Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

452

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

^ пищевых сред

_ Тот, кто склонен противоречить и много болтать,

не способен изучить то, что нужно.

W ДЕМОКРИТ (460-370 до

н.э.),

Т древнегреческий философ

24.3 АППАРАТЫ ДЛЯ БРОЖЕНИЯ И ДОБРАЖИВАНИЯ ПИВА

Спиртовое брожение

Сахаров

сусла под действием ферментов дрожжей является

основным процессом в производстве пива. Главное брожение и дображивание пива

осуществляется, в основном, по двум схемам: по периодической - с разделением

процесса брожения на главное брожение и дображивание, а также по ускоренной - с

совмещением главного брожения и дображивания в одном цилиндроконическом

бродильном аппарате.

Способ непрерывного брожения пива заключается в перемещении с определенной

скоростью сбраживаемого сусла и молодого пива в системе соединенных между собой

бродильных аппаратов и аппаратов для дображивания при непрерывном притоке све-

жего сусла в головной бродильный аппарат и оттоке пива из последнего аппарата.

Необходимая концентрация дрожжей в сбраживаемом сусле обеспечивается не-

прерывным поступлением дрожжей в головной аппарат системы из дрожжегенератора

и дополнительным размножением дрожжей в аппаратах брожения. Перед перекачива-

нием молодого пива на дображивание часть дрожжей отделяется сепаратором.

Бродильный аппарат типа ЧБ-15 используется для главного брожения сусла и

представляет собой герметичный прямоугольный сосуд, внутри которого имеется

охлаждающий змеевик для отвода теплоты, выделяющейся при брожении. Горизон-

тальный цилиндрический танк Б-604 предназначен для главного брожения пивного

сусла под давлением. Танки типов ТЛА и TAB применяются для дображивания мо-

лодого пива или для хранения готового пива и представляют собой горизонтальный

и вертикальный цилиндрические аппараты со сферическими днищами.

Все бродильные аппараты снабжены соответствующей арматурой для отвода

диоксида углерода, выделяющегося во время спиртового брожения. Бродильные

аппараты, используемые для главного брожения, изготавливают открытого или за-

крытого типа, последние обеспечивают стерильность сусла при брожении и воз-

можность отбора диоксида углерода для дальнейшего его использования.

Бродильный аппарат ЧБ-15 (рис. 24.2) представляет собой герметичный пря-

моугольный сосуд с закругленными углами стенок и днища. Внутри аппарата име-

ется змеевик /, по которому через отверстие 7 поступает рассол или охлажденная

вода. Аппарат имеет патрубок 2 для сусла, пробку 3 для слива остатков сусла, люки

4 и 5 для мойки аппарата и патрубок 6 для отвода диоксида углерода.

Аппараты подлежат обязательному защитному покрытию эпоксидными смолами,

спиртово-канифольным лаком, применяются также полиэтиленовые покрытия и др.

Прямоугольные бродильные аппараты наиболее полно используют помещение

бродильного цеха, заполняя всю его площадь, за исключением необходимых для

обслуживания проходов. Полезная высота чанов обычно принимается до 2 м.

Танки Б-604 (рис. 24.3) предназначены для главного брожения пивного сусла

под давлением. Аппарат главного брожения представляет собой горизонтальный

цилиндрический сосуд 1 со сферическими днищами, установленный на четырех

опорах. Сверху аппарат имеет воздухоотводящую трубку 5, служащую для контроля

за процессом брожения сусла. На одном из днищ имеются люк 3 с крышкой и кран 2

Глава 24 Оборудование для брожения 453

пищевых сред

Рис.

24.2 Аппарат бродильный ЧБ-15

для подачи и спуска сусла. Внутри танка располагается охлаждающий змеевик 6.

Для отвода углекислого газа имеется специальная арматура 4.

Танки для брожения типа Б-604 изготовливаются вместимостью 8.. .50 м

Танки лагерные типа ТЛА (рис. 24.4) предназначены для дображивания, ос-

ветления молодого пива и хранения фильтрованного пива под давлением до

0,07 МПа. При соответствующем покрытии внутренних поверхностей танков допус-

кается хранение в них сахарного сиропа, вина и молока.

Аппарат для дображивания представляет собой горизонтальный цилиндрический

сосуд, состоящий из корпуса 1 со сферическими днищами 5 и 6. На днище находится

люк 3 для санитарной обработки танка. Для наполнения танка и выхода продукта вни-

зу расположен бронзовый кран 2. Для отвода диоксида углерода служат специальная

арматура 4 и шпунт-аппарат 7. Танк устанавливается на трех опорах.

