Циліндро-конічні танки (цкт)
В даний час загальновизнано , що для прискорення виробництва пива найбільш раціональним є ведення бродіння і доброджування пива в одному апараті циліндро -конічної форми. Впровадження таких апаратів відбувається швидко. Спостерігається також швидкий перехід від апаратів місткістю 4000-5000 дал ( висотою 8м) до апаратів місткістю 40 000 дал (висотою 20м).
При висоті стовпа зброджуваного сусла в циліндро- конічних апаратах 7-20м спостерігається сильна конвекція сусла, що викликається виділенням і переміщенням вгору діоксиду вуглецю і теплових потоків, величина яких залежить від інтенсивності бродіння, регульованою підтриманням певної температури за допомогою сорочок охолодження. Компактне осадження дріжджів досягається охолодженням конусної частини апарату за останні 24-36 год бродіння. При інтенсивній аерації сусла і підвищеній дозі дріжджів головне бродіння при температурі 8-9°С закінчується за 7 діб, а доброджував за 5-7 діб, тобто весь цикл бродіння і доброджування становить 12-14 сут.
Циліндро- конічний бродильний апарат (рис. XVII - 3) виготовляють з нержавіючої сталі з полірованою внутрішньою поверхнею. Цей апарат має чотири охолоджуючі сорочки 3 на циліндричній частині і одну 4 на конічної. Нижня частина конусного дна виконується знімною lля очищення та миття, а також для візуального огляду апарату після дезінфекції. Через люк на верхній кришці всередину апарату проходить труба з встановленою на ній миючої голівкою. Нижня частина циліндричної обичайки корпусу закінчується опорним кільцем 1, за допомогою якого апарат розміщується на перекритті будівлі або інших конструкціях при установці на відкритому повітрі. Апарат забезпечений шпунт - апаратом і вакуум- переривачем з гідравлічним затвором , приєднаним до патрубка 2 . Апарат має штуцери з арматурою для підведення сусла, дріжджів, діоксиду вуглецю, миючих рідин, холодоносія, а також спеціальні датчики контролю і регулювання температури і датчик граничного верхнього рівня.
Рис. XVII-3. Циліндро-конічний танк (конструкція СРСР)
Сучасні дослідження показали , що висота сусла в ЦКТБ не повинна перевищувати 20м. Більшість танків має діаметр від 3.5 до 4,5м. Кут нахилу конуса всередині може бути від 60 до 90° (найбільш поширені значення 60-75°).
Розміри ЦКТ залежать від потужності варильного відділення. За основу приймається, що один танк повинен вміщати максимум половину виробленого в добу сусла (і тільки у виняткових випадках - всю добову вироблення) .
ЦКТБ заповнюється для бродіння не повністю, так як і тут при бродінні через підйом СО2 утворюються завитки, що займають значний обсяг . В крайньому випадку завитки піднімаються через верхівкові клапани і можуть закупорити запобіжну арматуру. Це дуже небезпечно , так як засохле сусло може так заблокувати арматуру, що вона не зможе більше функціонувати.
Тому за основу приймають, що вільний простір для піни у разі ЦКТБ має становити не менше 18-25% від обсягу початкового сусла.
ЦКТ мають досить велику висоту, і тому спочатку вони завжди встановлювалися поза приміщенням, і, відповідно, ізолювали і захищалися від впливу погодних умов. Пізніше частіше стали застосовувати варіант установки танків в приміщенні. В даний час поширені обидва варіанти з підваріант ( ріс.4.28) .
Установка поза приміщень дуже поширена, але вимагає теплоізоляції кожної ємності .
Рис. 4.28. Розташування ЦКТ:
а - установка поза приміщенням; b - установка в приміщенні
1 - прохід; 2 - сполучна панель; 3 - верхня площадка для обслуговування
До устаткування сучасних ЦКТ відносяться:
• контрольні прилади , елементи для обслуговування танка і запобіжна арматура;
• обладнання для охолодження танка;
• устаткування для керування процесом бродіння і його автоматизації .
На рис. 4.29 показані елементи ЦКТ.
Для обслуговування , контролю та безпечної експлуатації танка необхідні наступні елементи:
• обладнання для наповнення і спорожнення ЦКТ;
• запобіжна арматура;
• контрольні прилади;
• станція З IP (система очищення без демонтажу).
ЦКТ завжди наповнюють і спорожняють знизу з наступних причин:
• це істотно простіше ;
• заповнення зверху призводило б до зайвої попаданню кисню.
