Сусловарочные аппараты в пивоваренном производстве

Содержание

Введение

1. Классификация сусловарочного оборудования
2. Сусловарочные аппараты
1. Основные характеристики сусловарочных аппаратов и требования, предъявляемые к ним
2. Сусловарочный аппарат второй половины ХХ в.
3. Современные сусловарочные аппараты с внешним нагревателем
4. Современные сусловарочные аппараты с внутренним нагревателем
1. Сусловарочный аппарат с внутренним нагревателем
2. Особенности и проблемы функционирования традиционных сусловарочных аппаратов с внутренним нагревателем
3. Сусловарочный аппарат системы Ecoterm
4. Сусловарочный аппарат системы Stromboli
3. Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Технологический процесс производства пива состоит из следующих основных операций: приёма, хранения, очистки и дробления солода, приготовления пивного сусла, получения чистой культуры дрожжей, сбраживания пивного сусла, осветления и розлива пива в бутылки, бочки, автотермоцистерны. В свою очередь, получение пивного сусла состоит из процессов приготовления затора, кипячения сусла с хмелем, осветления и охлаждения сусла.

Кипячение сусла с хмелем является неотъемлемым и очень важным технологическим процессом. При этом происходит экстрагирование и превращение горьких и ароматических веществ хмеля ( охмеление сусла), осаждение (коагуляция) высокомолекулярных белков, инактивация ферментов, стерилизация сусла, образование редуцирующих веществ, испарение части воды, которые влияют на качество пива. Поэтому важно правильно и разумно проводить данный процесс, так как от этого зависит конечный выход продукта, экономика и конкурентоспособность предприятия в целом.

Для варки пивного сусла с хмелем и выпаривания части воды для получения сусла определенной плотности предназначены сусловарочные аппараты. По конструкции эти аппараты представляют собой сварной цилиндрический резервуар с паровой рубашкой, сферическим днищем и крышкой, обеспечивающей интенсивную круговую циркуляцию кипящего сусла. В аппаратах открытого типа открытого типа ВСЦ-1А и ВСК-5 (на 1000 и 5000 кг затора) интенсивность испарения составляет 5…6% в час при длительности кипячения сусла 1,5…2 ч. При кипячении сусла под давлением 0,03…0,05 МПа в котлах ВСЦ-1,5 и ВСК-3 (на 1500 и 3000 кг затора) достигается более полная коагуляция белков, повышаются биологическая стойкость пива и коэффициент теплопередачи.

Интенсивная циркуляция сусла обеспечивается работой мешалки и неравномерностью нагрева у стенок и в середине котла. Так как сусло возле стенок нагревается сильнее за счет большей поверхности теплопередачи, чем в середине, то возле стенок образуются пузырьки пара, вытесняемые более плотной и холодной жидкостью из середины котла. Таким образом обеспечивается непрерывное перемешивание сусла.

Для обогрева сусловарочных аппаратов, работающих под давлением, можно использовать вторичный пар, что снижает общий расход греющего пара. Наиболее простой способ использования вторичного пара - выпарка с термокомпрессией.[1][2]

 

 

1. Классификация сусловарочного оборудования

Применяемые в настоящее время сусловарочные аппараты можно классифицировать по следующим морфологическим признакам:

• по функциональному назначению;
• по геометрической форме основных конструкционных элементов (корпуса, крышки и днища);
• по способу кипячения;
• по способу нагрева и виду теплового агента;
• по типу нагревательного устройства;
• по виду конструкционного материала;
• по степени герметизации;
• по организации подачи в аппарат сусла;
• по организации подачи в аппарат хмелепродуктов;
• по способу установки;
• по способу мойки и дезинфекции;
• по организации управления и др.[3]

По функциональному назначению сусловарочные аппараты различают на собственно-сусловарочные, заторно-сусловарочные и сусловарочно-гидроциклонные. Заторно-

сусловарочные аппараты предназначены исключительно для двухаппаратных варочных

установок, применяемых на мини-пивзаводах. Сусловарочно-гидроциклонные аппараты представляют собой комбинированный тип оборудования, в котором осуществляют не только кипячение, но и осветление сусла.

Корпус сусловарочных аппаратов чаще всего имеет цилиндрическую форму. Сусловарочные аппараты с призматическим корпусом (как и аналогичные заторные) сегодня практически не производят из-за образования в углах плохо перемешиваемых

(«мертвых») зон. У традиционных  сусловарочных аппаратов крышки  обычно эллиптические, в то время  как в современных конструкциях  предпочтение повсеместно отдают  коническим крышкам с углом  наклона поверхности конуса 25°.

