CC BY
26
Затирание солодового помола
в аппарате с внешним циркуляционным контуром и выносным теплообменником
В. Б. ТИшин, В. В. Большаков, И. А. Никитин
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Одно из основных звеньев в технологической цепи производства пива — процесс экстрагирования из солодового помола в раствор (затирания) веществ, определяющих качество готового пива. Процесс ведется в двухфазной среде жидкость — твердые частицы солода в заторном аппарате, снабженном паровой рубашкой и мешалкой, которые необходимы для поддержания требуемого режима затирания и равномерного распределения солодового помола по объему жидкости. Важными показателями эффективности процесса служит глубина экстрагирования и энергетические затраты на его проведение [1].
К недостаткам применяемых заторных аппаратов можно отнести сравнительно низкую интенсивность теплообмена между затором и стенкой аппарата, наличие паровой рубашки для обогрева, а также механического перемешивающего устройства, для чего требуются специальный привод и сальниковое устройство для уплотнения вала. Все это утяжеляет конструкцию и увеличивает металлоемкость аппарата. Указанных недостатков можно избежать, если нагрев суспензии проводить в выносном теплообменнике, а ее циркуляцию осуществлять насосом, заменив механическое перемешивание струйным. С целью проверки задуманной идеи нами была изготовлена лабораторная модель заторной установки с внешним циркуляционным контуром и выносным кожухотрубным теплообменником. Схема установки представлена на рис. 1.
Установка состоит из заторного аппарата 1 с рабочим объемом 40 л, кожухотруб-ного теплообменника 7, насоса 4, насадки 8. Во время исследований расход измерялся ротаметром 6, температура суспензии в аппарате — прибором 2ТРМОА-Н. ТС.5, расход жидкости регулировался вентилем 5, слив затора — открытием вентиля 2 через патрубок 3, температурный режим процесса экстрагирования поддерживался подачей пара в межтрубное пространство теплообменника.
Перемешивание в аппарате осуществляется струей суспензии, которая вытекает из насадки 8 с внутренним диаметром 18 мм и обеспечивает постоянное и равномерное перемешивание затора.
Цель исследований заключалась в следующем:
определение условий равномерного перемешивания затора струей суспензии;
установление влияния условий перемешивания на дисперсный состав твердой фазы в заторной суспензии;
приготовление на лабораторной установке сусла из стандартного сырья, определение его качественных показателей и сравнение его с суслом, приготовленном на заводе «Балтика-Вена».
Прежде всего был определен минимальный расход суспензии, при котором солод находится во взвешенном состоянии. В качестве исследуемых материалов использовали водопроводную воду и солод предприятия ЗАО «Солодовенный завод Суффле Санкт-Петербург». Объем
Рис. 1. Схема заторной установки
ПИ
НАПИТКИ
4•2008
34
воды в аппарате составлял 20, 25, 30 л. Соотношение солода и воды было постоянно от 1:3 до 1:4. Минимальный расход колебался в пределах Q = 1,5-2 м3/ ч, что соответствует скорости истечения из насадки V = 2-2,6 м/с и, по сути, не зависел от объема затора.
Равномерность распределения солодового помола по объему жидкости определяли методом отбора проб суспензии с разных глубин аппарата. Расход суспензии менялся от 2,7 до 7,5 м3/ч. Пробы отбирали специально изготовленным для этой цели устройством, схема которого показана на рис. 2.
Устройство состоит из пробоотборника 1, который представляет собой цилиндр объемом 50 см3, крышки 2, штанги 3. Штанга имеет возможность свободно перемещаться вверх или вниз в направляющей 5, которая жестко связана со стойкой 6. При вытягивании штанги вверх крышка открывается, и пробоотборник заполняется суспензией, пружина 4 сжимается, а при отпускании штанги пружина разжимается, перемещая систему вниз, крышка закрывает цилиндр.
Последовательность отбора проб следующая: устройство опускается в аппарат на требуемую глубину h (м), затем крышка открывается и цилиндр заполняется суспензией, после чего крышка закрывается и устройство извлекается из аппарата. Далее содержимое взвешивали, центрифугировали, вновь взвешивали и высушивали в сушильном шкафу с целью определения массы сухой дробины т и нахождения ее доли в отобранной пробе (кг/кг):
х = т/G,
где G — масса суспензии в пробе.
