22.2. Классификация оборудования

В основу классификации оборудования для солодоращения и получения ферментативных препаратов положены признаки, характеризующие различные физиологические, биохимические, ферментативные, микробиологические и другие процессы, в соответствии с которыми оборудование можно разделить на следующие группы:

– оборудование для проведения физиологических и биохимических процессов, к которому можно отнести солодорастильные установки для производства ячменного, рисового и других видов солода в пивоварении, квасном и спиртовом производствах;

– оборудование для проведения микробиологических процессов, к которому относятся дрожжевые и дрожжерастильные аппараты для производства спиртовых и хлебопекарных дрожжей;

– оборудование для проведения ферментативных процессов, к которому можно отнести ферментаторы и биореакторы для производства биологических материалов.

Классификация оборудования для солодоращения и получения ферментных препаратов приведена на рис. 22.1.

Рис. 22.1. Классификация оборудования для солодоращения и получения ферментных препаратов

… Крупнейшие открытия делались молодыми людьми. Кикоин Исаак Константинович (1908–1984), физик, академик АН СССР

22.3. Солодорастильные установки

Целью проращивания солода является синтез и активизация неактивных ферментов, под влиянием которых в процессе затирания достигается растворение всех резервных веществ зерна. В проращиваемом зерне происходят те же биохимические и физиологические изменения, что и при естественном проращивании его в почве. Переход зародыша от состояния покоя к активной жизнедеятельности возможен только при достаточной влажности, наличии кислорода и оптимальной температуры.

Ящичные солодовни. Замоченное зерно проращивают в пневматических солодовнях, соблюдая определенный температурный режим (10...14 °С), проводя при этом аэрацию (при относительной влажности воздуха  = 100 %) и отвод теплоты, которая выделяется при дыхательных окислительно-энергетических процессах, протекающих в солоде. Согревание солода происходит за счет интенсивного дыхания зерна, которое проявляется в окислении, соответственно, крахмала и жиров. Удельные тепловыделения при окислении этих веществ составляют, соответственно, 17390 и 39480 кДж/кг. Знание количества окисленного вещества позволяет определить количество теплоты, выделившейся при солодоращении и, соответственно, рассчитать расход и параметры кондиционированного воздуха.

Для управления проращиванием зерна применяют механизированное пневматическое солодоращение, основанное на продувке через высокий (0,6...1,5 м) слой материала кондиционированного воздуха. При этом обеспечивается снабжение зерна кислородом воздуха, удаление диоксида углерода и других ингибирующих веществ, которые выделяются при проращивании, и достигается необходимое охлаждение слоя. Ворошение проращиваемого зерна в аппаратах осуществляется специальными шнековыми ворошителями.

Пневматические прямоугольные аппараты вмещают 10...150 т зерна. Для обслуживания и контроля между двумя аппаратами предусмотрена площадка шириной около 1 м и длиной, равной длине аппарата (10...50 м). Аппараты снабжены каналами, по которым отработанный воздух с диоксидом углерода возвращается к вентилятору для повторного использования.

Техническая характеристика ящичных солодовен представлена в табл. 22.1.

Таблица 22.1. Техническая характеристика ящичных солодовен

Тип ящика	Высота слоя замоченного ячменя на сите ящика, м	Количество ячменя, перерабатываемого на 1 м2 площади сита за один цикл солодоращения, кг
Малой вместимости	0,60…0,75	250…320
Большой вместимости	0,85…1,10	400…500
Передвижная грядка	0,50…0,80	320…360
Статическая солодовня, работающая по совмещенному способу «все в ящике»	0,80…1,20	400…500

Пневматический аппарат для проращивания зерна (рис. 22.2) имеет прямоугольную форму с открытой верхней частью. В ящиках 1…8 на высоте 0,6…0,8 м от основного дна установлено второе ситчатое дно 12, на которое укладывается проращиваемое зерно. Подситовое пространство служит каналом для подачи кондиционированного воздуха в слой солода. Свежий воздух или смесь его с отработавшим воздухом нагнетаются в кондиционер 10, а затем в подситовый канал 9 вентилятором 11. Перемешивание и выгрузка солода из ящика производится шнековым ворошителем-разгрузчиком 13.