3400

Рис.

24.3 Аппарат главного брожения пива Б-604

454 Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

4150

Рис.

24.4 Танк для дображивания молодого пива алюминиевый типа ТЛА

Танки для дображивания типа ТЛА изготавливаются вместимостью

8...80

м .

Кроме горизонтальных танков для дображивания молодого пива изготавливают вер-

тикальные типа ТЛА вместимостью 4...9 м .

Для изготовления бродильных аппаратов и танков для дображивания кроме уг-

леродистой листовой стали применяют листовой пищевой алюминий марок АО, А5 с

содержанием примесей не более 0,5 % и кислотостойкую сталь марки Х18Н10Т.

Поверхность аппарата из алюминия и нержавеющей стали не покрывается за-

щитными покрытиями и легко очищается от загрязнений. Алюминиевые аппараты

при установке на чугунные опоры должны иметь надежную изоляцию во избежание

разрушения алюминия из-за возникающего электрохимического процесса между

металлами.

Рис.

24.5 Танк лагерный алюминиевый вертикальный M7-TAB

Глава 24 Оборудование для брожения

пищевых сред

455

Танк М7-ТАВ (рис. 24.5) представляет собой цилиндрический вертикальный

сосуд с днищами сферической формы, состоящий из корпуса 1, крана спускного 2,

крестовины 4 для крепления шпунт-аппаратов, трубки воздуховода 5, крышки люка

3 и пробного крана 6. Танк при монтаже устанавливается на четырех опорах.

Танки для дображивания М7-ТАВ изготавливаются вместимостью

8...25

Аппараты, применяемые для брожения и дображивания пива, изготавливают из

металла и железобетона, а также из листового пищевого алюминия (табл. 24.1).

Ускоренный периодический способ брожения состоит в том, что в цилиндроко-

ническом бродильном аппарате с быстрым управлением седиментацией и выводом

из него осевших дрожжей совмещены главное брожение с дображиванием, ускорен-

ное дозревание (выдержка) и осветление пива, а также систематически осуществля-

ется перемешивание сбраживаемого сусла сначала током стерильного воздуха, а

потом диоксидом углерода и увеличивается количество посевных дрожжей до 2 л на

1 гл сусла.

На рис. 24.6 представлен бродильный аппарат для ускоренного производства

пива. Бродильные аппараты 5 предварительно дезинфицируют и стерилизуют, а за-

тем в них из аппарата 1 подают охлажденное сусло. Температура брожения светлых

сортов пива 3...4 °С, темных 4...5 °С. Максимальная температура брожения 9 °С.

Дрожжи низового брожения готовят в аппарате чистой культуры 3, который также

охлаждается жидкостью, циркулирующей в наружном кожухе. Зрелые дрожжи вы-

тесняются из аппарата стерильным сжатым воздухом или диоксидом углерода в ап-

парат для разведения дрожжей 4.

С наступлением брожения воздух полностью вытесняется диоксидом углерода

из бродильного аппарата и пространства над суслом в атмосферу. Диоксид углерода

без примеси воздуха направляют в газомер, а оттуда насосом перекачивают через

очистительную батарею, компримируют до 0,2...0,3 МПа и собирают в сборнике.

После окончания брожения, когда дрожжи начинают оседать, конус аппарата

охлаждают, что ускоряет оседание дрожжей. Пиво в аппарате находится под давле-

нием 0,15 МПа, а дрожжи при этом уплотняются и при открытии вентиля вытесня-

ются в виде густой массы через резиновый рукав в дрожжевую ванну.

СО, для размешивания СО, в газомер

Hj-iT \ Фшыпровачьный воздух

J. Л, \ \ / С0

наружу

Рис.

24.6 Принципиальная схема бродильного аппарата для ускоренного производства пива

456

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Таблица 24.1 Техническая характеристика бродильных аппаратов и танков

Показатель ЧБ-15 Б-604

ТЛА

М7-ТАВ

Полная вместимость, м

15,0 10,0 10,0

12,5

Внутренний диаметр, м - 2000 1800

1800

Диаметр охлаждающего змеевика, м 0,05 0,07

- -

Диаметр суслопровода, м 0,05 0,07

Температура брожения, °С 6 4 1 1

Давление в аппарате, МПа

0,07 0,07 0,07

Масса, кг 2150 540 490 580

Брожение 12 %-ного сусла продолжается

8...

