Бродильная промышленность. Технологическое оборудование (стр. 1 из 7)

Введение

Бродильная промышленность – одна из старейших отраслей промышленности в России. Анализ современного технического уровня предприятий бродильной промышленности показывает, что его совершенствование осуществляется в направлении повышения единичной мощности, сокращения вспомогательных операций, снижения материало- и энергоемкости, повышения уровня механизации и автоматизации, улучшения санитарной обработки.

Модернизация предприятий бродильной промышленности, строительство наряду с крупными предприятиями минизаводов ведет к расширению заводов и выпускаемому ассортименту бродильной промышленности и требует гибкой организации проектировочных работ с учетом достижений мировой практики, внедрения новых технологических процессов и оборудования, ликвидации диспропорций в цехах, повышения уровня механизации транспортно-складских работ. На солодовенных и пивоваренных заводах устанавливаются поточные механизированные линии.

В последнее время широкое распространение получили прогрессивно развивающиеся минипивоварни и минипивзаводы, на которых применяются новые методы замачивания и сусловарения сырья. Успешно эксплуатируются цилиндрические бродильные аппараты для ускоренного брожения и дображивания пива, диатомные фильтры и гидроциклонные аппараты для осветления горячего сусла и пива. Появился целый ряд дополнительных операций: карбонизация, стабилизация пива, а также утилизация вторичных материальных ресурсов.

В том числе появились новые разработки по технологическому оборудованию, совмещение функций и конструкций некоторых аппаратов, повышению их производительности, уменьшение энергозатрат на проводимые процессы, сокращение производственных площадей на единицу занимаемого оборудования, вырабатываются усовершенствованные пути повышения эффективности обработки сырья.

Перед всей пивоваренной промышленностью, в частности, минипивоваренной промышленностью стоят задачи по внедрению новой, более прогрессивной техники и технологии, обеспечивающих полное и комплексное использование сырья, высокоэффективных машин и аппаратов непрерывного действия, создающих возможность интенсифицировать и автоматизировать процессы и внедрять АСУТП. При этом в условиях рыночной экономики важно обеспечить их конкурентоспособность при борьбе за рынок с зарубежными партнерами.

Особой задачей, стоящей перед минипивоварнями и минипивзаводами, является проблема утилизации отходов производства, в частности, лагерного осадка, представляющего собой остающиеся в лагерном танке дрожжи. Решение проблемы утилизации отходов позволит улучшить экологическую обстановку, а также позволит добиться определённого экономического эффекта, так как утилизируемые дрожжи содержат определённую долю товарного продукта, т.е. позволит сократить потери продукта.

1. Обзор современных объектов аналогичного назначения и выбор технического решения

Под лагерным осадком понимают остающиеся в лагерном танке дрожжи, которые содержат пиво. Около 1% товарного пива может быть получено (после соответствующей обработки дрожжей) в виде пива из дрожжевого осадка. Существуют несколько способов рекуперации этого пива: прессование дрожжей, сепарация дрожжей, мембранное фильтрование дрожжей [1].

1.1 Прессование дрожжей

Дрожжи закачивают в камерный фильтр-пресс и отфильтровывают сквозь полипропиленовые салфетки (рис. 1). Благодаря прессованию под давлением

0,4 – 0,6 МПа, а в конце цикла – в 1,5 – 1,8 МПа, дрожжи по консистенции становятся похожи на пекарские.

Из-за используемого в фильтре высокого давления недостатки этого способа делаются ещё более заметными. Они заключаются в повышении значений pH и повышенном содержании в пиве белка и нуклеиновых соединений, если до прессования дрожжи хранились долго и в тёплых условиях. Поэтому дрожжи необходимо прессовать сразу же после их сбора.

1.2 Сепарация дрожжей

Щадящий метод рекуперации пива из дрожжей – это их сепарация (рис. 2).

В рециркуляционный танк 1 набирается определённое количество доаэрированной воды, которая подаётся насосом 6 к сепаратору 2. По пути вода смешивается с дрожжами, дозируемыми насосом 5. В сепараторе предварительного осветления 2 большая часть дрожжей отделяется, а разбавленное водой отсепарированное пиво возвращается в рециркуляционный танк. Этот процесс повторяется при постоянном разбавлении пива водой и дальнейшем отделении дрожжей. В заключение смесь воды и пива подаётся на сепаратор для полного осветления, где происходит полное удаление дрожжевых клеток из пива.

