речовин 11 %, жиру 3 %.
Крохмаль. Вміст крохмалю коливається наступним чином: у здорових зрілих
зернах пшениці від 48 % до 57 %, жита від 40 % до 53 %, ячменю від 43 % до 55 %,
вівса від 34 % до 40 %, проса від 42 % до 60 %, кукурудзи крохмалистої від 61 % до
70 %, зубовидної від 58 % до 64 %, крем’янистої від 54 % до 71 %. У дефектному
зерні вміст крохмалю знижується.
Цукор. У здоровому зерні звичайно міститься від 0,6 % до 7,0 % цукру, який
складається в основному з сахарози і невеликих кількостей три- і тетрасахаридів. У
ячмені і житі в помітних кількостях присутня раффіноза. Мальтози немає, але вона
з’являється при проростанні зерна.
У недостиглому, морозобійному і пророслому зерні цукру більше, воно
складається головним чином з редукуючих цукрів (інвертованого цукру, мальтози).
Целюлоза. Кількість целюлози в зерні, вільному від квіткових плівок, відносно
невелика від 1,5 % до 2,5 %. У зерні з невідокремленими плівками воно складає у
вівсі 10 %, в просі 8 %, в ячмені від 4 % до 5 %, в горохі 7,7 %.
Пектинові речовини. Вміст пектинових речовин в зерні відносно невеликий.
Азотисті речовини. Азотисті речовини здорового зрілого зерна складаються
головним чином з білків, яких може міститися від 7 % до 25 %. Вільні амінокислоти,
аміди і пептиди присутні в дуже невеликих кількостях. Лише у зерні жита їх дещо
більше. Вміст небілкового азоту (включаючи аміачний) складає в середньому 2 %. У
недостиглому і пророслому зерні вміст амінокислот збільшується.
У зерні знайдені альбумін – білки, розчинні у воді; глобуліни – білки, розчинні
в слабих розчинах нейтральних солей, а деякі з них – в слабих розчинах кислот;
проламін – білки, розчинні в розчинах спиртів; глютелін – білки, розчинні в слабих
розчинах лугів.
Зразкове співвідношення цих білків у масових % приведене в таблиці 1.3.
Таблиця 1.2 – Співвідношення окремих частин зерна культур (у травні, %)
Культура Альбумін Глобулін Проламін Глютеліни
Пшениця 4 8 40 48
Жито 28 22 32 18
Ячмінь 12 30 35 23
Овес 20 20 15 45
Кукурудза 0,5 20 40 30
Просо 10 6 60 10
Невеликий вміст водорозчинних азотистих речовин в зерні кукурудзи і
неповноцінність по амінокислотному складу більшої частини білків при розмноженні
засівних дріжджів на сусл з цієї сировини вимагає додавання азотистого живлення.
Жири. Тригліцериди жирних кислот містяться в зерні в відносно невеликій
кількості – від 1,8 % до 7 %. У кукурудзі жирів від 5 % до 7 %, у вівсі від 5 % до 6 %,
в просі від 3,5 % до 5 %. Приблизно 85 % жиру локалізовано у зародку, 12 % – в
алейроновом шарі і 3 % – в борошнистої частини ендосперма. До складу жиру
входять в основному неграничні кислоти – лінолева, ліноленова і олеїнова, з
граничних – головним чином пальмітинова.
У ефірних екстрактах зерна крім жирів містяться ліпоїди – фосфатиди, стероли,
віск, пігменти і інші речовини. Типовим і найбільш поширеним представником
фосфатидів в злаках є лецитин – тригліцерид, який складається з фосфорної кислоти і
азотистої основи холіну. У кефаліни замість азотистої основи входить коламін.
лецитинів невеликий (від 0,3 % до 0,7 % до маси зерна). При гідролізі фосфатидів
вивільняється фосфорна кислота – одна з речовин, яка визначає кислотність зерна.
Фосфатиди грають важливу роль в регулюванні проникності кліток. Стероли
складають головну частину необмилюваних фракцій екстракту з зерна. Із стеролів в
зерні присутні високомолекулярні одноатомні спирти – фітостероли (від 0,03 % до
0,07 %). Вони близькі до вітамінів групи D (кальцеферолу). У зерні міститься також
фітин – кальціймагнієва сіль інозитфосфорної кислоти (від 0,2 % до 0,5 %). З
пігментів знайдені каротин, антоциани, флавони.
Близько 10% білків не розчинні в звичайних розчинниках.
Вітаміни. У зерні містяться жиророзчинні вітаміни – токофероли (у зародку,
особливо в значних кількостях в пшеничному) і водорозчинні (у мг на 100 грамів) –
тиамін (від 0,3 % до 0,8 %), (від 0,07 % до 0,3 %), нікотинова кислота (від 1,3 % до
7,2 %), піродоксин, біооп, пантотенова кислота. Аскорбінова кислота в зерні, яка
міститься але вона не генерується при його проростанні.
Мінеральні речовини і кислоти. Кількість золи складає від 1,5 % до 3 % від маси
зерна. Мінеральні речовини містяться головним чином в периферійних частинах
зерна (оболонках і квіткових плівках) і у зародку. Відносна багато золи в плівчастих
культурах; вівсі, ячмені і просі.
Домінуюча частина золи складається з фосфату калію. Близько 85 % фосфору
від загального його вмісту в зерні знаходиться в органічних сполуках –
нуклеопротеїдах, фосфатидах і фітині. Крім фосфорної кислоти знайдені щавлева,
яблучна і молочна. Загальна кислотність зерна від 1,5 мл до 2,5 мл 1 літр розчину
гідроксиду натрію на 100 грамів зерна. Активна кислотність водної витяжки
відповідає рН 5,5 – 6,5 (водневий показник – число, яке характеризує кислотність
середовища). При самозігрівання, пліснявінні і проростанні зерна кислотність
підвищується.
1.4.3 Вода в спиртовому виробництві
На спиртних заводах вода витрачається в різних цілях, найголовніші з яких
технологічні, охолодження напівпродуктів і продуктів, живлення парових казанів. У
технологічних процесах вода необхідна для розварювання зерна, приготування
мелясних розчинів, замочування зерна при солодовирощуванні і поливанні солоду,
приготування солодового молока. У всіх цих випадках хімічний склад води суттєво
впливає на хід технологічного процесу.
До води для технологічних цілей пред’являють ті ж вимоги, що і до питної
води. Жорсткість її не повинна перевищувати 0,7 ммоль/дм3 (дуже м’яка вода).
Природну воду, що не задовольняє цим вимогам, піддають наступним операціям:
фільтрації через кварцовий пісок, коагуляція колоїдних домішок, знезараження
хлором, а в необхідних випадках і зм’якшування содово-вапняним або іонітним
способом.
Особливо небажана для виробництва вода з великою жорсткістю. Для
проведення всіх технологічних процесів потрібна слабокисла реакція середовища (рН
4,5 – 5,5). Так, розварювання крохмалевмісної сировини протікає тим швидше і
повніше, чим нижче рН. При рН 4,5 – 5,5 крохмаль швидше оцукрюється
амілолітичними ферментами; рН 5 – 5,5 найбільш сприятливий для спиртового
бродіння. Нейтральна і слаболужна реакція середовища сприяють розвитку
кислотоутворюючих бактерій. У лужному середовищі бродіння прямує у бік
утворення гліцерину.
Хоча в зерні і картоплі міститься значна кількість буферних речовин і при їх
розварюванні кислотність підвищується, все ж таки надлишок гідрокарбонатів
кальцію і магнію шкідливий, оскільки зміщує рН розвареної маси у бік підвищення,
аж до нейтральної реакції. Крім того, гідрокарбонати кальцію, вступаючи в реакцію
обмінного розкладання з фосфатами сировини, переводять їх в нерозчинні з’єднання,
недоступні для дріжджів.
Надмірно висока тимчасова жорсткість води, що вживається для замочування
солодового зерна, затримує його проростання, а при приготуванні солодового молока
знижує амілолітичну активність. При великій карбонатній жорсткості води
підвищується витрата сірчаної кислоти для підкислення меляси.
Кальцієві і магнієві солі сірчаної, соляної і азотної кислот, особливо гіпс,
підвищують кислотність розвареної маси і з цієї точки зору корисні. Вони сприяють
також стабілізації амілази в процесі зцукрення. У зв’язку з цим при розварюванні
зерна дуже жорстку воду доводиться підкисляти сірчаною кислотою або фільтратом
барди, а воду, що йде на замочування зерна і приготування солодового молока, –
підкисляти сірчаною кислотою вже при жорсткості 0,8 ммоль/дм3.
1.4.4 Допоміжні матеріали
Кількість фосфору та азоту, який міститься в мелясі, недостатньо для
нормальної життєдіяльності дріжджів, тому в неї додають як джерело першого
ортофосфорну кислоту, як джерело другого – сульфат амонію, карбамід (сечовину)
або діамонійфосфат, що містить обидва елементи.
Ортофосфорна кислота. Вживають технічну (термічну) ортофосфорну кислоту
(ГОСТ 10678-70). Вона є безбарвною рідиною щільністю 1,565, що містить не менше
70, % H3PO4 (50,7 % в перерахунку на P2O5) і не більше 0,0003 % миш’яку.
Ортофосфорну кислоту транспортують в сталевих залізничних цистернах, захищених
антикорозійним покриттям, або в скляних бутлях місткістю від 20 л до 30 л,
вставлених в дерев’яні кліті і обкладених стружкою або соломою. Зберігають кислоту
в холодних приміщеннях, обліковують і дозують в перерахунку на 70%-ну.
Сульфат амонію. Використовують сульфат амонію (NH₄)₂SO₄ технічний
акумуляторний (ГОСТ 894-89) і очищений (ГОСТ 10873-73). На вигляд – це біла або
слабо-жовта сіль, не менше 21 %, що містить, NH3, до 1,5 % вологи, від 0,05 % до 0,2
% вільної сірчаної кислоти, не більше 0,00005 % миш’яку, обмеженої кількості
сульфідів і сульфітів. При 50 0С в 100 грамах води розчиняється 84,3 грама сульфату
амонію. Транспортують сульфат амонію в бітумірованих крафт-мішках, іноді
насипом, зберігають в закритому сухому складі в бункерах. Обліковують і дозують
сульфат амонію за змістом азоту.
Карбамід. Карбамід – CH₄N₂O – амін карбамінової кислоти, випускається
кристалічним або гранульованим із змістом азоту не менше 46 % (ГОСТ 2081-89).
Розчинність при 50 0С 67,23 мас. %. Пакують карбамід в крафт-мішки масою нетто
від 35 кг до 50 кг, зберігають в сухому місці.
Діамонійфосфат. Діамонійфосфат – (NH4)2HPO4 – технічний для харчової
промисловості (по ГОСТ 8515-75), є білою сіллю, що містить не менше 50 % P2O5 і
22,5 % NH3. Розчинність при 50 0С – 89,2 грама на 100 грамів води. Упаковують
діамонійфосфат в бітуміровані крафт-мішках масою нетто 50 кг, зберігають в сухому
складі. Діамонійфосфат дозують в перерахунку на 70 %-ний H3PO4 і за вмістом азоту.
Біостимулятори. Біостимулятори в спиртній промисловості застосовують для
прискорення пророщування зерна і підвищення ферментативної активності солоду.
Сильним стимулятором є гіберелова кислота, або гіберелін А3, – похідне гіберену
Гіберелін – білий або злегка жовтуватий кристалічний порошок, погано
розчинний у воді, добре розчинний в спирті (СТУ–62). При нагріванні гіберелін
швидко руйнується і втрачає біологічну активність. Фасують його в скляні банки по
від 1 кг до 5 кг, зберігають в темному місці при температурі не вище 10 °С в протягом
не більше року. З гібереліну готують початковий (основний) водно-спиртовий розчин
(1 грам гібереліну розчиняють в 20 мл спирту і доводять водою до об’єму 1 л), який
додають у воду, що йде для поливу зерна, що проростає в солодівні. Початковий
розчин не рекомендується зберігати більше доби.1.4.5 Кислоти для підкислення
сусла
Для підкислення дріжджового сусла у виробництві спирту з сировини, що
містить крохмаль застосовують сірчану кислоту, для підкислення мелясного сусла –
сірчану або соляну кислоту.
Сірчана кислота. Сірчана кислота акумуляторна (ГОСТ 667-73) і технічна
контактна покращена (ГОСТ 2184-67) містить 92,94 % моногідрату (H2SO4), не
більше 0,0001 % миш’яку і стількох же оксидів азоту (N2O3). Кислота поступає на
спиртні заводи в сталевих залізничних цистернах вантажопідйомністю до 50 т і
зберігається також в сталевих резервуарах. Обліковують і дозують її за змістом
моногідрату.
Соляна кислота. Соляна кислота технічна синтетична (ГОСТ 857-69) і технічна
(ГОСТ 1382-69) містять не менше 35 % і 27,5 % HCl, не більше 0,0002 % і гумованих
цистернах і скляних бутлях місткістю 40 л, вставлених в дерев’яні кліті, зберігають в
цистернах, футерованих діабазовою плиткою або плиткою АТМ на діабазовій
мастиці. Обліковують і дозують соляну кислоту в перерахунку на кислот з 100 %-ним
вмістом HCl.
1.4.6 Миючі і антимікробні засоби
У виробництві спирту для миття обладнання і придушення шкідливої
мікрофлори застосовують миючі і антимікробні засоби. З перших використовують
традиційні каустичну і кальциновану соду, з других – хлорне вапно, антиформін і
формалін. Розділення цих речовин на дві групи умовно, в більшості з них миюча дія
поєднується антимікробною, і навпаки. Останніми роками перевага надається
синтетичним миючим засобам (СМЗ) з антимікробною дією.
