Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Аппаратурно-технологическая схема производства пива

1.1 Характеристика комплексов оборудования

2. Сусловарочные котлы

2.1 Сусловарочный аппарат второй половины ХХ в.

2.2 Сусловарочный аппарат с внутренним нагревателем

2.3 Сусловарочный аппарат системы Stromboli

2.4 Котлы отапливаемые мазутом или газом

2.5 Котлы, обогреваемые паром

2.6 Виды кипятильников сусловарочных аппаратов

2.6.1 Трубчатый кипятильник в «стакане»

2.6.2 Трубчатый кипятильник в котле

2.6.3 «Звездообразный кипятильник»

2.6.4 Внешний кипятильник

2.7 Заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат (тип 1)

2.8 Заторно-сусловарочный-фильтрационный аппарат (тип 2)

2.9 Заторно-сусловарочный-фильтрационный аппарат (тип 3)

Заключение

Литература



Введение

производство пиво технологический сусловарочный

Пиво представляет собой игристый, освежающий напиток с характерным хмелевым ароматом и приятным горьковатым вкусом, насыщенный углекислым газом (диоксидом углерода), образовавшемся в процессе брожения. Оно не только утоляет жажду, но и повышает общий тонус организма человека, способствует лучшему обмену веществ.

Важнейшим началом для развития промышленного пивоварения стало изобретение паровой и холодильной машин. К концу 19 века примерно треть заводов была оснащена паровыми машинами, а затем некоторые из них стали пользоваться электричеством.

В настоящее время на многих предприятиях устанавливается современное высокопроизводительное оборудование. Особое внимание уделяется совершенствованию сусловарочного оборудования.

При приготовлении пива протекает многие физико-химические, биохимические и другие процессы, обуславливающие качественное и вкусовые показатели готового продукта. Управление этими процессами и получение напитка высокого качества требует от рабочих знания технологии и оборудования, передовых приемов работы, высокой ответственности за порученное дело. Объемы производства янтарного напитка в России возросли за последние пять лет, большей частью благодаря привлечению иностранных инвестиций, модернизации оборудования, маркетинговой политике.

Цель реферата: Изучить технологическую линию производства пива с детальным рассмотрением сусловарочного оборудования.

Основными задачами реферата является:

1. Ознакомиться с литературой о пивоварении

2. Изучить технологическую линию производства пива

3. Изучить конструкцию, принцип работы сусловарочного оборудования.

1. Аппаратурно-технологическая схема производства пива

Технологический процесс изготовления классического пива, а также производства безалкогольного пива (за исключением некоторых моментов, связанных с отделением спиртов) состоит из следующих стадий:

- соложение

- варка

- брожение

- осветление

- созревание

- фильтрация

- осветление

- пастеризация

- розлив

1.1 Характеристика комплексов оборудования

Начальные стадии технологического процесса выполняются при помощи комплексов оборудования для измельчения солода и приготовления пивного сусла (варочные агрегаты, заторные и сусловарочные аппараты, фильтрационные аппараты и фильтр-прессы, гидроциклонные и хмелеотборные аппараты).

Следующим идет комплекс оборудования линии для охлаждения и осветления пивного сусла, состоящий из холодильных компрессионных установок, теплообменньгх аппаратов и пластинчатых теплообменников, отстойных аппаратов и сепараторов.

Ведущий комплекс оборудования линии предназначен для брожения (дображивания) пива и состоит из бродильных аппаратов и танков, установок для непрерывного брожения и дображивания.

Завершающим является комплекс оборудования линии для осветления пива, включающий фильтр-прессы, диатомитовые установки, фильтры и сепараторы для осветления пива, а также упаковочное оборудование [1].

Машинно-аппаратурная схема линии производства пива представлена на рис. 1.

1 - вальцевая дробилка; 2 - весы; 3 - бункер; 4 - магнитоуловитель; 5,6 - заторный аппарат; 7 - фильтрационный аппарат; 8 - варочный аппарат; 9 - хмелеотделитель; 10 - сборник; 11 - сепаратор; 12 - пластинчатый теплообменник; 13 - бродильный чан; 14 - чан с дрожжами; 15 - танк; 16 - сепаратор-осветлитель; 17 - фильтр; 18 - теплообменник; 19 - карбонизатор; 20 - танк.

Рисунок 1 Аппаратурно-технологическая схема производства пива



2. Сусловарочные котлы

Для приготовления 12%-ного сусла вместимость сусловарочных котлов рассчитывается исходя из соотношения 9 гл/100 кг солодовой засыпи. В простых варочных цехах котлы служат как для нагревания и кипячения частей затора, так и для кипячения сусла. Конструкция нагревательных поверхностей в этих котлах должна быть такой, чтобы затор (1,0 гл/100 кг засыпи) можно было кипятить без «пригорания» твердых частиц затора, точно так же, как и все сусло, которое может составлять 7,3 - 7,5 гл/100 кг засыпи. Котлы, рассчитанные на использование их на пределе возможных для них температур, ставят под вопрос необходимую эффективность кипячения, в этом случае возникает также опасность того, что сусло будет перекипячено.

Материал котлов сталь, медь или нержавеющая сталь. Последняя может применяться для плакирования стальных листов. При паровом и водяном нагреве теплопроводность меди существенно лучше, чем стали, однако, применяется она значительно реже в связи с более сильным разрушением при автоматизированной (химической) чистке котлов и возможным нежелательным влиянием ионов Си² на качество сусла и пива. Однако, большая часть меди, переходящей в раствор, вновь выделяется вместе с осадком взвесей сусла, так, что не следует опасаться отрицательного влияния ионов меди на дрожжи [2].

