Würzekühleinrichtungen

Würzekühler als Plattenapparat

Aufbau

• Tragstange
• Plattenpaket
• Gestellplatte
• Anschlußstutzen
• Spannschrauben
• Stütze
• Druckplatte

Bauarten

• gedichtet
• geschweißt: voll/halb
• gelötet: Kupfer, Nickel, Silber

Bezeichnung zur Schaltung

(1)

\begin{align} \frac{1x5}{1x5} \qquad \frac{3x2}{3x2} \end{align}

1. Zahl "Stufenzahl": Anzahl der hintereinander durchströmten Platten
2. Zahl "Plattenpaket": Anzahl der parallelen Stoffströme pro Stufe

Kriterien zur Auswahl

• Flächenreserve
• Druckverluste auf kalter und warmer Seite (ca. 2 bar)
• Plattentyp (weiche oder harte Platten, Freistromplatte)
• Dichtungswerkstoff (NBR)
• Plattenwerkstoff (Korrosion, 1.4401; 1.4439 bei Chloridgehalten 70-250 mg/l)
• Fixierung des Dichtungswerkstoffes (mit/ohne Kleber)
• Ausführung des Gestells
• Maximale Plattenzahl für das Gestell

Eigenschaften Plattenapparate

• Vorteile
  • Platzsparender als Rohrbündelapparat
  • kleineres Eigenvolumen bei gleicher Leistung
  • nachträgliche Veränderung bei Wärmeübertragungsfläche möglich
  • Reinigung und Desinfektion einfacher als bei Rohrbündelapparaten
  • Produktverweilzeit gut anpassbar
  • mehrere Prozessabteilungen in einem Gesamtapparat (KZE)
• Nachteile
  • Betriebsdruck max. 40 bar (verlötet); 25 bar (geschraubt)
  • Probleme bei der Abdichtung der Platten
  • größerer Druckverlust bei vergleichbarer Leistung
  • ungleichmäßige Produktverteilung möglich
  • nicht für Produkte mit großer Verschmutzungsneigung

Allgemeines

• max. 60 Minuten
• Abkühlung untergärig 5-10 °C, obergärig 15-25 °C
• Plattenwärmeüberträger aus Edelstahl
• Ein- oder zweistufige Kühlung

Einstufige Würzekühlung

• Dichte der Würze 1010 kg/m³
• spez. Wärmekapazität Würze 4,0 kJ/(kg K), Wasser 4,19 kJ/(kg K)

Thermische Leistung Q_Wü

(2)

\begin{align} \dot{Q}_{Wu} = \frac{V_{AW} \cdot \rho_{Wu} \cdot c_{pWu} \cdot (t_{Wu,E} - t_{Wu,A}}{\tau} \end{align}

Brauwassermassenstrom m_W und Korrekturfaktor f = 0,98

(3)

\begin{align} \dot{m}_W = \frac{\dot{Q}_{Wu} \cdot f}{c_{pW} \cdot (t_{W,A} - t_{W,E}} \end{align}

Würzemassenstrom m_Wü

(4)

\begin{align} \dot{m}_{Wu} = \frac{V_{Wu} \cdot \rho_{Wu}}{\tau} \end{align}

mittlere logarithmische Temperaturdifferenz

(5)

\begin{align} \Delta t_m = \frac{\Delta t_{Gr} - \Delta t_{Kl}}{\ln{\frac{\Delta t_{Gr}}{\Delta t_{kl}}}} \end{align}

Wärmeübertragungsfläche mit Wärmedurchgangskoeffizient k = 3300 W/(m² K)

(6)

\begin{align} A = \frac{\dot{Q}_{Wu}}{k \cdot \Delta t_m} \end{align}

Anzahl der Platten mit Wärmeübertragungsfläche pro Platte A_p

(7)

\begin{align} N = \frac{A}{A_p} \end{align}

Warmer Brauwassertank

• warmes Brauwasser wird erst nach erstem Einmaischen erzeugt
• nach letztem Einmaischen müssen noch mehrere Sude gekühlt werden -> Speicherung für Wochenende
• Nachheizmöglichkeit, um Wärmeverluste während sudfreie Zeit auszugleichen

Bruttovolumen V_BW
f_BW spez. Brauwasseranfall (Brauwasser/Ausschlagwürze)
tau_S Zeitdauer für einen Sud
tau_Aus Ausschlagintervall
f_S Sicherheitsfaktor ca. 1,25

(8)

\begin{align} V_{BW} = V_{AW,h} \cdot f_{BW} \cdot Aufrunden \left( \frac{\tau_S}{\tau_{Aus}} \right) \cdot f_S \end{align}

Zweistufige Würzekühlung

• 1. Stufe: Vorkühlabteilung mit nicht gekühltem Brauwasser (PWÜ)
• 2. Stufe: Nachkühlabteilung mit Kälteträger (Eiswasser, Alkohol-Wasser-Gemisch; PWÜ)
• möglichst niedrige Würzeübertrittstemperatur (wegen kleine Temperaturdifferenz zwischen Würzeaustritt und kaltes Brauwasser)
• möglichst hohe Kälteträgervorlauftemperatur im PWÜ

-> mehr Brauwasser
-> weniger Kälte nötig
-> weniger elektrische Arbeit

Eiswasserspeicheranlagen

Anforderungen

• Ausreichende Speicherfähigkeit
• Ausreichende Abtauleistung
• Zusammenwachsen des Eisansatzes vermeiden
• Störmungsgeschwindigkeit Eiswasser im Bottich ca. 0,3-0,4 m/s
• Rücklauf Eiswasser auf mehrere Einströmöffnungen verteilen
• gute Isolierung

Wirtschaftlichkeit

• Anzahl der Sude pro Tag (bis 4-5 Sude/Tag)
• Kosten für Bezug von elektrischer Energie (Leistungs-/Arbeitspreis)
• Reine Nachtspeicherung oder teilweise Nachtspeicherung

Auslegung

Nutzkälteleistung des Verdichters
Q_0,d täglicher Kältebedarf Würzekühlung [kWh/d]

(9)

\begin{align} \dot{Q}_{0N} = \frac{Q_{0,d}}{\tau,,d,,} \end{align}

Wärmeverlust