Допоможіть: чи можна пристосувати РОСА + МАЛЮК до регулювання температури сусла

[ГОГа]

Поток воды через теплообменник регулируется МАЛЮКом: выше скорость - выше температура сусла, меньше скорость - температура сусла на выходе меньше.

что-то тут не так...Чем выше скорость прокачки, тем меньше время нагрева каждой капли прокачиваемой жидкости и тем меньше её температура на выходе

Сусло прокачивается с постоянной, не очень большой скоростью: как для применяемого теплообменника - то маленькой скоростью. Вода (регулируемая МАЛЮКом) пусть не прокачивается. На выходе имеем сусло в первые секунды с температурой воды в теплообменнике, а потом без изменений: какой температуры сусло вошло в теплообменник - с такой и выйдет.
Начинаем медленную прокачку воды. Сусло забирает энергию и приходит на выход  с большей температурой. Начинаем гнать воду быстро: сусло нагревается еще сильнее, вплоть до температуры воды на выходе их теплообменника. При большом потоке воды дельта ее на входе и выходе будет маленькой или очень маленькой.
Для примера рассмотрим обычный  трубчатый (труба в трубе) холодильник. Сверху поступает пар (центральная трубка), между трубками - противотоком вода. Это аналог однопластинчатого холодильника. Обычно греется водяная рубащка только в верхней части. Подаем больше пара - точка резкого градиента сползает вниз. И наоборот: поток воды стабилизирован: тогда изменяя поток пара мы можем менять точку резкого градиента температур. Заменив пар на жидкость, мы получим весьма размазанный градиент температур, в котором, изменяя поток воды мы можем регулировать  температуру жидкости во внутренней трубке на выходе из холодильника.
Второй пример: пластинчатый холодильник, который я использовал для охлаждения сусла. Поток воды у меня был стабилен: открытый кран водопровода. Поток сусла я менял шаровым краном. Наблюдалась четкая зависимость температуры выходящего сусла от скорости его потока и температуры воды от скорости потока сусла.
Думаю, что мой пластинчатый холодильник позволит передать практически всю дельту температур суслу, ввиду его эффективности: он намного лучше (в разы) передает энергию при малых разностях температур прокачиваемых жидкостей чем простой погружной теплообменник, который более-менее эффективно работает только при больших разностях температур прокачиваемой жидкости и окружающей воды. 

Я на всякий случай заказал 4 микросхемы КР1182ПМ1
добавлено: 15-05-2023, 14:38:14
Я думаю, что Игорь сделал гениальный ход: его предложение совместить HERMS c RIMS.
Имея относительно малый объем (3-5 литров) устройства нагрева воды для питания пластинчатого теплообменника, мы избавляемся от инерционности (медленности) выхода на паузы, избавляемся от дополнительного насоса (перемешивающего) для нивелирования теплового градиента в емкости. Фактически, размер этой емкости определяется размером применяемого ТЭНа (3,0 - 4,0 кВт). Вода в емкости не кипит, испарение минимальное, можно емкость закрывать и оставлять только подрывной клапан в крыше залива воды или вообще без него.
Предложенная система реагирует быстро на изменения температуры воды и скорости, фишка в том, что б температура воды поддерживалась на уровне минимальном для обеспечения подогрева сусла при максимальной скорости прокачки воды и что б эта минимальная температура воды не превышала некий заданый порог (например, 75 градусов). Причем это условие должно выполняться как при большой скорости прокачки сусла (режим выхода на температурную паузу), так и при малой скорости прокачки сусла (режим прохождения температурной паузы).
PS. Возможно, что схема, предложенная Игорем существует, но я пока нигде таковой не встречал.

[Игорь]

А давай рассмотрим дефлегматор, тоже аналог пластинчатого теплообменника, который получает стабильный нагрев. Чем быстрее мы гоним через него воду, тем ниже ее температура на выходе. 

Ты привел пример прямоточника. Да его горячая зона опускается ниже при увеличении нагрева и без увеличения скорости охлаждающей воды.  Но если не меняя нагрев, скорость воды увеличить, она станет прогреваться меньше, а горячая зона уменьшится, уползет вверх.

[ГОГа]

А давай рассмотрим дефлегматор, тоже аналог пластинчатого теплообменника, который получает стабильный нагрев. Чем быстрее мы гоним через него воду, тем ниже ее температура на выходе. 

