1.5.2. Пневматическая солодовня

Для всех пневматических систем солодоращения характерным является ведение процесса в высоком слое. Это возможно, если проращиваемый материал охлаждается воздушным потоком, насыщенным влагой. Такое постоянное и достаточное охлаждение грядки без удаления при этом заметного количества влаги является важнейшей, но и труднейшей задачей пневматического солодоращения. При высоком слое проращиваемого материала с интенсивной энергией роста охлаждение требует значительного избытка воздуха. Другим важным требованием, предъявляемым к воздушному потоку, является поддержание желаемой влажности проращиваемого материала. Задача эта непростая, так как воздух в грядке нагревается и обладает способностью забирать влагу у проращиваемого материала. Пo этой причине в грядке не может происходить отпотевания. Кроме того, воздушный поток должен удалять образующийся при дыхании диоксид углерода и доставлять к материалу свежий воздух. Расход воздуха при этом невелик.

Каждая пневматическая солодорастильная установка состоит из двух частей: устройства для кондиционирования и аэрации и собственно солодорастильного аппарата.

1.5.2.1. Устройства для аэрации для всех пневматических систем солодоращения принципиально одинаковы. Для правильного функционирования солодорастильных установок решающее значение имеют их правильная конструкция и расчет. Аэрирующие устройства состоят из:

• элементов, служащих для подготовки воздуха, продуваемого через проращиваемый материал (темперирующие и увлажняющие установки);

• системы воздуховодов, служащих для подвода свежего и отвода отработавшего воздуха;

• вентиляторов.

1.5.2.2. Устройства для очистки свежего воздуха желательно применять, если в зависимости от положения всасывающего отверстия возможно загрязнение воздуха пылью и микроорганизмами, что приводит к усиленному образованию на аспирационных установках биологической пленки. Специальную очистку воздуха применяют очень редко. Осуществляют ее путем промывки воздуха тонко распыленной водой наподобие увлажнительных установок.

1.5.2.3. Устройства для поддержания температуры используют для доведения температуры наружного воздуха до 10-16 °С, необходимой для проращивания. Наружный, а также отводимый из грядки и повторно используемый воздух очень редко соответствует требуемой области температур, в связи с чем зимой, а также при подаче в свежезамоченные грядки воздух должен подогреваться. Летом, в теплые весенние и осенние дни, а также при интенсивном росте материала наружный и рециркулирующий воздух может быть перегрет и требует охлаждения. В старых установках кондиционирование подаваемого воздуха скомбинировано с увлажнением. Из-за высокого водопотребления предусматривается разделение агрегатов для охлаждения и увлажнения.

Паровые радиаторы осушают подводимый воздух; поэтому они должны нагреваться сильнее, чем обычно (например, до 15-16 °С), поскольку при последующем насыщении воздуха путем распыления воды снова происходит охлаждение. Другая возможность нагревания воздуха состоит в использовании рециркуляционного воздуха. При этом воздух, выходящий из гряды, в зависимости от требуемой температуры смешивают со свежим воздухом. В крупных установках этот тип кондиционирования воздуха хорошо себя зарекомендовал.

Охлаждение воздуха достигается или с помощью распыления холодной воды или благодаря собственной системе охлаждения, в которой используется рассол, ледяная вода (температурой 0,5 °С) или хладагенты, например, аммиак или фреон.

При охлаждении воздуха водой существуют две физические возможности:

• охлаждение вследствие испарения воды, возможное только в том случае, если охлаждаемый воздух не насыщен водяными парами;

• контактное охлаждение, то есть прямая теплопередача от охлаждаемого воздуха к воде.

