Сусловарочний котл

на попередню

ВИДИ сусловарильним КОТЛІВ

"Soft fire makes sweet malt" - "Тихе полум`я робить солодке сусло". (Англійська приказка)

Перші сусловарильним котли з паровим опаленням з`явилися в "епоху пара" - у другій половині XIX століття. Спочатку за формою вони були подібні до звичайного котла з опуклим, круглим дном. Намагаючись добитися того, щоб сусло якомога менше пригорає, пивовари експериментували з формою днища. Сьогодні найбільш популярним є линзообразная увігнуте дно, що сприяє кращій циркуляції сусла.

Спочатку сусловарильним котли, так само як і заторні, обігрівалися безпосередньо вогнем. Пізніше для обігріву котла став використовуватися пар. При цьому застосовувався принцип "подвійного дна" - точно також, як і для заторних котлів. У другій половині ХХ століття робилися спроби створення ефективної системи обігріву котла гарячою водою при надмірному тиску (температура води піднімалася вище 150 ° С). Але системи гідрокіпяченія котла виявилися менш виграшними в порівнянні з паровими.

Крім цього, в 50-х роках нашого століття використовувалися котли оригінальної конструкції, які повністю виготовлялися з плоских листів. Такий котел мав прямокутну, кубічну форму. Його дно представляло собою трапецію зі скошеними гранями, на яких встановлювався стандартний парової обігрів. Похилі межі дозволяли досягти непоганий циркуляції сусла. Для економії місця варильні (і заторні) чотиригранні котли часто монтували вертикальним блоком - один над одним. Така система називалася блоковим варильних агрегатом. Традиційні системи ця конструкція відчутно потіснила. Стандартний вітчизняний варильний агрегат являє собою заторний і сусловарочний котел, об`єднані в одну систему. Кількість котлів в системі може варіюватися від двох до шести. Залежно від цього, варильні агрегати бувають двох-, трьох-, чотири-, п`яти- і шестіпосудние. Еволюція матеріалів, використовуваних для виготовлення сусловарочному котлів, ідентична тій, яку пройшли заторні апарати.

На зміни конструкції сусловарочному котлів великий вплив справляло те, що більшість хімічних реакцій (а також біохімічних процесів по перетворенню речовин) значно прискорюються при температурі, що перевищує 100 ° С * 16.

Для того, щоб підняти температуру кипіння сусла, оптимальним варіантом є застосування підвищеного тиску. Але при цьому доводиться враховувати той фактор, що занадто велика температура багаторазово підвищує небезпеку пригорання (або, як мінімум, - карамелизации) сусла. Крім цього, надмірно висока теплове навантаження істотно знижує кількість коагуліруемого азоту.

Сучасні моделі герметичних котлів, що працюють з підвищеним тиском, створюють незначне перевищення тиску: зазвичай не більше, ніж на 0,5 бара. Сусло кип`ятиться 60-70 хвилин при температурі близько 103-106 ° С. Це режим "золотої середини" - процеси прискорюються, але сусло не пригорає. Метод отримав назву: "варіння сусла при низькому надмірному тиску" (в німецькій літературі часто позначається, як "NDK" або "Niederdruck-Kochung", т. Е. "Варіння при низькому тиску").

Щоб піти від недоліків герметичній системи кип`ятіння (див. Розділ "Деякі особливості конструкції заторного котла") таке обладнання оснащується безліччю запобіжної апаратури, що не допускає критичного перевищення тиску або виникнення вакууму. Для підвищення ступеня випаровування небажаних речовин і температурної однорідності сусла використовуються різні системи примусової циркуляції.

Температура сусла на виході з внутрішнього котла становить близько 102-104 ° С. Досягнення аналогічного результату при використанні звичайної варіння неминуче призводить до великого пароутворенню. Ступінь випаровування сусла при традиційному способі досягає 8-10% (додатково випаровувати з сусла DMS ще можна, але це стане надмірно накладним), при використанні "Niederdruck-Kochung" - знижується до 6%. Оскільки випарювання є найбільш енергоємною операцією, це дозволяє економити значну кількість енергії.

Як різновид "Niederdruck-Kochung", може використовуватися динамічне кип`ятіння при низькому надмірному тиску. Під час динамічного кип`ятіння сусло поперемінно розігрівається до 104-105 ° С і охолоджується до 101-102 ° С (відбувається почергове підвищення і скидання тиску). Це призводить до інтенсивного утворення в суслі бульбашок пари. Піднімаючись з нижніх шарів сусла, вони виносять на поверхню DMS і інші леткі речовини. Багаторазове повторення цього процесу (до шести разів) призводить до можливо повного випарювання небажаних речовин. Теплове навантаження, створювана в цьому режимі, є щадить за рахунок нетривалість високотемпературних піків. Динамічне кип`ятіння використовується в котлах з вбудованим внутрішнім кип`ятильником.

ПРИНЦИП РОБОТИ КОТЛІВ з вбудованим кип`ятильник

Внутрішній кип`ятильник виготовляється у вигляді вертикального пучка труб в кожусі циліндричної форми. Нагрівається сусло (температура близько 100 ° С) піднімається по ньому знизу вгору, гаряча пара йде протитечією. По дорозі сусло закипає, в ньому утворюється безліч бульбашок, обсяг сусла значно зростає. У своїй верхній частині кожух конусоподібно звужується, кипляче сусло потрапляє на відбивач ( "ковпак") і тонким, але широким шаром розтікається по поверхні сусла. Це забезпечує підвищену випаровування летючих речовин. Крім цього ковпак забезпечує хорошу циркуляцію сусла, виключаючи можливість виникнення мертвих зон.

