8.2. Фильтр-чан
Первоначально фильтр-чан был создан как вариант конструкции заторно-фильтрационного чана (высокий слой дробины до 2 м), позволявшего использовать хуже растворенный солод и несоложеные материалы.
В фильтрах-чанах слой ниже, а площадью они больше, чем в совмещенном заторно-фильтрационном аппарате. Однако помол солода тоньше. Более тонкий помол увеличивает сопротивление фильтрующего слоя прохождению сусла, но это компенсируется использованием рыхлителей, которые ускоряют процесс фильтрования, и использованием насосов, откачивающих сусло из подситового пространства, что увеличивает перепад давлений над и под фильтрующим слоем.
В настоящее время усовершенствование конструкции фильтра-чана сконцентрировано на трех направлениях:
– сокращение до минимума длительности цикла;
– получение максимального выхода экстракта;
– ведение до минимума «захвата» кислорода.
Традиционная конструкция фильтра-чана предусматривает перемешивание затора при заполнении, чтобы обеспечивалась равномерность распределения затора по поверхности сита чана. При этом наблюдаются окисление затора, обусловленное его интенсивной перекачкой, и увеличение времени, необходимого для получения прозрачного сусла, из-за разрушения фильтрующего слоя при переме-шивании.
Современная конструкция фильтрационного аппарата (рис. 8.1) предусматривает заполнение чана на уровне сита или снизу аппарата через специальные клапаны, что обеспечивает спокойное заполнение с минимальным окислением и воздействием сил сдвига на затор. В дальнейшем конструкцией фильтра-чана был предусмотрен возврат мутного сусла в чан ниже уровня затора.
При перекачке осахаренного затора в фильтр-чан поверх сит кислорода захватывается значительно больше, чем в случае, когда затор подается под сита (рис. 8.2)
Существуют конструкции фильтрационных аппаратов, предусматривающие подачу воды на поверхность слоя для минимизации «захвата» кислорода. Небольшое расстояние между оросительными кольцами и поверхностью слоя дробины и высокая температура воды (чем выше температура воды, тем меньше в ней растворяются газы) означают, что «захват» кислорода промывной водой минимизирован.
Этот принцип был использован для создания небольшого избыточного давления в чане, чтобы увеличить скорость фильтрования. При сборе первого сусла применяемое избыточное давление газа составляет 10…15 мбар (после сбора определенного объема сусла), а давление 30 мбар используется на завершающих стадиях промывки дробины.
Современный подход к промывке воды состоит в следующем: использовать такой объем начальной промывной воды, чтобы заменить объем уже отфильтрованного первого сусла и вернуть фильтрующий слой к его первой высоте.
Для уменьшения «захвата» кислорода разработана также технология фильтрации под слоем диоксида углерода (газ заполняет пространство над заторной массой и, следовательно, контакт с воздухом исключается). Когда это будет достигнуто, скорость подачи промывных вод сравняется со скоростью оттока отфильтрованного сусла (фильтрата). Как только плотность сусла, а следовательно, и его вязкость уменьшаются, скорость сбора фильтрата линейно возрастает. При этом скорость подачи промывной воды также возрастает для поддержания баланса входящего и выходящего объемов. Это производится вручную или с помощью жестких систем автоматического контроля и регулирования.
Рис. 8.1. Фильтрационный аппарат новой конструкции
Конструкция ножей рыхлителя за последнее время была существенно изменена так, чтобы оказывать на дробину мягкое приподнимающее воздействие, вместо ее прорезывания (как раньше). Это минимизирует негативное действие сил сдвига и не приводит к существенному нарушению фильтрующего слоя. Фильтры-чаны имеют сейчас конструкцию ножей «зигзаг». Это приводит к таким же результатам, как и при использовании прямых ножей, но предотвращает стекание промывной воды по вертикальным каналам, образующимся в слое дробины при ее разрезании, что позволяет увеличить эффективность выщелачивания дробины.
Рис. 8.2. Влияние различных способов перекачки затора на содержание кислорода
Щели сита модифицируют так, чтобы получить скругленный профиль края. Это предотвращает получение максимального потока на остром крае – явления, которое приводит к образованию местных зон уплотнения и снижению потока сусла.
Современный фильтрационный чан может перерабатывать около 12 варок в сутки.
Производитель оборудования разрабатывает методы, позволяющие увеличить производительность существующего на сегодняшний день оборудования после его модернизации, т. е. в конструкцию заложена возможность модернизации. Увеличить производительность фильтрационного аппарата помогает использование верхнего снятия первого сусла с помощью встроенного фильтровального блока (рис. 8.3). Данная разработка позволяет получить значительную экономию времени без ухудшения качества продуктов.
Рис. 8.3. Фильтр-чан с дополнительным фильтровальным блоком
Данное оборудование может быть использовано и для нормального фильтрования, в результате чего уменьшается содержание твердых веществ в воде и улучшается качество пива.
Преимущество этой системы особо заметно при фильтровании высокоплотного сусла, которое из-за большей концентрации сухих веществ и высокой вязкости представляет собой трудно перерабатываемую (фильтруемую) среду. При снятии верхних слоев сусла, которые передаются в варочный котел, и последующей промывки дробины фильтрующий слой становится более рыхлым и проницаемым для сусла, т. е. фильтрация ускоряется.
Таким образом, при верхнем снятии первого сусла при ускоренном фильтровании и одновременном фильтровании через слой дробины в качестве фильтрующего слоя дробина уплотняется достаточно медленно. Вследствие этого продолжительность работы разрыхлителя снижается (экономия электроэнергии и снижение износа). При этом можно не применять глубинного прорезания дробины, а это снижает попадание частей взвесей в сусло (сусло менее мутное).
Отвод первого сусла из верхних слоев в фильтровальный блок проводят в боковой части фильтрационного аппарата с помощью специального устройства для отбора первого сусла, автоматически регулируемого по высоте уровня в фильтрационном аппарате. Таким образом, происходит уменьшение количества твердых веществ (мути, взвесей) в сусле до минимума.
Когда на фильтровальном блоке образуется слой с высоким сопротивлением, происходит автоматическая очистка. Остаток первого сусла на фильтре возвращается в фильтр-чан, следовательно, экстракт не теряется.
Обычно при высоком содержании сухих веществ в охмеленном сусле накапливаются в большом количестве жирные кислоты. Однако при предложенном способе фильтрования содержание жирных кис-лот существенно снижается. Применяя эту методику, можно получить экономию времени примерно в 20 мин.
В качестве новых направлений усовершенствования конструкции фильтрационных аппаратов можно назвать:
– многофункциональное управление фильтрованием;
– применение «двойного дна»;
– применение ножа «новой» конструкции.