Instalatie de Filtrare a Berii cu Kieselgur

INSTALAȚIE DE FILTRARE A BERII CU KIESELGUR

1. INTRODUCERE

2. MATERII PRIME FOLOSITE LA FABRICAREA BERII

2.1. Malțul

2.2. Hameiul

2.3. Drojdia de bere

2.4. Apa

2.5. Înlocuitorii malțului

2.6. Enzime

3. TECHNOLOGIA PRODUCȚIEI DE BERE

3.1. Obținerea mustului de bere

3.2. Măcinarea malțului

3.3. Măcinarea uscată

3.4. Măcinarea uscată cu condiționare prealabilă a malțului

3.5. Măcinarea umedă a malțului

3.6. Plămădirea și zaharificarea plămezii (brasajul)

3.7. Filtrarea plămezii

3.8. Fierberea mustului cu hamei

4. TEHNOLOGIA SISTEMELOR DE FILTARE A BERII

4.1. Filtrarea berii

4.2. Materiele filtrante folosite în sistemele de filtrare a berii

4.3. Tipuri de filtre utilizate în industria berii

4.3.1. Filtru cu plăci și masă filtrantă

4.3.2. Filtru cu plăci și cartoane filtrante

4.3.3. Filtru cu plăci perforate și rame cu cartoane filtrante suport

4.3.4. Filtru-presă cu kieselgur

4.3.5. Filtru cu suport de site (discuri)

4.3.6. Filtrul cu plăci

6.1. Bilanțul termic pentru operația de condiționare și măcinare

6.2. Bilanț termic pentru operația de plămădire

6.3. Determinarea necesarului de aburi pentru plămădire

6.3.1. Determinarea necesarului de abur pentru încălzirea plămezii de malț

6.3.2. Determinarea necesarului de abur pentru încălzirea plămezii de porumb

6.4. Bilanțul termic de fierbere

7. ALEGEREA ȘI DIMENSIONAREA UTILAJELOR

7.1. Moara de măcinare uscată cu instalația de condiționare încorporată

7.2.Cazane de plămădire

7.2.1.Descriere constructivă:

7.2.2. Descriere funcțională:

7.2.3. Calcularea dimensiunilor geometrice a cazanelor de plămădire

7.2.3.1. Dimensionarea a cazanului de plămădire malț

7.2.3.2. Dimensionarea a cazanului de plămădire porumb

7.2.3.3. Dimensionarea racordurilor a cazanului de plămădire malț

7.3. Cazanul de filtrare plămadă

7.3.1. Descriere funcțională

7.3.2. Dimensionarea a cazanului de filtrare plămadă

7.4. Cazanul de fierbere

7.4.1. Descriere funcțională:

7.4.2. Dimensionarea a cazanului de fierbere

7.4.3. Dimensionarea schimbătorului de căldură.

7.5. Dimensionarea și alegerea utilajelor de transport pentru lichide

8. ELEMENTELE DE AUTOMATIZARE, MĂSURĂ ȘI CONTROL NECESARE CONDUCERII PRODUȚIEI ÎN SCHEMA DE LEGĂTURI ADOPTATE

9. NORME GENERALE DE TEHNICA SECURITAȚII MUNCII

10. CALCULUL COSTURILOR DE PRODUCȚIE ȘI A INDICATORILOR DE EFICIENȚĂ ECONOMICĂ

11. BIBLIOGRAFIE

1.INTRODUCERE

Berea este o băutură alcoolică nedistilată, obținută prin fermentarea cu drojdie a unui must realizat din malț, apă și fiert cu hamei. Este considerată o băutură aliment.La fel de veche ca și pâinea, ea însăși denumită „pâine lichidă”, berea ne-a însoțit de-a lungul transformării noastre în persoane civilizate.

Meseria de berar este una din cele mai vechi ocupații. Conform datelor arheologice existente, fierberea berii are un istoric de cca. 4000 de ani. Există documente de pe vremea conducătorului Hadaragi (i.E.n. 1728-1686) din Babilon care prevăd reguli privind consumarea berii.

Berea conține aproximativ 93% apă, un element necesar vieții. Consumând bere putem completa ușor, dar și plăcut necesarul de apă al organismului. În bere există un echilibru foarte sănătos de minerale. Berea are un conținut bogat în potasiu (38 mg/ 100 ml) și sărac în sodiu (5 mg/ 100 ml) fiind însă raportul ideal pentru menținerea unei tensiuni arteriale sănătoase (medii).

Berea conține puțin calciu și mult magneziu într-un procent perfect care previne în timp formarea pietrelor la bilă și rinichi.

Consumatorii de bere au un risc de până la 40% mai mic de apariție a pietrelor la rinichi. Hameiul, element de bază în obținerea berii, conține legături active, care împiedică depunerile nedorite de calciu în oase. Berea asigură și necesarul de substanțe de balast de care are nevoie organismul nostru pentru o digestie mai bună. Acestea provin din cojile malțului de orzoaică.

Berea oferă între 280÷570 kcal/ l în funcție și de conținutul său în alcool.

Berea este și o băutură igienică. Datorită pH – ului scăzut, conținutului în alcool și substanțelor amare din hamei, în bere nu se pot dezvolta și prin ea nu se pot transmite microbi patogeni (Dabija și colab., 2002).

Pe plan mondial se produc în prezent peste 3000 tipuri de bere, numai în Germania și Belgia producându-se în jur de 1000 tipuri. După revoluție au venit și în România diverși investitori specializați în fabricarea berii, cel mai important fiind Heineken care domină piața de bere din țară având fabrici moderne cum sunt fabricile din Reghin, Craiova, Constanța, Târgu Mureș, Hațeg, București, Grivița și chiar în orașul nostru Miercurea Ciuc. Cele mai mari investiții s-au făcut la Miercurea Ciuc, care a ajuns cea mai mare din țară, cu o capacitate de 1,5-2 milioane de hectolitri pe an.

2.MATERII PRIME FOLOSITE LA FABRICAREA BERII

Principalele componente ale berii sunt:

– Malțul

– Hameiul

– Drojdia de bere

– Apa

– Alcoolul etilic

– Dioxidul de carbon

– Înlocuitorii malțului

– Enzime

2.1. Malțul

Principala materie primă utilizată la obținerea berii, este un semifabricat obținut prin germinare în condiții industriale, controlate a orzului sau orzoaicei și uscarea malțului verde rezultat. Malțul este în egală măsură o sursă de substanțe mai complexe sau mai puțin complexe cu rol de substrat și o sursă de enzime, îndeosebi hidrolitice, care, prin acțiunea lor asupra substratului, determină, în fabricarea mustului de bere, formarea extractului.

Un malț de calitate trebuie să îndeplinească trei condiții principale:

– Condiția economică – să aibă un randament în extract cât mai ridicat

– Condiție de calitate – să se încadreze în condiții de calitate

– Condiția sanitară – să corespundă prescripțiilor sanitare

Principala materie primă folosită pentru fabricarea malțului este orzul sau orzoaica. Orzoaica este menționată pentru prima oară abia în jurul anilor 4000 î.d.H. în Europa, ca o formă rară de orz, cultivată de greci și romani. În țara noastră orzul a fost cultivat încă din neolitic, de la începuturile practicării agriculturii.

Orzul-orzoaica constituie principala materie primă pentru fabricarea berii, deoarece:

Boabele de orz-orzoaică au un înveliș păios, aderent, care protejează germenele în timpul procesului de malțificare,

Pe parcursul filtrării mustului, învelișurile păioase ale boabelor formează stratul filtrant care asigură separarea corespunzătoare a mustului de malț din plămada zaharificată,

În timpul procesului tehnologic de obținere a mustului, malțul din orz-orzoaică oferă cel mai bogat echipament enzimatic și substrat pentru acțiunea enzimelor; berea fabricată din malț din orz-orzoaică este considerată a fi cea mai autentică, cu toate că s-a verificat experimental și la nivel industrial că și alte cereale (grâul, secara,) pot conduce la obținerea malțului,

Orzul-orzoaica nu conține substanțe dăunătoare pentru gustul berii.

Din punct de vedere botanic, orzul face parte din familia gramineelor și cuprinde următoarele grupe:

– soiuri cu două rânduri de boabe pe spic (Hordeum distichum);

– soiuri cu șase rânduri de boabe pe spic (Hordeum hexastichum).

În România, majoritatea soiurilor de orz pentru bere aparțin grupei Hordeum distichum, varietățile nutans și erectum, care se mai numesc și orzoaică de primăvară, cultivându-se numai primăvara.

Compoziția chimică a orzului destinat fabricării berii este prezentată în tabelul 1.

Tabelul. 1. Compoziția chimică a orzului destinat fabricării berii.

Amidonul este localizat în endosperm și reprezintă componentul chimic cel mai important calitativ și cantitativ. Conținutul de amidon depinde de soiul de orz, condițiile pedoclimatice și tehnologiile de cultură utilizate. În timpul depozitării, amidonul este folosit de embrion ca substanță nutritivă. La fabricarea berii, constituie principala sursă de extract a mustului de bere.

Proteinele pot varia cantitativ foarte mult în funcție de soiul de orz, de condițiile pedoclimatice, tehnologiile de cultură. Din cantitatea totală de proteine, numai 1/3 trec în bere, având influență asupra calității berii, influențând culoarea, plinătatea gustului, însușirile de spumare, caracteristicile spumei, aroma berii și stabilitatea ei coloidală. Conținutul în proteine scade în timpul fabricării malțului și a berii, datorită hidrolizei enzimatice sau a coagulării.

Lipidele sunt prezente în orz în țesutul aleuronic și în embrion. În proporție de 95% se găsesc sub formă de trigliceride și în cantități mici fosfolipide. Sunt insolubile în apă, rămân nemodificate la malțificare și brasaj și se elimină cu borhotul de malț.

Substanțele minerale prezintă importanță pentru fiziologia bobului la germinare, pentru nutriția drojdiei la fermentare precum și pentru asigurarea condițiilor optime de pH a enzimelor ce intervin la brasaj, deoarece cele mai multe din ele formează sisteme tampon în must și bere.

Substanțele polifenolice sunt localizate în special în învelișul bobului și mai puțin în endosperm. Deși sunt în cantitate mică, ele influențează atât culoarea, gustul, cât și stabilitatea coloidală a berii.

Celuloza și hemicelulozele sunt substanțe de structură a învelișului bobului de orz, conținutul lor variază cu gradul de coacere și cu condițiile climatice de cultură.

Orzul conține cantități importante de vitamine, în special din grupa B (Dabija și colab., 2002).

Bobul de orz conține enzimele necesare maturizării și germinării, însă acestea se găsesc în stare de inactivitate (stare de viață latenă), activitatea lor crescând considerabil în timpul germinării.

Principalele enzime din orz sunt următoarele:

– Β-amilaza, care se găsește în embrion, scutelum, stratul subaleuronic și mai puțin în endosperm. Activitatea acestei enzime crește foarte mult în timpul germinării, deoarece β-amilaza aflată în stare latenă trece în stare activă. Această trecere se datorează acțiunii enzimelor proteolitice sau enzimelor care acționează asupra legăturilor –SS–, care eliberează β-amilaza din complecșii săi. Β-Amilaza este sensibilă la căldură, la uscarea malțului distrugându-se ~ 60 % din β-amilază.