Недостатком стальных листов является их предрасположенность к коррозии. Она в меньшей степени проявляется на нагревательных поверхностях, защищенных накипью и отложениями, появляющимися из веществ сусла (в т. ч. фосфатами), и в большей степени - на поверхностях кожухов и вытяжных труб. Поэтому часто на «железных» котлах данные элементы выполнены из меди.

Поверхность днища котлов может быть круглой, квадратной или прямоугольной. Стенки котлов, изготовленные из стальных листов, обычно плоские, у котлов из меди чаще выпуклые.

Отношение высоты слоя жидкости к диаметру составляет у котлов с обогревом с помощью пламени 1:2 для того, чтобы обеспечивалось сильное движение жидкости изнутри наружу, но чтобы образующиеся при этом фонтаны, при достижении края котла, не переливались через край. Необходимо, чтобы отношение поверхности нагрева к объему котла было оптимальным, что обеспечивало бы необходимое испарение. На практике было также установлено, что более глубокие котлы обуславливают более значительное повышение цветности сусла при длительном кипячении. Эти явления характерны также для старых, глубоких котлов с паровым обогревом. Лишь после возвращения к указанным выше «классическим» соотношениям и к восстановлению, тем самым, «замкнутых контуров кипения» были вновь достигнуты благоприятные результаты, получаемые при использовании прежних обогреваемых огнем котлов. Если современные котлы часто имеют соотношение высоты к диаметру равное 1:1, то, все же, большую роль для обеспечения интенсивности кипения и протекающих при этом процессов играет высота слоя жидкости над приподнятым обогреваемым днищем или внутренним кипятильником [2, 3].

Нагрев котлов осуществляют, как уже упоминалось ранее, с помощью газа или тепла, излучаемого пламенем при горении угля или мазута, либо с помощью пара или горячей воды. Могут встретиться также котлы, которые обогреваются с помощью электроподогрева.

Котлы старой конструкции с огневым обогревом обмуровываются. Топливо сжигается на рассчитанных соответствующим образом колосниковых решетках. Излучаемое тепло действует на среднюю слегка вогнутую часть днища котла. Горячие газы отводятся по системе (отключаемых) дымоходов вокруг стенок котла и затем через дополнительно подключаемые нагревательные поверхности (эконономайзер, подогреватель) в «боров», т.е. горизонтальный дымоход. Упомянутые дымоходы не должны располагаться слишком высоко, особенно, у заторных котлов, чтобы исключить пригорание затора или перегрев боковых стенок в случае недостаточного заполнения котла. В этом классическом котле с огневым обогревом максимальная температура возникает в центре днища котла; здесь же из-за его вогнутости высота сусла наименьшая, а поэтому имеет место интенсивное перемешивание кипящей жидкости изнутри наружу [3].

2.1 Сусловарочный аппарат второй половины ХХ в.

На рис. 2 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 с0 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 2 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 ТС-100. Подачу кара 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.

По окончании варки открывают воздушный вентиль с целы о предохранения полости нагревательной рубашки от вакуумирования [3].

2.2 Сусловарочный аппарат с внутренним нагревателем

Современный сусловарочный аппарат (рис. 3) с внутренним нагревателем представляет собой емкость круглого сечения, установленную на опорах 15. К цилиндрическому корпусу 1 аппарата приварены крышка 8 и днище 14, в нижней части которого размещено углубление - сливная чаша 16. Все части аппарата, соприкасающиеся с затором, выполнены из нержавеющей стали.

Соотношение высоты и диаметра цилиндрической части корпуса составляет примерно 1:(1,5-2,0). Коэффициент заполнения сусловарочного аппарата -0,7.

Крышка аппарата имеет коническую форму с углом у основания 25°. К ней присоединяют вертикальную вытяжную трубу 6, диаметр которой составляет примерно 0,10-0,15 от диаметра аппарата. В месте примыкания вытяжной трубы к крышке расположен кольцеобразный желоб 5 для сбора конденсата вторичного пара, выводимого наружу по конденсатопроводу 4.

На крышке размещают люк 3 диаметром 600 мм, систему внутренней подсветки и световую сигнализацию (на рисунке не показаны). Крышка люка оснащена системой электроблокировки и встроенным смотровым окном.

В аппарате - под люком на внутренней стенке корпуса - размещена лестница 2 из нержавеющей стали для периодического обслуживания внутренних устройств аппарата.

Цилиндрическую часть корпуса и днище теплоизолируют. Поверх теплоизоляции 13 накладывают декоративную облицовку из тонколистовой нержавеющей стали, которую приваривают к верхней кромке конической крышки, выступающей на толщину изоляции. На уровне перекрытия к облицовке изоляции приваривают декоративное кольцо 11.

Наружную поверхность крышки и декоративной облицовки над площадкой обслуживания подвергают стеклобисерной струйной обработке или полированию.

Внутри аппарата и диффузора размещены шаровые моющие головки 9 системы безразборной автоматизированной мойки, через которые нагнетаются моющие растворы под давлением 0,25 МПа.

Внутри аппарата размещают нагреватель 12, который представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В межтрубное пространство теплообменника подают греющий пар при избыточном давлении до 0,3 МПа, а в открытых с обеих сторон трубах [4].