Однак наповнення і спорожнення знизу означає , що ЦКТ повинен з'єднуватися з кількома трубопроводами, а саме:
• з трубопроводом подачі сусла;
• з лінією зняття дріжджів;
• з трубопроводом відкачування пива;
• з трубопроводом подачі і повернення CIP .
Рис . 4.29 . Цилиндроконические танк (ізоляція частково видалена ) :
1 - майданчик для обслуговування; 2 - купол танка з арматурою ; 3 - труби з кабелем і дренажна труба ; прокладені під ізоляцією ; 4 - гніздо для термометра ; 5 - мала зона охолодження для доброджування ; 6 , 8 - зони охолодження для бродіння ; 7 - ізоляція ; 9 - сполуки для підведення рідкого аміаку , з клапанами ; 9а -відвід випарувався аміаку ; 10 - конусна зона охолодження; 11 - конусний патрубок з люком обслуговування DN 450 ; 12 - пробний кран ; 13 - подає на купол і відводить з купола труба ( СО2 ; повітря ; CIP ) ; прокладена під ізоляцією ; 14 - шпунт - апарат ; 15 - вимірювач рівня ; датчик спорожнення
Важливо, щоб ці з'єднання були захищені від доступу повітря і попадання сторонньої мікрофлори.
Використовуючи шланги, в довготривалому плані не можна досягти бездоганних (з мікробіологічної точки зору) результатів. Внутрішня поверхня шлангів виглядає часто набагато гірше, ніж може здатися на перший погляд, і, крім того, вони вимагають дуже дбайливого поводження і ретельного догляду.
На більшості підприємств для перемикання потоків використовуються панелі (рис. 4.30), на яких за допомогою перекидних калачів за допомогою декількох ручних операцій проводиться необхідна стикування розташованих паралельно один над одним у вигляді огорожі трубопроводів (рис. 4.30а).
Рис. 4.30. розподільна панель
з калачами
Рис. 4.30а. Сполучені калачами трубопроводи
З'єднання відкриваються і закриваються за допомогою поворотних заслінок вручну або дистанційно.
Надзвичайно важливо не допустити потрапляння кисню , який приведе до погіршення якості нива . Для видалення кисню при відкачці пива з танків трубопроводи наповнюють деаерірованной водою аж до запірної арматури ( при витіснення води утворюється розбавлений залишок) . Але як раз калачто і привносить повітря в трубопровід , якщо це повітря не видаляють , наприклад , через Деаераційно клапан у вищій точці. Дієвою альтернативою є продування трубопроводів та арматури СО2 , який повністю витісняє повітря .
На великих підприємствах вся система трубної обв'язки виконується безрозбірної . Відкриття або закриття трубопроводів відбувається в цьому випадку за допомогою дистанційно керованих клапанів. Хоча це здорожує вартість обладнання , але дозволяє скоротити чисельність обслуговуючого персоналу.
Який виникає при бродінні СО2 повинен забиратися з верхньої точки танка. Коли пиво відкачують , то необхідно подавати в танк СО2 або, за відсутністю вуглекислоти , повітря. Крім того , для успішної мийки танка миючий розчин повинен примусово розбризкуватися зверху. Необхідна для цього арматура розташовується доступно, знизу, в зоні розміщення клапанів, і з'єднується з верхівкою танка вертикальним трубопроводом (рис. 4.33 ) .
До клапанному вузлу відносяться:
клапан для подачі миючої рідини ;
клапан регулювання тиску газу (підключається послідовно ) ;
клапан відведення СО2 ;
клапан подачі СО2 під час спорожнення танка;
клапан подачі стерильного повітря ( при необхідності) .
1 - подаючий трубопровід; 2 - клапан CIP; 3 - клапан регулювання тиску; 4 - клапан отводаСО2; 5 - клапан подачі С02; 6 - клапан подачі стерильного повітря
Рис. 4.34. Купольна арматура:
1 - вертикальний трубопровід (С02, стиснене повітря, CIP), 2 - механізм для розділення рідини / газу; 3 - запобіжний клапан; 4 - вакуумний клапан; 5 - миюча головка; 6 - вузол мийки арматури
Верхня частина танка називається куполом танка. Купол доступний для обслуговування і містить арматуру , розміщену в плиті , що знаходиться в центральній частині купола. Купольна арматура захищена від впливу погодних умов. Вона складається з (рис. 4.34):
• запобіжного клапана ;
• вакуумного клапана;
• системи CIP для мийки купольної арматури , підключеної до лінії подачі миючих розчинів;
• датчика рівня (для захисту від переповнення ) ;
• датчика для вимірювання тиску в танку.
