2.5.Кипячение и охмеление сусла

Полученное в результате фильтрования сусло кипятят, добавляя к нему хмель в той или иной форме. Цели кипячения сусла с хмелем состоят в испарении избыточной воды для получения нужной концентрации сусла, в инактивации ферментов, в стерилизации сусла, максимальной коагуляции белков в виде взвесей горячего сусла («бруха») и, наконец, в растворении в сусле ценных компонентов хмеля, прежде всего горьких веществ. При этом возникают такие побочные явления, как образование редуцирующих веществ и испарение летучих ароматических веществ. Изменения повышения цветности и кислотности легко контролируются.

2.5.1. Сусловарочный котел

Кипячение сусла, как и затора, производят в специальных резервуарах - сусловарочных котлах.

2.5.1.1. Вместимость сусловарочных котлов составляет приблизительно 9 гл/100 кг засыпи солода (для приготовления 12 %-ного пива), а заторных котлов - 4-5 гл. В небольших варочных цехах затор и сусло варят в одном котле, при этом нагревательные поверхности следует рассчитать так, чтобы обеспечить и кипячение небольших частей затора (около 1 гл/100 кг) без подгорания твердых частиц, и всего объема сусла, составляющего 7-7,5 гл/100 кг засыпи. В котлах, рассчитанных без запаса, эффективность кипячения может оказаться проблематичной; кроме того, существует опасность того, что сусло окажется перекипяченным.

2.5.1.2. Котлы изготавливают из стали, нержавеющей стали или меди. Нередко нержавеющую сталь применяют для плакирования стальных листов. Хотя теплопроводность меди на 30 % выше, чем у стали, ионы Cu²⁺ могут неблагоприятно влиять на качество и стойкость пива.

2.5.1.3. Форма днища котлов может быть круглой и прямоугольной. Стенки котлов (царги) из стального листа плоские, а у котлов из меди обычно выпуклые.

2.5.1.4. Отношение высоты слоя жидкости к диаметру должно составлять примерно 1 : 2, что позволяет установить необходимые поверхности нагрева и легко отводить образующийся водяной пар. Чем меньше диаметр и чем глубже котел, тем меньше испарение.

Одним из важнейших узлов котла является контур обогрева. Различают прямой обогрев открытым пламенем и кипячение с помощью паровых или водяных рубашек.

2.5.1.5. Котлы с прямым обогревом старой конструкции обмуровывают, а топочные газы по системе дымоходов направляют вдоль стенки котла. Чтобы исключить пригорание затора или перегрев боковых стенок в случае недостаточного заполнения котла, эти дымоходы, особенно у заторных котлов, не следует располагать слишком высоко.

2.5.1.6. В котлах, обогреваемых мазутом, применяют так называемую стальную топку, которая легче регулируется благодаря меньшему объему обмуровки и КПД которой приближается к общему КПД установок с косвенным обогревом. Хорошо зарекомендовал себя обогрев газом. Отходящее тепло таких систем обогрева целесообразно использовать в теплообменниках для получения горячей воды.

2.5.1.7. Котлы с паровым обогревом имеют двойное дно или каналы, выполненные в форме половинок труб или профилей, или нагревательные элементы в виде внутренних или внешних кипятильников.

Система нижнего обогрева или обогрева боковых поверхностей конструктивно выполняется обычно в виде двух зон, причем во внутреннюю зону подводится пар большего давления (острый пар). Отношение площади внешней нагревательной поверхности к внутренней смещается с увеличением объема котла в сторону внешней поверхности. Обычно оно составляет 3 : 1, но для очень больших котлов (на 10 т засыпи) может измениться до 5 : 1. У так называемых высокопроизводительных котлов днище конусообразные и подняты так высоко, что создаются благоприятные условия для испарения и движения сусла при кипячении изнутри наружу, как у котлов с прямым обогревом. Для получения более плотного сусла может потребоваться разделение внутренней поверхности нагрева. У таких котлов пар или горячая вода для обогрева подается в расположенные по спирали и приваренные снаружи полутрубы или профильные элементы.

Для обеспечения эффективного кипячения в таких котлах большое значение имеет удаление воздуха из поверхностей нагрева, особенно в случае использования двойных днищ, а также правильный расчет размеров устройств для отвода конденсата.

В котлах с прямоугольным днищем необходимые поверхности нагрева создаются намного проще. Встречаются также котлы с овальным или трапециевидным поперечным сечением.

Внутренний кипятильник в своем первоначальном виде представлял собой систему жестких или подвижных труб, которые необходимо проложить как можно глубже, чтобы имелась возможность нагрева всех слоев затора или сусла. Змеевики должны быть всегда покрыты жидкостью. Скорость вращения подвижных нагревателей невелика (6-10 об/мин). В основе современных внутренних нагревательных элементов положена конструкция применявшихся ранее дополнительных кипятильников. Они имеют форму цилиндров, смонтированных по отдельности или собранных в пакет. В одной из конструкций они расходятся «звездой» от центрального элемента, а в другой нагревательные трубы установлены в «стакан», образованный в днище котла. Аналогичная система используется для обогрева заторных котлов. Для таких кипятильников, работающих обычно без дополнительного обогрева днища, важно, чтобы их диаметр находился в строго определенном соотношении с диаметром котла. Если он слишком большой, то фонтанирование кипящего сусла не убывает вплоть до периферии, и возникает опасность перегрева, то есть поверхность обогрева будет использоваться не полностью. Если диаметр котла слишком мал, то в некоторых случаях существует риск недостаточного охвата периферийных зон сусла.