сут, затем следует период созревания пива

(3 сут) с биохимическим превращением ряда

веществ, присущих букету молодого пива.

Затем пиво медленно охлаждают до

1...0°С

и обрабатывают (карбонизируют) ди-

оксидом углерода под давлением 0,14 МПа в

течение 12 ч и следующие 12 ч выдерживают в

покое для оседания дрожжей и осветления.

Под давлением 0,17 МПа пиво из бродильного

аппарата через фильтр 2 (см. рис. 24.6) подает-

ся на розлив.

Способ ускоренного получения Жигулев-

ского пива в цилиндроконических бродиль-

ных аппаратах (ЦКБА) (рис. 24.7) состоит в

том, что в одном сосуде большого объема (от

100 до 150 м

и более) с суточным заполнени-

ем его суслом (8...9 °С) и дрожжами совмеща-

ют две ступени: главное брожение и дображи-

вание, которые продолжаются в течение 14 сут

вместо положенных 28 для Жигулевского пи-

ва. Аппарат снабжен термометром сопротив-

ления 7, моющей головкой 2, краном для отбо-

ра 3, местом для крепления шпунт-аппарата 4.

С первым осветленным суслом (первая варка)

в коническую часть задают все семенные

сильносбраживающие дрожжи (300 г влажно-

стью 75 % на 1 гл сусла). Вначале 50 % сусла аэрируют стерильным воздухом, что

обеспечивает содержание 4...6 мг Ог/мл сусла.

В течение первых двух суток поддерживается температура брожения от 9 до

14 °С, которая сохраняется до достижения видимой конечной степени сбраживания.

Температура регулируется тремя поясами выносных наружных рубашек с хладаген-

том, охлажденным не более чем до минус 6 °С. При достижении содержания сухих

веществ в пиве 3,5...3,2 % аппарат шпунтуется при избыточном давлении. Окончание

брожения определяют по прекращению дальнейшего снижения массовой доли сухих

веществ в пиве в течение 24 ч. Обычно на пятые сутки достигается конечная массовая

доля 2,2...2,5 % сухих веществ. После этого хладагент подают в рубашку конуса для

охлаждения и образования плотного осадка дрожжей при температуре

0,5...

1,5 °С.

Рис.

24.7 Цилиндроконический

бродильный аппарат (ЦКБА)

Глава 24 Оборудование для брожения

пищевых сред

457

цилиндрической части температура

13... 14

°С сохраняется в течение 6...7 сут. Эта

же температура способствует восстановлению диацетила в ацетоин. Затем температу-

ра пива (0,5...1,5 °С) выравнивается рубашками во всей цилиндрической части ЦКБА.

При этом шпунтовое давление в ЦКБА поддерживается равным 0,05...0,07 МПа в те-

чение 6...7 сут. Через 10 сут с начала брожения проводят первый съем дрожжей из

штуцера конической части ЦКБА. Перед осветлением пива проводят второй съем

дрожжей, а затем пиво подают на сепарирование и фильтрование. Дополнительное

охлаждение готового пива (2 °С) в сборниках проводят при 0,03...0,05 МПа, выдержи-

вают в течение 12...24 ч и разливают. С использованием ЦКБА выпускают пиво с мас-

совой долей сухих веществ в начальном сусле 11, 12 и 13 %.

Таким образом, в процессе брожения в ЦКБА благодаря большому единичному

объему аппарата, совмещению главного брожения и дображивания в одном сосуде,

использованию повышенных температуры брожения и объема посевных дрожжей

продолжительность процесса сокращается примерно в два раза.

Наиболее экономично проводить брожение и дображивание пива ускоренным

способом в одном цилиндроконическом бродильном аппарате, изготовленном из

нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью.

Этот аппарат имеет четыре охлаждающие рубашки в цилиндрической части и

одну в конической (табл. 24.2).

Таблица 24.2 Техническая характеристика цилиндроконических бродильных аппаратов

Показатель

Ш4-ВЦН-30 Ш4-ВЦН-50

РЗ-ВЦН-95

Вместимость,

полная

30 50 95

рабочая

25,5 42,5 80

Площадь поверхности охлаждения, м

17,4 23,2 44,3

Масса,

кг

5380 6490 11890

Примечание. Для всех марок давление

аппарате

по 07

МПа,

рубашках

по 0,4

Па, температура хладагента

- 8 °С.