Сода каустична. Сода каустична – натрій їдкий технічний, в твердому вигляді
містить від 91 % до 98,5 % NaOН, від 0,8 % до 1,9 % Na2CO і від 0,05 % до 3,5 % NaCl
(ГОСТ 2263-71). Це біла непрозора маса, що розчиняється на повітрі, розчиняється у
воді з виділенням тепла та дуже агресивна (сильно роз’їдає шкіру). У 0,1 %-му
водному розчині каустичної соди (рН 10) при температурі 40 оС мікрофлора відмирає
від 1 хв до 2 хв. Для миття обладнання зазвичай застосовують 3 %-ий розчин соди.
Транспортують і зберігають соду в барабанах з покрівельної сталі місткістю від 50 л
до 170 л.
Сода кальцинована. Сода кальцинована технічна – білий дрібнокристалічний
порошок, що містить не менше 99,0 % Na2CO3 (ГОСТ 5100 – 73). Бактерицидну дію
проявляє 1%-ний розчин соди. Транспортують і зберігають соду в крафт-мішках
масою нетто 50 кг.
Вапно хлорне. Вапно хлорне – білий порошок з різким запахом, що володіє
сильними окислювальними властивостями. Головна складова частина хлорного вапна
– гіпохлорит – кальцієва сіль хлорнуватистої кислоти NaClO, яка при взаємодії з
водою розпадається по реакціях:
Згубну дію на мікрофлору створює як хлор, так і кисень у момент його
виділення.
Якість хлорного вапна оцінюється кількістю «активного» (що виділяється)
хлору, що міститься в ньому. Згідно ГОСТ 1692 – 58 хлорне вапно марки А і Б
містить активного хлору 35 %, марки В – 32 %. Обліковують і дозують хлорне вапно
по цьому показнику.
Хлорне вапно пакують в дерев'яні бочки місткістю від 50 л до 275 л, фанерні
барабани від 50 л до 100 л або в поліетиленові мішки. Із-за нестійкості хлорного
вапна до вологи і повітря його зберігають в темному холодному сухому приміщенні.
У одному приміщенні з хлорним вапном не можна зберігати вибухонебезпечні і
пожежонебезпечні речовини. Вільний хлор поглинається органічними речовинами,
тому обладнання перед обробкою хлорним вапном ретельно миють водою.
Витрату хлорного вапна можна зменшити, якщо його активувати хлоридом
амонію (1:1), при цьому утворюється додаткова кількість гіпохлориту кальцію (при
взаємодії хлориду амонію з гідроксидом кальцію). Для досягнення ефекту
активованого хлорного вапна потрібно в 50 разів менше, ніж звичайного хлорного
вапна.
Антиформин. Антиформин – комбінований антимікробний препарат, що
готується з хлорного вапна, кальцинованої соди, каустичної соди і води в
співвідношенні 10:7, 5:1:97,5. Суміш відстоюють від 12 год. до 24 год. і перед
користування розводять в співвідношенні 1:3 для отримання розчину з
концентрацією активного хлору 0,1 %.
Хлорамін Б. Хлорамін Б бензолсульфохлорамид натрію, білий кристалічний
порошок, добре розчинний у воді (1:20), містить від 25 % до 29 % активного хлору,
бактерицидний відносно вегетативних форм бактерій в концентрації від 0,25 % до 0,5
% при температурі 30 °С, спороцидн при 50…60 °С.
Формалін. Формалін – 37 %-ний водний розчин формальдегіду (НСОН). На
спиртових заводах застосовують формалін технічний (ГОСТ 1625-75), такий, що
містить у вигляді домішк не більше 1,0 % метанолу. Транспортують і зберігають
формалін в скляних бутлях місткістю до 40 л, в дерев’яних, сталевих емальованих
або алюмінієвих бочках. Застосовують 2 %-ні розчини формаліну, в яких спорові
форми мікроорганізмів гинуть протягом 60 хв. Норму витрати формаліну
встановлюють, виходячи з умовного 40 %-ного вмісту в ньому формальдегіду.
Синтетичні миючі засоби. З цих засобів найбільший інтерес представляють
поверхнево-активні речовини (ПАР), насамперед катіоноактивні, що
характеризується гарними миючими властивостями і дуже високою антимікробною
активністю. До них відносяться солі четвертинних амонієвих з’єднань: Катамін АБ,
АБДМ–хлорид, катапін, катіонат і солі пиридинових амонієвих з’єднань.
Катамін АБ. Катамін АБ – алкилдиметилбензиламонійхлорид. Виробляється в
виді густої прозорої маслянистої ясно-жовтої рідини та з запахам гіркого мигдалю;
містить 50 % активної речовини; добре розчиняється у воді, застосовується в
концентрації від 0,005 % до 0,05 %.
АБДМ-хлорид. АБДМ-хлорид – алкилбензиламонійхлорид. Миючий засіб
випускається в виді густої маслянистої рідини янтарного кольору, який містить 50 %
активної речовини, або у вигляді пасти з 60 % активної речовини. Легко розчиняється
у воді, застосовується в концентрації від 0,1 % до 1 %.Катапін. Катапін
бактерицидний – густа в’язка рідина жовтого кольору з слабким солодкуватим
запахом, що містить не менше 70 % активної речовини.
Катіонат-10. Катіонат-10 має пастоподібну консистенцію, містить близько
70% активної речовини. Розчиняється у воді погано, тому заздалегідь його
розчиняють в спирті (1:1).
Сульфонол. Сульфонол – СМЗ, аніонактивні. Застосовуються сульфоноли,
основу яких складають натрієві солі алкилбензолсульфанових кислот. Вони
володіють хорошою миючою і антимікробною дією.
Сульфонол випускають двох марок (ГОСТ 12389 – 66) у вигляді порошку,
гранул і лусочок білого або ясно-жовтого кольору. Вміст основної речовини складає
від 80 % до 81 %, сульфату натрію. Водний розчин має рН 7,5 – 8,5. Упаковують
сульфонол в крафт-мішки. Зберігають його в неопалювальному складі, захищеному
від попадання вологи; гарантійний термін зберігання 6 міс.
Дезмол. Дезмол – миючий порошок з антимікробною дією, що містить:
алкілсульфонату від 1 % до 2 %, хлораміну Б18 22 %, метилсиліката дев’ятиводного
30 %, триполифосфата натрію 20 %, соди вуглекислої 24 %, сульфату натрію від 2 %
до 3 %, – до 100.
Діас. Діас – паста, до складу якої входять: динатриєві солі моноефірів
сульфобурштинової кислоти близько 35 %, силікати натрію 0,5 %, сода вуглекисла 10
%, етиленгліколь (розчинник) 8 % (ТУ 38107 – 70). Фасують миючий засіб в сталеві
бочки місткістю 250 л. Термін зберігання 2 року.
Антибіотики. Практичного значення набув лактоцид, що проявляє активність
по відношенню до молочнокислих бактерій.
1.1.7 Піногасники
Для гасіння піни застосовують поверхнево-активні речовини, головним чином
жири, масла і продукти їх гідролітичного розщеплювання.
Олеїнова кислота. Олеїнова кислота технічна групи А і Б (ГОСТ 10475 – 63)
має жовто-червоний колір, температуру застигання від 10 °С до 16 °С, містить не
менше 92 % жирних кислот і не більше 0,25 % вологи. Транспортують в цистернах.
Соапсток. Соапсток – відходи лужного рафінування рослинного масла, містить
від 30 % до 60 % масла і значної кількості білкових, слизистих і фарбувальних
речовин. Іноді соапсток заздалегідь гідролізують сірчаною кислотою (3
частинсоапстока і 1 частину сірчаної кислоти, розводять 3 частинами води).
Транспортують соапсток в бочках.
Гідрофузи. Гидрофузи – відходи, що виходять при механічному очищенні
рослинного масла. Вони містять: клітковини і вуглеводів від 7,3 % до 8,6 %,
рослинного масла від 44 % до 72 %, фоефатидів від 10 % до 21 %, білків від 4 % до 18
%, мінеральних речовин (золи) від 2 % до 4,7 %.
Кашалотовий жир. Кашалотовий жир містить від 56 % 70 % жирних кислот і
від 28 % до 45% необмилюваних речовин. Температура його плавлення від 20 °С до
30 °С, затвердіння від 17 °С до 28 °С (ГОСТ 871458).
Несульфовані з’єднання. Несульфовані з’єднання – побічні продукти
виробництва синтетичних жирних кислот з рідких очищених парафінів, що є
сумішшю вищих жирних спиртів і вуглеводнів, частково неграничного ряду.
Зовнішній вигляд – масляниста рідина темного кольору та з слабким запахом
нафтового масла. Температура затвердіння від 16 0C до 18 0C. Гасіння піни
поліпшується при змішуванні з сірчаною кислотою.
Силіконові піногасники. Основу цих піногасників складають кремнійорганічні
з'єднання, при конденсації яких утворюються полісилоксани. Піногасна властивість
отримується введенням в них метилрадикалів і етилрадикалів і посилюється
введенням гидроксильних груп.
Всі піногасники погано розчинні у воді, тому їх застосовують у вигляді водної
емульсії (1:10), яку стерилізують кип’ятінням.
1.4.8 Безпечна робота з допоміжними матеріалами
Більшість допоміжних матеріалів малотоксичні, але при роботі з ними потрібне
дотримання певних правил.
Працівники, що працюють з цими матеріалами мають бути заздалегідь
ознайомлені з властивостями і умовами безпечної роботи.
З хімічними речовинами потрібно працювати в спеціальному одязі, в
необхідних випадках користуватися протигазом або марлевою пов’язкою. Гумові
частини протигазів і респіраторів перед вживанням треба промити теплою водою з
миючим засобом, протерти ватним тампоном із спиртом або з 0,5 %-ним розчином
перманганату калію, потім ополоснути чистою водою і висушити при температурі
біля 30 °С.
При попаданні розчинів кислот, лугів і інших їдких речовин на тіло відповідну
його ділянку необхідно негайно добре промити холодною водою, протерти ватним
тампоном, а потім промити 1 %-ним розчинимо питної соди.
Під час роботи з допоміжними матеріалами не можна палити або пити воду,
після роботи потрібно обов’язково вимити руки.
Кислото-приводи усередині приміщень повинні бити укладені на спеціальних
каркасах в стороні від проходів, дверей і робочих місць. Хімікати необхідно
перевозити, зберігати і відпускати у виробництво в герметично закритій тарі, на
етикетці якої вказано найменування хімікату. Майданчики, де розташовані зовнішні
кислотні ємності і насоси мають бути огороджені.
1.5 Особливості виробництва і споживання готової продукції
Спирт етиловий харчовий отримують мікробіологічним способом, в основі
якого лежить зброджування цукру спиртовими дріжджами сімейства сахаромицетів.
Спирт з харчової сировини отримують безперервним і періодичним способами. При
цьому від 45 % до 55 % виробляють з зерна, від 10 % до 15 % з картоплі, від 2 % до 3
% і від 38 % до 45 % з меляси. Спирт етиловий ректифікаційний отримують на
брагоректифікаційних і ректифікаційних установкахз браги крахмалевмісної і
цукрової сировини та з спирту-сирцю, який одержується з тих же видів сировини.
Брагоректіфікационні установки бувають побічної дії (включають бражну,
епюраційнну і ректифікаційну колони), побічно-прямоточної дії (включають
брагоепюраційну, епюраційну і ректифікаційну колони) і які працюють під вакуумом.
При виробленні спирту ректифікації з спирту-сирцю застосовують
ректифікаційні установки, що складаються з епюраційної і ректифікацією колон.
Для підвищення виходу і якості спирту ректифікації, поліпшення виділення
сивушного масла брагоректифікаційні установки (БРУ) і ректифікації установки (РУ)
доустатковують додатковими колонами: остаточного очищення спирту, сивушної або
екстрактної ректифікації, для виділення етилового спирту з головної фракції.
Харчова промисловість – головний споживач етилового спирту, який
використовується для виготовлення лікеро-горілчаних виробів, виноградних і
плодово-ягідних вин, оцту і харчових ароматизаторів. Спирт етиловий також
використовується в медичній, фармацевтичній, парфумерній і інших галузях
промисловості.
1.6 Стадії технологічного процесу
Переробка зерна і картоплі на спирт здійснюється за однотипною технологією і
складається з наступних стадій:
- підготовка сировини до переробки;
- розварювати сировину, що містить крохмаль;
- оцукрення сировини, що містить крохмаль;
- культивування дріжджів;
- зброджування оцукреної маси;
- перегонка браги;
- ректифікація спирту.
Стадія розварення сировини, що містить крохмаль парою підвищеного тиску
може бути замінена гідроферментативною обробкою замісу за допомогою
бактеріальної α-амілази при температурах клейстеризації крохмалю в діапазоні від 60
°С до 90 °С.
Отримання спирту з меляси включає менше технологічних стадій:
- підготовка меляси до зброджування;
- культивування дріжджів;
- зброджування мелясного сусла;
- виготовлення спирту з браги;
- очищення спирту.
Основна відмінність технологічного процесу при переробці сировини, що
містить крохмаль і сировини, що містить цукор полягає в підготовці сировини і
приготуванні живильного середовища (субстрату) для зброджування дріжджами в
спирт.
