2.4. Получение сусла. Фильтрование

После процесса затирания получение сусла проходит в два этапа: 1) отделение полученного сусла в процессе фильтрования (фильтрование первого сусла); 2) вымывание сусла, оставшегося в дробине после фильтрования горячей водой (выщелачивание или промывание дробины).

При фильтровании речь идет в основном о физических процессах (в отличие от затирания). В настоящее время фильтрование осуществляется преимущественно при помощи фильтр-чанов и заторных фильтров. Кроме того, нашли применение специальные типы фильтрационных аппаратов, в частности «стрейн-мастер», а также различные аппараты непрерывного действия.

2.4.1. Фильтрование с помощью фильтр-чана

За последнее десятилетие конструкция фильтр-чана и принципы его работы существенно улучшились. Появились аппараты, в которых реализованы новые идеи, и ниже мы постараемся показать различия между старым и новым оборудованием.

2.4.2. Фильтр-чан

Фильтр-чан имеет, как правило, цилиндрическую форму, реже - прямоугольную или квадратную. Над собственно днищем чана располагается второе съемное перфорированное дно, на котором осаждается нерастворимая часть затора - дробина, образующая фильтрационный слой для первого сусла.

2.4.2.1. Фильтр-чаны в настоящее время изготавливают из нержавеющей стали, тогда как чаны старой конструкции изготавливались из меди и листовой стали. Конструкция аппарата должна быть вибростойкой; его устанавливают горизонтально, создавая условия для равномерного осаждения дробины и тем самым формирования одинаковой толщины фильтровального слоя. Для предотвращения охлаждения горячего затора (75-77 °C) необходима изоляция. В качестве изолирующего материала применяют стекловату, минеральную вату или другие материалы, которые защищают рубашкой из листового материала, устойчивого к проникновению влаги. Необходимо также изолировать днище фильтр-чана. Сверху чан закрывает кожух с вытяжной трубой и задвижкой.

2.4.2.2. Емкость фильтр-чана определяется засыпью или количеством общего затора из расчета 8 гл/100 кг засыпи. Высота слоя дробины составляет в обычных фильтр-чанах 27-40 см (в зависимости от скорости фильтрования). В 1960-1980-е гг. для солода мокрого помола производились так называемые «фильтр-чаны высокого слоя» с высотой слоя дробины 50-60 см. Она определяется по удельной засыпи, то есть по количеству солода, занимающего 1 м² площади фильтр-чана. Учитывая, что 1 м³ мокрой дробины соответствует 550 кг засыпи, то при высоте слоя дробины 27 см удельная засыпь составит 150 кг, при высоте 36 см - 200 кг, а для высоты 55 см - 300 кг. Определенное значение имеет также степень измельчения помола: чем он тоньше, тем меньше высота слоя дробины при равной величине засыпи и тем труднее проходит процесс фильтрования. Лучше всего при меньшей величине удельной засыпи иметь большую высоту слоя дробины, то есть высокий объем дробины и низкую массу гектолитра данного помола (см. раздел 2.2.1). Для этого лучше всего подходит мокрый и кондиционированный помолы, повышающие объем дробины после слива первого сусла соответственно на 10 и 35 %.

2.4.2.3. Объем фильтр-чанов при нормальной высоте слоя дробины вполне может составлять 25-30 т. Так как принципы загрузки сырья, фильтрования первого сусла и техника разрезания дробины изменились в сторону увеличения технологических единиц, применение более крупных фильтр-чанов не представляет особых трудностей.

2.4.2.4. Съемное ситчатое дно располагается на определенном расстоянии от днища фильтр-чана и разделено на отдельные сегменты площадью 0,7-1 м² каждый, представляющие собой листы толщиной 3,5-4,5 мм из фосфористой бронзы или латуни, то есть из материалов, подходящих по твердости, вязкости и износу. Отдельные листы опираются на боковые брусья и стойки, а в современных фильтр-чанах - на специальную систему опорных элементов. Опоры должны располагаться так, чтобы исключить прогиб ситчатых сегментов. Отдельные листы должны быть так подогнаны друг к другу, чтобы в местах стыковки не просачивалась дробина, а само съемное дно не могло быть разрезано рыхлительным механизмом. У комбинированных заторных фильтр-чанов съемное ситчатое дно специально фиксируется кулачками.

