Люки для контрольных осмотров

Время от времени необходимо совершать осмотр ЦКТ, чтобы контролировать, например,

· не появилась ли коррозия или трещины;

· не было ли мертвых зон в стекающем потоке моющей жидкости, и не образовались ли невымытые островки.

Для таких осмотров каждый танк имеет верхний и нижний люки с диаметром около 50 см. Нижний люк представляет собой нижнюю часть конуса, отвинчиваемую и сдвигаемую в сторону. Для освидетельствования танка необходимо соблюдать правила техники безопасности (см. раздел 4.9.2).

Охлаждение ЦКТ

Охлаждение танка необходимо для оптимального управления температурным режимом брожения. При этом для каждого вида танка необходимо обеспечить подходящий способ охлаждения. Способы и мощность системы охлаждения зависят от потребности в холоде.

Потребность в холоде

При брожении выделяется тепло, которое необходимо отводить. Кроме этого, для стадии холодной выдержки температура пива понижается до -1 или -2°С. Количество тепла, которое должно быть отведено, складывается из:

· теплоты, возникающей при брожении (энтальпия);

· теплоты, которую необходимо отнять от пива при охлаждении до температуры холодной выдержки (теплота жидкости);

· теплопритоков со стороны окружающей среды, обуславливающих потери холода.

Теплота брожения

Количество тепла, возникающего при брожении, составляет 587 кДж = 140 ккал = 0,16 кВт•ч на 1 кг экстракта.

При экстрактивности начального сусла от 11,5 до 12% и КСС от 75 до 85% количество сброженного экстракта составляет от 7,0 до 8,3 кг/гл. Тогда теплообразование составит (кДж/гл):

Экстрактивность сусла, %	75%	80%	85%
Степень сбраживания
12,0
16,0

В среднем можно считать, что при сбраживании пива со средней начальной экстрактивностью возникает 4300-4600 кДж теплоты/гл сусла.

Теплота жидкости

Для охлаждения пива с 9°С до -1°С (на 10 градусов) необходимо около 4200 кДж/гл. Это означает, что количество холода, необходимое для охлаждения пива, сравнимо с количеством холода, требуемым для отвода теплоты брожения.

Потери холода в окружающую среду

Из-за излучения и конвекции тепла от окружающей среды происходят потери холода. Эти потери можно минимизировать современными теплоизоляционными материалами, определением достаточных размеров изоляции самого танка и путем изоляции помещения.

Общая потребность в холоде составляет в среднем 8600-9000 кДж/гл.

Однако эта теплота возникает неравномерно и должна отводиться также неравномерно. Время и количество отводимой теплоты зависят:

· от способа брожения и созревания;

· от данной стадии охлаждения и скорости охлаждения.

Наибольшая потребность в холоде возникает при охлаждении пива после главного брожения в течение 24-48 ч.

Варианты охлаждения

Производство холода (= теплоты с низкой температурой) на пивоваренных предприятиях

происходит почти исключительно с помощью холодильно-компрессорных установок (см. раздел 10.3.2) и реже - с помощью абсорбционных установок (см. раздел 10.3.3). В процессе создания холода сжатый жидкий аммиак испаряется. Для испарения ему необходима тепловая энергия. Эту теплоту аммиак отнимает у окружающей среды, которая при этом охлаждается. Существуют два варианта охлаждения:

· аммиак испаряется непосредственно в холодильных трубках или рубашках (охлаждение при непосредственном испарении хладагента;

· аммиак испаряется в испарителе и охлаждает хладоноситель, обычно гликоль, который затем поступает в холодильные трубки или рубашки (косвенное охлаждение с испарением хладагента за пределами холодильных трубок или рубашек).

Охлаждение водой при температуре 0°С (ледяная вода) невозможно, так как пиво в конце брожения должно быть охлаждено до температуры ниже 0°С, а для теплообмена необходима разность, по меньшей мере, в 2-3 градуса.

Непосредственное охлаждение Основное преимущество непосредственного охлаждения состоит в низких удельных затратах на электроэнергию, что экономит энергию. По сравнению с непрямым охлаждением гликолем непосредственное охлаждение имеет следующие преимущества:

· для охлаждения гликоля не требуется промежуточного оборудования;

· можно работать с более высокими температурами испарения (от -5 до -6°С) вместо минус 10°С;

· необходимы более насосы меньшей производительности, так как приходится перекачивать меньшее количество жидкости;

· диаметр трубопроводов систем охлаждения будет меньше, и, соответственно;

· существенно уменьшаются затраты на изоляцию и монтаж;

· температурный контроль точнее,

· система более гибкая.

Экономия энергии составляет 15-20%.

Недостатки:

· повышенное рабочее давление в холодильных рубашках, - и как следствие, связанные с этим инвестиционные и эксплуатационные затраты;

· температура испарения не постоянна;

· холодильная установка едва ли может эксплуатироваться в стационарном режиме;

· необходимо значительное количество хладагента, на который во многих странах надо получать специальное разрешение (в Германии объем аммиака в системе, равный или превышающий 3 т, требует получение специального разрешения);

· относительно большие затраты на арматуру для обеспечения безопасности;

· опасность утечки хладагента;

· почти нет возможности накопления холода.

Косвенное охлаждение

При косвенном охлаждении испаряющийся аммиак охлаждает хладоноситель на 3-4 градуса ниже требуемой температуры, хладоноситель собирается в накопителе, а по мере необходимости поступает в холодильные рубашки или трубки.