Технологічний процес на БРУ диференційовані по стадіях, які здійснюються
послідовно в окремих колонах:
- у бражній (перегонка браги з отриманням бражного дистиляту і відведенням
барди у вигляді відходу виробництва);
- у епюраційній (виділення з бражного дистиляту або спирту-сирцю і
концентрування головних домішок і їх відбір з фракцією головного етилового спирту
– побічним продуктом виробництва);
- у ректифікаційній (концентрація спирту і його пастеризація, а також
виділення в процесі концентрації спирту проміжних домішок у вигляді сивушних
фракцій);
- у сивушній або екстрактній ректифікації (концентрація сивушного масла і
виділення його у вигляді товарного побічного продукту виробництва);
- у колоні остаточного очищення (додаткове очищення ректифікаційного
спирту з відведенням на повторну ректифікацію спиртних фракцій з домішками);
- у колоні для виділення спирту з головної фракції (виділення з головної
фракції і концентрація метанолу, альдегідів і складних ефірів).
1.7 Характеристика комплексів обладнання
Лінія починається з комплексу обладнання для миття, очищення і подрібнення
сировини, що містить крохмаль, в склад якого входять картоплемийки,
камневідділювач, водовідділювач, барабанні камне, дробарки для подрібнення
картоплі і зерна, а також подрібнювачі для тонкого подрібнення зернової сировини.
До складу лінії входятить комплекс, що складається з установок для теплової
обробки сировини, що містить крохмаль: змішувачів, варильних апаратів і
паросепараторів, апаратів гідродинамічної обробки замісу, що забезпечують різні
схеми розварювання.
Наступним в лінії є комплекс обладнання для охолодження і цукрування
заторів, до складу якого входять: апарати з безперервним зцукренням і вакуум-
охолодженням, апарати з двоступінчастим вакуум-охолодженням, а також апарати з
безперервним охолодженням і оцукренням при атмосферному тиску.
Комплекс обладнання для бродіння і культивування дріжджів складається: з
бродильних апаратів і пристроїв для миття, спиртопасток і дріжджових апаратів.
В лінії для виробництва спирту з меляси комплекс обладнання складається з
розсиропників, апаратів для розмноження дріжджів і пінопасток, а також пристроїв
для відбору проб, вимірювання витрат меляси і контролю щільності розсиропки.
Провідний комплекс обладнання в лінії призначеній для перегонки і
ректифікації спирту. У його складі є брагоректифікаційні і ректифікаційні установки,
установки для отримання безводного спирту, холодильники і кип’ятильники
брагоперегоних апаратів, допоміжне обладнання ректифікаційних установок, а також
обладнання для обліку і зберігання спирту.На рис. 1.5 на плакаті графічної частини
МКР (ЧДТУ. 133023. 003. МКР). представлена машинно-апаратурна схема лінії
виробництва спирту з сировини, що містить крохмаль з використанням механіко-
ферментативної обробки.
Подрібнене зерно після молоткової дробарки 3 надходить в змішувач 5 через
лоток 2, де змішується з теплою водою температурою від 60 °С до 65 °С і α-амілозою
ферментативного препарату, що надходить з витратного збірника 1.
Співвідношення зерна і води, що надходить в змішувач, складає 1:3, а
температура замісу підтримується на рівні від 50 °С до 55 °С. Тривалість перебування
замісу в змішувачі 5 складає від 10 хв. до 12 хв. У змішувачі 5 проходить початкова
стадія розрідження крохмалю і розчинення сухих речовин, а також забезпечується
нормальна текучість маси за рахунок дії α-амілози.
Рисунок 1.5 Машинно-апаратурна схема лінії виробництва етилового спирту з
використанням механіко-ферментативної обробки
1 – збірник; 2 – лоток; 3 – дробарки; 4 – молоткові дробарки; 5 – змішувач;
6 – контактна головка; 7 – насос; 8 – гідродинамічний апарат; 9 – дозуючий
пристрій; 10 – розподільник; 11 – гідродинамічний ферментативний апарат 2 ступеня;
12 – дозуючий пристрій; 13 – ферментативний апарат 1 ступеня;
14 та 15 – відцентрові насос; 16 – змішувач; 17 – насос; 18 – контактна головка;
19 – регулюючий клапан; 20 – трубчатий стерилізатор; 21 – дозатор;
22 – росподілюючий збірник; 23 – випарювач; 24 – збірник формаліну;
25 – паросепаратор; 26 – плунжерний насос; 27 – теплообміний апарат;
28 – дрожанки;29 – зброджувач; 30 та 32 – насоси; 31 – головний бродильний
апарат; 33 – бродильні апарати; 34 – вловлювач спирту; 35 – вакуум-насос;
36 – збірник барометричної води; 37 – теплообмінник; 38 – відцентровий насос;
39 – конденсатор;40 – збірник лютерної води; 41 – насос; 42 – ректифікаційна колона;
43 – дефлегматор; 44 – конденсатор; 45 – вловлювач спирту;
46 – дефлегматор епюраційної колони; 47 – кондесатор дистиляту;
48 – епюраційна колона; 49 – теплообмінник;50 – підігрівач браги; 51 – насос;
52 – сепаратор;53 – конденсатор (діоксиду вуглецю); 54 – вловлювач піни;
55 – брагоепюраційна колона (34 тарілки); 56 – дефлегматор-випаровувач
(колектор бражного дистиляту); 57 – теплообмінник; 58 – дефлегматор барди
При переробці картоплі подрібнена на молотковій дробарці 4 картопляна кашка
також подається в змішувач 5, де змішується в ньому з рідким ферментним
препаратом.
З змішувача 5 зерновий заміс насосом 7 подається на контактну головку 6, де
підігрівається з розподільника 10 пором до температури від 70 °С до 72 °С, і далі
подається в апарати 8 і 13 гідродинамічної і ферментативної обробки, об’єм яких
забезпечує витримку в них замісу не від 3,5 год. до 4,0 год. Після заповнення апарату
приблизно на 1/3 підключається циркуляційний контур, що включає відцентрові
насоси 14 і 15, що забезпечують перемішування маси в середині апарату при її
температурі від 65 °С до 70 °С. Під час гідродинамічної обробки сировини
відбувається подальше розрідження, розчинення крохмалю і сухих речовин зерна за
рахунок дії α-амілози.
При переробці подрібнена картопля, змішана з а-амілозою, закачується насосом
7 через контактну головку 6 в апарати 8 та 3. Далі процес здійснюється по
параметрах, в залежності від виду зерна, що переробляється.
Ферментативно-теплова обробка сировини здійснюється таким чином. Заміс
або картопляна кашка з апаратів I ступеня 8 і 13 за допомогою дозуючих пристрої 9 і
12 відводиться в горизонтальний, розділений на три відсіки апарат 11
гідродинамічної і ферментативної обробки II ступеня, забезпечений мішалками 16.
У першій секції апарату 11 маса, що містить крохмаль, витримується при
перемішуванні від 15 хв. до 16 хв. при температурі від 65 °С до 72 °С, після чого
перетікає через переливний отвір в другий відсік, нагрівається в ньому гострою
парою з розподільника 10 до температури від 72 °С до 75 °С і витримується в
другому відсіку від 15 хв. до 16 хв. У третьому відсіку температура маси шляхом
подачі в неї пари піднімається до температури від 85 °С до 95 °С.
Добре розріджена і гідролізована маса, що містить крохмаль, з апарату 11
насосом 17 закачується через трубчастий стерилізатор 20 і регулюючий клапан 19 в
паросепаратор 25, з якого відводиться на оцукрення. Враховуючи, що на заводах
часто переробляється неякісна дефектна сировина, що вимагає більше високої
температури стерилізації, передбачається контактна головка 18. В цьому випадку
вторинна пара з паросепаратора 25 прямує в перший відсік апарату 11.
В процесі оцукрення стерилізована маса у випарнику-оцукрювачі 23
змішується з глюкоамілозою, яка надходитьз витратного збірника 22 через дозатор
21, і витримується при температурі 55 °С від 30 хв. до 35 хв. Основна кількість
формаліну, який пригнічує розвиток кислотоутворюючих бактерій при зброджуванні,
подається з збірника 24.
Сусло з випарника-оцукрувача 23 плунжерним насосом 26 закачується в
теплообмінний апарат 27 і після охолодження до температури від 18 °С до 20 °С
поступає в бродильні апарати 31 і 33, де зброджується безперервно-потоковим
способом. При цьому способі приготовані в дрожжанках 28 дріжджі надходять у
зброджувач 29, звідки подаються в головний бродильний апарат 31. Зброджене сусло
з головного бродильного апарату 31 послідовно по переливним трубам надходять в
бродильні апарати 33. З останнього бродильного апарату зріла брага насосом 38
подається на перегонку в дефлегматор колони ректифікації 43. Насосами 30 і 32
сусло відводиться з бродильних апаратів на дезінфекцію. З вуглецю, що виділився
при бродінні, спирт уловлюється в спиртовловлювачах 34.
Виділення спирту з браги і очищення спирту-сирцю (ректифікація) від домішок
проводиться в брагоректифікаційної вакуумному апараті, який складається з трьох
колон: брагоепюраційної 55, епюраційної 48 і ректифікаційної 42, теплообмінної
апаратури, збірних ємностей, насосів і системи КІПіА.
У дефлегматорі 43 брага нагрівається теплом конденсації спиртної пари колони
ректифікації 42 до температури від 40 °С до 50 °С. З теплообмінника брага поступає в
дефлегматор епюраційної колони 46, догріває в нім водно-спиртовими парами
епюраційної колони 48 до температури від 50 °С до °С і переходить в додатковий
підігрівач браги 49, де її температура за рахунок утилізації тепла що не
сконденсувалися в дефлегматорі-випарнику 56 водно-спиртової пари
брагоепюраційнної колони 55 доводиться до температури від 70 °С до 75 °С.
Остаточне нагрівання браги до температури від 85 °С до 90 °С здійснюється в
підігрівачі браги 50.
Нагріта брага з теплообмінника 49 в сепаратора 52, вивільнюється від діоксиду
вуглецю в конденсаторі 53 і з нього додатковим насосом 51 подається на верхню
тарілку брагоепюраційнної колони 55. Колона 55 складається з 34 тарілок, 18 з яких
розташовані в відгонній частині колони, 11 – в епюраційній і 5 (піновловлювач) над
епюраційною частиною колони. Епюраційна і відгона частина брагоепюраційної
колони 55 розмежовані між собою циліндричною обичайкою з патрубком для відбору
епюраційної водно-спиртової пари.
У епюраційній частині колони 55 з браги відганяється частина на спирт з
супутніми спирту головними і проміжними домішками, який у вигляді парового
потоку поступає в міжтрубний простір випарника, випаровує лютерну воду,
конденсується і поступає в колектор бражного дистиляту 56.
Епюрована брага переходить в відгону частину брагоепюраційної колони 55, д
з неї повністю відганяється спирт. Барда відводиться в теплообмінник 58, де віддає
тепло бразі і охолоджується до температури від 70 °С до 75°С. Колона 55 працює при
тиску від 150 кПа до 170 кПа.
Епюровані водно-спиртові пари з брагоепюраційнної колони 55 через
піновловлювач 54 надходять в кип’ятильник 50, обігріваючи при цьому епюраційну
колону. Конденсат епюрованої пари і кип’ятильника 50 прямує на 10-у або 15-у
тарілку епюраційної колони 48. Бражний дистилят з колектору 56 надходить на 20-у і
25-у тарілки епюраційної колони 48.
Епюраційна колона 48 містить 39 багатоколпачкових тарілок, з яких 20 – 25
працюють в режимі виварювання домішок, 6 – 11 в режимі гідроселекції домішок і 8
на концентрацію домішок. Працює колона при тиску від 50 кПа до 65 кПа. Конденсат
з дефлегматора 46 і надлишок дистиляту з конденсатора 47 і спиртоуловлюча 45
повертаються на верхню тарілку колони для її зрошування флегмою. Лютерна вода в
колону 48 подається насосом 41 зі збірника 40.
Епюрат з эпюраційної колони 48 поступає на 16-у тарілку ректифікаційної
колони 42. Колона ректифікації 42 складається з 81 багатоколпачкової тарілки, 16 з
яких працюють на відгін спирту, 10 – 15 на пастеризацію спирту і 55 на зміцнення
спирту. Колона забезпечена дефлегматором 43, конденсатором 44 і спиртоуловлючем
39. Не виділені в епюраційну колону 48 домішки конденсуються в нижній частині
колони ректифікації 42 і відводяться з 7 – 10-ої тарілки з парової фази. Колона
ректифікації 42 зрошується флегмою з дефлегматора і конденсаторів 44 і 39. Відбір
спирту ректифікації проводиться з 72 – 75-й тарілок колони ректифікації 42.
Ректифікаційна колона 42 працює при тиску від 50 кПа до 70 кПа. Відбір головної
фракції етилового спирту проводиться з додаткового конденсатора 45 епюраційної
колони 48, звідки фракція відводиться в збірник головних фракцій.
Вакуум в колонах 55, 46 і 42 створюється вакуумнасосом 35. У вакуумну
систему входить барометричний конденсатор 37, де як абсорбер використовується
10-та-рільчата царга з багатоколпачковими тарілками. Вода, що поступає на
зрошування в барометричний конденсатор 37, відводиться в збірник барометричної
води 36.
1.8 Наукове забезпечення процесу спиртного бродіння
Процес спиртного бродіння описується рівнянням Гей-Люссака:
��6��2О6 → 2��2��5О�� + 2����2 + 84 кДж + 17 кДж (1.1)
З 180 грамів глюкози можна отримати 92 грами етанолу і 88 грамів діоксиду
вуглецю. Проте разом з первинними продуктами виходять побічні вторинні продукти
– гліцерин, бурштинова кислота, вищі спирти, альдегіди, біомаса дріжджів і ін.