Купольна арматура повинна бути пов'язана з системою СIP, щоб повністю зберегти свої функціональні можливості. Крім цього, купольна арматура повинна бути захищена від замерзання.
Циліндро- конічні танки слід промивати тільки шляхом цілеспрямованого впливу потоку рідини в системі CIP (пристрої для безрозбірного миття). Мийна арматура (статичні миючі головки, що обертаються струменеві миючі головки ) пов'язана з купольної арматурою і має такі конструкційні параметри, що миючий розчин повністю покриває поверхню танка по всій його довжині і досить добре промиває навіть конус.
Для цього необхідно підтримувати витрата миючої рідини на рівні 30гл на годину на 1м окружності танка.
Для великих танків звичайні миючі головки не підходять ; в цьому випадку застосовуються ротаційні струменеві миючі головки .
Так як подача миючої рідини , подача і відведення газів відбуваються за одним і тим же трубопроводу, то в купольної арматурі має бути передбачено пристосування для розділення рідкої і газової середовищ.
Під час мийки купольної арматури всі клапани підводяться зі своїх сідел , щоб запобігти залипання і забезпечити промивку сідла клапанів.
Пивовар не бачить, що відбувається всередині Цилиндроконические танка. Тим важливіше контрольні прилади, за допомогою яких можна обстежити вміст танка і регулювати процеси, що протікають всередині. До таких приладів належать:
• термометри ;
• індикатори рівня ;
• індикатори тиску;
• граничні датчики верхнього і нижнього рівня ;
• пристрої для відбору проб.
Охолодження танка необхідно для оптимального управління температурним режимом бродіння. При цьому для кожного виду танка необхідно забезпечити відповідний спосіб охолодження. Способи і потужність системи охолодження залежать від потреби в холоді
При бродінні виділяється тепло, яке необхідно відводити . Крім цього, для стадії холодної витримки температура пива знижується до -1 або -2°С. Кількість тепла, яке має бути відведено, складається з:
• теплоти , що виникає при бродінні ( ентальпія);
• теплоти, яку необхідно відняти від пива при охолодженні до температури холодної витримки (теплота рідини);
• теплопритоков з боку навколишнього середовища, які обумовлюють втрати холоду .
Загальна потреба в холоді складає в середньому 8600-9000 кДж / гл.
Однак ця теплота виникає не рівномірно і повинна відводитися також нерівномірно. Час і кількість відводиться теплоти залежать :
• від способу бродіння і дозрівання ;
• від даної стадії охолодження і швидкості охолодження.
Найбільша потреба в холоді виникає при охолодженні пива після головного бродіння протягом 24-48 ч.
Виробництво холоду на пивоварних підприємствах відбувається майже виключно за допомогою холодильно- компресорних установок і рідше - за допомогою абсорбційних установок. У процесі створення холоду стиснене рідкий аміак випаровується. Для випаровування йому необхідна теплова енергія. Цю теплоту аміак віднімає у навколишнього середовища, яка при цьому охолоджується. Існують два варіанти охолодження:
аміак випаровується безпосередньо в хо ¬ холодильної трубках або сорочках (охолодження при безпосередньому випаровуванні холодоагенту;
аміак випаровується у випарнику і охолоджує хладоноситель, зазвичай гліколь, який потім надходить у холодильні трубки або сорочки (непряме охолодження з випаровуванням холодоагенту за межами холодильних трубок або сорочок) .
В якості холодоносія в даний час майже скрізь застосовуються розчини етиленгліколю або пропіленгліколю з температурою замерзання від -10 до -15°С.
Охолодження водою при температурі 0°С ( крижана вода) неможливо, так як пиво в кінці бродіння повинно бути охолоджене до температури нижче 0˚С , а для теплообміну необхідна різниця, щонайменше, в 2-3 градуси.
Теплообмінні поверхні розраховуються таким чином , щоб на мінімальній площі відбувався максимальний теплообмін. Теплообмінні поверхні для прямого випаровування аміаку повинні витримувати стаціонарне тиск випарувався хладагента , а це складає в разі аміаку 11,6 бар , і тому підлягають обов'язковій перевірці .
