Кип'ятіння з виносним кип'ятильником
У сусловарочному котлів з виносним кип'ятінням сусло циркулює через кип'ятильник , розташований поза котла , обертаючись при цьому 7-8 разів на годину. При цьому сусло постійно відбирається з нижньої частини сусловарочному котла і перекачується насосом через виносний кип'ятильник 1 (рис. 3.70) .
В якості виносного кип'ятильника застосовується найчастіше кожухотрубний теплообмінник , рідше - пластинчастий теплообмінник. Через труби пропускають сусло , із зовнішнього боку труб противотоком рухається пар. Коли сусло нагрівається , то пара охолоджується і конденсується . Внесений кип'ятильник встановлюють вертикально або горизонтально , в останнє разі його встановлюють з легким нахилом для кращого стікання конденсату. Обидва варіанти отримали поширення на практиці .
Рис. 3.70. Сусловарочний котел з виносним зовнішнім кип'ятильником:
1 - виносний кип'ятильник; 2 - сусловарочний котел; 3 - конденсатор вторинної пари; 4 - збірка сусла; 5 - теплообмінник для нагріву сусла; 6 - вирпул; 7 - пар; 8 - конденсат; 9 - насос; Wort Density Measuring - вимірювання щільності сусла
Розміри зовнішнього кип'ятильника визначені необхідної поверхнею нагріву. Ця поверхня залежить від числа нагрівальних труб, їх діаметру і довжини .
Якщо швидкість руху сусла в трубах занадто мала, з'являється небезпека пригорання або як мінімум карамелізації сусла, а значить сильного підвищення його кольоровості. Крім того, слід побоюватися , що через високу температуру коагуліруемий білок осяде в трубах. Щоб цього уникнути, в даний час вважають, що швидкість течії сусла в трубах кип'ятильника повинна складати як мінімум 2,6-3,0м/с. Щоб досягти рівномірності теплообмінного процесу, передбачається достатня довжина шляху для проходження кожної частки обсягу сусла. Але так як довжина кип'ятильника обмежена його габаритними розмірами, то часто кінці горизонтальних труб, виведені на торцеву плиту, з'єднують вигнутими поворотними трубами, так що кожна частка обсягу сусла проходить теплообмінник багаторазово (рис. 3.71). У будь-якому випадку місця поворотів приводять до появи дотичних напружень , що впливають на сусло.
Для проведення процесу кип'ятіння сусла є два варіанти:
весь котел знаходиться під невеликим надлишковим тиском , вторинний пар відводиться через пропускний клапан; перевагою цього варіанту є підвищена температура вторинної пари;
сусло в котлі кип'ятиться без тиску, вторинний пар також відводиться без надлишкового тиску, але всередині виносного кип'ятильника сусло кипить при підвищеному тиску, відповідному темпера кипіння 102-104 °С.
Рис. 3.71. Внесений кип'ятильник:
1 - вхід сусла; 2 - вихід сусла; 3 - труби для проходження сусла; 4 - торцеві плити; 5 - вхід пара; 6 - вихід конденсату
Необхідну для підвищеної температури кипіння надлишковий тиск (80-200 миллибар) досягається за допомогою:
баростатіческого клапана ( клапана для скидання тиску), встановлюваного перед впусканням сусла в котел;
підвищення числа обертів насоса.
Різниця між температурою пари і температурою сусла не повинна перевищувати при цьому 10 градусів. Необхідна площа поверхні теплопередачі становить 10-11м2 на 100 гл готового сусла.
За умови достатньої швидкості протікання і невеликій різниці температур між парою і суслом робочий цикл теплообмінника досягає 30-40 варок. Після цього потрібно мийка. Якщо параметри погано узгоджені, то може знадобитися мийка вже через 6-8 варок.
При зворотному попаданні сусла в котел тиск в суслі падає. При цьому відбувається бажане інтенсивне випаровування. Для цього сусло повертають через відбивач у формі конуса або через розподільний пристрій , подводящее сусло на рівні поверхні сусла в котлі.
Циркуляційний насос підбирають так , щоб весь вміст котла могло пройти через кип'ятильник приблизно 8 разів на годину. Однак цим не гарантується, що кожна частка обсягу сусла пройде саме 8 раз через кип'ятильник - адже вміст котла перемішується примусово.
Виносне кип'ятіння, передбачають спочатку лише як допоміжний захід для поліпшення роботи сусловарочному котла, у якого ефективність кип'ятіння була недостатньою, в даний час є добре зарекомендували себе способом кип'ятіння сусла. Цей спосіб має ряд переваг перед внутрішнім кип'ятінням (яке в даний час також претерпіло удосконалення):
циркулюючий об'єм сусла допускає точне регулювання і може бути легко пристосований до обсягу сусловарочному котла;
температура сусла на виході з виносного кип'ятильника може точно встановлюватися;
є можливість використання строго контрольованого витримування сусла при підвищених температурах за допомогою додаткового буферного танка;
можливе використання для обігріву гранично низького надлишкового тиску насиченої пари (Ризб. = 0,3 бар);
можна встановлювати будь-яку потрібну величину поверхні теплообміну.
Однак не можна упускати також недоліки виносного кип'ятильника , які полягають в наступному:
потрібні більш високі інвестиційні витрати при придбанні обладнання (трубопроводи, теплообмінник, циркуляційний насос), а також слід провести ізоляцію цього додаткового обладнання;
примусова циркуляція вимагає додаткової електроенергії для перекачування сусла;
при високих швидкостях потоку сусла виникають дотичні напруження;
потреба в площах для встановлення обладнання більше, відповідно вище і вартість монтажу обладнання.
Незважаючи на недоліки, виносне кип'ятіння успішно застосовується на багатьох пивоварних підприємствах.
Кип'ятіння з використанням внутрішнього кип'ятильника
Сучасні сусловарильним котли тепер дуже часто оснащуються внутрішнім кип'ятильником (перколятор) (рис. 3.72) .
Внутрішній кип'ятильник являє собою кожухотрубний теплообмінник, розташований в сусловарочному котлі . Через вертикальні труби (1) кип'ятильника піднімається сусло, нагреваемое паром, що підводиться зверху в межтрубное простір. При цьому пара (6) охолоджується і конденсується (7).
У сужающемся конусі (5) кипляче сусло прискорюється і , піднімаючись над рівнем поверхні сусла в котлі , розподіляється по цій поверхні широким віялом за допомогою розподільного екрана (4), що сприяє хорошому випаровуванню і в той же час забезпечує сталість рівня сусла в котлі .
Так як температура сусла при кипінні підвищується до 103-106 °С , то температура ( а разом з нею і тиск) гарячого пара повинна бути істотно вище. Вона становить: при нагріванні - близько 140-145 °С ( = 3,8-4,3 бар) і при кипінні - близько 130 °С ( = 2,8 бар).
У нагрівальних трубах кип'ятильника сусло рухається знизу з температурою нижче 100 °С і в міру підйому воно нагрівається.
При цьому дуже скоро на внутрішній стінці труб утворюється : зона початку утворення бульбашок пари (2), яка при подальшому підйомі переходить в зону неповного пароутворення (3) і нарешті в ширшій зоні відбувається пароутворення у всьому обсязі сусла (4), тоді як зовні пар віддає свою енергію пароутворення ( ентальпію ) і конденсується.
Рис. 3.72. Пристрій внутрішнього кип'ятильника:
1 - пучок труб; 2 - впуск сусла; 3 - кожух; 4 - відображає екран для розподілу сусла; 5-сужающийся конус; 6 - подача пари; 7 - відведення конденсату; 8 - миюча головка