В корпусе ящика 14 проращиваемое зерно располагается горизонтальным слоем высотой 0,6...1,5 м на несущем ситовом поддоне 12. Разравнивание, ворошение и выгрузка свежепроросшего солода производится шнековым ворошителем 13.

Пневматический аппарат оснащается отдельным напорным вентилятором, системой охлаждения и увлажнения воздуха. Отношение ширины аппарата к длине выбирается с учетом обеспечения равномерного распределения воздуха и может составлять 1 : 4 и 1 : 8. Стенка аппарата высотой 1,2...3 м над ситом изготовляется из железобетона или кирпича толщиной 0,15...0,20 м. На верхней части боковых стенок устанавливаются рельсы и зубчатые штанги для передвижения шнекового ворошителя. Высота подситового пространства аппарата составляет 1,6...2,0 м. Живое сечение сит, на которых находится зерно, должно быть не больше 20 %. Днище аппарата должно иметь уклон для стока воды в сборник. Выгрузка свежепроросшего солода из аппарата проводится в течение 2...3 ч.

Рис. 22.2. Пневматическая ящичная солодовня

Шнековый ворошитель Ш4-ВВШ состоит из ворошителя и разгрузочной стенки. Ворошитель представляет собой сварной корпус, в котором установлены механизм ворошения, обеспечивающий вращение вертикальных шнеков, перемешивающих солод, механизм передвижения и система орошения, обеспечивающая подачу воды к перемешиваемому ячменю.

Управление работой солодоворошителя осуществляется или с пульта, расположенного непосредственно на ворошителе, или дистанционно с пульта, находящегося в другом помещении.

Техническая характеристика шнековых ворошителей представлена в табл. 22.2.

Солодовни с передвижной грядкой. В солодовне с передвижной грядкой осуществлен поточный способ солодоращения, при котором проращиваемое зерно периодически перебрасывается ковшовым солодоворошителем вдоль ящика от места загрузки к месту выгрузки.

Таблица 22.2. Техническая характеристика шнековых ворошителей

Показатель	Ш4-ВВШ	Ш4- ВВШ-8	Ш4- ВВШ-9	Ш4- ВВШ-13	Ш4- ВВШ-14
Производительность, т/ч:
при ворошении (по ячменю)	54	60,5		88	94,5
при выгрузке (по сухому солоду)	21	23,5		34	36,6
Удельная нагрузка на сито по ячменю, кг/м2			550
Установленная мощность электродвигателей, кВт:
ворошителя	9,6	9,7		13,7	13,7
разгрузочной стенки			9
Ширина по шнекам, мм	3955	4445		6445	6945
Высота от сита до головки рельса, мм			2000
Частота вращения шнеков, мин–1			8
Диаметр шнека, мм			485
Шаг витка шнека, мм			335
Скорости передвижения, м/мин:
при ворошении			0,4
при выгрузке			0,2
Диаметр шнеков, мм			500
Шаг шнека, мм:
наклонного			400
горизонтального			500
Частота вращения шнека, мин–1:
наклонного			91
горизонтального			45
Габаритные размеры, мм:
длина (вдоль ящика) ворошителя			1860
длина ворошителя со стенкой			2890
ширина ворошителя	4430	4930		6930	7230
ширина ворошителя со стенкой	4770	5270		7270	7770
высота от сита			3300
Масса, кг
ворошителя	3126	3320		3344	3660
разгрузочной стенки	2024	2170		2256	2434
цевочной рейки			10,75

Солодовня с передвижной грядкой (рис. 22.3) представляет собой длинный ящик 6, подситовое пространство 9 которого разделено в поперечном направлении перегородками на несколько отделений, число которых равно или кратно числу суток ращения. На продольных стенках ящика 6 уложены рельсы, по которым вдоль ящика периодически передвигается ковшовый солодоворошитель 5 с помощью тележки 4. При рабочем ходе ворошитель 5 перебрасывает проращиваемое зерно, чем достигается не только его перемешивание, но и перемещение вдоль ящика.

