Курсовая работа: Технологический процесс получения охмеленного пивного сусла

Курсовая работа: Технологический процесс получения охмеленного пивного сусла

Содержание

Введение

1 Характеристика объекта автоматизации

2 Анализ технологического процесса и выбор контролируемых и регулируемых параметров

3 Выбор технических средств автоматизации

4 Описание схемы автоматизации

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Качество и состав охмеленного пивного сусла – определяющие факторы процесса брожения, важные аспекты формирования крепости получаемого напитка, его цвета, вкуса, пищевой ценности, а также таких технологических характеристик как фильтруемость, коллоидная и биологическая стойкость пива. Несоответствие режимных параметров нормативным значениям на данном этапе  влечет за собой увеличение длительности последующих стадий, вызывает перерасход материалов и энергии, потому и возникает необходимость организации контроля и создания систем предотвращения сбоев, а также внедрения средств немедленного и отсроченного реагирования.

Низкая производительность ручного труда и невозможность комплексного отслеживания человеком значений технологических параметров при получении охмеленного сусла без использования дополнительных средств, а также сложность осуществления оперативного управления процессом, устранимы путем внедрения систем автоматизации. Применение средств автоматизированного контроля и управления – от датчиков и преобразователей до микропроцессорных контроллеров и ЭВМ – позволит создать мощную систему обеспечения качества промежуточной и готовой продукции, обеспечить соблюдение требований безопасности.

Общая задача автоматизации производства охмеленного сусла, решаемая в рамках данной работы, – создание гибкой системы контроля и управления технологическими параметрами для получения наилучшего выхода полупродукта с оптимальным для дальнейших стадий набором свойств, рациональное распределение материальных и энергетических потоков.

В курсовой работе рассматриваемый этап производства пива характеризуется как объект автоматизации, на основании анализа техпроцесса оцениваются базисные параметры, подлежащие контролю и регулированию. Проводится выбор конкретных средств автоматизации, составляется ее функциональная схема.

1 Характеристика объекта автоматизации

автоматизация производство сусло управление технологический

Технологический процесс получения охмеленного пивного сусла включает в себя фильтрование затора, кипячение отфильтрованного сусла с хмелем, отделение хмелевой дробины и охлаждение охмеленного пивного сусла.

Фильтрационный чан – цилиндрический сосуд из нержавеющей стали с конической крышкой и плоским двойным дном, снабженный мешалкой-рыхлителем и теплоизоляцией, – предназначен для разделения затора на осветленное сусло и дробину, а также промывки дробины теплой водой с целью организации диффузии остаточного экстракта из отработанного солода. Фильтрчан сблокирован с расширительным баком, через который происходит откачка светлого сусла и промывных вод в варочный котел, а также возврат мутного сусла в чан для осветления.

Осахаренный затор, нагретый до 78 оС, подается из заторного котла в фильтрационный чан снизу (для вытеснения воздуха) течение 10 минут. Перекаченный на фильтрование затор остается в покое для осаждения дробины слоем высотой 30 – 45 см (фильтрационная пауза) на двойном днище; для разравнивания дробины включается рыхлитель. Затем происходит трехкратная прокачка мутного сусла из нижних слоев через расширительный бак и возврат в фильтрчан (работа «на себя»). Далее открывается клапан и включается центробежный насос – осуществляется фильтрация затора с получением первого сусла. Откачка идет снизу аппарата через расширительный бак.

Далее следует трехкратное фильтрование с промывными водами до концентрации сухих веществ в последней промывной воде 2,5% масс. Ножи рыхлителя прорезают дробину при комбинированном вращательном и поступательном (опускание рыхлителя на высоту до 10 – 15 см над уровнем фильтрующей решетки) движении механизма. После стекания последней промывной воды посредством грузового клапана осуществляется выгрузка дробины вторым насосом.

Нарушение процесса фильтрования может быть связано с высоким содержанием декстринов (повышенная вязкость сусла) как следствия несоответствия нормативам времени выдержки и температур ферментативных пауз при осахаривании в заторном котле, кроме того, начальная температура фильтрования может превысить 780С по указанным выше причинам. Плохая фильтруемость может быть также следствием повышенного фильтрационного сопротивления дробины как следствия недостаточно интенсивного и несвоевременного рыхления.

Пивное сусло, собранное в сусловарочном аппарате,  подогревается, находясь в трубках кожухотрубчатого перколятора после полного заполнения котла до температуры 1000С. Нагретое до 1000С сусло начинает закипать, после чего вносится первая порция хмеля – 90% расчетной массы. Конденсат греющего пара выводится из аппарата. Слои сусла с наименьшей температурой отводятся из нижней части аппарата центробежным насосом и через разбрызгиватель возвращаются в котел по стенкам, обеспечивая равномерный нагрев и кипячение на протяжении всей варки. Кипячение с первым хмелем длится 50 минут. Затем вносится вторая порция хмеля – 10% суммарной массы, с которой сусло кипятится еще 20 мин. Выпаривание сусла длится 5 минут, после чего полупродукт выдерживается еще 10 минут (пауза для коагуляции). Далее идет перекачка сусла центробежным насосом на осветление

Во время кипячения протекает экстракция суслом хмелевых веществ, коагуляция белково-дубильных комплексов, образованных при взаимодействии азотистых соединений сусла с полифенолами хмеля, ароматизация эфирными маслами, осуществляется изомеризация горьких кислот из лупулиновых зерен, меланоидинообразование, стерилизация сусла, испарение (концентрирование), инактивация ферментов.

