Оборудование для первичной переработки винодельческого сырья

--PAGE_BREAK--
Стекатели, настойники, экстракторы
Отделение сусла первой фракции (самотека) имеет целью помимо получения продукта высшего качества облегчить прессование мезги. Сусло-самотек используется для приготовления лучших марочных вин. Норма отбора сусла первой фракции, получаемого на стекателях из винограда, 50-55 дал при общем количестве сусла 75-80 дал.

В последнее время при производстве отдельных типов вин с целью обогащения сусла экстрактивными и ароматическими веществами при­меняют специальные аппараты — так называемые настойники. Для по­лучения красных вин по определенной схеме применяют экстракторы, обеспечивающие более полный переход в виноматериал красящих и дубильных веществ.

Стекатели и настойники. Стекание сусла из мезги можно рас­сматривать как гидродинамический процесс течения жидкости через пористую среду, который сопровождается более или менее полным раз­делением твердой и жидкой фаз суспензии. Общие закономерности это­го процесса исследованы В. П. Нечаевым

Производительность стекателей периодического действия пра­вильнее всего определять с учетом кинетики процесса, но это чаще все­го невозможно из-за отсутствия экспериментальных данных или их тео­ретического обобщения. Полому для расчетов может быть рекомендо­вана формула для определения производительности П (в дал/с) стекате­лей по суслу:
где (/> — коэффициент, учитывающий степень заполнения корзины, камеры, ем кости (0,8-0,9): V— объем корзины, камеры, емкости. м; р — объемная масса мезги, кг/м'; q
— количество сусла, получаемом из /000 кг винограда, дал: г,. -время рабочего периода цикла, с.

Формула (1.7) определяет итоговую, суммарную производитель­ность стекателя, так как в нее входит время рабочего периода цикла тр. При подсчете производительности в час, смену и т. д. необходимо учесть нерабочее время цикла и коэффициент использования оборудования К.

Для расчета рабочего объема и производительности камерных сте­кателей следует принимать длительность одного цикла работы 4 ч. Это обосновывается рациональной продолжительностью процесса настаива­ния мезги при изготовлении белых столовых вин в течение 2-4 ч. Значе­ние г обычно принимается равным 10 ч. Тогда л следует принять рав­ным 3. В связи с тем, что камерные стекатели являются аппаратами пе­риодического действия, их число N должно быть не менее двух для обеспечения непрерывности работы линии. При этом каждый стекатель должен находиться под разгрузкой стекшей мезги поочередно в течение 2 ч. Количество отходов гребней М обычно составляет 4"% массы вино-1рада. Объемная масса свежей мезги может быть принята 1080 кг/м3.

В отечественном виноделии благодаря большой производительно­сти, непрерывности действия, малым габаритным размерам и другим преимуществам — наибольшее распространение получили шнековые стекатели, принятые в качестве типовых. К ним относятся стекатели серии ВССШ (разных модификаций производительностью 10, 20, 30, 50 и 100 т/ч) и стекатель ВСН-20 (производительностью 20 т/ч).

Стекатели производительностью 10, 20 и 30 т/ч (рис. 1.9, я, б) уст­роены одинаково. Внутренние боковые стенки бункера 2, огражденные кожухами, наклонные, перфорированные; передняя и задняя стенки вер­тикальные. Внутри бункера имеется дренажная перегородка (на рисунке не показана), увеличивающая площадь дренирующей поверхности и спо­собствующая лучшему распределению массы мезги в бункере. В нижней части бункера находится патрубок для отбора сусла. В месте выхода мез­ги корпус 4 имеет форму конуса, что способствует легкому отжиму мезги.



Рис. 1.9. Принципиальные (а) и кинематические (б, в) схемы шнековых

стекателей: а — ВССШ-10. ВССШ-20Д, ВССШ-ЗОД (1 — рама; 2 — бункер; 3 — шнек; 4 -

корпус; б — те.же (1.2-шкивы; 3 — электродвигатель; 4 -редуктор; 5 — вал шнека); в — ВССШ-50, ВСШ-100 (обозначения те же)
Мезга из лробилки подается в первую по ходу движения секцию бункера и через пространство между поперечной перегородкой и шне­ком 3 перемещается во вторую секцию, а оттуда — в цилиндрический корпус стекателя. За счет уменьшения поперечного сечения в конусной части корпуса осуществляется некоторый отжим мезги (давление до 0,16 МПа). Степень отжатия обусловливается величиной сужения ко­нусной части барабана.