Такое охлаждение тем эффективнее, чем больше степень распыления воды и продолжительность контакта воды с воздухом. При высоких наружных температурах водяного охлаждения уже недостаточно. Некоторое улучшение дает охлаждение воды, однако общепринятым средством в настоящее время является прямое охлаждение воздуха системами охлаждения. Если рассол в качестве хладагента в настоящее время применяют все реже, то гликоль или ледяную воду температурой 0,5-1 °С- все чаще. Прежде всего, применение ледяной воды помогает избежать появления пиков тока благодаря аккумулированию холода. В настоящее время аммиаку отдается предпочтение по сравнению с фреоном (F22 вместо F12), так как с его помощью легко обнаруживаются неплотности в системе. Во избежание обледенения холодильника температура хладагента поддерживается около 0 °С. Система охлаждения должна быть рассчитана с учетом «пиков тепловыделения», возникающих в результате дыхания грядки, а также температуры необходимого количества свежего воздуха и планируемого способа ведения грядки. В случае применения традиционных методов солодоращения необходимая производительность охладителя составляет около 6270 кДж (1500 ккал)/т • ч; современные методы (например, солодоращение с дифференцированным орошением и понижающимися температурами проращивания) благодаря более короткому циклу обработки в целом характеризуются пиками, которые следует рассчитывать с запасом около 50 %. Таким образом, производительность испарителя должна составлять для условий ФРГ 9600 кДж (2300 ккал)/т · ч, причем для некоторых систем эти величины могут быть и выше.

Как правило, системы охлаждения снабжены вентилятором, что позволяет осуществлять автоматизированное управление процессом проращивания.

1.5.2.4. Искусственное увлажнение воздуха необходимо, так как всегда существует риск высыхания прорастающего зерна, причины которого заключаются в следующем:

• движущийся с большой скоростью поток воздуха вызывает испарение поверхностной влаги и высушивание;

• поступающий к проращиваемому зерну воздух должен быть холоднее, чем грядка, а при прохождении через материал он нагревается и приобретает способность поглощать влагу; поэтому чем больше разность температур поступающего воздуха и прорастающего зерна, тем выше водопоглощающая способность воздуха и степень осушения проращиваемого материала;

• постоянный поток воздуха препятствует отпотеванию в зерне, так как большая часть водяных паров, образующихся при дыхании проращиваемого материала, поглощается воздухом и отводится вместе с ним. Для компенсации этих неизбежных потерь влаги в поток воздуха должна вводиться распыленная вода. Это искусственное избыточное увлажнение воздуха осуществляют с помощью распылительных форсунок. В старых установках их располагали в специальных увлажнительных башнях, а в новых (с собственными камерами кондиционирования) - в канале подачи воздуха перед проращиванием. Для увлажнения воздуха применяют также ротационные форсунки.

С учетом короткого пути воздуха, интенсивно увлажненного форсунками или дисковыми распылителями, следует обращать внимание на то, чтобы капли воды не попали через сушильную решетку на проращиваемый материал. Существует опасность прорастания в этой зоне корешков зародыша через прорези решетки и блокирования тем самым прохода воздуха, что приводит к частичному нагреванию гряды. Увлажнительные башни располагают непосредственно перед солодорастильным аппаратом, чтобы воздух, идущий от вентилятора, поступал в солодорастильный аппарат наиболее коротким путем без нагревания или осушения. Эти башни должны быть легкодоступными и снабжены необходимыми устройствами для очистки распылительных форсунок и стен башни. Увлажнение воздуха происходит в башнях с помощью распылительных форсунок, в которых вода в большинстве случаев подается по узкому отверстию форсунки на отражательный элемент и таким образом распыляется. Образовавшееся облако водяной пыли захватывается проходящим воздухом. Важная предпосылка успешного распыления - чистота форсунок, зависящая от степени водоочистки. Применение жесткой воды, содержащей карбонаты, так же проблематично, как и воды, получаемой в водосборниках из увлажнительных башен и применяемой повторно.

В настоящее время разработаны сравнительно простые, высокоэффективные и легко очищаемые конструкции форсунок. Степень распыления тем выше, чем меньше отверстие форсунки и чем больше давление, иод которым подается в нее вода (обычно 0,2-0,3 MПa). При слишком низком давлении не достигается нужная степень распыления воды, и для повышения давления следует устанавливать специальный насос. Большое значение имеет и размещение форсунок в увлажняемом пространстве: их следует располагать так, чтобы водяное облако не попадало на стены и чтобы рассеивающиеся конусы воды не пересекались (в таких случаях вода используется не оптимально). Количество форсунок зависит от расхода воздуха, конструкции и размера помещений. Расход воды на одну форсунку составляет при нормальном режиме 1-1,5 л/мин.