1 - корпус; 2 - лестница; 3 - люк; 4 - конденсатопровод; 5 - желоб кольцевой; 6 - вытяжная труба; 7 - колпак отбойный; 8 - крышка; 9 - моющая головка; 10 - конический диффузор; 11 - кольцо декоративное; 12^-- теплообменник (перколятвр); 13 - теплоизоляция; 14 - днище; 15- опора; 16 - чаша сливная циркулирует сусло.

Рисунок 3 Сусловарочный аппарат с внутренним нагревателем

Теплообменник зафиксирован в аппарате на трех трубчатых опорах, которые одновременно являются трубопроводами для подвода в межтрубное пространство греющего пара и отвода из него конденсата. Труба для подвода пара возвращается внутри трубного пространства над нижней трубной решеткой, а трубы для отвода конденсата выполнены с ней заподлицо.

Непосредственно к верхней трубной решетке теплообменника по ее периметру примыкает конический диффузор 10, сужающий поток сусла, выходящего из труб теплообменника. Благодаря сужению возрастает скорость потока и соответственно снижается давление струи, выходящей из диффузора.

Над коническим диффузором закреплен отражатель 7, препятствующий выбросу сусла в верхнюю часть аппарата и распределяющий в верхней его части поток сусла, выводимого из теплообменника в процессе его циркуляции, обусловленной разностью температур сусла в трубах.

В некоторых современных сусловарочных аппаратах для увеличения площади поверхности испарения сусла отражатели изготавливают в виде двойного отбойного колпака (как в конструкции фирмы Steinecker - рис. 4) или двухфазного экрана (как в конструкции фирмы Нирртапп, рис. 5) [4].

Рисунок 4 К объяснению принципа функционирования двойного отбойного клапана внутреннего теплообменника сусловарочного аппарата конструкции фирмы Steinecker

Благодаря выверенному конструктивному устройству выходного диффузора перколятора и точному согласованию углов обоих рассекателей двойного отбойного колпака обеспечивается пересечение обоих рассекаемых потоков сусла на внешней трети поперечного сечения аппарата, что дает большую площадь поверхности испарения сусла, вследствие чего происходит улучшение испарения свободного ДМС (рис. 4).

При более низкой температуре греющего пара (около 134 °С) поток сусла рассекается прежде всего нижним колпаком, с помощью которого большая часть сусла меняет направление и отбрасывается к пристеночной зоне аппарата, обеспечивая при этом хорошее испарение (см. рис. 4, а). Благодаря верхнему колпаку распределяется остальная (меньшая) часть потока сусла, причем с меньшей скоростью. На этой стадии процесса кипячения осуществляется в основном испарение нежелательных ароматических соединений.

При использовании максимальной мощности нагрева (при температуре греющего пара около 145 °С), как, например, во время первой фазы кипячения, (см. рис. 4, б) кипящее сусло рассекается обоими колпаками, при этом образующийся «зонтик» от нижнего колпака с меньшим углом конической поверхности пересекается с «зонтиком» от верхнего колпака, препятствуя отбросу сусла к стенке аппарата, что могло бы привести к нежелательным воздействиям на сусло напряжений сдвига.

Таким образом, интенсификацию удаления нежелательных ароматических веществ за счет увеличения площади поверхности испарения обеспечивают простыми изящным техническим решением - применением двойного отбойного колпака.

Конструктивной особенностью двухфазного экрана фирмы Нирртапп (рис. 5) является то, что он разделен на чередующиеся сегменты, отражающие сусло в двух плоскостях, расположенных друг над другом. Благодаря соответствующей форме сегментов сусло к тому же несколько закручивается. Таким образом обеспечивают практически тот же эффект интенсификации испарения, как в вышеописанной конструкции Steinecker, но за счет применения более сложного и дорогого технического решения [4,5].



1 - конический диффузор, 2 - двухфазный экран, 3 - разгрузочные отверстия, 4 - теплообменник кожухотрубчатый

Рисунок 5 Внутренний теплообменник сусловарочного аппарата с двухфазным экраном конструкции фирмы Нирртапп

2.3 Сусловарочный аппарат системы Stromboli

При несомненных технических и технологических достоинствах сусловарочного аппарата системы Есоtеrт анализ его конструктивного устройства показывает, что, несмотря на существенное улучшение движения сусла в трубах во время его нагрева и кипячения, по сравнению с традиционным внутренним нагревателем, скорости потоков в трубах неодинаковы. В центральных трубах теплообменника, расположенных непосредственно над патрубком, по которому возвращается в сусловарочный аппарат циркулирующее сусло, скорость потока выше, в то время как в крайних трубах нагревателя скорость потока ниже. Это обстоятельство явилось еще одной предпосылкой для технического соверпiенствования конструкции сусловарочного аппарата [5].

В 2003 г. предприятие Steinecker выпустило новый сусловарочный аппарат системы Stromboli, в котором устранена неравномерность движения сусла в трубах внутреннего нагревателя и повышена технологическая эффективность его функционирования.

Система Strombоli представляет собой сусловарочный аппарат с внутренним нагревателем, в котором обеспечивается эффективное удаление ароматических веществ ниже необходимых пороговых значений и одновременно сохраняется нужное количество важных для пенообразования соединений при общем выпаривании 2-4%.

Основным конструктивным отличием сусловарочного аппарата системы Stroтboli от системы Есоtеrт является то, что труба 4, во которой циркулируемое сусло возвращают в аппарат, проходит через кожухотрубчатый нагреватель 5 вдоль его центральной оси, между греющих труб (рис. 6 ).

