СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И ВИННЫХ ПАРОВ В ПРОЦЕССЕ БРОЖЕНИЯ ВИНОГРАДНОГО СУСЛА И/ИЛИ МЕЗГИ В БРОДИЛЬНОМ РЕЗЕРВУАРЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК C12F3/04 

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может найти применение в бродильном производстве.

Известен способ утилизации продуктов брожения, предусматривающий в процессе брожения отвод их из резервуара путем рециркуляции двуокиси углерода через охлаждаемую колонну-конденсатор и возврата ее в резервуар, сбор и очистку испаряющихся компонентов вместе с частью воды (патент РФ 2144087, кл. С12Р 7/10, 2000).

Недостатком известного способа является невысокая степень очистки сбраживаемой среды.

Известен способ и установка для утилизации компонентов, образующихся в процессе брожения пивного сусла, предусматривающий отбор углекислого газа в газгольдер, отсос его в уравнительную камеру, отделение воды в водоотделителе, сжатие в трехступенчатом компрессоре, на первой ступени сжимают газ до 0,35-0,4 МПа, охлаждают в конденсаторе, пропускание через водоохладитель, вторую стадию сжатия и охлаждения, очистку и сушку в батарее, состоящей из сосудов с активированным углем для адсорбции летучих и ароматических веществ и сосуда с кремневым гелем для сушки, третью стадию сжатия и сбор в стальные баллоны (Главачек Ф., Лхотский А. Пивоварение. - М.: Пищевая промышленность, 1977, с.330-332).

Недостатком известного способа и установки является недостаточно полная утилизация компонентов брожения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ утилизации углекислого газа и винных паров в процессе брожения виноградного сусла и/или мезги в бродильном резервуаре, предусматривающий отделение углекислого газа, конденсацию паров этилового спирта и легколетучих ароматических соединений и сбор конденсатов (Кишковский З.Н., Мержаниан А.А. Технология вина. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1964, с.468-469).

Недостатком известного способа является неполная утилизация ценных компонентов и их потеря.

Известна установка для утилизации побочных продуктов бродильного производства, содержащая трехступенчатый компрессор, между первой и второй ступенями которого размещены холодильник и влагоотделитель, теплообменник, подключенный к выходу второй ступени, и реактор, содержащий колонки с катализатором и патрубками, кожух, крышку, электронагреватель и штуцеры, блок фильтров сушки углекислого газа и конденсатор (а.с SU 1502613, кл. С12F 3/04, 1989).

Недостатком известной установки является то, что она не предусматривает устранения потерь ценных компонентов.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка для утилизации углекислого газа и винных паров в процессе брожения виноградного сусла и/или мезги в бродильном резервуаре, содержащая установленный на верхнем люке бродильного резервуара очиститель углекислого газа, представляющий собой корпус с патрубками, сообщенный с бродильным резервуаром, внутри которого размещены перегородки с образованием камер и переточные трубки с размещенными в них контактными приспособлениями в виде перегородок полусферической формы с отверстиями, устройство возврата конденсата, сообщенное с резервуаром переточной трубкой (патент SU 839444, кл. С12F 3/04, 1981).

Недостатком известной установки является неполная утилизация ценных компонентов и их потеря.

Техническим результатом заявленных изобретений является более полное выделение продуктов брожения и снижение их потерь.

Это достигается тем, что способ утилизации углекислого газа и винных паров в процессе брожения виноградного сусла и/или мезги в бродильном резервуаре, характеризуется тем, что во время активного брожения образовавшиеся винные пары и углекислый газ отводят из резервуара, охлаждают с получением углекислого газа и сконденсировавшейся водно-спиртовой смеси, которую накапливают и отбирают в качестве ароматного спирта или используют для частичной конденсации паров и снижения ценообразования на поверхности бродящей среды путем возврата и разбрызгивания в надбродящем пространстве резервуара, углекислый газ подвергают двустадийному компрессированию до давления 10-12 бар с охлаждением и фильтруют сжатый углекислый газ в три стадии, на первой из которых удаляют остатки паров воды и спирта с помощью глубинного фильтра с размером пор 1 мкм, на второй - сорбируют запахи, а на третьей - очищают через мембраны с размером пор не менее 0,2 мкм.

