Проектирование пивоваренного завода

2 Выбор, обоснование  и описание аппаратурно-технологической  схемы производства

 

 

2.1 Выбор и обоснование технологической  схемы производства 

В настоящие время для производства пива могут использоваться различные технологии и соответственно разное технологическое оборудование, которое  может сильно отличатся по конструкции.

 Процесс пивопроизводства  начинается с привоза на завод  сырья и вспомогательных материалов. Доставка зернопродуктов на завод  осуществляется автомобильным, железнодорожным и специальным транспортом, /1/.

В виду того, что основным и наиболее используемым сырьем  в производстве пива является светлый солод, то для доставки его на предприятие, с точки зрения экономической обоснованности и удобства разгрузки, используется только автомобильный транспорт.  Карамельный солод, сахар и рисовая сечка доставляется на завод автотранспортом, ввиду фасовки их в мешки и небольшого количества, применяемого для производства пива. Для учета привозимого сырья используются автомобильные  весы. Для исключения хищения зернопродуктов их дополнительно взвешивают перед загрузкой в силоса.

Оборудование варочного отделения используется для производства охмеленного сусла. Оно размещается в отдельном специально предназначенном для этого корпусе.

Здание должно находиться вблизи котельной и бродильного отделения, чтобы подвод пара, воды и электроэнергии были как можно короче и не возникали осложнения при транспортировке охмеленного сусла на холодильные аппараты, а из них в бродильное отделение. Вблизи варочного отделения должно быть место для отвода пивной и хмелевой дробины. Канализация варочного отделения должна быть достаточных размеров и оборудована так, чтобы в канализацию не попадали грубые частицы пивной и хмелевой дробины, которые ухудшают качество сточных вод, /2/.

Кроме того, дробилки мокрого помола, входящие в агрегат, по сравнению с обычными вальцовыми станками являются менее взрывоопасными (ввиду того, что дробится увлажненный солод, образуется меньше пылевоздушной смеси, которая может привести к взрыву в помещении), солод при дроблении, т.е. эндосперм, дробится полностью, а увлажнение оболочек сырья приводит к повышению их эластичности, что позволяет им не разрушаться при дроблении. Т.о. оболочки остаются не поврежденными, а это ведет к меньшему выходу из них солей кремневой кислоты, дубильных и горьких веществ, снижающих качество готового пива. Применение гидроциклона по сравнению  с отстойным чаном позволяет

 

ускорить процесс осветления сусла (т.е. отделения сусла от взвешенных частиц и частиц молотого хмеля) за счет тангенциального ввода сусла в аппарат, применение гидроциклона позволяет не использовать хмелеотделитель. Для снижения расхода шишкового хмеля используется установка для дробления увлажненного хмеля (экономия до 15%).

Для транспортировки карамельного солода и рисовой сечки из склада в

производство предусмотрен лифт для зернопродуктов.

Современные варочные агрегаты рассчитаны на получение высокого выхода экстракта при хорошем качестве сусла. Для этого они оснащены рядом дополнительных устройств, /2/.

Варочные цехи пивоваренных заводов оснащаются агрегатами цилиндрической формы, рассчитанными на единовременную засыпь от 2,0 и до 10 тонн. Агрегаты засыпью 1 и 1,5 тонн утратили своё значение и на новых заводах не устанавливаются.

Основным оборудованием варочного цеха является: дробилки кондиционированного помола, два заторно-отварочных аппарата, фильтрационный, сусловарочный аппарат и гидроциклон. Для повышения оборачиваемости до 9-12 варок в сутки дополнительно устанавливают промежуточный сборник для горячего сусла, а также сборник промывных вод, /3/.

В данном дипломном проекте мы выбрали шестиаппаратный варочный агрегат немецкой фирмы Huppmann с единовременной засыпью 3 т (оборачиваемость составляет 10). Он состоит из двух заторных аппаратов, фильтрационного аппарата, сусловарочного котла, гидроциклона и сборника промывных вод.

Аппараты варочных агрегатов занимают помещения высотой до 14 метров и располагаются на двух этажах. На первом этаже располагаются дробилка, приводы и редуктора мешалок заторных и фильтрационного аппарата, все насосы и сборники горячего сусла и промывных вод, а так же линия осветления и охлаждения сусла. На втором этаже на одном уровне непосредственно находится основное оборудование варочного цеха и емкости для задачи хмеля. Система CIP (безразборной мойки и дезинфекции оборудования) располагается непосредственно вблизи варочного цеха, /2/.

Для утилизации дробины и дальнейшего использования её в кормовых целях устанавливаем линию переработки сырой пивной дробины.