С точки зрения наиболее экономного расходования воды должны работать столько форсунок, сколько требуется для получения заданной температуры воздуха. Чтобы уменьшить значительный расход воды, распыленную ее часть, которая собирается на полу помещения для увлажнения, направляют в сборник («приямок») для воды, рассчитанный с запасом. Его вместимость должна примерно соответствовать общему расходу воды на 3 ч производства. Поддержание сборника для воды в чистоте имеет большое значение, так как в противном случае вся увлажнительная установка покрывается слизью.

Высокую степень распыления воды обеспечивает турбораспылитель. В закрытом увлажнительном барабане смонтированы вентилятор, устройство для распыления воды и электродвигатель в водонепроницаемом кожухе. Распылитель устанавливают непосредственно у входного отверстия для воздуха аппаратов для проращивания.

Рециркуляционный воздух, отводимый из солодорастильного аппарата, характеризуется высокой степенью насыщения. Если он охлаждается холодильной системой (холодильником для рециркуляционного воздуха), происходит его полное насыщение, даже частичное выделение влаги из воздуха. Таким образом, для достижения равномерной высокой влажности подаваемого воздуха применение рециркуляционного воздуха весьма эффективно. Дополнительное увлажнение с помощью турбораспылителя или нескольких рядов форсунок необходимо, так как прохождение воздуха по каналам зачастую сопровождается его осушением.

Вызванные охлаждающим воздухом потери влаги в прорастающем зерне компенсируются дополнительными опрыскиваниями или установлением изначально более высокой влажности проращиваемого зерна (например, 50 % вместо 47 %), но это может привести к дополнительному образованию «гусаров» и слишком высоким потерям солода.

Потребность в воде изменяется в течение всего периода проращивания в зависимости от заданных условий (климат, температура воды, ведение грядки, получение рециркуляционной воды, прямое контактное охлаждение) в очень широких пределах. Расход воды при проращивании в течение 7-ми сут. (увлажнение в течение 158 ч) включает расход её на:

• охлаждение (контактное или испарением) только свежей воды - 30 м3/т;

• использование рециркуляционной воды в зависимости от добавления свежей воды - 2,5-5 м3/т;

• насыщение воздуха турбораспылите-лем - 0,5 м3/т;

• последующее увлажнение непосредственно охлаждаемого воздуха в зависимости от добавления свежего воздуха - 0,1-0,5 м3/т.

При прочих равных условиях расход холодной воды при использовании противоточного конденсатора холодильного агрегата составляет 30 м³/т, при наличии установки рециркуляционного охлаждения или испарительного конденсатора - 3 м³/т и может быть равен нулю при применении воздушного конденсатора. Для подогрева замочной воды можно использовать комбинацию из воздушного конденсатора, установленного на входе свежего воздуха сушилки, и двухтрубного конденсатора.

1.5.2.5. Система воздуховодов должна быть выполнена таким образом, чтобы исключить изменение температуры и влажности воздуха. Свежий воздух подводят к установке только снаружи, причем канал для свежего воздуха рассчитывают с запасом. По каналу для рециркуляционного воздуха к вентилятору подводится воздух, выходящий из солодорастильного аппарата. Такой канал может быть отдельным для каждой секции или общим для нескольких солодорастильных аппаратов ящичного типа. В канале для сбора рециркуляционного воздуха создается резерв для бедного кислородом, увлажненного и темперированного воздуха, который с успехом может применяться для ведения грядок. Для понижения температуры рециркуляционного воздуха используют системы распылительных форсунок или отдельный холодильник для рециркуляционного воздуха. Канал для отвода воздуха проектируют так, чтобы обеспечить вывод воздуха без дополнительных сопротивлений.

Все воздуховоды должны быть по возможности короткими, прямыми, гладкими внутри, удобными для осмотра и чистки, а также иметь постоянное сечение соответствующего размера.

Управляющая арматура (клапаны свежего, обратного и отводимого воздуха или соответствующие жалюзи) должны обеспечивать заданное дозирование отдельных порций воздуха. Блокирующий шибер в открытом состоянии не должен менять свойства воздуха, а в случае необходимости он должен обеспечивать полное прекращение подачи воздуха.