Рабочий ход ворошителя имеет направление от места выгрузки готового солода к месту загрузки замоченного ячменя. Замоченное зерно из замочных аппаратов 7 и 8 загружается всегда в одно и то же место солодорастильного ящика 6. Ворошитель приводится в движение через каждые 12 или 24 ч и каждый раз перебрасывает зерно на один шаг, а на освободившуюся площадь сита вновь загружается замоченное зерно. Солод, проходя к месту выгрузки, при очередном рабочем ходе ворошителя выбрасывается в бункер 3, откуда транспортерами 1 и 2 (шнеком, лентой, элеватором и т.п.) передается в сушилку.

Пророщенное зерно проветривается кондиционированным воздухом, который нагнетается вентилятором в центральный канал 10, проходящий вдоль всего солодорастильного ящика 6. Подача кондиционированного воздуха из этого канала в каждое отделение подситового пространства 9 регулируется шибером в зависимости от интенсивности роста, необходимости отвода выделяющегося диоксида углерода и поддержания оптимальной температуры.

При параллельной установке нескольких солодорастильных ящиков 6 с передвижными грядками кондиционеры размещают с таким расчетом, чтобы в каждом из них воздух готовился для определенной стадии солодоращения: в первом кондиционере – неувлажненный воздух для подсушивания влажного, только что выгруженного в ящик замоченного зерна, и подвяливания свежепроросшего солода перед выгрузкой его из солодовни в сушилку; во втором кондиционере – охлажденный и увлажненный воздух для проветривания грядки на третий – четвертый день солодоращения и т. д.

Солодовня ящичного типа с передвижной грядкой и собственной сушилкой (системы Lausmann). У такой системы (22.4) проращиваемый материал ежесуточно перемещается на длину суточного участка, а затем высушивается на включенной в конструкцию сушилке.

В замочном чане 1 ячмень замачивают уже известным нам способом и через разгрузочное устройство 2 насухо выгружают на первый суточный участок. Здесь ячмень уложен на подвижном солодорастильном сите 3, которое может подниматься и опускаться с помощью четырех подъемных устройств 4, работающих синхронно.

Каждый суточный участок снабжают необходимым количеством холодного воздуха 9, 10, 11 через специальное аэрационное устройство суточного участка в соответствии с текущим процессом проращивания. Необходимое для этого измерение температуры проращиваемого материала и воздуха осуществляется при помощи измерительной колонки 5, встроенной в середину каждого растильного участка.

Рис. 22.3. Солодовни с передвижной грядкой

Рис. 22.4. Солодовня ящичного типа с передвижной грядкой и собственной сушилкой

Перемещение и ворошение проращиваемого материала осуществляется с помощью ворошильной машины 6, состоящей из замкнутой ленты со скребками, послойно и бережно перемещающей проращиваемый материал. Для этого ворошитель устанавливают над двумя суточными участками, и он перемещает материал с данного участка на следующий. При этом участок, который ворошат, медленно поднимается, а соседний синхронно с ним опускается. Все это осуществляется ежесуточно на всех участках, начиная от сушилки.

Для дополнительного увлажнения проращиваемого материала на ворошильной машине устанавливают увлажняющее устройство 7, которое увлажняет поверхность всего проращиваемого зерна в целях увеличения его влажности на 5 %. Устройство для орошения 8 обеспечивает повышение влажности на 1…1,5 %.

На рис. 22.4 приведен поперечный разрез этой установки, выполненный в области первого и второго участка проращивания. Четыре остальных участка имеют такую же конструкцию и показаны в плане.

Сушилка агрегата отделена от помещения проращивания воротами 12. Для выполнения загрузки сушилки тем же ворошителем ворота сушилки открываются, а затем из теплотехнических соображений снова закрываются. Загрузка сушилки 13 продолжается около 45 мин., а опорожнение в лоток – около 20 мин. Сушилка оснащена также высокопроизводительной центробежной воздуходувкой 17 с регулируемой частотой вращения, которая всасывает свежий или оборотный воздух через подогреватель 18 и нагнетает его в высушиваемый материал.

