In der Bierindustrie hat sich das Herstellungsmaterial von Fermentern allmählich von traditionellem Kohlenstoffstahl auf Edelstahl verlagert. Fermenter aus Edelstahl erfüllen nicht nur die verfahrenstechnischen Anforderungen besser, sondern bieten auch unersetzliche Vorteile bei den umfassenden Investitionskosten und der späteren Wartung.

1. das Material und die Kühlung von Fermentern aus Kohlenstoffstahl

1.1Material

Herkömmliche Gärbehälter aus Kohlenstoffstahl sind in der Regel aus ( ) Material hergestellt. Nach der Herstellung des Tankkörpers muss die Innenfläche des Tanks geschliffen, sandgestrahlt und mit einer Korrosionsschutzbeschichtung ( ) versehen werden. Diese Arbeiten müssen alle im Inneren des Tanks durchgeführt werden. Die Arbeitsbedingungen sind rau, was für die Sicherheit der Arbeiter und die Qualitätskontrolle des Tanks nicht förderlich ist. Nach dem Aufsprühen der internen Antikorrosionsbeschichtung ist die Rauheit der Innenwand begrenzt, und es ist schwierig, die aseptischen Bedingungen zu erfüllen, die für das aktuelle Fassbierbrauen erforderlich sind. Die Lebensdauer der inneren Korrosionsschutzbeschichtung ist kurz, im Allgemeinen etwa ( ) Jahre, und wenn sie abfällt, ist es nicht einfach, sie rechtzeitig zu entdecken, was die Bierqualität beeinträchtigt. Jedes Mal, wenn die interne Korrosionsschutzbeschichtung gewartet und ersetzt werden muss, ist dies zeitaufwändig und mühsam und beeinträchtigt den normalen Produktionsplan für Bier.

1.2Refrierung

Aufgrund von Materialbeschränkungen verwenden traditionelle Bierfermenter aus Kohlenstoffstahl meist Alkohol-Wasser als Kühlmittel und werden durch einen Halbrohrmantel gekühlt. Das erhöht nicht nur die Investitionen und verschwendet Energie, sondern birgt auch die Gefahr, dass das Kühlmittel in den Tank gelangt und die Bierflüssigkeit verunreinigt. Die Alkohol-Wasser-Kühlung funktioniert folgendermaßen: Flüssiges Ammoniak nimmt Wärme auf und verdampft im Verdampfer, wodurch das Alkohol-Wasser im Alkohol-Wasser-Pool gekühlt wird. Das Alkohol-Wasser wird in den Fermentermantel gepumpt, um die Gärflüssigkeit im Tank zu kühlen. Nachdem es die Wärme im Tank absorbiert hat, steigt die Temperatur des Alkohol-Wassers an und kehrt in den Alkohol-Wasser-Pool zurück, um erneut gekühlt zu werden. Nachdem das flüssige Ammoniak durch die Aufnahme von Wärme im Verdampfer verdampft ist, wird es zu gasförmigem Ammoniak. Nach der Gas-Flüssigkeits-Trennung wird das gasförmige Ammoniak zur Verdichtung in den Kompressor gesaugt, dann durch den Kondensator zu flüssigem Ammoniak kondensiert und gelangt in den Lagertank für flüssiges Ammoniak. Das flüssige Ammoniak im Lagertank gelangt erneut in den Verdampfer, um Wärme zu absorbieren und zu verdampfen und somit zu zirkulieren. Diese Art der Kühlung erfordert hohe Investitionen und hat einen großen Energieverlust. Bei der Herstellung des Halbrohrmantels wird in der Regel entweder eine einzelne Spirale nach oben gewickelt oder eine Vielzahl von Spiralen parallel nach oben gewickelt; unabhängig davon, welche Methode verwendet wird, ist es unvermeidlich, dass das Halbrohr die Umfangsnähte und die Längsnähte des Zylinders bedeckt. Bei der Herstellung ist für die vom Mantel abgedeckten Schweißnähte eine Röntgenprüfung erforderlich, was die Herstellungskosten und die Bauzeit erhöht. Trotzdem kann es zu Schweißnahtleckagen kommen. Sobald eine Leckage auftritt, sickert Alkohol-Wasser direkt durch die Schweißnähte in den Gärbehälter und verunreinigt die Bierflüssigkeit.

2. material und kühlung von fermentern aus edelstahl

2.1Material

Im Vergleich dazu haben Fermenter aus rostfreiem Stahl offensichtliche Vorteile. Edelstahl-Fermenter bestehen aus ( ) Material. Die Innenfläche wird automatisch mechanisch poliert; die maximale Rauheit kann ( ) erreichen, und die Polierstruktur entspricht der Richtung des CIP-Wasserflusses, so dass wirklich eine „rückstandsfreie Reinigung“ erreicht wird. Bei normalem Gebrauch ist es im Grunde nicht nötig, den Tank zu betreten, um die Tankwand zu pflegen; die Lebensdauer der Edelstahlfermenter kann ( ) Jahre erreichen. Die Polier-, Montage- und Installationsarbeiten des Tanks werden alle in geringer Höhe durchgeführt; die Arbeitsumgebung der Arbeiter ist sicher und dient auch der Qualitätskontrolle.

