Научная статья на тему 'Повышение стабильности пива путем совершенствования работы туннельных пастеризаторов'

Повышение стабильности пива путем совершенствования работы туннельных пастеризаторов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
88
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Повышение стабильности пива путем совершенствования работы туннельных пастеризаторов»

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

Повышение стабильности пива

путем совершенствования работы туннельных пастеризаторов

В.А.Матисон, А.Ю.Бурашников

Московский государственный университет пищевых производств

Управление качеством лежит в основе стратегического развития многих крупных пивоваренных компаний России. Методологический подход, обеспечивающий устойчивый успех предприятия, основан на непрерывном улучшении качества; обновлении ключевых процессов; развитии аналитических методов расчета параметров процессов, влияющих на характеристики качества готовой продукции.

Биологическая стабильность пива во многих случаях обеспечивается обработкой в туннельных оросительных пастеризаторах непрерывного действия. Однако отсутствие объективных данных, описывающих распределение температуры в объеме пива в бутылке,

Параметры подачи жидкости орошения

№ секции Температура орошения, °С Время входа в секцию, с Время выхода из секции, с

1 28 0 276

2 45 276 964

3 60 964 1650

4 55 1650 1980

5 41 1980 2325

6 24 2325 2695

7 17 2695 2904

8 12 2904 3300

не позволяет оптимизировать режим пастеризации, избежать перегрева в некоторых точках и, тем самым, ухудшения качества.

Решение этой задачи может быть осуществлено путем аналитического исследования процесса тепломассообмена при пастеризации пива в бутылках методом орошения. Аналитическое решение задачи приводит к составлению системы дифференциальных уравнений, описывающих температуры в объеме бутылки, направления и величину скоростей потов жидкостей.

Дифференциальные уравнения могут быть записаны в обобщенных криволинейных координатах с целью точного учета изгибов стенки бутылки.

Решение системы дифференциальных уравнений может быть выполнено численным методом. Методом контрольного объема из дифференциальных уравнений были получены конечно-разностные аналоги и построена конечно-разностная сетка по координатам z и г.

Разностные уравнения являются линейными системами большого размера относительно неизвестных значений температур и скоростей потока. Построенная разностная схема абсолютно устойчивая, что позволяет ре-

шать уравнения с большим шагом по времени методом продольно-поперечных прогонок.

Разработанный метод позволил теоретически исследовать картину изменений температурных полей и векторов скоростей потоков жидкостей, происходящих в объеме пива при нагревании-охлаждении бутылки в туннельном оросительном пастеризаторе непрерывного действия.

Исходные данные по изменениям температуры и времени подачи жидкости орошения, приведенные в таблице, взяты по рекомендуемым параметрам для достаточно распространенных пастеризаторов производства Германии.

Геометрические размеры бутылки, а также уровень заполнения соответствуют стандартной бутылке на 0,5 л.

Начальная температура в бутылке Т "8 °С.

нач

На начальном этапе течение в бутылке проходит ряд стадий переходного процесса от неподвижности до характерного квазистационарного течения при нагреве.

Анализ полученных данных показывает, что в начальный период происходит переходный процесс и жидкость в бутылке постепенно переходит в движение. В течение первых 10 с развивается погранслойное восходящее течение вдоль внутренних стенок бутылки. После 20 с течение разбивается на отдельные вихри, а у оси бутылки наблюдается восходящее течение. После 70 с (рис. 1) практически все вихри исчезают, лишь остается течение вверх по бутылке. Почти во всей толще жидкости развивается медленное восходящее однородное течение с постоянной скоростью. Такая квазистационарная картина течения сохраняется на всем протяжении периода нагрева, постепенно уменьшаясь по интенсивности. Минимальная температура

ы р 0.030 ^

гп

р е 0.020 г

|_ О 0.010т

е О г-^ 0.000

II 0.010т

СЕ 0.020

о е р 0.030-

В 0.040 1

е р 0.050 у-

0.060 -

Л

^0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 X

Векторы скоростей

0.12 0.14 0.16 0.18

Рис. 1. Картина температурных полей и векторов скоростей потоков в момент времени 70 с: 1 - 1.687, 2 - 3.344, 3 - 5.000, 4 - 6.656, 5 - 8.313, 6 - 9.969, 7 - 11.626, 8 - 13.282

1.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 X

Векторы скоростей

Рис. 2. Картина температурных полей и векторов скоростей потоков в момент времени 400,02 с: 1 - 19.134, 2 - 21.354, 3 - 23.574, 4 -25.794, 5 - 28.014, 6 - 30.233, 7 - 32.453, 8 - 34.673

ENGINEERING AND TECHNOLOGY

^ со

*

0.060 0.00 0.02 0.04 0.06

0.12 0.14 0.16 0.18

0.08 0.10

2 X

° Векторы скоростей

Рис. 3. Картина температурных полей и векторов скоростей в период выдержки: 1 - 55.063, 2 - 55.243, 3 - 55.424, 4 - 55.605, 5 - 55.786, 6 - 55.967, 7 - 56.148, 8 - 56.329

0.040 0.030 0.020 0.010 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060

0.00 0.02 0.04 0.06

0.08 0.10 X

0.12 0.14 0.16 0.18

Векторы скоростей Рис. 4. Картина температурных полей и векторов скоростей потоков в период охлаждения: 1 - 29.705, 2 - 30.559, 3 - 31.414, 4 - 32.268, 5 - 33.122, 6 - 33.976, 7 - 34.830, 8 - 35.685

локализуется у дна бутылки, а максимальная - вверху бутылки (рис. 2).

В зоне выдержки (рис. 3) течение в бутылке постепенно прекращается. Период охлаждения характеризуется тем, что течение жидкости в бутылке постепенно изменяет свое направление. Появляется быстрое погранслойное, холодное, нисходящее течение у стенки бутылки и медленное, квазистационарное, однородное по радиусу, восходящее течение в основной толще пива (рис. 4).

Используя разработанную методику

и программное обеспечение можно исследовать температурные поля термической пастеризации пива в бутылке. Изменения средней, а также максимальной и минимальной температур в объеме пива, рассчитанные на основе полученных численных данных, приведены на рис. 5.

Таким образом, проведенное исследование, разработанные методика и компьютерные программы позволяют осуществить моделирование процесса тепловой пастеризации пива в бутылке. Это дает возможность более рациональ-

Рис. 5. Изменение средней, максимальной и минимальной температур в объеме пива в х'--:^ периоды нагрева, выдержки и охлаждения:

500 1000 1500 2000 2500 3000

1 - t , 2 ■ 3 - Г

t

но определить режимы, обеспечивающие биологическую стабильность, качество продукции, ресурсосбережение.

Оборудование для упаковки в модифицированной газовой среде

FORMPACK

Упаковочные линии с узлом У изготовления - ^ контейнеров * „ те рмоформ и нгом

УПАКОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ILPR4

107113 г. Москва, ул. Лобачика, д. 17/19

Tel.: 967 1460, Fax: 967 1461,264 5988,

WEB: www.pakman.com.ru, E-mail: info@pakman.com.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.