Это достигается тем, что установка утилизации углекислого газа и винных паров в процессе брожения виноградного сусла и/или мезги в, по крайней мере, одном бродильном резервуаре, содержит установленную на верхнем люке бродильного резервуара крышку, конденсатор паров, сообщенный с крышкой и представляющий собой теплоизолированную емкость с коническим дном и рубашкой охлаждения, внутри которой над днищем вертикально размещены с противоположных сторон охлаждающие перегородки на равном расстоянии друг от друга со сдвигом относительно противоположных на 1/2 шага и расположенным в ее верхней части вакуум-предохранительным клапаном, сборник ароматных спиртов, сообщенный с бродильным резервуаром и дном конденсатора, разбрызгивающую форсунку, размещенную под крышкой бродильного резервуара и сообщенную через насос с нижней частью конденсатора, последовательно установленные и соединенные трубопроводом аккумулирующий бак, углекислотный компрессор с холодильниками, фильтр глубинный, адсорбционный и мембранный и ресивер, при этом аккумулирующий бак и фильтр глубинный соединены с конденсатором, а к выходу ресивера подключены отводящие трубопроводы для подачи сжатого углекислого газа на станцию сжижения газа или технологическому оборудованию.

Предлагаемая установка изображена на чертеже.

Установка содержит последовательно установленные и соединенные системой трубопроводов, по крайней мере, один бродильный резервуар 1, конденсатор паров 2, сборник ароматных спиртов 3, аккумулирующий бак 4, углекислотный компрессор 5 с холодильниками 6 и 7, фильтры глубинный 8, адсорбционный 9 и мембранный 10, ресивер 11. На верхнем люке 12 бродильного резервуара 1 установлена крышка 13, а под крышкой размещена разбрызгивающая форсунка 14, соединенная через насос 15 с нижней частью конденсатора паров 2. Конденсатор паров 2 сообщен с крышкой 13 и представляет собой теплоизолированную емкость с коническим дном и рубашкой охлаждения, внутри которой над днищем вертикально размещены с противоположных сторон охлаждающие перегородки 16, внутри которых циркулирует хладагент, на равном расстоянии друг от друга со сдвигом относительно противоположных на 1/2 шага. В ее верхней части расположен вакуум-предохранительный клапан 17. Конденсатор паров 2 имеет защиту от превышения и понижения давления, он может иметь несколько входов для сбора углекислого газа из нескольких бродильных резервуаров. Аккумулирующий бак 4 и фильтр глубинный 8 соединены с конденсатором паров 2, а к выходу ресивера подключены отводящие трубопроводы для подачи сжатого углекислого газа на станцию сжижения газа или технологическому оборудованию.

Работает установка следующим образом.

В бродильном резервуаре 1 сбраживают виноградное сусло и/или мезгу. Во время активного брожения образовавшиеся винные пары и углекислый газ через крышку 13 верхнего люка 12 отводят из резервуара 1 в конденсатор паров 2, охлаждают их с получением углекислого газа и сконденсировавшейся водно-спиртовой смеси. Для увеличения поверхности теплообмена и времени прохождения паров через конденсатор во внутреннем пространстве над коническим дном размещено множество перегородок 16 в виде пластин охлаждения. Сконденсировавшуюся водно-спиртовую смесь накапливают в коническом дне емкости и при достижении определенного уровня насосом 15 через разбрызгивающую форсунку 14 возвращают по системе трубопроводов в резервуар 1 или отбирают в качестве ароматного спирта, направляя его в сборник ароматных спиртов 3. Ароматные спирты, накопленные в сборнике, могут быть использованы для улучшения аромата столовых, крепких, десертных и полусладких вин сконденсировавшейся водно-спиртовой смесью путем ее возврата и разбрызгивания в надбродящем пространстве резервуара 1 частично конденсируют пары и снижают ценообразование на поверхности бродящей среды. Углекислый газ подвергают двустадийному компрессированию до давления 10-12 бар и охлаждению посредством безмаслянного углекислотного компрессора 5, снабженного промежуточным и конечным холодильниками 6 и 7. Он оснащен автоматическими выключателями верхнего и нижнего уровня и аварийными клапанами (не показано). Запуск и установка углекислотного компрессора управляется через аккумулирующий бак 4, являющийся сборником СО₂. Сжатый углекислый газ фильтруют в три стадии на фильтрационной установке. На первой стадии фильтрации используют глубинный фильтр 8 с размером пор 1 мкм и удаляют остатки паров воды и спирта, на второй - адсорбционный фильтр 9 и сорбируют запахи. Фильтрующий элемент его заполнен активированным углем. На третьей стадии используют мембранный фильтр 10 для очистки от микроорганизмов размером пор не менее 0,2 мкм. Очищенный углекислый газ подают в ресивер 11, а с выхода ресивера через отводящие трубопроводы на станцию сжижения углекислого газа или к технологическому оборудованию.