Установка управляется полностью автоматически и обеспечивает раздельную обработку каждого суточного участка. К ее преимуществам можно отнести:

– возможность осуществления различных способов солодоращения;

– небольшие строительные объемы;

– безопасность эксплуатации при минимальных затратах на обслуживание;

– приемлемая стоимость эксплуатации, отсутствие пиковых нагрузок;

– благоприятное соотношение «стоимость : производительность».

Комбинированные системы проращивания и сушки (система Unimälzer Hauner, Diespeck). Проращивание и сушку можно осуществлять в одной емкости («статическая солодовня»). Для этого, естественно, емкость должна быть оснащена установками для получения воздуха как для проращивания, так и для сушки (включая отопительные устройства). В настоящее время подобные установки сооружают в основном круглой формы.

Их преимущества заключаются в том, что:

– исключается транспортировка свежепроросшего солода, а значит, и его повреждение;

– экономится энергия, так как нет ее затрат на транспортировку, а также

– экономится время и площадь, так как все процессы протекают в одном месте.

Проблемой в данном случае остается большая разница температур при проращивании и при сушке, приводящая к высоким напряжениям конструкции здания. В системе Unimälzer (рис. 22.5) этому противодействуют, применяя стальную сегментную оболочку с наружной теплоизоляцией. Она свободно деформируется при нагревании, и при этом напряжений строительных конструкций не возникает. Утеплитель (маты из минеральной ваты) располагают между стенкой из нержавеющей стали и облицовкой из трапециевидных листов, устойчивых к изменениям погоды.

В такой системе применяют поворотные решетки с удельной нагрузкой до 600 кг ячменя на 1 м². Привод для поворота решетки со скоростью 0,4…0,5 м/мин. осуществляется двумя-четырьмя электродвигателями, закрепленными на стенке из нержавеющей стали и обеспечивающими один оборот примерно за 2 часа.

Жестко закрепленный шнековый ворошитель имеет нечетное число шпинделей, вращающихся с различной скоростью, как и у шнековых ворошителей старой конструкции. При этом угловая скорость снаружи выше, что обеспечивает равномерное ворошение. Так как все процессы в установке Unimälzer проходят в одной емкости, то в каждом ящике можно изменять температуру и подачу воздуха в широких пределах, не будучи связанными с жестко регламентированной схемой производства. Вокруг сушильной, вентиляционной и тепловой магистрали может быть размещено до 8 емкостей, которые оснащаются собственными установками для обеспечения подачи воздуха, необходимого для проращивания.

Ковшовый ворошитель солода типа ВВС (рис. 22.6) предназначен для механизации трудоемких процессов солодоращения-ворошения и выгрузки солода из ящиков. Он состоит из тележки ворошителя 1, ворошителя ковшового 2, механизма подъема ковшей 3 и электрооборудования 4.

Тележка ворошителя 1 представляет собой сварную металлоконструкцию, состоящую из рамы, вала заднего и переднего ходов, колес передних и задних. На тележке устанавливаются все сборочные единицы и механизмы солодоворошителя. Передние колеса являются направляющими, а два задних – ведущими.

Рис. 22.5. Комбинированная система для проращивания и сушки

Привод тележки осуществляется от реверсивного электродвигателя через червячный редуктор, коробку скоростей и цепную передачу. Наличие коробки скоростей позволяет осуществить ход с двумя рабочими скоростями. Первая рабочая скорость включается при выгрузке из ящика солода на транспортные разгрузочные средства. Ворошение солода в ящике производится на второй скорости.

Рис. 22.6. Ковшовый ворошитель солода ВВС

Ворошитель ковшовый 2 является основным технологическим узлом солодоворошителя и состоит из рамы, вала привода ковшей, направляющих цепей, звездочек натяжных и отводных, цепей с ковшами и привода. Рама – сварная трубчатая металлоконструкция треугольной формы. Вал привода ковшей устанавливается на тележке ворошителя 1. На звездочки, посаженные на валу, натянуты цепи с кронштейнами для крепления ковшей и щеток.

Ворошители солода типа ВВС разработаны десяти типоразмеров, соответствующих ширине грядки (зоны ращения) ящика и высоте слоя солода, соразмерно которым каждый тип ворошителя имеет свою производительность (табл. 22.3).