Инженерные расчеты. Продолжительность процесса брожения пива т (ч) рас-

считывается по формуле

{l/K

)lr,(S

/S),

где Кб

- константа скорости спиртового брожения, ч"

; S и

- концентрация сахара

соответственно в начале брожения и в момент времени т, %.

При сбраживании 1 кг мальтозы выделяется 613,8 кДж теплоты. Следовательно,

при главном брожении концентрация сухих веществ сусла снижается с 12 до 5 % и

из 1 м

сусла выделяется теплоты Q\ = 42 960 кДж/м

Наряду с этой теплотой из 1 м молодого пива при его охлаждении в период доб-

раживания необходимо отобрать в среднем теплоту Q

= 10 470 кДж/м

. Таким обра-

зом, за 12...13 сут брожения и дображивания в одном цилиндроконическом аппарате

от

сбраживаемого пива через охлаждающую поверхность передается теплоты

Q = Qx+Qi =53430 кДж/м

Требуемое число бродильных аппаратов п или аппаратов для дображивания при

выработке одного сорта пива рассчитывают по формуле:

Q/(V„z),

15*

Зак. 710

458

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

^ пищевых сред

где V

- годовое количество охлажденного сусла, м

; V

- объем холодного

сусла, получаемого из одной варки, м

; к

- коэффициент, зависящий от того, на

сколько заторов рассчитывается бродильный аппарат (к= 1,2, 4); V

ц>

- полез-

ная вместимость аппарата, м

; V

- полная вместимость аппарата, м

; ф - коэффици-

ент заполнения аппарата (ф = 0,9 для аппарата брожения и ф

= 0,96 для аппарата

дображивания); z = x

xj(xg

+ т

доп

) - оборачиваемость аппарата; т

- число суток ра-

боты цеха в месяц; х

- число месяцев работы цеха в год; х

6р

- продолжительность

брожения или срок выдержки пива, сут;

ооп

- дополнительное время на мытье и де-

зинфекцию аппаратов после каждого оборота, ч.

Производительность аппаратов для брожения и дображивания пива рассчиты-

вают по„формулам:

- для главного брожения

- для дображивания и выдержки

=п

/[(т

+1>р

];

- для ускоренного брожения пива в ЦКБА

/(х

<р

где п

б, п

- число рабочих суток работы аппаратов в месяц (п

гб

= 29,5; п

= 30;

= 29,8); ¥

б, V$, V

- вместимость бродильных аппаратов главного брожения, аппа-

ратов дображивания и ускоренного брожения, дал; к

в, к

, к

- коэффициенты запол-

нения бродильных аппаратов (к

гб

= 0,9; к

= 0,98; к

= 0,85); х

б, х

, х

- продолжи-

тельность главного брожения, дображивания и ускоренного брожения, сут; ф^, Ф<ь

Ф, - коэффициенты потерь молодого пива при главном брожении, дображивании и

ускоренном брожении (ф

гб

= 1,06, фа =1,04,

ц>

= 0,98).

Чистая

совесть - превосходное снотворное.

КОНАН

ДОИЛ АРТУР

(1859-1930),

английский

писатель

24.4 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СБРАЖИВАНИЯ СУСЛА

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СПИРТА

На спиртовых заводах применяют в основном непрерывно-проточный, поточно-

рециркуляционный и циклический, а на малых заводах еще периодический способы

сбраживания зернокартофельного сусла. Непрерывная схема отличается большой

интенсивностью брожения, повышенным съемом спирта с 1 м

бродильного аппара-

та, увеличением производительности бродильных отделений на 15 %. При этом от-

падает необходимость в сушильном оборудований'для дрожжевых отделений, со-

кращается до 10 % расход солода для приготовления дрожжей, на 40 % уменьшается

расход воды.

Сущность непрерывно-проточного способа брожения заключается в непрерыв-

ном притоке осахаренного сусла и вводе дрожжей в головной аппарат бродильной

Глава 24 Оборудование для брожения

пищевых сред

459

батареи, состоящей из нескольких, последовательно соединенных между собой, ап-

паратов, в непрерывном сбраживании этого сусла и оттоке зрелой бражки из по-

следнего, концевого, аппарату Батарея непрерывно-проточного спиртового броже-

ния (рис. 24.8) состоит из маточника посевной культуры 1, дрожжегенераторов

2...4, головных бродильных аппаратов 5,6

аппаратов дображивания 7...11.