Недоліком вбудованого кип`ятильника є те, що його робота (особливо на стадії нагріву сусла) є нерівномірною (за висловом дослідників, які вивчали його роботу - імпульсивної). Пов`язано це з різким зростанням обсягу сусла при його закипанні. Інтенсивно утворюються бульбашки пари призводить до пульсації сусла в трубі нагрівача.

Труба в даному випадку стає схожою на циліндр примітивної парової машини. Тільки замість поршня пара, що утворилася з силою, поштовхом, виштовхує з нагрівача кипляче сусло. Після цього сусло на якийсь момент знову зупиняється, а потім все починається спочатку. Під час цих зупинок сусло трохи пригорає (як варіант - карамелізіруется). Загальний обсяг сусла температурно розшаровується - його верхній шар нагрівається швидко, нижній - повільніше. Це, в свою чергу, призводить до нерівномірного випаровуванню DMS, збільшення загального часу нагрівання.

Після завершення періоду нагрівання сусла (на етапі кип`ятіння) його пульсація припиняється. Сучасну конструкцію сусловарочному котла з вбудованим кип`ятильником можна розглянути на прикладі системи "Ecotherm" (компанія "Anton Steineker Maschinenfabrik GmbH"), яка позбавлена ​​від перерахованих вище недоліків. У цьому сусловарочном апараті працює система, що забезпечує примусову циркуляцію сусла. Це дозволяє усунути температурне розшарування сусла при нагріванні (освіта в загальному обсязі сусла різнотемпературних шарів).

Для примусової циркуляції використовується насос, який здійснює в звичайній системі перекачування сусла в вирпул. Така його додаткова функція не вимагає великих енергетичних витрат. Використання насоса тим більш зручно, що зазвичай під час кип`ятіння він простоює. Для ефективної роботи в двох режимах насос в "Ecotherm" оснащується системою регулювання частоти (при відкачуванні насос працює на максимальній потужності, при циркуляції - менш інтенсивно). Цей же насос в системі "Ecotherm" використовується для внесення хмелепродуктів.

Цікавим відмінністю "Ecotherm" від традиційного сусловарочному котла є те, що під час кип`ятіння сусла температуру під час деяких фаз процесу можна дозовано знизити. Це дозволяє зменшити загальну теплове навантаження на сусло і краще зберегти білкові фракції, позитивно впливають на якість пивної піни. Для кожного типу сусла можна встановити необхідний режим подачі пари і роботи насоса і таким чином регулювати кількість коагуліруемого азоту в суслі.

Відбивач (ковпак) нагрівача "Ecotherm" є подвійним. Це збільшує ступінь випаровування летючих речовин (за рахунок того, що збільшена площа сусла, що викидається з нагрівача і стікає по ковпаків). Кут нахилу відбивачів розрахований таким чином, що потоки стікає сусла перетинаються. Це забезпечує ефективне піногасіння.

До загальних переваг котлів з вбудованим нагрівальним елементом відноситься простота і надійність конструкції, відносно нескладне застосування засобів санітаціі, відносна компактність. Найбільш істотними недоліками є: стадія нестабільності при нагріванні, швидке забруднення термоелемента (через велику температуру нагрівання і малій швидкості течії сусла), чітко обмежена розмірами котла площа нагріву.

ПРИНЦИП РОБОТИ котли з виносною кип`ятильник

Спочатку внесений кип`ятильник використовувався як допоміжний засіб, покликаного "прикрити" технічні прорахунки конструктора в тому випадку, коли зібраний котел мав малу ефективність нагріву і довести сусло до потрібної температури звичайним шляхом не представлялося можливим.

Поступово з`ясувалося, що котел з вбудованим кип`ятильником має низку переваг. Зокрема, з його допомогою можна точно регулювати обсяг і температуру нагрівається сусла, бажану площу нагріву можна широко варіювати.

За стандартною технологією сусло проходить через розташований за межами котла кип`ятильник близько 8 разів за годину. Безпосередньо нагрівальний елемент являє собою кожухотрубний або пластинчастий теплообмінник. Як і у вбудованому кип`ятильник, сусло і обігріває його пар рухаються протитечією відносно один одного. Надмірний тиск може створюватися як в котлі (стандартним чином), так і в винесеному кип`ятильник (за допомогою насоса, що подає сусло). Зазвичай необхідна площа нагріву береться з розрахунку 10-11 квадратних метрів теплообмінника на 100 гектолітрів кінцевого обсягу сусла.

Специфічним вимогою виносного кип`ятильника є відносно висока швидкість течії протікає по ньому сусла. Вона повинна становити не менше, ніж три метри в секунду. Кінцева різниця в температурі сусла і пара не повинна перевищувати 10 ° С. Якщо не дотримуватися цих вимог, на стінках трубопроводу швидко осяде коагульованої білок і виникне необхідність в їх очищенню. Середня кількість варок між чистками варіюється від шести до сорока - в залежності від того, наскільки чітко витримується в системі швидкісний і теплової параметри.

Нагріте сусло повертається по трубопроводу в котел на рівні поверхні сусла (як варіант - за спеціальним відбивачу). У момент, коли сусло з вузького трубопроводу потрапляє в широкий котел, тиск в потоці падає. Відповідно до закону фізики, відбувається моментальне закипання рідини і, як наслідок, інтенсивне випаровування міститься в ній DMS.

Недоліками виносного нагрівача є додаткові енерговитрати на перекачування сусла і велика площа. Імовірність виникнення в трубопроводі дотичних напружень значно зростає.