Nell’industria della birra, il materiale di produzione dei fermentatori è passato gradualmente dal tradizionale acciaio al carbonio all’acciaio inossidabile. I fermentatori in acciaio inox non solo soddisfano meglio i requisiti di processo in termini di tecnologia di fermentazione, ma mostrano anche vantaggi insostituibili per quanto riguarda i costi di investimento complessivi e la successiva manutenzione.

1.Materiale e refrigerazione dei fermentatori in acciaio al carbonio

1.1Materiale

I fermentatori tradizionali in acciaio al carbonio sono generalmente realizzati in materiale ( ). Dopo la fabbricazione del corpo del serbatoio, è necessario smerigliare la superficie interna del serbatoio, sabbiare per rimuovere la ruggine e applicare un rivestimento interno anticorrosione ( ). Tutte queste operazioni devono essere eseguite all’interno del serbatoio; le condizioni di lavoro sono difficili, il che non favorisce la protezione della sicurezza dei lavoratori e il controllo della qualità del serbatoio. Dopo aver spruzzato il rivestimento interno anticorrosione, la rugosità della parete interna è limitata ed è difficile rispettare l’ambiente asettico richiesto dall’attuale produzione di birra alla spina. La durata del rivestimento interno anticorrosione è breve, in genere circa ( ) anni, e dopo la sua caduta non è facile scoprirlo in tempo, compromettendo la qualità della birra. La manutenzione e la sostituzione del rivestimento interno anticorrosione richiedono tempo e fatica e incidono sul normale programma di produzione della birra.

1.2Riforma

A causa delle limitazioni dei materiali, i fermentatori di birra tradizionali in acciaio al carbonio utilizzano per lo più acqua e alcol come refrigerante e vengono raffreddati attraverso una camicia a mezzo tubo. Questo non solo aumenta l’investimento e lo spreco di energia, ma comporta anche il potenziale pericolo che il refrigerante possa fuoriuscire dal serbatoio e contaminare il liquido della birra. Il raffreddamento alcol-acqua funziona come segue: l’ammoniaca liquida assorbe calore ed evapora nell’evaporatore, raffreddando l’alcol-acqua nella vasca dell’alcol-acqua. L’acqua alcolica viene pompata nella camicia del fermentatore per raffreddare il liquido di fermentazione nel serbatoio. Dopo aver assorbito il calore all’interno del serbatoio, la temperatura dell’alcol-acqua si alza e ritorna nel serbatoio dell’alcol-acqua per essere nuovamente raffreddata. Dopo che l’ammoniaca liquida evapora assorbendo calore nell’evaporatore, si trasforma in ammoniaca gassosa; dopo la separazione gas-liquido, l’ammoniaca gassosa viene aspirata nel compressore per essere compressa, quindi condensata in ammoniaca liquida dal condensatore ed entra nel serbatoio di stoccaggio dell’ammoniaca liquida. L’ammoniaca liquida nel serbatoio di stoccaggio entra nuovamente nell’evaporatore per assorbire calore ed evaporare, circolando così. Questo metodo di refrigerazione richiede grandi investimenti e comporta gravi perdite di energia. La fabbricazione della camicia del semitubo avviene generalmente con avvolgimento a singola elica verso l’alto o con avvolgimento parallelo a più eliche verso l’alto; indipendentemente dal metodo utilizzato, è inevitabile che il semitubo copra le giunture circonferenziali e longitudinali del cilindro. Durante la fabbricazione, è necessaria un’ispezione radiografica per le saldature coperte dal rivestimento, con conseguente aumento dei costi di produzione e dei tempi di costruzione. Nonostante ciò, è possibile che si verifichino delle perdite di saldatura. Una volta verificatesi le perdite, l’acqua e l’alcol penetreranno direttamente nel fermentatore attraverso le saldature e contamineranno il liquido della birra.

2.Materiale e refrigerazione dei fermentatori in acciaio inox

2.1Materiale

In confronto, i fermentatori in acciaio inox presentano evidenti vantaggi. I fermentatori in acciaio inox utilizzano il materiale ( ). La superficie interna viene automaticamente lucidata meccanicamente; la rugosità massima può raggiungere ( ) e la struttura di lucidatura è coerente con la direzione del flusso dell’acqua CIP, ottenendo così una “pulizia senza residui”. In condizioni di utilizzo normale, non è praticamente necessario entrare nel serbatoio per mantenere la parete del serbatoio; la vita utile dei fermentatori in acciaio inox può raggiungere ( ) anni. Le operazioni di lucidatura, montaggio e installazione del serbatoio sono tutte completate a bassa quota; l’ambiente operativo dei lavoratori è sicuro e favorisce anche il controllo della qualità.

