Расход холода при разных температурах брожения

Брожение проводилось нами в железобетонных резервуарах емкостью 1000 дал. Бродящее сусло охлаждалось в результате перекачки через выносной трубчатый теплообменник Краснодарского машиностроительного завода им. Калинина. В качестве хладоносителя от аммиачной компрессорной установки к теплообменнику применялся раствор хлористого кальция удельным весом 1,15.

Средний расход рассола составлял 18 м³/ч при скорости протекания его в теплообменнике 0,5 м/сек.

Перекачку бродящего сусла производили центробежным насосом производительностью 400 дал/ч при скорости в теплообменнике 1,7 м/сек.

Средняя температура рассола на входе - минус 3°С, на выходе - минус 1°С. Средняя температура бродящего сусла на входе - 11 и 17°С, на выходе - 6 и 9°С.

Удельный вес охлаждаемого сусла изменялся от 1,071 до 1,023.

Для режима брожения при 9-12°С (рис. 24) виноматериал потребовалось охлаждать в обеих повторностях ежедневно в течение девяти суток. На охлаждение виноматериала до заданного режима уходило в среднем около 1 ч. И только первоначально, чтобы снизить температуру виноматериала с 18 до 9,5°С, на охлаждение было затрачено 3 ч. На десятые сутки брожение начало затухать. Дальнейшее охлаждение грозило остановкой брожения, и мы были вынуждены прекратить охлаждение при 5% остаточного сахара. Так как бурное брожение уже закончилось, то дображивание шло медленно и температура виноматериала не поднималась выше 16°С. При таких условиях дображивание затянулось на очень длительный срок.

Рис. 24. График регулируемого брожения в резервуаре при 9-12°С

Для режима брожения при 14-18°С (рис. 25) виноматериал в первом опыте потребовалось охлаждать в течение четырех суток, а во втором - в течение шести суток, хотя темпы брожения, а следовательно, и выделение тепла при этом были практически одинаковыми в обеих повторностях. Но в первом случае рядом с резервуаром, в котором виноматериал охлаждался, находился другой резервуар, где поддерживалась температура 9-12°С, поэтому происходил значительный отток тепла через смежную стенку. Во втором случае в соседнем резервуаре, наоборот, была высокая температура и через стенку происходил приток тепла. В результате этого на охлаждение первого резервуара потребовалось затратить 108 тыс. ккал холода, а на охлаждение второго - 173 тыс. ккал.

Рис. 25. График регулируемого брожения в резервуаре при 14-18°С

В вариантах брожения при 25-28°С охлаждений включалось только при температуре бродящего сусла выше 28°С.

При этом режиме в одном из резервуаров вообще не пришлось охлаждать виноматериал, так как этот резервуар находился по соседству с резервуаром, в котором брожение велось при 14-18°С. Теплообмен, происходящий через стенки резервуара, привел к тому, что температура здесь не поднялась выше 27°С. В другом резервуаре на охлаждение опытного виноматериала достаточно было затратить 1 ч (рис. 26).

Рис. 26. График брожения в резервуаре при 25-28°С

Из всех наших опытов по брожению в железобетонных резервуарах емкостью 1000 дал в среднем расход холода составил:

или в пересчете на 1 дал сбраживаемого сусла:

Таким образом, для поддержания режима брожения 9-12°С в резервуаре емкостью 1000 дал потребовалось затратить в 2 раза больше холода, чем для режима 14-18°С, и в 5 раз больше, чем для поддержания температуры брожения 25-28°С.

Марш [239] показывает, что по средним данным при брожении столовых вин расход потребного холода составляет от 100 до 200 ккал на 1 дал сусла. По его данным, на заводе по переработке винограда производительностью 50 т в сутки расход холода составляет 630 тыс. ккал за 12 ч работы холодильной установки, или около 50 тыс. ккал/ч.

По нашим расчетам, расход холода для брожения при приготовлении ординарных белых столовых вин (режим брожения 25-28°С) для завода производительностью по переработке винограда 50 т/сутки составляет 1250 тыс. ккал/сутки, или 30 тыс. ккал/ч. Для марочных столовых вин (режим брожения 14-18°С) потребность в холоде возрастает до 3750 тыс. ккал/сутки, или около 150 тыс. ккал/ч. Для завода производительностью по переработке винограда 1000 т/сутки расход холода на брожение в железобетонных резервуарах составит 600 тыс. ккал/ч для ординарных вин.

В настоящее время управление процессом брожения осуществляется в основном вручную, что не всегда оказывается своевременным и полноценным.

Существуют две схемы системы автоматического регулирования процесса брожения сусла, предложенные Саллером (Австрия) (рис. 27).

Рис. 27. Схемы охлаждения сусла при брожении по Саллеру: I - автоматическая холодильная установка: 1 - компрессор, 2 - бродильный резервуар, 3 - змеевик холодильника, 4 - рассол, 5 - насос, 6 - контактный термометр, включающий и выключающий охлаждение; II - установка с непосредственным испарением: 1 - регулировочный клапан, 2 - регулятор брожения, включающий и выключающий охлаждение в зависимости от выделения CO₂, 3 - компрессор, 4 - питание от электросети, 5 - змеевик холодильника, 6 - бродильный резервуар

В первой схеме регулируемым параметром процесса брожения является температура бродящего сусла, а регулирующим воздействием - холод. По этой схеме брожение происходит при низкой температуре (ниже 10°С) и регулируется только верхний предел температуры. В случае повышения температуры выше предельной открывается вентиль хладоносителя и температура сусла понижается.

Во второй схеме регулируемым параметром процесса брожения является давление выделяющегося углекислого газа, а регулирующим воздействием - холод. Регулятор брожения Саллера, работающий под давлением CO₂, производит воздействие холодом на процесс брожения, когда давление выходящего газа больше 0,1 ат. Но эти схемы не дают возможности полностью автоматизировать контроль и регулирование процесса брожения сусла.

НИИавтоматпромом была разработана и испытана схема автоматического контроля и регулирования процесса периодического брожения в резервуарах по количеству выделяющегося из сусла CO₂. Эта схема представляет собой релейную систему, которая по заданной кривой выделения CO₂ осуществляет программное регулирование процесса брожения сусла.

Выбор основного параметра для регулирования брожения по количеству выделяющегося CO₂ дает возможность не только регулировать ход брожения, но и определять конец брожения по выделению определенного, заранее вычисленного объема CO₂, учитываемого счетчиком. Зная количество сусла в резервуаре Q (л) до начала брожения, его сахаристость С (в %), по формуле V = 2,7 Q С вычисляют общее количество CO₂ в литрах, которое должно выделиться при полном сбраживании [144].

Однако регулирование процесса брожения по температуре имеет преимущество перед регулированием по выходу CO₂.

Прежде всего регулирование по CO₂ является косвенным методом, так как основной параметр, который должен быть регулируемым в процессе брожения, - это температура брожения.

Большим недостатком способа регулирования брожения по выделению CO₂ является затруднение в поддержании точного температурного режима брожения.

Кроме того, составление программной кривой для каждого бродящего резервуара значительно усложняет регулирование. Нет необходимости регулировать нижний предел и применять подогрев бродящей среды. Многолетние данные большинства винодельческих районов показывают, что в сезон виноделия температура редко опускается ниже предела, при котором требуется производить подогрев. И тем более нет необходимости использовать дорогостоящее автоматическое регулирование подогрева.