Насосное оборудование на предприятиях ликероводочной и пивоваренной промышленности

Стабильно высокий спрос на продукцию ликероводочной и пивоваренной отраслей пищевой промышленности послужил в последние годы причиной резкого роста числа предприятий, специализирующихся на ее выпуске. Развернувшееся массовое производство напитков позволило в самые сжатые сроки удовлетворить спрос на данные виды продуктов, породив острую конкурентную борьбу между производителями за рынок сбыта. Очевидно, что составляющими успеха в подобном противостоянии становятся взвешенная ценовая политика, расширение ассортимента выпускаемой продукции, а главное - повышение ее качества.

Для этого ведущие предприятия оснащаются самыми современными технологическими схемами автоматизированного производства, позволяющими минимизировать ошибки, связанные с человеческим фактором, снизить потери продукта при перекачках и перемешивании, уменьшить количество брака.

Известно, что производство алкогольных напитков при современных объемах выпускаемой продукции и высочайших требованиях к ее качеству невозможно без высокотехнологичного насосного оборудования. Оно нашло самое широкое применение не только в схемах приготовления конечного продукта, но и в большинстве вспомогательных операций: при водоснабжении, на установках мойки и розлива, для санитарно-гигиенических целей и в ряде других случаев.

Водоснабжение

     Производство ликероводочной продукции и пива невозможно без надежного снабжения предприятий водой питьевого качества. Вода для производства конечного продукта может подаваться как из городской системы водоснабжения, так и из собственных водозаборных скважин предприятия. В последнем случае используется скважинное оборудование, основу которого составляют скважинные насосы. Их выбор будет зависеть от ряда факторов, основными из которых являются: высота подъема, диаметр и режим работы скважины, а также химический состав воды. При этом одним из главных критериев выбора становится надежность и ресурс скважинных насосов. Еще одно обязательное требование -  использование качественной нержавеющей стали с высокой степенью абразивоустойчивости для изготовления проточной части и рабочего колеса насоса.

      Опыт применения таких насосов  на пивных производствах Германии показал, что они не влияют на качество и состав подаваемой воды. Надо сказать, что первые насосы этой конструкции были установлены там еще в середине 70-х годов и продолжают работать до сих пор.

       В качестве дополнения к насосу можно использовать шкаф защиты и управления, который должен не только защищать насос от перепадов тока, напряжения, перекосов фаз, пробоя изоляции, но и включить их в единую диспетчерскую сеть предприятия.

      Поддержание необходимого давления в заводской сети часто требует установки насосов второго подъема, которые монтируются или после накопительных резервуаров, или в том случае, когда вода поступает непосредственно из городской сети.

     Основная задача этих систем – подача воды для технологических нужд, питьевого водоснабжения, подпитки систем теплоснабжения, обеспечения водой пожарных сетей и многих других целей. Причем в подавляющем большинстве случаев вода должна проходить стадию фильтрации и определенной обработки для придания ей необходимых физико-химических и вкусовых свойств. Оптимальным режимом для большинства установок водоподготовки является поддержание постоянного давления на входе, независимо от уровня водопотребления, который может очень различаться, в зависимости от времени и нужд технологического цикла.

     Следует отметить, что для крупных предприятий традиционная компоновка насосов «1 рабочий + 1 резервный», даже при использовании частотного преобразователя, нередко не позволяет обеспечить высокий КПД во всем диапазоне требуемых расходов. Область высоких КПД (снижение не более 5% от максимально возможного) лежит в диапазоне 80-120% от номинальной рабочей точки насоса. В этом случае эффективным способом оптимизации может быть использование комплексных станций  повышения давления. Нормализация изменения КПД в них достигается применением нескольких насосов со встроенным электронным управлением, установленных в параллель на едином основании. Такая станция обычно состоит из 3-х (2 рабочих + 1 резервный) или 4-х насосов (3 рабочих + 1 резервный). За счет частотного регулирования всех насосов станция автоматически подстраивается под изменение давления на входе. Благодаря шкафу управления осуществляется интеграция установки в общую систему диспетчеризации предприятия.

      Впрочем, для предприятий с относительно небольшими объемами водопотребления вполне  действенным является использование комбинации насосов со встроенным частотным преобразователем и датчиком давления в паре с обычным резервным насосом. Это дает возможность снизить затраты без снижения эффективности. Как известно, электродвигатель со встроенным частотным преобразователем взаимозаменяем со стандартным, при этом на 30-50% дешевле, чем отдельный частотный преобразователь. Такая схема водоснабжения, например, была реализована на одном из предприятий холдинга «Балтика» - красноярском пивоваренном заводе «Балтика-ПИКРА». Здесь на водоснабжении первого (из городской сети) и второго ввода (водоподготовка) стоят насосы GRUNDFOS серии CRЕ 90 с частотным регулированием привода.