При розпаді 1 грам-моль моносахариду при анаеробному бродінні
вивільняється близько 84 кДж (20 ккал) енергії за рахунок його біохімічного
перетворення і близько 17 кДж (44 ккал) за рахунок теплоти розчинення етанолу, що
синтезується, у воді. Це у багато разів менше, ніж при аеробному бродінні з повним
окисленням вуглеводів і утворенням води і діоксиду вуглецю.
В умовах аеробіозу розпад вуглеводів до утворення піровиноградної кислоти
відбувається так само, як і при анаеробіозі, але на відміну від нього піровиноградна
кислота повністю окислюється до діоксиду вуглецю і води в циклі трикарбонових
кислот. У цьому циклі послідовно протікають окислювально-відновлювальні реакції,
в яких під дією специфічних дегідратацій відбувається перенесення водню на
молекулярний кисень. Проте перенесення здійснюється не безпосередньо, а через
молекули-переносники, які утворюють дихальний ланцюг.В результаті аеробного і
анаеробного розпаду вуглеводів дріжджами виділяється енергія і забезпечуються
процеси синтезу біомаси різними попередниками. Щавлева-оцтова і α-кетоглутарова
кислоти в результаті відновного амінування і переамінування утворюються
відповідно аспарагінова і глутамінова кислоти. Синтез цих двох амінокислот займає
головне місце в синтезі білків з вуглеводів. Кінетика зростання мікроорганізмів
описується залежністю питомої швидкості росту біомаси �� від параметрів
зовнішнього середовища:
1 ����
�� = · , (1.2)
�� ����
де �� – концентрація біомаси, грам/л;
�� – тривалість ферментації, год.
У загальному випадку величина �� може залежати від найрізноманітніших
чинників (концентрації субстратів, метаболітів, температури, ����, ��2, ����2 і ін.).
Найпростіше залежність �� від концентрації субстрату �� описується лінійним
рівнянням:
�� = �� · �� (1.3)
де �� – константа, відповідна числу молекул субстрату, які вступають в реакцію з
ферментом.
Масообмін між дисперсною фазою живильного середовища субстрату і водної
фазою описується рівнянням:
�� = �� · ��(��поч − ��), (1.4)
де �� – швидкість розчинення субстрату, г/(л∙с);
�� – коефіцієнт масопередачи, м/с;
�� – площа міжфазової поверхні, м2/м3;
��поч – початкова концентрація субстрату у водній фазі, грам/л;
�� – поточна концентрації субстрату у водній фазі, грам/л.
Згідно з рівнянням бродіння в етиловий спирт переходить 66,7 % вуглецю
цукру, в діоксид вуглецю (����2) 33,3 %. Співвідношення між кількостями вуглецю,
що йдуть на побудову біомаси і на дихання, непостійне і залежить від концентрації
цукру в середовищі, температури і інших умов. З підвищенням концентрації цукру
від 1 % до 4 % кількість вуглецю, використовуваного на побудову біомаси,
збільшується від 52 – 55 % до 60 – 61 % і відповідно зменшується на утворення ����2
при диханні, тобто процес стає більш економічним.
З пониженням температури середовища значно зменшується питома витрата
цукру на дихання: при 32 °С він дорівнює 0,22, при 20 °С – 0,13, при 15 °С – 0,075 г
на 1 г пресованих дріжджів. При 36 °С питома витрата цукру на дихання також
нижче, ніж при 30°С (0,2 г/г).
Коефіцієнти корисно використаного вуглецю при концентрації цукру в
середовищі 2,2 % і температурах 15, 20, 25, 30 і 36 °С відповідно рівні: 71,6; 67,4;
60,7; 58,5 і 62,7 %.
З підвищенням інтенсивності окислювальних процесів (збільшенням
інтенсивності аерації) вихід дріжджів по масі цукру, витраченого в процесі
біосинтезу, зменшується.
1.9 Класифікація бродильних апаратів
У виробництві пива, спирту, вина, квасу, дріжджового тіста процес спиртного
бродіння ведуть так, щоб накопичити лише певну кількість біомаси дріжджів, яка
буде достатня для отримання цільового продукту.
Спиртне бродіння, здійснюване дріжджами, характерне для отримання пива,
спирту, вина, квасу і дріжджового тіста.
При зброджуванні цукрового сусла у виробництві пива воно перетворюється на
готовий продукт. Речовини, що утворилися в процесі бродіння, обумовлюють аромат
і смак пива. До апаратів бродіння і доброджування пива відносяться танки для
головного бродіння і доброджування, а також циліндрові бродильні апарати.
Класифікація обладнання для отримання пива, спирту, вина, квасу і тіста
приведена на рис. 1.6.
При виробництві спирту в процесі бродіння утворюється напівпродукт (зріла
брага), з якої на брагоперегоних або брагоректифікаційних апаратах отримують
відповідно спирт-сирець або спирт-ректифікат. До обладнання для зброджування
сусла в спиртному виробництві відносяться головні бродильні апарати і апарати для
доброджування.
Обладнання для спиртового бродіння харчових середовищ поділяється на:
- апарати для бродіння і доброджування пива;
- обладнання для бродіння сусла при виробництві вина;
- апарати для бродіння сусла при виробництві спирту;
- обладнання для бродіння квасного сусла;
- агрегати для бродіння опари і тіста.
Апарати для бродіння і доброджування пива поділяється на:
- апарати для головного бродіння;
- танки для дободжування;
- циліндричні бродильні апарати.
Обладнання для бродіння сусла при виробництві вина поділяється на:
- апарати для головного бродіння;
- апарати для дободжування.
Апарати для бродіння сусла при виробництві спирту поділяється на:
- апарати для безперервного бродіння;
- апарати для бродіння сусла з мезги.
Обладнання для бродіння квасного сусла поділяється на:
- бродильно-купажні апарати;
- бродильні апарати.
Агрегати для бродіння опари і тіста поділяється на:
- обладнання для порційного бродіння;
- апарати для безперервного бродіння тіста.
При виробництві спирту в процесі бродіння утворюється напівпродукт (зріла
брага), з якого на апаратах для перегонки браги або апаратах для перегонки браги і
ректифікації спирту отримують відповідно спирт-сирець або спирт-ректифікат. До
устаткування для бродіння сусла в спиртному виробництві відносяться головні
бродильні апарати і апарати для доброджування.
При бродінні цукру сусло у виробництві вина перетворюється також на готовий
продукт, що формує вино як матеріал з типовими для нього властивостями. Апарати
для зброджування сусла при виробництві вина розділяють на установки для
безперервного бродіння і на апарати для бродіння сусла на м’язгі.
При зброджуванні квасного сусла під дією змішаної культури дріжджів і
молочнокислих бактерій утворюється ароматний і освіжаючий квас. Обладнання для
бродіння квасного сусла розділяють на бродильно-купажні і бродильні апарати.
При бродінні опари і тіста утворюється напівпродукт з певною структурою для
в’язкого пластичного середовища, в якому накопичені всі відповідні ароматичні і
смакові речовини. Агрегати для бродіння опари і тіста класифіковані на устаткування
для порційного бродіння і на апарати поточного приготування тіста.
1.10 Устаткування для зброджування сусла при виробництві спирту
На спиртових заводах застосовують в основному безперервно-проточний,
поточно-рециркуляційний і циклічний, а на малих заводах періодичний спосіб
зброджування зернового і картопляного сусла. Безперервна схема відрізняється
великою інтенсивністю бродіння, підвищеним зніманням спирту з 1 м3 бродильного
апарату, збільшенням продуктивності бродильних відділень на 15 %. При цьому
відпадає необхідність в сушильному устаткуванні для дріжджових відділень,
скорочується до 10 % витрата солоду для приготування дріжджів, на 40 %
зменшується витрата води.
Принципова схема батареї безперервно-проточного спиртного бродіння
показана на рис. 1.6.
1 – маточник посівної культури; 2,3 і 4 – дрожжегенератори; 5 і 6 – головні
бродильні апарати; 7 та 11 – апарати для доброджування
Рисунок 1.6 Принципова схема батареї безперервно-проточного
спиртного бродіння
Суть безперервно-проточного способу бродіння полягає в безперервному
притоці оцукреного сусла і введенні дріжджів в головний апарат бродильної батареї,
що складається з декількох послідовно сполучених між собою апаратів, в
безперервному зброджуванні цього сусла і відтоку зрілої браги з останнього,
кінцевого, апарату. Батарея безперервно-проточного спиртного бродіння (рис. 13.5)
складається з маточника посівної культури 1, дріжжегенераторів 2 – 4, головних
бродильних апаратів 5, 6 і апаратів для доброджування 7 – 11.
Проточне бродіння – безперервне, в кожному з апаратів батареї відбувається
лише частина загального процесу, тривалість його теоретично не обмежена і не
передбачена зупинка для стерилізації. Проте треба проводити профілактичну
стерилізацію апаратів строго послідовно, по номерах апаратів – від головного до
кінцевого через певні проміжки часу і незалежно від стану, ступеня і стадії бродіння.
Суть профілактичної стерилізації полягає в тому, що через певні проміжки часу
(3 доби) безперервна подача сусла в батарею перемикається на другий головний
бродильний апарат 6 і в нього ж насосом 12 перекачується вміст першого головного
апарату 5, який потім миють, стерилізують паром, охолоджують, знов заливають
дріжджами з дрожжегенератора 4 і відновлюють приток свіжого сусла. Поки апарат 5
наповнюється, вміст апарату 6 перекачується в апарат 7. Апарат 6 миють,
стерилізують, охолоджують і наповнюють перетіканням з апарату 5. Далі вміст
апарату 7 насосом перекачується в апарат 8, перший з них також миють,
стерилізують, охолоджують і підключають до перетікання. За таким же принципом
здійснюють наповнення, звільнення і стерилізацію решти апаратів з їх
трубопроводами і арматурою. Сусло перекачується насосом 12, а безперервність його
подачі під час стерилізації трубопроводу забезпечується дублюючою системою, що
працює паралельно. З останнього апарату 11 зріла брага насосом 12 подається на
перегонку. Температура браги у всіх апаратах підтримується в межах 27 – 29 °С.
Процес бродіння триває 60 – 62 годин.
Діоксин вуглецю разом з парами спирту з бродильних апаратів поступає на
уловлювач спирту 13, в якій пари спирту уловлюються водою. Отримана водно-
спиртова рідина (міцністю не менше 3,%) прямує на перегонку.
Бродильним апаратом (рис. 1.7) є циліндр з конічним днищем, виготовлений
із сталі завтовшки 6 – 8 мм.
Сусло в нім зброджується під дією ферментів дріжджів. Усередині апарату
змонтований змійовик 1 із сталевих труб діаметром 51 – 76 мм для відведення
теплоти, що виділяється при бродінні маси. Маса подається через штуцер 4, дріжджі
– через штуцер 3. Вуглекислота, що виділяється при бродінні, відводиться через
патрубок 5.
1 – змійовик; 2 і 10 – люки; 3, 4 і 6 – штуцера; 5 – патрубок; 7 – світильник; 8 –
оглядове вікно; 9 – гільза
Рисунок. 1.7 Бродильний апарат для зброджування сусла
Для огляду і ремонту апарат забезпечений люками 2 і 10. За процесом бродіння
спостерігають через оглядове вікно 8 за допомогою світильника 7. Термометри
встановлюють в гільзи 9. До штуцера 6 підключають гідравлічний затвор, який
запобігає утворенню вакууму при пропарюванні апарату парою.
При безперервно-проточному способі бродіння на трубах для перетікання
встановлюють дисковий затвор, за допомогою якого апарат відключається від батареї
для миття і дезінфекції. Конструкція затвора запобігає застою браги, що забезпечує
стерильність процесу бродіння.
Механізоване миття апарату водою і розчинами антисептиків відбувається за
допомогою мийного апарату. Апарат складається з розподільної головки і двох
колекторів (рис. 1.8), забезпечених соплами. Колектори виготовлені з труб діаметром
50 – 76 мм.
На колекторах укріплені сопла 1 так, щоб рідина, що виходить з них, омивала
всю поверхню апарату, включаючи верхню кришку і змійовик Сопла щілисті
перетином 30,3 мм; кріплення сопла до колектору роз’ємне. Сопло в диску 5 з
прорізом (30,3 мм) затискається в прорізі труби колектору планкою 3 за допомогою
гвинтів 4. Таке кріплення дозволяє змінювати кут нахилу сопла при наладці апарату.
На кінцях колекторів встановлені сопла 2. При виході води з цих сопел реактивні
сили створюють момент, що крутить, який обертає голівку. При тиску води 0,01 МПа
колектори роблять 20 об/хв. Процес миття триває 10 – 12 хв.
При установці мийного апарату витки змійовика закріплюють за допомогою
стойок, що укріплюються між витками зваркою. Діаметр прутка для виготовлення
стойки 18 – 20 мм. При такому кріпленні змійовиків немає місць, труднодоступних
для миття і дезінфекції. Поверхня охолоджування може бути розміщена поза
бродильним апаратом. В цьому випадку поряд з апаратом встановлюють
теплообмінник, через який масу, що бродить прокачують насосом.
Миючі голівки зображені на рис. 1.9.
Голівка (рис. 1.9, а) форсунки, що обертається, має в корпусі 1 вал, що
обертається, 3 з двома насадками 5, що працюють за принципом сегнерового колеса.