1 - циркуляционный насос с частотным регулятором; 2 - штуцер для отвода сусла на циркуляцию; 3 - корпус сусловарочного аппарата; 4 - центральная труба; 5 - кожухотрубчатый теплообменник-нагреватель; 6 - направляющий кожух; 7 - эжектор; 8 - нижний экран; 9 - верхний распределитель сусла; 10 - зонт для распределения сусла

Рисунок 6 Принципиальное устройство системы кипячения сусловарочного аппарата Strombоli

На верхнем конце циркуляционной трубы крепится двойной отражатель для распределения сусла, состоящий из нижнего экрана 8 и верхнего распределителя 9 сусла.

Через центральную трубу насосом 9 с частотным регулятором прокачивают сусло, которое забирают через несколько симметрично расположенных выходных щтуцеров 2, расположенных в днище аппарата. Таким образом, обеспечивают 8-кратную циркуляцию сусла через центральную трубу по отношению к объему полного набора.

В отличие от традиционных внутренних нагревателей сусло поступает не под внутреннюю поверхность верхнего зонтообразного отражателя, а распределяется непосредственно между нижней частью верхнего распределителя сусла и расположенным над ней регулируемым по высоте колпаком. Благодаря возможности регулировать величину зазора в верхнем распределителе можно воздействовать не только на площадь поверхности сусла, но и на интенсивность его циркуляции.

Непосредственно над верхней трубной решеткой нагревателя, внутри направляющего кожуха 6, расположен струйный насос (эжектор) 7, благодаря которому, вследствие создаваемого им разрежения, происходит равномерное всасывание и движение сусла через трубы нагревателя (рис. 7). Схема потоков сусла в эжекторе системы кипячения Stromboli показана на рис. 8 Кратность циркуляции сусла через нагревательные трубы теплообменника составляет 8-10 ч. Скорость сусла в эжекторе составляет около 4 м/с.

Из-за непрерывного равномерного движения в трубах нагревателя сусло предохраняется от перегрева, особенно в критической фазе нагрева, а позитивные для пенообразования белковые соединения сохраняются. Объемный поток сусла, циркулируемого через трубы нагревателя благодаря эжектору, сопоставим с объемным потоком сусла, циркулируемого с помощью наружного циркуляционного насоса.

Сочетанием внешней и внутренней циркуляции достигается очень эффективная общая циркуляция сусла в сусловарочном аппарате, исключающая образование застойных зон и неоднородность сусла в аппарате [5].

Рисунок 7 Верхняя часть теплоoбменнoго аппарата системы Stromboli в разрезе

Рисунок 8 Схема потоков сусла в эжекторе системы кипячения Stromboli

Конструктивным устройством системы Stromboli предусмотрена организация двух раздельных циркуляционных контуров сусла (рис. 9).



Рисунок 9 Циркуляция сусла в сусловарочном аппарате системы Stromboli а - при подводе тепловой энергии; 6 - без подвода тепловой энергии

В одном контуре сусло циркулирует с помощью струнного насоса через верхний распределитель сусла, а во втором - вследствие естественной термической циркуляции сусла через нижний зонтообразный отражатель.

Благодаря первому циркуляционному контуру обеспечивается преимущественное вытеснение ароматических соединений, в частности ДМС, а благодаря второму - регулирование требуемого состава белковых субстанций, например содержания коагулируемого азота. Таким образом, обеспечивается эффективное раздельное управление содержанием ДМС и коагулируемым азотом [5].

Для удаления содержащихся в сусле нежелательных ароматических соединений, помимо общего количества выпаренной влаги., большое значение имеет площадь поверхности сусла. Чем больше площадь поверхности, тем меньше требуется выпарить сусла при условии его равномерного распределения в аппарате. В сусловарочном аппарате системы Stromboli из-за хорошей общей циркуляции обеспечивается обширная площадь поверхности и одновременно хорошая гомогенизация сусла. Благодаря этому нежелательные ароматические соединения вьгтесняются из сусла, достигая концентраций ниже вкусового порогового значения без излишнего выпаривания.

Процессом кипячения сусла с хмелем можно эффективно управлять, изменяя температуру греющего пара, подачу циркуляционного насоса и продолжительность манипуляции в зависимости от стадии процесса. Так, изменением подачи количества тепла в нагреватель можно целенаправленно управлять составом белковых фракций в сусле. При этом для достижения требуемых значений отпадает необходимость в излишнем выпаривании, а вполне достаточно циркуля ни и сусла при температуре процесса.

В сусловарочном аппарате системы Stromboli, в отличие от других сусловарочных аппаратов с внутренним нагревателем, можно обеспечивать циркуляцию сусла и обширную площадь его поверхности даже без использования тепловой энергии. Эта особенность конструкции позволяет подводить к аппарату ровно столько энергии, сколько необходимо для осуществления процесса, поскольку излишняя теплота на стадии нагревании приводит к долгосрочному вскипанию и выпариванию сусла в теплообменнике. При нагревании температура в аппарате повышается равномерно без пульсаций сусла в трубах встроенного теплообменника. На стадии кипячения также подводят лишь необходимое количество теплоты [5].

2.4 Котлы отапливаемые мазутом или газом

В котлах, отапливаемых мазутом или газом, успешно применяют так называемую стальную топку, которая легче регулируется благодаря меньшему объему обмуровки. Ее коэффициент полезного действия с учетом подключаемых далее поверхностей нагрева близок к общему КПД косвенно обогреваемых установок (рис.10) [6].



Рисунок 10 Котел со стальной топкой, работающий на мазуте

2.5 Котлы, обогреваемые паром

Котлы, обогреваемые паром имеют двойное дно или каналы в форме половинок труб или профилей. Поверхности нагрева размещаются либо под днищем, либо на боковых поверхностях, либо выполняются в форме специальных устройств. У последних следует различать, в свою очередь, внутренний и выносной кипятильники.

