10.1. Вирпул (гидроциклонный аппарат)

Вирпул – вертикальная цилиндрическая емкость без встроенных элементов, в которой горячее охмеленное сусло закачивается тангенциально. Тангенциальная подача – подача под углом к боковой стенке аппарата, иногда по касательной. Этим достигается закручивание потока, которое действует так, что взвеси в форме конуса осаждаются на дне в центре емкости.

Назначение вирпула состоит в отделении горячего сусла от горячих взвесей сусла путем оседания частиц взвесей на дне и последующего слива осветленного сусла.

Синонимы горячих взвесей сусла: брух, труб, белковый шлам, белково-дубильный комплекс.

После обработки в вирпуле сусло становится максимально осветленным (≈ 10 ед. ЕВС), а горячие взвеси сусла после перекачки его в охладитель оседают на дно аппарата. По форме осадок труба напоминает конус, которой иногда называют тарелкой труба. Эта тарелка не должна растекаться по дну аппарата и при этом должна иметь достаточно мягкую консистенцию, позволяющую удалять ее автоматически с помощью работающих очистных установок. Время, уходящее на паузы, т. е. время между окончанием выхода первого сусла и началом охлаждения, должно составлять от 20 до 30 мин. Такой временной интервал необходимо соблюдать, чтобы подвергать сусло как можно меньшей тепловой нагрузке (реакция Майара) и выдерживать производственный цикл. Еще меньших пауз (до 10 мин) можно достичь при оптимально работающем вирпуле и очень хорошо «осаждающемся» сусле.

10.1.1. Принципиальный процесс работы вирпула

В вирпуле, как установке по удалению труба, следует принципиально различать два разных физических явления, а именно:

– отделение (сепарацию) горячего бруха от сусла;

– поведение тарелки труба во время последней фазы опустошения вирпула (компактная или расползающаяся тарелка).

10.1.2. Отделяющий эффект вирпула

Отделение горячих взвесей от сусла является физическим явлением. Оно происходит в так называемой нижней границе видимости емкости вирпула – границе раздела фаз внутренняя поверхность емкости–жидкость. Там нарушается баланс сил давления и центробежных сил, возникающих при ротации – вращении сусла, так что разреженная область вблизи дна вирпула притягивает хлопьеобразные частицы горячего труба. Это явление известно также как эффект чашки чая: чаинки при размешивании в чашке движутся не в предполагаемом направлении наружу (согласно центробежной силе), а к центру дна чашки, где они и остаются в компактной массе.

Данный эффект обозначил еще Альберт Эйнштейн, а на практике он был применен в пивоварении в начале 70-х годов в Канаде. Благодаря этому эффекту внутри сосуда возникает сильный первичный вихревой поток, который способствует сбору частиц в центре сосуда. Первичный вихревой поток является главным потоком в вирпуле. Однако по мере уменьшения скорости вращения возникают вторичные вихревые потоки. Они сильно препятствуют основному вихревому эффекту и носят хаотичный характер, а значит, препятствуют отделению взвесей.

10.1.3. Консистенция взвесей горячего сусла при опустошении вирпула

Известен факт расползания конуса взвесей горячего сусла в конце перекачки труба в охладитель. Благодаря этому большое количество горячих взвесей попадает в уже осветленное сусло. При этом много сусла остается в самих взвесях горячего сусла (потери сусла).

Растекание значительно больше зависит от консистенции самих взвесей, точнее от их проницаемости для сусла. Если скорость просачивания сусла через «конус» взвесей, после того как она начнет выглядывать из сусла, равна скорости понижения уровня сусла, то выступающая часть конуса взвесей остается сухой. В противном случае, если сусло стягивают слишком быстро, в этой части «конуса» остается сусло и в силу низкого гидростатического избыточного давления он растекается в стороны.

В конце вытекания взвеси горячего сусла равномерно заполняяют все дно вирпула. Иногда на основе этого явления делается неправильный вывод, что вирпул плохо работает.

Есть вирпулы, которые обеспечивают достаточно хороший «конус» горячих взвесей сусла, однако сепарация горячих взвесей проходит в них неполно (повышенная мутность). Возможна также обратная комбинация: хорошая сепарация и растекание конуса взвесей горячего сусла.

О поведении белково-дубильного комплекса легко можно судить на глаз, однако качество сепарации можно определить точно только после непосредственного измерения мутности (физико-химическими методами или с помощью мутномера).