Несоответствие параметров пара и времени пребывания в котле 70 – 90 мин требуемым вызывает отклонение режима процесса от оптимального.

Осветление и частичное охлаждение охмеленного сусла происходят в гидроциклонном аппарате (вирпуле). Аппарат служит для осветления и частичного охлаждения охмеленного сусла. Гидроциклонный аппарат имеет плоское днище, коническую крышку, вытяжную трубу для испаряющегося сусла, патрубок ввода, в нижней части располагаются патрубки выпуска осветленного сусла и осадка. За счет действия центростремительной силы, возникающей при подаче продукта под углом 300 к касательной вдоль боковой поверхности аппарата, двухфазная система разделяется, в результате чего в центре вирпула образуется осадочный конус. Образование его происходит при пятнадцатиминутном выдерживании сусла в вирпуле. Из вирпула сусло центробежным насосом перекачивается на окончательное охлаждение.

Недостаточная выдержка сусла в гидроциклонном аппарате может привести к неполному очищению сусла от хмелевой дробины. Осаждаясь на дрожжах, она может отрицательно повлиять на жизнедеятельность дрожжей  и тем самым на ход сбраживания сусла, а также на коллоидную стойкость готового пива. Размер взвесей составляет в среднем 30 – 80 мкм.

Охлаждение осветленного сусла до температуры начала брожения идет в двухступенчатом пластинчатом охладителе:

- в первой секции – холодной водой от 95 до 300С;

- во второй секции – гликолем от 30 до 110С.

Целью охлаждения сусла являются понижение температуры до температуры главного брожения.

2 Анализ технологического процесса и выбор контролируемых и регулируемых параметров

С точки зрения применения систем автоматизации рассматриваемая технологическая стадия производства пива требует контроля и управления следующими параметрами, определяющими ход приготовления охмеленного сусла:

1) термическим режимом воздействия на затор при фильтровании как фактором, позволяющим достичь удаление побочных продуктов затирания солода с водой и осветления сусла перед кипячением;

2) температурным режимом варки сусла с хмелем как фактором биологической стабилизации и условием получения полупродукта заданной концентрации с наилучшими органолептическими и физико-химическими свойствами;

3) температурным режимом охлаждения горячего охмеленного сусла как фактором, влияющим на жизнедеятельность дрожжей при брожении;

4) уровнем сред в основных технологических реакторах данной стадии пивоваренного производства, как аспекта технологически эффективного и экономически обоснованного потребления сырьевых ресурсов, а также соблюдения норм безопасности при работе персонала с термически агрессивными средами (фактор исключения переполнения емкостей) и защиты аппаратов от тепловых деформаций (при неполном заполнении котлов перед началом нагрева);

5) временем теплового и механического воздействия на сырьевые потоки, а также полупродукты, как фактора наиболее глубокого и полного проведения требуемых технологией физических операций и физико-химических превращений.

Процесс получения охмеленного пивного сусла начинается с заполнения фильтра чана затором. Важным условием процесса фильтрования является температура (не выше 78°С). Она влияет на скорость фильтрования. При повышении температуры инактивируется α-амилаза, кроме того, при этом увеличивается растворимость продуктов гидролиза белка, полифенольных и других веществ, что влияет на стойкость пива. Перекаченный на фильтрование затор остается в покое для осаждения дробины слоем 30-45 см (фильтрационная пауза) на двойном днище, что фиксируется по уровню дробины. Четырехкратное (по 30 с) откачивание темного сусла через расширительный бак обратно в фильтрчан целесообразно осуществлять по временной программе. Рыхлитель необходимо включать и изменять положение его ножей по вертикали для снижения фильтрационного давления, которое измеряется по разности уровней сусла в аппарате и в расширительном баке. Работа рыхлителя регулируется путем установки аппаратуры для ручного воздействия на электродвигатель. Контроль обработки дробины промывными водами ведется с помощью регулирования подачи промывных вод. Качество обработки дробины влияет на выходное значение экстрактивности охмеленного сусла.

Процесс кипячения сусла с хмелем начинается при 100°С, так как при этой температуре инактивируются сохранившиеся в сусле ферменты, которые способствуют протеканию в нем неконтролируемых изменений. Температурный режим поддерживается за счет регулирования расхода греющего пара, подаваемого в перколятор. Так как в аппарате отсутствует мешалка, то контроль времени циркуляции сусла осуществляется запрограммированным открытием выпускного клапана и своевременным переключением на контур освобождения сусловарочного аппарата по истечении времени кипячения, коагуляции и выпаривания. Оптимизируется выход экстракта.

В процессе осветления необходимо контролировать время заполнения (20 мин) и выдержки сусла в аппарате (не менее 15 мин). Контроль осуществляется по временной программе, с использованием датчика уровня сусла. Выгрузка хмелевой дробины осуществляется путем открытия клапана до сигнализации о нижнем уровне дробины в гидроциклонном аппарате.

Так как в пластинчатом теплообменнике сусло охлаждается до начальной температуры брожения, от которой зависит дальнейшее протекание этого процесса, то особое внимание следует уделить регулированию температуры. Это осуществляется за счет регулирования расхода холодной воды и гликоля.

На основании анализа указанных требований и особенностей технологии приготовления охмеленного сусла, а также условий эксплуатации оборудования и для решения вопросов техники безопасности составляется технологическая карта параметров. Она приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Технологическая карта параметров техпроцесса

Страницы: 1, 2