– Α-amilaza, care nu este prezentă în orzul negerminat. Ea este sintetizată de novo la nivelul embrionului, scutelum-ului și stratului aleuronic și difuzează în endosperm. Cantitatea de α-amilaza produsă la germinare depinde de potențialul genetic ala orzului și cantitatea de gibereline și alți fitohormoni prezenți în embrion și scutelum care ajung și în stratul aleuronic. Α-Amilaza este sensibilă la căldură, la uscare activitatea enzimei scăzând cu 20 – 30 %.

– Β-glucanazele, localizate în startul aleuronic, de unde difuzează în endosperm în timpul germinării. Activitatea lor se manifestă asupra pereților celulari, inclusiv din endosperm, care conțin β-glucani, arabinoxilani, pe care îi degradează la compuși cu masa moleculară mai mică. Datorită acestui fapt se facilitează difuzia enzimelor amilolitice la granulele de amidon. Prin acțiunea asupra β-glucanilor și arabinoxilanilor, β-glucanazele facilitează filtrarea plămezii.

– Enzimele proteolitice și lipazele, care se găsesc în orz în embrion și scutelum și în stratul aleuronic.

Alte enzime hidrolitice prezente în orz sunt: hidroperoxid izomeraza (în embrion), α și β-glucozidaza, β-fructofuranozidaza, oxidoreductazele, catalaza.

2.2. Hameiul

Hameiul este o materie primă specifică foarte importantă pentru fabricarea berii, rolul său situându-se imediat după malț, reprezintă „condimentul” care se adaugă berii. Până în prezent nu a fost găsită nici o substanță chimică sintetică care ar putea să înlocuiască cu succes lupulina din conurile de hamei, deci hameiul se bucură de privilegiul de a fi unică materie primă specifică utilizată la fabricarea berii.

Hameiul se folosește în industria berii deoarece acesta: conferă gust amar și aromă specifică berii, îmbunătățește spumă și se viață latenă), activitatea lor crescând considerabil în timpul germinării.

Principalele enzime din orz sunt următoarele:

– Β-amilaza, care se găsește în embrion, scutelum, stratul subaleuronic și mai puțin în endosperm. Activitatea acestei enzime crește foarte mult în timpul germinării, deoarece β-amilaza aflată în stare latenă trece în stare activă. Această trecere se datorează acțiunii enzimelor proteolitice sau enzimelor care acționează asupra legăturilor –SS–, care eliberează β-amilaza din complecșii săi. Β-Amilaza este sensibilă la căldură, la uscarea malțului distrugându-se ~ 60 % din β-amilază.

– Α-amilaza, care nu este prezentă în orzul negerminat. Ea este sintetizată de novo la nivelul embrionului, scutelum-ului și stratului aleuronic și difuzează în endosperm. Cantitatea de α-amilaza produsă la germinare depinde de potențialul genetic ala orzului și cantitatea de gibereline și alți fitohormoni prezenți în embrion și scutelum care ajung și în stratul aleuronic. Α-Amilaza este sensibilă la căldură, la uscare activitatea enzimei scăzând cu 20 – 30 %.

– Β-glucanazele, localizate în startul aleuronic, de unde difuzează în endosperm în timpul germinării. Activitatea lor se manifestă asupra pereților celulari, inclusiv din endosperm, care conțin β-glucani, arabinoxilani, pe care îi degradează la compuși cu masa moleculară mai mică. Datorită acestui fapt se facilitează difuzia enzimelor amilolitice la granulele de amidon. Prin acțiunea asupra β-glucanilor și arabinoxilanilor, β-glucanazele facilitează filtrarea plămezii.

– Enzimele proteolitice și lipazele, care se găsesc în orz în embrion și scutelum și în stratul aleuronic.

Alte enzime hidrolitice prezente în orz sunt: hidroperoxid izomeraza (în embrion), α și β-glucozidaza, β-fructofuranozidaza, oxidoreductazele, catalaza.

2.2. Hameiul

Hameiul este o materie primă specifică foarte importantă pentru fabricarea berii, rolul său situându-se imediat după malț, reprezintă „condimentul” care se adaugă berii. Până în prezent nu a fost găsită nici o substanță chimică sintetică care ar putea să înlocuiască cu succes lupulina din conurile de hamei, deci hameiul se bucură de privilegiul de a fi unică materie primă specifică utilizată la fabricarea berii.

Hameiul se folosește în industria berii deoarece acesta: conferă gust amar și aromă specifică berii, îmbunătățește spumă și stabilitatea coloidală a berii și prezintă acțiune antiseptică, fiind un conservant natural al berii.

Conținutul în substanțe utile ale hameiului depind nu numai de soi ci și de pregătirea după recoltare precum și de condițiile de depozitare a hameiului.

Compoziția chimică a hamelului:

Tabelul.2. Compoziția chimică medie a hameiului

2.3. Drojdia de bere

Drojdia de bere aparține grupei ascosporogene, familia Saccharomycetaceae, genul Saccharomyces.

Din punct de vedere al fermentării există:

Drojdii de fermentație inferioară – Saccharomyces carlsbergensis – care fermentează la temperaturi scăzute, mergând până la 0÷10C și care se depun pe fundul vasului la sfârșitul fermentației;

Drojdii de fermentație superioară – Saccharomyces cerevisiae – care fermentează la temperaturi ridicate, iar la sfârșitul fermentației se ridică la suprafața lichidului.

2.4. Apa

Este a doua materie primă principală, pe lângă malț, care influențează profund calitatea berii. Berea conține cca. 88% apă. Cele mai renumite beri și mai tipice beri fabricate în lume își datorează caracteristicile îndeosebi calității apelor cu care sunt obținute. Principalele domenii de utilizare ale apei, în industria berii, sunt:

– Materie primă propriu-zisă;

– Spălarea utilajelor, ambalajelor și încăperilor tehnologice;

– Producerea aburului;

– Agent de răcire.

Fabricile de bere își pot procura apa necesară în procesul tehnologic din diverse surse. Astfel, se poate utiliza apa de suprafață, mai săracă în săruri, dar de regulă expusă în mai mare măsură poluării, costul apei din aceste surse se mărește cu costul tratamentului de depoluare. Fabricile de bere pot utiliza și apa subterană extrasă din puțuri proprii, care are un grad de

Poluare mai scăzut, o stabilitate mai mare a debitului asigurat, o temperatură uniformă, puritate microbiologică ridicată. Se poate utiliza și apa din rețeaua urbană care îndeplinește condițiile unei ape potabile. Alegerea sursei de apă de către o fabrică de bere ia în considerare calitatea apei și costurile impuse de transportul apei și de tratamentul necesar.

Tabelul. 3. Necesarul de apă

Compoziția chimică a apei are o importanță deosebită. Depinde mult de natură și starea geologică a starturilor străbătute de apa de precipitație care dizolvă din aceste săruri cu care se încarcă.

Apa naturală are un conținut normal de săruri de cca. 500 mg/ l cu care contribuie la sărurile minerale din bere. Deoarece cantitatea de săruri este mică, reprezintă o soluție foarte diluată în care sărurile se găsesc sub formă disociată, de ioni. Cei mai importanți ioni din apa naturală sunt:

Cationii: Na+, K+, H+, NH4+, Ca+2, Mg+2, Mn+2, Fe+2 și Fe+3, Al+3;

Anionii: OH-, Cl-, HCO3-, NO3-, NO2-, ȘO42-, PO43-, SiO32-;

Pentru fabricarea berii cei mai importanți sunt ionul bicarbonic (HCO3-) și ionii de Ca+2 și Mg+2. Rar prezenți sunt ionii de K+. Ionii de NH4+, PO43- și NO2- în apă denotă poluarea apei cu resturi menajere. Apa conține în ea și mici cantități de substanțe organice fără o importanță tehnologică, dar care în cantități mai mari pot influența negativ gustul berii. Apa conține în ea dizolvat ca și gaz CO2 liber, care menține în soluție bicarbonați de calciu și magneziu cu care este în echilibru; când cantitatea de CO2 liber este însă mai mare CO2 se manifestă agresiv față de rezervoarele pentru apă din care poate dizolva cantități apreciabile de fier.

Apele sunt caracterizate din punct de vedere tehnic prin “duritatea” lor, înțelegând prin aceasta totalitatea sărurilor de Ca+2 și Mg+2. Se exprimă în grade de duritate, un grad de duritate (grad german de duritate) fiind dat:

1duritate  10 mg CaO/ l apă.

Compoziția apei influențează pH-ul plămezii, mustului și a berii. Ca urmare, a interacțiunii dintre ionii din apă și cei proveniți din malț, se formează săruri noi și se stabilește o anumită concentrație de ioni de hidrogeni, respectiv pH-ul.

2.5. Înlocuitorii malțului

Înlocuitorii malțului se folosesc într-o proporție variabilă, ce poate reprezenta 10÷50% din totalul cantității de malț folosită în procesul de obținere a berii. Utilizarea lor este avantajoasă din punct de vedere economic, deoarece produc un extract mult mai ieftin decât cel obținut în cazul malțului și mai puțin în ceea ce privește calitatea berii finite. Înlocuitorii

Malțului se folosesc pentru corectarea fermentescibilității mustului, pentru îmbunătățirea stabilității spumei, pentru modificarea culorii berii sau pentru ajustarea aromei produsului finit.

În prezent, în industria berii se utilizează următoarele categorii de înlocuitori ai malțului:

Înlocuitorii malțului care se adaugă în cazanul de plămădire poartă denumirea și de nemalțificate, sunt reprezentați de: cereale brute (orz, grâu, secară, porumb, ș.a.), cereale prăjite sau torefiate, fulgi din cereale, fracțiuni rafinate obținute din boabe de cereale după măcinare (de exemplu grișuri de porumb, sorg, brizura de orez), cereale sub formă de făină, amidon de cartofi sau tapioca.

Înlocuitorii malțului care se adaugă în cazanul de fierbere pot fi materiale sub formă solidă sau sub formă de siropuri și sunt reprezentate de: zaharoză, zahăr invertit, hidrolizate de amidon, extracte de malț, siropuri de cereale.

Înlocuitorii malțului care se adaugă înainte de fermentația secundară sau care se adaugă în berea finită sunt reprezentați de: siropuri de dextroză, zaharoză, zahăr invertit, izosiropuri.

Principalele cereale nemalțificate care se pot folosi ca înlocuitori ai malțului în industria berii sunt prezentate în tabelul 2.

Tabelul. 4. Compoziția chimică a principalelor cereale nemalțificate utilizate în

Industria berii (% în raport cu s.u.)

2.6. Enzime

Atât orzul, cât și drojdia au un conținut bogat în enzime, însă la fabricarea malțului și al berii sunt utilizate doar câteva din aceste enzime. Orzul proaspăt este sărac în enzime, însă în timpul malțificării cantitatea enzimelor în bob crește apreciabil. Deoarece la fabricarea berii se utilizează și cereale nemalțificate, cantitatea de enzime din malț nu este de ajuns pentru solubilizarea completă a amidonului de aceea se adaugă preparate enzimatice. În cursul procesului de fabricare a berii au loc numeroase reacții enzimatice care nu s-ar desfășura doar în prezența enzimelor naturale prezente în plămadă, în mustul de bere.