Большое влияние на процесс фильтрования оказывают сквозные отверстия в съемном ситчатом днище, обычно имеющие форму прорезей. На верхней стороне их ширина составляет, как правило, 0,7 мм, которая увеличивается на нижней поверхности до 3-4 мм. При длине 20-30 мм и 2500 прорезях на 1 м² получается свободная площадь отверстий (живое сечение) 600 см²/м² (6 %).

Съемные днища из нержавеющей стали характеризуются большей прочностью и позволяют увеличить свободную площадь отверстий до 10-15 %. Из нержавеющей стали также изготовляются так называемые щелевые сита, похожие на решетки для подсушивания. Их элементы имеют щелевые отверстия 0,7 мм с живым сечением 20-25 %. Старые съемные днища (в большинстве случаев медные) встречаются в настоящее время очень редко. При диаметре отверстий 0,8 мм и колоколообразной форме для получения живого сечения в 2 % требуется 80 000 отверстий на 1 м².

Необходимо, чтобы сквозные отверстия были свободными и не перекрывались ни пузырьками воздуха, ни «пивным камнем», так что съемные ситчатые днища необходимо регулярно промывать 10 %-ным раствором каустической соды. Воздух из узких сквозных отверстий удаляют путем подачи горячей воды снизу выше уровня съемного дна.

2.4.2.5. Расстояние съемного ситчатого дна до днища фильтр-чана составляет в классических чанах 8-15 мм в зависимости от количества и диаметра фильтрационных труб или выпускных патрубков из фильтр-чана (как правило, около ¹/₄ диаметра фильтрационных т р у б ) . В некоторых конструкциях, например, в случае так называемого «Shed-днища», имеется ряд концентрически расположенных наклонных плоскостей для обеспечения равномерного и беспрепятственного стекания сусла. Фильтр-чаны с высоким слоем дробины имеют только одно выпускное отверстие; отведение сусла происходит в самой низкой точке днища, имеющего небольшую конусность. При большой высоте съемного дна под ним скапливается большое количество придонного теста, однако с этим приходится мириться.

Для повышения скорости фильтрования было предложено по краю чана установить боковые сита (на уровне до ²/₃ высоты слоя дробины). На одной пятой внешнего диаметра фильтрационного чана использовали треугольные ситовые элементы, сходные с элементами стрейн-мастера, но по мере совершенствования техники фильтрования эта довольно неудобная конструкция стала излишней.

Пространство под съемным дном может быть единым («открытые зоны слива») или разделенным перемычками так, чтобы у каждого выпускного отверстия было свое «замкнутое» пространство (эти перемычки должны обеспечить более равномерное выщелачивание дробины). Аналогичную, но расположенную концентрически конструкцию имеет также «Shed-днище».

2.4.2.6. Слив сусла производится по фильтрационным трубам, а его регулировка - с помощью фильтрационных кранов, установленных на их концах. Количество сусла, отводимое в единицу времени, зависит от диаметра труб в свету (25-50 мм) и от их количества, в связи с чем количество жидкости, которое способно пропустить выпускное отверстие, колеблется от 0,7 до 6,6 л/с в зависимости от высоты жидкости в чане (0,1-1,5 м) и скорости ее истечения (1,4-4,4 м/с). В новом конструктивном решении предусматриваются колпачки выпускных отверстий фильтрационных труб, позволяющие изолировать зону разряжения стекающей жидкости при сливе и фильтровании от слоя дробины, расположенного непосредственно над выпускным отверстием. Эта конструкция оказалась не вполне рациональной в производственной практике, но хорошо зарекомендовало себя конусное примыкание фильтрационных труб к днищу фильтрационного чана. Благодаря такому решению уменьшается сопротивление дробины и достигается более равномерное выщелачивание фильтрационного осадка.