Ты привел пример прямоточника. Да его горячая зона опускается ниже при увеличении нагрева и без увеличения скорости охлаждающей воды.  Но если не меняя нагрев, скорость воды увеличить, она станет прогреваться меньше, а горячая зона уменьшится, уползет вверх.

Все абсолютно правильно.
Есть агент греющий и агент нагревающийся. В дефлегматоре заменим агент греющий  (пар/конденсат) на воду, а агент нагревающийся (вода)  на  сусло. При стабильном нагреве чем быстрее мы гоним через него сусло, тем ниже температура сусла на выходе.
Любой теплообменник характеризуется способностью утилизировать тепло (передавать от одного агента к другому). Прямоточник сплслбен асимптотически приблизить температуру нагревающего агента к температуре нагреваемого агента при большой длине (при условии большого потока нагревающего и большой длины прямоточника) - т.е.мы увеличивая длину, увеличиваем контактную поверхность и тем самым увеличиваем и "мощность" теплопередачи. Да, еще есть факторы материала, турбулентности (перемешивания) , гидравлического сопротивления.
Мой пластинчатый теплообменник рассчитан на передачу свыше 10кВТ.

[Игорь]

Если теплообменник способен передать 10 кВт при разности средних температур горячей и холодной стороны в 50 градусов, то при разности температур в 5 градусов он передаст не больше киловатта.

[ГОГа]

Полностью согласен.
Однако, следует отметить, что: (цитата) "Паяный пластинчатый теплообменник IMSB3-012-ZB-12 3/4" (10-20кВт) служит для передачи тепла от одного теплоносителя к другому через поверхность пластин. Состоит из рифленых пластин из нержавеющей стали, спаянных медью в вакуумной печи. При производстве каждая следующая пластина развернута на 180° относительно предыдущей, что способствует значительной турбулизации потоков и эффекту самоочистки теплообменника. При этом соблюдается противоток рабочих сред для исключительной эффективности теплообмена, даже при низких скоростях потоков."

Почему я в свое время отказался от закупки системы HERMS изакупил R-RIMS? Потому, что HERMS позволяла четко поддерживать температуру паузы, но, увы, слишком долго растягивала родъём температуры от пазы к следующей паузе (ей через теплообменник надо было греть и затор (сусло+вода в дробине), и саму воду в HLT.
Поэтому встала задача: как нагреть систему за более короткое время (раза в 2 - 2,5) быстрее. Ответ очевиден (и ты сам дал на него частичный ответ): греть воду в намного меньшем объеме и применить более эффективный теплообменник, который позволит переносить большее количество тепла в единицу времени (читай - увеличенный поток сусла).
Моя пивоварка имеет мощность ТЭНа 3 кВт и вполне справлялась с прогревом системы за минут 8-10.
Если греть ограниченный объем воды будет ТЭН 3 - 3,5 кВТ, то думаю, при наших скоростях потока мы "снимем" бо'льшую часть теплового потока  в сусло, т.е.прогреем его (систему) довольно быстро, а потом поддерживать нужную температуру сусла вообще не представляет никаких трудностей.
Используя он-лайн калькулятор:  https://ten24.com.ua/blog/kalkulyator-rascheta-moshchnosti-tena-dlya-nagreva-vody/?gclid=Cj0KCQjwsIejBhDOARIsANYqkD0ckNvh9KDl715Xst4NilSfhcGpXZK2-JxLprKWvMh49tPe0au7mWUaAj00EALw_wcB
мы получаем, что 50 литров воды (системы) с 65 градусов до 72 градусов ТЕН мощностью 3,3кВт поднимает за 7 минут. Вполне приемлемое время.
Если пластинчатый теплообменник будет способен с 4-кВт ТЭНом передать 3,3 Квт за 7 минут - это вполне достаточно.
Да, согласен, нужен эксперимент, хотя бы просто на воде:
Разогреваю штатным ТЭНом 40 литров до 65 градусов и воду в бойлере (10 литров) до 75 градусов. Отключаю штатный ТЭН, а ТЭН  в бойлере оставляю включенным и температура его терммостата на 75 градусах. Начинаем гнать воду и горячую, и аналог "сусла". Измеряем температуру "сусла" на выходе (на входе ее нам показывает сама пивоварка).
Сразу станет ясен ответ на эффективность использования пластинчатого теплообменника: годится таковой или я просто пролетел с деньгами на его покупку.....

PS. Кстати, у меня также есть теплообменник пластинчатый на 30 кВт. Он стоит на охлаждении сусла после варки.

