Desde a produção de cerveja caseira até à produção de cerveja comercial, os recipientes de fermentação sempre foram uma parte essencial. Mudaram quase sempre ao longo do tempo. O equipamento de fermentação da cerveja divide-se em tanques de fermentação e tanques de expansão de levedura, que têm as funções de preparação da matéria-prima, cozedura, esterilização, arrefecimento, etc. A produção de produtos de tratamento de fermentadores deve ser capaz de proporcionar as condições necessárias para as actividades de vida microbiana e o metabolismo e ser fácil de operar e controlar.
Fermentador
Os fermentadores são o sistema de fermentação mais comum utilizado atualmente na produção de cerveja. Como o nome indica, um recipiente fechado é um cilindro vertical com um fundo cónico e, normalmente, um topo em forma de pires. Para outros processos simples, um fermentador é um recipiente aberto, por vezes tão simples como ter apenas uma abertura. Também pode ser designado por fermentador aberto.
Um fermentador qualificado deve ter as seguintes características
- Deverá ter uma estrutura apertada
- Boas características de mistura de líquidos
- Excelente taxa de transferência de calor da fase de transferência de massa
- Equipado com componentes de segurança, deteção e instrumentos de controlo fiáveis e de apoio
Volume da cuba de fermentação
Considera-se geralmente que um tanque de fermentação com capacidade inferior a 500L é um fermentador de laboratório; um fermentador com capacidade de 500-5000L é um fermentador de teste piloto; um fermentador com capacidade superior a 5000L é um fermentador à escala de produção.
Fermentador cónico cilíndrico
O fermentador vertical de fundo cónico simplificado circular (designado por cuba cónica) tem sido utilizado na produção de cerveja com fermentação superior ou inferior. A cuba cónica pode ser utilizada isoladamente para a pré-fermentação ou para a pós-fermentação, ou combinando a pré-fermentação e a pós-fermentação na cuba (método "one-pot").
A vantagem do equipamento é que pode encurtar o tempo de fermentação e tem flexibilidade de produção, pelo que pode ser adequado para a produção de vários tipos de cerveja.
Características
Estes dispositivos são geralmente colocados ao ar livre. O mosto fresco esterilizado e a levedura entram no tanque pelo fundo; quando a fermentação atinge o seu pico, todas as camisas de arrefecimento são utilizadas para manter a temperatura de fermentação adequada.
O refrigerante utiliza etilenoglicol ou solução alcoólica, e o amoníaco (evaporado) também pode ser utilizado como refrigerante; o gás CO2 é descarregado do topo do depósito. O gás CO2 é descarregado pelo topo do reservatório. O corpo do reservatório e a tampa do reservatório têm orifícios de visita e o topo do reservatório está equipado com um manómetro, uma válvula de segurança e um visor de vidro.
No fundo do reservatório está instalado um tubo de gás CO2 purificado. O reservatório está equipado com um tubo de amostragem e uma ligação para termómetro. O exterior do equipamento é envolvido por uma boa camada de isolamento para reduzir a perda de capacidade de refrigeração.
Vantagem:
O baixo consumo de energia e o pequeno diâmetro do tubo podem reduzir os custos de produção.
Para a levedura depositada no fundo do cone, a válvula no fundo do cone pode ser aberta para descarregar a levedura para fora do tanque e manter alguma levedura para a próxima utilização.
Afetar o custo do equipamento de fermentação
O tamanho, a forma, a pressão de funcionamento e a carga de trabalho de arrefecimento necessária do equipamento de fermentação. A forma do recipiente refere-se à área de superfície necessária por unidade de volume, expressa em ㎡/100L, que é o principal fator que afecta o custo.
Requisitos de pressão do tanque
Consideremos a recuperação de dióxido de carbono. É necessário manter o CO2 no depósito a uma determinada pressão, pelo que o grande depósito se torna um depósito de pressão e é necessário instalar uma válvula de segurança.
A pressão de trabalho da cuba varia consoante o processo de fermentação. Se for utilizada tanto para a pré-fermentação como para o armazenamento do vinho, deve ser determinada de acordo com o teor de CO2 durante o armazenamento, e a resistência à pressão necessária é superior à de uma cuba utilizada apenas para a pré-fermentação. Quando a pressão atinge a pressão de projeto do depósito de armazenamento, a válvula de segurança deve começar a abrir. A pressão máxima de funcionamento da válvula de segurança é a pressão de projeto mais 10%.
Vácuo do tanque
O vácuo no tanque é causado pela transferência ou limpeza interna da série de cubas de fermentação em condições fechadas. A velocidade de alimentação do fermentador grande é muito rápida e é gerada uma certa pressão negativa. Existe uma parte de gás CO2 que permanece no tanque, que pode ser removido durante a limpeza, pelo que também pode ser criado um vácuo. Os fermentadores de vácuo de grandes dimensões devem estar equipados com dispositivos para evitar o vácuo. A função da válvula de segurança de vácuo é permitir a entrada de ar na cuba e estabelecer um equilíbrio de pressão dentro e fora da cuba.
De acordo com o conteúdo alcalino que entra na solução de limpeza, a quantidade de remoção de CO2 no tanque pode ser calculada, e a quantidade de ar que precisa de entrar no tanque pode ser ainda mais calculada.
Convecção e troca de calor no tanque
A convecção do caldo de fermentação no fermentador depende do efeito do CO2. Todo o líquido de fermentação no tanque cónico forma um gradiente de teor de dióxido de carbono. O líquido fermentado com uma gravidade específica menor tem um impulso para flutuar para cima.
Para além disso, as bolhas de dióxido de carbono que sobem durante a fermentação exercem um efeito de arrastamento sobre o líquido circundante. Devido à agitação do gás gerada pela força de arrastamento e pela força de elevação, o conteúdo do tanque é circulado e a troca de calor em fase mista do líquido de fermentação é promovida. As alterações da temperatura da cerveja durante as operações de arrefecimento podem também provocar a circulação convectiva do conteúdo do depósito.