2.4.2.7. Площадь зоны фильтрования одной фильтровальной трубы обычно составляет 1,0-1,25 м². Таким образом, количество труб или отверстии для слива определяется площадью чана. Трубы и отверстия должны быть равномерно распределены по днищу чана так, чтобы площади фильтрования отдельных кранов были примерно одинаковыми и не пересекались. Для облегчения обслуживания чанов большого размера несколько фильтрационных труб зачастую выводят к одному крану, но при этом допускается объединение только тех зон, которые равно удалены от отверстий для стока (экстракт легче получить из «внутренних» зон фильтрования, расположенных в центре чана, чем из «внешних», находящихся на его периферии).

2.4.2.8. Классический фильтрационный кран сконструирован таким образом, что он пропускает как полную струю первого сусла, так и надежно регулирует отвод сусла при фильтровании. При дросселировании крана или при окончании слива сусла в систему не должен попадать воздух, который мог бы помешать стоку сусла. В старых или небольших варочных цехах часто применяли фильтрационный кран Эмсландера, в который сусло могло попадать через вертикальную медную трубу, изогнутую в виде лебединой шеи. Её верхняя точка для предотвращения слишком сильного разряжения находилась на 2-5 см выше уровня съемного ситчатого днища. Сусло стекало в фильтрационный сборник, а отсюда в сусло-варочный котел.

При использовании общей сборной трубы, проложенной горизонтально над фильтрационными трубами, процесс фильтрования существенно облегчается. Регулирование потока производится в этом случае одним краном необходимого размера на конце общей трубы.

2.4.2.9. Современные фильтрационные системы по своей конструкции и способу действия основываются на описанных выше принципах. Сусло стекает по фильтрационным трубам в цилиндрический сборник, расположенный под центром фильтр-чана, причем внутренние зоны фильтрования соединяются с верхним отделением сборника, а внешние - с нижним. Фильтрационные трубы могут также подсоединяться к концентрическим сборным трубам. В чанах большего объема (более 4 т) следует предусмотреть возможность независимого контроля отдельных зон фильтрования. Желательно иметь для каждой зоны или сборной трубы насос с плавной регулировкой скорости.

Полностью симметричная прокладка фильтрационных труб равной длины (около 3 м) с одинаковым гидравлическим сопротивлением и сопротивлением трения предназначена для обеспечения равномерного (по возможности) стока сусла и улучшения выщелачивания. Фильтрационные трубы выходят в центральный общий сборник с довольно высоко расположенным сливом, что позволяет обеспечить во всех трубах одинаковые гидромеханические условия. Таким образом, в фильтрующих зонах, где жидкости характеризуются различным содержанием экстракта, перепад давления можно использовать для автоматического регулирования промывных вод (система Якоба-Шматца-Кютрайбера, (Jakob/ Schmatz/Kuhtreiber).

Подача затора осуществляется сверху через устройство распределения затора, называемое «заторным пауком» и состоящее из 4-6 звеньев. Во время этой операции его располагают между плечами разрыхлителя. Возможно также использование распределителя в виде кольцевой трубы, расположенной выше уровня подъма разрыхлителя.

Заслуживает внимания и подача затора снизу, осуществляемая через 1-2 впускных отверстия (в небольших чанах) или через 4-6 отверстий (в крупных чанах). Отверстия расположены симметрично на внешней трети радиуса на уровне съемного ситчатого дна и перекрываются шаровыми кранами. В другой конструкции предусмотрен впуск затора из верхней кольцевой трубы, выполненной в виде сдвоенной трубы; он обеспечивает «наслаивание» мутного сусла и промывной воды на поверхности пивной дробины. Наполнение затора проводится сбоку в 4-х симметрично расположенных точках на уровне съемного дна или примерно в 15 см выше этого уровня.

2.4.2.10. Удаление выщелоченной пивной дробины осуществляется через спускной люк для удаления дробины, а в чанах большого объема - через несколько люков. Дополнительное оборудование фильтр-чана (разрыхлитель, аппарат Для удаления дробины, устройства орошения/промывки, аппаратуру контроля процесса фильтрования и вспомогательное оборудование) мы рассмотрим при описании процесса фильтрования.