Usprawnienie procesu zacierania z pompami Packo

Transkrypt

1 Usprawnienie procesu zacierania z pompami Packo Usprawnienie klarowania za pomocą filtracji powierzchniowej, połączone z obniżeniem zużycia energii Badanie przeprowadzone we współpracy z KULeuven

2 Wprowadzenie Powszechnie uznaje się, że należy unikać występowania sił ścinających podczas zacierania, przelewania i klarowania piwa, zwłaszcza w przypadku stosowania filtracji powierzchniowej i drobno mielonej śruty słodowej. Z tego powodu, prędkość obrotowa pompy podczas filtracji powierzchniowej jest ograniczona do obr./min. Wysokość słupa cieczy (m) BEP (Punkt maks. wydajności) Pompy przesyłowe zapewniają odpowiednią prędkość przepływu, właściwe ciśnienie filtracji i niską prędkość obrotową, lecz są to zwykle urządzenia bardzo duże i daleko im do osiągnięcia punktu maksymalnej wydajności (BEP). Prędkość obwodowa/prędkość średnicy zewnętrznej wirnika pompy ma bezpośredni wpływ na ciśnienie wylotowe. By uzyskać żądane cienienie na wylocie pompy, należy właściwie dobrać jej prędkość obwodową. Niższa prędkość obrotowa wymusza zastosowanie wirnika o większej średnicy, by osiągnąć odpowiednią prędkość obwodową pompy i właściwe ciśnienie. Moc pobrana (kw),8,6,4, BEP Energia użyteczna Energia użyteczna (ciśnienie X prędkość przepływu) stanowi jedynie część energii pobranej przez pompę. Pozostała część to strata energetyczna, spowodowana przez siły ścinające i udarowe występujące w pompie z powodu różnicy między rzeczywistą prędkością przepływu, a prędkością dla której pompa została zaprojektowana. Wynika to z tego, że jeśli strata energetyczna na pompie będzie niższa, siły ścinające i stopień uszkodzenia przepompowywanego produktu również będzie niższy. NPSH (Nadwyżka wysokości ssania) (m) BEP Prędkość przepływu (m3/h) Wydajność (%) W konsekwencji oznacza to, że zastosowanie pompy odznaczającej się wyższą wydajnością prowadzi do ograniczenia stopnia uszkodzenia przepompowywanego produktu. Zostało to udowodnione w pierwszym etapie podczas przepompowywanie pomidorów. 75 rpm 5 rpm Podczas przepompowywania pomidorów okazało się, że wydajność pompy jest ważniejsza od jej prędkości obrotowej. Udowodniono to także podczas przepompowywania innych produktów wrażliwych na siły ścinające występujące w pompie, na przykład mleka o dużej zawartości tłuszczu. W niniejszym badaniu, zjawisko to zostało przetestowane z zastosowaniem zacieru przepompowywanego w procesie filtracji powierzchniowej. Test pilotażowy i test przemysłowy. Wysoka prędkość Wysoka efektywność Niski koszt energii Niska prędkość Niska efektywność Wysoki koszt energii

3 Test pilotażowy Ustawienia testowe 87 kg słodu pilzneńskiego 92,6 l wody oczyszczonej metodą odwróconej osmozy Zacieranie w temp. 63 C ph 5,3 (z użyciem kwasu mlekowego) 63 C 3 min 72 C 2 min 78 C min Nagrzewanie z prędkością 2 C/min z zastosowaniem bezpośredniego wtrysku pary Przesyłanie do powierzchniowego filtra zacierowego z membraną pilotażową (Meura 2) za pomocą pompy referencyjnej MWP2/4-6/ (3K-6), wyposażonej w wirnik kanałowy, oraz nowej pompy FP/63-25/4 (O-32), wyposażonej w wirnik otwarty. Q Filtracja brzeczki Krzywa Rutha: Q = F k 2A 2 V Klarowanie F K 2A 2 Najniższa wartość Fk: najlepsza filtracja V Kryzwa 2 Wolna filtracja Krzywa dla filtra Meura 2 przy stałym ciśnieniu Kryzwa Szybka filtracja 2.Vf K Dane rejestrowane podczas filtracji zacieru przy ciśnieniu,65 bara: prędkość przepływu, ciśnienie, objętość i ekstrakcja. Każdy test został powtórzony trzykrotnie. Pompa referencyjna () to pompa wyposażona w wirnik kanałowy, pracujący z niską prędkością obrotową. Nowa pompa (2) to pompa wyposażona w wirnik otwarty, pracujący z wyższą prędkością obrotową. Pompa referencyjna () pompa z wirnikiem kanałowym, pracującym z niską prędkością obrotową MWP2/4-6/6 (3K-6) Nowa pompa (2) pompa z wirnikiem otwartym, pracującym z wyższą prędkością obrotową FP/63-25/4 (O-32) D9S8KEB Y55S59--M2 obr./m in Q (l/h) HMT (m) η (%) P abs (W) obr./m in Q (l/h) HMT (m) η (%) P abs (W) Napełnianie (W/m 3 ) (W/m 3 ) 7 Filtracja (W/m 3 ) (W/m 3 ) Koniec filtracji (W/m 3 ) 7.7 (W/m 3 ) Betaglukan (ppm), pierwsza brzeczka 65 Betaglukan (ppm), pierwsza brzeczka 49 Fk nowej pompy < Fk pompy referencyjnej Zwiększona wydajność filtrowania z nową pompą Wyższa prędkość obrotowa brak wyższej ekstrakcji betaglukanu brak negatywnego wpływu na sprawność filtracji Wyższa wydajność lub niższa strata energetyczna niższa zawartość betaglukanu zwiększona wydajność filtracji Krzywa Rutha - współczynnik filtracji t/v (l/h),9,8,7,6,5,4,3,2, Nowa pompa y = 7E-5x -,7 Pompa referencyjna: y = 4E-5x +,5 5 5 V (l) Betaglukan w pierwszej brzeczce (ppm) obr./min Wydajność pompy