Проточное брожение - непрерывное, в каждом из аппаратов батареи осуществ-

ляется лишь часть общего процесса, продолжительность его теоретически не огра-

ничена и не предусмотрена остановка для стерилизации. Однако надо проводить

профилактическую стерилизацию аппаратов строго последовательно, по номерам

аппаратов - от головного к концевому через определенные промежутки времени и

независимо от состояния, степени и стадии брожения.

Сущность профилактической стерилизации заключается в том, что через опре-

деленные промежутки времени (3 сут) непрерывный приток сусла в батарею пере-

ключается на второй головной бродильный аппарат бив него же насосом 12 пере-

качивается содержимое первого головного аппарата 5, который затем моют, стери-

лизуют паром, охлаждают, вновь заливают дрожжами из дрожжегенератора 4 и вос-

станавливают приток свежего сусла. Пока аппарат 5 наполняется, содержимое аппа-

рата 6 перекачивается в аппарат 7. Аппарат 6 моют, стерилизуют, охлаждают и на-

полняют перетоком из аппарата 5. Далее содержимое аппарата 7 насосом перекачи-

вается в аппарат 8, первый из них также моют, стерилизуют, охлаждают и подклю-

чают к перетоку. По такому же принципу осуществляют наполнение, освобождение

и стерилизацию остальных аппаратов с их трубопроводами и арматурой. За стери-

лизуемым бродильным аппаратом сусло перекачивается насосом 12, а непрерыв-

ность его подачи во время стерилизации трубопровода обеспечивается таким же

дублером, остальное время работающим параллельно.

Из последнего аппарата 11 зрелая бражка насосом 12 подается на перегонку.

Температура бражки во всех аппаратах поддерживается в пределах 27...29 °С. Про-

цесс брожения длится 60.. .62 ч.

Рис. 24.8 Принципиальная схема батареи непрерывно-проточного спиртового брожения

460

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

АО

Рис.

24.9 Бродильный аппарат

Диоксид углерода вместе с парами спирта

из бродильных аппаратов поступает в спирто-

ловушку 13, где пары спирта улавливаются

водой. Полученная водно-спиртовая жидкость

(крепостью не менее 3,0 об.%) направляется на

перегонку.

Бродильный аппарат (рис. 24.9) представ-

ляет собой цилиндр с коническим днищем,

изготовленный из стали толщиной 6...8 мм.

Сусло в нем сбраживается под действием

ферментов дрожжей. Внутри аппарата смон-

тирован змеевик 1 из стальных труб диамет-

ром 51...76 мм для отвода теплоты, выделяю-

щейся при брожении массы. Масса подается

через штуцер 4, дрожжи - через штуцер 3. Уг-

лекислота, выделяющаяся при брожении, от-

водится через патрубок 5.

Для осмотра и ремонта аппарат снабжен

люками 2 я 10.3а процессом брожения наблюдают через смотровое окошко 8 с по-

мощью светильника 7. Термометры устанавливают в гильзы 9. К штуцеру 6 под-

ключают гидрозатвор, который предотвращает образование вакуума при пропари-

вании аппарата паром. При непрерывно-проточном способе брожения на переточ-

ных трубах устанавливают дисковый затвор, с помощью которого аппарат отключа-

ется от батареи для мойки и дезинфекции. Конструкция затвора предотвращает за-

стой бражки, что обеспечивает стерильность процесса брожения.

Механизированная мойка аппарата водой и растворами антисептиков осущест-

вляется с помощью моечного аппарата. Аппарат состоит из распределительной го-

ловки и двух коллекторов (рис. 24.10), снабженных соплами. Коллекторы изготов-

лены из труб диаметром 50...76 мм.

На коллекторах укреплены сопла 1 таким образом, чтобы выходящая из них

жидкость омывала всю поверхность аппарата, включая верхнюю крышку и змеевик.

Сопла щелевые сечением 30,3 мм; крепление сопла к коллектору разъемное.

Сопло в диске 5 с прорезью (30,3 мм) зажимается в прорезе трубы коллектора план-

кой 3 с помощью винтов 4. Такое крепление позволяет изменять угол наклона сопла

при наладке аппарата. На концах коллекторов установлены сопла 2. При выходе во-

JE :

Jj(( :

5000

Рис.

24.10 Коллектор моечного аппарата