Процессы фильтрации

Одним из обязательных этапов производства является фильтрование. Данный технологический процесс применяется для исправления питьевой воды, а также для очистки водки (сортировки, купажа). Кроме того, он необходим для фильтрования уже готовой продукции (водки, пива) в интересах придания напиткам прозрачности и определенных вкусовых качеств.

      Фильтрование является необходимым условием подготовки исходной воды для придания ей необходимых физико-химических и вкусовых свойств. На участках, где вода проходит лишь фильтрование и ионообменные колонны, как правило, вполне достаточно давления насосов второго подъема, но для обратноосмотических установок требуются высокопроизводительные насосы, позволяющие обеспечить большие давления. Например, на санкт-петербургском заводе «ЛИВИЗ» на подаче воды из сети на водоподготовку (обратный осмос) установлен высокопроизводительный насос из нержавеющей стали GRUNDFOS серии CRN. После обработки эта вода поступает в расходный бак.

      Подобный же насос используется в процессе фильтрации в технологическом цикле. На «ЛИВИЗ» он имеет свои особенности на этапе купажа: при помощи электронного узла смешивания (DIVA) спирт и вода в необходимых соотношениях поступают в купажную емкость (одну из четырех), где происходит перемешивание. Туда же добавляется пылевидный активированный уголь. После этого полуфабрикат должен пройти двухступенчатую очистку: на первом этапе отфильтровывается уголь, затем водка насосом из нержавеющей стали прокачивается через полипропиленовую колонку, где окончательно доочищается.

     Еще одно фильтрование происходит после поступления чистого продукта в чаны, где при необходимости добавляются отдушки - натуральные экстракты трав и плодов: зверобоя, гречихи, лимонов и т.д. Водка анализируется и при соответствии нормативам еще раз пропускается через полипропиленовую колонку (подача ее также осуществляется насосом CRN 15-03). При необходимости делается ручная коррекция. После этого готовая продукция поступает в емкости и далее на розлив. 

Дозирование

Технология производства ликероводочной продукции и пива предусматривает в соответствии с выбранной рецептурой внесение целого ряда ингредиентов (экстрактов, ароматизаторов, хмелепродукта и пр.), а также их качественное перемешивание с исходным продуктом.

Так, производство пива предполагает использование определенного набора ингредиентов. Вместе с тем, их высокая активность и стоимость требуют предельной точности и надежности дозирования в количествах, строго пропорциональных объему или весу исходного продукта (замеса, сусла и т.п.). Эффективность введения и размешивания препарата в продукте зависит от непрерывности его подачи в трубопровод во всем диапазоне производительности насоса. Следует отметить, что далеко не каждый тип дозировочных насосов способен обеспечить подобное условие. Например, широко распространенные в пищевой промышленности мембранные дозировочные насосы с электромагнитным приводом на номинальных подачах практически на 100% удовлетворяют технологическим потребностям. Однако необходимость изменить производительность насоса подобной конструкции приводит к тому, что процесс дозирования становится прерывистым, а это, в свою очередь, отрицательно сказывается на качестве перемешивания.

Причина этого негативного явления кроется в особенностях регулирования производительности насосов с электромагнитным приводом, которое обеспечивается путем изменения частоты хода мембраны и длины хода сердечника, «заставляющего» мембрану совершать возвратно–поступательное движение. Так, регулировка производительности насоса за счет, например, изменения длины хода сердечника приводит к нарушению стабильности процесса дозирования по причине ухудшения всасывающих возможностей насоса, что в последующем приводит к необходимости его перекалибровки. 

Этих недостатков лишены современные мембранные дозировочные насосы с шаговым приводом. Важнейшее преимущество оборудования подобного типа – возможность выбора производительности насоса в пределах рабочего диапазона при полном ходе мембраны. Подобная особенность конструкции насоса позволяет избежать снижения точности дозирования и сохранить непрерывность процесса.

Отметим, что современные цифровые дозировочные насосы с шаговым приводом   способны обеспечить глубину регулировки 1 : 1000 (это означает, что для насосов с максимальной производительностью 2,5 л/ч минимальная подача будет в тысячу раз меньше, т.е. равна 2,5 мл/ч).

Цифровые дозировочные насосы применяются в схемах водоподготовки предприятий пищевой промышленности. С их помощью, например, вводится ингибитор осадка солей жесткости в интересах предотвращения его осаждения на фильтрующих мембранах (такое решение было осуществлено в низконапорной обратноосмотической системе для линии производства напитков в г. Щелково).

Успешно работают такие насосы и на красноярской «ПИКРЕ». Здесь при помощи двух цифровых дозирующих насосов DME-60 в пиво вводится хмелепродукт, поскольку на данном этапе необходима очень высокая точность дозирования.

