АППАРАТУРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ШАМПАНСКОГО И ИГРИСТЫХ ВИН РЕЗЕРВУАРНЫМ СПОСОБОМ

Шампанское производят резервуарным и бутылочным способами; первый может быть периодическим и непрерывным. Игристые вина главным образом вырабатывают резервуарным способом в периодически действующих установках.

При периодическом способе используют крупные резервуары различных типов, оснащенные рубашками, мешалками и другими устройствами.

Варианты установок для проведения шампанизации вина в потоке

Рис. 3.8. Варианты установок для проведения шампанизации вина в потоке

Шампанизацию при непрерывном способе проводят в условиях потока вина. Для этого используют установки различного типа — батарейные, одноемкостные одно- и многокамерные и др. Наглядное представление о схемах этих установок дает рис. 3.8. Вариант / предполагает использование батареи из шести последовательно соединенных резервуаров; вариант II — то же из семи резервуаров, из которых два последних частично загружены наполнителями (насадкой); вариант III — из восьми резервуаров, последний из которых полностью загружен наполнителями и выполняет функции автономного биогенератора. В варианте IV используется одноемкостный многокамерный резервуар с автономным биогенератором; в варианте V — одноемкостный однокамерный резервуар, частично загруженный наполнителями; в варианте VI — то же, только два таких резервуара, а в варианте VII — один одноемкостный однокамерный резервуар с автономным биогенератором.

Применение насадки в виде колец Рашига, роликов, полиэтиленовой стружки и др. способствует увеличению поверхности контакта фаз, обусловливает проведение шампанизации в условиях повышенной концентрации дрожжей, интенсифицирует процесс.

Ниже описаны основные типы бродильных резервуаров, используемых в этих схемах.

Устройство и принцип действия бродильных резервуаров. Бродильный резервуар ВБЛ. Представляет собой цельносварной вертикальный корпус (рис. 3.9, а) со сферическим днищем, изготовленный из коррозионно-стойкой стали. Резервуары вместимостью 5 или 7,6 м3 комплектуют в батарею и соединяют между собой по принципу сообщающихся сосудов с помощью переточных труб и запорной арматуры. Направление потока в резервуарах — снизу вверх, далее через переточную сливную трубу снова вниз до следующего резервуара. Температура бродильной смеси регулируется подачей рассола или охлаждающей воды в рубашку.

На базе бродильного резервуара ВБА создан приемный резервуар ВПА вместимостью 5 м3, отличающийся наличием трех рубашек.

Бродильные резервуары

Рис. 3.9. Бродильные резервуары:

а — ВБА: 1,6, 11 — термогильзы; 2, 12 — штуцера; 3 — рубашка; 4 — корпус;

  • 5 — труба; 7, 9, 10, 13, 15 — патрубки; 8 — опора; 14 — горловина; б — А-7 с нижним люком: 1 — горловина; 2 — термогильза; 3 — корпус;
  • 4, 10 — патрубки; 5,6,7 — рубашки; 8 — опора; 9 — труба; 11 — вентиль;
  • 12 — труба для ввода вина; 13 — манометр; 14 — труба для вывода вина;
  • 15 — змеевик; в — СЭрн: 1 — корпус; 2,5 — патрубки; 3 — рубашка; 4 — крышка;
  • 6 — люк; 7 — опора

Бродильный резервуар Л-7. Представляет собой цельносварной корпус (рис. 3.9, б), изготовленный из коррозионно-стойкой стали. Для регулирования температуры бродильной смеси резервуар имеет три рубашки и подвешенный вверху змеевик. Наличие охлаждающих рубашек и змеевика позволяет использовать резервуар и как бродильный, и как приемный. Резервуар можно использовать при периодической шампанизации, вместимость его 7 м3.