Современные внутренние кипятильники представляют собой или «открытую» систему, в которой трубы размещены по кругу или в два ряда вокруг центра котла, образуя своего рода «обойму», или пучок труб, на котором установлен так называемый «подпорный конус» с короткой трубой, направляющий смесь из сусла и пузырьков пара на регулируемый обтекаемый экран. Такая конструкция позволяет добиться требуемого равномерного распределения сусла. Температура над кипятильником не должна превышать температуру сусла в котле более чем на 2 °С. В небольших котлах размер поверхностей нагрева подбирают так, чтобы они могли работать при очень низкой температуре теплоносителя. В «закрытых» системах чем ниже температура теплоносителя (пара или горячей воды), тем лучше.

Внешние кипятильники - это системы из пучка труб или пластин из меди или нержавеющей стали, смонтированные рядом с сусловарочным котлом. Хотя в кипятильниках с ламинарным течением возникает термическая циркуляция, для полной π равномерной загрузки поверхностей нагрева важен подающий насос. Так как в этом случае при термической циркуляции устанавливается более низкая скорость потока в системе, что приводит к блокированию кипятильника, за счет многократного изменения направления потока жидкости стремятся достичь скорости 2,5-2,7 м/с, благодаря чему интервал между двумя мойками увеличивается до 16-24 варок. В зависимости от температуры теплоносителя и сусла, а также требуемой степени испарения подающий насос должен обеспечивать от 8 до 12 перекачиваний содержимого котла в час, а при использовании компрессионного вторичного пара - от 10 до 24 перекачиваний. Давление в самом кипятильнике относительно сусловарочного котла регулируется редукционным клапаном в зависимости от требуемой температуры (101-108 °С). Сусло поступает после кипятильника в котел по рассчитанному с запасом трубопроводу в центре (через сопло с напорной трубой и экраном) или тангенциально на уровне полного заполнения котла, желательно под углом 23° к стенке котла. Последний вариант обеспечивает более равномерную обработку сусла. В зависимости от температуры теплоносителя (120-135 °С) площадь поверхности нагрева составляет соответственно 15 и 10 м²/100 гл, а для сжатого вторичного пара (103-110 °C) - 165 и 40 м²/100 гл. Таким образом, потребляемая мощность циркуляционного насоса при указанной выше производительности варьирует от 5,5 до 15 кВт.

При помощи внешних кипятильников можно попеременно обогревать несколько котлов, а при наличии соответствующего количества изолированных емкостей они могут выполнять для одной варки роль сборника первого сусла, котла и, наконец, вирпула (см. раздел 2.7.7.). Такую компоновку можно реализовать и с внутренними кипятильниками, но в этом случае каждую емкость необходимо оснащать отдельным кипятильником.

2.5.1.8. Отведение водяного пара в круглых котлах с обтекаемым колпаком осуществляется под воздействием естественной тяги. В других конструкциях, а также при наличии испарительных конденсаторов для отвода испаряющейся влаги необходим вентилятор соответствующей производительности. Возврата испарительного конденсата, например, через приемные каналы с отводящим трубопроводом, следует избегать.

2.5.1.9. Месильные органы для заторных котлов являются обязательными, а при прямом обогреве они оборудуются цепью для предотвращения пригорания затора. Окружная скорость составляет около 3 м/с, исходя из которой рассчитывают число оборотов при заданной длине лопасти. Для обеспечения возможности работы с разными объемами затора и выполнения разных задач (нагрева, пауз, кипячения) скорость вращения должна регулироваться (см. раздел 2.3.2.8).

Для сусловарочных котлов месильные органы не обязательны, однако при обогреве днища и вертикальных поверхностей, особенно при нагревании до кипения в случае прямого обогрева их наличие желательно (для улучшения теплоотдачи и предотвращения окрашивания сусла).

Котлы для кипячения сусла под давлением рассчитаны на избыточное давление до 1 бар. Они допускают варку сусла при температурах до 120 °С, но в настоящее время обычно применяют температуры 102-104 °С (температура во внутренних или внешних кипятильниках несколько выше (на 1,5-2 °С). Такие котлы должны быть оборудованы предохранительными клапанами, герметичными смотровыми люками и закрывающимися заслонками вытяжной трубы.

Установки непрерывного кипячения сусла включают в себя два теплообменника для нагревания сусла и понижения температуры образующегося вторичного пара до 87 или 107 °С, а также нагревательное устройство, поддерживающее необходимую температуру реакции около 130 °С. Температура кипения поддерживается в течение 2,5-3 мин, а затем происходит сброс давления в двух последовательно соединенных выпарных аппаратах, и температура падает до 117 и 100 °С. В такой системе сусло подается на вирпул, а в другой технологии применяется еще один сброс давления пара в вакуумном аппарате при температуре 50 °С. Испарение в этих конструкциях составляет 6-8 %.