В качестве хладоносителя в настоящее время почти везде применяются растворы этиленгликоля или пропиленгликоля с температурой замерзания от -10 до -15°С . Данный вариант тоже имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

· более низкое рабочее давление в рубашках,

· равномерная нагрузка на холодильную установку при использовании накопителя холода;

· возможна постоянная температура испарения, которая на 3-4 К ниже требуемой температуры;

· необходимо гораздо меньшее количество аммиака в системе.

Недостатки:

· более высокое потребление энергии;

· большие трубопроводы и насосы и другие факторы, относящиеся к преимуществам прямого охлаждения.

Теплопередача

Теплопередача происходит через:

· сегментные трубки;

· вертикальные профильные трубки;

· специальные конструкции поверхности теплообмена (Temp-plates, dimple jackers, Mueller Plates).

Теплообменные поверхности рассчитываются таким образом, чтобы на минимальной площади происходил максимальный теплообмен. Теплообменные поверхности для прямого испарения аммиака должны выдерживать стационарное давление испарившегося хладагента, а это составляет в случае аммиака 11,6 бар, и поэтому подлежат обязательной проверке.

Обычно применяются следующие формы охлаждающих рубашек.

Сегментные трубки с горизонтальным течением охлаждающей среды

При охлаждении гликолем (рис. 4.40)хладоноситель поступает снизу, а отводится сверху.

При прямом испарении (рис. 4.41) аммиак подается сверху. При этом вся холодильная зона распределяется на отдельные отрезки по 4-6 витков трубки. Это позволяет осуществлять равномерную теплопередачу.

Следует стремиться к тому, чтобы в охлаждающем сегментном трубопроводе находился минимальный объем NH₃, так как в этом случае

· можно обойтись меньшим количеством NH₃;

· сепаратор жидкого и газообразного аммиака может быть компактнее;

· снижается последующее испарение.

Если обычные сегментные трубы вмещают 12-15 л NH₃/м² (рис. 4.41а, 1), то более новые - уже только 4,5 л/м² (2).

Новейшие горизонтальные испарители с плоским профилем обходятся даже 1,9 л/м².

В вертикальных профильных испарительных рубашках (рис. 4.42) аммиак испаряется, пока течет вниз.

Этот вариант распространен не так широко, так как в данном случае испарение нельзя так же хорошо регулировать, как при применении горизонтальных труб.

Под обозначениями «Temp-plates», «Mueller plates», «Dimple jackets» и т. п. изготавливаются теплопередающие поверхности, состоящие из металлических листов, приваренных друг к другу в точках, расположенных на равномерном удалении друг от друга (рис. 4.43).

Под избыточным давлением более тонкий наружный лист приобретает между точками сварки изогнутую форму, которая обеспечивает турбулентное движение хладагента, а значит, и хорошую теплопередачу.

Наибольшая потребность в холоде возникает после брожения и созревания при быстром охлаждении пива до низких температур. В качестве ориентировочных значений можно привести следующие площади поверхностей теплообмена:

· для ЦКТБ

при непосредственном испарении хладагента:

Ø 3,4 м²/100 гл при температуре испарения 1°С;

Ø 1,6 м²/100 гл при температуре испарения -4°С;

при косвенном охлаждении:

Ø 3,8-4,4 м2/100 гл при температуре хладоносителя на входе в танк +1°С;

Ø 1,7-1,8 м2/100 гл при температуре хладоносителя на входе в танк -4°С;

· для лагерных ЦКТ (ЦКТЛ)

Ø 0,9 м2/100 гл при температуре испарения -4°С.

(При широко распространенной входной температуре гликоля - 4°C, температура испарения в компрессорной установке должна быть равна -10°С. При температуре на входе +1°С, что обычно практикуют при использовании ледяной воды в качестве хладоносителя, температура испарения в компрессорной установке будет равна -5°С. - Прим. ред.)

Можно проводить охлаждение пива и вне танка. Пиво откачивают из патрубков, расположенных в конусе, охлаждают на пластинчатом теплообменнике, и возвращают через вертикальную трубу, выпуск которой расположен на 1-2 м ниже уровня пива в танке. Вертикальная труба проходит внутри реактора, но может быть проложена и снаружи танка, под изоляцией (рис. 4.44).

Содержимое танка принудительно перемешивается, дрожжи поддерживаются во взвешенном состоянии, брожение не замедляется. Чтобы позднее не препятствовать оседанию дрожжей, в конце стадии брожения пиво откачивают из верхней части конуса (рис. 4.45). Этот способ охлаждения с успехом применяется с 1970 г.

Преимущества этого способа заключаются:

· в значительно более низких затратах на оборудование, так как:

Ø на охлаждающие рубашки приходится 25-30% стоимости ЦКТ;

Ø охлаждение на пластинчатом теплообменнике обходится сравнительно дешевле.

На месте пластинчатого охладителя может стоять кожухотрубный испаритель, при непосредственном испарении NH₃ расходы на охлаждение еще более снижаются.

· В ускорении биохимических превращений из-за постоянного движения дрожжей, благодаря сокращению времени брожения и созревания возрастает оборачиваемость танков.

Недостатком данного способа является повышенный расход электроэнергии из-за работающего насоса. Но этот расход меньше, чем в случае косвенного охлаждения через охлаждающие рубашки.