Vom Heimbrauen bis zum kommerziellen Brauen waren Gärbehälter immer ein wesentlicher Bestandteil. Sie haben sich im Laufe der Zeit fast immer verändert. Die Ausrüstung für die Biergärung wird in Gärtanks und Hefeexpansionstanks unterteilt, die die Funktionen der Rohstoffvorbereitung, des Kochens, der Sterilisierung, der Kühlung usw. erfüllen. Bei der Herstellung von Produkten für die Gärungsbehandlung müssen die für die mikrobiellen Lebensaktivitäten und den Stoffwechsel erforderlichen Bedingungen geschaffen werden und sie müssen einfach zu bedienen und zu kontrollieren sein.
Fermenter
Gärbehälter sind heute das am häufigsten verwendete Gärsystem bei der Bierherstellung. Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei einem geschlossenen Gefäß um einen vertikalen Zylinder mit einem konischen Boden und in der Regel einem untertassenförmigen Deckel. Für andere einfache Prozesse ist ein Gärbehälter ein offenes Gefäß, das manchmal nur eine einzige Öffnung hat. Er kann auch als offener Gärbehälter bezeichnet werden.
Ein geeigneter Fermenter sollte die folgenden Merkmale aufweisen:
- sollte eine straffe Struktur haben
- Gute Mischeigenschaften für Flüssigkeiten
- Ausgezeichnete Wärmeübertragungsrate in der Stoffaustauschphase
- Ausgestattet mit unterstützenden und zuverlässigen Detektions-, Sicherheitskomponenten und Kontrollinstrumenten
Volumen des Gärtanks
Im Allgemeinen gilt ein Fermentertank mit einem Fassungsvermögen von weniger als 500 l als Laborfermenter, ein Fermenter mit einem Fassungsvermögen von 500-5000 l als Pilotversuchsfermenter und ein Fermenter mit einem Fassungsvermögen von mehr als 5000 l als Produktionsfermenter.
Zylindrischer konischer Fermenter
Der runde, vereinfachte vertikale Gärbehälter mit konischem Boden (auch als konischer Tank bezeichnet) wurde bei der Herstellung von Bier mit Ober- oder Untergärung verwendet. Der konische Tank kann allein für die Vor- oder Nachgärung oder als kombinierte Vor- und Nachgärung im Tank (One-Pot-Methode) verwendet werden.
Der Vorteil der Anlage besteht darin, dass sie die Gärzeit verkürzen kann und flexibel in der Produktion ist, so dass sie für die Herstellung verschiedener Biersorten geeignet ist.
Eigenschaften
Solche Geräte werden im Allgemeinen im Freien aufgestellt. Die sterilisierte frische Würze und die Hefe gelangen von unten in den Tank; wenn die Gärung ihren Höhepunkt erreicht, werden alle Kühlmäntel verwendet, um die richtige Gärtemperatur zu halten.
Als Kältemittel wird Ethylenglykol oder eine Alkohollösung verwendet, aber auch Ammoniak (verdampft) kann als Kältemittel eingesetzt werden; das CO2-Gas wird oben aus dem Tank abgeleitet. Der Tankkörper und der Tankdeckel sind mit Mannlöchern versehen, und der Tankdeckel ist mit einem Manometer, einem Sicherheitsventil und einem Schauglas ausgestattet.
Am Boden des Tanks ist ein Rohr für gereinigtes CO2-Gas installiert. Der Tank ist mit einem Probenahmeschlauch und einem Thermometeranschluss ausgestattet. Die Außenseite des Geräts ist mit einer guten Isolierschicht ummantelt, um den Verlust an Kühlleistung zu verringern.
Vorteil:
Der geringe Energieverbrauch und der kleine Rohrdurchmesser können die Produktionskosten senken.
Für die Hefe, die sich am Boden des Kegels abgesetzt hat, kann das Ventil am Boden des Kegels geöffnet werden, um die Hefe aus dem Tank abzulassen und etwas Hefe für die nächste Verwendung aufzubewahren.
Auswirkungen auf die Kosten der Fermentationsanlagen
Größe, Form, Betriebsdruck und erforderliche Kühlleistung der Fermentationsanlage. Die Form des Behälters bezieht sich auf die pro Volumeneinheit benötigte Oberfläche, ausgedrückt in ㎡/100L, die den Hauptfaktor für die Kosten darstellt.
Anforderungen an den Tankdruck
Nehmen wir die Rückgewinnung von Kohlendioxid. Es ist notwendig, das CO2 im Tank auf einem bestimmten Druck zu halten, so dass der große Tank zu einem Drucktank wird und ein Sicherheitsventil installiert werden muss.
Der Arbeitsdruck des Tanks variiert je nach Gärungsprozess. Wenn er sowohl für die Vorgärung als auch für die Weinlagerung verwendet wird, sollte er entsprechend dem CO2-Gehalt während der Lagerung bestimmt werden, und die erforderliche Druckfestigkeit ist höher als bei einem Tank, der nur für die Vorgärung verwendet wird. Wenn der Druck den Auslegungsdruck des Lagertanks erreicht, sollte sich das Sicherheitsventil öffnen. Der maximale Arbeitsdruck des Sicherheitsventils ist der Auslegungsdruck plus 10%.
Tank-Vakuum
Das Vakuum im Tank wird durch die Übertragung oder interne Reinigung der Reihe von Gärbehälter unter geschlossenen Bedingungen. Die Beschickungsgeschwindigkeit des großen Fermenters ist sehr hoch, und es wird ein gewisser Unterdruck erzeugt. Im Tank verbleibt ein Teil des CO2-Gases, das bei der Reinigung entfernt werden kann, so dass auch ein Vakuum entstehen kann. Große Vakuumfermenter sollten mit Vorrichtungen ausgestattet sein, die ein Vakuum verhindern. Die Funktion des Vakuum-Sicherheitsventils besteht darin, Luft in den Tank einströmen zu lassen und einen Druckausgleich innerhalb und außerhalb des Tanks herzustellen.
Je nach dem Alkaligehalt, der in die Reinigungslösung gelangt, kann die CO2-Entfernungsmenge im Tank berechnet werden, und die Luftmenge, die in den Tank gelangen muss, kann ebenfalls berechnet werden.
Konvektion und Wärmeaustausch im Tank
Die Konvektion der Gärbrühe im Fermenter hängt von der Wirkung des CO2 ab. Die gesamte Gärflüssigkeit im konischen Behälter bildet ein Kohlendioxid-Gefälle. Gärflüssigkeit mit einem geringeren spezifischen Gewicht hat einen Auftrieb, um nach oben zu schwimmen.
Außerdem üben die aufsteigenden Kohlendioxidblasen während der Gärung einen Sog auf die umgebende Flüssigkeit aus. Durch die Bewegung des Gases, die durch die Widerstandskraft und die Auftriebskraft erzeugt wird, wird der Tankinhalt umgewälzt und der Mischphasen-Wärmeaustausch der Gärflüssigkeit gefördert. Änderungen der Biertemperatur während des Kühlvorgangs können ebenfalls eine konvektive Zirkulation des Tankinhalts bewirken.