СИНТЕЗ И АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ВАРОЧНОМ ОТДЕЛЕНИИ

В соответствии с теорией систем технология приготовления пива как система тепло-массообменных процессов должна иметь [1-3]:

-    цели функционирования, которые достигаются решением проблемной ситуации методами системного анализа и синтеза с последующим моделированием, реализацией и корректировкой полученных результатов;

-    управление, т.е. процесс упорядочения системы, приведение ее в соответствие с целями и задачами в условиях воздействия случайных факторов;

-     определенную структуру, которая может распадаться на ряд подсистем с целевым  назначением, вытекающим из общей цели функционирования системы;

-   непрерывное изменение состояния элементов системы без изменения ее структуры.

Тепловые процессы в варочном отделении (ТПВО) - это «тонкий процесс» играющий ключевую роль на качество готового продукта (например, пива, кваса). Поэтому  пивовары за долгие годы совершенствуют и оттачивают технологию получения различных сортов пива. Однако, последовательность тепловых процессов при приготовлении пива за годы не изменилось и технологические процессы в них протекают одни и те же. Изменились, лишь, технологические новации и степень автоматизации варочного оборудования, относительно специфики пивоваренных предприятий. Поэтому в данной статье авторы считают целесообразным рассмотрение и разработку топологической структуры тепловых процессов варочного отделения пивоваренного производства.

Применение методологии системного подхода при исследовании и проектировании в варочном отделении позволило представить общую схему исследований ТПВО в виде блок-схемы (рис.2).

В соответствии с целями исследований поставлены следующие задачи математического моделирования на основе выбранной топологической структуры ТПВО (Рисунок 1):

1)   разработать операторную модель топологической структуры тепловых процессов в варочном отделении:

К тепловым процессам в варочном отделении три основах этапа: затирание, фильтрование и варка пивного сусла (кипячение). Операторная модель топологической структуры тепловых процессов в варочном отделении имеет вид (Рисунок 1):

А – подсистема кипячения сусла (I – оператор кипячения сусла, II – оператор поддержания температуры кипения на заданном режиме, III – оператор сложный процесс (комплекс физических, химических тепло- и массообменных процессов)),

B – подсистема фильтрования раствора экстрактивных веществ затора от нерастворимой ее части (I – оператор отделения первого сусла, II – оператор выщелачивания дробины),

C – подсистема затирания помола (I – оператор смешивания засыпи помола и воды согласно рецептуре, II – оператор перемешивания раствора, III – операторы нагревания, поддержания температуры согласно рецептурных пауз, IV – оператор отделения и отварок, V – оператор соединения отварок, VI – оператор нагревания и отстаивания затора).

2)   разработать пакет прикладных программ комплексного анализа ТПВО с применением ЭВМ;

3)   провести анализ и выбрать оптимальный вариант процессов ТПВО путем определения технологических и конструкционных параметров элементов технологического оборудования линии;

4)     разработать программно-логический алгоритм управления ТПВО с возможностью регулирования и стабилизации технологических параметров в условиях воздействия случайных возмущений.

При математическом моделировании процессов ТПВО отдано предпочтение фено-менологическому подходу в связи с преимуществом в простоте исходных соотношений, возможности использования экспериментальных данных, а, следовательно, возможности контроля практикой.

Современное оборудование варочного отделения проектируют и изготавливают, как правило, индивидуально для каждого завода. Предприятий малой мощности обычно выбирают комбинированные многофункциональные заторно-фильтрациониые аппараты, в которых последовательно осуществляют затирание, фильтрование затора и соответственно кипячение затора. Поэтому синтез и анализ структуры тепловых процессов в варочном отделении является первоочередной задачей при проектировании и модернизации технологического оборудования пивоваренной отрасли. Следовательно, построение моделей, требующих значительно меньших вычислительных средств для своей реализации с целью оптимального выбора минимальным требования, предъявляемые к современному варочному отделению пивоваренной промышленности, имеют первостепенный характер.

И операторная модель тепловых процессов в варочном отделении имеет ряд классических закономерностей:

-   площадь поверхности нагрева аппарата должна обеспечить заданную скорость нагрева затора или сусла;

-      перемешивающее устройство должно обеспечить однородность показателей массы продукта при минимально возможной интенсивности механических и гидродинамических воздействий, вызывающих напряжения сдвига;

-   в аппарате должна быть обеспечена минимизация контакта массы продукта с воздухом;

-   и т.д.

Данные исследования помогут пивоварам и конструкторам структурировать требования, предъявляемые для проектирования и эксплуатации варочного отделения в пивоваренной промышленности.

 

Список литературы

1.     Кафаров В.В. и др. Системный анализ процессов химической технологии: Энтропийный и вариационный методы неравновесной термодинамики в задачах химической технологии. - М.: Наука, 1988. - 366 с.

2.     Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств (теория технологического потока). – М.: Колос, 1993. – 288 с.

3.     Остапчук Н.В. Основы математического моделирования процессов пищевых производств. –К.: Выща шк., 1991. – 367 с.

4.     Шевцов, А.А. Синтез и анализ структуры замкнутой сушильной системы для зерна и развитие модельных представлений ее элементов Текст. /А. А. Шевцов, И. О. Павлов, А. В. Евдокимов // Вестник ВГТА- 2003. № 8. -С. 31-35.

5.     Кунце В. Технология солода и пива: пер. с нем. [Текст] / В. Кунце. // Г. Миг – СПб., Изд-во «Профессия», 2003. – 912 с., ил.

6.     Алексеев, Е. Л. Моделирование и оптимизация технологических процессов в пищевой промышленности [Текст] / Е. Л. Алексеев, В.Ф. Пахомов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 272 с.

7.     Федоренко Б. Н. Инженерия пивоваренного солода. [Текст] / Б. Н. Федоренко - М.: Из-во Профессия. 2004.- 248с.

8.     Рязанов А.Н. Анализ процессов гидродинамики в аппаратах для приготовления сусла. [Текст] / А.Н. Рязанов, Ю.Н. Смолко, С.В. Шахов, В.В. Шитов - Вологда, сборник: Наука сегодня 2014. С. 63-66.