Principalele reacții care necesită adaos enzimatic sunt:

– În cazul folosirii unui procent mai mare de înlocuitori de malț la descompunerea gumelor;

– Descompunerea completă a amidonului;

– Descompunerea substanțelor care ar putea să producă turbureală în berea finită;

În aceste cazuri pentru conducerea corectă a proceselor este necesară adăugarea preparatelor enzimatice obținute prin metodă microbilogică.

Preparatele enzimatice aplicate la fabricarea berii sunt următoarele:

Irgazym BA 10. Aceasta reprezintă o alfa-amilază purificată și concentrată, obținută din culturi de Baccillus subtilis. Activitatea ei constă în special în fluidificarea amidonului gelificat din orz, orez sau porumb. Produsul este termorezistent la pH-uri cuprinse între 4 și 10.

Irgazym BP 10. Reprezintă un produs cu o activitate proteolotică pronunțată la pH-uri de 4-9.

Complexul de enzime Brew-N-Zyme. Acesta posedă o activitate amilolitică, proteolitică și -glucanazică. Fiind un produs termostabil, de proveniență bacteriană, el poate fi introdus în procesul de plămădire și la temperaturi mai ridicate.

Termamyl 60-2. Acesta este un concentrat de -amilază, de proveniență bacteriană.

Cereflo 200 L. Conține endo-glucanaze de origine bacteriană, descompunând -glucanii în oligozaharide cu 3-5 unități de glucoză, reducând totodată vâscozitatea mustului.

Fungamyl 1600. Aceasta este o amilază de proveniență fungică termolabilă. Se adaugă în timpul fermentării berii în plămezile care nu au fost complet zaharificate.

3. TECHNOLOGIA PRODUCȚIEI BERII

Tehnologia producției berii se împarte în două faze principale: fabricarea malțului și fabricarea berii.

Berea poate fi definite ca o băutura slab alcoolică, nedistilată, obținută prin fermentarea cu ajutorul drojdiei a unui must fabricat din malț, apă și hamei și eventual cereale nemalțificate fiert cu hamei.

Fabricarea berii din aceste materii prime are loc în patru etape mari și anume:

– Obținerea mustului de bere (fierberea).

– Fermentarea mustului de bere cu ajutorul drojdiei.

– Condiționarea.

– Filtrarea și înbutelierea berii rezultate.

3.1. Obținerea mustului de bere

Obținerea mustului de bere din malț, cu sau fără adaos de cereale nemalțificate, apă și hamei se împarte în următoarele faze principale:

– Măcinarea malțului și eventual a altor cereale.

– Plămădirea pentru obținerea soluției de extract.

– Filtrarea mustului primitiv.

– Fierberea mustului cu hamei.

– Răcirea și limpezirea mustului fiert.

3.2. Măcinarea malțului

Măcinarea malțului este un proces mecanic. Transformarea bobului în particule de dimensiuni diferite este necesară trecerii în soluție a enzimelor și ușurării hidrolizei compușilor macromoleculari, în decursul brasajului. Coaja bobului de orz, elastică, conținând celuloză, polifenoli, lipide, proteine și silicați, substanțe insolubile sau defavorabile calității berii, trebuie mărunțită cât mai puțin.

Cojile folosesc și la formarea stratului filtrant, în utilajele de filtrare cu strat filtrant de borhot. Mărimea cojilor determină volumul măcinișului și volumul borhotului.

Endospermul care conține substanțele formatoare de extract (amidon, proteine) ar trebui măcinat cât mai fin. Endospermul este neomogen din punct de vedere mecanic și prin măcinare dă produse de diferite dimensiuni, în funcție de gradul de solubilizare atins la malțificare.

Măcinișul obținut din partea mai puțin solubilizată a bobului, conține granule mai mari, care la măcinare produc grișuri mari; în schimb cel din partea mai bine solubilizată a bobului, conduce la obținerea grișurilor fine și a făinei. Grișurile mari se solubilizează la plămădire mai greu și

necesită un tratament mai intensiv. Malțul trebuie măcinat cu atât mai fin cu cât este mai slab solubilizat.

Măcinarea trebuie condusă într-o asemenea manieră încât, să se obțină mai puține grișuri mari și o proporție cât mai ridicată de grișuri fine și făinuri, cu menținerea într-o măsură cât mai mare a integrității tegumentului.

Măcinișul cu o proporție ridicată de grișuri fine și făinuri, asigură o zaharificare mai rapidă a

plămezii, ceea ce creează premisa obținerii unui grad ridicat de fermentare.

La un măciniș cu conținut ridicat în grișuri mari, zaharificarea merge greu și conduce la randamente scăzute și la musturi greu fermentescibile.

Cu cât malțul este mai slab dezagregat, cu atât măcinarea respectiv compoziția măcinișului capătă importanță mai mare, reprezentând un mijloc de bază pentru a face substanțele făinoase accesibile enzimelor.

Cu cât măcinișul este mai fin, cu atât volumul ocupat de acesta este mai redus, iar stratul filtrant în cazanul de filtrare fiind și el mai compact, se îngreunează procesul de filtrare. Din contră măcinișul grosier ocupă un volum mai mare, cu consecințe favorabile asupra operațiunii de filtrare. Rezultă deci că, între gradul de solubilizare a malțului și felul măcinișului, trebuie găsită corelația cea mai corespunzătoare. După filtrare borhotul reține încă cantități apreciabile cu extract ce pot fi recuperate în cea mai mare parte prin spălări repetate. Spălările exagerate însă conduc la extragerea unor cantități de substanțe nedorite din tegument, care influențează negativ culoarea mustului.

Malțul poate fi măcinat în: mori de măcinare uscată; mori de măcinare uscată cu condiționare prealabilă; mori de măcinare umedă.

3.3. Măcinarea uscată este metoda cea mai răspândită. Se realizează în mori cu valțuri așezate în perechi. Frecvent sunt utilizate sunt morile cu șase valțuri și cu seturi de site vibratoare montate între perechile de valțuri.

Sitele sortează materialul măcinat rezultat de la perechea anterioară de valțuri. Produsele rezultate din măcinare sunt cojile, grișurile mari, grișurile fine I, grișurile fine ÎI, făină și pudră. Capacitatea morilor cu șase valțuri este de până la 14 t/h.

Fig.1. Moară de măcinare uscată a malțului 1-valț dozator; 2-valțuri de prezdrobire; 3-valțuri pentru coji; 4-valțuri pentru grișuri; 5-set superior de site vibratoare; 6-set inferior de site vibratoare; 7-coji cu grișuri aderente; 8-grișuri; 9-făină.

3.4. Măcinarea uscată cu condiționare prealabilă a malțului.

În cursul măcinării uscate coaja bobului de malț nu este suficient protejată, astfel unele coji devin inutilizabile la filtrare. Condiționarea malțului constă în ridicarea umidității malțului cu 1 %, cu ajutorul apei sau aburului, în scopul creșterii elasticității cojilor și măcinării lor în fragmente cât mai mari. La condiționare, absorbția apei în bob este neuniformă. Conținutul de apă al cojilor crește cu 1,5-1,7 %, iar al endospermului numai cu 0,3-0,5 %. Prin condiționarea malțului crește volumul borhotului, crește viteza de scurgere a mustului la filtrare, crește randamentul în extract și scade durata de zaharificare, se evită în acest fel închiderea exagerată a culorii mustului de bere. În timpul condiționării temperaturii malțului trebuie să fie  40C.

Condiționarea malțului poate fi făcută astfel:

În șnec de condiționare, care se realizează prin pulverizarea malțului cu apă, cu temperatura de 30C, în timpul deplasării acestuia în utilaj pe o durată de circa un minut. În acest caz, moara de măcinare uscată cu șase valțuri este așezată imediat după șnecul de condiționare;

Prin înmuiere, care se realizează în mori care au încorporate și instalația de condiționare. Morile de acest tip sunt cu două sau cu patru valțuri. Instalația de condiționare, care este fără piese în mișcare, realizează înmuierea cojilor boabelor de malț prin trecerea lor într-o cuvă de înmuiere. În continuare, malțul condiționat este trecut la o moară prevăzută cu valț dozator. Măcinișul este amestecat cu apa de plămădire și este scos din cuva morii cu o pompă sub formă de plămadă. Valțurile de măcinare sunt rifluite, distanța dintre ele fiind de 0,25-0,4 mm, distanță care poate fi ajustată continuu. Productivitatea morilor cu condiționare prealabilă este de 16-20 t/ h, necesită un spațiu mic cca. 6,5 %. Măcinarea durează cca 15 minute. Este o instalație foarte avantajoasă din punct de vedere economic.

Ig.2. Moară de măcinare malț cu instalație de condiționare încorporată: 1-rezervor de malț; 2-instalație de condiționare; 3-alimentare cu apă; 4-valț de dozare; 5-valțuri de măcinare; 6-duze; 7-dute de spălare; 8-pompă de plămadă

3.5. Măcinarea umedă a malțului.

În vederea reducerii duratei de filtrare a mustului și a măririi înălțimii stratului de borhot în cazanele de filtrare, s-au introdus de câțiva ani procedee și instalații de măcinare umedă a malțului. Pentru acest scop, se supune malțul unei înmuieri în apă timp de 15-30 minute. Se utilizează apă caldă cu temperatura de 30…50C și se ajunge la o umiditate a malțului de cca. 30%. În acest caz, umiditatea cojilor ajunge la 35-40%, iar enzimele sunt activate. Înmuierea durează maximum 30 de minute. Malțul înmuiat este măcinat într-o moară cu două valțuri ușor conice, rifluite, riflurile fiind răsucite. Coaja se desprinde întreagă și este mărunțit numai endospermul.

Măcinarea umedă prezintă următoarele avantaje:

– Se păstrează mai bine integritatea tegumentului, diminuându-se posibilitatea extracției substanțelor polifenolice astrigente în cursul procesului de plămădire;

– Se pot realiza straturi de borhot la filtrare cu înălțimi până la 60-80 cm față de cca 30 cm la măcinare uscată.

– Se pot obține randamente mai mari, ca urmare a intensificării proceselor de măcinare și plămădire;

– Se evită pierderile de malț la măcinare prin generare de praf;

Ca un dezavantaj foarte important este că în cazul unui defecțiuni în malțul înmuiat pot să înceapă reacții enzimatice care nu mai pot fi controlate.

Fig.3. Moară de măcinare umedă: 1- intrare malț în vasul de înmuiere; 2- vas de înmuiere; 3- intrare apă pentru înmuiere/ spălare; 4- șiber; 5- preaplin; 6-valvă rotativă de alimentare; 7- valțuri de măcinare umedă; 8-agitator și pompă de măcinare plămadă

3.1.2. Plămădirea și zaharificarea plămezii (brasajul).

Operația se execută în vederea obținerii mustului de malț. După măcinarea malțului, în procesul de plămădire se urmărește solubilizarea componenților solizi ai malțului prin procese de amestecare cu apă și cu ajutorul enzimelor. Se obține astfel mustul de bere, iar suma componenților solubili constituie extractul. O mică parte din extract este formată prin dizolvarea substanțelor solubile existente în malț, dar cea mai mare parte provine în urma acțiunii enzimelor asupra componentelor macromoleculare din malț. Prin stimularea activității enzimatice din malț, ceea ce se realizează conferind enzimelor temperaturi optime de activitate la anumite intervale de timp, zise și de odihnă, se mărește considerabil cantitatea de extract obținută.

