Технологические расчеты на стадии кипячения сусла с хмелем

При кипячении сусла с хмелем ценные вещества хмеля переходят в раствор, происходит инактивация ферментов, коагуляция белков, стерилизация сусла и увеличение его концентрации до заданной плотности. Процесс кипячения продолжается 1,5–2,5 ч, за это время массовая концентрация сухих веществ в сусле возрастает на 1,6–2%. Часовое испарение воды составляет 8–12% от общего объема сусла.

Основные расчетные формулы

    Количество сухих веществ в сусле до и после кипячения является величиной постоянной. Поэтому количество испарившейся в процессе кипячения воды (W) находят из уравнения материального баланса

,                                                                                   (33)

где М — начальная масса сусла, кг (т); Х_н и Х_к — концентрация сусла в начале и конце кипячения, массовые доли.

    Выразим из уравнения (33) массу испаренной воды:

                                                                                    (34)

    Для определения расхода пара на кипячение сусла пользуются уравнениями теплового баланса (28–30).

    Зерновое сырье, применяемое для изготовления пива, не всегда обладает одинаковым качеством, из–за чего каждая следующая варка несколько отличается от предыдущей. Для выравнивания качества сусла и пива используют прием смешивания сусла одного сорта, но разных варок. Иногда смешивают сусло с различной начальной экстрактивностью для корректировки плотности. Материальный баланс в случае смешивания сусла различной плотности будет иметь вид

,                                                                      (35)

где V₁ и V₂ — смешиваемые объемы сусла, л; В₁ и В₂ — концентрации смешиваемых сусел, %; В₃ — требуемая концентрация сусла, %.

Пример

Начальный объем сусла в сусловарочном аппарате 9,75 м³. Плотность сусла 1033,9 кг/м³. Начальная концентрация сухих веществ в сусле 9%; конечная — 11%. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на кипячение сусла, при условии, что конденсат греющего пара охлаждается до 100°С. Начальная температура сусла 68°С. КПД сусловарочного аппарата 0,95.

Решение. Определим массу воды, испаряемой в процессе кипячения, по уравнению (34)

кг.

    Удельную теплоемкость сусла с концентрацией сухих веществ 9% определим по формуле (20)

 кДж/(кг∙К).

    Количество тепла, требуемое для нагревания сусла до температуры кипения, находим по формуле (28)

 кДж.

    Количество тепла, требуемое для испарения воды, найдем по уравнению (29)

 кДж.

    Расход греющего пара определим по уравнению (30)

 кг.

Задания и задачи

1. Определить количество воды, выпариваемой при варке сусла, если начальная концентрация сухих веществ 11%, конечная — 13%, а количество сусла в котле на момент начала кипячения составляло 19,3 м³.

2. Кипячение сусла продолжалось 2 ч. За это время испарилось 5062 кг воды. Какова была начальная концентрация сусла, если готовилось Рижское пиво? Начальная масса сусла 40493 кг.

3. В процессе кипячения 9,75 м³ сусла с концентрацией сухих веществ 13,6% было выпарено 11% воды. Какова концентрация сусла в конце кипячения?

4. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,3 МПа на варку сусла для Мартовского пива, если начальная концентрация сухих веществ в сусле 12,7%. Начальная температура сусла 70°С, начальный объем сусла в котле 38,4 м³. Расход пара определить при условии, что конденсат охлаждается до 100°С.

5. Рассчитать расход пара на приготовление сусла для пива «Московское» в варочном агрегате с единовременной засыпью 3000 кг. Начальная температура холодной воды 10°С, начальная температура затирания 52°С, способ затирания одноотварочный. Избыточное давление пара 0,4 МПа, конденсат отводится при температуре конденсации. Гидромодуль 1:4, расход воды на промывание пивной дробины 430 л на каждые 100 кг зернопродуктов.

6. Получено 1567 дал сусла с содержанием сухих веществ 12,5%. Сколько воды необходимо добавить в сусло, чтобы снизить его концентрацию до 12%?

7. Имеется 5200 дал сусла экстрактивностью 11%. Какой объем сусла экстрактивностью 20% необходимо добавить, чтобы получить сусло с содержанием сухих веществ 13,5%?

8. Какую концентрацию будет иметь смесь 2000 дал сусла экстрактивностью 14% и 520 дал сусла экстрактивностью 11,5%?

9. Сколько воды необходимо добавить в сусло, полученное в задаче 3, если известно, что готовилось Самарское пиво?