10.2.7. К разделу 2.4.7.Фильтр-пресс нового поколения

В новых фильтр-прессах мембраны делают из более прочных полимерных материалов. Размер пор фильтрационных салфеток из полипропилена составляет в среднем 70 мкм. Удалось увеличить интервалы между мойками, так что еженедельная средняя производительность составляет 12 варок/сут.

Одна из модификаций фильтр-пресса работает без мембран, но с более тонким фильтрационным слоем (35-40 мм). Тем самым при размерах камер 1500 x 2000 мм масса засыпи на камеру составляет 97 кг, а для камер размером 2000 x 2000 м м - 130 кг, что соответствует 32,5 кг/м². Подача затора осуществляется как обычно, снизу. Заполнение фильтра до перелива при работе насоса с максимальной производительностью (900-1000 об/мин) происходит в течение 3 мин, а затем, в ходе дальнейшего отзаторивания, производительность насоса снижается, чтобы не превысить давление на входе 1400 мбар. При этом в системе создается соответствующее противодавление, обеспечивающее равномерное распределение затора. При промывании дробины давление достигает 2000 мбар, и при существующем противодавлении регулируется расход воды. Последняя промывная вода вытесняется из фильтра снизу вверх (может применяться воздух или инертный газ). Благодаря используемому давлению содержание влаги в дробине составляет 73-75 %.

Выщелачивание дробины происходит равномерно, концентрация последней промывной воды соответствует низкому содержанию вымываемого экстракта. Содержание растворимого экстракта также невелико благодаря используемому помолу солода. При этих условиях производство высокоплотного сусла может быть рентабельным. Качество сусла по содержанию кислорода и мутности соответствует принятому в настоящее время уровню.

В заторных фильтр-прессах необходимо контролировать содержание кислорода в промывных водах. В закрытых системах (например, в танках горячей воды) кислород изначально холодной воды (при необходимости умягченной и декарбонизированной) не может улетучиться и переносится затем в заторный фильтр-пресс (см. раздел 2.4.8.6).

10.3. К разделу 2.5. Кипячение и охмеление сусла

Внутренние кипятильники с принудительной подачей (см. разделы 2.5.1.7, 2.5.5, 2.5.6) предназначены для повышения температуры при начальном нагревании сусла и в процессе кипячения не только благодаря действию конвекции в кипятильнике, но и с помощью насоса. Вследствие этого скорость сусла в процессе нагревания повышается, а теплопередача улучшается, благодаря чему можно использовать более низкую температуру теплоносителя и избежать нежелательной пульсации. В ходе кипячения температура теплоносителя больше уже не влияет напрямую на интенсивность кипячения, и в зависимости от производительности насоса может быть ниже, что позволяет улучшить регулирование процесса кипячения. Перекачивающий насос во время нагревания обеспечивает шестикратную производительность (по объему сусла в час), которую при кипячении можно снизить до трёх-четырёхкратной. Забор сусла в насос производится из периферийных зон сусловарочного котла, а возвращение сусла в него - непосредственно под внутренним кипятильником. После внутреннего кипятильника сусло естественным образом попадает по напорному конусу на двойной экран с большой площадью поверхности для испарения ароматических веществ. Более низкая температура нагревания и повышенная скорость сусла в кипятильнике замедляют процесс образования отложений на поверхности нагрева, так что мойка требуется только через 20-40 варок. В одном и том же котле достигаются следующие преимущества:

• снижение температуры горячей воды для нагревания со 160 до 145 °С;

• снижение температуры при кипячении (в течение 75 мин) - со 152 до 135 ° С в первые 25 мин кипячения, до 130 °С в следующие 25 мин и затем вновь повышение температуры до 135 °С в конце кипячения;

• ускоренное нагревание фильтрованного сусла до температуры кипячения (20 мин вместо 53) без обычного температурного расслоения сусла;

• существенное улучшение однородности сусла при нагревании и кипячении;

• снижение испарения с 8,5 до 6,7 %;

• улучшение свойств сусла - повышение остаточного содержания коагулируемого белка с 1,8 до 2,3 мг/100 мл, снижение ТБЧ на 15 %, а также содержания 3-метилбутаналя, 2-фурфураля и 2-фенилэтаналя на 30 %, в том числе карбонильных соединений (продуктов липидного обмена) - на 30-50 %. Расщепление предшественников ДМС, несмотря на уменьшение продолжительности кипячения, остается одинаковым, как и содержание свободного ДМС.

