Компрессорные установки для сжатого воздуха
На многих участках пивоваренного производства необходим сжатый воздух, который должен удовлетворять самым разным требованиям. Так, на некоторых участках необходимо особо высокое давление и большие массы воздуха, в то время как на других участках требуется сжатый воздух без масляных привесей и свободный от микроорганизмов - вредителей пивовареного производства.
Для снабжения подобных потребителей воздуха необходима компрессорная установка. Так как воздух должен выполнять различные задачи, то сжатый воздух, обеспечение которым стараются по возможности организовать в виде сети сжатого воздуха, обычно подразделяют на:
· технологический или стерильный воздух;
· рабочий воздух, например, для подъемных механизмов разливочного автомата;
· управляющий воздух, используемый для приведения в действие клапанов.
Самые высокие требования к компрессорной установке предъявляет стерильный, свободный от масла технологический воздух. Даже следы масла при попадании в пиво разрушают пену. Единственный очаг заражения вредными микроорганизмами может поставить под сомнение надежность обеспечения качества пива. Контакт технологического воздуха с пивом допускается лишь:
· для интенсивной аэрации сусла;
· для аэрации дрожжей после их съема;
· для опорожнения танков (при соблюдении определенных условий).
Известно, что любые иные контакты воздуха с пивом недопустимы из-за возможного нарушения стойкости вкуса и аромата.
В использовании рабочего воздуха или воздуха управления клапанами существует несколько задач, например:
· рабочий воздух для пневмотранспортировки. Несмотря на высокие энергетические затраты, широкое распространение получило применение сжатого воздуха для удален ия взвесей и подачи солода. К качеству этого воздуха не предъявляют особых требований;
· рабочий воздух для пневмоприводов, например, для приведения в действие захватывающих механизмов установок розлива в бутылки и кеги, а также для другой арматуры.
Сжатый воздух или СО2 под давлением требуются на следующих участках пивоваренного производства (см. табл.).
Потребность в расходуемом воздухе составляет, в зависимости от вида используемого оборудования от 4 до 10 м3 на 1 гл товарного пива, причем от этого количества расходуется:
· от 50 до 60% - в цехе бутылочного розлива;
· от 5 до 10% - в цехе розлива в бочки;
· от 7 до 10% - в системах управления;
· остальное - в лагерном и варочном цехах.
Компрессорная установка состоит из:
· воздушного фильтра, очищающего всасываемый воздух от микроорганизмов;
· компрессора, сжимающего всасываемый воздух до необходимого давления;
· охладителя, охлаждающего нагретый в процессе компрессии воздух;
· сушильного аппарата, осушающего охлажденный воздух;
· ресивера, служащего в качестве буферной емкости;
· разветвленной сети трубопроводов.
Последовательность размещения агрегатов может варьироваться.
Вопреки распространенному в настоящее время мнению о необходимости наличия отдельной установки для каждой ступени давления, последние результаты научных исследований показали возможность экономии от 22 до 23% потребляемой электроэнергии, если вместо этого установить централизованную компрессорную станцию со ступенью давления в 4 бара и получать необходимое повышение давления при помощи небольших локальных дополнительных компрессоров.
Сжатый воздух для транспортировки дробины должен вырабатываться отдельным компрессором, рассчитанным на необходимую высоту подъема. Этот воздух не требует сушки.
Для возможной продувки ЦКТ и емкостей под давлением при эвакуации СО2 может быть использована воздуходувка высокого давления (ризб > 1 бар).