Недостатком этого способа рекуперации пива из остаточных дрожжей является энергоёмкость процесса, так как для осуществления сепарирования требуется сепаратор, потребляющий большое количество энергии. Кроме этого, сепараторы имеют достаточно высокую стоимость, сложную конструкцию, сложность эксплуатации и монтажа.

1.3 Мембранное фильтрование дрожжей

Мембранный фильтр представляет собой фильтр, в котором поток жидкости движется сквозь фильтрующий слой не под прямым углом, а параллельно фильтрующей мембране, так что пиво диффундирует сквозь неё, а дрожжи уносятся дальше.

Данный способ не требует вспомогательных фильтрующих средств и во все большей степени применяется для рекуперации пива из избыточных дрожжей. При правильно подобранном режиме работы мембранной установки можно обеспечить приемлемые финансовые затраты при хорошем качестве пива, что особенно актуально в условиях малых предприятий. Мембранное фильтрование не требует для проведения процесса высоких температур, что положительно отражается на характеристиках конечного продукта. Мембранная установка не требует значительных энергозатрат, что даёт значительный экономический эффект.

Ввиду очевидного преимущества мембранного фильтрования перед перечисленными выше способами рекуперации пива из остаточных дрожжей для решения поставленной задачи выделения дрожжей из лагерного остатка целесообразно применять именно мембранное фильтрование.

2. Обзор основных конструкций баромембранных аппаратов

Основные требования, предъявляемые к мембранным аппаратам различных конструкций, - эффективное удаление с поверхности мембраны задерживаемых веществ (то есть снижение концентрационной поляризации, гелеобразования и загрязнения мембран) и компактность. Важны при этом простота, удобство сборки и монтажа установки.

Разделение растворов в промышленных баромембранных процессах осуществляют на четырёх основных типах аппаратов: фильтр-пресс (или плоскокамерных), трубчатых, рулонных и на основе полых волокон [2].

Аппараты плоскокамерного типа собирают на основе плоскорамных элементов. Набор мембранных пакетов зажимают с помощью фланцев. Между мембранами по краям пакетов находятся рамки с отверстиями для отвода фильтрата и соответствующие прокладки (как правило, резиновые), предназначенные для герметизации. Схема ввода исходного раствора предусматривает последовательное и равномерное его прохождение над мембранами, расположенными на поверхности камер (рамок) сбора фильтрата, в которых находится дренажный материал. Аппараты данного типа имеют следующие недостатки: они требуют сложной герметизации элементов, невысокая плотность упаковки, неравномерность гидродинамических условий в отдельных зонах аппарата.

В аппаратах трубчатого типа подача исходного раствора осуществляется внутрь трубки, разделительная поверхность (собственно сама мембрана) находится на внутренней её поверхности, оптимальный внутренний диаметр трубки 8 – 25 мм. При сборке аппаратов трубки укладывают в виде блоков, а их концы заливают герметизирующим компаундом. Основным недостатком такого типа аппаратов – очень низкая полезная площадь мембран.

В аппаратах рулонного типа исходный раствор под давлением движется по напорному каналу параллельно оси элемента. Пермеат, проходя через мембрану, попадает в дренажный слой и по спирали через него отводится в трубку-коллектор. Область применения аппаратов с рулонными мембранными элементами – обессоливание минерализованных вод.

Полое волокно представляет собой мембрану, выполненную в виде очень тонкого капилляра, строение которого может быть изотропным или анизотропным по толщине стенок, при этом активный слой может находиться как с внутренней, так и с внешней стороны. Следовательно, существует определённая аналогия между полым волокном и трубчатой мембраной, что обуславливает во многом аналогичные трубчатым конструкции аппаратов на их основе. Вместе с тем малый диаметр полого волокна создаёт принципиально лучшие характеристики этих аппаратов. Прежде всего, в результате малого диаметра волокна самонесущая конструкция мембраны может выдерживать без нарушений структуры воздействие высоких давлений. Вследствие малого диаметра как внутреннего так и внешнего сечения полых волокон, их общая разделяющая поверхность в единице объёма более чем на два порядка превосходит аналогичный показатель трубчатых элементов. Кроме того, при равномерном объёмном расходе линейная скорость во внутреннем канале полого волокна вблизи рабочей поверхности выше, чем в остальных аппаратах, вследствие этого снижается уровень вредного воздействия концентрационной поляризации и, следовательно, тенденция к загрязнению вследствие концентрационной поляризации в случае модулей на основе полых волокон незначительна.

Ввиду очевидного преимущества мембранных модулей на основе полых волокон в баромембранной установке для микрофильтрационной обработки пива будем использовать именно данный тип мембранного модуля.