Стекатели производительностью 50 и 100 т/ч в принципе устрое­ны так же. Они отличаются лишь наличием двух шнеков. Кинемати­ческая схема стекателей показана на рис. 1.8, в (обозначения те же; цифры приводятся для стекателя ВССШ-50). Кроме того, в стекателе ВССШ-50 для дополнительного регулирования степени отжатия мез­ги на выходной части перфорированного корпуса установлена спе­циальная крышка. При совмещении ребер крышки с ребрами лотка степень отжатия минимальная; при повороте крышки сопротивление, а следовательно, и степень сжатия увеличиваются. Подобным пово­ротом ребер крышки можно регулировать степень отжатия мезги в пределах до 10'.?.

Диаметры шнеков в стекателях ВССШ производительностью 10, 20 и 30 т/ч — 634 мм, а производительностью 50 и 100 т/ч — 697 и 797 мм, частоты вращения соответственно 1,3; 2,1; 4.0; 3,0 и 1,5/2,5 об/мин.

Длительность нахождения мезги в таких стекателях 8-16 мин

К двухшнековым (диаметр шнеков 536 мм) относится и стекатель ВСН-20 (автор В. А. Наумов), получивший большое распространение благодаря простоте и хорошим технологическим показателям. Этот сте­катель отличается от стекателей ВССШ малыми размерами бункера 7. Перфорированные цилиндрические корпуса 3 стекателя ВСН-20 закан­чиваются конусами для подпрессовки мезги или шарнирно установлен­ными подпружиненными крышками — лепестками, образующими диа­фрагму 2 и имеющими то же назначение. Общий вид стекателя и его кинематическая схема показана на рис. 1.10, не требующем пояснения.

Зарубежные конструкции шнековых стекателей, например, фирмы «Diemme» (Италия) и др., в принципе построены по той же схеме, что и отечественные. Некоторый интерес представляют стекатели фирмы «Sernagiotto» (Италия), в бункерах которых установлено несколько вер­тикальных шнеков, обеспечивающих легкий отжим мезги и равномер­ную подачу ее на три основных шнека.

Наиболее полно шнековые стекатели исследованы В. П. Тихоно­вым [36J. Результаты этих исследований положены в основу описанных выше конструкций стекателей ВССШ.

Теоретический расчет производительности шнековых стекателей представляет определенные трудности ввиду отсутствия теоретических исследований. Можно исходить из пропускной способности перемещаю-

щего органа, но правильные результаты при этом могут быть получены лишь при введении условных коэффициентов, учитывающих постоянно уменьшающееся в связи с отбором сусла количество перемещаемой мезги.



Рис. 1.10. Стекатель ВСН-20:

а — общий вид (
I
— лоток для выгрузки мезги; 2 — коническая диафрагменная насадка; 3 — цилиндр; 4 — шнек; 5 — крышка; 6 — люк; 7 — бункер; 8 — дренажная сетка; 9 -редуктор; 10 -рама; 11 — поддон для сусла); б — кинематическая схема (I
— электродвигатель; 2,6- шкивы;.?, 4 — шнеки; 5 -редуктор)

Для расчета фактической производительности шиековых стекате-лей Пф на основании обработки экспериментальных данных В. II. Тихо­новым предложена формула

Пф=17ГКуКГКОБК„
            (1.10)

где ПТ — теоретическая производительность шнекового стекатечя, которая мо­жет быть опредечена по формуле (1.1) при условии, что р- объемная масса мезги, кг/м. с =
I
/
cosa
(где а -угол накюна шнека, град,
tp
= I
); К,. — коэффициент, учи­тывающий фактический выход сует (при выходе 40-65 дал/т К, = 1,05*0,86); К/- — коэффициент, учитывающий снижение производительности при перера-ооткс мезги с гребнями (К, = 0,96+0,98); Коь — коэффициент, учитывающий наличие в стекателе обтюратора, препятствующего обратному току мезги (выходах сусла Кок = I
; при выходах 55-70 дал/т
Koh
= 1+1,27);
Kj
-коэффициент, учитывающий форму отверстий в цилиндре (при площади живого
сечения не менее 10% и диаметре отверстий 0,6-2,5 мм
Kri
= 0,75+0,94; при щеле­вых отверстиях Kj
= Г); — коэффициент, учитывающий величину обратного потока мезги вдоль винтового канала и через радиальный зазор между шнеком и цилиндром (при частоте вращении шнеков п = 1+10 об/мин f
= 0,65+1; в общем
случае (р = п ' ); Кв — коэффициент, служащий для приведения производительно­сти стекателя по мезге к производительности по винограду (Ко = 75); Кц — ко­эффициент, характеризующий изменение производительности в зависимости от
геометрических размеров конструкции (для реальных апекателей при диаметрах
цилиндра до 800 ли/ Кц = 1).

Интересные результаты получены при изучении влияния обтюрирую­щих устройств на процесс получения сусла. Такою рода устройства в виде звездочек используются во многих конструкциях стекателей и шнековых прессов. Их назначение — уменьшать обратный поток мезги, снижающий производительность машин. Установлено, что при выходах сусла до 55 дал/т отсутствие обтюрирующего устройства не приводит к снижению производи­тельности установки. При дальнейшем увеличении степени отжатая перера­батываемого продукта, например, до выхода 70 дал/т, производительность снижается на 27%. Поэтому при разработке нового оборудования расчет ра­бочего органа следует проводить с учетом влияния этого фактора, причем с

экономической точки зрения, так как одни факторы (увеличение производи­тельности) играют положительную роль, а другие (повышение концентрации взвесей в сусле, увеличение металлоемкости) — отрицательную.

Другие типы стекателей (вибрационные, центробежные, вакуум­ные) не нашли практического применения в промышленности ввиду технологических и конструктивных недостатков (аэрация сусла, обога­щение его взвесями и др.). Представляется, однако, что ряд видов обра­ботки мезги в процессе отъема самотека (ультразвуком, ферментными препаратами) при надлежащем конструктивном оформлении могут лечь в основу создания новых типов стекателей.



Экстракторы

Они предназначены для одновременного экстраги­рования и брожения мезги. Наиболее распространенным отечественным экстрактором является аппарат ВЭКД-5 (рис. 1.12, а, б). В аппарате происходит непрерывное брожение мезги с плавающей «шапкой». Ис­ходная (свежая) мезга подается периодически.

Аппарат работает следующим образом. Свежая мезга загружается до уровня на 0,5 м ниже желоба разгрузочного шнека 2. Для ускорения броже­ния в аппарат дозируют дрожжевую разводку до 3% мезги. В процессе бро­жения сусло перемешивают 3-4 раза в сутки. Для этого сусло отбирается через перфорированные стенки 8, установленные в нижней части резервуа­ра, и орошает поверхность «шапки» через пятирожковый разбрызгиватель 4. При остаточном содержании сахара в сусле до 5% производится выпуск бродяшего сусла-самотека. Единовременный объем выпускаемой жидкости не до; гжен превышать 50% ее общего объема в аппарате. В противном слу­чае старая «шапка» опускается в зону перфорированных стенок, а свежая мезга при подаче ее в аппарат образует свищи и прорывается на поверхность старой, в результате чего аппарат выводится из непрерывного режима рабо­ты. Для восстановления рабочего режима аппарат необходимо полностью разгрузить и повторно пустить в работу.

После выпуска сусла до нужного остаточного уровня в аппарат по­дают свежую мезгу. Она поднимает старую «шапку» в верхнюю часть аппарата, где ее граблями 3 сваливают в разгрузочный желоб и выводят из аппарата, направляя на дожимочный пресс.

Производительность экстрактора — 5 т/ч; объем — 44,5 м3; длитель­ность экстрагирования — 10 ч; диаметр — 5082 мм, высота — 8015 мм.

Опыт эксплуатации экстрактора ВЭКД-5 показал, однако, несовер­шенство механизма вьирузки «шапки» в описанном варианте. Более це­лесообразно перекачивать мезгу из экстрактора при помощи насоса, на­правляя ее в стекатель до прессования (или в необходимых случаях воз­вращая ее в экстрактор).



в

Рис. 1.12. Экстракторы ВЭКД (а, б) и фирмы «Padovan» (в): а — принципиальная схема (I
-резервуар; 2 — шнек; 3 — грабли; 4 — разбрызгивав-пиль; 5 — ваг, 6 — труба; 7 — насос; 8 — стенка; 9, 10 — патрубки с кранами); б -кинематическая схема (1 — электродвигатель; 2 -редуктор; 3 — цепная передача; 4 — шнек; 5 — грабли; 6.7- шестерни); в — принципиальная схема (I
— грабли; 2 -шнек; 3, 6,7- патрубки; 4,5 — патрубки с кранами; 8,9- вентили)

В установке Padovan(рис. 1.12, в), принципиально похожей на экс­трактор ВЭКД-5, процесс рециркуляции мезги осуществляется следующим образом: сформированная вверху «танка» собирается граблями / и при помощи шнека 2 подается в устройство для рециркуляции, в которое одновременно поступает сусло из нижней части резервуара, создавая встречный поток- Затем обогащенная суслом мезга подается в нижнюю часть резервуара. Всего производится три рециркуляции по 1-1,5 ч каж­дая через 3. 7 и 13 ч после загрузки. Рециркуляция считается закончен­ной, когда «шапка» полиостью опустится в вино. Когда «шапка» подни­мается вновь, можно начинать следующую рециркуляцию либо присту­пить к выгрузке мезги. Вместимость резервуара до 100 м .

Шнек состоит из двух частей, одна из которых обеспечивает пере­движение мезги при разгрузке «шайки», а вторая подает мезгу для ре­циркуляции. Сброженное сусло отводится через нижний кран 5 при пе­риодическом сбраживании и через кран 4 — при непрерывном. Осадки удаляются через патрубок 6, мезга — через патрубок 7, а выделяющийся диоксид углерода — через вентиль 9 с предохранительным клапаном. В остальном принцип действия установки ясен из рисунка.

В настоящее время фирма «Diemme» (Италия) выпускает экстрак-торы-винификаторы более совершенных конструкций: вертикального типа (в которых бродящее сусло, отбираемое снизу, орошает «шапку» мезги) и горизонтального (которые представляют собой вращающиеся резервуары со спиральной лопастью внутри и коническим днищем: при вращении происходит перемешивание мезги и обогащение вина фе-нольными и красящими веществами: марка таких установок NS; их вме­стимость — в зависимости от типоразмера — от 10 до 70 м).

Прессы

Прессы предназначены для отделения сусла от мезги после отбора сусла первой фракции на стекателях; при этом норма выхода прессовых фракций сусла около 25 дал/т. В отдельных случаях прессуются целые грозди винограда. Некоторые схемы производства красных вин преду­сматривают подачу на прессование уже сброженной мезги после отде­ления от нее большей части полученного при брожении вина.


Во всех случаях в прессах происходит разрушение растительных клеток ягоды, истирание кожицы, а при неблагоприятных условиях -раздавливание и перетирание виноградных семян. Поэтому в прессовом сусле имеется определенное количество взвесей, дубильных и других веществ. Содержание их колеблется в зависимости от сорта и качества винограда. режима процессов дробления и прессования мезги, а также требований к качеству получаемого продукта (последнее зависит от типа вина, для которого продукт предназначен).



Прессы периодического действия.

 Принципиальные схемы прес­сов периодического действия показаны на рис. 1.14.

В горизонтальном гидравлическом прессе (рис. 1.14, а) мезгу от­жимает поршень, перемешающийся к торцевой стенке корзины. В пневматическом прессе (рис. 1.14, б) мезга отжимается раздувающим­ся баллоном, в который подается воздух. Обе приведенные схемы на­шли конструктивное воплощение (см. ниже).



Рис. 1.14. Принципиальные схемы горизонтальных корзиночных прессов периодического действия: а — гидравлические бокового давления: б — пневматические

Несмотря на общие недостатки, присущие всем прессам периоди­ческого действия (низкая производительность, большие затраты труда), эти прессы имеют и ряд преимуществ, а именно: обеспечение регули­руемого «щадящего» режима прессования в зависимости от сорта вино­града, степени его зрелости и т. п. факторов. Соблюдение режимов прессования с учетом этих факторов может осуществляться при помощи современных средств микропроцессорной техники.

Такие прессы обеспечивают не только получение сусла высокого ка­чества, но и несколько больший выход его. Например, пневматические баллонные прессы обеспечивают наилучшее качество сусла (из всех из­вестных конструкций прессов) благодаря осуществляемому в них радиаль­ному давлению, способствующему растягиванию мезги (а не уплотнению ее) по внутренней поверхности корзины (барабана) (такие прессы были известны как Wilimes— прессы, а в СССР они выпускались под маркой ГППД-1.7).

Все прессы периодического действия обеспечивают получение сусла нескольких давлений (за счет возврата рабочих органов в исход­ное положение).

Из современных конструкций прессов периодического действия наибольший интерес представляют поршневые корзиночные прессы бо­кового давления. Примером может служить пресс HP, выпускаемой фир­мой «Bucher» (Швейцария) Общий вид пресса показан на рис. 1.15, а. Давление в этом прессе создается поршнем, перемещающемся в корзи­не 5 под действием штока 7 гидроцилиндра 8. В корзине расположены дренажные устройства 4, представляющие собой гибкие, выполненныеполимерных материалов трубки-желобки, покрытые фильтрующей тканью. Желобки крепятся к перемещающемуся поршню и неподвижно­му диску, расположенному в торце корзины. Мезга поступает в корзину через торцевой патрубок 2, а отпрессованное сусло по трубам 13 попа­дает в кольцевой канал 3, откуда выводится




Рис. 1.15. Пресс HP:

" — общий вид (I
, 2 — патрубки; 3 — кольцевой канал; 4 — дренажные устройства; 5 — корзина; 6 — стяжка; 7 — шток; 8 — гидроцилиндр; 9 — трубопровод; 10 — рама; И — станина; 12 — шнек: 13 — труба); б — принципиальная технологическая схема (', 3 — патрубки; 2 — неподвижный диск; 4 — дренажные устройства; 5 — поршень; о — гидроцилиндр; 7 — цепная передача; S
— привод; 9 — рама; 10 — штанга)

Прессы непрерывного действия.

 Применяемые в винодельческой промышленности прессы непрерывного действия более производитель­ны, позволяют автоматизировать переработку винограда, хотя сусло, получаемое на большинстве типов этих прессов, более низкого качест­ва. Самыми распространенными прессами этой группы являются шнековые. Конструктивно они могут быть выполнены по-разному в зависи­мости от количества шнеков и их расположения.

На подавляющем большинстве отечественных предприятий при­меняют двухшнековые прессы с последовательно расположенными шнеками серии ВПО производительностью 5, 10, 20, 30, 50 и 100 т/ч. Принципиально они устроены одинаково.

На рис. 1.16, а в качестве примера показан пресс ВПО-30А. Мезга из бункера 4 поступает на транспортирующий шнек 14. При этом часть сусла через сетку корпуса стекает в его нижнюю часть и отводится по патрубку. По мере продвижения мезги посредством транспортирующе­го шиека происходит отбор сусла второй фракции, стекающего через перфорированный цилиндр в поддон.



Рис. 1.16. Пресс ВПО-ЗОА:

а -разрез общего вида (1 — рама; 2 -редуктор; 3 — электродвигатель; 4 — бункер; 5 — корпус; б — цилиндр: 7 — прессующи шнек; 8 — конус; 9-блок управления; 10 — насос; 11 — опора; 12 — барабан; 13 — поддон; 14 — транспортирующий шнек

--PAGE_BREAK--