3.4.2.2.4. Кипячение с использованием горячей воды (гидрокипячение)

Существует возможность нагреть воду под давлением очень сильно, но не до испарения и использовать эту горячую воду при 160- 170°С для обогрева Суслов арочного котла. При этом экономят на потерях, возникающих в связи со сбором и обратной подачей конденсата. С другой стороны, требуется значительно больший диаметр труб, а также больше энергии, чем при использовании пара, так как пар значительно подвижнее, чем жидкость. Теплоотдача от пара к стенке происходит лучше, чем от горячей воды. Поэтому сегодня кипячение с помощью горячей воды встречается реже, чем обычное кипячение с обогревом паром. Теплопередача от пара к суслу обеспечивается наваренными полутрубами - так же, как у заторного котла.

3.4.2.3. Сусловарочные котлы с кипячением при низком избыточном давлении

Основная идея кипячения при низком избыточном давлении состоит в том, что ряд биохимических процессов превращения веществ протекает быстрее, если давление, а с ним и температура кипячения выше 100°С (см. об этом в разделе 3.4.2.2.1).

Сусловарочные котлы с кипячением при низком избыточном давлении изготавливаются как герметичные котлы, рассчитанные на максимальное избыточное давление 0,5 бар, и оснащаются необходимой для этого предохранительной арматурой на случай превышения давления и образования вакуума. Обогрев сусла производят с помощью выносного или внутреннего кипятильника. Конденсатор вторичного пара рассчитывается соответственно на уровень давления в котле, так что может использоваться более высокая температура вторичного пара.

В качестве критерия оценки скорости протекания реакций и поведения основных компонентов экстракта во время кипячения сусла сегодня служит характеристика времени полураспада для расщепления предшественника ДMC (см. об этом раздел 3.4.1.9). Для характеристики процесса кипячения сусла важным показателем является произведение температуры на время кипячения: чем дольше кипятят и чем выше температура кипящего сусла, тем больше нежелательная термическая нагрузка. С другой стороны, должны быть обеспечены следующие процессы:

• горькие вещества хмеля должны максимально изомеризоваться и тем самым стать растворимыми;

• расщепление предшественника ДМС должно пройти по возможности полностью.

В результате сусло кипятят 60-70 мин при 103-106°С. Степень испарения при кипячении с использованием низкого избыточного давления составляет около 6%.

Кипячение выполняют либо

• в расположенном вне предела котла выносном кипятильнике, через который прокачивают сусло, либо

• во внутреннем кипятильнике, при использовании которого сусло нагревается в сусловарочном котле.

3.4.2.3.1. Кипячение при низком избыточном давлении с выносным кипятильником

У сусловарочных котлов с выносным кипячением сусло циркулирует через кипятильник, расположенный вне котла, оборачиваясь при этом 7-8 раз в час. При этом сусло постоянно отбирается из нижней части сусловарочного котла и перекачивается насосом через выносный кипятильник (рис. 3.70, 1).

В качестве выносного кипятильника применяется чаще всего кожухотрубный теплообменник, реже - пластинчатый теплообменник. Через трубы пропускают сусло, с наружной стороны труб противотоком движется пар. Когда сусло нагревается, то пар охлаждается и конденсируется. Выносной кипятильник устанавливают вертикально или горизонтально, в последнем случае его устанавливают с легким наклоном для лучшего стекания конденсата. Оба варианта получили распространение на практике.

Размеры наружного кипятильника определены требуемой поверхностью нагрева. Эта поверхность зависит от числа нагревательных труб, их диаметра и длины.

Е сли скорость движения сусла в трубах слишком мала, появляется опасность пригорания или как минимум карамелизации сусла, а значит сильного повышения его цветности. Кроме того, следует опасаться, что из-за высокой температуры коагулируемый белок осядет в трубах. Чтобы этого избежать, в настоящее время считают, что скорость течения сусла в трубах кипятильника должна составлять как минимум 2,6-3,0 м/с. Чтобы достигнуть равномерности теплообменного процесса, предусматривается достаточная длина пути для прохождения каждой частицы объема сусла. Но так как длина кипятильника ограничена его габаритными размерами, то часто концы горизонтальных труб, выведенные на торцевую плиту, соединяют изогнутыми поворотными трубами, так что каждая частица объема сусла проходит теплообменник многократно (рис. 3.71). В любом случае места поворотов приводят к появлению касательных напряжений, воздействующих на сусло.

Для проведения процесса кипячения сусла имеются два варианта:

• весь котел находится под небольшим избыточным давлением, вторичный пар от водится через перепускной клапан, преимуществом этого варианта является повышенная температура вторичного пара;

• сусло в котле кипятится без давления, вторичный пар также отводится без избы точного давления, но внутри выносного кипятильника сусло кипит при повышенном давлении, соответствующем темпера туре кипения 102-104°С.

Требуемое для повышенной температуры кипения избыточное давление (80-200 миллибар) достигается с помощью:

• баростатического клапана (клапана для сброса давления), устанавливаемого перед впуском сусла в котел;

• повышения числа оборотов насоса.

Разница между температурой пара и температурой сусла не должна превышать при этом 10 градусов. Требуемая площадь поверхности теплопередачи составляет 10-11 м² на 100 гл готового сусла.

При условии достаточной скорости протекания и небольшой разнице температур между паром и суслом рабочий цикл теплообменника достигает 30-40 варок. После этого требуется мойка. Если параметры плохо согласованы, то может потребоваться мойка уже через 6-8 варок

При обратном попадании сусла в котел давление в сусле падает. При этом происходит желательное интенсивное испарение. Для этого сусло возвращают через отражатель в форме конуса или через распределительное устройство, подводящее сусло на уровне поверхности сусла в котле

Циркуляционный насос подбирают так, чтобы все содержимое котла могло пройти через кипятильник приблизительно 8 раз в час. Однако этим не гарантируется, что каждая частица объема сусла прейдет именно 8 раз через кипятильник - ведь содержимое котла перемешивается принудительно.

Выносное кипячение, предусматривавшееся сначала лишь как вспомогательное мероприятие для улучшения работы сусловарочного котла, у которого эффективность кипячения была недостаточной, в настоящее время является хорошо зарекомендовавшим себя способом кипячения сусла. Этот способ имеет ряд преимуществ перед внутренним кипячением (которое в настоящее время также претерпело усовершенствования):

• циркулирующий объем сусла допускает точную регулировку и может быть легко приспособлен к объему сусловарочного котла;

• температура сусла на выходе из выносного кипятильника может точно устанавливаться;

• имеется возможность использования строго контролируемого выдерживания сусла при повышенных температурах с помощью дополнительного буферного танка;

• возможно использование для обогрева предельно низкого избыточного давления насыщенного пара (Р_изб = 0,3 бар);

• можно устанавливать любую нужную величину поверхности теплообмена.

Однако нельзя упускать также недостатки выносного кипятильника, заключающиеся в следующем:

• требуются более высокие инвестиционные затраты при приобретении оборудования (трубопроводы, теплообменник, циркуляционный насос), а также следует произвести изоляцию этого дополнительного оборудования;

• принудительная циркуляция требует дополнительной электроэнергии для перекачки сусла;

• при высоких скоростях потока сусла возникают касательные напряжения;

• потребность в площадях для установки оборудования больше, соответственно выше и стоимость монтажа оборудования.

Несмотря на недостатки, выносное кипячение успешно применяется на многих пивоваренных предприятиях.