Gär- und Lagerkeller

Gär- und Lagergefäße

  1. Nathan Bierherstellungsverfahren
    • Aluminium, Korkisolierung, aufgeschweisster Kühlmantel, Konuskühlung
  2. Gär- und Lagertanks im Freien
    • Hauptgärung oder/und Lagerung imr Freien
    • aufgeschweisste Kühltaschen mit Propylen-Glykol-Wasser-Gemisch, Isolierung mit Polyurethanschaum
  3. Zylindrokonische Gär- und Lagertanks
    • kaltgewalzter hochlegierter Chrom-Nickel-Stahl (X 5 Cr Ni 18 9)

ZKT

Vorteile gegenüber offenen Bottichen

  • leichte Automatisierung
  • standardisierbare Verfahrensabläufe für gleichmäßige Bierqualität
  • hohe biologische Sicherheit
  • größere Gär- und Lagerkapazitäten
  • individuelle Druck- und Temperaturregelung
  • bessere Konvektion
  • Gärung, Reifung, Lagerung in einem Tank

Eigenschaften von ZKT

  • Nettovolumen 50-100 % Tagesproduktion
  • Steigraum UG 25 %, OG 40 %
  • Innendruckfestigkeit bis 3 bar

Volumen-Durchmesser

(1)
\begin{equation} V_{Wu} = V_{Zy} + V_K \end{equation}
(2)
\begin{align} V_K = \frac{\pi}{3} \cdot r^2 \cdot H_K \end{align}
(3)
\begin{align} H_{Wu} = X \cdot D_i \end{align}
(4)
\begin{align} H_K = \frac{D_i}{2 \cdot \tan{\frac{\alpha}{2}}} \end{align}
(5)
\begin{align} D_i = \sqrt[3]{\frac{4 \cdot V_{Wu}}{\pi \cdot \left( X + \frac{1}{6 \cdot \tan{\frac{\alpha}{2}}} \right)}} \end{align}
(6)
\begin{align} V_{brutto, UG,ZKG} = 1,25 \cdot V_{netto} \qquad V_{brutto, UG, ZKT} = 1,05 \cdot V_{netto} \end{align}
(7)
\begin{align} H_H = 0,1935 \cdot D_i - 0,455 \cdot s \end{align}
(8)
\begin{align} V_H = 0,1 \cdot D_i^3 \end{align}
(9)
\begin{align} H_S = \frac{4 \cdot (V_S - V_H)}{D_i^2 \cdot \pi} \end{align}

Armaturen

  • CO2-Anschluss
  • CIP-Anschluss
  • Schauglas mit Beleuchtung
  • Vakuumventil
  • Sicherheitsventil
  • Vollmeldesonde

Aufstellungsarten

  • indoor
    • nicht isoliertes Geb, ZKT isoliert
    • isoliertes Geb, ZKT nicht isoliert
  • outdoor
    • isolierte ZKT, geschlossener Bedienungsraum
    • isolierte ZKT, seperater Bedinungsgang
    • isolierte ZKT, Ringfundament
    • isolierte ZKT, Bedienung vom Nebengebäude

Anzahl Gärtanks

Abhängig von

  • Manipulationszeiten
  • Anzahl Sude
  • Flotationsdauer
  • Arbeitszeiten

Raumbedarf

Berechnung der Breite des Mittelgangs

(10)
\begin{align} B_G = (D_i + 2 \cdot s_{iso}) + s_{Ab} - 2 \cdot \tan{\frac{\alpha}{2}} \cdot (H_G-H_B) \end{align}

Gärdiagramme

  • Zweitankverfahren
    • Schlauchen in ZKT nach Extraktabnahme und Kühlung
  • Eintankverfahren
    • nach Ende der Hauptgärung Kühlen im selben Tank

Kältebedarf

  • Aus ZKT sind abzuführen
    • Gärwärme (qA = ca. 587 kJ/kg vergorenem Extrakt)
    • Abkühlung auf Lagertemperatur
    • Wärmeeintrag aus Umgebung
(11)
\begin{align} Q_E = \Delta m \cdot q_A = \Delta E \cdot V_{Wu} \cdot \rho_{Wu} \cdot q_A \end{align}
(12)
\begin{align} Q_1 = V_{Wu} \cdot \rho_{Wu} \cdot c_{Wu} \cdot (t_1 - t_2) \end{align}

Der Kältebedarf ist die Abgabe der Gärwärme QE minus evtl. auftretenden Erwärmungen beim Gären plus der Abkühlungen.

