CC BY
69
Системы деаэрации и карбонизации
Герхард Бонэ
Компания GEA Diessel С.Ю. Корнаков
ООО «Тухенхаген Москва»
Деаэрация и карбонизация — важные операции процесса производства напитков. Содержание кислорода в напитках приводит к ухудшению их вкуса и сокращению срока годности. Для снижения содержания кислорода до оправданного уровня используют добавки или карбонизируют готовый продукт. Карбонизация улучшает вкус напитков и увеличивает их срок годности. В статье описываются различные установки деаэрации и карбонизации.
Самый простой вид деаэрации — хранение жидкостей в резервуарах в течение определенного времени. В результате воздух, заключенный в жидкости, выделяется, поднимаясь вверх. Этот метод применяется в основном для исходных или промежуточных продуктов, таких, как сахарный или купажный сироп. Метод позволяет снизить содержание кислорода примерно до 3 мг/л. Затем в сочетании с деаэрированной водой получают хорошие показатели по кислороду в готовом продукте.
Двухступенчатая вакуумная деаэра-ционная установка типа DЮX состоит из двух горизонтальных резервуаров,
расположенных друг над другом, вакуумного, циркуляционного и откачного насосов (рис. 1).
Воздух, попадающий в продукт во время его перекачки, выделяется в приемных резервуарах или воздухоотделителях. При этом речь идет о воздухе, который попадает в трубопроводы при переключении танков или опорожнении бочек. Приемные резервуары устанавливают, как правило, перед перекачивающими насосами. Без этих резервуаров воздух распределялся бы равномерно в продукте.
Для удаления из жидкости равномерно распределенного воздуха или растворенного кислорода требуются системы деаэрации. Процесс деаэрации осуществляется различными способами:
горячая вакуумная деаэрация; горячая или холодная деаэрация за счет насыщения углекислым газом; холодная вакуумная деаэрация; холодная деаэрация фильтрующим модулем.
В зависимости от продукта и требуемых величин остаточного кислорода используют различное оборудование.
35
котором распыляется продукт, нагретый примерно до 50 °С.
Такие системы оснащаются в линии откачки охлаждающими змеевиками для рекуперации ароматических веществ, так как они испаряются в процессе деаэрации. Конденсат возвращается в резервуар.
Эти системы дорогостоящие, так как в пусковом режиме продукт должен предварительно нагреваться. Другие факторы, повышающие стоимость системы, — значительные потери продукта при включении и выключении системы, а также оборудование для рекуперации ароматических веществ. Достоинством таких систем является возможность их интеграции в модуль пастеризатора.
Горячая деаэрация воды с подачей CO2
Установки для горячей деаэрации воды работают без вакуума в отличие от вышеописанных установок для горячей деаэрации фруктовых соков. Они состоят, как правило, из двух колонн, через которые последовательно проходит вода.
Вода нагревается примерно до 75 °С и подводится к колоннам. В секции рекуперации в теплообменнике при охлаждении воды до требуемой температуры обеспечивается рекуперация тепла.
В деаэрационных колоннах вода тонко распыляется и медленно стекает вниз по наполнителю. Снизу вверх поступает CO2 и способствует выделению кислорода. Между первой и второй колоннами установлен дополнительный инжектор CO2, который обеспечивает внутреннее смешивание воды и CO2, повышая тем самым эффект деаэрации. Уровень воды в деаэрационных колоннах поддержива-
215
10
5
0
мг 0 2/л
0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16
Рис. 2. Концентрация остаточного кислорода в зависимости от подачи СО2
Рис. 1. Двухступенчатая вакуумная деаэрационная установка типа DIOX (фирма GEA Diessel)
Горячая деаэрация фруктовых соков
При приготовлении фруктовых соков используют горячую деаэрацию. При этом деаэрационный резервуар находится под некоторым вакуумом. Деаэрируется готовый продукт. Деаэрация происходит в вакуумном резервуаре, в
ется на постоянном уровне. Нагрев воды одновременно обеспечивает и стерилизацию.
Датчики расхода, уровня и содержания кислорода контролируют работу установок. Такие установки можно использовать и для холодной деаэрации, но величины остаточного кислорода при
ПИВО и НАПИШИ А 2 •
2•2006
30
25
20
34
этом будут выше. В таком случае не требуется энергоемкий теплообменник.
За счет подачи углекислоты происходит легкая карбонизация воды. Поэтому установки такого типа нельзя использовать в производстве негазированных напитков. Такие установки обеспечивают деаэрацию до величин остаточного кислорода < 0,02 мг/л. Поэтому они особенно подходят для пивоваренной промышленности.
Установки вакуумной деаэрации
Установки вакуумной деаэрации могут быть одно- или двухступенчатыми с дозированием углекислого газа. Двухступенчатая установка состоит из двух горизонтальных резервуаров, расположенных друг над другом, вакуумного, циркуляционного и откачного насосов. Резервуары оснащаются распылительными форсунками. Вакуумный насос обеспечивает откачку резервуаров в процессе деаэрации. Абсолютное давление в резервуарах достигает примерно 0,05 бар.
