3.4.9. Образование co2

Постоянное повышение требований к физико-химическому составу и вкусовой стойкости пива настоятельно диктует необходимость его розлива исключительно в атмосфере CO₂. Совершенствование конструкции бродильных танков и закрытых бродильных чанов привело к возможности получения диоксида углерода, используемого также в производстве безалкогольных напитков.

По Баллингу, из 2,0665 г экстракта образуется 1 г спирта, 0,9565 г CO₂ и 0,11 г дрожжей. Соответственно, из 1 кг экстракта получается 0,464 кг CO₂. Если исходить из массовой доли сухих веществ в начальном сусле 12 % и допустить, что действительная экстрактивность после брожения составляет 4,4 %, то из 7,6 кг экстракта образуется около 3,5 кг СO₂/гл молодого пива. При брожении без применения давления из этого количества остается приблизительно 0,2 кг СO₂/гл пива (в случае брожения под давлением - около 0,35 кг С0₂/гл). Так как в начале брожения образуются потери вследствие наличия над пивом газа, а извлеченный CO₂ можно подвергнуть компрессии только при достижении определенной степени чистоты (0,85 кг/гл), то современные установки по рекуперации CO₂ позволяют получить 1,8-2,1 кг/гл (для бродильных чанов) и 2,1-2,5 кг СO₂/гл молодого пива (для ЦКТб).

Следует учитывать также расход CO₂ на корректировку содержания CO₂ в готовом пиве, на создание избыточного давления в танках и в установке розлива (1,8-2 кг/гл). Если улетучивающийся из лагерных танков и танков для брожения пива под давлением избыточный CO₂ с высокой степенью очистки снова подать на рекуперационную установку, то расход CO₂ соответственно уменьшится, но потребуется увеличение производительности компрессора для подготовки отведенного CO₂. Избыток CO₂ можно использовать для других целей, например, для розлива безалкогольных напитков.

3.4.9.1 Установка рекуперации CO₂. Диоксид углерода отводят из закрытых бродильных чанов. Открытые емкости накрывают крышками, изготовленными из того же материала, что и сами емкости. Крышки должны быть по возможности низкими и иметь форму, гарантирующую хорошее разделение воздуха и CO₂, обеспечивая тем самым низкие потери CO₂, с одной стороны, и максимально возможное свободное пространство для CO₂, с другой. В самой высокой точке крышки монтируют вентиляционное устройство и устройство для отбора CO₂. В закрытых емкостях необходимо наличие смотровых окон, термометров, пробоотборных кранов и люков соответствующего размера, позволяющих снимать деку. В бродильных танках, как горизонтальных, так и вертикальных, оптимальные условия для рекуперации CO₂ достигаются при заполнении танков на 75-80 %.

3.4.92. Установки по сбору, сжатию и сжижению CO₂ состоят из следующих узлов.

Пеноуловителъ предназначен для отделения пены, уносимой с CO₂. Диоксид углерода подается в уловитель тангенциально, ниспадающая пена разрушается с помощью воды и направляется в канализацию.

В газометре или газгольдере происходит выравнивание CO₂, неравномерно отводимого из бродильного танка. Чтобы при максимальном давлении 10-20 мбар ресурс работы компрессора составлял не менее 10 мин, при использовании газового баллона и производительности компрессора 1 кг/ч в баллоне должно быть 0,15-0,5 м³ свободного объема. Преимущество этой системы состоит в отсутствие скачков давления, а недостаток - в большой занимаемой площади.

Установки с включением подпора работают с различным давлением в системе трубопроводов, служащей своего рода «буфером». Эта система применяется редко, так как бродильные емкости подвержены скачкам давления.

В установках с включением давления всасывания и «бустерным насосом» трубопровод также является своего рода буфером. Благодаря бустер-насосу, установленному в начале сети трубопроводов, создается разница давления (около 1,1 бар), что позволяет увеличить емкость системы. Используемые коловратные пневмомоторы (обычно нагнетатель Рут-са) являются довольно шумными и потребляют много энергии.

СО₂ -компрессор, ядро системы сжижения при пониженном давлении, сжимает CO₂ до 15-20 бар, как правило, в две ступени. Благодаря несмазываемым узлам температура газа достигает 140-160 °С, несмотря на охлаждение цилиндров на стороне высокого давления. В компрессорах с водяным охлаждением в главный цилиндр впрыскивается холодная вода, которая на стороне высокого давления улавливается осушителем. В этом случае температура газа ниже 45 °С.

Промежуточный охладитель после контура низкого давления и дополнительный охладитель после контура высокого давления служат для охлаждения газа.

