Воздушное циркуляционное охлаждение

⇐ ПредыдущаяСтр 162 из 169Следующая ⇒

По соображениям гигиены и из-за недостатка площади в бродильном отделении не стремятся к тому, чтобы охлаждающие батареи проходили непосредственно в помещении бродильного отделения, по возможности их размещают в холодильной камере, расположенной рядом (рис. 10.23).

Сухой холодный воздух нагнетается вентилятором в бродильное отделение и снова отсасывается из него. Мощность вентилятора рассчитывают таким образом, чтобы перегонять объем имеющегося в бродильном отделении воздуха 4-6 раз в час. При этом во избежание ревматических заболеваний персонала скорость воздуха должна быть ниже 0, 5 м/с. Потребление холода при воздушном циркуляционном охлаждении несколько выше, чем при косвенном охлаждении, так как приводная мощность вентилятора преобразуется в теплоту. В охлаждающих батареях используются гладкие, а также оребренные трубы. У охлаждающих батарей с оребренными трубами площадь поверхности искусственно увеличена, за счет чего обеспечивается большая поверхность их соприкосновения с воздухом помещения.

Следствием увеличения площади поверхности является существенное уменьшение длины охлаждающей батареи из оребренных труб по сравнению с аналогичными батареями с гладкими трубами (последние достигают иногда длины 200 м).

Косвенное охлаждение и воздушное циркуляционное охлаждение используются в настоящее время лишь в небольших бродильных отделениях и мини-пивзаводах при пивных барах.

Современные холодильные установки

Современные холодильные установки конструируются в виде централизованных аммиачных холодильных агрегатов, к которым подключены все потребители холода пивоваренного предприятия, включая установку рекуперации СО₂(рис. 10.24)

Так как в настоящее время из экономических соображений почти повсеместно работают с разными температурами испарения, современные холодильные установки, как правило, имеют несколько испарителей.

Сжиженный аммиак находится в сборнике аммиака и направляется либо в охладитель пивоваренной воды (чтобы благодаря испарению аммиака довести охлаждающую воду до температуры 1-2°С для стадии глубокого охлаждения в охладителе сусла), либо в аммиачный сепаратор. Отсюда жидкий аммиак с температурой около -6°С направляется в охлаждающие трубы ЦКТ и там испаряется. Если ЦКТ имеет косвенное охлаждение, то аммиак испаряется в испарителе и при этом охлаждает гликоль, который затем прокачивается по трубам охлаждения. В обоих случаях перегретый аммиачный пар (выделен красным цветом) возвращается в сепаратор NH₃. Отсюда компрессор засасывает аммиачные пары и сжимает их до давления в 11-12 бар.

В результате компрессии аммиак нагревается

· в винтовых компрессорах - до 70-90°С,

· в поршневых компрессорах - до 90-110°С.

Для равномерной загрузки компрессоры включаются и выключаются автоматически.

В подключенных затем конденсаторах (на рис. 10.24 показаны три двойных испарительных конденсатора) испаряющаяся вода охлаждает горячий парообразный аммиак, и он снова сжижается (обозначен черным цветом), таким образом, после достижения температуры 25°С его можно снова направить в сборник NH₃ и использовать для следующего цикла.

На рисунке не приведены другие потребители, в которых аммиак испаряется и тем самым отбирает тепло из окружающей атмосферы. К ним, например, относятся:

· трубы охлаждения ЦКТ;

· проточный кожухотрубный охладитель для глубокого охлаждения пива;

· кожухотрубный холодильный агрегат для охлаждения пивоваренной воды;

· кожухотрубный пропиленгликолевый холодильный агрегат для охлаждения дрожжевых танков и форфасов;

· охладитель ледяной воды.

В современные холодильные установки включена также система сжижения СО₂(см. раздел 4.4.8). Для этих целей жидкостной аммиачный насос нагнетает жидкий и охлажденный аммиак в конденсатор аммиака холодильной установки. В целях безопасности каскадная холодильная установка работает в отдельном от основной холодильной установки аммиачном контуре, она снабжена собственным компрессором (на рис. не показан), а также конденсатором СО₂, работающим в качестве испарителя.