De multe ori se adaugă la plămădire și alte făinuri nemalțificate în vederea măririi cantității de extract.

Principalul proces de solubilizare enzimatică, care are loc în decursul plămădirii, este cel al dezagregării amidonului. În afară de aceasta au loc descompuneri ale polifenolilor și antacianogenelor, precum și a unor fosfați.

Plămădirea trebuie făcută astfel încât între măciniș și apă să se realizeze o omogenizare cât mai perfectă. Raportul dintre cantitatea de măciniș și apa de brasaj este foarte importantă deoarece el determină concentrația mustului obținut.

Plămezile mai puțin concentrate asigură o extracție mai bună, deoarece după filtrarea plămezii pentru dizolvarea extractului din borhot, vor fi necesare spălări cu cantități mai reduse de apă, extrăgând astfel cantități mai reduse de substanțe dăunătoare gustului berii.

Procedee de brasaj. Procedeele de brasaj se clasifică în procedee prin infuzie și procedee prin decocție, în cadrul fiecărui procedeu existând variante de brasaj.

Varianta de brasaj aleasă trebuie să țină seama de caracteristicile berii ce se fabrică, de caracteristicile instalației de fierbere utilizate și de calitatea malțului folosit.

Variantele de brasaj pentru ambele procedee diferă prin:

– Temperatura de plămădire;

– Temperatura la care se fac pauzele și durata pauzelor;

– Numărul de decocturi, momentul scoaterii plămezii pentru decoct, durata fierberii decoctului, cantitatea de plămadă pentru decoct și viteza de reîntoarcere a decoctului peste restul de plămadă (în cazul procedeelor de brasaj prin decocție).

Reprezentarea grafică a variației temperaturii în funcție de timp pentru plămadă poartă denumirea de diagramă de brasaj.

Brasajul prin infuzie este cel mai simplu procedeu, el necesitând un singur cazan pentru prelucrarea plămezii. Acest procedeu conduce la obținerea de beri cu gust mai puțin pronunțat de malț și culoare mai deschisă. Avantajele procedeului sunt următoarele: conducerea operației poate fi realizată automat, iar necesarul de energie este cu 25-50% mai mic decât la procedeul prin decocție, enzimele sunt utilizate mai eficient, timp necesar mai scurt ca la decocție, condiții de lucru mai bune. Dezavantajul se referă la randamentul mai scăzut decât cel obținut prin decocție, îndeosebi în cazul malțurilor cu solubilizare mai slabă, grad de fermentare finală mai mică. În figură următoare sunt prezentate exemple de diagrame de brasaj prin infuzie. Diagramele diferă între ele prin temperatura de plămădire: plămădirea la 35C favorizează o hidroliză profundă a proteinelor și a -glucanilor, în timp ce o plămădire la 58C reduce hidroliza proteinelor.

Brasajul prin decocție este caracterizat de faptul că o parte din plămadă este transvazată în cazanul de zaharificare unde este fiartă (formând decoctul). Prin reintroducerea decoctului peste

Restul de plămadă se ridică temperatura întregii plămezi până la nivelul următorului palier de temperatură. După numărul de decocții, metodele de brasaj sunt cu trei decocții, cu două decocții sau cu o decocție. Fierberea unei părți din plămadă sub formă de plămadă groasă are următoarele efecte:

– Gelatinizarea și zaharificarea amidonului nemodificat la malțificare;

– Extracție mai intensă a substanțelor din coajă bobului;

– Formarea mai intensă de melanoidine;

– Degradare mai slabă a proteinelor din decoct;

– Eliminare mai accentuată a DMS;

– Reducerea cantității de enzime active din întreaga plămadă;

– Un randament la fierbere mai mare.

Brasajul prin decocție necesită instalații de fierbere cu cazan de plămădire și cazan de zaharificare și se realizează cu un consum de energie cu cca 20% mai mare decât brasajul prin infuzie, energie consumată pentru fierberea decocturilor.

Brasajul cu două decocții (plămezi) este procedeul cel mai frecvent utilizat la obținerea berilor de culoare deschisă și de fermentație inferioară. El se practică sub multiple variante, care diferă prin temperatura de plămădire, temperaturile după întoarcerea decocturilor, calitatea malțului prelucrat și tipul de bere fabricat. Exemplu de diagramă de brasaj cu două plămezi:

Brasajul cu temperatura de plămădire de 50C, temperatură la care plămada reziduală rămâne un timp mai îndelungat, conduce la înrăutățirea plinătății gustului berii și a însușirilor ei de spumare. Brasajul cu temperatura de plămădire medie de 62C, superioară temperaturii optime de degradare a proteinelor, permite obținerea de bere cu bune însușiri de spumare. Acest procedeu nu permite însă hidroliza -glucanilor și, în consecință, se recomandă a fi utilizat la malțuri foarte bine solubilizate.

Fig.4. Diagramă de brasaj cu două plămezi

Echipamente de plămădire-zaharificare

Operațiile de plămădire-zaharificare se efectuează în recipiente încălzite, în care se poate realiza o amestecare cât mai bună a măcinișului cu apă. Aceste recipiente se numesc generic cazane. Cazanele sunt confecționate din tablă de cupru, din oțel inoxidabil sau oțel obișnuit placat cu tablă de oțel inoxidabil și sunt izolate termic la exterior.

Tipurile constructive pot fi:

– Cu secțiune circulară și fund bombat sau cu fund conic cu pantă mică.

– Cu secțiune rectangulară cu fund în formă de pană.

Cazanul de plămădire. Servește pentru plămădire și menținerea plămezii reziduale la brasajul prin decocție. Încălzirea plămezii se face cu abur sau cu apă caldă. Suprafața de schimb de căldură este formată dintr-o mantă dublă din profiluri sudate pe peretele exterior (fig. 7.) sau din țevi semicilindrice sudate pe peretele exterior. La cazanele cu secțiune circulară, în interior poate fi montată o suprafață de încălzire suplimentară sub forma unui fierbător tubular. Cazanul clasic de plămădire este un recipient metalic cu încălzire indirectă și prevăzut cu un sistem de agitare (fig. 8.). La instalația clasică predomină secțiunea rotundă, fundul bombat sau plan, manta de încălzire izolată, capacul cu hotă pentru evacuarea vaporilor. Părțile în contact cu produsul sunt confecționate din cupru și mai rar din tablă de oțel.

Fig. 5. Cazan pentru plămădire prin decocție cu încălzire în mantă.

1 – buncăr evacuare vapori de apă, 2 – preplămăditor, 3 – corpul cazanului, 4 – palete agitator, 5 – grup motoreductor pentru agitator, 6 – evacuare plămadă.

Suprafața de încălzire trebuie să asigure un ritm de încălzire de 1C/ min. Volumul util al cazanului este de circa 60% din volumul total, iar aceasta este de 7-8 hl pentru 100 kg malț. Cazanele sunt prevăzute cu agitator pentru asigurarea unei bune omogenizări a plămezii, o distribuție uniformă a temperaturii în plămadă, fără modificarea structurii particulelor din plămadă sau emulsionarea ei. Prin formă și turație, agitatorul trebuie să permită o înglobare minimă de oxigen în plămadă (Banu și colab., 2001).

3.4. Filtrarea plămezii

La sfârșitul brasajului, plămada zaharificată reprezintă o dispersie formată din fază lichidă, în care sunt solubilizate substanțele care alcătuiesc extractul mustului și o fază solidă (borhot), care este formată din coji și alte părți din malț ce nu au trecut în soluție la brasaj. Având în vedere cele menționate, se impune filtrarea plămezii zaharificate pentru separarea mustului (fracțiunea lichidă a plămezii) de borhotul de malț (partea insolubilă a plămezii). La filtrarea se urmărește să se recupereze cât mai mult extract.

Filtrarea plămezii are loc în două stadii:

– Scurgerea liberă a primului must denumit și must primar sau primitiv.

– Spălarea borhotului, în vedere recuperării extractului reținut, apele de spălare alcătuind mustul secundar.

Cantitatea de apă folosită pentru spălarea borhotului va depinde de concentrația mustului primar și de concentrația ce trebuie atinsă la fierberea mustului.

Cu cât este mai mare cantitatea de apă care trece prin borhot, cu atât din acesta se extrage mai mult extract și, deci, randamentul în extract va fi mai mare. Dar, cu cât este mai mare cantitatea de apă care trece din borhot, cu atât va fi necesar să se evapore o cantitate mai mare de apă la fierberea mustului. Aceasta înseamnă că trebuie realizat un compromis între durata de filtrare și randamentul în extract, pe de o parte, și durata fierberii și costul energetic, pe de altă parte. Spălarea borhotului de malț se oprește când ultima apă de spălare are 0,5-0,6 % extract, atunci când berea va ave un extract original de 11-14 %

.

Echipamentele de filtrare pentru plămadă.

Filtrarea plămezii se poate realiza cu ajutorul:

– Cazanului de filtrare.

– Filtrelor de plămadă care pot fi filtre-presă și filtre rotative și care lucrează sub vid (Banu și colab., 2001).

Filtrarea cu ajutorul cazanului de filtrare este cel mai răspândit procedeu de filtrare a plămezii, folosindu-se atât cazane clasice cât și cazane de filtrare rapidă în cadrul fierberilor cu măcinare umedă a malțului sistem Strainmaster.

Cazanul de filtrare de tip clasic este prezentat în fig. 9. Acest cazan este un recipient cilindric cu fundul plat, prevăzut cu un al doilea fund interior perforat montat la o distanță de 30-40 mm față de fundul exterior. Pe acest fund perforat se depune borhotul, filtrarea având loc prin acest strat de borhot. Fundul perforat este împărțit în mai multe zone, de obicei 10, de la care se colectează separat mustul limpede.

Fig.6. Cazan de filtrare a mustului de bere:

1 – hotă pentru eliminarea vaporilor, 2 – capac, 3 – fund, 4 – fund intermediar perforat, 5 – izolație termică, 6 – conductă de plămadă, 7 – dispozitiv de tăiere cu cuțite, 8 – acționarea dispozitivului de tăiere, 9 – dispozitiv de ridicare a cuțitelor, 10 – conductă pentru ridicarea dispozitivului de tăiere, 11 – conductă de apă pentru spălarea borhotului, 12 – braț rotativ, 13 – conducte pentru evacuarea mustului, 14 – baterie de robinete, 15 – preaplin la robinete, 16 – jgheab de evacuare.

Conducerea practică a filtrării plămezii cu ajutorul cazanului de filtrare se realizează astfel:

– Înainte de introducerea plămezii în cazan se pompează apă fierbinte având temperatura cu 30C mai ridicată decât cea a plămezii zaharificate.

– Se pompează plămada în cazan, se uniformizează grosimea stratului filtrant cu ajutorul dispozitivului de afânare și se lasă în repaus 10÷30 minute pentru sedimentare.