Гораздо разнообразнее формы днищ сусловарочных аппаратов, которые

могут быть сферическими, эллиптическими, коническими, призматическими, вогнутыми внутрь и др.

Рисунок 1. Типичные формы сусловарочных аппаратов:

а- сферические; б- эллиптические; в- вогнутое внутрь; г- коническое; д- призматическое

При использовании нагревательных рубашек форма днища может способствовать циркуляции жидкости, улучшая теплопередачу. Например, у днища с большой кривизной нагрев осуществляется неравномерно в различных частях аппарата. Столб жидкости у стенки аппарата имеет меньшую высоту (h1 < h2), но при этом большую площадь поверхности нагрева (f1 > f2) по сравнению со столбом жидкости того же диаметра в центральной части аппарата. Вследствие этого парообразование у стенки аппарата будет протекать более интенсивно, чем в центре аппарата. Жидкость у периферии будет содержать больше пузырьков пара и, следовательно, иметь меньшую плотность. Она будет вытесняться вверх более тяжелой жидкостью, находящейся в центральной части аппарата. Над поверхностью сусла пар переходит в паровоздушное пространство, плотность жидкости увеличивается, и она начинает перемещаться вниз в центральной части аппарата. Таким образом, происходит циркуляция сусла в аппарате с нагревательной рубашкой.

Традиционно в сусловарочных аппаратах осуществляют преимущественно объемный способ кипячения. В настоящее время наряду с ним применяют прогрессивное кипячение сусла в тонкой пленке.

В сусловарочных аппаратах нагрев и кипячение сусла осуществляют с помощью рубашки, внутреннего или наружного теплообменников, а также с применением тонкопленочного испарителя.

 Помимо них ранее применяли сусловарочные аппараты с комбинированной системой теплообмена — с рубашкой и внутренним теплообменником, а иногда и с механическим перемешивающим устройством. В настоящее время такие аппараты на вновь построенных или реконструированных предприятиях не применяют.[3]

 

Рисунок 2. Принципиальное устройство основных типов сусловарочных аппаратов:

а — с нагревательной рубашкой; б — с внутренним теплообменником;

в — с выносным теплообменником

 

В последние годы появились принципиально новые сусловарочные аппараты с более эффективным и экономичным внутренним нагревом сусла, а также сусловарочные установки с испарителем тонкопленочного типа, организация, строение и функционирование которых будут рассмотрены подробно в следующих разделах.

Первые поколения сусловарочных аппаратов характеризовались прямым нагревом — под их днищем размещали топку и сжигали топливо (дрова, уголь, газ или мазут).

Принципиально возможно обогревать сусловарочный аппарат перегретой водой, которая, будучи под давлением, может иметь достаточно высокую температуру, например 160–170°С.

В современных сусловарочных системах в качестве греющего агента применяют преимущественно водяной пар, который обладает большей подвижностью и лучшей

теплоотдачей от пара к стенке по сравнению с перегретой водой, вследствие чего требуются меньшие затраты энергии и меньшие диаметры трубопроводов. Однако паровой способ нагрева требует применения системы сбора и возврата конденсата.

Внесение хмелепродуктов в сусловарочные аппараты предыдущих поколений осуществляли вручную через люк. В современные сусловарочные аппараты хмелепродукты вносят автоматически через сборники-дозаторы.

 

2. Сусловарочные аппараты

Сусловарочные аппараты предназначены для тепловой обработки и охмеления сусла в целях обеспечения его химической и микробиологической стабилизации и придания ему специфических органолептических свойств.

 

 

 

1. Основные характеристики сусловарочных аппаратов и требования,

предъявляемые к ним

Ниже приведены основные характеристики сусловарочных аппаратов, которыми

обычно руководствуются при их проектировании:

 

Удельная вместимость*, гл/100 кг засыпи и т. д. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Коэффициент заполнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,7

Отношение высоты обечайки и внутреннего диаметра аппарата Н : D . . . . . . 1 : (1,5–2,0)

Диаметр вытяжной трубы, м . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (0,1–0,15)D

Типичное давление греющего пара, МПа . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,25–0,3

Кратность циркуляции сусла через выносной нагреватель, ч–1 . . . . . . . . .. . . . . . . . . 7–8

Скорость потока сусла в трубах выносного нагревателя, м/с . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,5–3,0

Удельная поверхность теплообмена при использовании выносного нагревателя,

м2/100 гл охмеленного сусла . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10–11

* Для ориентировочных  расчетов.