| Место применения | Сжатый воздух (треб. давление, бар изб.) | СО2 (треб. давление, бар изб.) |
| Системы управления в целом | от 2 до 4 | |
| Пневморегулирование | от 6 до 8 | |
| Пневмотранспортировка солода | < 1 | |
| Пневмоочистка воздушных фильтров | от 2 до 4 | |
| Пневмотранспортировка дробины | от 2 до 3 | |
| Аэрация сусла | ||
| Бродильный цех | от 4 до 6 | - |
| (наполнение и опорожнение бродильных танков) | около 2 | <2 |
| Разведение чистой культуры дрожжей | от 2 до 4 | |
| Участок дображивания (наполнение и опорожнение лагерных танков) | около 2 | <2 |
| Фильтрование | от 4 до 6 | >6 |
| Удаление кизельгура | от 4 до 6 | - |
| Форфасы | - | <2 |
| Мойка (классическим способом) | около 2 | - |
| Линия розлива | >6 | >4 |
Отдельные компоненты компрессорной установки требуют более подробного рассмотрения.
Компрессоры
В компрессоре происходит сжатие воздуха. При компрессии газ уменьшается в объеме, а давление повышается. За счет уменьшения объема газа неизбежно повышается температура сжатого газа:
где:
P1 - давление до компрессии;
Р2 - давление после компрессии;
V1 - объем до компрессии;
V2 - объем после компрессии;
Т1 - температура до компрессии (К);
Т2 - температура после компрессии (К);
Так как с возрастанием температуры продолжает повышаться и давление, то возникает необходимость в последующем охлаждении сжатого воздуха.
С охлаждением воздуха снижается его способность удерживать влагу, и если затем выделяется вода, то это составляет проблему. Поэтому приходится отделять имеющуюся в нем влагу путем дальнейшего охлаждения воздуха и удалять ее в сушильном аппарате.
Компрессор сжатого воздуха - важнейший узел всей компрессорной установки.
Во избежание попадания масла в сжатый воздух из системы смазки компрессора в настоящее время используют в основном воздушные компрессоры, работающие без использования масла, например:
· поршневые компрессоры;
· трехлепестковые двухроторные компрессоры;
· спиральные компрессоры;
· однозубчатые двухроторные компрессоры;
· винтовые компрессоры,
· турбокомпрессоры.
Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры производятся в настоящее время в вертикальном исполнении в виде компрессоров с сухим ходом поршня. Избыточное давление, создаваемое ими па выходе, составляет для:
· одноступенчатой конструкции - до 7 бар;
· двухступенчатой конструкции - от 10 до 12 бар.
Для условий пивоваренного производства приемлемы только компрессоры одноступенчатой конструкции.
Компрессор с сухим ходом поршня (рис. 10.45) состоит из привода (1), который приводится в действие через клиноременную передачу от мощного электродвигателя. При помощи сбалансированного коленчатого вала, шатуна и крестовины вращательное движение коленчатого вата преобразуется в возвратно-поступательное движение. Благодаря циркуляции смазочного масла осуществляется смазка всего механизма коленчатого вала. Шток поршня герметизирован газовым сальником. Конечно, самой важной деталью является поршень, который за счет возвратно-поступательного движения вдоль цилиндра сжимает газ.
Так как при компрессии образуется тепло, его необходимо отводить. Это происходит с помощью водяного или воздушного охлаждения.
Поступление воздуха и отведение сжатого воздуха осуществляется автоматическими клапанами на всасывающей и напорной сторонах. Этот процесс сопровождается сильным шумом и поэтому его пытаются уменьшить за счет предварительного подключения к всасывающему каналу глушителя.
Поршневые компрессоры в настоящее время все еще остаются самым экономичным оборудованием для выработки сжатого воздуха.
Спиральные компрессоры
Принцип работы спирального компрессора (рис. 10.46) заключается в том, что воздух сжимается с помощью неподвижной спирали и спирали, совершающей круговое движение по эксцентрической траектории. Всасываемый воздух попадает в камеру всасывания по внешней стороне спирали. После всасывания воздуха вращающаяся спираль перекрывает впускное отверстие, и затем воздух вытесняется во все более сужающееся пространство, покидая спираль через выпускное отверстие. В результате вырабатывается поток сжатого воздуха без пульсаций.
Спиральные компрессоры работают практически бесшумно и выпускаются в расчете па малую мощность (до 3,7 кВт).