Dans l’industrie de la bière, le matériau de fabrication des fermenteurs est progressivement passé de l’acier au carbone traditionnel à l’acier inoxydable. Les fermenteurs en acier inoxydable répondent non seulement mieux aux exigences du processus en termes de technologie de fermentation, mais présentent également des avantages irremplaçables en termes de coût d’investissement global et d’entretien ultérieur.

1. matériaux et réfrigération des fermenteurs en acier au carbone

1.1Matériau

Les cuves traditionnelles en acier au carbone sont généralement fabriquées dans un matériau ( ). Après la fabrication du corps de la cuve, il est nécessaire de poncer la surface intérieure de la cuve, de la sabler pour éliminer la rouille et d’appliquer un revêtement anticorrosion interne ( ). Toutes ces opérations doivent être effectuées à l’intérieur du réservoir ; les conditions de travail sont difficiles, ce qui n’est pas propice à la protection de la sécurité des travailleurs et au suivi de l’inspection de la qualité du réservoir. Après la pulvérisation du revêtement anticorrosion interne, la rugosité de la paroi interne est limitée et il est difficile de respecter l’environnement aseptique requis pour le brassage actuel de la bière pression. La durée de vie du revêtement anticorrosion interne est courte, généralement d’environ ( ) ans, et une fois qu’il est tombé, il n’est pas facile de le découvrir à temps, ce qui affecte la qualité de la bière. Chaque entretien et remplacement du revêtement anticorrosion interne prend du temps et est laborieux, ce qui affecte le programme de production normal de la bière.

1.2 Réfrigération

En raison des limitations des matériaux, les fermenteurs de bière traditionnels en acier au carbone utilisent principalement de l’alcool et de l’eau comme réfrigérant et sont refroidis par une gaine en demi-tube. Non seulement cela augmente l’investissement et gaspille de l’énergie, mais cela présente aussi le risque potentiel que le réfrigérant fuie dans la cuve et contamine le liquide de la bière. Le refroidissement alcool-eau fonctionne comme suit : l’ammoniac liquide absorbe la chaleur et s’évapore dans l’évaporateur, ce qui refroidit l’alcool-eau dans le bassin d’alcool-eau. L’eau alcoolisée est pompée dans l’enveloppe du fermenteur pour refroidir le liquide de fermentation dans la cuve. Après avoir absorbé la chaleur à l’intérieur de la cuve, la température de l’eau alcoolisée augmente et retourne dans le bassin d’eau alcoolisée pour être à nouveau refroidie. Une fois que l’ammoniac liquide s’est évaporé en absorbant la chaleur dans l’évaporateur, il devient de l’ammoniac gazeux ; après la séparation gaz-liquide, l’ammoniac gazeux est aspiré dans le compresseur pour être comprimé, puis condensé en ammoniac liquide par le condenseur et entre dans le réservoir de stockage de l’ammoniac liquide. L’ammoniac liquide dans le réservoir de stockage entre à nouveau dans l’évaporateur pour absorber la chaleur et s’évaporer, circulant ainsi. Cette méthode de réfrigération nécessite un investissement important et entraîne d’importantes pertes d’énergie. La fabrication de l’enveloppe du demi-tube se fait généralement par enroulement ascendant à une hélice ou par enroulement ascendant parallèle à plusieurs hélices ; quelle que soit la méthode utilisée, il est inévitable que le demi-tube recouvre les joints circonférentiels et les joints longitudinaux de la bouteille. Lors de la fabrication, un contrôle radiographique est nécessaire pour les soudures couvertes par l’enveloppe, ce qui augmente le coût de fabrication et la durée de construction. Malgré cela, des fuites au niveau des soudures peuvent toujours se produire. Dans ce cas, l’alcool et l’eau s’infiltrent directement dans le fermenteur par les soudures et contaminent le liquide de la bière.

2. matériaux et réfrigération des fermenteurs en acier inoxydable

2.1Matériau

En comparaison, les fermenteurs en acier inoxydable présentent des avantages évidents. Les fermenteurs en acier inoxydable utilisent un matériau ( ). La surface intérieure est automatiquement polie mécaniquement ; la rugosité maximale peut atteindre ( ), et la texture de polissage est cohérente avec la direction de l’écoulement de l’eau CIP, réalisant ainsi un véritable « nettoyage sans résidu ». Dans des conditions normales d’utilisation, il n’est pratiquement pas nécessaire de pénétrer dans la cuve pour en entretenir les parois ; la durée de vie des fermenteurs en acier inoxydable peut atteindre ( ) ans. Les travaux de polissage, d’ajustement et d’installation de la cuve sont tous réalisés à basse altitude ; l’environnement de travail des ouvriers est sûr et propice au contrôle de la qualité.