– Se pompează primele porțiuni de must tulbure din nou în cazanul de filtrare și se începe filtrarea primului must. Când mustul a ajuns la nivelul borhotului se oprește colectarea și se face afânarea cu ajutorul dispozitivului de afânare. Se continuă colectarea primului must și afânarea în același fel până când nivelul primului must ajunge la circa 40 mm față de sita perforată. Durata de scurgere a primului must este de 1÷2 ore.

– După scurgerea primului must se face spălarea borhotului. Spălarea se realizează cu apă caldă cu temperatura de 750C, care se adaugă în 2÷3 porțiuni, uneori chiar 4. În timpul spălării borhotului se controlează epuizarea în extract. Durata de spălare a borhotului este de 1 ½ ÷2 ore.

– După scurgerea apelor de spălare se face evacuarea borhotului cu ajutorul dispozitivului de afânare.

3.5. Fierberea mustului cu hamei

Fierberea mustului cu hamei are următoarele scopuri:

– Evaporarea surplusului de apă și atingerea concentrației în extract a mustului specifică sortimentului de bere produs.

– Coagularea unor substanțe cu azot și a complexelor proteine-polifenoli și intensificarea stabilizării naturale a viitoarei beri.

– Extracția și transformarea substanțelor amare, de aromă și polifenolice din hamei.

– Definitivarea compoziției chimice a mustului prin inactivarea enzimelor, sterilizarea mustului,

Formarea de substanțe reducătoare și de culoare,

Hameiul adăugat la fierbere conferă mustului un gust amar și o anumită aromă, ca urmare a solubilizării substanțelor amare și respectiv a uleiurilor eterice. În afară de aceasta hameiul favorizează precipitarea proteinelor și asigură o anumită conservabilitate berii finite.

Dintre metodele de fierbere care se folosesc în prezent la fabricarea berii se pot enumera: fierberea convențională, fierberea la presiune joasă, fierberea la presiune ridicată.

Fierberea convențională.

Se realizează la presiune atmosferică, în cazane de fierbere de diferite forme constructive: cazan cu secțiune circulară, cazan cu secțiune dreptunghiulară (instalații de fierbere Hydroautomatic, sau bloc).

Majoritatea cazanelor pentru fierbere sunt prevăzute cu mantale pe fund și în parte pe suprafața laterală pentru încălzire cu abur de 2-3 bar (fig. 11.).

Fig. 7. Cazan de fierbere a mustului cu abur.

1-conductă pentru abur, 2-supapă pentru abur, 3-supapă pentru micșorarea presiuni, 4-conductă inelară, 5-legătura cu mantaua cu abur, 6-manta cu abur, 7-supapă de siguranță, 8-evacuare aer, 9-manometru, 10 și 12 evacuare apă de condens, 11-supapă pentru condens.

Cazanul de fierbere cu secțiune circulară este construit din tablă de cupru, sau din oțel inoxidabil, având capacitatea de 8÷9 hl/ 100 kg malț prelucrat. Cuprul prezintă un coeficient de conducție cu 30% mai mare decât oțelul, însă ionii de cupru au acțiune negativă asupra calității și stabilității berii. Cazanul de fierbere pentru capacități mari are fundul ridicat pentru a realiza o mai bună convecție (fig. 12.). Suprafața de încălzire este împărțită în două zone: o zonă distribuită central, alimentată cu abur de 4 – 4,5 bar, și o zonă periferică, alimentată cu abur de 2 bar. Cazanul este prevăzut cu agitator mecanic. Cazanul trebuie să fie bine izolat termic.

Fig.8. Cazan de fierbere a mustului, cu fund ridicat.

Pentru a se mări eficiența fierberii se montează uneori și serpentine de încălzire în interiorul cazanelor. Folosirea agitatoarelor se recomandă în special la încălzirea mustului, pentru a se evita supraîncălzirile locale și închiderea la culoare.

Pentru recuperarea căldurii vaporilor rezultați de la fierbere, se folosesc recuperatoare speciale, obținându-se cu ajutorul lor apă caldă pentru secția de fierbere.

Prin creșterea temperaturii de fierbere, toate reacțiile fizico-chimice în must se desfășoară mai rapid. Efectul temperaturii de peste 1000C conduce la creșterea vitezei de coagulare a proteinelor, dar și la creșterea vitezei reacției Maillard.

Fierberea la presiune joasă se poate realiza în instalații de diferite construcții, care au închise în construcție suprafețe suplimentare de căldură de tipul fierbătorului interior și al fierbătorului exterior.

Fierberea la presiune ridicată se realizează în două tipuri de instalații:

De fierbere la presiune ridicată cu destindere în mai multe trepte, în această instalație mustul este încălzit treptat cu vapori din prima treaptă de destindere și ulterior, cu abur primar.

De fierbere la presiune înaltă cu destindere în două trepte, în care se realizează preîncălzirea mustului în trei schimbătoare de căldură. Vaporii rezultați din detentă sunt utilizați la preîncălzirea mustului.

La fierberea mustului cu hamei prezintă importanță felul de adăugare a hameiului (hamei natural, pulberi și extracte de hamei), cantitatea adăugată, divizarea acesteia pe porțiuni și momentul în care se adaugă acestea. Hameiul se poate adăuga la fierbere în 1, 2, 3 sau chiar mai multe porțiuni, primele servind pentru amăreală, iar ultimele în special pentru aromă. Pe baza

Cercetărilor din ultimii ani s-a simplificat mult modul de adăugare a hameiului, preferându-se adaosul în două porțiuni:

– Circa 80% la începutul fierberii pentru amăreală (hamei sau extract).

– Circa 20% (min. 50g/ hl) cu 10÷30 minute înainte de sfârșitul fierberii pentru aromă, sau chiar o mică porțiune de 20÷50 g/ hl în separatorul de hamei (Dabija și colab., 2002).

4.TEHNOLOGIA SISTEMELOR DE FILTARE A BERII

4.1.Filtrarea berii

Filtrarea este operația care se aplică berii pentru ai da limpiditate finală, și trebuie să fie practicată cel puțin o dată înainte de îmbuteliere, pentru ca aceasta să aibă o limpiditate cu luciu, respectiv strălucire (de menționat că celelalte metode de clarificare conduc la o bere cu un anumit grad de limpiditate nesatisfăcător pentru berea ce trebuie comercializată).

Procesul de filtrare este dominat de prezența drojdiilor și proteinelor, însă, atunci când are loc preclarificarea berii (care conduce la îndepărtarea drojdiilor și proteinelor), filtrarea va fi dominată de prezența carbohidraților și anume: amidon nemodificat, dextrine, pentozani, β-glucani. Dintre substanțele menționate, β-glucanii influențează filtrarea pe două căi:

prin prezența lor sub formă coloidală, fapt ce conduce la scăderea capacității de filtrare a filtrului;

prin prezența lor sub formă solubilă, fapt ce conduce la creșterea vâscozității berii și, deci, la diferența mare de presiune la trecerea berii prin filtru. 0

Limpezirea prin filtrare se poate realiza prin două mecanisme:

– prin reținere pe matriale poroase, cu o suprafață mare de filtrare și cu acțiune adsorbantă (filtrare adâncă). Acțiunea adsorbantă scade treptat și, deci, scade și viteza de filtrare. Cu asemenea filtrante sunt reținute suspensiile, coloizii macromoleculari, dar și cele dizolvate molecular în bere.

– prin cernere – sau reținerea de suprafață prin care sunt reținute mecanic particulele care au dimensiuni mai mari decât diametrul porilor stratului filtrant. Pe parcursul filtrării se intensifică finețea filtrării,însă scade volumul de bere ce trece prin strat în unitatea de timp.0

La filtrare se îmbunătățesc unele caracteristici senzoriale ale berii, cum ar fi culoarea, limpiditatea-strălucirea, însă influențează negativ spumarea. Filtrarea asigură o stabilitate bilogică și coloidală bună pentru berea finită. Procesul de filtare este guvernat de legea lui Darcy, care în aplicațiile din industria berii este:

în care: – este pierderea de presiune la trecerea berii prin stratul filtrant;

– încărcare specifică, în ;

– vâscozitatea berii, în (numeric egală cu cPoise);

– grosimea statului filtrant, în ;

– permeabilitatea stratului filtrant, în [1]

Filtrarea unei suspensii parcurge următoarele etape: reținerea particulelor solide de către stratul filtrant, reținerea particulelor de către stratul de sediment depus, spălarea sedimentului, îndepărtarea sedimentului depus pe filtru, regenerarea și sterilizarea stratului filtrant.

Operația de filtrare este influențată de un număr mare de factori, care pot avea valori constante sau variabile în timpul filtrării, în funcție de procedeul de filtrare și de condițiile de realizare a operației. Factorii care influențează operația de filtare sunt sintetizați în tabelul de mai jos:

Tabel 2.1 – Factorii care influențează operația de filtare.

Viteza de acumulare a materialului din bere pe suprafața filtrului va depinde de conținutul berii în particule solide. La un filtru oarecare trebuie avut în vedere următoarele aspecte:

diferența de presiune maximă să fie între 4 și 7 bar,

grosimea stratului depuns pe filtru (pe fiecare element) să nu depășească 20-30 mm,

încărcarea specifică să fie între 3-7.

În industria berii, filtrele utilizate sunt astfel alese încât să lucreze 8, 16 sau 24 de ore, astfel ca la sfârșitul perioadei, grosimea stratului format pe filtru sa ajungă la maximum, ceea ce permite în continuare golirea, spălarea și sterilizarea filtrului în perioada de timp neproductivă.

Un rol important în operația de filtrare îl constitue temperatura și presiunea de filtrare. Creșterea temperaturii de filtrare influențează favorabil filtrarea, fie prin micșorarea vâscozității, fie prin modificarea granulometriei (introducerea unei coagulări). Efectul favorabil al creșterii temperaturii poate fi micșorat și chiar anulat dacă temperatura determină umflarea stratului filtrant. Influența presiunii utilizate în operația de filtrare depinde de comportarea stratului de sediment ca strat filtrant. În cazul sedimentului necompresibil, mărimea diferenței de presiune, , între fețele stratului filtrant are o influență favorabilă asupra vitezei de filtare. Pentru sedimente compresibile, valoarea optimă se determină experimental. 0

Din punct de vedere practic, filtrele utilizate în industria berii funcționează după două tehnici de bază:

– Filtre cu material în strat fix – unde, pe măsura avansării procesului de filtrare a berii se mărește efectul de filtrare prin micșorarea dimensiunilor porilor, dar scade forța de adsorție și, implicit debitul de filtrare. Ca materiale de filtrare în strat fix se utilizează turte de bumbac și plăci filtrante constituite din celuloză și 1-2 % kieselgur.

– Filtre care lucrează cu prealuvionare – unde, materialul filtrant de prealuvionare se depune pe un suport ce poate fi din cartoane din fibre de celuloză, site metalice, lumânări.0

4.2.Materiele filtrante folosite în sistemele de filtrare a berii

Materialul folosit ca strat filtrant trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

să rețină cât mai complet faza solidă a suspensiei și eventuale impurități (provenite din surse ca material filtrant, coroziune, reacții chimice etc.);

să aibă rezistență hidraulică redusă, rezistență mecanică și chimică corespunzatoare;

să se regenereze ușor;

să fie ieftin și ușor de procurat.