Звичайно застосовуються наступні форми охолоджуючих сорочок :
• сегментні трубки;
• вертикальні профільні трубки;
• спеціальні конструкції поверхні теплообміну (Temp - plates , dimple jackers , Mueller Plates) .
При охолодженні гликолем в сегментних трубках з горизонтальним плином охолоджуючої середовища рис. 4.40) хладоноситель надходить знизу, а відводиться зверху.
При прямому випаровуванні (рис. 4.41) аміак подається зверху. При цьому вся холодильна зона розподіляється на окремі відрізки по 4-6 витків трубки. Це дозволяє здійснювати рівномірну теплопередачу.
Слід прагнути до того, щоб в охолодному сегментном трубопроводі знаходився мінімальний обсяг NH3, так як в цьому випадку
• можна обійтися меншою кількістю NH3;
• сепаратор рідкого і газоподібного аміаку може бути компактніше;
• знижується подальше випаровування.
Якщо звичайні сегментні труби вміщають 12-15л NН3/м2 (рис. 4.41а, 1), то більш нові - вже тільки 4,5 л/м2 (2).
Новітні горизонтальні випарники з плоским профілем обходяться навіть 1,9 л/м2.
Рис. 4.41а .. Сегментні трубки для випаровування аміаку
1 - профіль старої конструкції; 2 - плоский профіль
У вертикальних профільних випарних сорочках (рис. 4.42) аміак випаровується, поки тече вниз.
Цей варіант поширений не так широко, так як в даному випадку випаровування не можна так само добре регулювати, як при застосуванні горизонтальних труб.
Під позначеннями «Temp-plates», «Mueller plates», «Dimple jackets» тощо виготовляються теплопередающие поверхні, що складаються з металевих листів, приварених один до одного в точках, розташованих на рівномірному видаленні один від одного (рис. 4.43) .
Під надлишковим тиском більш тонкий зовнішній лист набуває між точками зварювання вигнуту форму, яка забезпечує турбулентний рух холодоагенту, а зна чит, і хорошу теплопередачу.
Рис. 4.43. «Temp-plates» або »Dimple Jackets» для прямого охолодження NH3
Найбільша потреба в холоді виникає після бродіння і дозрівання при швидкому охолодженні пива до низьких температур. В якості орієнтовних значень можна навести такі площі поверхонь теплообміну :
■ для ЦКТБ
при безпосередньому випаровуванні хладоагента :
3,4 м2/100 гл при температурі випаровування 1 °С;
1,6 м2/100 гл при температурі випаровування -4 °С;
при непрямому охолодженні :
3,8-4,4 м2/100 гл при температурі холодоносія на вході в танк +1 °С;
1,7-1,8 м2/100 гл при температурі холодоносія на вході в танк -4 °С;
■ для табірних ЦКТ ( ЦКТЛ )
• 0,9 м2/100 гл при температурі випаровування -4 °С.
При широко поширеною вхідний температурі гліколю -4 °С , температура випаровування в компресорній установці повинна бути дорівнює -10 °С. При температурі на вході + 1 ˚С , що зазвичай практикують при використанні крижаної води в якості холодоносія , температура випаровування в компресорній установці дорівнюватиме -5 °С.
Можна проводити охолодження пива і поза танка. Пиво відкачують з патрубків, розташованих в конусі, охолоджують на пластинчастому теплообміннику, і повертають через вертикальну трубу, випуск якої розташований на 1-2м нижче рівня пива в танку. Вертикальна труба проходить всередині реактора, але може бути прокладена і зовні танка , під ізоляцією. Вміст танка примусово перемішується , дріжджі підтримуються в підвішеному стані, бродіння не вповільнюється. Щоб пізніше не перешкоджати осіданню дріжджів, наприкінці стадії бродіння пиво відкачують з верхньої частини конуса. Цей спосіб охолодження з успіхом застосовується з 1970 р.
Танки, встановлені поза приміщення, повинні бути захищені від впливу тепла і холоду. Але й танки, встановлені усередині, потребують окремого охолодженні , щоб можна було проводити бродіння і дозрівання за індивідуальним режиму. Тому зовнішні танки ізолюються від впливу навколишнього середовища завжди , а внутрішні - найчастіше .
У якості ізоляційного матеріалу найкраще себе зарекомендувала піна з поліуретану (ПV), яка наноситься шаром товщиною в 100-150мм. Зовні ізоляція облицьовувався листами з хромонікелевої сталі або алюмінію. Шар ізоляції, по можливості, наноситься виробником перед транспортуванням танка на пивоварне підприємство.