Динамическое кипячение под низким давлением может быть реализовано в сус-ловарочном котле для варки под давлением (см. раздел 2.5.6.5). Идея, положенная в основу этого метода, состоит в том, что при повышении температуры со 101 до 103 °С и при давлении 150 мбар реакции ускоряются, а благодаря последующей ускоренной декомпрессии (до 50 мбар, температура 101 °С) за счет задержки кипения с образованием пузырьков пара во всем объеме сусловарочного котла происходит существенное увеличение интенсивности кипячения и перемешивания сусла. В результате такого перемешивания (20 объемов/ч) не только улучшается однородность сусла, но и происходит усиленное удаление ароматических веществ.

Процесс/способ протекает следующим образом:

• нагревание фильтрованного сусла с помощью теплообменника с 70 до 95-98 °С;

• кратковременное предварительное кипячение (в течение примерно 2 мин) при атмосферном давлении для удаления воздуха из сусловарочного котла, системы регулировки давления и испарительного конденсатора;

• постепенное повышение давления в сус-ловарочном котле до достижения температуры 103 °С, ускоренная декомпрессия до температуры 101 °С (занимает 6-7 мин) и повторение этого процесса 5-8 раз в зависимости от предусмотренной продолжительности кипячения;

• кипячение при атмосферном давлении (в течение примерно 5 мин) до достижения нормальной концентрации горячего охмеленного сусла.

Результат:

• сокращение продолжительности кипячения примерно с 65 мин (при классическом кипячении с низким давлением)

• до 45-55 мин (в зависимости от того, производилось ли предварительное охлаждение сусла между котлом и вирпулом, например, до 88-90 °С);

• снижение испарения примерно на 5 % (в случае использования предварительного охлаждения - около 4 %);

• снижение потерь коагулируемого азота примерно на 5 %, меньшее увеличение ТБЧ, усиленное расщепление предшественников ДМС, улучшение испарения свободного ДМС и ароматических веществ сусла (как альдегидов Штрекера, так и карбонильных соединений - продуктов метаболизма липидов).

Внутренние кипятильники с принудительным наполнением и струйным насосом. Через центр пучка труб внутреннего кипятильника проходит труба, на конце которой установлен отражающий экран для распределения сусла. Через эту трубу сусло перекачивается насосом с регулированием числа оборотов (сусло отбирается через симметрично расположенные выпускные отверстия). На отражающий экран сусло подается не снизу, а между регулируемыми по высоте и оптимизированными под данный расход экранами. Регулируемая ширина просвета влияет как на площадь поверхности, так и на степень перемешивания. Непосредственно над пучком труб внутреннего кипятильника смонтирован струйный насос, всасывающий сусло в кипятильник благодаря эффекту Вентури. Производительность струйного насоса примерно в два раза выше, чем у насоса с регулированием числа оборотов, благодаря чему удается избежать перегрева сусла не только в фазе нагревания, но и в процессе собственно кипячения (вследствие интенсивного перемешивания содержимого сусловарочного котла). Всё это способствует однородной обработке сусла.