Она состоит из бункера для дробины BCT-V3,3, молотковой дробилки ДДМ, барабанной сушилки СБ-4,5, турбовоздуходувной машины ТВ-80-1/2 и бункера для муки.

Контроль и управление всеми технологическими операциями автоматизированы и осуществляются с помощью программирующего устройства с центрального пульта управления.

Преимуществами варочных агрегатов фирмы Huppman можно назвать следующие:

• оборачиваемость варочного агрегата благодаря внедрению дополнительного оборудования и специальной конструкции дробилки и фильтрчана составляет до 12 варок в сутки;
• все технологические процессы, начиная с дробления на Millstar и заканчивая охлаждением и перекачкой охмеленного сусла, протекают без доступа кислорода;
• оборудование спроектировано с учетом возможности подключения системы безразборной мойки дезинфекции;
• полная автоматизация и управление всеми технологическими процессами (включая CIP) с рабочего места оператора при помощи мощных компьютеров и специализированного программного обеспечения;
• получение охмеленного сусла высокого качества при обеспечении максимального выхода экстракта в варочной цехе при минимальном расходе энергетических и других ресурсов, /4/.

Главное брожение и дображивание пива являются одними из основных процессов в пивоваренном производстве. Важнейшими факторами, влияющими на брожение, являются характеристика применяемых рас дрожжей и температура брожения. Процессы брожения и дображивания могут проходить по разным технологическим схемам, /5/.

Ведение главного брожения и дображивания по периодической схеме наиболее полно отражает все процессы, проходящие в пиве на этих этапах. Пиво по классической схеме сбраживания обладает хорошим вкусом, пеностойкостью; уровень качества пива повышается.

Классическая технология пива наряду с положительными сторонами с точки зрения требования современного производства обладает и недостатками, основной – длительность процессов, имеет место низкий коэффициент использования технологических емкостей, потребность в больших охлаждаемых производственных площадях, значительный объем работ по мойке и дезинфекции емкостей.

Бродильные чаны, используемые для главного брожения, изготавливают открытого и закрытого типа, последние обеспечивают стерильность сусла при брожении и возможность отбора диоксида углерода для дальнейшего его использования.

В настоящее время применяются танки Б-604, предназначенные для главного брожения пивного сусла под давлением, /1/.

Дображивание и созревание пива происходит в герметически закрытых металлических резервуарах цилиндрической формы, называемых лагерными танками. Они бывают стальные, эмалированные, алюминиевые и железобетонные.

Лагерные танки бывают горизонтальные и вертикальные. Каждый танк в нижней части имеет люк, вверху – шпунтовое отверстие. Высота танков не должна быть более 3 м. При большой высоте пиво медленно осветляется, а вследствие большой разницы в давлении в различных слоях пиво содержит различное количество углекислоты.

Существуют переходные способы сбраживания пивного сусла. Ускоренный периодический способ состоит в том, что в цилиндроконическом бродильном аппарате с быстрым управлением седиментацией и выводом из него осевших дрожжей совмещены главное брожение и дображивание, ускоренное дозревание, осветление пива, а также систематически осуществляется перемешивание сбраживаемого сусла сначала током стерильного воздуха, а потом диоксида углерода и увеличивается количество посевных дрожжей до 2 л на 1 гл. сусла. Брожение 12 % сусла продолжается 8-10 суток, а затем следует период созревания пива (3 сут) с биохимическим превращением ряда веществ, присущих букету молодого пива. Использование такого способа облегчает работу персонала бродильного отделения, т.к. большинство процессов объединены в одном аппарате . Дается возможность автоматизировать процессы . Но этот способ не дает нужного качества готового напитка.

В последние годы пивоваренные заводы все чаще устанавливают цилиндроконические бродильные аппараты (особенно при реконструкции предприятий). Способ ускоренного получения пива в цилиндроконических бродильных аппаратах (ЦКБА) состоит в том, что в одном сосуде большого объема (от 100 до 1500 м3 и более) с суточным заполнением его суслом  и дрожжами совмещают две ступени: главное брожение и дображивание, которые протекают в течение 14 суток вместо положенных 28, /2/.

В течение первых двух суток поддерживается температура брожения от 9 до 140С, которая сохраняется до достижения видимой конечной степени сбраживания. Через 10 суток с начала брожения  проводят первый съем дрожжей из штуцера конической части ЦКБА. Перед осветлением пива проводят второй съем дрожжей.

Затем пиво подают на сепарирование и фильтрование.

ЦКБА размещают как вне помещения, так и внутри. Над аппаратами находятся мостики для обслуживания верхней части аппарата.

