Охлаждение танка необходимо для оптимального управления температурным режимом брожения. При этом для каждого вида танка необходимо обеспечить подходящий способ охлаждения. Способы и мощность системы охлаждения зависят от потребности в холоде.
Потребность в холоде
При брожении выделяется тепло, которое необходимо отводить. Кроме этого, для стадии холодной выдержки температура пива понижается до -1 или -2°С. Количество тепла, которое должно быть отведено, складывается из:
· теплоты, возникающей при брожении (энтальпия);
· теплоты, которую необходимо отнять от пива при охлаждении до температуры холодной выдержки (теплота жидкости);
· теплопритоков со стороны окружающей среды, обуславливающих потери холода.
Теплота брожения
Количество тепла, возникающего при брожении, составляет 587 кДж = 140 ккал = 0,16 кВт•ч на 1 кг экстракта.
При экстрактивности начального сусла от 11,5 до 12% и КСС от 75 до 85% количество сброженного экстракта составляет от 7,0 до 8,3 кг/гл. Тогда теплообразование составит (кДж/гл):
| Экстрактивность сусла, % | 75% | 80% | 85% |
| Степень сбраживания | |||
| 12,0 | |||
| 16,0 |
В среднем можно считать, что при сбраживании пива со средней начальной экстрактивностью возникает 4300-4600 кДж теплоты/гл сусла.
Теплота жидкости
Для охлаждения пива с 9°С до -1°С (на 10 градусов) необходимо около 4200 кДж/гл. Это означает, что количество холода, необходимое для охлаждения пива, сравнимо с количеством холода, требуемым для отвода теплоты брожения.
Потери холода в окружающую среду
Из-за излучения и конвекции тепла от окружающей среды происходят потери холода. Эти потери можно минимизировать современными теплоизоляционными материалами, определением достаточных размеров изоляции самого танка и путем изоляции помещения.
Общая потребность в холоде составляет в среднем 8600-9000 кДж/гл.
Однако эта теплота возникает неравномерно и должна отводиться также неравномерно. Время и количество отводимой теплоты зависят:
· от способа брожения и созревания;
· от данной стадии охлаждения и скорости охлаждения.
Наибольшая потребность в холоде возникает при охлаждении пива после главного брожения в течение 24-48 ч.
Варианты охлаждения
Производство холода (= теплоты с низкой температурой) на пивоваренных предприятиях
происходит почти исключительно с помощью холодильно-компрессорных установок (см. раздел 10.3.2) и реже - с помощью абсорбционных установок (см. раздел 10.3.3). В процессе создания холода сжатый жидкий аммиак испаряется. Для испарения ему необходима тепловая энергия. Эту теплоту аммиак отнимает у окружающей среды, которая при этом охлаждается. Существуют два варианта охлаждения:
· аммиак испаряется непосредственно в холодильных трубках или рубашках (охлаждение при непосредственном испарении хладагента;
· аммиак испаряется в испарителе и охлаждает хладоноситель, обычно гликоль, который затем поступает в холодильные трубки или рубашки (косвенное охлаждение с испарением хладагента за пределами холодильных трубок или рубашек).
Охлаждение водой при температуре 0°С (ледяная вода) невозможно, так как пиво в конце брожения должно быть охлаждено до температуры ниже 0°С, а для теплообмена необходима разность, по меньшей мере, в 2-3 градуса.
Непосредственное охлаждение Основное преимущество непосредственного охлаждения состоит в низких удельных затратах на электроэнергию, что экономит энергию. По сравнению с непрямым охлаждением гликолем непосредственное охлаждение имеет следующие преимущества:
· для охлаждения гликоля не требуется промежуточного оборудования;
· можно работать с более высокими температурами испарения (от -5 до -6°С) вместо минус 10°С;
· необходимы более насосы меньшей производительности, так как приходится перекачивать меньшее количество жидкости;
· диаметр трубопроводов систем охлаждения будет меньше, и, соответственно;
· существенно уменьшаются затраты на изоляцию и монтаж;
· температурный контроль точнее,
· система более гибкая.
Экономия энергии составляет 15-20%.
Недостатки:
· повышенное рабочее давление в холодильных рубашках, - и как следствие, связанные с этим инвестиционные и эксплуатационные затраты;
· температура испарения не постоянна;
· холодильная установка едва ли может эксплуатироваться в стационарном режиме;
· необходимо значительное количество хладагента, на который во многих странах надо получать специальное разрешение (в Германии объем аммиака в системе, равный или превышающий 3 т, требует получение специального разрешения);
· относительно большие затраты на арматуру для обеспечения безопасности;
· опасность утечки хладагента;
· почти нет возможности накопления холода.