Результат:

• снижение температуры теплоносителя (см. выше), благодаря чему достигается разделение показателей температуры теплоносителя и интенсивности кипячения путем регулировки производительности насоса;

• усиленное перемешивание благодаря эффекту Вентури примерно в два раза выше, чем производительность насоса (то есть в час перемешивается 12-15 объемов);

• интенсивное выпаривание ароматических веществ благодаря регулируемому двойному экрану;

• возможность сокращения продолжительности кипячения до 50 мин (при условии предварительного охлаждения сусла между котлом и вирпулом даже более), благодаря чему испарение снижается примерно до 4 %;

• такое кипячение позволяет избежать слишком сильного осаждения белков, поддерживать щадящую термическую нагрузку (ТБЧ, содержание альдегидов Штрекера и фурфураля), добиться эффективного расщепления предшественников ДМС, а также хорошего выпаривания ароматических веществ сусла (в том числе из продуктов расщепления липидов) и свободного ДМС.

Внутренние кипятильники для крупных сусловарочных котлов удалось адаптировать ко всем требованиям современных методов кипячения и обработки сусла.

Что касается кипячения сусла, то важны два обстоятельства.

• Нагревание сусла от температуры фильтрования (70-72 °С) до температуры кипячения. В зависимости от способа подачи сусла в сусловарочный котел это может вызвать перегрев системы нагревания или привести к образованию в котле зон неравномерного нагрева (часть сусла длительное время находится в области температур 95 °С, а другая его часть продолжает оставаться при исходной температуре). В результате протекают реакции, обусловливающие усиленное образование продуктов реакции Майяра и альдегидов Штрекера, повышающие ТБЧ и способствующие осаждению части высокомолекулярного азота. При использовании внешних кипятильников этого можно избежать путем подачи сусла под углом 23°, а у внутренних кипятильников - благодаря принудительной подаче, обеспечивающей циркуляцию большого количества жидкости и исключающей перегрев вследствие пульсации. С точки зрения качества и надежности неплохим решением представляется нагревание сусла горячей водой с температурой 96-100 °С почти до температуры кипячения с помощью теплообменника при транспортировке его в котел (см. раздел 2.5.6.2). При необходимости эту горячую воду можно дополнительно нагреть паром. В данном случае речь идет о замкнутом контуре, в связи с чем в качестве теплоносителя используется полностью умягченная вода. Обогрев теплообменника паром менее целесообразен, так как в этом случае температура теплоносителя хуже поддается регулировке и возможен перегрев.

• Дополнительная обработка сусла после собственно кипячения - с одной стороны, путем предварительного охлаждения при перекачивании или с помощью теплообменника (вакуумного каскада), а с другой - путем дополнительной обработки сусла после выдержки горячего сусла в вакуумном каскаде или с помощью дополнительного испарения. Благодаря этому можно существенно сократить продолжительность кипячения.

Кипячение сусла с помощью вакуумного охладителя с последующим вакуумированием (см. раздел 2.7.7.4) можно проводить в существующем сусловарочном котле. Система состоит из внешнего кипятильника, вакуумного охладителя (в котором при перекачивании создается разрежение), испарительного конденсатора сусловарочного котла (для рекуперации теплоты и для конденсации вторичного пара) и вакуумного насоса. Вакуумный охладитель представляет собой цилиндроконический сосуд, в нижнюю треть которого сусло поступает тангенциально в виде тонкой пленки. От конуса его откачивают назад в сусловарочный котел или (при перекачивании готового сусла) в вирпул. В испарителе во время кипячения поддерживается атмосферное давление. Вторичный пар направляется вверх к испарительному конденсатору сусловарочного котла. После кипячения в вакуумном испарителе создается разрежение. До поступления в вирпул сусло охлаждается до 88 °С (более низкая температура может стать причиной проблем с седиментацией).

Данный способ позволяет обеспечить:

• сокращение продолжительности кипячения до 50 мин и менее в зависимости от содержания коагулируемого азота и пониженное выделение продуктов термических реакций (определяемое по ТБЧ);

• усиленное удаление ароматических веществ в условиях разрежения;

• заметное сокращение остаточных реакций вследствие снижения температуры, что заметно по протеканию реакций с ДМС; дальнейшего расщепления предшественников ДМС не происходит;

• снижение испарения до 4-5 %.