[vova0869]

Нужно за короткое время нагреть сусло не перегревая его .   Нагревать воду проточным нагревателем не проблема . А для быстрой передачи нужна большая площадь теплообмена .Может начинать с большого теплообменника .

[ГОГа]

Нужно за короткое время нагреть сусло не перегревая его .   Нагревать воду проточным нагревателем не проблема . А для быстрой передачи нужна большая площадь теплообмена .Может начинать с большого теплообменника .

Нагреть сусло за короткое время не перегревая его - не проблема и с меньшим пластинчатым теплообменником. Задаем наибольший возможный поток сусла  (наибольший поток штатного насоса) и "вдуваем" максимальную мощность нашего водяного ТЭНа (пусть, например, 4кВт), следим только за тем, что б  выходящий поток сусла не превышал температуру паузы. При превышении температуры паузы в выходящем сусле, уменьшаем поток воды и отключаем на время  водяной ТЭН. 
Тут только одна проблемка, на которую указал Игорь: сусло будет контактировать со стенкой, температура которой будет равна температуре циркулирующей воды, и эта температура может превышать и намного температуру паузы (например, быть большей 80 градусов, что деструктивно действует на ферменты). Во избежание этого, максимальная температура в водяном контуре не должна превышать 75 градусов при прохождении пауз, и не ограничена в верхнем пределе при мэш-ауте (следим только что б выходящее сусло на меш-аут не превышало  78 - 79  градусов).

[Игорь]

Накидать идиотских идей?

Если в качестве теплоносителя использовать азеотроп, то его не удастся нагреть выше 78 с копейками. Куда девать избыток тепла? Дефлегматор над кипятильником.
Минусы - низкая удельная теплоемкость и плотность. Высокая пожаро- и взрывоопасность.

ТЭН из цепочки последовательно соединённых позисторов (PTC терморезисторов).
Такой нагреватель не выйдет нагреть выше 80-ти. При росте температуры от 25 до 80 градусов, сопротивление такой цепочки вырастет многократно (а мощность - соответственно - снизится).

Честно говоря, выписывая эти соображения, достойные кунсткамеры, я прокручиваю другие варианты, отличащиеся от обсуждаемого бóльшим изяществом. Два насоса и теплообменник, как мне кажется, не очень изящно.

[Игорь]

Наверное самое время перейти к конкретике.   
Объем сусла - ** литров

Стартовая температура - **°С. 
Время прогрева - ** минут
Первая пауза - **°С
Время прогрева - ** минут
Вторая пауза - **°С
Время прогрева - ** минут
Третья пауза - **°С
Время охлаждения - ** минут.
Температура внесения дрожжей - **°С

[Игорь]

Имея такие цифры, можно посчитать термодинамику и увидеть то, чего сразу не видно.
Я уже вооружился справочником по теплообменным аппаратам. Он поможет понять какие перепады температур понадобятся чтобы обеспечить необходимые потоки тепла.

[ГОГа]

Увы: иного пока не придумали..
Заноза в том, что греть (и греть быстро) надо весь объем заторника плюс весь объем теплоносителя (воды) .
Два насоса - один принимает лишь два значения: полный ход и заданный. Второй - от температуры выходящего сусла.Что касательно самой воды, то она принимает лишь два значения: 75 и 80.
Приеду в Киев - проведу эксперимент: способен ли теплообменник при температуре воды в 75 градусов  при полном включении обеих насосов,  нагреть сусло до 72. Если нет, то выяснить, при какой температуре воды это возможно.

добавлено: 17-05-2023, 05:58:38
Сяду сейчас за компьютер: все напишу
Кстати, микросхемы выслали уже
Не пригодятся мне - пригодятся другим ))

[Игорь]

Ещё одна мыслишка, эксклюзивно дня кунсткамеры.
Если соединить процессы ректификиции и затирания сусла, и с помощью Малюка гнать сусло через дефлегматор, то мы  сможем (уже умеем) поддерживать температуру сусла на выходе на уровне 65 градусов, и это при том, что температура теплоносителя ( пара в дефлегматоре) стабильна и равна 78 с копейками, зависящими от  атмосферного давления.  То есть гарантированно без перегрева.
Поток тепла в колонне диаметром 60 мм приближается к трем киловаттам.
Надо больше - увеличим диаметр насадочной части или вместо насадки используем кольца Рашига.
Теперь конкретизируем
Колонна диаметром 60 мм высотой 50 см с насадкой - кольцами рашига из отрезков недорогой нержавеющей трубы.
В пятилитровом кубе два литра голов и два литра воды. Над колонной дефлегматор с двухконтурным Димротом - две нитки по 2 метра восьмёрки, по которому мы будем гнать сусло.
ТСА диаметром 20 мм и "паровой отбор" (читай -утилизатор избыточного нагрева) в виде водоохлаждаемого пластинчатого теплообменника, с возвратом отбора непосредственно в куб или под дефлегматор в насадочную часть.
Управление потоками сусла и воды - двумя малюками (или одним Дуплетом)по необходимым температурам сусла и воды на выходе.