1.5.2.6. Вентиляторы. Перемещение воздуха основано на разности давлений. Для этих целей применяются напорные и всасывающие вентиляторы, которые конструктивно могут быть выполнены как центробежные или осевые вентиляторы. С технологической точки зрения предпочтительнее осевые вентиляторы, потому что в этом случае воздух благодаря сопротивлению грядки равномерно распределяется снизу проращиваемого материала, и во всех точках под грядкой создается одинаковое избыточное давление. В системах всасывания воздуха, напротив, может возникнуть ситуация, когда отдельные партии свежепроросшего солода аэрируются интенсивнее других участков.

Представление о производительности вентилятора, состоянии солодорастильного аппарата, регулировочном положении воздушных шиберов и, наконец, о проницаемости проращиваемого материала, к примеру, до или после ворошения дает измерение разности давления между верхним и нижним слоем грядки.

Количество воздуха для охлаждения и вентиляции проращиваемого зерна по технологическим и экономическим соображениям должно быть возможно меньше и соответствовать той или иной стадии роста. Чем больше воздуха, тем меньше разница температур между поступающим воздухом и проращиваемым зерном, но тем больше потребление электроэнергии. Кроме того, слишком сильная вентиляция может приводить к ускоренному высыханию зерна. Очень важно обеспечить равномерность вентиляции, поскольку при ее неоднородности изменяются влажность и температура проращиваемого материала, нарушается ход ферментативных реакций. Вентиляцию проводят или периодически, или непрерывно. Непрерывная вентиляция более предпочтительна, так как при этом улучшается равномерность формирования температур в грядке и меньше меняется влажность и нарушается рост. В зависимости от стадии проращивания производительность вентилятора составляет 300-700 м³/т в час. При периодической вентиляции требуется более высокий расход воздуха, так как охлаждение i-рядки должно быть достигнуто за более короткий срок. Требуемая производительность вентилятора составляет при этом 1000-1500 м³/т в час на грядку.

1.5.2.7. Автоматическое регулирование температуры. Внедрение искусственного охлаждения позволило осуществлять термостатическое управление температурой проращиваемого зерна соответствующим регулированием температуры подаваемого воздуха, причем соотношение между свежим и рециркуляционным воздухом задается вручную заранее. Соотношение температур подаваемого воздуха и проращиваемого материала зависит также и от количества подаваемого воздуха, то есть от производительности вентилятора. Путем установки разности температур, например 2 °С, возможно регулировать частоту вращения вентилятора. Если разность температур увеличивается, то вентилятор переключают на более высокую частоту вращения; а если уменьшается - на более низкую. Зимой, естественно, использование холодильной установки излишне, что позволяет экономить электроэнергию.

1.5.2.8. Энергопотребление пневматических установок зависит от возможностей аэрации и охлаждения, от высоты проращиваемого слоя (чем выше удельная нагрузка, тем больше давление и тем выше энергозатраты), от сечения каналов и т. д. Потребность в энергии при вентиляции солодорастильных аппаратов ящичного типа рассчитывается следующим образом. При 150 ч проращивания необходимы 136 ч аэрации, из которых 100 ч - с низким числом оборотов и 36 ч - с высоким, так что при КПД двигателя φ = 0,85 требуется солодорастильный аппарат на 80 т свежепроросшего солода с мощностью двигателя 2,2 и 9 кВтч. Таким образом потребность в электроэнергии составляет в среднем 5,8 кВтч/т ячменя или 7,2 кВтч/т солода.

Потребность в электроэнергии для холодильной установки в среднем при 18 ч работы и 330 рабочих днях в год с КПД 80 % составляет 35 кВт · ч/т ячменя или 44 кВт • ч/т солода. Экономия возможна однократно путем целенаправленного насыщения CO₂ или путем регулирования смеси «свежий воздухрециркуляционный воздух», если позволяет наружная температура воздуха. Высокие температуры конденсации (например, при конденсации воздуха в летние месяцы производства) могут привести к повышенному потреблению электроэнергии. Снизить температуру конденсации и при этом предоставить в распоряжение замочную воду требуемой температуры позволяет последовательно подсоединенный двухтрубный конденсатор.