2.2 Réfrigération

En termes de réfrigération, les fermenteurs en acier inoxydable ont plus de choix. Outre le système traditionnel de refroidissement alcool-eau par demi-tube manuel soudé à l’arc sous argon, ils peuvent également utiliser l’enveloppe en nid d’abeille la plus avancée, soudée au laser et formée par bombage, avec un refroidissement direct à l’ammoniac liquide. L’enveloppe en nid d’abeille soudée au laser est fabriquée en laminant deux plaques d’acier d’épaisseurs différentes. Le soudage au laser est utilisé pour souder fermement les deux plaques selon un certain modèle géométrique, puis de l’eau est remplie entre les deux plaques et pressurisée de sorte que la plaque mince se renfle dans les zones non soudées pour prendre une forme d’arc convexe. L’échange de chaleur de l’ammoniac liquide dans l’enveloppe est essentiellement un processus d’absorption de chaleur, de gazéification, d’ébullition et de transfert de chaleur de l’ammoniac liquide. Le transfert de chaleur par ébullition est l’une des méthodes de conversion énergétique les plus efficaces dans les processus thermodynamiques actuels ; lorsque l’ammoniac liquide s’écoule dans l’enveloppe, en raison de la modification de la largeur de la section transversale du canal et de l’obstruction des zones soudées, le liquide dans la cavité est très sujet aux turbulences, et les performances de transfert de chaleur sont améliorées.

Par rapport au système de refroidissement alcool-eau, le système de refroidissement à l’ammoniac élimine le cycle d’échange thermique dans lequel l’ammoniac liquide est évaporé pour refroidir l’eau alcoolisée et l’eau alcoolisée refroidit le liquide de la bière à l’intérieur du fermenteur, ce qui permet d’éviter la perte d’énergie thermique intermédiaire et de réaliser des économies d’énergie. En même temps, il élimine l’évaporateur d’ammoniac, le bassin d’eau alcoolisée, l’eau alcoolisée et la perte causée par la volatilisation de l’eau alcoolisée, ce qui permet d’économiser l’investissement et de réduire l’espace au sol. Lors de la fabrication, l’enveloppe en nid d’abeille soudée au laser peut être divisée en plusieurs parties. Lorsque l’enveloppe est soudée au cylindre, les soudures longitudinales et circonférentielles du cylindre peuvent être évitées. De cette manière, pour le fermenteur, la possibilité que l’ammoniac liquide réfrigérant s’infiltre dans le liquide de fermentation dans le réservoir par les cordons de soudure est éliminée, ce qui améliore la sécurité d’utilisation. En outre, les exigences en matière de détection des défauts pour les cordons de soudure longitudinaux et circonférentiels du cylindre sont également réduites, ce qui permet d’économiser les coûts de détection des défauts. Les cordons de soudure au laser sont étroits, la zone affectée thermiquement est petite, la contrainte thermique est faible et la déformation de la soudure est faible. Par conséquent, les plaques alvéolaires soudées au laser présentent une résistance et une rigidité extrêmement élevées, ainsi qu’une bonne qualité. Les données d’essai prouvent que la pression d’éclatement de l’enveloppe en nid d’abeilles soudée au laser est bien plus élevée que celle d’autres enveloppes soudées de la même épaisseur de plaque et des mêmes dimensions structurelles. L’ensemble de l’enveloppe soudée au laser est automatiquement soudé à l’intérieur par une machine à souder au laser conformément aux programmes, et il n’y a pas de situation comme le soudage manuel à l’arc sous argon qui est affecté par les conditions météorologiques, le niveau de compétence du soudeur, les émotions, etc. qui affecteraient la qualité de la soudure. Les fermenteurs utilisant des enveloppes soudées au laser peuvent être fabriqués en sections segmentées : le soudage au laser de la partie de l’enveloppe du cylindre est réalisé dans l’usine de fabrication de l’équipement, ce qui raccourcit la période de construction sur site et réduit les exigences relatives au chantier de construction sur site.

3. le plus grand changement structurel entre les fermenteurs en acier inoxydable et les fermenteurs en acier au carbone

En fait, en raison des différences de matériaux, la plus grande modification structurelle entre les fermenteurs en acier inoxydable et les fermenteurs en acier au carbone est l’enveloppe. Le remplacement des deux formes d’enveloppe (comme le montrent les figures (1 ) et (2 )) est déjà une tendance dans l’industrie de la bière ! Depuis le projet Qingdao Beer (Jinan) en 2007, tous les nouveaux projets de brasserie de Qingdao Beer ont, sans exception, choisi l’enveloppe en nid d’abeille soudée au laser.

Fig. (1 ) Gaine en nid d’abeille en acier inoxydable soudée au laser

Fig. (2 ) Gaine demi-tube en acier au carbone

D’après ce qui précède, il n’est pas difficile de constater que les fermenteurs en acier inoxydable sont supérieurs aux fermenteurs traditionnels en acier au carbone en ce qui concerne les exigences du processus, l’utilisation, l’entretien et l’investissement global, et qu’ils constituent la tendance inévitable du développement des fermenteurs de bière.

Les références

Li, Xiaobin. « Application of Stainless Steel Beer Fermenters ». Beverage Industry, vol. 15, no. 9, 2012, pp. 38-39. doi:10.3969/j.issn.1007-7871.2012.09.010.