Результаты опытов показали, что концентрацию твердой фазы по объему жидкости можно принять постоянной независимо от расхода суспензии и глубины h (м), при условии, что расход Q > 1,8 м3/ч, что соответствует затратам энергии в единице объема среды, равной 20 Вт/м3. Можно предположить, что при переходе к аппаратам других размеров удельная мощность, обеспечивающая равномерность перемешивания, сохранится неизменной.
Предлагаемая циркуляционная схема заторной установки отличается высокими динамическими нагрузками на суспензию в рабочем колесе насоса, что должно приводить к измельчению ее твердой фазы. В этом есть положительная сторона, так как увеличивается поверхность раздела фаз в системе жидкость — твердые частицы солода. Вследствие этого должна повыситься степень экстрагирования необходимых веществ, определяющих в конечном итоге качество готового пива.
С целью проверки изменения дисперсного состава суспензии были проведены опыты по рассеву с высушенной
у, % 70
/Г.
/ / * \ \ V \
/ / \ \
у ! 1 / \ %
й / / 1 1 \
/ \ \ \
\ \
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
1,2
Рис.
Распределение дисперсной фазы по ситам в аппарате с внешним циркуляционным контуром ■ Распределение дисперсной фазы по ситам в производственном аппарате с мешалкой
3. Распределение дисперсной фазы по ситам: у (%) — распределение дисперсной фазы по ситам; dс (мм) — диаметр сит
1,4 а, мм
дробины, взятой из опытной установки. Полученные данные сравнивали с результатами рассева высушенной дробины, взятой из заторного котла на заводе «Балтика-Вена».
Результаты исследований представлены на рис. 3, из которого видно, что в обоих случаях распределение фракций по ситам хорошо описывается уравнением Гаусса. Наибольшее количество
Показатели сусла На производстве, % На лабораторной установке, %
Несбраживаемые 6,76 6,22
сахара
Мальтотриоза 3,11 3,1
Мальтоза 9,08 9,39
Глюкоза 2,21 2,15
Фруктоза 0,509 0,50
рН 5,6 5,45
Плотность 21,5 22,4
мелких фракций, как и предполагалось, получается при насосной циркуляции суспензии. Это говорит о том, что наше предположение об измельчении твердой фазы в насосе подтвердилось.
Вторая часть опытов преследовала цель в апробировании установки. На ней готовили сусло с последующим его использованием для производства пива.
Процесс затирания проводили по следующей технологии. В воду, подогретую до 55 °С, засыпали помол, при этой температуре затор выдерживали 5 мин, затем температуру затора поднимали до 64 °С с выдерживанием в течение 20 мин. Далее температуру повышали до 76 °С, пауза при этом составила 10 мин, потом окончательно подняли до 78 °С и выдерживали паузу 3 мин. Общее время затирания — 1 ч 45 мин.
Качественные показатели сусла, приготовленного на лабораторной установке, сравнивали с показателями сусла, взятого на заводе «Балтика-Вена». Условия приготовления затора были одинаковые. Сравнительные данные приведены в таблице.
Из данных таблицы следует, что основные качественные показатели сусла, приготовленного в лабораторных условиях, превосходят показатели сусла, полученного на заводе «Балтика-Вена». Эти результаты подтвердили наши предположения о том, что при насосной циркуляции затора достигается более глубокое извлечение экстрактивных веществ из солода, чем в обычных аппаратах с мешалкой.
Исследования показали, что предлагаемая технологическая схема установки для затирания солода с внешним циркуляционным контуром и выносным кожухотрубным теплообменником вполне работоспособна. Она позволяет осуществлять процесс экстрагирования при соотношении солода и воды от 1:3 до 1:4 при высоких качественных показателях готового сусла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Л. Нарцисс, Шустер (Вайнфуртнер). Технология приготовления сусла. — М.: Изд-во НПО «Эле-вар», 1992, т. 2.
4 • 2008
35