Бродильные резервуары СЭрн. В этом качестве используют вертикальные цилиндрические резервуары серии СЭрн (рис. 3.9, в) с двумя эллиптическими днищами, устанавливаемые на четырех опо-

pax. Резервуары из коррозионно-стойкой или углеродистой стали со стеклоэмалевым покрытием. Они имеют рубашку и оборудованы люками и различными штуцерами для подвода и отвода продукта, рассола, его слива, установки термометров и манометров, воздушника, предохранительного клапана и др. Выпускаются резервуары вместимостью до 50 м3.

На предприятиях отрасли применяют резервуары и других марок, в том числе серии КЕН, описанные в п. 3.5.

Бродильный резервуар Л-184. В результате исследований, проведенных в последние годы, установлено, что описанные бродильные резервуары не в должной мере обеспечивают оптимальные условия процесса шампанизации. В этом отношении более прогрессивны одноемкостные бродильные резервуары. Основное требование, которому должна отвечать конструкция этих аппаратов, заключается в создании стабильного потока шампанизируемого вина, т.е. не должны иметь место резкое изменение скоростей потока, значительные перепады температур, не должно быть застойных зон. В то же время должны быть созданы условия для равномерного распределения дрожжей в бродящей среде, для саморегулирования температурного режима. Реальное воплощение эти результаты нашли в кольцевой модели одноемкостного аппарата, разработанного в нескольких видах: с плоскими и эллиптическими днищами. Примером последнего может служить бродильный резервуар А-184. Он представляет собой одноемкостный многокамерный вертикальный цилиндрический резервуар 8 с рубашкой 2 (рис. 3.10). Внутри резервуара установлены цилиндрические перегородки 1, одни из которых закреплены по всему периметру на днище резервуара и имеют кольцевые зазоры между торцами и днищем 7, а другие образуют такие же зазоры с противоположным днищем резервуара. Площади поперечного сечения центральной и кольцевых камер одинаковы, для чего соотношения диаметров следующих друг за другом от центра к периферии кольцевых перегородок и корпуса должны составлять

Равенство этих площадей позволяет вести процесс брожения при стабильной средней линейной скорости потока. Поток бродильной смеси проходит через центральную и кольцевые камеры, а также через кольцевые переточные зазоры, последовательно изменяя свое направление.

Температуру в аппарате регулируют путем охлаждения вина на конечном участке потока с последующим рекуперативным послойным охлаждением к центру аппарата. Применение рекуперативной системы охлаждения обеспечивает плавное саморегулирование температуры

шампанизируемого вина при минимальных перепадах между секциями, а также ее стабильность в заданном режиме.

Одноемкостный однокамерный вертикальный цилиндрический бродильный резервуар А-184

Рис. 3.10. Одноемкостный однокамерный вертикальный цилиндрический бродильный резервуар А-184:

Одноемкостный многокамерный бродильный аппарат для шампанизации вина в потоке имеет вместимость 35 м3 и по своей производительности соответствует батарейной бродильной установке, состоящей из семи резервуаров вместимостью 5 м3 каждый. Благодаря исключению переточных и соединительных винопроводов он обеспечивает более равномерную линейную скорость потока шампанизируемого вина, что благоприятствует распределению дрожжевых клеток в среде. При использовании одноемкостных аппаратов повышается съем продукции с единицы основной производственной площади.

  • 1 — перегородки: 2 — рубашка; 3, 4, 9, 10,11 — штуцера: 5,6 — гильзы: У — днище;
  • 8 — резервуар; 12 — опора

Основы расчета и проектирования бродильных резервуаров. Экспериментально установлено, что, несмотря на особенности технологического и биохимического характера, процесс брожения при шампанизации, происходящий в закрытых резервуарах, в принципе удовлетворительно описывается уравнением (3.2).

Количественно значение Км зависит от способа шампанизации. После стабилизации концентрации активных дрожжей в среде Км имеет следующие средние значения: для бутылочного способа шампанизации — 0,04; резервуарного непрерывного — 0,05 и резервуарного периодического — 0,12. Наибольшее относительное варьирование Км отмечено при бутылочной шампанизации, что объясняется сильным изменением концентрации дрожжевых клеток в течение производственного цикла и малым объемом вина по отношению к биомассе дрожжей.