2.2Refrierung

In Bezug auf die Kühlung haben Edelstahl-Fermenter mehr Auswahlmöglichkeiten. Neben der traditionellen manuellen Argon-Lichtbogen-geschweißten Halbrohr-Alkohol-Wasser-Kühlung können sie auch den modernsten lasergeschweißten, wulstförmigen Wabenmantel mit direkter Flüssig-Ammoniak-Kühlung verwenden. Der lasergeschweißte, wulstförmige Wabenmantel wird durch Laminieren von zwei Stahlplatten unterschiedlicher Dicke hergestellt. Durch Laserschweißen werden die beiden Platten in einem bestimmten geometrischen Muster fest miteinander verschweißt. Anschließend wird Wasser zwischen die beiden Platten gefüllt und unter Druck gesetzt, so dass sich die dünne Platte in den nicht verschweißten Bereichen zu einer konvexen Bogenform auswölbt. Der Wärmeaustausch von flüssigem Ammoniak im Mantel ist im Wesentlichen ein Prozess, bei dem flüssiges Ammoniak Wärme absorbiert, vergast, siedet und Wärme überträgt. Die Wärmeübertragung durch Sieden ist eine der effektivsten Energieumwandlungsmethoden in den heutigen thermodynamischen Prozessen. Wenn flüssiges Ammoniak im Mantel fließt, ist die Flüssigkeit im Hohlraum aufgrund der Änderung der Kanalquerschnittsbreite und der Behinderung der geschweißten Bereiche sehr anfällig für Turbulenzen, und die Wärmeübertragungsleistung wird verbessert.

Im Vergleich zum Alkohol-Wasser-Kühlsystem eliminiert das Ammoniak-Kühlsystem den Wärmeaustauschkreislauf, bei dem flüssiges Ammoniak verdampft wird, um Alkohol-Wasser zu kühlen, und Alkohol-Wasser die Bierflüssigkeit im Gärbehälter kühlt, wodurch der zwischenzeitliche Wärmeenergieverlust vermieden und Energieeinsparungen erzielt werden. Gleichzeitig entfallen der Ammoniakverdampfer, der Alkohol-Wasser-Pool, das Alkohol-Wasser und der Verlust durch die Alkohol-Wasser-Verflüchtigung, was Investitionen spart und den Platzbedarf reduziert. Bei der Herstellung kann der lasergeschweißte Wabenmantel in einzelne Segmente unterteilt werden. Wenn der Mantel mit dem Zylinder verschweißt wird, können die Längs- und Umfangsschweißnähte des Zylinders vermieden werden. Auf diese Weise wird für den Fermenter die Möglichkeit ausgeschlossen, dass das flüssige Kältemittel Ammoniak durch die Schweißnähte in die Gärflüssigkeit im Tank eindringt, was die Sicherheit bei der Verwendung verbessert. Darüber hinaus werden die Anforderungen an die Fehlererkennung für die Längs- und Umfangsschweißnähte des Zylinders reduziert, wodurch Kosten für die Fehlererkennung eingespart werden. Die Laserschweißnähte sind schmal, die wärmebeeinflusste Zone ist klein, die thermische Belastung ist gering und die Schweißverformung ist gering. Daher weisen lasergeschweißte Wabenplatten eine extrem hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie eine gute Qualität auf. Testdaten belegen, dass der Berstdruck des lasergeschweißten Wabenmantels weitaus höher ist als der anderer Schweißmäntel mit der gleichen Blechdicke und den gleichen strukturellen Abmessungen. Der gesamte lasergeschweißte Mantel wird von einer Laserschweißmaschine automatisch und programmgesteuert in Innenräumen geschweißt. Es gibt keine Situation wie beim manuellen Argon-Lichtbogenschweißen, die durch das Wetter, die Fähigkeiten des Schweißers, Emotionen usw. beeinflusst wird und die Schweißqualität beeinträchtigt. Fermenter mit lasergeschweißten Mänteln können in Segmenten hergestellt werden: Das Laserschweißen des Mantelteils des Zylinders wird in der Produktionsstätte der Anlage abgeschlossen, was die Bauzeit vor Ort verkürzt und die Anforderungen an die Baustelle reduziert.

3) Der größte strukturelle Unterschied zwischen Fermentern aus rostfreiem Stahl und Fermentern aus Kohlenstoffstahl

Aufgrund der unterschiedlichen Materialien ist die größte strukturelle Veränderung zwischen Fermentern aus Edelstahl und Fermentern aus Kohlenstoffstahl der Mantel. Der Austausch der beiden Mantelformen (wie in Abb. (1) und Abb. (2) dargestellt) ist bereits ein Trend in der Bierindustrie! Seit dem Projekt von Qingdao Beer (Jinan) im Jahr 2007 haben alle neuen Brauereiprojekte von Qingdao Beer ausnahmslos den lasergeschweißten Wabenmantel gewählt.

Abb. (1 ) Lasergeschweißter Wabenmantel aus Edelstahl

Abb. (2 ) Halbrohrmantel aus Kohlenstoffstahl

Aus den obigen Ausführungen geht unschwer hervor, dass Fermenter aus Edelstahl den traditionellen Fermentern aus Kohlenstoffstahl in Bezug auf die Prozessanforderungen, die Nutzung, die Wartung und die umfassenden Investitionen überlegen sind und den unvermeidlichen Trend in der Entwicklung von Bierfermentern darstellen.

Referenzen

Li, Xiaobin. „Anwendung von Bierfermentern aus Edelstahl.“ Beverage Industry, vol. 15, no. 9, 2012, pp. 38-39. doi:10.3969/j.issn.1007-7871.2012.09.010.