Охлаждение жидкостей

Существует необходимость охлаждения сусла или пива в потоке в различных точках. В первую очередь это касается

· охлаждения горячего охмеленного сусла до исходной температуры начала брожения;

· охлаждения пива после главного брожения;

· глубокого охлаждения пива перед фильтрованием и т. д.

Охлаждение производится при помощи

· пластинчатого охладителя (с уплотнением) для системы косвенного охлаждения или

· кожухотрубного (сварного) охладителя для системы прямого охлаждения.

Если имеется скважинная вода с температурой 12°С, то с помощью пластинчатого охладителя можно понизить температуру горячего сусла примерно па 3 градуса выше указанной температуры, то есть до 15°С. Охлаждение ниже этой температуры невозможно, так как скважинная вода холоднее обычно не бывает, да и для теплопередачи необходима небольшая разность температур. Если необходимо охлаждение до исходной температуры начального сусла около 8°С, то потребуется использование охлажденной воды (не выше 4-5°С). Однако для охлаждения скважинной воды с температурой 12°С до 4-5°С потребуется электрическая энергия.

Для такого охлаждения существуют две принципиальные возможности, а именно:

· одноступенчатое или

· двухступенчатое охлаждение.

Одноступенчатое охлаждение (рис. 10.25, а)

Горячее сусло поступает с температурой около 95°С и охлаждается противотоком холодной воды с температурой 4°С до температуры начала брожения 8°С. При этом охлаждающая вода нагревается до 80° С и ее можно в дальнейшем использовать как горячую воду. За счет увеличения размеров пластинчатого охладителя температуру горячей воды можно повысить до 94-95°С и накапливать ее в емкости-энергонакопителе, тем самым аккумулируя энергию для последующего использования в системе рекуперации энергии (см. раздел 3.4.2.6.3).

Поэтому для реализации одноступенчатого охлаждения сначала нужно охладить весь объем холодной воды с 12 до 4°С. Исходя из этого, холодопропзводителыюсть составит

(12°С - 4°С) • общий объем холодной воды • удельную теплоемкость

Расход энергии при этом довольно высокий.

Двухступенчатое охлаждение (рис. 10.25, b)

В данном случае горячее сусло охлаждается в первой, более крупной секции скважинной водой с температурой 12°С. Для этого не требуется особых энергозатрат, так как вода с такой температурой имеется в наличии, однако здесь требуется больше охлаждающей воды, чем в одноступенчатом охлаждении.

В примыкающей меньшей секции глубокого охлаждения предварительно охлажденное сусло охлаждается холодной водой с температурой 4°С и доводится до температуры начала брожения 8°С.

Преимущество двухступенчатого охлаждения состоит в том, что затраты холода требуются лишь для выработки намного меньшего количества охлажденной воды с температурой 4°С.

Поэтому необходимая для этого холодопроизводительность требуется только па второй ступени охлаждения.

При этом необходимая холодопроизводительность двухступенчатого охладителя тем меньше, чем ниже температура на реверсивной плите (6).

Преимущество использования двухступенчатого охлаждения вытекает из того, что для получения температуры скважинной воды не требуется никаких затрат холода, так как имеющийся потенциал воды из скважины не исчерпаем. Хотя в обоих случаях у сусла отбирается одинаковое количество тепла, для работы двухступенчатого охладителя требуется меньшая холодопроизводительность, чем для одноступенчатого.

Иногда для второй ступени применяют также кожухотрубные охладители с непосредственным испарением аммиака.

В связи с небольшим расходом воды на многих пивоваренных предприятиях используются одноступенчатые охладители, хотя, с другой стороны, для охлаждения пивоваренной воды становится необходимым дополнительный теплообменник и накопитель ледяной воды. К этому добавляются регулировка температуры, насосы, а также соответствующая арматура.

В одноступенчатых охладителях требуется меньше охлаждающей воды, но больше холода, в двухступенчатых же охладителях необходимо меньше холода, но зато больше охлаждающей воды.