Пример 1.

В бродильном резервуаре 1 сбраживают виноградное сусло и мезгу. Во время активного брожения образовавшиеся винные пары и углекислый газ через крышку 13 верхнего люка 12 отводят из резервуара 1 в конденсатор паров 2, охлаждают их с получением углекислого газа и сконденсировавшейся водно-спиртовой смеси. Для увеличения поверхности теплообмена и времени прохождения паров через конденсатор во внутреннем пространстве над коническим дном размещено множество перегородок 16 в виде пластин охлаждения. Сконденсировавшуюся водно-спиртовую смесь накапливают в коническом дне емкости и при достижении определенного уровня насосом 15 отбирают в качестве ароматного спирта, направляя его в сборник ароматных спиртов 3. Ароматные спирты, накопленные в сборнике, могут быть использованы для улучшения аромата столовых, крепких, десертных и полусладких вин. Углекислый газ подвергают двустадийному компремированию до давления 10 бар и охлаждению посредством безмаслянного углекислотного компрессора 5, снабженного промежуточным и конечным холодильниками 6 и 7. Он оснащен автоматическими выключателями верхнего и нижнего уровня и аварийными клапанами (не показано). Запуск и установка углекислотного компрессора управляется через аккумулирующий бак 4, являющийся сборником СО₂. Сжатый углекислый газ фильтруют в три стадии на фильтрационной установке. На первой стадии фильтрации используют глубинный фильтр 8 с размером пор 1 мкм и удаляют остатки паров воды и спирта, на второй - адсорбционный фильтр 9 и сорбируют запахи. Фильтрующий элемент его заполнен активированным углем. На третьей стадии используют мембранный фильтр 10 для очистки от микроорганизмов размером пор 0,2 мкм. Очищенный углекислый газ подают в ресивер 11, а затем на станцию сжижения углекислого газа.

Пример 2.

В бродильном резервуаре 1 сбраживают виноградную мезгу. Во время активного брожения образовавшиеся винные пары и углекислый газ через крышку 13 верхнего люка 12 отводят из резервуара 1 в конденсатор паров 2, охлаждают их с получением углекислого газа и сконденсировавшейся водно-спиртовой смеси. Для увеличения поверхности теплообмена и времени прохождения паров через конденсатор во внутреннем пространстве над коническим дном размещено множество перегородок 16 в виде пластин охлаждения. Сконденсировавшуюся водно-спиртовую смесь накапливают в коническом дне емкости и при достижении определенного уровня насосом 15 через разбрызгивающую форсунку 14 возвращают по системе трубопроводов в резервуар 1. Путем ее возврата и разбрызгивания в надбродящем пространстве резервуара 1 частично конденсируют пары и снижают пенообразование на поверхности бродящей среды. Углекислый газ подвергают двустадийному компрессированию до давления 12 бар и охлаждению посредством безмаслянного углекислотного компрессора 5, снабженного промежуточным и конечным холодильниками 6 и 7. Он оснащен автоматическими выключателями верхнего и нижнего уровня и аварийными клапанами (не показано). 3апуск и установка углекислотного компрессора управляется через аккумулирующий бак 4, являющийся сборником CO₂. Сжатый углекислый газ фильтруют в три стадии на фильтрационной установке. На первой стадии фильтрации используют глубинный фильтр 8 с размером пор 1 мкм и удаляют остатки паров воды и спирта, на второй - адсорбционный фильтр 9 и сорбируют запахи. Фильтрующий элемент его заполнен активированным углем. На третьей стадии используют мембранный фильтр 10 для очистки от микроорганизмов размером пор более 0,2 мкм. Очищенный углекислый газ подают в ресивер 11 и через отводящие трубопроводы с выхода ресивера к технологическому оборудованию для вторичного использования.

Предлагаемые изобретения позволяют более эффективно очищать углекислый газ и лучше улавливать эфирные масла, тем самым сохранять аромат в вине, получая качественный виноматериал при более высоких температурах брожения и при меньших энергозатратах. Сбор и очистка углекислого газа может проводиться не только из одного резервуара и позволяет использовать дешевый газ при переработке винограда, перекачках и хранении виноматериалов для снижения окисленности сусла и виноматериалов, но и уменьшать количество вредных выбросов углекислого газа в атмосферу.