На валу 3 укріплена конічна шестерня 2, яка обертається навколо вертикальної осі по
нерухомій конічній шестерні 4. Миюча рідина подається насосом під тиском від 0,6
МПа до 0,7 МПа.
Голівка (рис. 1.9, а) форсунки, що обертається, має в корпусі 1 вал, що
обертається, 3 з двома насадками 5, що працюють за принципом сегнерова колеса. На
валу 3 укріплена конічна шестерня 2, яка обертається навколо вертикальної осі по
нерухомій конічній шестерні 4. Миюча рідина подається насосом під тиском 0,6...0,7
МПа.
Кільцева миюча голівка (рис. 13.9, б) складається з кільця 4, яке за допомогою
корпусу 3 з підшипником 2 сполучена з патрубком 1. Отвори 6 розташовані на
опуклій поверхні. При подачі рідини через ці отвори створюється миючий ефект.
Отвори 5 розташовані на бічній поверхні кільця і при роботі голівки створюють
момент, що обертає. При періодичному способі бродіння об’єм апарату розраховують
з умови заповнення одного апарату протягом 7 – 8 год.
1 і 2 – сопла; 3 – планка; 4 – гвинт; 5 – диск
Рисунок 1.8 Колектор мийного апарату
Для миття бродильних апаратів застосовують миючі голівки (рис. 1.9).
Голівка а: 1 – корпус ; 2 – конічна шестерня; 3 – вал;
4 – нерухома конічна шестерня; 5 – насадки
Кільцева миюча голівка б: 1 – патрубок;
2 – підшипник; 3 – корпус; 4 – кільце; 5 і 6 – отвори
Рисунок 1.9 Миючі голівки
Труби для перетікання в апаратах, починаючи з третього, кріпляться на різних
рівнях по висоті таким чином, що відстань між місцями закріплення труб двох будь-
яких сусідніх апаратів складає 0,1 м. Апарат встановлюють на металевих стойках,
висота від підлоги до днища 0,8 – 1,2 м.
1.11 Монтаж та ремонт бродильного апарату
1.11.1 Монтаж бродильного апарату
Монтажні роботи бродильного апарату виконують у відповідності до:
- технічних вимог, проектної робочої документації;
- проектно-технологічної документації
- проектів організації будівництва (ПОБ);
- проектів виконання робіт з монтажу металевих конструкцій (ПВР)
Дані про виконання будівельно-монтажних робіт в процесі їх виконання
заносяться до журналів робіт:
- з монтажу будівельних конструкцій;
- б) зварювальних робіт;
- д) виконання монтажних з’єднань на болтах з контрольованим натягом, а
також фіксуються фактичні положення змонтованих конструкцій на геодезичних
виконавчих схемах;
- антикорозійного захисту зварних з’єднань;
- замонолічування монтажних стиків і вузлів.
На завод апарат для бродіння надходить в напіврозібраному вигляді, монтаж
(кінцеве збирання) і випробування проводиться силами заводу (технічний персонал
бродильного відділення та механічного цеху, або сторонніми монтажними
організаціями на місці установки. При встановлені апарата спочатку розмічають
майбутнє розміщення опор. Бродильні апарати для зручності обслуговування
встановлюються на висоті від 1 м. до 1,2 м. від підлоги на опорах із стальних труб чи
бетону. Спочатку монтують корпус чана, який поступає на підприємство у вигляді
циліндричної частини. Днище конічне і кришка сферична поступають у вигляді двох
половин, які під час монтажу одночасно зварюються з обох боків: ззовні і зсередини
циліндра. З розподільчим пристроєм з’єднується нижній патрубок.
Для контролю температури бражки в процесі її приготування на бродильному
агрегаті встановлено датчик електричного термометра опору, який розташовано в
нижній частині апарату. В комплект електричного термометра опору входять
чутливий елемент (термоперетворювач опору), вимірювальний прилад (логометр,
зрівноважений міст) та з’єднувальні проводи.
Зібраний зварюванням корпус піднімають до рівня опорних лап і встановлюють
на кільце опорне. Вертикальність установки корпусу перевіряють за допомогою
рівнів. Після установки корпусу апарата на опорне кільце, встановлюють трубу, яка
розташована під кришкою апарата та має на кінці спеціальний розсікач.
Установка поверхонь охолодження зводиться до таких операцій: до підготовки
і підйому вантажопідйомних механізмів, підготовки та підйому поверхонь нагріву до
місця встановлення, установки поверхонь нагріву на місце. Останньою монтують
верхню частину апарату, а саме конічну кришку з вентиляційною системою. Кришку
приварюють до верхньої частини апарату. В якості вантажопідйомних механізмів
використовують лебідки або талі, котрі працюють через поліспасти.
Монтаж обладнання проводиться після влаштування чистої підлоги.
Монтаж обладнання і трубопроводів виконується у відповідності зі СНІП 3.05.-
84. «Технологічне обладнання і технологічні трубопроводи». При проведенні
зварювання сталевих трубопроводів керуватися вимогами ГОСТ 16037-80. На
трубопроводах у місцях їх проходження над проїздом, проходами не повинно бути
роз’ємних сполучень та запірної арматури. При прокладенні трубопроводів крізь
будівельні конструкції та інші перешкоди повинні вживатися заходи, які б виключали
можливості передачі додаткових навантажень на труби (встановлення гільз, тощо).
Для транспортування сировини використовують труби із сталі марки 08Х22Н6Т, для
транспортування миючих засобів, СО2 і повітря – труби із нержавіючої сталі марки
08Х17Т безшовні, холодної тепло деформованої.
Для виготовлення опірних конструкцій технологічних трубопроводів
використовують сталь Ст3.
Після монтажу виконують гідравлічне випробування. Для цього на всіх
відкритих патрубках встановлюють заглушки. Залишають тільки отвори наповнення
апарата водою та отвори для випуску повітря. Гідравлічне випробування бродильних
апаратів, як правило, проводять одночасно на міцність і герметичність при
позитивній температурі навколишнього повітря, зазвичай не нижче 5 0С. Процес
гідравлічного випробування складається з наступних операцій:
- заповнення апарату водою, при цьому клапани тримають відкритими;
- огляд апарату при заповненні водою з метою виявлення течі через тріщини і
нещільності у з’єднаннях;
- спуск води і усунення виявлених дефектів;
- вторинне заповнення апарата водою і поступовий підйом тиску до робочого,
передбаченого робочою документацією і повторний огляд;
- підйом тиску до випробувального та витримка при цьому тиску протягом 20
хв (випробування на міцність);
-зниження тиску до робочого і остаточний огляд апарату з легким
обстукуванням зварних швів на відстані від 15 мм до 20 мм по обидва боки шва
молотком масою не більше 1,5 кг (випробування на герметичність).
Апарат пройшов гідравлічне випробування на міцність і герметичність, якщо
під час випробувань не відбулося падіння тиску по манометру та не виявлено течі в
зварних швах, фланцевих з’єднаннях, на корпусах і сальниках арматури, деталей
трубопроводів, немає ознак розривів і видимих залишкових деформацій. При
гідравлічному випробуванні бродильного чану не повинно бути течії у з’єднаннях
апарату, дефектні місця виділяють, потім ліквідовують.
Закінчивши всі роботи по монтажу апарата, а також приєднавши його до
водяної та холодильної системи, приступають до його пуску.
11.2 Ремонт бродильного апарата
В ході експлуатації чана можливе виникнення наступних неполадок:
розгерметизація корпусу апарату (в циліндричній частині, шви днища і кришки);
утворення нальоту на поверхнях охолодження. При огляді проводиться промивка і
пропарка апарату, огляд зовнішньої та внутрішньої поверхні апарата на відсутність
протікання, раковин, перевірка стану змійовика на відсутність протікання та міцність
кріплення, справність дії апаратури (вентилів водяної системи і випускних парових).
При поточному ремонті проводять очистку внутрішньої поверхні від накипу
ремонт люків, заміну прокладок, часткову заміну труб змійовика (10 %)
підварювання швів, змащування корпусу.
При середньому ремонті виконуються операції поточного ремонту і при тому
проводиться заміна листів корпусу апарату (до 60 % маси металу), розрахований на
капітальний ремонт.
При капітальному ремонті виконуються всі операції середнього ремонту і крім
того підлягають заміні листи корпусу (до 20 %) від маси металоконструкції і
внутрішні труби (до 30 %). Для усунення цих неполадок необхідно проводити ремонт
вузлів та деталей чана. При розгерметизації корпусу (тріщини, прориви, розриви
зварних з’єднань) необхідно заварити місця розгерметизації.
При експлуатації апарата виникають поломки трубопроводів, найчастіше це
тріщини, розриви зварного шва, та згини. Якщо в трубі виникла тріщина або розрив
зварного шва, то ділянку від’єднують від системи та ліквідують нещільність
зварюванням. А також такі дефекти ліквідують заміною пошкодженої ділянки або
заміною труби повністю.
В процесі експлуатації запірної арматури виникають наступні поломки, які
досить негативно впливають на технологічний процес і можуть призвести до втрати
продукту та сировини. Найчастіше це бувають такі дефекти як:
- порушення щільності сальникових ущільнювачів (усунення такого дефекту є
заміна сальника на новий);
- корозія сідла вентиля (усунення даного дефекту є заміна корпусу вентиля);
- несправність штока (усунення цього дефекту є заміна штока).
У фланцевих з’єднаннях виникає протікання із-за спрацювання прокладок;
може забитися змійовик; на поверхні корпусу апарата в результаті корозії
з’являються тріщини, що порушує герметичність апарата. При утворенні течі у
фланцевих з’єднаннях необхідно в зв’язку з цим проводити заміну гумових
прокладок. Прокладки підбирають з матеріалів, аналогічних тим, що були
встановлені раніше. При забиванні змійовика, його прочищають подаванням в них
води під тиском.
Після проведення ремонту апарат перевіряють на щільність шляхом проведення
гідравлічного випробування. В містах з’єднання труб протікання видаляють
підтягуванням фланців, муфт або заміною ущільнювача.
При ремонті арматури проводять:
- очистку внутрішніх поверхонь, сальникових коробок і фланців від накипу,
пригорання і бруду;
- притирку і при необхідності заміну ущільнюючих поверхонь, клапанів і сідла;
- заміну сальникових ущільнювачів.
Для очистки деталі опускають в ванну з 10 % розчином соляної кислоти на час
від 5 год до 8 год., потім їх промивають чистою водою, чистять металевою щіткою і
протирають насухо.
Притирку клапанів і пробок до їх гнізд проводять:
a) безпосередньо притиркою робочих поверхонь однієї до другої;
- б) роздільною притиркою клапанів на плитках-притирках і сідла на
спеціальних притирках з обов’язковою перевіркою додатково в парі.
Для притирки ущільнюючої арматури рекомендується користуватися пастами
ГОИ та шліфувальними порошками. В якості мастильних засобів при притирці
використовують керосин. Сальникове ущільнення закладають в невеликих вентилях
по спіралі, в більш крупних вентилях в вигляді окремих кілець. Між кільцями
насипають шар (від 3 мм до 5 мм) графітного порошку.
Висновок до розділу 1
Проаналізувавши літературні джерела зроблено аналітичний огляд процесу
виробництва спирту.
В аналітичному розділі проведено:
- Техніко-економічне обґрунтування проекту;
- Характеристика підприємства;
- Історія виникнення виробництва спирту;
- Характеристика продукції, сировини і напівфабрикатів;
- Особливості виробництва і споживання готової продукції;
- Стадії технологічного процесу;
- Характеристика комплексів обладнання;
- Наукове забезпечення процесу спиртного бродіння;
- Класифікація бродильних апаратів;
- Устаткування для зброджування сусла при виробництві спирту;
- Монтаж та ремонт бродильного апарату.
Техніко-економічне обґрунтування проекту свідчить, що процес спиртного
бродіння є складною виробництва спирту і потребує певного обладнання. На
сучасному етапі виробництва є необхідним впровадження якісно нових або
модернізованих видів обладнання.
РОЗДІЛ 2
НАУКОВО-ДОСЛІДНА РОБОТА
2.1 Патентне дослідження
Об’єктом патентного дослідження є робочі органи бродильного апарату з
метою модернізації лінії по виробництву спирту харчового. Сусло зброджує в
бродильних апаратах утворюючи брагу.
В даному відділені розмішені маточники посівної культури, уловлювачі спирту,
дріжджегенератор, апарати для головного бродіння та доброджування.
Для збільшення продуктивності та зменшення енерговитрат бродильного
апарату було проведено патентний пошук. Всі патенти наведені в додатках. Патенти
відносяться до декількох підгруп:
- С12 С9/00 – установки для бродіння органічних середовищ;
- С12 С11/08 – пристрої для утилізації парів спирту та інших летючих речовин з
газів, які утворюються внаслідок хімічного зброджування;
- С12 F3/04 – способи виробництва спирту з сировини, що містить крохмаль.
В процесі патентного пошуку було виявлено, щоб збільшити продуктивність та
зменшити енерговитрати необхідно встановити на зовнішній стороні обичайки
корпусу ребра жорсткості, це дає можливість збільшити теплообмін між збродженою
речовиною та навколишнім середовищем, за рахунок чого зменшиться кількість
охолоджувальної рідини, а також збільшить жорсткість та металоємність обичайки
корпусу, продуктивність бродильного апарату.
Патенти представлені в додатках.
2.2 Вдосконалення конструкції бродильного апарату
Вдосконалення конструкції бродильного апарату показано на плакаті технічної
пропозиції представленої в графічній частині МКР (ЧДТУ. 133023. 006. МКР).