Система нижнего обогрева или обогрева боковых поверхностей конструктивно выполняется обычно в виде двух зон, причем во внутреннюю подводится пар большего давления. Поскольку внутренняя зона (рис. 11) вытянута вверх, именно, здесь, где высота слоя сусла минимальна, создается самая высокая температура, благодаря чему кипящая жидкость циркулирует, перемещаясь изнутри наружу. Во внутреннюю зону обычно подается пар с



Рисунок 11 Высокопроизводительный котел

Под избыточным давлением до 5 бар, (0,5 МПа), во внешнюю зону пар подается с давлением, не превышающим 2 бар (0,2 МПа). А у изображенного на рис. 3 котла возможно даже использование мятого, т.е. отработанного пара турбин с избыточным давлением 2 или 1 бар (0,2 и 0,1 МПа).

Отношение площади внешней нагревательной поверхности к внутренней смещается с увеличением объема котла в сторону внешней поверхности. Если обычно оно составляет' 3:1, то в очень больших котлах может измениться до 5:1. Из-за этого у так называемых высокопроизводительных котлов днища конусообразные и подняты так высоко, что при получении более плотного сусла требуется разделение этой внутренней поверхности нагрева [6].

Для обеспечения эффективного кипячения в таких котлах большое значение имеет хорошее удаление воздуха из поверхностей нагрева, прежде всего в случае использования двойных днищ, у которых подвод пара контролировать сложнее, чем у профильных элементов. Размеры устройства для отвода конденсата также должно быть правильно рассчитаны, при чем по соображениям возврата отработанного тепла применение находят закрытые системы [7].

Подобные котлы могут также оборудоваться расположенными по спирали и приваренными снаружи полутрубами или профильными элементами, в которые подается горячая вода с температурой 160 - 170°С.

Для прямоугольных котлов с овальным или трапециевидным поперечным сечением не возникает проблемы уменьшения дорогостоящей «внутренней поверхности нагрева». При увеличении объема, прежде всего, увеличивается длина котла, а соотношение площадей поверхностей нагрева с сечением более высокой и более низкой температурами остается постоянным (рис. 12).

Рисунок 12 Прямоугольный котел с трапециевидным поперечным

2.6 Виды кипятильников сусловарочных аппаратов

Внутренний кипятильник, в своем первоначальном виде, представлял собой систему жестких или подвижных труб, изготовленных, чаще всего, из меди, которые должны быть проложены, как можно глубже, чтобы имелась возможность нагрева всех слоев затора и сусла. Змеевики должны быть постоянно покрыты жидкостью. Подвижные нагреватели одновременно выполняют функции мешалок, число оборотов которых обычно невелико. В основу более современных внутренних систем нагрева была положена конструкция использовавшихся ранее дополнительных кипятильников. Их задачей раньше являлось повышение недостаточной эффективности действия старых паровых котлов со сферическим обогреваемым днищем и благодаря его положению над верхним краем поверхностью нагрева котла, а также давлению греющего пара, равного 2-5 бар (0,2 - 0,5 МПа) избыточного давления, обеспечить циркуляцию кипящей жидкости в направлении от центра котла к его периферии [7].

2.6.1 Трубчатый кипятильник в «стакане»

Кипятильники имеют форму цилиндров, которые расположены по отдельности, или собраны в пакет по четыре цилиндра. Вместе с дефлекторами они имеют форму каскадов, или наполовину опущены в «стакан», образованный в днище котла (рис. 5).

Рисунок 5 Трубчатый кипятильник в «стакане»



2.6.2 Трубчатый кипятильник в котле

Аналогичный элемент, служащий для нагрева заторного котла, изображен также на рис. 13.

Рисунок 13 Трубчатый кипятильник в котле

Затор прокачивается через нагревательные трубы с помощью мешалок, расположенных над и под системой труб.

2.6.3 «Звездообразный кипятильник»

Многосекционные пластины, расходящиеся звездообразно от центрального элемента («звездообразный кипятильник») обеспечивают требуемое увеличение поверхности нагрева. В новых котлах емкость для сусла не имеет поверхности нагрева, т. к. нагревание и кипячение сусла осуществляется исключительно с помощью внешнего кипятильника.

Многосекционные пластины, расходящиеся звездообразно от центрального элемента («звездообразный кипятильник») обеспечивают требуемое увеличение поверхности нагрева. В новых котлах емкость для сусла не имеет поверхности нагрева, т. к. нагревание и кипячение сусла осуществляется исключительно с помощью внешнего кипятильника.

Диаметр кипятильника и вызываемое им фонтанирование кипящего сусла должны находиться в строго определенном соотношении с диаметром котла. Если он слишком большой, то «фонтанирование» не убывает вплоть до периферии, и возникает опасность перегрева, т.е. мощность поверхности нагрева может использоваться не полностью. Если диаметр котла слишком мал, то в некоторых случаях имеется опасность недостаточного охвата внешних зон сусла [3,7].