Решение о выборе того или иного варианта следует принимать с учетом всех учитываемых критериев и, прежде всего, стоимости воды и производства холода.

Рекомендации по повышению экономичности эксплуатации холодильной установки

Выработка холода

Так как холодильная установка является, бесспорно, наиболее крупным потребителем электроэнергии, то необходимо постоянно помнить об экономичности ее эксплуатации.

Для этого необходимо, чтобы компрессор в зависимости от расхода холода производил сжатие на однажды установленном уровне. Это осуществляется за счет системы управления (регулирование постоянного давления), благодаря чему путем отключения отдельных участков конденсатора постоянно поддерживается расчетное давление при низких температурах окружающего воздуха или при малом расходе холода.

В настоящее время в пивоварении предпочтение отдается централизованным холодильным установкам с непосредственным испарением аммиака. Так как со стороны всасывания компрессора требуются различные температуры испарения, используют регуляторы давления на всасывании, поддерживающие давление на самом низком уровне. Таким образом, компрессоры постоянно работают при самом низком давлении всасывания и самом высоком давлении конденсации.

Приводная мощность понижается

· на 2, 5% с каждым градусом понижения температуры конденсации,

· на 3% с каждым градусом повышения температуры испарения.

В результате действия различных температур и загрузки холодильной установки постоянно происходит изменение условий ее работы, которые, однако, поддаются измерению и сопоставлению между собой. Из этого вытекает возможность программируемой с помощью компьютера оптимизации работы холодильной установки, что в настоящее время находит применение на многих пивоваренных предприятиях. Так как холодильная установка является крупнейшим потребителем электроэнергии, то инвестиции в мероприятия по ее экономии окупаются довольно быстро.

При рассмотрении процесса кипячения сусла было показано, что воздух, попавший в пар, существенно снижает мощность систем кипячения, аналогичный эффект возникает и в том случае, если воздух попадает в холодильную установку.

Даже незначительное содержание воздуха в аммиаке вызывает значительное повышение давления конденсации понижает КПД холодильной установки.

Распределение холода

Во время работы в охлаждаемых помещениях необходимо учитывать следующее.

Двери и окна в теплое время года следует держать закрытыми. Зимой можно использовать низкую внешнюю температуру и открывать двери охлаждаемых помещений. Двери и окна необходимо очень хорошо герметизировать. Рекомендуется ежедневно на несколько часов прерывать охлаждение помещения для оттаивания охлаждающих труб и удаления ледяной шубы. Накопление холода протекает лучше при большом объеме рассола в охлаждающих батареях, причем в гладких охлаждающих батареях содержится больший объем рассола, чем в оребренных. Так как пространство между ребрами оребренных охлаждающих батарей зачастую полностью промерзает, их эффективность существенно снижается, и поэтому в помещениях с низкой температурой, например, в отделениях дображивания, применяются, как правило, гладкие охлаждающие батареи. Использование оребренных охлаждающих батарей ограничивается бродильным отделением, помещениями линий для розлива и т. д. Благодаря максимально полной загрузке подвала можно достигнуть экономии охлаждаемых площадей. В незагруженных продуктом помещениях охлаждение не включают.

Электроборудование

Благодаря своей доступности электроэнергия является идеальным энергоносителем и повсеместно применяется на пивоваренных предприятиях (если нет более дешевых энергоносителей).

Получение электроэнергии

Электрический ток вырабатывается в основном на электростанциях. При этом в 1992 году в Германии было произведено электроэнергии:

29, 6%	на атомных электростанциях;
28, 9%	на станциях, работающих на необогащенном буром угле;
26, 6%	на станциях, работающих на каменном угле;
6, %	на станциях, работающих на природном газе;
3, 9%	на гидроэлектростанциях;
2, 2%	на электростанциях, работающих на мазуте;
2, 8%	за счет использования иных источников теплоты (например, сжигание мусора).

Наиболее «экологически чистыми» являются гидро- и ветряные электростанции, однако их доля в выработке электроэнергии в ФРГ крайне незначительна вследствие географического положения страны.