В бродильном резервуаре сбраживают виноградное сусло и/или мезгу. Во время активного брожения образовавшиеся винные пары и углекислый газ через крышку верхнего люка отводят в конденсатор паров, охлаждают их с получением углекислого газа и сконденсировавшейся водно-спиртовой смеси. Ее накапливают в коническом дне емкостии и насосом через разбрызгивающую форсунку возвращают по системе трубопроводов в резервуар или отбирают в качестве ароматного спирта, направляя его в сборник ароматных спиртов. Ароматные спирты, накопленные в сборнике, могут быть использованы для улучшения аромата столовых, крепких, десертных и полусладких вин. Сконденсировавшейся водно-спиртовой смесью путем ее возврата и разбрызгивания в надбродящем пространстве резервуара частично конденсируют пары и снижают пенообразование на поверхности бродящей среды. Углекислый газ подвергают двустадийному компрессированию до давления 10-12 бар и охлаждению посредством безмаслянного углекислотного компрессора, снабженного промежуточным и конечным холодильниками. Запуск и установка углекислотного компрессора управляется через аккумулирующий бак, являющийся сборником СО₂. Сжатый углекислый газ фильтруют в три стадии на фильтрационной установке. На первой стадии фильтрации используют глубинный фильтр 8 с размером пор 1 мкм и удаляют остатки паров воды и спирта, на второй - адсорбционный фильтр и сорбируют запахи. Фильтрующий элемент его заполнен активированным углем. На третьей стадии используют мембранный фильтр для очистки от микроорганизмов размером пор не менее 0,2 мкм. Очищенный углекислый газ подают в ресивер и через отводящие трубопроводы с выхода ресивера на станцию сжижения углекислого газа или к технологическому оборудованию для вторичного использования. Это позволяет более эффективно очищать углекислый газ и лучше улавливать эфирные масла, тем самым сохранять аромат в вине, получая качественный виноматериал при более высоких температурах брожения и при меньших энергозатратах. Кроме того, сбор и очистка углекислого газа может проводиться не только из одного резервуара и позволяет использовать дешевый газ при переработке винограда, перекачках и хранении виноматериалов для снижения окисленности сусла и виноматериалов, но и уменьшать количество вредных выбросов углекислого газа в атмосферу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ утилизации углекислого газа и винных паров в процессе брожения виноградного сусла и/или мезги в бродильном резервуаре, характеризующийся тем, что во время активного брожения образовавшиеся винные пары и углекислый газ отводят из резервуара, охлаждают с получением углекислого газа и сконденсировавшейся водно-спиртовой смеси, которую накапливают и отбирают в качестве ароматного спирта или используют для частичной конденсации паров и снижения пенообразования на поверхности бродящей среды путем возврата и разбрызгивания в надбродящем пространстве резервуара, углекислый газ подвергают двустадийному компрессированию до давления 10-12 бар с охлаждением и фильтруют сжатый углекислый газ в три стадии, на первой из которых удаляют остатки паров воды и спирта с помощью глубинного фильтра с размером пор 1 мкм, на второй сорбируют запахи, а на третьей очищают через мембраны с размером пор не менее 0,2 мкм.2. Установка утилизации углекислого газа и винных паров в процессе брожения виноградного сусла и/или мезги в, по крайней мере, одном бродильном резервуаре, содержащая установленную на верхнем люке бродильного резервуара крышку, конденсатор паров, сообщенный с крышкой и представляющий собой теплоизолированную емкость с коническим дном и рубашкой охлаждения, внутри которой над днищем вертикально размещены с противоположных сторон охлаждающие перегородки на равном расстоянии друг от друга со сдвигом относительно противоположных на 1/2 шага и расположенным в ее верхней части вакуум-предохранительным клапаном, сборник ароматных спиртов, сообщенный с бродильным резервуаром и дном конденсатора, разбрызгивающую форсунку, размещенную под крышкой бродильного резервуара и сообщенную через насос с нижней частью конденсатора, последовательно установленные и соединенные трубопроводом аккумулирующий бак, углекислотный компрессор с холодильниками, фильтр глубинный, адсорбционный и мембранный и ресивер, при этом аккумулирующий бак и фильтр глубинный соединены с конденсатором паров, а к выходу ресивера подключены отводящие трубопроводы для подачи сжатого углекислого газа на станцию сжижения газа или технологическому оборудованию.