2.6.4 Внешний кипятильник

Внешний кипятильник представляет собой систему, состоящую из пучка труб или из пластин, поверхность теплообмена которых изготовлена из меди или нержавеющей стали [6]. Нагреватели располагаются сбоку от сусловарочного котла. Сусло либо протекает со скоростью 0,5 - 1,0 м/с через кипятильник снизу верх, либо из-за разворота параллельных потоков несколько раз меняет свое направление. В результате этого скорость достигает при мерно 2,5 м/с. Для ускорения движения сусла устанавливается насос между котлом и теплообменником; он обычно обеспечивает 8 - 9-кратное перекачивание содержимого котла в течение часа. Кипячение может происходить при атмосферном или при избыточном давлении, равном 0,1 - 0,3 бар (0,01 - 0,03 МПа). Сусло поступает после кипятильника через рассчитанный с запасом трубопровод, тангенциально или в центре, через сопло, расположенное ниже напорной трубы с экраном, под поверхностью сусла. Откидной клапан перед сусловарочным котлом позволяет регулировать противодавление, которое обычно рассчитывают таким образом, чтобы получить температуру сусла 107 - 110°С.

Конструкция выносного кипятильника должна по возможности обеспечивать прохождение всех частичек сусла вдоль поверхностей нагрева. Экспериментальным путем доказано, что это обеспечивается лучше всего при тангенциальной подаче сусла из расположенной слегка под углом трубы [7]



2.7 Заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат (тип 1)

Заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат (рис. 15 ) содержит цилиндрический корпус 1, крышку 2, паровую рубашку 3 и опорные стойки 4. Наружная сторона паровой рубашки 3 покрыта сверхтонкой жидкой теплоизоляцией. На ось 5, находящуюся внутри аппарата, надевается фильтрационный чан 6, выполненный в виде цилиндрической обечайки 7 с внутренним 8 и наружным 9 ребрами в ее нижней и верхней частях соответственно, на которые располагают фильтры 10 и 11, имеющие вид дугообразного диска с прорезями. Для герметичности фильтрационный чан 6 устанавливают на днище корпуса 1 через уплотнительную манжету 12. Для предотвращения подъема фильтра 11 за пределы цилиндрической обечайки 7 во время проведения процесса, на ось 5 надевают трубку 13, которую закрепляют гайкой 14. На цилиндрической обечайке 7 выполнены ушки 15 для подъема фильтрационного чана 6.

В нижней части аппарата расположен патрубок 16 для входа и слива воды. Кран 17 установлен для контроля уровня воды в паровой рубашке 3. В верхней части аппарата размещен аварийный клапан двойного действия 18 и кран для регулирования давления 19. Нагревание воды в паровой рубашке осуществляют с помощью ТЭНа 20. На наружной стороне паровой рубашки 3 установлен насос 21, который обеспечивает циркуляцию жидкости из межцилиндрического пространства через патрубок 22 в фильтрационный чан 6 через патрубок 23. Для контроля температуры жидкости установлена термопара 24, которая связана с блоком управления аппаратом 25 [9].



1 - цилиндрический корпус, 2 - крышка, 3 - паровая рубашка, 4 - опорные стойки, 5 - ось, 6 - фильтрационный чан, 7 - цилиндрическая обечайка, 8 - внутреннее ребро, 9 - наружное ребро, 10,11 - фильтры, 12 - манжета, 13 - трубка, 14 - гайка, 15 - ушки, 16, 22, 23 - патрубок, 17, 19- кран, 18 - клапан, 20 - ТЭН, 21 - насос, 24 - термопара, 25 - блок управления,

Рисунок 15 Заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат (тип 1)

Предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность процесса затирания и получить чистое сусло.

Недостатком данной конструкции является низкая эффективность перемешивания затора воздушным потоком через отверстия в полом валу и ложном корпусе, при больших объемах происходит образование застойных зон. Кроме того, в описываемой конструкции продувка воздухом идет через паровую рубашку, что влечет за собой увлечение пара воздухом непосредственно в затор. Это приводит к колебанию температуры в заторе и изменению количества пара в паровой рубашке, что оказывает влияние на длительность процесса. Указанные недостатки в совокупности приводят к ухудшению качества пива.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса затирания. Это достигается за счет того, что через фильтрационный чан, который установлен на днище корпуса и выполнен в виде цилиндрической обечайки с размещенными фильтрами в ее нижней и верхней частях, осуществляется принудительная циркуляция потока жидкой среды при помощи насоса, установленного на наружной стороне паровой рубашки.

Техническим результатом является повышение эффективности извлечения сбраживаемых cахаров при расщеплении крахмала из солода и получение чистого сусла [9].

2.8 Заторно-сусловарочный-фильтрационный аппарат (тип 2)

На рисунке (16) представлена конструкция предлагаемого заторно-сусловарочно-фильтрационного аппарата, который содержит цилиндрический сосуд 1, снабженный на оси перемешивающего устройства 3 фильтрующим элементом 2, внутри которого располагается разрыхлительное устройство 12, приводимое во вращение электроприводом 4, причем для соблюдения технологического процесса отношение объемов фильтрующего элемента и цилиндрического сосуда равно 1:4. Цилиндрический сосуд, который установлен на опорных стойках 10, имеет патрубок 8 для слива охмеленного сусла и патрубок для технического обслуживания 9. В верхней крышке 5 расположены фиксирующие винты 6. В нижней части цилиндрического сосуда 1 на оси перемешивающего устройства 3 установлена пропеллерная мешалка 7. Нагревание происходит с помощью электрических ТЕНов 11, установленных под сферическим днищем. Соотношение объемов фильтрующего элемента и цилиндрического сосуда равно 1: 4. Изобретение позволит повысить производительность и снизить энергоемкость процессов.



1 - цилиндрический сосуд; 2 - фильтрующий элемент; 3 - вал; 4 - электропривод; 5 - крышка; 6 - винты; 7 - пропеллерная мешалка; 8, 9 - патрубок; 10 - опорные стойки, 11 - ТЭН; 12 - разрыхлительное устройство.