Materialul filtrant poate determina o filtrare superficială, caracterizată prin reținere pe suprafața stratului filtrant, sau o filtrare în adâncime, caracterizată prin reținerea fazei dispersate în toată adâncimea sa. În funcție de natura lor, materialele se utilizează sub formă de table, site, țesaturi și împletituri, plăci poroase, straturi fibroase și pulverulente, straturi granulare, membrane. 0

Materialele folosite în procesul de filtrare a berii se deosebesc între ele prin puterea de adsorție, forma și structura suprafeței, precum și mărimea suprafeței. Cele utilizate în sistemele de filtrare în strat fix sunt kieselgurul, cărbunele activat, poliolefinele. Materialele prealuvionare sunt kieselgurul, perlita și celuloza, primele două fiind cele mai utilizate. În cele ce urmează se descriu atât meterialele care intră în construcția elementelor de filtrare, cât și cele care se folosesc pentru prealuvionare.

Kieselgurul – se obține ca rocă diatomică sau pământul de diatomee ce conține alge unicelulare fosilizate. Pământul de diatomee conține dioxid de siliciu în proporție de 85%. În funcție de modul de pregătire, kieselgurul poate fi:

kieselgur fin – pământul de diatomee se încălzește la 600…800°C, se macină și se cerne,

kieselgur grosier – care se obține din kieselgur mediu ce se recalcinează la 1000°C cu adaos de sau prin care se obțin structuri de dimensiuni mari.

De regulă, prin operația de calcinare, inclusiv adăugare de sau din pământul de diatomee cu dimensiuni mici, nepretabil pentru filtrare, se formează aglomerate (clustere) cu capacitate de filtrare bună (fig.2.1). Pământul de diatomee natural netratat termic se deosebește de produsele tratate termic (denumite kieselgur) prin culoare, dimensiuni ale particulelor, permeabilitate (tabel 2.2).

Modificările fizice suferite de pământul de diatomee

în vederea obținerii materialului de filtrare

Tabel 2.2 – Caracterizarea pământurilor de diatomee

Varietățile de kieselgur menționate se deosebesc între ele și prin așa numita ‚valoare de apă, care este de:

20-200 la kieselgur grosier,

200-2000 la kieselgur mediu,

2000 la kieselgur fin.

Kieselgurul se utilizează atât ca un component al plăcilor de filtrare care sunt confecționate din fibre de celuloză cu adaos de 2% kieselgur, cât și ca material de adaos la prealuvionare și filtrarea aluvionară. De regulă, la filtrarea aluvionară, kieselgurul se utilizează în proporție de 150-180 g/hl bere, viteza de filtrare fiind puternic influențată de finețea kieselgurului (viteza mai redusă pentru kieselgur fin), dar claritatea berii este mai bună când se utilizează kieselgurul fin. 0

În figura 2.2 se prezintă acțiunea de îmbunătățire a filtrării prin folosirea de kieselgur de diferite granulații: 0

Efectul adaosurilor de kieselgur:

a –fără kieselgur, b – cu kieselgur fin, c – cu kieselgur mijlociu, d – cu kieselgur mare.

O caracteristică importantă a kieselgurului o reprezintă ‚densitatea umedă, respectiv volumul ocupat de kieselgur sub presiune. Kieselgurul cu densitate umedă ≤ 300 g/l este considerat cel mai bun pentru filtrare.

Perlita – este un silicat de aluminiu care conține 65-75 % acid silicic și 10-15% aluminiu, restul până la 100% fiind reprezentat de alte săruri. Perlita se obține din perlita brută – naturală care este roca densă de aluminio-silicat, ce se supune operației de expandare după ce în prealabil a fost sfărâmată și sortată. Expandarea are loc într-un cilindru vertical, unde apa înglobată în perlita brută părăsește roca sub formă de vapori, după ce realizează expandarea acesteia într-o structură buretoasă care se macină sub formă de pulbere ușoară, puțin densă, având densitatea cu 20-40% mai mică decât a kieselgurului – figura 2.3.

Ca material de adaos la prealuvionare și filtrare aluvionară, perlita prezintă următoarele caracteristici:

suprafața netedă, dar cu margini neregulate,

lipsa porozității interne,

densitate mai mică decât a kieselgurului,

perlita, ca alumino-silicat, conține și 13% săruri de aluminiu.

Operațiile principale în vederea obținerii aditivului de filtrare-perlită

-pornind de la roca de perlită sfărâmată

Având în vedere caracteristicile perlitei, aceasta este mai puțin eficace în reținerea particulelor submicroscopice la filtrarea berii. La valori scăzute ale pH-ului, perlita poate contribui la eliminarea calciului și fierului din produs, astfel se recomandă folosirea acesteia la filtrarea mustului (pentru reținerea drojdiilor) care are pH=5.4-5.5 și nu la filtrarea berii. Comparativ cu kieselgurul, perlita are caracteristici inferioare de filtrare – tabel 2.3.

Tabel 2.3 – Comparație între kiesegur și perlită

Celuloza – este utilizată pentru filtrare cu prealuvionare sau drept component al masei filtrante și se prezintă sub formă de fibre lungi obținute din pulpă de lemn. Celuloza se folosește exclusiv la prealuvionare deoarece:

are capacitate excepțională de prealuvionare,

filtratul ce se obține este clar,

turta de celuloză este degradabilă prin ardere,

în cazul modificării bruște de presiune sau a variației de debit, celuloza acționează ca un amortizor de șocuri.

Polyclarul – este un stabilizant de tip PVPP și poate fi utilizat atât ca adjuvant de limpezire, cât și ca adjuvant de filtrare și se caracterizează prin:

insolubilitate absolută în bere,

stabilitate mecanică și chimică foarte bună, chiar în condițiile de regenerare dure (alcalinitate și temperaturi mari),

mărimea particulelor și gradul de hidratare este controlat,

stratul de filtrare care se formează la aluvionare are o permeabilitate optimă, permițând un debit ridicat la presiunea de filtrare scăzută.

Doza de polyclar folosită este în funcție de tipul de bere (conținutul în polifenoli, antocianogeni), stabilitatea urmărită, modul de folosire (singur sau în asociație), durata de contact (2-3min). În condițiile în care se face regenerarea, doza este de 35-50 g/hl bere. 0

4.3.Tipuri de filtre utilizate în industria berii

După cum am menționat în capitolul anterior, tipurile de filtre utilizate în industria berii sunt clasificate în:

filtre cu material filtrant fix: filtre cu plăci și masă filtrantă, filtre cu plăci și cartoane filtrante, filtre cu membrană filtrantă;

filtre cu aluvionarea matrialului filtrant: filtre cu rame și plăci și cu cartoane-suport pentru kieselgur, filtre cu suport de site metalice, filtre cu lumânări.

La prima categorie de filtre stratul filtrant este preexistent și poate fi alcătuit numai dintr-un suport filtrant cu rezistența mecanică mărită, ce face parte din construcția filtrului (plăci din tablă perforată, site din împletitură de sârmă, plăci din materiale polimerice sintetice sau tuburi din materiale ceramice) sau dintr-un suport filtrant și un strat filtrant, care poate fi recondiționat (pânze, plăci-cartoane prefabricate).

4.3.1.Filtru cu plăci și masă filtrantă

Acest filtru se aseamănă cu cel utilizat la filtrarea mustului de bere. Filtrul este format din plăci de două tipuri care alternează la montaj. Fiecare placă are în partea de sus și de jos câte două orificii, care după montaj formează un canal pentru berea nefiltrată și respectiv pentru cea filtrată – figura 2.4, a, b. La margine se găsesc două plăci de capăt care se termină cu canal. Turtele de masă filtrantă sunt compuse dintr-un amestec de fibre de celuloză și bumbac cu dimensiuni de 0.7-1 mm.

Filtru cu masă filtrantă:

a – vedere laterală a unei plăci: 1 – canal de intrare bere situat pe fața stângă jos și sus, 2 – ferestre de pătrundere bere aflate pe fața stângă aflate în legătură cu canalele 1, care se prelungesc în lungimea filtrului, 3 – canale de evacuare bere aflate pe fața dreaptă sus și jos;

b – schiță simplificată de asamblare a mai mulotr plăci între care se așează turtele evidențiindu-se circulația berii filtrate/nefiltrate: I, II – plăci, A – intrare bere nefiltrată, B – ieșire bere filtrată;

c – vedere de ansamblu a așezării plăcilor de filtru: 1 – canal pentru bere nefiltrată, 2 – canal pentru bere filtrată, 3 – deschidere distribuitor, 4 – grilă de distribuție, 5 – mâner pentru agățare, 6 – masă filtrantă, 7 – colector de masă.

Filtrarea berii în acest filtru (fig.2.4, c) decurge astfel: berea tulbure (nefiltrată) este distribuită prin canalul 1 situat la partea inferioară a plăcii de capăt (prima din partea stângă a fig.2.4,c). La această placă de capăt canalele 2 care se află la următoarele plăci în poziția 2 sunt obturate (oarbe). Începând cu cea de a doua placă, orificiile 1 și 2 se găsesc atât la partea superioară, cât și la cea inferioară a fiecărei plăci. Berea nefiltrată, distribuită acum prin canalele 1 de sus și jos pe ambele fețe ale fiecărei plăci prin intermediul ferestrelor 3 și rifturilor 4 și trece prin masa filtrantă 6, fiind colectată ca bere limpezită de canalele 2 aflate atât la partea inferioară, cât și la cea superioară de la fiecare placă diferită de cea de capăt. În final berea ajunge în placa de capăt din partea dreaptă a fig.2.4,c și este evacuată din filtru prin conducta 7. Fiecare placă este prevăzută cu un sistem de agățare 5. La filtrare, presiunea de început este de 0.1-1 bar și crește până la 2-3 bar. Fiecare turtă are o productivitate de aproximativ 24 l/h. Numărul de turte poate ajunge la 64. 0

4.3.2.Filtru cu plăci și cartoane filtrante

La acest filtru plăcile sunt confecționate din oțel inoxidabil, material plastic, aluminiu și mai rar din oțel carbon protejat cu lacuri acido-rezistente. Plăcile pot fi canelate sau perforate. Plăcile canelate sunt prevăzute pe ambele fețe cu nervuri sau caneluri, astfel încât să se asigure distribuirea și trecerea uniformă a filtrantului de-a lungul plăcilor filtrante (cartoane).

Filtrele cu plăci canelate cu cartoane filtrante prezintă un mare neajuns, deoarece canelurile lor, ce servesc drept căi de evacuare a filtratului, se înfundă relativ ușor din cauza cartoanelor, care, cu timpul, se înmoaie și sub influența presiunii de lucru se mulează pe ondulațiile plăcii. Pentru a evita acest neajuns, în loc de plăci canelate se utilizează plăci-suport perforate sau se interpune între placa suport și cartonul filtrant un grătar din inox sau bronz.