На всех электростанциях электрический ток вырабатывается с помощью генераторов тока, в которых механическая энергия (вращательного движения) преобразуется в электрическую.

Генератор состоит из неподвижного статора и вращающегося вокруг него якоря (ротора) с катушками. Благодаря вращению якоря в статоре индуцируется напряжение, которое имеет форму синусоиды. Для выработки тока используются генераторы с тремя катушками, смещенными относительно друг друга на 120°. Благодаря этому в каждой катушке вырабатывается ток, поля напряжений которого постоянно пересекаются, такой ток называется трехфазным.

Как правило, электроэнергия от электростанции доставляется по линиям электропередачи. Так как для передачи вырабатываемой генераторами электроэнергии напряжением 10-20 кВ требуются очень толстые провода, характеризующиеся большими потерями в линии, то на электростанциях напряжение повышается при помощи трансформаторов до 60-380 кВ, и в такой форме электроэнергия передается на большие расстояния по линиям электропередачи. Для электроснабжения городов напряжение понижается на силовых трансформаторных подстанциях до среднего значения 10 кВ, после чего ток передается преимущественно по подземным кабельным линиям.

В такой форме электрический ток поступает на пивоваренные предприятия через один или несколько трансформаторов, которые запитываются напряжением 10 или 20 кВ, их пониженное выходное напряжение составляет 380 В. В других странах зачастую используется другое напряжение - например, используется трехфазный ток напряжением 660 В.

Это напряжение можно снимать в виде трехфазного тока или же только с одной фазы в форме переменного тока напряжением 220 В.

Энергосбытовые организации начисляют пивоваренному предприятию расход за активную энергию в кВт • ч, реактивная энергия должна быть оплачена, начиная с 50% активной мощности. Поэтому любое предприятие заинтересовано в компенсации неизбежно возникающих реактивных токов. Для понимания этого обстоятельства сначала необходимо рассмотреть коэффициент мощности cos φ.

10.4.2. Коэффициент мощности cos φ

Два переменных тока равны по фазе, если в один и тот же момент времени нулевые и предельные значения их синусоиды совпадают между собой. Если эти моменты наступают не одновременно, то токи «смещены по фазе».

Величина фазового сдвига указывается в угловых градусах, в действительности же угол сдвига фаз φ показывает время, на которое ток опережает напряжение.

Между силой и напряжением одного и того же переменного тока также может возникнуть фазовый сдвиг. Такая ситуация всегда имеет место при индуктивной нагрузке, то есть когда ток протекает через электромагнитную катушку, как это происходит в двигателях переменного тока (рис. 10.26).

Кривые на рисунке отображают одинаковый переменный ток при разной величине индуктивной нагрузки:

1. Первая кривая показывает ток без нагрузки, когда сила тока и напряжения совпадают по фазе. Штрих-пунктирная линия отражает кривую мощности данного тока, которая является произведением напряжения на силу тока, средняя активная мощность (n) является делящей пополам осью, проходящей через эту кривую.

2. Вторая кривая показывает ток при индуктивной нагрузке. В результате фазового сдвига мгновенная мощность в точках кривой, где сила тока и напряжение имеют различный знак, будет отрицательной. Кривая мощности, а следовательно, и средняя активная мощность падают и все больше приближаются к временной оси.

3. Третья кривая обозначает ток при чисто индуктивной нагрузке (φ = 90°). Сила тока и напряжение половину периода имеют разные знаки, и средняя активная мощность совпадает с осью времени, то есть среднее значение мощности равно нулю.

Положительные значения кривой мощности (то есть значения, расположенные над временной осью) представляют собой мощность, которая снимается потребителем с генератора. Отрицательные значения (то есть области, заштрихованные под временной осью) соответствуют нагрузке, которую потребитель возвращает на генератор. В случае чистой индуктивной нагрузки (φ = 90°) количество энергии колеблется между генератором и потребителем в ту или иную сторону, при этом полезная мощность не отдается.

⇐ Предыдущая 157 158 159 160 161162163 164 165 166 Следующая ⇒