АППАРАТ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ОСВЕТЛЕНИЯ СУСЛА Российский патент 1999 года по МПК C12C7/14 

Изобретение предназначено для использования в производстве пива.

Известен аппарат, называемый холодильной тарелкой, представляющий собой открытый плоский сосуд высотой 0,3 м [1]. Тарелку заполняют слоем сусла высотой 0,15 - 0,25 м. Сусло охлаждается главным образом за счет испарения воды с его поверхности (начальная температура сусла равна 95^oC). Одновременно происходит осветление сусла за счет гравитационного осаждения взвешенных частиц на дно тарелки. Недостатки этого аппарата - малая интенсивность охлаждения, возможность инфицирования сусла при контакте с воздухом и большая занимаемая площадь.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому аппарату (прототипом) является отстойный чан [1], имеющий вертикальный корпус с цилиндрической обечайкой, плоским наклонным днищем и сферической крышкой. Система охлаждения включает наружную охладительную рубашку на корпусе и встроенную охладительную секцию. Над секцией установлен распределитель горячего сусла, включающий конусный зонт с зубцами по кромке и желоб, расположенный под конусным зонтом. Патрубок подачи горячего сусла выходным концом подведен к вершине конусного зонта сверху. Аппарат снабжен устройством подачи стерильного воздуха, содержащим вентиль, фильтр и патрубок подвода воздуха под конусный зонт. Внутри чана установлен суслоприемник, сообщающийся с патрубком отвода осветленного сусла. Патрубок отвода отстоя и промывных вод присоединен к днищу корпуса в самой низкой периферийной зоне. Крышка чана имеет патрубок отвода пара и смотровые люки.

Ниже приведены основные данные технической характеристики отстойного чана Б7-ВОВ (взятые из [1]): рабочий объем - 8,6 м³; диаметр корпуса - 3,5 м; высота слоя сусла - 0,9 м; площадь поверхности охлаждения - 8,3 м² (рубашка) и 4,7 м² (секция); продолжительность заполнения чана - 20 мин; продолжительность охлаждения - 65 мин.

Аппарат действует циклически. В период заполнения чана горячее сусло стекает с конусного зонта на желоб, аэрируется, затем стекает с желоба на встроенную охладительную секцию тонким слоем и охлаждается. В заполненном чане одновременно с охлаждением происходит коагуляция белков и их осаждение вместе с другими твердыми примесями. Образующийся слой осадка (белковый отстой) покрывает всю поверхность днища чана. По окончании охлаждения и осаждения осветленное сусло сливают из чана, после чего удаляют отстой, размывая его водой.

Из описания устройства и работы отстойного чана видно, что в течение периода заполнения в среднем только половина охлаждающей поверхности рубашки находится под уровнем сусла и участвует в теплопередаче. В заполненном чане в сусло погружены все охлаждающие поверхности, однако из-за отсутствия перемешивания охлаждение сусла происходит медленно. По той же причине мала интенсивность процессов коагуляции белков и осветления сусла. Кроме указанных выше отстойный чан имеет следующие недостатки: большой расход воды для размыва отстоя и отсутствия возможности удаления отстоя в концентрированном виде (поскольку отстой распределен по всей поверхности днища); большая производственная площадь, занимаемая чаном; затрудненная промывка и очистка внутренних поверхностей аппарата, обусловленная наличием встроенной охладительной секции; большая металлоемкость.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы аппарата.

Решение этой задачи достигается тем, что в аппарате, содержащем вертикальный корпус с цилиндрической обечайкой, днищем и крышкой, систему охлаждения, устройство подачи воздуха, распределитель сусла, патрубок подвода горячего сусла, патрубок отвода пара и патрубок отвода осветленного сусла и отстоя, распределитель сусла выполнен в виде диска, снабжен лопатками, установлен на валу соосно корпусу и подключен к приводу, а корпус снабжен сборником отстоя, присоединенным к днищу снизу соосно, при этом патрубок отвода отстоя присоединен к сборнику. Лопатки распределителя прикреплены к диску с обеих его сторон, причем нижние лопатки выполнены удлиненными по высоте аппарата. Вал распределителя выполнен полым и подключен к устройству подачи воздуха.