Очистка и сушка распространяется па четыре фракции:

Водорастворимые загрязнения (например, спирты, иные побочные продукты брожения, сернистые соединения) удаляются путем вымывания водой. В большинстве случаев водяные скрубберы устанавливают между газгольдером и компрессором. Наполнителем в них служат керамические шарики, известняк или частицы полимерных материалов. Расход воды в 3-5 раз выше массы газа: потребление электроэнергии составляет 5-10 кВт- ч/т CO₂.

Водонерастовримые вещества удаляют путем адсорбции (с помощью активированного угля или силикагеля). Монтаж на агрегатах, работающих без смазки, производят перед компрессором, а у компрессоров с водяной смазкой - на стороне высокого давления. Особое внимание следует обращать на время загрузки и регенерации.

Собственно вода удаляется в сушильных башнях с помощью силикагеля, активированного угля или молекулярных сит. Точка росы должна составлять -40 °С, соответственно 0,1 г воды /кг CO₂, так как иначе в конденсаторе и накопителе жидкости образуется лед.

Неконденсирующиеся газы удаляют только при сжижении CO₂ в самой высокой точке конденсатора CO₂.

Фильтр тонкой очистки (из керамики или металлокерамики) предназначен для удаления мельчайших абразивных частиц. Благодаря очистке и сушке гарантируется степень очистки 99,9 % по жидкой фазе. При этом, однако, необходимо обеспечить не только степень очистки, но и отсутствие запаха дрожжей, масла и прочих посторонних запахов, поскольку в противном случае оставшиеся 0,1 % веществ могут испортить вкус и аромат пива (например, диацетил). Для оценки степени чистоты используют газовую хроматографию.

Сжижение CO₂ происходит путем охлаждения с помощью холодильных установок до температуры -20...-30 ⁰C (с давлением 15-20 бар). Так как в таких холодильных установках используются более низкие температуры испарения (от -33 до -38 °С), чем на пивоваренных производствах, то применяются децентрализованные холодильные установки, работающие на фреоне 502 (благодаря смазочному маслу этот хладагент лучше, чем F22). Потребление электроэнергии составляет около 110-130 кВт · ч/т CO₂, а расход воды - от 10 до 15 м³/т CO₂.

В танке низкого давления CO₂ хранится в жидком состоянии при давлении 16-19 бар (необходима хорошая изоляция). Размеры танка низкого давления определяются по объему CO₂, образующемуся к концу недели. С помощью СO₂-испарителя с редукционным клапаном CO₂ доводят до комнатной температуры и давления 2-4 бар. В эту систему может быть интегрирован буферный танк для газообразного CO₂, чтобы не увеличивать размер испарителя и компенсировать внезапный большой объем отбора CO₂.

Диоксид углерода, образующийся при брожении, начиная с чистоты 97 % уже не содержит кислорода, а только азот. Таким образом, отсутствует опасность старения пива при карбонизации, но в этом случае могут возникнуть проблемы в ходе розлива. Нижняя граница степени чистоты поэтому должна составлять 99,7 %.

3.4.9.3. Контроль рекуперированного CO₂ должен проводиться как микробиологически (выявление дрожжей, молочнокислых бактерий и других бактерий-вредителей пивоваренного производства, кишечной палочки, колиформных микроорганизмов), органолептически (в CO₂ не должны присутствовать посторонние ароматические вещества), так и методами технохимического анализа. В CO₂ не должно быть хлора, HCl, H₂S, NO₂^-, NO₃^-, цианидов и фенолов; содержание масла не должно превышать 5 мг/кг, углеводородов - 0,1 мг/кг, а содержание СО и метана - 0,01 %.

3.4.9.4. Влияние рекуперации CO₂ на брожение незначительно. Ход брожения, размножение дрожжей, кислотообразование не отличаются от брожения в открытых чанах. Завитки менее компактны вследствие действующего на них давления; при снижении экстрактивности чуть более 0,5 % в сутки благодаря своевременному сбросу давления в чане или танке стимулируется образование плотной деки, которую можно снять позже, примерно через 20 ч. В бродильных танках эту деку можно осадить на боковых стенках или в конусной части.

3.4.9.5. Производительность и габариты установки рекуперации CO₂. При максимальном выпуске 10000 гл пива/мес. требуется компрессор производительностью 50 кг/ч. Танк для хранения в зависимости от образования CO₂ к концу недели должен вмещать объем, превышающий производительность компрессора в 100-150 раз. Необходимо также учитывать компрессию отводимого диоксида углерода (при классическом брожении ее в расчет не принимают).

3.4.9.6. Затраты на рекуперацию CO₂ на собственном производстве ниже, чем на закупку CO₂ в цистернах или баллонах. Общий расход энергии и воды на 1 т сжиженного CO₂ составляют: 140 -170 кВт · ч, 8-12 кг насыщенного пара, 10-15 м³ воды. Общие издержки на получение CO₂ на собственном производстве исчисляются в зависимости от размера установки с учетом амортизации, стоимости монтажа, а также трудозатрат.