3.8.1. Холодильная тарелка

Холодильная тарелка является «классическим» аппаратом для удаления взвесей горячего сусла (белкового отстоя). Это плоский открытый сосуд, в который сливается сусло слоем высотой 15-25 см. В течение 0,5-2 часов, когда сусло находится в холодильной тарелке, взвеси осаждаются и тем лучше, чем тоньше уровень сусла в тарелке. Раньше варку в тарелке оставляли на всю ночь. Белковый отстой от холодильных тарелок содержит еще большое количество сусла, кроме того, зга часть сусла в значительной степени инфицирована. Поэтому белковый отстой после холодильных тарелок требует дополнительной обработки (Как правило, фильтрования на фильтр-прессах или центрифугирования в сепараторах -Прим. ред.)

Так как на холодильной тарелке в сусло почти всегда попадают контаминанты, а работа с холодильной тарелкой требует больших трудозатрат, этот вид оборудования сейчас почти не применяют.

3.8.2. Отстойный чан

Вместо холодильной тарелки, требующей для размещения очень большой площади, в прошлом зачастую использовали более экономичный по площади отстойный чан Он представляет собой емкость с плоским дном, снабженную системой охлаждения в виде змеевиков или наружной рубашки (рис. 3.86).

В отличие от тарелки, отстойный чан имеет крышку, которая должна уменьшать опасность контаминации.

Сусло перекачивают в отстойный чан до высоты слоя 1-2 м, через трубы охлаждения или рубашку охлаждения подается производственная вода. Сусло при этом несколько охлаждается, а холодная вода нагревается и может дальше применяться как теплая вода, например, для мытья бочек.

Из-за большой высоты слоя сусла взвеси в отстойном чане осаждаются хуже. Так как верхние слои сусла содержат меньше частиц взвесей горячего сусла, чем нижние, осветленное сусло отводится из отстойного чана через поплавковый суслоприемник, который отбирает сусло из верхнего слоя. Сусло, содержащее взвеси, остается в чане и должно дополнительно обрабатываться подобно тому, как это производится после холодильной тарелки. Помимо отстойного чана с охлаждением может применяться отстойный чан без охлаждения. В этом случае отстойный чан в первую очередь выполняет функцию буферного резервуара. Отстойные чаны с охлаждением и без охлаждения на сегодняшний день устарели, и их больше не изготовляют.

3.8.3. Вирпул

Приблизительно с 1960 года все в большей степени для удаления взвесей горячего сусла применяют вирпул (гидроциклонный аппарат). Он представляет самый элегантный способ удаления взвесей горячего сусла и является наиболее экономичной альтернативой всем другим способам их удаления

Вирпул - это вертикальная цилиндрическая емкость без встроенных элементов, в которую горячее охмеленное сусло закачивается тангенциально. Этим достигают в емкости закручивание потока, которое действует так, что взвеси в форме конуса осаждается в центре дна емкости.

Сусло может отбираться сбоку. Принцип работы вирпула мы хотим пояснить с помощью опыта.

3.8.3.1. Принцип действия вирпула

Эксперимент

Берем большой стеклянный сосуд или большую емкость минимум 40 см в диаметре, с плоским дном и наполняем ее наполовину водой Затем берем столовую ложку песка и ложку более легкого зернистого материала, который должен быть однако тяжелее воды (например, кусочков измельченного мела) и добавляем их в этот сосуд. Частицы падают на дно и находятся в тех местах, куда упали.

Затем приводим жидкость во вращение погруженной в нее рукой, и по возможности как можно быстрее. Мы видим, что частицы песка и мела прижимаются возникшим центробежным ускорением наружу и собираются у наружной стенки, тогда как поверхность воды приобретает вогнутую форму параболоида вращения (рис. 3.87).