При включенном приводе вал распределителя приводит во вращение диск. При подаче горячего сусла на диск в период заполнения аппарата сусло раскручивается, верхними лопатками отбрасывается на охлаждающую стенку корпуса по всему ее периметру и стекает к днищу тонким слоем. Одновременно происходит аэрация сусла воздухом, подводимым в пространство под диском через полый вал распределителя, подключенный к устройству подачи воздуха. По мере заполнения аппарата нижние лопатки распределителя погружаются в сусло и обеспечивают вращение всей его массы вокруг оси корпуса. Вращательное движение сусла существенно интенсифицирует теплообмен, поэтому отпадает необходимость установки встроенной охладительной секции. Содержащиеся в сусле взвешенные частицы под действием центробежных сил концентрируются вблизи стенки корпуса, где вследствие сил вязкого трения сусла о стенку возникают мелкомасштабные турбулентные пульсации, значительно ускоряющие коагуляцию белков [2]. Наличие в пристенном слое большого градиента окружной скорости сусла не позволяет частицам закрепиться на стенке и они совершают вращательное движение. В отличие от прототипа, где единственным механизмом разделения суспензии является гравитационное осаждение, в предлагаемом аппарате действует фактор центробежного разделения, существенно ускоряющий процесс осветления сусла, а также позволяющий уменьшить диаметр корпуса аппарата за счет увеличения его высоты, что сокращает занимаемую аппаратом производственную площадь. После отключения привода распределителя скорость вращения сусла постепенно снижается, центробежные силы уменьшаются и частицы опускаются к днищу. В пограничном слое около днища имеет место течение сусла, направленное к оси вращения [3] . Частицы осадка увлекаются этим течением и попадают в сборник отстоя, присоединенный к днищу снизу соосно. По завершении стадии осветления почти весь отстой оказывается в сборнике, что позволяет удалять его в концентрированном виде через патрубок, присоединенный к сборнику. При этом сокращается расход воды для размыва отстоя. Благодаря отсутствию встроенной охладительной секции уменьшается металлоемкость аппарата, облегчаются его промывка и очистка.

Предлагаемый аппарат изображен на чертеже.

Корпус аппарата сварной и состоит из обечайки 1, днища 2 и крышки 3. На крышке корпуса установлен сепаратор (капле- и пеноотделитель) 4, снабженный крепежным фланцем 5, пароотводящим патрубком 6 и патрубками 7 и 8 для подачи горячего сусла и воды (при мойке аппарата). На сепараторе смонтирован распределитель сусла, выполненный в виде диска 9, снабженного с обеих сторон лопатками 10 и 11. На верхних лопатках соосно диску закреплен направляющий патрубок 12. Диск установлен на полом валу 13, снабженном приводным шкивом 14. К верхнему концу вала с помощью уплотнительного устройства 15 подключен патрубок подачи стерильного воздуха. На обечайке сепаратора имеется люк (не показан) для доступа к сальнику подшипникового узла 16. К днищу корпуса приварен сборник отстоя 17, снабженный фланцем 18, патрубком для подвода воды 19 и патрубками 20 и 21 для отвода осветленного сусла и отстоя. Патрубок отвода сусла установлен соосно сборнику и снабжен тарелью 22. Над крышкой корпуса установлен ороситель 23 в виде трубы, свальцованной в кольцо, с отверстиями по всему периметру и патрубком 24 для подачи хладоносителя. Под днищем корпуса установлен поддон 25, закрепленный на фланце сборника через уплотнительную прокладку и снабженный патрубком 26 для отвода хладоносителя, причем отводящий патрубок приподнят над дном поддона так, чтобы днище корпуса аппарата находилось под уровнем хладоносителя в поддоне. На обечайке корпуса аппарата имеется люк 27 для технического обслуживания.

Аппарат работает следующим образом.

Включают привод распределителя и открывают вентили подачи хладоносителя, стерильного воздуха и горячего сусла. Струи хладоносителя, вытекающие из отверстий оросителя на крышку корпуса по всему ее периметру, сливаются между собой и образуют сплошную пленку, стекающую по внешней поверхности стенки корпуса в поддон. С помощью направляющего патрубка горячее сусло равномерно распределяется на вращающемся диске, верхними лопатками диска отбрасывается на стенку корпуса и пленкой стекает по ее внутренней поверхности к днищу. Воздух поступает к объем аппарата (под диск) через полый вал распределителя и аэрирует сусло. Благодаря принудительной подаче очищенного воздуха в аппарате поддерживается небольшое избыточное давление, достаточное для активного удаления пара и предотвращения проникновения в аппарат загрязненного атмосферного воздуха, что обеспечивает стерильность сусла. Восходящий паровоздушный поток проходит между кромкой диска и корпусом и уносит с собой мелкие капли сусла, которые отделяются в сепараторе и стекают на диск. Вследствие интенсивного теплообмена между суслом и хладоносителем, а также испарения части воды сусло быстро охлаждается в период заполнения аппарата.