2.2Riformazione

In termini di refrigerazione, i fermentatori in acciaio inox hanno più possibilità di scelta. Oltre a utilizzare il tradizionale raffreddamento manuale ad arco di argon saldato a mezzo tubo alcool-acqua, possono anche utilizzare la più avanzata camicia a nido d’ape saldata al laser e formata da un rigonfiamento con raffreddamento diretto ad ammoniaca liquida. La camicia a nido d’ape con saldatura laser è realizzata laminando due lastre d’acciaio di diverso spessore. La saldatura laser viene utilizzata per saldare saldamente le due lastre in un determinato schema geometrico, quindi l’acqua viene riempita tra le due lastre e pressurizzata in modo che la lastra sottile si rigonfi nelle aree non saldate in una forma ad arco convesso. Lo scambio di calore dell’ammoniaca liquida nella camicia consiste essenzialmente nel processo di assorbimento del calore da parte dell’ammoniaca liquida, nella gassificazione, nell’ebollizione e nel trasferimento di calore. Il trasferimento di calore per ebollizione è uno dei metodi di conversione dell’energia più efficaci nei processi termodinamici odierni; quando l’ammoniaca liquida scorre nella camicia, a causa della variazione della larghezza della sezione trasversale del canale e dell’ostruzione delle aree saldate, il liquido nella cavità è molto soggetto a turbolenze e le prestazioni di trasferimento del calore migliorano.

Rispetto al sistema di raffreddamento ad acqua e alcool, il sistema di raffreddamento ad ammoniaca elimina il ciclo di scambio termico in cui l’ammoniaca liquida viene fatta evaporare per raffreddare l’acqua e l’acqua raffredda il liquido della birra all’interno del fermentatore, evitando la perdita di energia termica intermedia e ottenendo un risparmio energetico. Allo stesso tempo, elimina anche l’evaporatore di ammoniaca, la piscina di acqua e alcol e le perdite causate dalla volatilizzazione dell’acqua e dell’alcol, risparmiando investimenti e riducendo lo spazio a disposizione. Nella produzione, la camicia a nido d’ape saldata al laser può essere divisa in pezzi segmentati. Quando la camicia viene saldata al cilindro, è possibile evitare i cordoni di saldatura longitudinali e circonferenziali del cilindro. In questo modo, per il fermentatore, si elimina la possibilità che l’ammoniaca liquida refrigerante si infiltri nel liquido di fermentazione del serbatoio attraverso i cordoni di saldatura, migliorando la sicurezza d’uso. Inoltre, i requisiti di rilevamento dei difetti per i cordoni di saldatura longitudinali e circonferenziali del cilindro sono ridotti, con un conseguente risparmio sui costi di rilevamento dei difetti. I cordoni di saldatura laser sono stretti, la zona interessata dal calore è piccola, lo stress termico è ridotto e la deformazione di saldatura è minima. Pertanto, le piastre alveolari saldate al laser hanno una resistenza e una rigidità estremamente elevate e una buona qualità. I dati dei test dimostrano che la pressione di scoppio del rivestimento a nido d’ape saldato al laser è di gran lunga superiore a quella di altri rivestimenti con metodo di saldatura dello stesso spessore della piastra e delle stesse dimensioni strutturali. L’intera camicia saldata al laser viene saldata automaticamente all’interno da una saldatrice laser secondo i programmi, senza che la saldatura manuale ad arco di argon sia influenzata dalle condizioni atmosferiche, dal livello di abilità del saldatore, dalle emozioni e così via, che potrebbero influire sulla qualità della saldatura. I fermentatori che utilizzano camicie saldate al laser possono essere prodotti in sezioni segmentate: la saldatura al laser della porzione di camicie del cilindro viene completata nell’impianto di produzione dell’apparecchiatura, abbreviando il periodo di costruzione in loco e riducendo i requisiti del sito di costruzione.

3.Il più grande cambiamento strutturale tra i fermentatori in acciaio inox e i fermentatori in acciaio al carbonio

In effetti, a causa dei diversi materiali, il più grande cambiamento strutturale tra i fermentatori in acciaio inox e quelli in acciaio al carbonio è la camicia. La sostituzione delle due forme di camicia (come mostrato in Fig. (1 ) e Fig. (2 )) è già una tendenza nel settore della birra! Dal progetto di Qingdao Beer (Jinan) del 2007, tutti i nuovi progetti di birrificio di Qingdao Beer hanno scelto, senza eccezioni, la camicia a nido d’ape saldata al laser.

Fig. (1 ) Camicia a nido d’ape saldata al laser in acciaio inossidabile

Fig. (2 ) Camicia in acciaio al carbonio a mezzo tubo

Da quanto detto sopra, non è difficile capire che i fermentatori in acciaio inossidabile sono superiori ai tradizionali fermentatori in acciaio al carbonio per quanto riguarda i requisiti di processo, l’uso, la manutenzione e l’investimento complessivo e rappresentano la tendenza inevitabile dello sviluppo dei fermentatori per birra.

Riferimenti

Li, Xiaobin. “Applicazione dei fermentatori di birra in acciaio inox”. Beverage Industry, vol. 15, n. 9, 2012, pp. 38-39. doi:10.3969/j.issn.1007-7871.2012.09.010.