В этом нет, собственно говоря, ничего нового. Теперь удаляем руку из сосуда и наблюдаем за происходящим в нем: видим, что частицы песка и мела очень быстро движутся по спирали на середину и там собираются в виде кучки, которая сначала еще вращается. При этом наблюдаем сверху образование завихрений, причем частички кучки, находящиеся снаружи, постоянно изменяют свое положение. У внешних стенок наблюдаем, что скорость сильно тормозится. Это торможение из-за трения о стенки и дно так велико, что вращение в нашем сосуде практически закапчивается за несколько минут. Благодаря этому внутри сосуда возникает сильный первичный вихревой поток, который способствует тому, что частицы песка и мела быстро собираются к середине сосуда (рис. 3.88). Причина состоит в том, что в этом так называемом придонном граничном слое нарушается равновесие между силами давления и центробежными силами. В этом слое уменьшается скорость жидкости особенно сильно из-за трения о дно. Этот замечательный эффект обозначил уже Альберт Эйнштейн как «эффект чашки чая», так как этот эффект можно хорошо наблюдать на примере частичек чая в чашке.

Наряду с этим главным потоком в вирпуле возникают во время уменьшения скорости вращения создающие помехи вторичные вихревые потоки, которые могут сильно препятствовать основному вихревому эффекту, а значит и отделению взвесей (рис. 3.89-3.91). При этом особенно отрицательно действуют вихревые потоки в форме тора (Т), расположенные у дна, которые возбуждают и другие временно возникающие вихревые потоки и препятствует быстрому осаждению.

Основной предпосылкой для успешной работы вирпула является прежде всего наличие сусла, пригодного для осветления в вирпуле. Для контроля пригодности сусла предлагается метод, в котором в остроугольную (изолированную) воронку наливают 380 мл сусла и с помощью источника света следят за осаждением взвесей горячего сусла (рис. 3.92): пригодное для вирпула сусло характеризуется полным осаждением взвесей, сусло над осадком прозрачное. Проблемное сусло не дает удовлетворительного результата даже через 10 мин и более

Возможные причины плохого отделения взвесей горячего сусла в вирпуле:

• при фильтровании затор а были допущены ошибки;

• слишком сильное воздействие касательных напряжений на сусло в трубопроводах и поворотах;

• неправильный расчет центробежных насосов;

• слишком высокая скорость сусла на входе в вирпул;

• слишком сильные вторичные вихревые потоки в вирпуле;

• слишком высокая скорость выпуска сусла;

• неблагоприятное соотношение высоты сусла и диаметра вирпула.

Особенно важно, чтобы:

• скорость входного потока не превышала 3,5 м/с;

• при перекачке сусла в вирпул обеспечить максимально возможный объемный рас ход;

• при этом не были разбиты крупные хлопья взвесей горячего сусла;

• в вирпуле не было никаких встроенных элементов и деталей, препятствующих вращению сусла.

Особенно удачным решением считается отделение взвесей горячего сусла в той же самой емкости, в которой производилось кипячение (котле-вирпуле), так как тогда только часть сусла должна перекачиваться с помощью насоса, чтобы приводить во вращательное движение весь объем сусла и поэтому только часть хлопьевидных взвесей гомогенизируется. Кроме того, экономится время, требуемое на перекачку сусла в вирпул и полностью исключается поглощение кислорода (для оптимизации работы насосов могут применяться частотные преобразователи VHT (см. прил. 1 на правах рекламы, с. 869).

В некоторых вирпулах возникают большие нежелательные вторичные вихревые потоки.

В исследованиях Денка (Denk) пытались помешать влиянию вихревых потоков, не нарушая эффекта вирпула. Это оказалось возможным путем применения устройства в виде решетки или кольца, установленного на определенной высоте над дном вирпула (рис. 3.90). Путем применения устройства в виде решетки или кольца «разрезается» горообразный вихревой поток и тем самым он лишается силы. Вместе с ним разрушается весь механизм образования вторичных вихревых потоков во всем вирпуле и тем самым образуется без помех донный поток, направленный к центру (рис 3.91). Эти кольца или решетки размещаются в вирпуле концентрически (рис. 3.92а).