В верхній частині плакату показано базовий варіант конструкції бродильного
апарату. В модернізованому варіанті було запропоновано механізувати процес миття
апарату. Механізоване миття апарату водою і розчинами антисептиків відбувається за
допомогою мийного апарату. Апарат складається з розподільної головки і двох
колекторів, забезпечених соплами. Колектори виготовлені з труб діаметром від 50 мм
до 76 мм.
На колекторах закріплені сопла так, щоб рідина омивала всю поверхню
апарату, включаючи верхню кришку і змійовика.
Сопла являють собою щілини перетином 30,3 мм. Кріплення сопла до
колектору роз’ємне. На кінцях колекторів також встановлені сопла. При виході води з
цих сопел реактивні сили створюють обертальний момент. При тиску води 0,01 МПа
колектори обертається з швидкістю 20 об/хв. Процес миття триває від 10 хв до 12 хв.
2.3 Наукові дослідження
Проведена науково дослідна робота по процесу охолодження (відведення тепла,
що утворюється при бродінні) головного модернізованого бродильного апарату.
Кількість води ��, потрібної для відведення тепла модернізованого бродильного
апарату визначаємо по формулі, кг/с:
��
�� = ,
��в(��2 − ��1)
де �� – кількість тепла, що відводиться від бродячої маси поверхнею
теплообмінника (змійовика), кДж/с;
��в – теплоємність води при середній температурі, ��в = 4,19 кДж/(кг · °С);
��1 – температура води на вході в змійовик, ��1 = 10 °С;
��2 – температура води на виході, ��2 = 22 °С.
Прийнявши температуру води на вході в змійовик ��1 = 10 °С, температуру води
на виході з змійовика ��2 = 22 °С та теплоємність води ��в = 4,19 кДж/(кг · °С) при
середній температурі ��2 = 16 °С розрахуємо методом математичного моделювання
залежність кількості води ��, потрібної для відведення тепла модернізованого
бродильного апарату від кількість тепла ��, що відводиться від бродячої маси
поверхнею теплообмінника (змійовика) в діапазоні від 235 кДж/с до 370 кДж/с з
інтервалом 15 кДж/с.
Заносимо отримані розрахункові дані в таблицю 2.1.
Таблиця 2.1 Залежність кількості води від кількісті тепла, що виділяється
Кількість тепла ��, що відводиться Кількість води ��, потрібної
№ п/п
від бродячої маси, кДж/с для відведення тепла, кг/с
1 235 4,67
2 250 4,97
3 265 5,27
4 280 5,57
5 295 5,87
6 310 6,17
7 325 6,47
8 340 6,77
9 355 7,07
10 370 7,37
Прийнявши температуру води на виході з змійовика ��2 = 22 °С , теплоємність
води ��в = 4,19 кДж/(кг · °С) при середній температурі ��2 = 16 °С та кількість тепла,
що відводиться від бродячої маси поверхнею теплообмінника �� = 295 кДж/с
розрахуємо методом математичного моделювання залежність кількості води ��,
потрібної для відведення тепла модернізованого бродильного апарату від
температури води на вході в змійовик ��1 в діапазоні температур від 6 °С до 15 °С з
інтервалом 1 °С.
Заносимо отримані розрахункові дані в таблицю 2.2.
Прийнявши температуру води на вході в змійовик ��1 = 10 °С , теплоємність
води ��в = 4,19 кДж/(кг · °С) при середній температурі ��2 = 16 °С та кількість тепла,
що відводиться від бродячої маси поверхнею теплообмінника (змійовика) �� =
295 кДж/с розрахуємо методом математичного моделювання залежність кількості
води ��, потрібної для відведення тепла модернізованого бродильного апарату від
температури води на виході з змійовика ��2 в діапазоні температур від 18 °С до 27 °С з
інтервалом 1 °С.
Заносимо отримані розрахункові дані в таблицю 2.3.
Таблиця 2.2 Залежність кількості води від температури води на вході
Температура води на вході в Кількість води ��, потрібної
№ п/п
змійовик ��1, °С для відведення тепла, кг/с
1 6 4,40
2 7 4,69
3 8 5,03
4 9 5,42
5 10 5,87
6 11 6,17
7 12 7,04
8 13 7,82
9 14 8,80
10 15 10,1
Таблиця 2.3 Залежність кількості води від температури води на виході
Температура води на виході з Кількість води ��, потрібної
№ п/п
змійовика ��2, °С для відведення тепла, кг/с
1 18 8,80
2 19 7,82
3 20 7,04
4 21 6,40
5 22 5,87
6 23 5,42
7 24 5,03
8 25 4,69
9 26 4,40
10 27 4,14
На основі досліджень були побудовані графіки залежності кількості води ��,
потрібної для відведення тепла модернізованого бродильного апарату від кількості
тепла ��, що відводиться від бродячої маси поверхнею теплообмінника (змійовика),
від температури води на вході в змійовик ��1 та від температури води на виході з
змійовика ��2, які зображено на плакаті в графічній частині магістерської
кваліфікаційної роботи ЧДТУ. 133023. 008. МКР.
З таблиць та графіків видно, що для відведення кількості тепла від бродячої
маси �� = 295 кДж/с при температурі води на вході в змійовик ��1 = 10 °С та
температурі води на виході з змійовика ��2 = 22°С необхідно витратити кількість
води �� = 5,87 кг/с.
Висновок до розділу 2
В процесі патентного пошуку було виявлено, щоб збільшити продуктивність та
зменшити енерговитрати необхідно встановити на зовнішній стороні обичайки
корпусу ребра жорсткості, це дає можливість збільшити теплообмін між збродженою
речовиною та навколишнім середовищем, за рахунок чого зменшиться кількість
охолоджувальної рідини, а також збільшить жорсткість та металоємність обичайки
корпусу, продуктивність бродильного апарату.
Проведено вдосконалення конструкції бродильного апарату та розглянута
технічна пропозиція.
Проведена науково дослідна робота по процесу охолодження (відведення тепла,
що утворюється при бродінні) головного модернізованого бродильного апарату. На
основі досліджень були побудовані графіки залежності кількості води, потрібної для
відведення тепла модернізованого бродильного апарату від кількості тепла, що
відводиться від бродячої маси поверхнею теплообмінника, від температури води на
вході в змійовик та від температури води на виході з змійовика.
РОЗДІЛ 3
РОЗРАХУНОК БРОДИЛЬНОГО АПАРАТА
3.1 Технологічний розрахунок бродильного апарата
Зброджування сусла з сировини що містить крохмаль відбувається в
безперервній поточній установці. Продуктивність спиртного заводу 5000 дал/сут
спирту-сирцю. У бродильній батареї 8 чанів, зокрема два головних. Тривалість
бродіння сусла 60 год.
Слід визначити основні конструктивні розміри, поверхні теплообміну і
енергетичні показники головного бродильного апарату.
3.1.1 Геометричні розміри апарату
1. Корисний робочий об’єм бродильної батареї визначимо по формулі:
р
��бат = 2,5 ∙ �� ∙ ��сус = 2,5 ∙ 5000 ∙ 0,125 = 1560 м3,
де 2,5 – тривалість бродіння, сут.;
�� – добова продуктивність заводу по спирту-сирцю, �� = 5000 дал/добу;
��сус – питома витрата солодового сусла на отримання 1 дал спирту, ��сус =
0,125 м3/дал.
2. Робочий об’єм одного головного бродильного апарату:
р
�� ��бат 1560
���� = = = 195 м3,
�� 8
де �� – число апаратів в бродильній батареї, �� = 8.
3. Повний об’єм бродильного апарату:
р
��а 195
���� = = = 216 м3,
ηз 0,9
де ηз – коефіцієнті заповнення бродильного апарату, ηз = 0,9.
4. Висота конічного днища:
ℎ1 = 0,14 ∙ ��вн = 0,14 ∙ 5 = 0,7 м,
де ��вн – внутрішній діаметр апарату, приймаємо ��вн = 5 м.
5. Радіус основи конуса:
5
�� = = = 2,5 м.
2
6. Об’єм днища:
�� ∙ ℎ1 3,14 ∙ 0,7
�� = ( ��2
дн + ��·�� + ��2) = ( 2,52 + 2,5·0,2 + 0,22) = 4,95 м3
3 3
де �� – радіус усіченої вершини конуса, по конструктивних міркуванням �� = 0,2 м.
7. Висота кришки:
ℎ2 = 0,1 · 0,1 · 5 = 0,5 м.
8. Об’єм конічної кришки:
�� ∙ ℎ2 3,14 ∙ 0,5
�� 2 2 2 2
дн = ( �� + ��·�� + �� ) = ( 2,5 + 2,5·0,2 + 0,2 ) = 3,55 м3.
3 3
9. Об’єм циліндричної частини бродильного апарату:
��д = ��а − (��дн + ��кр) = 216 − (4,95 + 3,55) = 207,5 м3
10. Висота циліндричної частини апарату:
��ц 207,5
��ц = = = 10,5 м.
��ц 0,785 ∙ 52
де ��ц – площа перетину циліндрової частини.
11. Загальна висота апарату:
�� = 0, +10,5 + 0,5 = 11,7 м
3.1.2 Розрахунок обичайки бродильного апарату на механічну міцність
1. Висота шару рідини (бродячої маси) бродильного апарату:
��ж = ��3 · ��ц + ℎ1 = 0,9 · 10,5 + 0,75 = 10,2 м.
2. Розрахунковий тиск:
��р = 0,001��м · ��ж = 0,001 · 1,076 · 1020 = 1,1 кгс/см2 (0,108 МПа).
де ��м – щільність бродячої маси, �� 3
м = 1,076 г/см ;
��ж – висота шару рідини (бродячої маси) в апараті.
3. Визначимо висоту стовпа води апарата при гідравлічному випробуванні:
��´
ж = ℎ1 + ��ц + ℎ2 = 0,7 + 10,5 + 0,5 = 11,7
4. Тиск, що створюється стовпом води:
���� = 0,1 · 11,7 = 1,17 кгс/см2 (0,115 МПа).
5. Товщину стінки найбільш напруженої нижньої царги чана визначимо по
формулі, що і для апаратів, що працюють під тиском:
�� · �� 1,17 ∙ 5000
��ц = + �� = + 3 = 5,42 мм.
230 ∙ �� ∙ �� ц
доп − �� 230 ∙ 0,9 ∙ 11,7 − 1,17
Розрахунок апарату на механічну міцність розраховуємо по більшому з набутих
значень тиску ��р і ����, тобто �� = 1,17 кгс/см2 (0,115 МПа).
Приймаємо товщину стінки виходячи з стандартної товщини сталі ��ц = 6 мм.
6. Товщина стінки конічного днища:
�� ∙ ��вн ∙ У 1,17 ∙ 5000 ∙ 8,2
��дн = + ��дн = + 3,5 = 5,8 мм,
2000 ∙ ��доп ∙ �� 2000 ∙ 11,7 ∙ 0,9
де У – фактор форми днища.
��дн – коефіцієнт для конічного днища, ��дн = 3,5 мм.
Величина фактор форми днища залежить від кута нахилу утворюючою конуса
днища до вертикалі α і відношення:
��б/��вн,
де ��б – радіус закруглення переходу відбортованого днища у вертикальну стінку;
��вн – внутрішній діаметр циліндрової частини апарату (визначається по
графіках)
7. Обчислюємо кут нахилу стінки конуса днища до вертикалі:
ℎ1 0,7
�������� = = = 0,292; �� = 73о
��1 2,4
де ℎ1 – висота днища, ℎ1 = 0,7 м;
��1 – довжина стінки днища, ��1 = 2,4 мl1=2,4 м.
8. Для невідбортованого днища приймають:
��б/��вн = 0,01
По графіку визначаємо значення У при ��б/��вн = 0,01 і �� = 73о, У = 8,2.
З міркувань забезпечення жорсткості днища приймаємо ��дн = 8 мм.
3.2 Тепловий розрахунок бродильного апарату
В період головного бродіння концентрація зрілої браги в результаті
зброджування цукру знижується протягом 1 год приблизно на 1° по цукрометру.
1. Кількість бродячої маси в чані:
р
��м = ��год ∙ ρм = 195 ∙ 1,076 = 210 т/год
2. Кількість цукру, що зброджує протягом 1 год.:
��ц = 0,01��м = 0,01 · 210 = 2,1 т/год.
3. При зброджуванні 1 кг мальтози виділяється 146,6 ккал тепла (613 кДж).
Отже, при зброджуванні 2100 кг/год вуглеводів виділення тепла:
��1 = 2100 · 146,6 = 307860 ккал/год = 358041 Вт.
4. Кількість тепла, що втрачається в період головного бродіння масою, що
бродить, за рахунок випаровування (води, спирту) і відноситься вуглекислим газом,
приймаємо орієнтовно у розмірі 10 % від загальної кількості тепла, що виділяється
при бродінні:
��2 = 0,1 · 307860 = 30786 ккал/год = 35804 Вт.
5. Втрати тепла поверхнею чана в навколишнє середовище шляхом конвекції та
випромінювання визначимо з виразу:
��3 = ��с · ��(��ст − ��п) = 9,12 · 206 · (27 − 15) = 22545 ккал/год = 26219 Вт.
де ��с – сумарний коефіцієнт тепловіддачі конвекції ��к і випромінюванням ��в,
ккал/(м · год · °С);
�� – зовнішня поверхня апарату, �� = 206;
��ст – температура зовнішньої поверхні стінки чана і навколишнього повітря,
��ст = 27 °С;
��п – температура навколишнього повітря, ��п = 15 °С.