Filtrele-presă cu plăci perforate și cartoane pot fi folosite pentru filtrare aluvionară prin înlocuirea plăcilor suport în contact cu produsul nefiltrat cu rame-suport. La această categorie de filtre, în unele cazuri, înainte de începerea procesului de filtrare propriu-zisă, se face o prealuvionare, optimă în două straturi, din care primul strat este alcătuit din kieselgur grosier (2/3 din cantitatea prealuvionată), iar cel de-al doilea strat este alcătuit din mai multe tipuri de kieselgur cu permeabilitatea similară cu cea folosită la filtrarea propriu-zisă (10-20% kieselgur grosier și 80-90% kieselgur fin). Debitul de lichid la prealuvionare este dublu față de cel de la filtrare. Se realizează o productivitate de 6-10 . Prealuvionarea poate fi făcută astfel:

primul strat: cu apă degazată în circuit deschis, timp de 10 min, caz în care suspensia de kieselgur este circulată prin filtru la presiune de 2-3 bar. În aceste condiții se stabilizează primul strat, care este cel mai important în realizarea patului de filtrare. Pentru realizarea acestui strat se utilizează 700-800 ( aproximativ 70% din totalul de kieselgur),

al doilea strat: cu apă degazată, dar suspensia este formată din kieselgur mai fin și conține 200-300 suprafață de filtrare.

În total se utilizează 1000 suprafață de filtrare, iar grosimea totală a stratului este de 1.5-3 mm, durata totală de prealuvionare fiind de 10-15 min.

Prealuvionarea se poate face în aceleași condiții și cu bere, dar în circuit închis. Formarea stratului filtrant și, respectiv, a turtei ce se obține la filtrarea berii și o linie de prealuvionare și aluvionare a unui astfel de filtru este prezentată în figura de mai jos:

Formarea stratului de prealuviovare:

a – formarea straturilor: I – la realizarea celui de al doilea strat de prealuvionare cu finețe mai mare decât a aditivului de prealuvionare: 1 – sită, 2 – primul strat prealuvionar, 3 – al doilea strat prealuvionar, 4 – strat de particule fine cu permeabilitate redusă format din particule cu dimensiuni mici din bere, 5 – strat format de aditivul adăugat la aluvionarea berii; II – la realizarea celui de al doilea strat de prealuvionare: 1- sită, 2 – primul strat prealuvionat, 3 – al doilea strat prealuvionat, 4 – strat cu permeabilitate redusă format din particule fine ale aditivului de aluvionare, particule care penetrează în cel de-al doilea strat prealuvionat, 5 – strat de particule de aditiv aluvionat;

b – linie de prealuvionare și aluvionare a unui filtru: 1 – linie de alimentare a filtrului, 2 – linie pentru scurgere canal, 3 – linie de lichid filtrat, 4 – linie de lichid limpede pentru formarea suspensiilor de aditiv pentru prealuvionare și aluvionare, 5 – agitator, 6 – vas pentru pregătirea aditivului necesar prealuvionării, 7 – vas pentru pregătirea aditivului de filtrare prin aluvionare, 8 – pompă, 9 – pompă pentru aditivul de filtare prin aluvionare, 10 – filtru, 11,13 – manometre, 12 – ventil de aerisire.

După prealuvionare se continuă filtrarea berii cu aluvionare de kieselgur format din kieselgur mediu 2/3 și kieselgur fin 1/3, în proporție de 60-120 suprafață de filtrare. La aluvionare este necesar ca debitul de bere admis în filtru să fie constant pentru a nu se strica structura stratului prealuvionat. La un debit constant se creează o continuă diferență de presiune între intrare și ieșire, această creștere trebuind să fie lentă până la 2 bar, după 8-10 ore de filtrare. Diferența de presiune orară este de 0.2-0.3 bar. Peste o diferență de presiune de 2 bar, filtrul nu mai funcționează normal, și, deci, filtrarea trebuie stopată, iar turta formată trebuie îndepărtată. 0

4.3.3.Filtru cu plăci perforate și rame cu cartoane filtrante suport

La acest tip de filtru, elementele care intervin la filtrare sunt următoarele:

plăcile, care sunt asemănătoare celor de la filtrele-presă cu plăci, în sensul că pot fi cu caneluri sau cu perforații, lipsind însă tipul de placă cu alimentare centrală. Evacuarea filtratului poate fi deschisă, iar robinetul de evacuare este montat la placă. Plăcile pot fi prevăzute cu două găuri practicate în colțurile plăcii sau cu ochiuri care, la strângerea plăcii, formează canale de alimentare și evacuare;

ramele, care sunt cadre goale prevăzute cu canal de alimentare și canal de evacuare. Canalul de alimentare comunică prin găuri cu spațiul interior al ramei, iar canalul de evacuare nu comunică cu interiorul camerei. Filtrele-presă cu plăci și rame lucrează, de regulă, cu aluvionare și prezintă avantajul formării unei turte de precipitat mai groasă și menajarea mai bună a cartonului filtrant. Între plăci și rame se așează cartoane filtrante suport.

În figura de mai jos este prezentată componența unui filtru cu rame și cartoane filtrante-suport:

Filtru cu plăci perforate și rame cu cartoane filtrante:

a – componența filtrului: 1 – racord de alimentare, 2 – robinet de intrare, 3 – placă (capac) de capăt fixă, 4 – placă-suport perforată, 5 – ramă, 6 – placă de carton, 7 – robinet pentru probe, 8 – ștuț pentru probe, 9 – suport, 10 – șurub, 11 – tirant, 12 – placă de capăt mobilă, 13 – tablă perforată, 14 – strat filtrant aluvionar, 15 – robinet de ieșire, 16 – ștuț de evacuare;

b – vehicularea berii prin filtru: 1 – cartonul de filtrare, 2 – placă de filtrare perforată pe ambele părți, 3,7 – canale pentru berea nefiltrată, 4 – placă de capăt, 5 – placă de capăt perforată pe o singură parte, 6 – ramă, 8 – garnitură.

Plăcile din tablă perforată alternează cu ramele, ambele sprijinindu-se prin intermediul a doi umeri de barele laterale dispuse de-a lungul filtrului. Între plăci și rame se așeză cartoanele filtrante suport 6. Toate părțile filtrului care vin în contact direct cu berea sunt din oțel inox. Acest filtru lucrează cu aluvionare permanentă și în acest caz la prealuvionare se utilizează o cantitate mai mare de kieselgur (1000 suprafață filtrantă). Stratul aluvionar crește permanent, paralel cu presiunea de filtru (0.2 ). La 8 h de filtrare, rezistența filtrului ajunge la 2-2.5 bar și, în acest caz se oprește filtarea, berea din filtru fiind scoasă cu apă sub presiune și este refolosită la prealuvionare. 0

4.3.4.Filtru-presă cu kieselgur

Acest filtru se utilizează pentru limpezirea grosieră a berii și constă din două suporturi-capace legate printr-un ax central. În aceste suporturi-capace se agață ramele pentru reținerea impurităților și a agentului filtrant (kieselgur), respectiv a turtelor formate la filtrare. Suportul de reținere îl constituie pânzele sau cartoanele. Unul dintre capace este fix, iar celalalt mobil, putând fi strâns cu un șurub pe cale electro-hidraulică sau manual, în funcție de mărimea filtrului. Filtrul-presă cu kieselgur este prezentat în figura de mai jos:

Filtru-presă cu kieselgur:

1 – suport capac fix, 2 – suport capac mobil, 3 – ax central, 4 – rame pentru reținerea impurităților și agentului filtrant, 5 – suporturi de reținere (pânze, carton), 6 – bare de susținere rame.

4.3.5.Filtru cu suport de site (discuri)

Acest tip de filtru se mai numește și filtru de cazan și poate fi: orizontal cu discuri (site) verticale; vertical cu discuri (site) orizonatle. La aceste filtre, elementele filtrante au formă de discuri perforate montate fix pe un ax gol.

Filtrul orizontal cu discuri verticale (fig.2.8). Este utilizat pentru clarificarea (limpezirea) grosieră a berii și constă dintr-un rezervor (cazan) orizontal 1, din oțel inox, în care se găsește un ax central 2 prevăzut cu 17-37 elemente filtrante 3 din oțel crom-nichel, cu care capacitatea de filtrare ajunge la 200 hl/h la o presiune de 6 bar. Elementele filtrante sunt formate din discuri perforate pe ambele părți, sub formă de țesătură metalică foarte fină, cu un spațiu gol în interior, în vederea curgerii berii filtrate. Plutitorul 4 asigură umplerea completă a filtrului în timpul procesului. Alimentare cu bere are loc prin partea inferioară 5, iar eliminarea se realizează prin axul central gol în partea de acționare 6. Eliminarea masei filtrante reținute pe elmentele de filtrare se efectuează la sfârșitul ciclului de filtare prin rotirea acestora cu ajutorul motorului electric 8 și șprițuire cu apă prin duzele 9 comandate de la cilindrul 10. Eliminarea nămolului cu apa de spălare are loc printr-un racord 7 așezat la fundul cuvei. Avantajul acestui filtru este acela că elementele filtrante sunt active pe ambele fețe, iar curățirea lor se face fără demontare. Un filtru cu capacitatea de 100 hl/h are o suprafață de filtrare de 20 și este echipat cu 20 de discuri care au , iar distanța dintre ele este de 30 mm. Motorul electric cu care este echipat filtrul are 15 kW.

a) b)

Filtru orizontal cu discuri verticale:

a: 1 – rezervor orizontal, 2 – ax central, 3 – elemente de filtrare, 4 – plutitor, 5 – alimentare cu bere, 6 – acționare, 7 – jgheab eliminare nămol, 8 – motor electric, 9 – duze șprițuire, 10 – cilindru;

b: filtru cu elemente filtrante verticale care nu sunt rotite în timpul spălării.

Rezervorul de pregătire a suspensiei de kieselgur are capacitatea de 250 l, iar pompa dozatoare cu membrană are un debit variabil între 0 și 600 l/h. Pompa regulatoare de presiune este de tip centrifugal și are debitul de aproximativ 20 hl/h și presiunea maximă de 7 bar. Pompa este echipată cu electromotor de 11 kW. Sunt constituite și filtre cu elemente filtrante verticale, fără a fi rotite în timpul spălării fig.2.8,b.

Filtrul vertical cu elemente de filtrare orizontale (fig.2.9). Acest filtru este utilizat pentru filtrarea aluvionară și este format dintr-un recipient din oțel inox care rezistă la 10 bar. În recipient este montat un ax central tubular pe care se așează discurile metalice filtrante cu perforații fine. Pe aceste discuri se aluvionează patul filtrant, berea filtrată evacuându-se prin axul central tubular. Celelalte componente ale filtrului sunt: vasul de amestec cu agitator pentru pregătirea suspensiei de kieselgur, pompa de dozare cu membrană pentru dozarea suspensiei de kieslgur din vasul de amestec în lichidul filtrant, pompă centrifugală pentru alimentarea filtrului cu bere, conducte, robinete, panou de comandă.

