Конические цилиндро-конические ферментеры (CCT) представляют собой основную мировую тенденцию в области брожения пива.
Одна важнейшая деталь, которую часто упускают из виду при закупке: ферментер — это не просто автономный сосуд под давлением. Способ его установки — внутри помещения или на открытом воздухе — определяет конструктивную конфигурацию, характеристики теплоизоляции, схему охлаждения и выбор средств безопасности. Ферментеры для установки внутри помещения и на открытом воздухе нельзя проектировать путем простого увеличения размеров одного из них. Различные условия эксплуатации приводят к значительным различиям в капитальных затратах, энергопотреблении системы охлаждения, стабильности производства и сроке службы оборудования.
Два различных подхода к проектированию
В небольших и средних крафтовых пивоварнях в основном используются конические бродильные чаны, устанавливаемые внутри варочных цехов с контролируемой температурой. Находясь в помещении, чаны подвергаются ограниченному тепловому воздействию со стороны солнечного излучения и суточных колебаний температуры. Внутренние бродильные чаны обычно опираются на опорные ножки, а угол наклона их конуса колеблется от 60° до 75°. Слишком узкий конус приводит к чрезмерной общей высоте резервуара, тогда как слишком широкий конус затрудняет слив дрожжей. Данный диапазон углов неоднократно подтверждался на практике в пивоваренном деле.
Охлаждение обеспечивается за счет сегментированной гликолевой рубашки на цилиндрической оболочке, а также отдельной рубашки для конусной части. Многозонное независимое регулирование хладагента рассеивает тепло обмена веществ, образующееся в пиковые моменты ферментации. В качестве теплоизоляционного материала используется полиуретановая пена. Поверхности, контактирующие с продуктом, отполированы до шероховатости Ra < 0,4 мкм, а все сварные швы имеют полное проварное соединение и отполированы как с внутренней, так и с внешней стороны. На верхней части резервуаров установлены клапаны сброса давления и вакуумные клапаны для компенсации скачков отрицательного давления, вызванных опорожнением резервуара и циклическими операциями CIP (очистки на месте).
Для пивоваренных пабов и малых и средних крафтовых пивоваренных заводов крытые бродильные чаны обеспечивают удобство осмотра и технического обслуживания. Люки, отводы для отбора проб и контрольно-измерительные приборы расположены так, чтобы обеспечить эргономичное ручное управление. Гибкая компоновка оборудования позволяет постепенно увеличивать производственную мощность за счёт установки дополнительных резервуаров. С другой стороны, резервуары, установленные внутри помещений, занимают ценную площадь здания; высота потолка и несущая способность пола накладывают строгие ограничения на максимальный объём одного резервуара.
Крупные коммерческие пивоваренные заводы, как правило, используют вертикальные конические бродильные чаны, устанавливаемые на открытом воздухе. Расположенные на открытых площадках вместо производственных зданий, эти чаны позволяют сэкономить площадь зданий и облегчают поэтапное расширение парка бродильных чанов в больших масштабах. Тем не менее, открытые ферментаторы эксплуатируются в суровых условиях: высокая температура корпуса под прямыми летними солнечными лучами, угроза замерзания зимой, значительные суточные перепады температуры, а также постоянная коррозия, вызванная погодными условиями. Эти внешние условия требуют комплексных изменений в конструкции и технологическом проектировании; открытые ферментаторы никогда не являются простыми увеличенными копиями емкостей, предназначенных для использования в помещениях.
Для теплоизоляции открытых ферментеров требуется полиуретановая изоляция толщиной 150–220 мм, защищённая внешней облицовкой из алюминиевых панелей или гофрированных листов цветной стали. Облицовка предотвращает проникновение дождевой воды в изоляционный слой. Как только вода проникает внутрь и ухудшает изоляционные характеристики, возникают значительные теплопотери, резко возрастает потребление энергии на охлаждение, а внутри резервуара начинается вертикальная термическая стратификация. Такая стратификация ухудшает процесс снижения содержания диацетила в сусле и пиве, а также ослабляет способность дрожжей к осаждению.
С конструктивной точки зрения в открытых бродильных чанах невозможно использовать опорные стойки, предназначенные для крытых резервуаров небольшой вместимости. Опорные узлы должны обладать повышенной механической прочностью и устойчивостью к опрокидыванию. Для крупных открытых бродильных чанов, используемых в пивоваренной промышленности, наиболее распространенным решением являются опорные стойки повышенной прочности в сочетании с усиленными кольцевыми балками.
При проверке конструкций сосудов под давлением ветровая и снеговая нагрузки часто становятся определяющими расчетными факторами для ферментеров, установленных на открытом воздухе. В отличие от них, ферментеры, расположенные в помещениях, находятся внутри зданий, поэтому ветровая и снеговая нагрузки, как правило, не являются определяющими расчетными условиями.
Общая тепловая нагрузка, действующая на открытые бродильные чаны, состоит из двух компонентов: тепла, выделяемого в процессе дрожжевого брожения, и тепла, поступающего из окружающей среды. Поступление тепла резко возрастает при интенсивном летнем солнечном излучении. Поэтому открытые ферментаторы требуют тонкой сегментации рубашки: отдельного управления охлаждением для верхней, средней и нижней частей корпуса, а также конуса. Охлаждающая рубашка обычно делится на 2–3 сегмента корпуса и один отдельный сегмент конуса.
К аксессуарам для обеспечения безопасности, предназначенным для эксплуатации на открытом воздухе, предъявляются более строгие технические требования. Помимо стандартных клапанов сброса избыточного давления и вакуумных клапанов, в проектах, реализуемых в холодных северных регионах, следует выбирать морозостойкие вентиляционные клапаны, отличающиеся высокой пропускной способностью, низким уровнем утечки и превосходной коррозионной стойкостью для эксплуатации на открытом воздухе при низких температурах.
Распространенная ошибка при реализации проектов пивоваренных заводов: проектирование открытых ферментационных чанов большой вместимости путем прямого копирования наборов параметров, изначально разработанных для закрытых чанов. После ввода в эксплуатацию такая ненадлежащая практика приведет к возникновению целого ряда проблем, включая чрезмерный расход холодоагента, термическую стратификацию внутри чана и частые отказы клапанов.
Как профессионал производитель оборудования для производства пива и интегрированный поставщик услуг по реализации пивоваренных проектов, Компания «Тяньтай» предлагает индивидуальные проекты и изготовление оборудования с учетом конкретных потребностей каждого клиента в плане производственных мощностей и условий на месте установки. Мы обеспечиваем стабильное качество пива, основанное на технических характеристиках механического оборудования, и гарантируем контролируемое качество продукции от партии к партии.