Зная средние значения Км, можно уточнять сопоставительную технологическую оценку различных способов производства игристых вин. Так, большее значение Км при периодической резервуарной шампанизации свидетельствует о быстром темпе брожения и, следовательно, о менее благоприятном его режиме для формирования типичных свойств игристого вина. Близкие значения Км при шампанизации в потоке и в бутылках указывают на аналогичную кинетику процесса в этих случаях. Постоянство величин Км при непрерывной шампанизации указывает на достаточно выравненные условия брожения. Скорость процесса во всех резервуарах бродильной линии поддерживается в близких пределах, но количество сбраживаемого сахара неодинаково: в каждом последующем резервуаре оно меньше, чем в предыдущем.

Зная Км, можно по формуле (3.2) рассчитать время, необходимое для выбраживания заданного количества сахара, а также определить рабочую вместимость резервуаров установки для непрерывной шампанизации при данном расходе бродильной смеси или расход вина при заданных объеме и производительности батареи, сохраняя при этом скорость процесса в соответствии с оптимальным значением Км. В частности, можно рассчитать рабочие объемы отдельных резервуаров или секций установки непрерывной шампанизации, при которых обеспечивается выбраживание вполне определенного количества сахара в каждой из них.

Если построить кривую брожения при шампанизации, аналогичную представленной на рис. 3.2, то наиболее рациональным оказывается использование в бродильной батарее 7—8 резервуаров (см. рис. 3.8, варианты II, III).

Производительность бродильных резервуаров для шампанизации различных типов в принципе определяют по зависимостям, приведенным в п. 3.1.

Производительность бродильной батареи можно рассчитывать и с учетом известного значения коэффициента потока:

где К — коэффициент потока (значение К = 0,00245 соответствует продолжительности процесса шампанизации — 7 сут); Я0 — количество бродильной смеси (купаж + ликер + дрожжи), поступающей в бродильные резервуары, м3/ч; V— общая вместимость бродильных резервуаров и биогенераторов, м3.

Необходимую площадь поверхности охлаждения вина в бродильных резервуарах определяют по общеизвестным методикам (частично эти материалы приведены в гл. 4). При этом учитывают количество холода для охлаждения вина, корпуса аппарата и рубашки, теплоизоляции, а также потери холода в окружающую среду. По суммарному расходу холода определяют и удельный его расход, и соответствующие расход и удельный расход хладагента (чаще всего хладоносителя — рассола).

По расходу холода, коэффициенту теплопередачи и разности температур определяют необходимую площадь поверхности охлаждения вина в резервуаре. По результатам испытаний бродильных резервуаров с рубашечным охлаждением получены следующие значения коэффициентов: теплопередачи — 70...76 Вт/(м2 · К); теплоотдачи от

вина к стенке резервуара — 120...180 Вт/(м2 · К) и теплоотдачи от стенки резервуара к рассолу — * 500 Вт/(м2 * К).

При расчете и подборе оборудования для производства шампанского резервуарным способом наряду с изложенными должны быть учтены следующие рекомендации, базирующиеся на нормативных материалах.

Для приемки и обработки шампанских виноматериалов применяют резервуары с перемешивающим устройством, объединенные в батареи. Вместимость резервуаров обычно составляет 20 м3.

Число приемных батарей должно соответствовать числу сортов поступающих материалов. Число резервуаров N в каждой сортовой батарее зависит от производительности установки для составления и обработки купажей, удельного веса данного сорта в купаже, оборачиваемости и вместимости каждого резервуара. Расчет ведут по формуле

где М — количество виноматериалов всех сортов, поступающих за месяц, м3; /я, — долевое количество виноматериалов данного сорта, поступающего за месяц; К — коэффициент неравномерности поступления виноматериалов (К= 1,2... 1,5); V — вместимость резервуаров, м3; Коб — коэффициент оборачиваемости резервуаров.