6. З достатньою для інженерних розрахунків точністю визначимо ��с:
��с = 8,4 + 0,06∆�� = 8,4 + 0,06 · 12 = 9,12 ккал/(м2 · год · °С) (10,6 Вт/(м2 · ��))
де ∆�� – різниця температур поверхні, стінки апарату і навколишнього повітря.
7. Різниця температур поверхні, стінки апарату і навколишнього повітря:
∆�� = ��ст − ��п = 27 − 15 = 12°С.
8. Зовнішня поверхня апарату – сума поверхонь днища (усічений конус),
циліндрової частини і кришки (усічений конус):
5,01 0,41
�� = ��(�� + ��1)��1 + 2������ + ��(�� + ��1)��2 = 3,14 ( + ) 2,405 +
2 2
5,01 0,41
+2 ∙ 3,14 ∙ 2,505 ∙ 10,5 + 3,14 ( + ) 2,36 = 206 м2
2 2
де ��1 – радіус нижньої основи конусного днища або верхньої основи кришки,
��1 = 0,41 м;
��1 – довжина конуса днища;
��2 – довжина конуса кришки.
9. Довжина конуса днища:
�� 2
1 = √ℎ1 + (�� − �� 2
1) = √0,72 + (2,505 − 0,205)2 = 2,405 м.
10. Довжина конуса кришки відповідно:
�� = √ℎ2 + (�� − �� )2 = √0,52
2 2 1 + (2,505 − 0,205)2 = 2,4 м.
11. Кількість тепла, що відводиться від бродячої маси поверхнею
теплообмінника (змійовика) визначимо по формулі:
�� = ��1 − (��2 + ��3) = 307860 − (30786 + 26219) =
= 253654 ккал/год = 295001 Вт = 295 кДж/с
Кількість води ��, потрібної для відведення тепла модернізованого бродильного
апарату визначаємо по формулі, кг/с:
�� 295
�� = = = 5,87 кг/с = 21,12 т/год,
��в(��2 − ��1) 4,19 ∙ (22 − 10)
де �� – кількість тепла, що відводиться від бродячої маси поверхнею
теплообмінника (змійовика), кДж/с;
��в – теплоємність води при середній температурі, ��в = 4,19 кДж/(кг · °С);
��1 – температура води на вході в змійовик, ��1 = 10 °С;
��2 – температура води на виході, ��2 = 22 °С.
13. Середня температура:
��1 + ��2 22 + 10
����р = = = 16°С
2 2
14. Звідси об’єм води, що проходить через змійовик:
�� 21
��в = = ≈ 21 м/год,
��в 0,999
де ��в – щільність води; при �� = 16 °С, ; ��в = 0,999 т/м3.
Для змійовика, що охолоджує, приймаємо труби зовнішнім діаметром ��з =
76 мм при товщині 3 мм, діаметр витка змійовика ��з = 3,5 м.
15. Поверхня охолодження змійовика:
�� 252800
�� = = = 57,5 м2
�� ∙ ∆��ср 450 ∙ 9,8
де �� – коефіцієнт теплопередачі від бродячої маси до води, що охолоджує,
ккал/(м · год · °С);
∆��ср – середня логарифмічна різниця температур бродячої маси і охолождуючої
води °С.
Приймаємо �� = 57,5 м2.
16. Коефіцієнт теплопередачі визначаємо з виразу:
1 1
�� = = = 495 ккал/(м2 · год · °С)
1 �� 1 1 0,003 1
+ + + +
��1 λст ��2 699 50 3600
де �� – товщина стінки змійовика, �� = 0,003 м;
λ = 50 ккал/(м2
ст год °С).
17. Враховуючи забруднення поверхні змійовика в умовах експлуатації, які
погіршують умови теплообміну, для розрахунку поверхні приймаємо значення:
ккал
�� = 450 , або 523 Вт/(м2 · ��)
м2 · год · °С
18. Визначення ��1 коефіцієнта тепловіддачі від бродячої маси до стінки
змійовика, що охолоджує, скрутно, оскільки теплофізичні параметри середовища,
необхідні для розрахунку ��1 змінюються зі зміною складу бродячої маси. Крім того,
на значення ��1 більше вплив робить наявність в бродячій масі бульбашок
вуглекислого газу, розмір і кількість яких також непостійні.
Орієнтовне значення приймають рівним 600 ккал/(м2 год °С).
19. Коефіцієнт тепловіддачі від стінки змійовика до води, що охолоджує,
визначимо спочатку для прямої труби з формули:
��2 ∙ ��вн
���� = = 0,023 ∙ ����0,8����0,4
��в
20. Звідки:
λв 0,496
�� = 0,023 ����0,8����0,4 = 0,023 820000,89,10,4
2 = 3357 ккал/(м2 · год · °С)
��вн 0,07
де λв – коефіцієнт теплопровідності води, при ����р = 16° С коефіцієнт
дорівнює λв = 0,496 ккал/(м2 год °С)
��вн – внутрішній діаметр труб змійовика, ��вн = 0,07 м.
21. Критерій Рейнольдса при русі води в змійовику, який охолоджує:
��в ∙ ��вн ∙ ��в 1,52 ∙ 0,07 ∙ 999
���� = = = 82000.
��в ∙ �� 0,000128 ∙ 9,81
де ��в – щільність води; при �� = 16 °С, ; ��в = 0,999 т/м3;
��в – швидкість води в змійовику, м/с;
��в – динамічний коефіцієнт в’язкості води, ��в = 0,000128 Па/с;
�� – прискорення вільного падіння, �� = 9,81 м/с2;
��вн – внутрішній діаметр труб змійовика, ��вн = 0,07 м.
22. Швидкість води в змійовику:
��в 21
��в = = = 1,52 м/с
3600 ∙ �� 3600 ∙ 0,785 ∙ 0,072
де �� – площа перетину труби змійовика, м2;
��в – об’єм води, що проходить через змійовик.
23. Критерій Прандля за тих же умов:
3600 ∙ ��в ∙ св ∙ �� 3600 ∙ 0,000128 ∙ 1,0055 ∙ 9,81
���� = = = 9,1
λв 0,496
де св — теплоємність води; при ����р = 16 °С tср= 16°С св = 1,0055 ккал/(кг · °С).
24. До набутого значення ��2 вноситься поправка на кривизну тепло-обмінної
труби змійовика по формулі:
�� 0,07
α’ вн
2 = α2 (1 + 3,54 ) = 3357 (1 + 3,54 ) =
Dзм 3,5
= 3 600 ккал/(м2 · год · °С) або 4180 Вт/(м2 К)
25. Визначимо середню логарифмічну різницю температур:
∆��б − ∆��м (27 − 10) − (27 − 22)
∆�� = = = 9,8 °С
∆�� (27 − 10)
2,3���� б
∆�� 2,3����
м (27 − 22)
26. Довжина труби змійовика:
�� 57,5
�� = = = 250 м,
�� ∙ ��ср 3,14 ∙ 0,073
де ��ср – середній діаметр труби змійовика; приймаємо ��ср = 0,073 м.
27. Довжину одного витка змійовика визначимо по формулі:
�� 57,5
�� = = = 250 м.
�� ∙ ��ср 3,14 ∙ 0,073
де �� – Поверхня охолодження змійовика, �� = 57,5 м2.
28. Число витків в змійовику:
�� 250
�� = = = 22,5
�� 11,1
29. Загальна висота змійовика:
��зм = ��ℎзм = 22,5 ∙ 0,35 = 7,9 м.
30. Отже, при зброджуванні 2100 кг/год вуглеводів виділення тепла
модернізованого бродильного апарата:
��1м = 2100 · 146,6 = 307860 ккал/год (356000 Вт).
31. Кількість тепла, що втрачається в період головного бродіння бродячою
масою за рахунок випаровування, (води, спирту) і що відноситься вуглекислим газом,
приймаємо орієнтування у розмірі 10% від загальної кількості тепла, що виділяється
при бродінні:
��2м = 0,1 · 307860 = 30600 ккал/год (35600 Вт).
32. Втрати тепла поверхнею чана в навколишнє середовище шляхом конвекції
та випромінювання визначимо з виразу:
��3м = ��с · ��(��ст − ��п) = 9,12 · 206 · (27 − 15) = 33489 ккал/год (39268 Вт)
де ��с – сумарний коефіцієнт тепловіддачі конвекції ��к і випромінюванням ��в,
ккал/(м · год · °С);
�� – зовнішня поверхня апарату, �� = 206;
��ст – температура зовнішньої поверхні стінки чана і навколишнього повітря,
��ст = 27 °С;
��п – температура навколишнього повітря, ��п = 15 °С.
33. Кількість тепла, що відводиться від бродячої маси поверхнею
теплообмінника (змійовика) визначимо по формулі:
��м = ��1м − (��2м + ��3м) = 306000 − (30600 + 33489) =
= 241911 ккал/год (283000 Вт)
34. Визначимо кількість води ��м, потрібної для відведення тепла:
��м 241911
��м = = = 20 т/год
��в(��2 − ��1) ∙ 1000 1,0055 ∙ (22 − 10) ∙ 1000
де ��в – теплоємність води при середній температурі;
��1 – температура води на вході в змійовик, ��1 = 10 °С;
��2 – температура води на виході, ��2 = 22 °С.
35. Середня температура:
��1 + ��2 22 + 10
����р = = = 16 °С.
2 2
36. Кількість тепла необхідну на охолодження маси, що зброджується,
модернізованого апарату, зменшується:
∆�� = �� − ��м = 252800 − 241918 = 10889 ккал/год (11000 Вт).
37. Кількість води, яка заощаджується при модернізації бродильного апарату:
∆�� = �� − ��м = 21 − 20 = 1 т/год.
Висновок до розділу 3
В розділі проведено технологічний та тепловий розрахунок бродильного
апарату.
РОЗДІЛ 4
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ
КОРПУСУ ПІДШИПНИКА
4.1 Формулювання службового призначення деталі
Корпус підшипника служить для забезпечення точності відносного
розташування двох радіальних підшипників 320 ГОСТ 8338–75з валом як у
статичному стані, так і в процесі експлуатації машини. Основна конструкторська база
– основа деталі, яка регламентується розміром 470 ± 0,18, допоміжні конструкторські
бази – два отвори під підшипники діаметром Ø215H8(+0,011).
4.2 Вибір та обґрунтування матеріалу деталі
Матеріалом корпусу підшипника вибрана якісна конструкційна вуглецева сталь
45 ГОСТ 1050-89.
Вміст вуглецю 0,15 %. Заготовка – кільце діаметром Ø 932х100 мм з листової
гарячекатаної сталі товщиною 160 мм по ДСТУ 8540-2015 вирізане газокисневим
різаком.
Деталь «Корпус підшипника» призначена для базування таких деталей, як
радіальні підшипники кочення, тобто є відповідальною. Так як деталь, згідно
службового призначення, сприймає динамічні навантаження, має не складну форму і
типові поверхні, матеріал та тип заготовки деталі обраний правильно.
Як матеріал замінник використовуємо сталь 50 ГОСТ 1050-89, яка має дещо
кращі механічні властивості.
Хімічний склад сталі 45 та сталі 50 наведено в таблиці2.1.
Таблиця 4.1 – Хімічний склад матеріалу деталі і матеріалу-замінника
Вуглець Кремній Марганець Не більше
Матеріал (С), % (Si), % (Mn), % Мідь Нікель Сірка Фосфор Хром
(Сu), % (Ni), % (S), % (P), % (Cr), %
Сталь 45 0,42-0,5 0,17-0,32 0,5-0,8 0,25 0,25 0,04 0,035 0,25
Сталь 50 0,47-0,55 0,17-0,32 0,5-0,8 0,30 0,4 0,04 0,035 0,25
Механічні властивості сталі 45 та сталі 50 наведено в таблицях 2.2 і 2.3.
Таблиця 4.2 – Механічні властивості матеріалу Сталь 45 ГОСТ 1050-88
KCU,
Термообробка, стан поставки σ0.2, МПа σВ, МПа δ5, % ψ, % HB
Дж/м2
Нормалізація 860-880 °С.
355 600 16 40 29 ---
Відпуск 600-630 °С
Таблиця 4.3 – Механічні властивості матеріалу Сталь 50 ГОСТ 1050-88
Термообробка, стан поставки σ0.2, МПа σВ, МПа δ5, % ψ, %
Нормалізація 860-880 °С.
375 630 14 40
Відпуск 600-630 °С
Марки сталі 45 і сталі 45 важко піддаються зварюванні. Для досягнення якісних
зварних з’єднань потрібні додаткові операції: підігрів до + 200-300°С при зварюванні,
а також термообробка сталі 45 після зварювання, тобто її відпал.
Умовні позначення в таблицях:
σ0.2 – опір текучості;
σВ – тимчасовий опір розриву;
δ5 – відносне здовження;
ψ – відносне звуження.
Для зняття внутрішніх напруг і стабілізації розмірів після ливарної операції
необхідно провести повне відпалювання.
4.3 Аналіз технологічності конструкції деталі
Визначимо кількість поверхонь, які відповідають певному квалітету та
занесемо в таблицю 2.4.
Таблиця 4.4 – Визначення кількості поверхонь даного квалітету
Квалітет 8 9 10 12 14
Кількість розмірів 2 2 4 8 8
До основних параметрів технологічності належать:
- коефіцієнт точності;
- коефіцієнт шорсткості;
- коефіцієнт використання матеріалу.