(13)
\begin{align} \dot{Q} = \frac{Q}{\tau} \end{align}

Strömungen

  • Temperatur überhalb der maximalen Dichte
    • Tankwand: von oben nach unten
    • Mitte: unten nach oben
    • kälteste Bier ist unten
  • Temperatur unterhalb maximalen Dichte
    • kältestes Bier ist oben
    • Konuskühlung erforderlich

Kühlsysteme

  1. Raumkühlung
  2. externer Wärmeüberträger
  3. Aufgeschweißte Kühlflächen
    • Konuskühlzone
      • ausreichende Wärmeübertragunsfläche
      • kein Anfrieren von Hefe
    • Zargenkühlzonen
      • mehrere Zargenkühlzonen
      • NH3 von oben in Zone einspritzen
      • gefluteter Betrieb von unten: statische Flüssigkeitssäule
      • indirekte Kühlung: Kälteträger tritt unten ein, oben aus
    • Kühlzone (KZ), z.B. 3 Zargenkühlzonen
    • Kühlzüge (Zü), Zonen haben parallele Züge, z.B. 4
    • Windungen pro Züge (Wd), z.B. 10

Wärmeübertragungsfläche AKZ, wobei tK Teilung der Kühlprofile ist

(14)
\begin{align} A_{KZ} = D_i \cdot \pi \cdot \t_k \cdot n_{Zu} \cdot n_{Wd} \end{align}

Berechnung zur Kühlflächenauslegung

indirekte Verdampfung
Wärmeabgabe Bier

(15)
\begin{align} \dot{Q}(\tau) = V_{netto} \cdot \rho_B \cdot c_{pB} \cdot \frac{dt_B(\tau)}{d \tau} \end{align}

Wärmedurchgang

(16)
\begin{align} \dot{Q}(\tau) = k \cdot A \left( t_B(\tau) - \frac{t_{KT,A}(\tau) - t_{KT,E}}{2} \right) \end{align}

Wärmeaufnahme Kälteträger

(17)
\begin{align} \dot{Q}(\tau) = \dot{m}_{KT} \cdot c_{pKT} \cdot ( t_{KT,A}(\tau) - t_{KT,E}) \end{align}

direkte Verdampfung
Wärmeabgabe Bier

(18)
\begin{align} \dot{Q}(\tau) = V_{netto} \cdot \rho_B \cdot c_{pB} \cdot \frac{dt_B(\tau)}{d \tau} \end{align}

Wärmedurchgang

(19)
\begin{align} \dot{Q}(\tau) = k \cdot A (t_B(\tau) - t_0) \end{align}

Wärmeaufnahme Kältemittel

(20)
\begin{align} \dot{Q}(\tau) = x_{KM,A} \cdot \dot{m}_{KM} \cdot r(t_0) \end{align}

Wärmeübertragung

Hier müssen die drei dimensionslosen Kennzahlen Grashof, Prandtl und Nusselt verwendet werden. Unter anderem sollte noch zwischen laminarer und turbulenter Strömung unterschieder werden.

Der Wärmedurchgangskoeffizient des Kältemittels oder Trägers hat bei einer bestimmten Biertemperatur sein Minium (ca. 3 °C)

Biertemperatur beim Abkühlen

Zur Berechnung muss die Energiebilanz um den ZKT als geschlossenes System aufgestellt werden mit Qk als Kälteleistung, QA Wärmestrom von Außen und QR als Reaktionswärmestrom.

(21)
\begin{eqnarray} \frac{d(m_B \cdot u}{d \tau} = - \dot{Q}_K + \dot{Q}_A + \dot{Q}_R = \\ - k_k \cdot A \cdot (t_B - t_0) + k_A \cdot A \cdot (t_A - t_0) + \Delta H_R \cdot \Delta \dot{m}_E \\ \Delta \dot{m}_E = \frac{V_B \cdot \rho_B \cdot (E_1 - E_0}{\Delta \tau} \end{eqnarray}

Auch hier hoffe ich nicht, dass es in der Prüfung ausführlich dran kommt. Hauptsache man kennt die Rahmenbedinugen und was alles beachtet werden muss.

Rohrleitungsnetz

Kriterien

  • leichte Bedienbarkeit
  • Übersichtlichkeit
  • Mikrobiologische Sicherheit
  • CIP-Reinigungsfähigkeit
  • Sicherheit gegen Fehlbedingungen
  • Personalaufwand
  • Investitions- und Betriebskosten und Umweltfreundlichkeit

Schläuche

  • hoher Personalaufwand
  • keine Automatisierung
  • keine mikrobiologische Sicherheit
  • einfache, flexible Verbindung
  • Biegeradien beachten
  • einfache Produktionserweiterung
  • klassische Arbeitsweise
  • Kompensation von Wärmeausdehnungen

Rohrzaun

  • Führung übereinander längs Bediengang
  • Verbindung mit kurzen Schläuchen oder Schwenkbögen
  • Festlegung der Funktion der einzelnen Rohre
  • einzelne Tanks oder in Gruppen an Rohrzaun anschließen
  • kostengünstig und übersichtlich
  • kostengünstige Klappenventile
  • beweglich gelagert → Heißreinigung möglich

Funktionspaneel

  • einzelne Leitungen von hinten druch Platte mit Klappenventil verschlossen
  • Anschlussstücke verbinden Leitungen
  • Festlegung der genauen Funktion des Panels
  • Vorfertigung beim Hersteller

Ventilknoten

  • vollautomatisches Rohrleitungssystem
  • Zusammenfassung von Ventilen in Ventilknoten
  • Produkte und Reinigungsmedien können kreuzen
  • Doppelsitzventile mit Leckageerkennung
  • lange Rohrleitungsstrecken bis Ventilknoten
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Seiten Revision: 2, zuletzt bearbeitet: 21 Mar 2011 13:55
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