Деаэрируемая вода поступает в нижний деаэрационный резервуар через впускной клапан и тонко распыляется специальными форсунками. За счет вакуума в нижнем деаэрационном резервуаре выделяется и откачивается большая часть растворенного кислорода.
Циркуляционный насос перекачивает первично деаэрированную воду во второй деаэрационный резервуар, где вода снова тонко распыляется. При перекачке во второй резервуар в воду дозируется определенное количество углекислого газа. Снижение парциального давления приводит к повторному выделению из воды остаточного растворенного кислорода.
Деаэрированная вода откачивается насосом из верхнего деаэрационного резервуара. Смесь газов, выделяющаяся в верхнем деаэрационном резервуаре и состоящая в основном из CO2 и некоторого количества кислорода, перетекает через отверстие в трубопроводе в нижний деаэрационный резервуар, проходит в противотоке к распыляемой воде и откачивается вакуумным насосом. Такая технология повышает эффективность первичной деаэрации. Объем углекислого газа, необходимый для деаэрации, зависит от требуемых величин остаточного кислорода в воде и от ее температуры.
Установка типа DЮX2 обеспечивает деаэрацию воды до величин остаточного кислорода менее 0,05 мг/л при температуре воды 12 °С Расход углекислого газа при этом составляет всего 0,5 г/л воды. При более высоких температурах расход углекислого газа соответственно снижается.
Подача воды регулируется уровнем в нижнем резервуаре. Избыточная
вода, которую не может откачать насос, возвращается через отверстие в трубопроводе из верхнего деаэраци-онного резервуара в нижний и перекачивается по контуру циркуляционным насосом.
Такая конструкция позволяет не отключать установку во время коротких перерывов производства, когда деаэрированная вода не расходуется, так как весь объем воды циркулирует между нижним и верхним резервуарами. Оптимально деаэрированную воду можно использовать сразу же после возобновления производства.
Вместо обычного вакуумного насоса можно устанавливать вакуумный насос, работающий без смазки. Такие насосы снижают эксплуатационные расходы, но они дороже обычных вакуумных.
Карбонизация напитков
Карбонизация — последняя технологическая операция в производстве напитков, в процессе которой в готовый напиток вводят углекислый газ. Ядро кар-бонизатора — участок насыщения, на котором в жидкость добавляется тонко распределенный углекислый газ (рис. 3). За участком насыщения располагается либо длинный трубопровод либо напорный резервуар, которые необходимы для обеспечения растворения углекислого газа в напитках. В этом заключается основное отличие конструкции карбони-заторов.
Карбонизаторы с напорным резервуаром
Участок насыщения, работающий по принципу Вентури, и смесительный танк — основные узлы карбонизатора. Готовый напиток подается насосом к участку насыщения. Скорость потока жидкости на этом участке поддерживается системой регулирования в оптимальном диапазоне. Разрежение, создаваемое на данном участке, обеспечивает эффект всасывания углекислого газа. Кратковременное увеличение скорости потока способствует тонкому распределению углекислого газа и тем самым гомогенному смешиванию газа с продуктом. Углекислый газ подводится к участку насыщения из напорного резервуара, постоянное давление в котором гарантирует равномерную карбонизацию напитка. Кроме того, такая технология обеспечивает подвод углекислого газа без потерь.
Карбонизация напитка в существенной степени зависит от давления в резервуаре, которое задается как функция требуемой величины углекислого газа в соответствующем напитке и несколько превышает давление насыщения продукта. Карбонизаторы имеют различную производительность, которая должна со-
Рис. 3. Участок насыщения,
на котором в жидкость добавляется тонко распределенный углекислый газ
ответствовать установленной производительности розлива.
Составная часть карбонизатора — анализатор для непрерывного контроля основных параметров продукта перед розливом. Анализатор контролирует содержание углекислого газа, электропроводность и градусы Брикса. Указанные параметры записываются и контролируются в заданных пределах.
Напорный резервуар в сочетании со смесительной системой служит одновременно буферным танком для сглаживания работы линии розлива в режиме Stop and Go.
Карбонизаторы с участком насыщения
Карбонизаторы с участком насыщения используют преимущественно для дополнительной карбонизации пива. Углекислый газ подводится к продукту по участку насыщения и очень тонко распределяется для последующего растворения в продукте. Регулирующий клапан контролирует расход углекислого газа. Актуальное содержание газа измеряется в конце участка насыщения. При отклонениях от заданной величины система управления воздействует соответствующим образом на регулирующий клапан.
Такие карбонизаторы можно дополнительно оснащать анализаторами начального сусла или содержания спирта, обеспечивающими контроль продукта.
Существующие современные системы деаэрации и карбонизации отвечают требованиям, предъявляемым к точности параметров различных напитков.
Подходящее оборудование выбирает заказчик в диалоге с разработчиком. &
2 • 2006
35