Коефіцієнт точності визначається за формулою:
1 1
���� = 1 − = 1 − = 0,915,
��ср 11,75
де ��ср – середній квалітет точності поверхонь деталей.
Середній квалітет точності поверхонь деталей визначається за формулою:
∑��
��=1(���� · ��) 8 · 2 + 9 · 2 + 10 · 4 + 12 · 8 + 14 · 8
��ср = = = 11,75.
�� 24
Таблиця 4.5 – Визначення кількості поверхонь даної шорсткості
Шорсткість Ra 4,0 Ra 6,3 Ra 12,5
Кількість поверхонь 2 13 19
Коефіцієнт шорсткості визначається за формулою:
1 1
��ш = = = 0,104 мкм
Бсер 9,63
де Бсер – середнє значення шорсткості поверхонь даної деталі.
Середнє значення шорсткості поверхонь даної деталі визначається за
формулою:
∑��
��=1(Б�� · ��) 4,0 · 2 + 6,3 · 13 + 12,5 · 19
Бсер = = = 9,63 мкм.
�� 34
Коефіцієнт використання матеріалу:
��д 222
��вм = = = 0,88,
��з 252
де ��д – маса деталі, ��д = 222 кг;
��з – маса заготовки, ��з = 252 кг.
Виходячи з значень ��ср = 0,915; Бсер = 11,75 мкм; ��вм = 0,88 – деталь
технологічна.
4.4 Вибір методів і кількості ступенів обробки поверхонь (МОП)
Розробляємо маршрутну схему поетапної механічної обробки поверхонь деталі.
Ескіз деталі з номерами поверхонь показано на рис. 4.1. Результати представлені у
вигляді таблиці 4.6.
Рисунок 2.1 – Ескіз деталі з номерами поверхонь
Визначення числа ступенів обробки на основі розрахунків загального
уточнення:
��
��з ��з ��1
= = + = 1 · 2 · … · �� = ∑ �� , (3.1)
��д ��1 ��2
��=1
де – загальне уточнення;
�� – окремі ступені уточнення;
�� – число ступенів обробки;
��з – допуски параметрів, що розглядаються відповідно до заготовки деталі;
��д – допуски параметрів, що розглядаються відповідно до заготовки деталі і-го
ступеня.
Таблиця 4.6 – Маршрутна схема поетапної механічної обробки поверхонь
Номери поверхонь
Етапи обробки Квалітети
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
17
Заготівельний 16
етап 15
14
13
Чорнова
12
обробка
11
Напівчистова 10
обробка 9
Чистова 8
обробка 7
Тонка обробка 6
Для першого ступеня чистової обробки досяжними є величина уточнення < 6;
для проміжних ступенів напівчистової обробки = 3 – 6; для ступенів чорнової
обробки з допусками точності IT5…IT7 < 3.
Поверхня 1 і 2, розмір Ø 470±0,18 і Ø 930±0,18, допуск на розмір заготовки ��з =
3,6 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 3,6
р = = = 10.
��д 0,36
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log р log 10
�� = = ≈ 2.
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Підрізати торець начорно (IT12) ��1 = 0,9 мм;
Підрізати торець напівчисто (IT9) ��2 = 0,23 мм.
��з 3,6
1 = = = 4.
��1 0,9
��1 0,9
2 = = = 3,9.
��2 0,23
1 · 1 = 4 · 3,9 = 15,7 ≥ р = 10
Фрезерувати торець начорно (IT12) ��1 = 0,9 мм;
Фрезерувати торець напівчисто (IT9) ��2 = 0,23 мм.
��з 3,6
1 = = = 4.
��1 0,9
��1 0,9
2 = = = 3,9.
��2 0,23
1 · 1 = 4 · 3,9 = 15,7 ≥ р = 10.
Поверхня 3 та 4, розмір Ø 215H8+0,11, допуск на розмір заготовки ��з = 2,8 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 2,8
р = = = 25,45.
��д 0,11
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log р log 25,45
�� = = ≈ 3.
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Розточити поверхню начорно (IT12) ��1 = 0,7 мм;
Розточити поверхню напівчисто (IT9) ��2 = 0,28 мм;
Розточити поверхню начисто (IT8) ��3 = 0,11 мм.
��з 2,8
1 = = = 4.
��1 0,7
��1 0,7
2 = = = 2,5.
��2 0,28
��1 0,28
2 = = = 2,55.
��2 0,11
1 · 1 · 3 = 4 · 2,5 · 2,55 = 25,5 ≥ р = 25,45.
Поверхня 5, розмір Ø 215H14+1,75, допуск на розмір заготовки Тз=2,8 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 2,8
р = = = 1,6.
��д 1,75
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log р log 1,6
�� = = ≈ 1.
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Розточити поверхню начорно (IT12) ��1 = 0,7 мм.
��з 2,8
1 = = = 4.
��1 0,7
1 = 4 ≥ р = 1,6.
Поверхня 6, розмір Ø 930Н14+3,1, допуск на розмір заготовки ��з = 5,0 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 5
р = = = 1,6.
��д 3,1
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log р log 1,6
�� = = ≈ 1.
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Розточити поверхню начорно (IT12) ��1 = 0,7 мм.
��з 2,8
1 = = = 4.
��1 0,7
1 = 4 ≥ р = 1,6.
Поверхня 7, розмір Ø 18H12+0,35, допуск на розмір заготовки ��з = 1,4 ммм.
Визначмо розрахункове уточнення за формулою:
��з 1,4
р = = = 4.
��д 0,35
Число ступенів обробки розраховуємо за формулою:
log р log 4
�� = = ≈ 1.
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Свердлити отвір начорно (IT12) ��1 = 0,35 мм.
��з 1,4
1 = = = 4.
��1 0,35
1 = 4 ≥ р = 4
Поверхня 8, розмір Ø 12H12+0,35, допуск на розмір заготовки ��з = 1,4 мм.
Визначмо розрахункове уточнення за формулою:
��з 1,4
р = = = 4.
��д 0,35
Число ступенів обробки розраховуємо за формулою:
log р log 4
�� = = ≈ 1.
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Свердлити отвір начорно (IT12) ��1 = 0,35 мм.
��з 1,4
1 = = = 4.
��1 0,35
1 = 4 ≥ р = 4
Поверхня 9, розмір Ø 255H10+0,32, допуск на розмір заготовки ��з = 3,2 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 3,2
р = = = 10.
��д 0,32
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log р 10
�� = = ≈ 2.
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Розточити поверхню начорно (IT12) ��1 = 0,8 мм;
Розточити поверхню напівчисто (IT9) ��2 = 0,2 мм.
��з 3,2
1 = = = 4.
��1 0,8
��1 0,8
2 = = = 4.
��2 0,2
1 · 2 = 4 · 4 = 16 ≥ р = 10.
Поверхня 10; розмір Ø 120H10+0,23, допуск на розмір заготовки ��з = 2,3 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 2,3
р = = = 10.
��д 0,23
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log р 10
�� = = ≈ 2.
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Розточити поверхню начорно (IT12) ��1 = 0,57 мм;
Розточити поверхню напівчисто (IT9) ��2 = 0,14 мм.
��з 2,3
1 = = = 5,24.
��1 0,57
��1 0,57
2 = = = 4,1.
��2 0,14
1 · 1 = 5,24 · 4,1 = 21,5 ≥ р = 10.
Поверхня 11; розмір Ø 185Н14+1,55, допуск на розмір заготовки ��з = 2,5 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 2,5
р = = = 1,6.
��д 1,55
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log р log 1,6
�� = = ≈ 1.
0,46 0,46
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
Варіанти МОП:
Розточити поверхню начорно (IT12) ��1 = 0,63 мм.
��з 3,2
1 = = = 4.
��1 0,8
1 = 4 = 4 ≥ р = 1.
Всі вище розраховані дані заносимо до таблиці 4.7.
Таблиця 4.7 – Варіанти методів обробки поверхонь
Розмір Варіанти методів обробки поверхонь
Допуск Допуск
Поверхні,
№ заготовки деталі
квалітет 1 2
ТЗ , мм ТД ,мм
точності
Фрезерувати
Ø 470±0,18 3,6 0,9 Підрізати начорно 4 начорно 4
1, 2
Ø 930±0,18 3,6 0,23 Підрізати напівчисто 3,9 Фрезерувати
напівчисто 3,9
Розточити
4
начорно
0,7 Розточити начорно 4
Розточити
3, 4 Ø 215H8+0,11 2,8 0,28 Розточити напівчисто 2,5 2,5
напівчисто
0,11 Розточити начисто 2,55
Шліфувати
5
начисто
5 Ø 215Н14+1,75 2,8 1,75 Розточити начорно 4 – –
6 Ø 930Н14+3,1 5,0 0,7 Точити начорно 4 – –
Розточити
7 Ø 18H12+0,35 1,4 0,35 Свердлити отвір 4 4
отвір начорно
Розточити
Свердлити отвір
8 М12×1 1,4 0,35 4 отвір начорно 4
Нарізати різьбу
Нарізати різьбу
Розточити
0,8 Розточити начорно 4 начорно 4
9 Ø 255H10+0,32 3,2
0,2 Розточити напівчисто 4 Шліфувати
напівчисто 4
Розточити
0,57 Розточити начорно 5,24 начорно 4
10 Ø 120H10+0,23 2,3
0,14 Розточити напівчисто 4,1 Шліфувати
напівчисто 4
11 Ø 185Н14+1,55 2,5 0,63 Розточити начорно 4 – –
4.5 Вибір варіантів маршрутів обробки деталей
Таблиця 4.8 – Маршрут обробки деталі перший варіант
Продовження таблиці 4.8
4.6 Розробка етапів технологічного процесу виготовлення деталі
Нормування в машинобудуванні – це встановлення технічно обґрунтованих
норм часу нормування технологічних процесів здійснюють для кожної операції.
Норма часу, незалежно від типу верстата і методу обробки, визначається за
формулою:
��шт = ��о + ��д + ��тех + ��орг + ��п (4.2)
де ��шт – штучний час на виконання, однієї операції, хв.;
��о – основний (технологічний) час, хв.;
��д – допоміжний час, хв.;
��тех – час технічного обслуговування робочого місця, хв.;
��орг – час організаційного обслуговування робочого місця, хв.;
��п – час перерв у роботі, хв.
Час технічного обслуговування робочого місця розраховується за формулою:
��тех = 0,06 · (��о + ��д) (4.3).
Час організаційного обслуговування робочого місця розраховується за
формулою:
��орг = 0,08 · (��о + ��д) (4.4).
Час перерв у роботі розраховується за формулою:
��п = 0,025 · (��о + ��д) (4.5).
Також при нормуванні операції визначають норму калькуляційного часу для
однієї деталі:
��п.з
��шт.к = ��шт + (4.6),
��
де ��п.з – підготовчо-заключний час, що встановлюється за нормами, хв;
�� – кількість деталей в партії, шт.
Основний (технологічний) час розраховується за формулою:
��
��о = (4.7)
���� · ��
де �� – довжина обробки.
Висновки до розділу 4
В розділі показано розробку технологічного процесу виготовлення деталі.
Для розробки вибрана деталь корпус підшипника. Корпус підшипника служить
для забезпечення точності відносного розташування двох радіальних підшипників.
В розділі показано:
- формування службового призначення деталі;
- вибір та обґрунтування матеріалу деталі:
- аналіз технологічності конструкції деталі;
- вибір методів і кількості ступенів обробки поверхонь (МОП);
- вибір варіантів маршрутів обробки деталі (МОД);
- розробка етапів технологічного процесу виготовлення деталі.
Корпус підшипника може зношуватися в місцях посадки підшипників кочення.
В процесі роботи підшипники несуть великі навантаження, тому в місті посадки
підшипники можуть провернутися і зробити зазор вище допустимого.
Корпус підшипника потребує заміни і тому розробка технологічного процесу
виготовлення деталі є актуальною, так як її виготовлення потрібно виконувати в
ремонтно-механічних цехах (РМЦ) спиртового заводу.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
З часу проголошення незалежності, Україна, як суверенна держава, почала
самостійно формувати власну економічну політику, визначальні основи напрямку
якої базуються на принципі свободи підприємництва, демократії та відкритості для
інтеграції у світове економічне товариство. Перед Україною стоять невідкладні
завдання впровадження комплексних заходів, спрямованих на забезпечення переходу
від адміністративної системи управління до саморегульованої ринкової економіки.
Одне з основних місць в економіці України посідає харчова промисловість,
продукція якої має найбільший попит на споживчому ринку.
В процесі виконання випускної магістерської кваліфікаційної роботи виявлено
наступне: для збільшення продуктивності та зменшення енерговитрат, необхідно
встановити на зовнішній стороні обичайки корпусу ребра жорсткості. Таке
нововведення дає можливість збільшити теплообмін між збродженою речовиною та
навколишнім середовищем, за рахунок чого зменшиться подача кількості
охолоджувальної рідини, а також збільшиться жорсткість та зменшиться
металоємність обичайки корпусу.
Розрахунково-пояснювальна записка складатися з чотирьох розділів:
- Аналітичного розділу;
- Науково-дослідної роботи;
- Розрахунку бродильного апарата;
- Розробка технологічного процесу виготовлення корпусу підшипника
В модернізованому варіанті було запропоновано механізувати процес миття
апарату. Механізоване миття апарату водою і розчинами антисептиків відбувається за
допомогою мийного апарату;
Також в магістерській кваліфікаційній роботі виконана графічна робота.
Графічна робота складається з трьох креслень формату А1 та дев’яти плакатів
формату А1.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ДОДАТКИ