 

При конструировании современных сусловарочных аппаратов необходимо предусмотреть обеспечение технических и организационных мер по инженерному совершенствованию процесса. К таким мерам, в частности, относят:

• сокращение до минимально возможного значения продолжительности кипячения сусла при условии обеспечения его качественных показателей;
• снижение термической нагрузки на сусло благодаря минимизации градиента температур в сусловарочном аппарате;
• предотвращение образования накипи на греющих поверхностях сусловарочного аппарата;
• исключение возврата в сусло образующегося конденсата вторичного пара;
• минимизацию касательных напряжений в сусле, приводящих к неблагоприятным механическим воздействиям на его компоненты вследствие явлений сдвига.[3]

 

2. Сусловарочный аппарат второй половины ХХ в.

На рисунке 3 показан традиционный сусловарочный аппарат конструкции 70–80 гг. прошлого века, которые до недавнего времени были достаточно широко распространены на пивоваренных предприятиях. Аппарат представляет собой сварной стальной цилиндрический корпус 9 со сферическими днищем и крышкой 4. На днище расположена паровая рубашка 22, в которой предусмотрены штуцеры для подвода пара, отвода воздуха и конденсата. Помимо паровой рубашки нагрев сусла в аппарате осуществляют с помощью перколятора — кожухотрубчатого теплообменника-нагревателя 13, размещенного внутри аппарата.

Рисунок 3. Сусловарочный аппарат второй половины ХХ в.

 

В нижней части аппарат оснащен разгрузочным устройством 21 для слива сусла из аппарата. Управляют этим устройством с помощью маховичка 10, смонтированного на стойке 11, находящейся на площадке 12, и маховичка 14, закрепленного на оси 16. Поворот любого из маховичков осуществляется посредством конической передачи 15.

Для улучшения тепло- и массообмена аппарат оснащен якорной мешалкой 23, которая приводится в движение от электродвигателя 18 и червячного редуктора 19, смонтированных на фундаменте 17. Внутри аппарата по его периметру закреплен на крышке трубчатый ороситель 8, предназначенный для гашения водой пены, образующейся на поверхности кипящего сусла, и ополаскивания аппарата по окончании процесса.

Сферическая крышка 4 оснащена вытяжной трубой 2 с поворотной заслонкой 1 для регулирования тяги при удалении вторичного пара. С помощью кольцевого сборника 3 и трубки 30 удаляется образующийся в вытяжной трубе конденсат вторичного пара. К крышке приварены патрубки для подачи сусла, поступающего на кипячение, и воды к оросителю, а также указатель 6 уровня сусла, находящийся в трубке 7. На сферической крышке расположены два раздвижных люка 20, предназначенных для обслуживания аппарата. Для освещения его внутри имеется рефлектор 5 с электролампой низкого напряжения. Температуру сусла контролируют дистанционным термометром сопротивления 29 типа ТС100. Подачу пара в рубашку и отвод воздуха из нее регулируют с помощью маховичка 27, расположенного на вертикальной стойке 26 на площадке.

Манометром 28 контролируют давление пара. На входном паропроводе перед аппаратом установлены предохранительный 25 и редукционный 24 клапаны. Сусловарочный аппарат после заполнения суслом и подачи хмеля герметично закрывают и в паровую рубашку пускают греющий пар. Вначале при открытом воздушном вентиле из рубашки паром вытесняют воздух, после чего вентиль перекрывают. Как только сусло закипит и давление пара достигнет 0,03 МПа, перекрывают паровой вентиль, оставляя в нем небольшую проходную щель для поддержания постоянной температуры кипения (примерно 105 °С). При этих условиях сусло выдерживают 1,0–1,5 ч, после чего прекращают подачу пара и постепенно открывают дроссельную заслонку в вытяжной трубе аппарата. Давление в нем начинает падать, а пивное сусло — интенсивно кипеть. Кипячение сусла под давлением наряду с сокращением продолжительности процесса и экономией пара способствует более полному выпадению белков, вследствие чего улучшается осветление пива и ускоряется его фильтрация, полнее используются экстрактивные и ароматические вещества хмеля.