Рисунок 16 Заторно-сусловарочный-фильтрационный аппарат (тип 2)

Технической задачей изобретения является совмещение конструкций и функций заторно-сусловарочного и фильтрационного аппаратов.

Сущность изобретения заключается в совмещении функций и конструкций заторно-сусловарочного и фильтрационного котлов в единый аппарат. Это достигается установкой на оси вращения перемешивающего устройства фильтрующего элемента с перфорированной поверхностью, внутри которого располагается разрыхлительное устройство, что позволяет обеспечивать затирание солода, варение сусла и фильтрование в одном аппарате.

Предложенное устройство работает следующим образом.

В фильтрующий элемент 2 загружаются продукты соложения и подается подогретая до требуемой температуры вода. При этом включается электропривод 4, который приводит во вращение пропеллерную мешалку 7 и разрыхлительное устройство 12, которые вращаются в противоположные стороны. Происходит процесс затирания, при этом затираемые материалы отдают все необходимые вещества подогретой воде. По окончании процесса осахаренный затор остается в цилиндрическом сосуде 1, а дробина извлекается из фильтрующего элемента 2. Затем в фильтрующий элемент 2 подается хмель, после этого включается электропривод 4, который обеспечивает вращение мешалки и разрыхлительного устройства 12 в процессе кипячения сусла с хмелем.

По окончании процесса охмеленное сусло выводится из цилиндрического сосуда 1 через патрубок 8, а хмель удаляется из фильтрующего элемента 2. Нагревание затираемой массы и кипячение сусла с хмелем обеспечивается электрическими ТЕНами 11, которые вмонтированы в нижнюю часть цилиндрического сосуда 1 под сферическим днищем аппарата. По окончании процесса через патрубок 9 подается ополаскивающий раствор и происходит промывание заторно-сусловарочно-фильтрационного аппарата.

Предложенный заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат дает возможность: - снизить энергоемкость проводимых процессов; - увеличить производительность аппарата за счет уменьшения времени цикла (затирание, фильтрация затора, варение сусла с хмелем, фильтрация охмеленного сусла); - интенсифицировать процессы затирания и варения сусла с хмелем за счет вращения в противоположные стороны пропеллерной мешалки и разрыхлительного устройства, что обеспечивает равномерное перемешивание, избежать образования застойных зон и пригорания; - уменьшить производственные площади за счет совмещения заторно-сусловарочного и фильтрационного аппаратов - уменьшить трудоемкость технического обслуживания и ремонта [10].



2.9 Заторно-сусловарочный-фильтрационный аппарат (тип 3)

Изобретение относится к заторно-сусловарочно-фильтрационным аппаратам, используемым в минипивзаводах. Содержит цилиндрический сосуд со сферическим днищем, перемешивающим устройством с электродвигателем, люком для загрузки, патрубками технического обслуживания. Новым является то, что в нем совмещены конструкции и функции заторно-сусловарочного и фильтрационного аппаратов. Для этого он снабжен фильтрующим элементом, выполненным в виде перфорированного цилиндра, с возможностью вращения. Внутри последнего установлен полый вал с просверленными в нем отверстиями, через которые продувается воздух. Кроме того, он имеет дополнительно ложное днище с отверстиями для подачи воздуха. Это позволяет увеличить производительность, интенсифицировать процессы затирания и варения сусла с хмелем за счет вращения фильтрующего элемента и подачи воздушных потоков через отверстия полого вала и ложного корпуса, уменьшить время брожения пивного сусла за счет его насыщения кислородом воздуха, уменьшить производственные площади, уменьшить трудоемкость технического обслуживания и ремонта [11].

На рисунке (рис. 17) представлена конструкция предлагаемого заторно-сусловарочно-фильтрационного аппарата, который представляет собой цилиндрический сосуд 1, снабженный полым валом 4 с просверленными в нем отверстиями, через которые продувается воздух. На его оси установлен фильтрующий элемент 3, выполненный в виде перфорированного цилиндра, приводимый во вращение электроприводом 10, причем для соблюдения технологического процесса отношение объемов фильтрующего элемента и цилиндрического сосуда равно 1,0: 4,0. Цилиндрический сосуд, который установлен на опорных стойках 8, имеет патрубок 7 для слива охмеленного сусла и патрубки 6 для технического обслуживания, дополнительно снабжен ложным корпусом 2 с просверленными в нем отверстиями для продувания воздушных потоков через патрубки 13. В верхней крышке 5 расположены фиксирующие винты 9 и патрубок 12 для выхода экстрапаров. Нагревание происходит с помощью электрических ТЭНов 11, установленных под сферическим днищем.

1 - цилиндрический сосуд; 2 - ложный корпус; 3 - фильтрующий элемент; 4 - полый вал; 6, 7, 12, 13 - патрубок, 8 - опорные стойки; 9 - винты; 10 -электропривод; 11 - ТЭН.

Рисунок 17 Заторно-сусловарочный-фильтрационный аппарат (тип 3)

Устройство работает следующим образом.