Коэффициент оборачиваемости резервуаров

где /с — продолжительность поступления виноматериалов за месяц, сут; /и — продолжительность поступления виноматериалов за сутки, ч; Т — продолжительность технологического цикла оборота одной цистерны, ч.

Продолжительность технологического цикла

где Г, — продолжительность разгрузки одного резервуара (отношение объема резервуара к часовому расходу виноматериала), ч; t2 — продолжительность подготовки резервуара к очередной загрузке (мойка и профилактический осмотр, ориентировочно t2 = 5...7), ч; /3 — продолжительность заполнения резервуара, ч; /4 — продолжительность, отведенная на химический анализ и введение раствора ЖКС, ч; (/3 + /4 принимают равным примерно 24 ч).

Объединенный поток обработанных виноматериалов поступает в батарею последовательно соединенных вертикальных резервуаров, число которых рассчитывают по формуле

где П — производительность установки для обработки виноматериалов в потоке, м3/ч; /с — продолжительность контакта вина с оклеивающими веществами, сут (до 3 сут); V — вместимость резервуара, м3; Na — дополнительное количество резервуаров, необходимое для бесперебойной работы батареи при последовательной мойке и профилактике.

Коэффициент А^об учитывают при наличии одной линии. Значение его зависит от продолжительности операций мойки и профилактического осмотра (принимают равным 1 ...2).

Осветленный купаж поступает в батарею резервуаров контрольной выдержки, число которых рассчитывают по формуле

где /с — продолжительность контрольной выдержки, сут (может быть принята равной 10...15 сут).

Необходимое число резервуаров для обескислороживания

где Пд — количество дрожжевой разводки на обескислороживание, м3/ч; Т — продолжительность процесса обескислороживания и обогащения вина биологически активными веществами, ч (около 10 ч); К — коэффициент, учитывающий уменьшение вместимости резервуара за счет наполнителей (для полиэтиленовых наполнителей принимается равным 0,82).

Для проведения обескислороживания используют бродильные или приемные резервуары, но эффективнее проводить этот процесс в специальных резервуарах диаметром 0,5...1,0 м.

Необходимое количество наполнителей рассчитывают, исходя из удельной поверхности (20 м2 на 1 дал/ч) и количества купажа, поступающего на обескислороживание.

Число резервуаров, необходимых для выдержки резерва купажа, в потоке

где /с — продолжительность поступления (приемки) виноматериалов, сут; Пк — количество купажа, поступающего на шампанизацию, м3/ч; Пп — переходящий остаток обработанных шампанских виноматериалов, м3.

Значение Пи зависит от продолжительности технологического процесса обработки виноматериалов и определяется по формуле

где tc — продолжительность обработки виноматериалов, сут (может быть принята равной 45...60 сут).

Перед шампанизацией купаж подвергают термической обработке. Число резервуаров для выдержки купажа в потоке при температуре нагрева

где Г— продолжительность выдержки, ч.

Число ферментаторов установки культивирования дрожжей в потоке

где Пд — общий расход дрожжевой разводки (на обескислороживание и шампанизацию), м3/ч; t — продолжительность генерации, сут (может быть принята равной 2 сут); V — вместимость ферментатора, м3; К — коэффициент заполнения.

На заводах большой мощности рекомендуется использовать двухпоточную установку (4 ферментатора в каждом потоке) с общим головным ферментатором двукратной вместимости.

Число резервуаров для повторного обескислороживания купажа

где Пд — количество дрожжевой разводки, поступающей на шампанизацию, м3/ч; t — продолжительность процесса повторного обескислороживания, ч (может быть принята равной примерно 0,5...1,0 ч); К коэффициент, учитывающий уменьшение объема резервуаров за счет наполнителей.

Число резервуаров для выдержки ликеров определяют по следующим формулам:

• для резервуарного ликера

где Р — расход ликера на приготовление бродильной смеси, м3/ч; Р, — расход ликера на приготовление питательной среды, м3/ч; Г — продолжительность выдержки ликера, сут; V вместимость резервуара для выдержки, м3;

• для экспедиционного ликера

где Р2 — среднегодовой расход ликера, м3/ч.