При использовании ЦКБА получение пива происходит в короткие сроки, увеличивается объем одной партии пива. В виду больших сбраживаемых объемов и отсутствия перемешивания в заполняемом аппарате процесс брожения сложно контролировать визуально. При заполнении аппарата не всегда сусло предыдущих варок смешивается с суслом последующих, в первых к моменту перемешивания начинается процесс брожения, /1/.

На основе изученных способов брожения и дображивания можно сказать, что применение ЦКТ очень перспективно, хотя и имеется ряд технологических трудностей, поэтому принимаем 75 % брожения в ЦКБА и 25 % брожения периодическим способом.

Мойку и дезенфекцию участка брожения и дображивания пива в цилиндроконических бродильных аппаратах (ЦКБА) до участка фильтрации осуществляют с помощью установки  «CIP», где все процессы полностью автоматизированы.

При разведении чистых дрожжевых культур пользуются методом селекции. При этом удается из одной дрожжевой клетки получить массу дрожжей, которые по их свойствам соответствуют производственным условиям и типу изготовляемо пива.

Осадок дрожжей карлсбергской колбы переводят в аппарат для чистой культуры дрожжей.

Из различных аппаратов, предназначенных для этой цели, рассмотрим аппараты Ганзена и Грейнера.

Аппарат Ганзена состоит из бродильного цилиндра и стерилизатора. Оба сосуда имеют цилиндрическую форму, изготовляются из красной меди и тщательно лудятся изнутри оловом. Каждый цилиндр имеет съемную крышку, привинчивающуюся на болтах с барашками, с прокладкой резинового кольца для уплотнения, /2/.

Бродильный цилиндр снабжен мешалкой, ось которой пропущена через центр крышки. Лопасти мешалки расположены у самого дна. Мешалка приводится во вращение вручную. Для выпуска пива и дрожжей служит кран.

В новейших аппаратах чистой культуры дрожжей в бродильные чаны передаются не осевшие после брожения густые дрожжи, а большая масса стерильного сусла с дрожжами чистой культуры в стадии главного брожения.

К новейшим аппаратам для разведения чистых культур дрожжей относится установка Грейнера.

Установка Грейнера состоит из стерилизатора, бродильных цилиндров (от 1 до 4 в зависимости от количества размножаемых в аппарате рас дрожжей), резервуара предварительного брожения и сосуда для маточных дрожжей.

Стерилизатор сусла изготовляется из меди и лудится внутри чистым оловом. Он имеет лаз, два смотровых стекла, предохранительный клапан, манометр, двойной воздушный фильтр и внутри два змеевика (один над другим), соединенные последовательно через наружный проходной вентиль. Нижний змеевик служит для нагревания, кипячения и охлаждения сусла, верхний – для охлаждения.

Помещение для установки Грейнера оборудуется холодильной системой для поддержания температуры воздуха 8-9 °С.

Установки Грейнера изготовляются для пивоваренных заводов различной мощности, в соответствии с этим изменяется и емкость отдельных элементов установки. Перед пуском в эксплуатацию установка подвергается мойке и стерилизации, /3/.

При проектировании завода производительностью 3,9 млн. дал/год принимаем к установке один аппарат Грейнера, состоящий из двух стерилизаторов сусла по 720 дм3, двух бродильных цилиндров вместимостью по 360 дм3,  двух сосудов маточных дрожжей по 20 дм3 и двух резервуаров предварительного размножения вместимостью по 4000 дм3 каждый.

Промывка дрожжей в ваннах с процеживанием их через сита вручную является трудоемкой операцией и пригодна только для небольших заводов. Но при этом способе расход воды сравнительно небольшой (8-12-кратное количество по отношению к количеству промытых дрожжей) и потери также низки и составляют около 6-10 % сухого вещества.

При промывке дрожжей в специальных аппаратах расход воды достигает 20-30-кратного объема дрожжей, а потери сухого вещества – 10-15 %.

Вибрационные сита с отверстиями 0,4-0,6 мм, применяемые для очистки дрожжей, дают возможность отделить от жидких дрожжей, не разбавляя их водой, хмелевые смолы и дубильно-белковые вещества. Амплитуда колебаний этих сит около 1 мм; при переменном токе в 50 периодов сито совершает 3000 колебаний в минуту. Густые дрожжи с содержанием 10-16 % сухого вещества движутся по наклонному ситу от одного конца к другому. Они проходят через сито, а хмелевые смолы и другие частички отстоя отводятся в сторону. Производительность сит размером 630×1250  мм – 100-150 дм3 в минуту. Количество отводимых примесей (загрязнений) составляет 0,4-0,6 %.