4 Test na skale przemysłową Ustawienia testowe 8,5 ton słodu pilzneńskiego 22 hl wody oczyszczonej metodą odwróconej osmozy Zacieranie w temp. 63 C ph 5,3 (z użyciem kwasu mlekowego) 63 C 3 min 72 C 2 min 78 C min Prędkość podgrzewania C/min P: wirnik otwarty/wpół otwarty P3: wirnik wirowy P4: channel impeller Przesył do powierzchniowego filtra zacierowego z membraną pilotażową (Meura 2) za pomocą pompy referencyjnej i dwóch innych pomp: P: MCP2/65-25/4 (O-26) ("wirnik otwarty/wpół otwarty") P3: IFF2/8-2/4 (VO-22) ("wirnik wirowy") P4: ICP3/8-2/4 (4K-2) ("wirnik kanałowy"). t/v (hl/h) Krzywa Rutha - współczynnik filtracji,9,85,8,75 P4 y = 3E-5x +,75 P3 y = 3E-5x +,75 P y = 2E-5x +, V (hl) Przefiltrowana objętość (hl) Pompa 8 Pompa 4 Pompa Czas filtracji (min) Dane rejestrowane podczas filtracji zacieru przy ciśnieniu,65 bara: prędkość przepływu, ciśnienie, objętość i ekstrakcja. Każdy test został powtórzony dwukrotnie. Betaglukan w pierwszej brzeczce (ppm) obr./min β-glucan first wort (ppm) R 2 =, Wydajność pompy (%) β-glucan first wort (ppm) R 2 =, (W/m 3 ) P = MCP2/65-25/4 (O-26) ("wirnik otwarty/wpół otwarty") P3 = IFF2/8-2/4 (VO-22) ("wirnik wirowy") obr./min Q (i/h) HMT (m) η (%) P abs (W) obr./min Q (i/h) HMT (m) η (%) P abs (W) Napełnianie Filtracja Betaglukan (ppm), pierwsza brzeczka 52. Betaglukan (ppm), pierwsza brzeczka 64.5 P4 = ICP3/8-2/4 (4K-2) ("wirnik kanałowy") obr./min Q (l/h) HMT (m) η (%) P abs (W) Napełnianie Filtracja Betaglukan (ppm), pierwsza brzeczka 54. Wyższa prędkość obrotowa brak wpływu na zawartość betaglukanu brak wpływu na sprawność filtracji Wyższa wydajność lub niższa strata energetyczna niższa zawartość betaglukanu

5 Wnioski Powszechnie przyjmuje się, że prędkość obrotowa pompy podczas przepompowywania zacieru podczas filtrowania powinna zostać ograniczona do obr./min w celu ograniczenia sił ścinających. Jednak pompy przesyłowe, zapewniające niską prędkość obrotową, odpowiednią prędkość przepływu i właściwe ciśnienie filtracji są zwykle bardzo duże i daleko im do osiągnięcia punktu maksymalnej wydajności (BEP). Jako że do przeprowadzenia procesu filtracji niezbędne jest odpowiednie ciśnienie, niższa prędkość obrotowa musi zostać zrekompensowana przez większą średnicę wirnika w celu osiągnięcia wyższej prędkości obwodowej, odpowiadającej bezpośrednio na wartość ciśnienia na wylocie pompy. Może to prowadzić do wzrostu sił ścinających. Podczas testu pilotażowego jednoznacznie udowodniono, że wyższa prędkość obrotowa pompy nie przekłada się na wyższy poziom ekstrakcji betaglukanu. Wręcz przeciwnie, większa prędkość obrotowa nowej pompy, odznaczającej się wyższą efektywnością, przełożyła się jedynie na wyższe tempo filtracji brzeczki. Podczas testu wykonanego na skalę przemysłowa udowodnioną tę samą zależność. Pompy te jednak są zbyt duże i test musi zostać powtórzony z użyciem pomp o tak niskiej stracie energetycznej, jak to tylko możliwe, co umożliwi obniżenie sił ścinających. Użycie mniejszych pomp umożliwiłoby obniżenie zużycia energii elektrycznej i obniżenie związanych z tym kosztów nawet o 5%.

6 Autorzy Gert De Rouck KU Leuven Technology Campus Gent, Wydział inżynierii, Dział mikrobiologii i układów molekularnych (M2S), Klaster bioinżynierii (CBeT), Laboratorium enzymów, fermentacji i technologii browarniczych (EFBT), Gebroeders De Smetstraat 9 Ghent, Belgia Wim Bonte wim.bonte@packo.com BU manager Pumps Pumps PACKO INOX NV (Branch Diksmuide) PL-47 Packo Pumps Belgia Industriepark Heernisse Cardijnlaan 86 Diksmuide Tel Fax pumps@packo.com