К моменту прекращения подачи горячего сусла нижние лопатки распределителя оказываются погруженными в сусло и поддерживают вращение всей его массы. Происходит дальнейшее охлаждение сусла и коагуляция белков. Под действием центробежных сил взвешенные частицы концентрируются вблизи стенки корпуса, где вследствие вязкого трения возникают мелкомасштабные турбулентные пульсации, ускоряющие процесс коагуляции.

При достижении заданной температуры и достаточной степени коагуляции отключают привод распределителя. По инерции сусло продолжает вращательное движение с постепенно убывающей скоростью, при этом центробежные силы ослабевают и частицы опускаются к днищу, чему способствует нисходящее течение сусла вблизи стенки корпуса. В пограничном слое около днища течение сусла направлено к оси вращения. Частицы осадка увлекаются этим течением, перемещаются к центру днища и оседают в сборнике отстоя. На этой стадии происходит осветление сусла и образование отстоя, который почти весь оказывается в сборнике.

Осветленное сусло сливают из аппарата. Тарель, установленная над сливным патрубком, исключает образование воронки и захват воздуха суслом в конце слива, а также предотвращает забивку сливного патрубка частицами осадка в период осветления.

После слива сусла удаляют отстой из сборника. В случае образования "пробки" уплотненного отстоя ее размывают небольшим количеством воды, подаваемой в сборник снизу.

Мойку опорожненного аппарата производят подачей воды на диск распределителя при включенном приводе.

Техническое обслуживание аппарата состоит в периодической подтяжке или замене сальника подшипникового узла, а также в очистке внутренней поверхности корпуса от пивного камня, а наружной поверхности - от солевых отложений и загрязнений, выделяющихся из хладоносителя.

Источники информации
1. Попов В.И., Кретов И.Т., Стабников В.Н, Предтеченский В.К. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности, М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, с. 293 - 295.

2. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии, М.: Химия, 1964, С. 329.

3. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя, М.: Наука, с. 218.

Изобретение предназначено для применения в пивоваренном производстве. Аппарат содержит вертикальный корпус с цилиндрической обечайкой, днищем и крышкой, систему охлаждения корпуса, устройство подачи стерильного воздуха, распределитель сусла, патрубок подвода горячего сусла, патрубки отвода пара, осветленного сусла и отстоя. Распределитель сусла выполнен в виде диска, снабжен лопатками, установлен на валу, соосном с корпусом, и подключен к приводу. Корпус снабжен сборником отстоя, присоединенным к днищу снизу соосно. Патрубок отвода отстоя присоединен к сборнику. Конструкция аппарата обеспечивает ускоренное охлаждение и осветление сусла, стекающего тонкой пленкой по охлаждаемой стенке корпуса в период заполнения аппарата и совершающего вращающее движение в заполненном аппарате. Образующийся отстой оседает в сборнике, что позволяет удалять его в концентрированном виде и сокращает расход воды на его размыв. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Аппарат для охлаждения и осветления сусла, содержащий вертикальный корпус с цилиндрической обечайкой, днищем и крышкой, систему охлаждения, устройство подачи воздуха, распределитель сусла, патрубок подвода горячего сусла, патрубок отвода пара и патрубки отвода осветленного сусла и отстоя, отличающийся тем, что распределитель сусла выполнен в виде диска, снабжен лопатками, установлен на валу, соосном с корпусом, и подключен к приводу, а корпус снабжен сборником отстоя, присоединенным к днищу снизу соосно, при этом патрубок отвода отстоя присоединен к сборнику. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что лопатки распределителя прикреплены к диску с обеих его сторон, причем нижние лопатки выполнены удлиненными по высоте аппарата. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что вал распределителя выполнен полым и подключен к устройству подачи воздуха.