Число биогенераторов (а также резервуаров для выдержки шампанизированного вина в потоке при температуре охлаждения)

где П — суммарная производительность линии шампанизации, м3/ч; Т — продолжительность пребывания шампанизированного вина в биогенераторах, ч (порядка 20...24 ч); К коэффициент, учитывающий уменьшение объема резервуаров за счет наполнителей.

В качестве биогенераторов можно использовать бродильные или приемные резервуары, но эффективнее применять специальные резервуары диаметром 0,5...1,0 м.

Число приемных резервуаров

где П — суммарная производительность линии шампанизации, м3/ч; Р — расход экспедиционного ликера, м3/ч; К — коэффициент оборачиваемости резервуара, сут; В — число непрерывных нерабочих и праздничных дней в году (не менее 3).

Здесь

где /,, t2 и /3 — продолжительность соответственно заполнения, выдержки и опорожнения приемного резервуара, ч.

Устройство и принцип действия сатураторов. При производстве газированных (шипучих) вин, как виноградных, так и плодово-ягодных, специфическим видом оборудования являются сатураторы. Конструкция сатураторов должна обеспечивать возможность максимального насыщения (пересыщения) вина диоксидом углерода. Для этого в аппарате необходимо создать наибольшую поверхность вина, контактирующего с С02, насытить им вино при достаточно высоком парциальном давлении и соблюдать противоток диоксида углерода и газируемого вина.

Пересыщение вина диоксидом углерода можно проводить различными способами: в сатураторах, барботированием вина мелкими пузырьками С02, свободной диффузией С02, через поверхность вина, жидким С02, дозируемым в поток вина в условиях повышенного давления, и др.

Сатураторы по принципу действия подразделяют на объемные (смесительные), распылительные (оросительные) и комбинированные.

В объемных аппаратах периодического действия охлажденное вино смешивается с диоксидом углерода под давлением 0,3...0,4 МПа в горизонтальном цилиндрическом резервуаре с мешалкой. В распылительных сатураторах С02 смешивается с мелкими частицами вина; такого рода аппараты применяют в производстве газированной воды и безалкогольных напитков.

К комбинированным относятся аппараты, в которых используют в различных комбинациях принципы смешения С02 с распыленным вином и насыщения им тонких пленок вина в противотоке. Такие сатураторы, как правило, автоматические, непрерывно действующие. По способу деаэрации они могут быть разделены на сатураторы с механическим отбором свободно выделяющегося воздуха в процессе газирования вина и сатураторы с принудительным отбором воздуха вакуум-насосом (вакуум-сатураторы). Деаэрация вина необходима, ибо растворенные в вине кислород и другие газы снижают растворимость С02 в нем.

На винодельческих предприятиях используют как отечественные, так и зарубежные сатураторы различных марок (например, комбинированные сатураторы марки С-ЗОМ), а также применяемые в производстве безалкогольных газированных напитков: АС2М, ВСВ, ВСН, АССМ и др.

За рубежом оборудование для газирования вин диоксидом углерода выпускают многие фирмы.

В некоторых зарубежных конструкциях сатураторов используют способ насыщения напитков диоксидом углерода в тонком слое. Са- турационная колонка состоит из закрепленной между двумя головками прозрачной трубы, внутри которой находится пористая свеча. Поскольку разница в диаметрах трубы и свечи очень мала, то между ними образуется узкая полость, через которую протекает тонкая пленка жидкости, находящаяся в прямом контакте с газообразным диоксидом углерода. Расход С02 в сатураторе минимальный и составляет приблизительно 1,2...2,0 г/дал.

Выпускают также установки, в которых насыщение напитков осуществляют с помощью струйных аппаратов. В последнее время появились разработки по использованию жидкого диоксида углерода для газирования вин.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >