Сусло энергично кипятится в течение 60-70 минут. Поэтому чайник для сусла должен быть оснащен мощным нагревательным устройством. С изменениями в системах нагрева чайников со временем изменилась и форма чайника. По типу нагрева чайники можно разделить на чайники с прямым нагревом углем, газом или мазутом, чайники с паровым нагревом, чайники с нагревом горячей водой.
Сусловарочные чайники с прямым нагревом
Самым старым способом нагрева чайника является обжиг угля. Такая форма прямого сжигания топлива под дном чайника сегодня встречается крайне редко в старых пивоварнях. Благодаря изгибу дна чайника кипящее сусло бурлит от середины к внешней стороне. Позже такие чайники часто переводили на прямой нагрев газом или мазутом.
Чайники для сусла с паровым подогревом
Самым распространенным видом нагрева чайника в настоящее время является нагрев паром. Чтобы понять, как используется пар, необходимо сначала немного пояснить.
Температура и давление пара
Вода кипит при 100°C, и образующийся пар имеет ту же температуру. Это знает каждый ребенок, но это относится только к стандартным атмосферным условиям. Если давление в сосуде повышается - например, если сосуд закрыт, как в скороварке, - вода закипает при более высокой температуре. В условиях насыщенного пара каждая температура кипения = температура пара связана с определенным давлением.
Это означает, что чем выше температура кипения, тем выше давление, поэтому в чайниках используются гораздо более высокие давления и температуры. С другой стороны, при очень низком давлении (под давлением, в вакууме) вода закипает даже при очень низкой температуре. Так, кипение происходит при давлении 0,06 бар при 36°C и при давлении 0,02 бар при 17°C.
В сусловарочном чайнике температура кипения выше 100°C возникает из-за высоты сусла. При высоте уровня сусла 2,5 м сусло на дне чайника находится под избыточным давлением 0,25 бар, что эквивалентно давлению пара 1,25 бар, и, как видно из таблицы, это соответствует температуре кипения 106°C.
Если чайник нагревается снизу, то по всему дну чайника образуются пузырьки пара, которые поднимаются вверх и вызывают движение сусла и вытеснение нежелательных компонентов. Пар подается под избыточным давлением 2-3 бар (=133-143C) в паровую рубашку вокруг дна чайника. Пар передает свое тепло испарения суслу и конденсируется, пока сусло доводится до температуры кипения.
Более высокое давление, а вместе с ним и более высокая температура, создает проблемы из-за более высокой температуры раздела фаз на дне чайника. Возникает риск того, что частицы сусла будут гореть на поверхности и влиять на вкус пива.
Оснащение чайника с паровым подогревом и двойным дном
Чтобы нагрев работал хорошо, необходимо учесть несколько основных моментов. Пар подается в чайник по хорошо изолированному паропроводу (1), чтобы избежать потерь тепла. За впускным клапаном пара (2) находится редукционный клапан (3), который снижает давление пара до допустимого. В случае обычно используемых чайников это избыточное давление от 2 до 3 бар. Такое снижение давления необходимо, поскольку при подаче пара под давлением около 15 бар дно чайника разорвется. Пар подается в изолированный круглый канал (4) и равномерно распределяется по паровой рубашке через несколько подводящих труб (5).
Паровая рубашка изолирована снаружи, чтобы потери тепла были минимальными. Как сосуд, работающий под давлением, паровая рубашка должна быть снабжена предохранительным клапаном (7) и манометром (9). В начале кипения воздух в рубашке должен быть сначала вытеснен паром. Для этого к верхней части паровой рубашки привариваются от 1 до 4 тонких воздуховыпускных труб, каждая из которых открывается через свой клапан в верхнюю часть варочного котла. Эти клапаны для выпуска воздуха (8) остаются открытыми в начале кипячения, а также во время кипячения, пока из них не начнет свободно выходить пар. Тогда можно быть уверенным, что воздух полностью вытеснен из паровой рубашки. В конце варки клапаны открываются, чтобы предотвратить образование вакуума в результате конденсации пара и обрушения дна кастрюли. В настоящее время эта операция выполняется автоматически. Между суслом и паром существует разница температур, которая выравнивается благодаря теплопроводящему дну чайника. Сусло нагревается до кипения, в то время как пар отдает свое тепло и при этом конденсируется.
Образующийся конденсат тяжелее пара и скапливается в нижней части паровой рубашки. Конденсат необходимо слить через конденсатоотводчик (10) в конденсатосборник (11). Конденсатосборник расположен под паровой рубашкой и пропускает только воду, но не пар. Большинство конденсатосборников работают по принципу поплавка.
Конденсат отводится через трубку для отвода конденсата (12). Конденсат представляет собой чистую воду и возвращается в чайник, поскольку чайник подает воду через сборную емкость.
При обсуждении емкости для приготовления сусла было отмечено, что привычное ранее двойное паровое дно в настоящее время практически исчезло, и нагрев происходит через полукруглые трубы, приваренные к дну или боковой стенке емкости. То же самое относится и к сусловарочным чайникам. Сусловарочные чайники, оснащенные внутренним или внешним бойлером, работающим при низком давлении, больше не оснащаются системой нагрева чайника, поскольку бойлер низкого давления сам по себе обеспечивает необходимую энергию.
Форма и материал чайника
Форма чайника для сусла претерпела множество изменений с течением времени. Первые чайники с паровым нагревом были построены в 1890 году и имели сферическую форму. Позже была изменена форма: середина дна чайника была поднята выше, чтобы добиться лучшего кипения сусла от середины к периферии.
Тот же эффект был получен при использовании встроенных вспомогательных нагревателей и чайников с внутренним зонным кипячением. В них сусло дополнительно нагревалось паром под более высоким давлением (до 5 бар 158°C) и ускорялось выпаривание. Необходимая поверхность нагрева не могла быть увеличена пропорционально загрузке сусла.
Около 1950 года был построен ряд блочных пивоварен, в которых пивоваренные сосуды располагались друг над другом. Чайник для сусла, расположенный в нижней части, имел прямоугольную поверхность, но нижняя половина была сделана полукруглой, чтобы паровой нагрев боковой поверхности обеспечивал хорошую циркуляцию сусла.
Компактные чайники, появившиеся в шестидесятые годы, изготавливались путем сваривания частей, вырезанных из гладких металлических листов. Это позволило отказаться от дорогостоящего выбивания красивых медных колпаков, которые до сих пор украшают многие пивоварни. Благодаря разным углам наклона стен и нагревательных труб здесь тоже была обеспечена хорошая циркуляция, но она не достигала углов полностью. Таким образом, можно было увеличить поверхность нагрева пропорционально загрузке сусла.
Нагрев горячей воды (гидрокипячение)
Можно также нагревать воду под давлением до высокой температуры ниже точки кипения и использовать эту горячую воду при температуре 160-170°C для нагрева сусловарочного чайника. В этом случае отсутствуют потери, связанные с конденсацией пара. С другой стороны, требуется значительно больший диаметр трубы, а также больше энергии, чем для пара, поскольку пар гораздо легче перемещать, чем жидкую воду. Поэтому кипячение горячей воды сегодня встречается реже, чем обычное паровое отопление. Тепло передается суслу через приваренные полукруглые трубы, как уже было описано для заварочного чайника.
Чайник для сусла с низким давлением кипячения
Основная идея кипения при низком давлении заключается в том, что ряд процессов превращения протекает быстрее, если давление и, следовательно, температура кипения выше 100°C.
Чайники для кипячения сусла под низким давлением разработаны как герметичные напорные чайники, рассчитанные на максимальное избыточное давление 0,5 бар и оснащенные необходимой предохранительной арматурой на случай избыточного или пониженного давления. Кипячение сусла происходит с помощью внутреннего или внешнего бойлера. Конденсатор пара чайника расположен в зоне давления чайника, что позволяет использовать более высокую температуру пара.
В случае кипячения под низким давлением сусло кипятят в течение 50-60 минут при температуре 102-104°C. Общее испарение при кипячении под низким давлением составляет 5-6 %. Кипячение происходит либо во внешнем котле, расположенном вне чайника, через который перекачивается сусло, либо во внутреннем котле, где сусло нагревается в сусловарочном чайнике.
Кипячение под низким давлением с внешним бойлером
В чайниках с внешними котлами сусло циркулирует 7-8 раз в час через внешний котел, расположенный вне чайника. Для этого сусло непрерывно забирается из нижней части чайника и перекачивается насосом через внешний котел.
Кожухотрубные теплообменники (трубчатые испарители) - наиболее распространенная форма внешнего бойлера, реже для этих целей используется пластинчатый теплообменник. Сусло подается через трубки, которые, в свою очередь, окружены паром извне. Пока сусло нагревается, пар охлаждается и конденсируется. Внешние котлы строятся либо в стоячем, либо в лежачем положении, причем в последнем случае они слегка наклонены для лучшего отвода конденсата. Распространены обе формы.
Размер внешнего котла (теплообменника) определяется необходимой поверхностью нагрева. Поверхность нагрева определяется количеством труб отопления, их диаметром и длиной.
Если сусло протекает по трубам с низкой скоростью, есть риск, что оно сгорит или, по крайней мере, карамелизуется и, следовательно, приобретет цвет. Кроме того, существует опасность того, что в результате слишком высоких температур в трубах будет скапливаться коагулированный белок. Для предотвращения этого сегодня обычно требуется более высокая скорость потока - от 2,6 до 3,0 м/с. Чтобы достичь такого же теплообмена, каждая частица сусла должна пройти больший путь. Поскольку длина котла ограничена из-за недостатка места, концы теплообменника часто выполняются в виде перегородок, так что каждая частица сусла проходит через теплообменник несколько раз. Однако перегородки создают сдвигающие усилия для частиц сусла. Чтобы иметь мало перегородок, внешний котел может иметь значительную длину.
Кипение при низком давлении с внутренним кипением
Современные сусловарочные чайники очень часто оснащаются внутренним бойлером. Внутренний котел - это трубчатый теплообменник в сусловарочном чайнике, по вертикально расположенным трубкам которого поднимается сусло, нагреваясь снаружи паром. Пар, подаваемый сверху, таким образом охлаждается, конденсируется и сливается.
В штемпельном конусе кипящее сусло накапливается выше уровня сусла в чайнике и центрифугируется о распределительный щит, который широко распределяет сусло и обеспечивает его испарение, одновременно возвращая сусло на уровень сусла.
В то время как температура сусла при кипячении повышается до 102-104°C, температура (и, соответственно, давление) горячего пара, разумеется, должна быть значительно выше. При нагревании оно составляет около 140-145℃, а при кипячении - около 130℃ (= 2,8 бар).
Сусло поступает в нагревательные трубы котла снизу при температуре ниже 100 °C и нагревается по мере подъема. Это очень скоро приводит к образованию на внутренних стенках пузырькового меха, который по мере подъема вверх переходит в переохлажденное нуклеарное кипение и, наконец, в самой большой зоне становится полным эбуллитированием, в то время как снаружи пар отдает свою теплоту испарения (энтальпию) и конденсируется. Конденсат стекает все более толстым слоем на дно, тем самым все больше препятствуя теплообмену.
В случае эбуллизации вода в значительной степени превращается в пар, объем которого намного больше, чем объем воды, из которой он образовался. Образовавшийся таким образом пар поднимается в стебельчатом конусе над нагревательными трубками выше уровня сусла в чайнике, а затем с помощью распределительного щита возвращается на поверхность сусла. Распределительный экран, который может иметь различную форму, регулируется таким образом, чтобы обеспечить полную циркуляцию сусла в чайнике без возникновения мертвых зон.
Заключение
В заключение следует отметить, что эволюция сусловарочных котлов от прямого обжига углем до современного парового нагрева и кипячения под низким давлением отражает постоянный прогресс в технологии пивоварения. Эти инновации не только повышают эффективность пивоварения и улучшают консистенцию продукта, но и подчеркивают стремление отрасли к устойчивому развитию и операционному совершенству.