 CIP – мойки

Важнейшим условием бесперебойного функционирования предприятий ликероводочной и пивоваренной отраслей является соблюдение гигиенических требований в технологических процессах. Обеспечение надлежащего санитарного состояния оборудования, трубопроводов, теплообменных установок, резервуаров и емкостей достигается их мойкой и дезобработкой. Поскольку качественная очистка вышеуказанного оборудования вручную в силу сложности архитектуры технологических линий невозможна, самым оптимальным способом решения данной проблемы стало использование на предприятиях безразборных циркулярных одно- и многоконтурных CIP–моек.

Принцип действия CIP–мойки основан на использовании насосного оборудования, обеспечивающего приготовление и подачу под давлением моющего и дезинфицирующего раствора на объекты мойки, а также предварительного, промежуточного и окончательного их ополаскивания. Основой раствора является питьевая вода, подаваемая из циркуляционного бака на объект мойки посредством моющего насоса. Дозирование концентратов моющих средств (кислот, щелочей) в циркуляционные контуры CIP–мойки осуществляется с помощью дозировочных насосов, о которых речь шла выше.

В качестве моющих насосов CIP – моек, как свидетельствует практика, широкое распространение получили специальные пищевые насосы из нержавеющей стали. К достоинствам  этих агрегатов специалисты относят высокие эксплуатационные характеристики и ряд конструктивных особенностей, таких как:

-пригодность к перекачиванию практически любых типов жидкостей: химически нейтральных и агрессивных (кислоты, щелочи, чистящие вещества и пр.), в том числе - содержащих воздух;

-их открытая конструкция обеспечивает легкую и быструю разборку и сборку в интересах профилактического осмотра или очистки на месте эксплуатации;

-обработка поверхности деталей проточной части насосов соответствует стандартам:

▪пищевой (3А1) с шероховатостью поверхности не более 3,2 мкм Ra,

▪стерильный (3А2)      ………………….                               ≤0,8 мкм Ra,

▪стерильный (3А3)     ………………….                                ≤0,4 мкм Ra,                                                         

что гарантирует их высокие гигиенические свойства.

      Можно сказать, что применение таких насосов стало повсеместным. Например, на известной московской пивоварне «Эфес» в процессах CIP-мойки использованы самовсасывающие насосы Hilge Sipla.

Обеспечение циркуляции хладоносителя в системах охлаждения

Одной из сфер применения насосного оборудования на предприятиях ликероводочной и пивоваренной отраслей является подача хладоносителя к тем элементам технологических линий, где непосредственное охлаждение нецелесообразно или не представляется возможным, например, для охлаждения компрессоров холодильных цехов или установок рекуперации углекислого газа.

В настоящее время наиболее распространенными хладоносителями стали водные растворы гликоля (как правило, на основе пропиленгликоля). Благодаря своей нетоксичности эти высоковязкие жидкости оказались незаменимы на предприятиях пищевой промышленности, т.е. там, где их утечка не представляет опасности для здоровья людей и не отражается на качестве производимой продукции.

Вместе с тем существует ряд специфических особенностей водных растворов гликоля, которые необходимо учитывать при подборе насосного оборудования и его размещении в системе охлаждения.

Во–первых, растворы гликоля имеют отличные от воды теплофизические свойства (теплоемкость, плотность, теплопроводность, химическую активность). Во–вторых, гликоль имеет молекулярный размер гораздо меньший, чем у чистой воды. Эти свойства способны привести к образованию утечек в уплотнениях (особенно при низких температурах теплоносителя и высоких концентрациях гликоля).

Известно, что стандартные насосы рассчитаны на максимальное содержание гликоля - 30 – 40%; более высокие концентрации требуют замены обычных уплотнений на специальные.

*          *          *

Таким образом, коммерческий успех на рынке ликероводочной продукции и пива будет на стороне тех производств, чья продукция отличается отменным качеством, широким ассортиментом и доступными ценами. Опыт ведущих отечественных производителей алкогольных напитков свидетельствует о том, что подобных условий можно достичь благодаря внедрению современных технологических схем автоматизированного производства, в основе которых лежит, в том числе, и насосное оборудование.

Высокопроизводительные, энергоэффективные, интегрированные в единую АСУ ТП насосы – залог качества и конкурентоспособности конечной продукции, а также твердая гарантия ее стабильно высокого спроса и популярности у потребителя.

Практика показывает, что начальные инвестиции, вложенные в модернизацию существующих или создание новых технологических схем на базе современных насосов от ведущих производителей, окупаются в самые сжатые сроки, обеспечивая предприятию в дальнейшем существенную прибыль.