В фильтрующий элемент 3 загружаются продукты соложения и подается подогретая до требуемой температуры вода. При этом включается электропривод 10, который приводит во вращение фильтрующий элемент 3. В ложный корпус 2 через патрубки 13 и полый вал 3 подаются под небольшим давлением воздушные потоки, которые позволяют интенсифицировать процесс перемешивания, при этом происходит процесс экстрагирования веществ из затираемых материалов в подогретую до требуемой температуры воду. По окончании процесса осахаренный затор остается в цилиндрическом сосуде 1, а дробина извлекается из фильтрующего элемента 3. Затем в фильтрующий элемент 3, приводимый во вращение электроприводом 10, подается хмель, а в ложный корпус 2 и полый вал 4 подаются воздушные потоки. При кипячении сусла с хмелем происходит интенсивное растворение горьких веществ хмеля и переход их в сусло. Экстрапар удаляется через патрубок 12. По окончании процесса охмеленное сусло выводится из цилиндрического сосуда 1 через патрубок 7, а хмель удаляется из фильтрующего элемента 3. Нагревание затираемой массы и кипячение сусла с хмелем обеспечивается электрическими ТЭНами 11, которые вмонтированы в нижнюю часть цилиндрического сосуда 1 под сферическим днищем аппарата. По окончании процесса через патрубок 6 подается ополаскивающий раствор и происходит промывание заторно-сусловарочно-фильтрационного аппарата [11].

К недостаткам известного аппарата относятся: невозможность фильтрации пивного сусла; длительность процесса экстрагирования веществ солода и хмеля, их невысокая эффективность использования; недостаточная коллоидальная стойкость пива; неравномерность перемешивания затора; образование застойных зон; пригорание.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности фильтрования пивного сусла, увеличение интенсивности процесса экстрагирования веществ солода и хмеля, повышение эффективности их использования, увеличение коллоидальной стойкости пива, обеспечение равномерного перемешивания затора, исключения застойных зон, пригорания.

Поставленная задача достигается тем, что в заторно-сусловарочном аппарате, содержащем цилиндрический сосуд со сферическим днищем, перемешивающим устройством с электродвигателем, люком для загрузки, патрубками технического обслуживания, новым является то, что в нем совмещены конструкции и функции заторно-сусловарочного и фильтрационного аппаратов, для чего он снабжен фильтрующим элементом, выполненным в виде перфорированного цилиндра, с возможностью вращения, внутри которого установлен полый вал с просверленными в нем отверстиями, через которые продувается воздух, и имеет дополнительно ложное днище с отверстиями для подачи воздуха.

Сущность изобретения заключается в совмещении функций и конструкций заторно-сусловарочного и фильтрационного котлов в единый аппарат и проведение процессов перемешивания при помощи воздушных потоков.

Это достигается установкой на валу, по оси вращения, фильтрующего элемента с перфорированной поверхностью и возможностью вращения, внутри фильтрующего элемента установлен полый вал с просверленными в нем отверстиями, через которые продувается воздух, также воздушный поток подается через отверстия в ложном корпусе. Все это позволяет обеспечивать затирание солода, варение сусла и фильтрование в одном аппарате, интенсифицировать процесс экстрагирования веществ солода и хмеля, повысить эффективность их использования, увеличить коллоидальную стойкость пива, обеспечить равномерное перемешивание затора, исключить образование застойных зон, пригорание [11].



Заключение

В ходе выполнения данной работы изучили технологическую линию производства пива, так же рассмотрели различные виды сусловарочного оборудования.

Выполнили основные задачи реферата, а именно

1. Ознакомились с литературой о пивоварении

2. Изучили технологическую линию производства пива

3. Изучили конструкцию, принцип работы сусловарочного оборудования



Литература

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

2. Кунце, В. Технология солода и пива пер. с нем. / В. Кунце, Г. Мит. СПб.: Профессия 2001. 912 с. (см переиздание: Кунце, В. Технология солода и пива. 3-е изд. перераб. и доп. / Пер. с. нем 9 изд. СПб.: Профессия, 2009. 1064 с.).

3. Wagner, R., Esser, R., Kruger, E. Brauwissenschaft. 1988. № 41. р. 384

4. Балашов. В.Е‚ Технологическое оборудование предприятий пивоваренного и безалкогольного производств / В.Е. Балашов, Б.Н. Федоренко. М.: Колос, 1994. 384 с.

5. Федоренко, Б.Н. Пивоваренная инженерия: технологическое оборудование отрасли/ Б.Н. Федоренко. СПб.: Профессия, 2009. 1000 с.

6. Шустер (Вайнфуртнер). Пивоварение. Технология солода; пива пер. с нем. Пищевая промышленность, 1980. 1 т. 504 с.

7. Narziв, L Abrib der Bierauerei. WLEY-VCH, 2001. 397 с. (Русское издание: Нарцисс, Л. Краткий курс пивоварения. СПб.:; Профессия. 2007. 640 с.).

8. Шустер (Вайнфуртнер). Пивоварение. Технология приготовления сусла. М.: НПО Элевар, 2003. 2 т. 368 с.

9. Пат. 2713107 РФ, МПК С12С1 13/02, С12С7 7/00. Заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат / Шалев А.В., Бородулин Д.М., Сафонова Е.А., Сидорин К.М., Костина В.В. // Опубл. 03.02.2020.Бюл. №16.

10. Пат. 94036345 РФ, МПК С12С1 13/02 12С7 7/00. Заторно- сусловарочно-фильтрационный аппарат / Анисимов С.А., Жаркова Л.П., Чернов Е.Е., Мамкаева Л.В., Исаев А.В. // Опубл. 20.07.1996.Бюл. №8;

11. Пат. 2167194 РФ, МПК С12С1 13/02, С12С7 7/00. Заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат / Антипов С.Т., Шахов С.В., Клепиков В.М., Кузнецов А.Н. // Опубл. 20.05.2001. Бюл. №14.

Размещено на Allbest.ru

...