Плюсы.
Главный плюс - изученность и доступность технологий. Все, что я написал, мы умеем делать - и спирт укреплять, и температуру воды (а значит и сусла) весьма точно поддерживать. 
Ещё плюс - изящность. Хотя может она и мнимая. Все равно два насоса, хотя второй (водяной) не обязателен,  можно обойтись клапаном на водопроводе, или вообще обойтись без водяного контура, а вовремя отключать нагрев при остановке потока сусла или при попытке пара прорваться. 

Минусы... Помогите с минусами, кидайте тапки, табуретки и батарейки :)

[ГОГа]

Наверное самое время перейти к конкретике.   
Объем сусла - 30 литров + 10 литров воды впитал солод: это весь объем, что надо греть в заторнике

Стартовая температура - 51°С. (Вода греется штатным ТЭНом в самом заторнике до температуры порядка 66-68 градусов и засыпается солод, в результате чего общая температура становится 51 градус (белковая пауза) . Поддерживается минут 20.
Время прогрева - 5-7 минут
Первая пауза - 65°С длится 20-40 минут
Время прогрева - 5-7  минут
Вторая пауза - 71°С   длится 15-20 минут
Время прогрева - 5-7 минут
Третья пауза - 79°С (мэш-аут) длится 10-15 минут
Время охлаждения - его нет: идет промывка и сразу - на кипячение штатным ТЭНом 1-2 часа
Охлаждение после кипячения - как можно быстрее.
Температура внесения дрожжей - от 18 до 25°С

добавлено: 17-05-2023, 06:29:38
Димрот утилизирует 3 и даже более кВт. Это хорошо. Это способствует быстрому прогреву: не медленнее, чем штатным ТЭНом в заторнике (3 кВт).
При достижении температуры паузы уже не нужно вливать много энергии: только на поддерживание нужной температуры, поэтому мощность нагрева надо снижать, снижать и поток сусла через димрот. Это ведет к необходимости регулировать нагрев в кубике с раствором спирта. 
Поток сусла по достижении температуры паузы надо снижать, чтоб экономить энергию и что главнее - для беспрепятсвенного циркулирования его через дробину.
При больших потоках сусла (при разогреве-переходе меж паузами), избыток его сливается через центральную трубу прямо на дно заторника и тем самым влияя на фильтрацию вниз по дробине.

Можно, конечно же, сделать всего два уровня мощности ТЭНа в кубике: полная и частичная. Полная - при переходах (разогреве) и частичная - при самих паузах.

[Игорь]

Спасибо, посчитаю.
А пока - продолжение фонтанирования.
Уходим от колонны.
Лезем в справочник Старикова и видим, что при атмосферном давлении раствор 80%об кипит при 80 градусах. 
[attach=1]
Делаем куб минимального объема под ТЭН  необходимой мощности, в паровой зоне размещаем змеевик из восьмёрки или десятки в один или в два контура. Выше ставим конденсатор, пластинчатый или другой.
По змеевику гоняем насосом сусло, конденсатор ловит пар и не даёт спирту убежать. Насос гоняет сусло с постоянной скоростью, во время пауз останавливаем нагрев, на участках подъема температуры включаем без стабилизации и регулирования. Автоматика становится супер-простой. Если не заморачиваться с выдержкой пауз.
Всё, считаю необходимую мощность.

[Игорь]

Поток сусла по достижении температуры паузы надо снижать, чтоб экономить энергию и что главнее - для беспрепятсвенного циркулирования его через дробину.

не хотелось бы снижать поток сусла. Мы теряем оперативность контроля температуры.
А что если брать сусло ниже дробины, а возвращать выше? 
С простым релейным терморегулятором я - пожалуй, поторопился. Нагрев с ПИД - управлением по температуре возвращаемого сусла. 
Нагрев меняем плавно, по ПИД закону, а вот обороты насоса - по двум ступеням. Полные обороты до достижения температур пауз, и малые во время пауз.