Van thuisbrouwen tot commercieel brouwen, fermentatievaten zijn altijd een essentieel onderdeel geweest. Ze zijn in de loop der tijd bijna allemaal veranderd. Apparatuur voor de fermentatie van bier is onderverdeeld in fermentatietanks en gistexpansievaten, die de functies hebben van voorbereiding van grondstoffen, koken, sterilisatie, koeling enzovoort. De producten voor de behandeling van fermentoren moeten de omstandigheden kunnen bieden die nodig zijn voor microbiële levensactiviteiten en metabolisme en moeten gemakkelijk te bedienen en te controleren zijn.
Vergister
Fermentoren zijn het meest voorkomende fermentatiesysteem dat tegenwoordig wordt gebruikt bij de productie van bier. Zoals de naam al aangeeft, is een gesloten vat een verticale cilinder met een conische bodem en meestal een schotelvormige bovenkant. Voor andere eenvoudige processen is een fermentor een open vat, dat soms maar één opening heeft. Het kan ook een open fermentor worden genoemd.
Een gekwalificeerde fermentor moet de volgende kenmerken hebben:
- Moet een strakke structuur hebben
- Goede mengkarakteristieken voor vloeistoffen
- Uitstekende warmteoverdracht in massatransmissiefase
- Uitgerust met ondersteunende en betrouwbare detectie-, veiligheidscomponenten en controle-instrumenten
Volume gistingstank
Over het algemeen wordt een fermentortank van minder dan 500L beschouwd als een laboratoriumfermentor; een fermentor met een capaciteit van 500-5000L is een piloottestfermentor; een fermentor van meer dan 5000L is een fermentor op productieschaal.
Cilindrische conische fermentor
De ronde, vereenvoudigde verticale fermentor met conische bodem (conische tank genoemd) wordt gebruikt voor de productie van bier met boven- of ondergisting. De conische tank kan alleen worden gebruikt voor voorgisting of nagisting, of gecombineerde voorgisting en nagisting in de tank (eenpotmethode).
Het voordeel van de apparatuur is dat het de fermentatietijd kan verkorten en productieflexibiliteit heeft, zodat het geschikt is voor de productie van verschillende soorten bier.
Kenmerken
Dergelijke apparaten worden meestal buiten geplaatst. De gesteriliseerde verse wort en gist komen de tank binnen vanaf de bodem; wanneer de gisting zijn hoogtepunt bereikt, worden alle koelmantels gebruikt om de juiste gistingstemperatuur te behouden.
Voor het koelmiddel wordt ethyleenglycol of een alcoholoplossing gebruikt, maar ook ammoniak (verdampt) kan als koelmiddel worden gebruikt; CO2-gas wordt uit de bovenkant van de tank afgevoerd. Er zijn mangaten op het tanklichaam en het tankdeksel en de bovenkant van de tank is uitgerust met een manometer, een veiligheidsventiel en een glazen kijkglas.
Op de bodem van de tank is een buis voor gezuiverd CO2-gas geïnstalleerd. De tank is uitgerust met een bemonsteringsbuis en een aansluiting voor een thermometer. De buitenkant van de apparatuur is omwikkeld met een goede isolatielaag om het verlies aan koelvermogen te beperken.
Voordeel:
Het lage energieverbruik en de kleine pijpdiameter kunnen de productiekosten verlagen.
Voor de gist die op de bodem van de kegel is afgezet, kan de klep op de bodem van de kegel worden geopend om de gist uit de tank af te voeren en wat gist te bewaren voor volgend gebruik.
Van invloed op de kosten van fermentatieapparatuur
De grootte, vorm, werkdruk en vereiste koellast van de fermentatieapparatuur. De vorm van het vat verwijst naar de vereiste oppervlakte per volume-eenheid, uitgedrukt in ㎡/100L, wat de belangrijkste factor is die de kosten beïnvloedt.
Vereiste tankdruk
Denk aan de terugwinning van kooldioxide. Het is noodzakelijk om de CO2 in de tank op een bepaalde druk te houden, dus de grote tank wordt een druktank en er moet een veiligheidsklep worden geïnstalleerd.
De werkdruk van de tank varieert afhankelijk van het gistingsproces. Als de tank wordt gebruikt voor zowel de voorgisting als de opslag van wijn, moet de werkdruk worden bepaald op basis van het CO2-gehalte tijdens de opslag en is de vereiste drukbestendigheid hoger dan die van een tank die alleen wordt gebruikt voor voorgisting. Wanneer de druk de ontwerpdruk van de opslagtank bereikt, moet de veiligheidsklep beginnen te openen. De maximale werkdruk van de veiligheidsklep is de ontwerpdruk plus 10%.
Tankvacuüm
Het vacuüm in de tank wordt veroorzaakt door de overdracht of interne reiniging van de serie van fermentatietanks onder gesloten omstandigheden. De voedingssnelheid van de grote fermentor is erg hoog en er wordt een bepaalde onderdruk gegenereerd. Er blijft een deel CO2-gas achter in de tank, dat verwijderd kan worden tijdens het schoonmaken, dus er kan ook een vacuüm ontstaan. Grote vacuümfermentoren moeten worden uitgerust met voorzieningen om vacuüm te voorkomen. De functie van de vacuümveiligheidsklep is om lucht in de tank toe te laten en een drukbalans binnen en buiten de tank tot stand te brengen.
Op basis van het alkaligehalte dat in de reinigingsoplossing terechtkomt, kan de hoeveelheid CO2 die in de tank moet worden verwijderd worden berekend en kan de hoeveelheid lucht die in de tank moet komen verder worden berekend.
Convectie en warmte-uitwisseling in de tank
De convectie van de gistingsbouillon in de fermentor is afhankelijk van het effect van CO2. De hele gistingsvloeistof in de conische tank vormt een koolzuurgradiënt. Gistingsvloeistof met een kleiner soortelijk gewicht heeft een lift om omhoog te drijven.
Ook hebben opstijgende kooldioxidebellen tijdens de fermentatie een weerstand op de omringende vloeistof. Door de beweging van het gas die wordt gegenereerd door de weerstand en de liftkracht, circuleert de inhoud van de tank en wordt de gemengde fase warmte-uitwisseling van de gistingsvloeistof bevorderd. Veranderingen in de biertemperatuur tijdens het koelen kunnen ook convectieve circulatie van de tankinhoud veroorzaken.