Filtru vertical cu discuri orizontale:

1 – corpul filtrului cu vizor de sticlă, 2 – ax gol pentru evacuare bere filtrată, 3 – elementul de filtrare, 4 – distanțier, 5 – sită suport, 6 – dispozitiv de compresie, 7- element de filtrare reziduală, 8 – intrare inferioară, 9 – intrare superioară cu distribuitor, 10 – evacuare principală a berii, 11 – evacuarea berii reziduale, 12 – ventil de aerisire, 13 – unitate hidraulică de acționare, 14 – motor hidraulic, 15 – garnituri la axul gol, 16 – dispozitiv de etanșare hidraulic, 17 – conductă de descărcare kieselgur, 19 – dispozitiv de stropire.

4.3.6.Filtrul cu plăci

Filtrul cu plăci este confecționat numai din plăci între care se așează pânze filtrante cu cartoane filtrante formate din celuloză și kieselgur. Filtrele cu plăci pot fi destinate pentru: filtrarea grosieră, filtrare de clarificare, filtrare de polisare, filtrare sterilizantă. Folosirea acestor filtre prezintă următoarele dezavantaje: cartoanele filtrante nu pot fi regenerate la infinit, filtrul ocupă spațiu mare și necesită forță de muncă mare, costurile de operare sunt mari, necesită o curățire manuală, nu pot fi utilizate la berile foarte tulburi.

Pentru filtrarea de polisare și sterilizantă ca elemente de filtrare pot fi utilizate:

module de filtrare (fig.2.10), care sunt formate din elemente cu spațiate între ele, lichidul filtrat fiind colectat printr-un canal central. Elementul filtrant este format din celuloză și kieselgur;

cartușe de filtrare neplisate, cu dimensiuni ale porilor din ce în ce mai mici. Cartușul este format din polipropilenă rolată, stratul de polipropilenă având pori din ce în ce mai mici de la exterior spre interior (fig.2.11,a);

filtre lumânări cu straturi multiple de membrane plisate (fig.2.11,b);

cartușe cu straturi multiple plisate cu diametru de aproximativ 30 cm (fig.2.11,c).

Structura unor module de filtrare:

a – diferite tipuri de module, b – modul secționat.

a b c

Filtre cu plăci:

a – structura unui cartuș de filtrare neplisat, b – structura unui element de filtrare tip lumânare cu straturi multiple plisate, c – structura unui cartuș de filtrare cu mai multe straturi plisate: 1 – strat exterior plisat, 2 – strat combinat plisat, 3 – strat interior plisat.

1.Introducere in tehnologia maltului si berii.

1.1 Materii prime si auxiliare utilizate în industria berii

Berea reprezinta o bautura obținută prin fermentarea cu ajutorul drojdiei a unor musturi obținute din malț, cu sau fără cereale nemalțificate sau alte surse furnizoare de zaharuri.

1.1.1 Categorii de bere

După însușirile senzoriale și fizico-chimice, berea se clasifică în următoarele categorii:

-bere blondă;

-bere brună.

Fiecare categorie de bere se clasifică, la rândul ei, în tipurile prezentate în tabelul urmator.

În cadrul fiecărui tip de bere se pot fabrica diferite sortimente de bere cu respectarea condițiilor minime de calitate. Orice alt tip de bere poate fi fabricat pe baza unor standarde profesionale sau de firmă elaborate și aprobate în conformitate cu reglementările legale în vigoare.

Berea poate fi produsă și comercializată pasteurizat sau nepasteurizat filtrată sau nefiltrată.

Exista si alte clasificari ale berii, in functie de drojdia utilizata pentru fermentare. Astfel, putem sa mentionam urmatoarele categorii:

1. Beri de fermentatie superioara:

– Beri de grâu (Weizenbiere)

– Bere alba (Weissbier)

– Altbier

– Kölsch

– Ale

– Stout

– Porter

– Beri belgiene (ex. Trapist, Lambic, Duvel, white beer etc.)

2. Beri de fermentatie inferioara:

– Beri Pils

– Beri lager

– Beri export

– Beri negre

– Bere Bock

– Beri fara alcool

– Beri slab alcoolice

– Beri dietetice

– Beri nutritive

– Beri ușoare (light)

În plus, se mai pot considera și din ce în ce mai actuală categorie de beer mix drinks, care se poate obține având la bază practic orice tip de bere.

Principalele materii prime utilizate la fabricarea berii sunt apa, malțul, hameiul și produsele din hamei, drojdia de bere.

Schema tehnologică generală de fabricare a berii se prezinta astfel:

8.4 Stabilitatea berii

O bere este stabila atunci cand se poate mentine limpede cel putin 6 luni de la data imbutelierii.

Substantele coloidale din bere sunt raspunzatoare in cea mai mare parte de tulbureala nebiologica a berii. Acestea sunt substante proteice de diferite grade de degradare care provin din malt si care sunt combinate cu substante tanante provenind la randul lor din cojile de malt si din hamei.

Timpul dupa care apar tulburelile este insa variabil si depinde de o serie de factori dintre care cei mai importanti sunt:

concentratia si natura chimica a coloizilor;

temperatura;

agitarea;

oxidarea.

Problema formarii tulburelii la bere este extrem de vasta, de complexa, tot atat de complexa ca si mediul in care ia nastere si este influentata de o multitudine de factori.

In cel mai inalt grad, calitatea berii depinde in final de stabilitatea ei, adica tendintei de a forma tulbureli intr-un viitor mai mult sau mai putin apropiat.

Materiile prime – orzul, hameiul, apa – joaca un rol hotarator in acest sens si la drept vorbind, acestea sunt incomplet studiate din acest punct de vedere.

Se spune ca berea se tulbura atunci cand incepe sa difuzeze in mare masura lumina (o opalescenta fina sau grosiera).

Se obisnuieste sa se diferentieze tulburarile biologice de cele nebiologice. Primele se datoreaza dezvoltarii microorganismelor in mediu. Atunci cand este vorba numai de drojdii, problema nu este atat de grava, simple masuri, ca de exemplu filtrarea sterila sau pasteurizarea, sunt in general suficiente pentru a remedia situatia.

Cand este vorba de adevarate infectii, in special cu bacterii, problema este mult mai grava. Trebuie sa se suprime cauzele, însa o conducere ingrijita a procesului tehnologic, o curatire, dezinfectare si sterilizare adecvata a utilajului, duc in mod sigur la indepartarea tulburelilor biologice.

Tulbureala nebiologica apare, însă, mai devreme sau mai tarziu in bere. Se poate spune ca aparitia unei tulbureli nebiologice este un fenomen normal, in sensul ca este inevitabil. Totusi, la ora actuala, daca nu se poate asigura o stabilitate nelimitata prin metodele ce stau la dispozitia berarilor, poate fi prelungit destul de mult timpul pana la aparitia tulburelilor.

Berea este un mediu coloidal care contine in acelasi timp micelii si macromolecule hidrofile. Acest mediu evolueaza in timp si particolele coloidale isi pierd incetul cu incetul hidrofilia.

Pierderea hidrofiliei poate rezulta din fenomene de natura pur coloidala. Aceasta este valabila mai ales pentru micelii. Formate dintr-o asociatie de molecule de marime mai mica, acestea tind cu timpul sa se aglomereze, prin variatia sarcinii lor superficiale, prin variatia in mediul inconjurator (numar mare de molecule adsorbite), prin ciocnire cu alte micelii si toate aceasta fara ca propria loc compoziție sa sufere modificari.

Macromoleculele poseda in structura lor grupari hidrofile care le permit sa ramana in solutie coloidala stabila. Aceste grupari hidrofile pot fi gruparile – COOH și – NH2 ale proteinelor, gruparile polare neionizabile – CO – NH ale legaturilor peptidice, gruparile –OH ale substantelor polifenolice, ale dextrinelor.

Daca astfel de grupari pot participa la combinatii chimice care le modifica natura si le fac sa-si piarda in particular caracterul lor polar, atunci solubilitatea poate fi mult modificata.

In general se poate spune ca toate tulburelile contin:

parte tananta (sau polifenoli condensati), care formeaza constituientii majori si a caror proporție este esential variabilă de la un tip de tulbureala la alta;

polizaharide adsorbite (sau combinate);

metale si constituienti minerali, rasini de hamei (pot fi considerate constituienti minori).

Daca ne limitam la raportul intre cei doi constituienti majori – partea proteica si partea polifenolica – se constata ca structura tulburelilor este extrem de variata. Din cercetarile publicate pana in prezent reiese ca procentul de substanta proteica in tulbureli variaza intre 20 si 70%.

Variatii apar si in compozitia fiecarui component, asa cum reiese din analiza aminoaciazilor. Demn de remarcat ramane faptul ca proteinele si derivatii polifenolici sunt intotdeauna prezenti simultan.

In cazul tulburelilor nebiologice, se disting tulbureli la rece sau tulbureli reversibile, care apar prin racirea berii in jur de 0oC si care dispar prin incalzire la o temperatura de 20oC sau mai mare si tulburelile ireversibile, cunoscute in trecut ca tulbureli de „oxidare” care nu dispar prin incalzirea berii la temperatura obisnuita.

Totusi, și aceasta tulbureală, zisa ireversibilă, în unele cazuri se poate să dispară parțial sau total, atunci când berea se încălzește la 70oC.

Pe măsură ce tulbureala se învechește, cu atât devine mai ireversibilă și cu atât mai greu se poate dizolva.

Din cele arătate, se vede că orice tulbureală prezintă o fracțiune ireversibilă în sensul precizat mai sus, dar importantă acestei fracțiune este în funcție de temperatura la care se încălzește berea și de asemenea și de timpul cât ea este menținută la temperaturi ridicate.

Nu există o graniță netă și bine definită între tulbureala reversibilă și cea ireversibilă. Există o înlănțuire continua de stări caracterizate printr-o solubilitate (sau o hidrofilie) care descrește progresiv.

Este sigur că oxidarea are drept rezultat micșorarea considerabilă a hidrofiliei și poate acesta este motivul pentru care s-a vorbit în trecut de tulburelile de oxidare pentru a caracteriza tulbureala ireversibilă.

Se mai vorbește, de asemenea, de tulbureala proteică sau tulbureala de pasteurizare, care vrea să arate ca acest gen de tulbureala este cauzat de o denaturare a substanțelor proteice.

Se mai cunosc, de asemenea, și tulburelile metalice, ca de exemplu cele caracterizate de staniu, fiert, etc.

În concluzie, se poate spune că, în stadiul actual al cunoștințelor despre fenomenele de tulbureala nebiologica din bere, cunoștințe obținute în urma experimentărilor efectuate de numeroase institute științifice de cercetare a berii din lume, trebuie admisă ca teorie faptul că fiind răspunzătoare de apariția tulburelilor în bere cel puțin două componente, ca cu excepția efectelor neobișnuite (oxidarea, influenta metalelor grele, etc.).

Una din cele două componente este lipsită de azot și reprezintă un sistem de substanțe tanante.

Despre natura acestui sistem, care este caracterizat astăzi ca înglobând componenți antocianogenici sau polifenolici, exista o serie de lucrări interesante, din ale căror rezultate reiese că aceste componente au o structură fenolica și dau, prin încălzire cu butanol – acid clorhidric, soluții colorate în roșu, al căror spectru este apropiat cu acela al antocianidinelor și constau din una sau mai multe proteine, respectiv fragmente de proteină.

Întrebarea care se poate pune este de ce nu reacționează însă proteinele cu substanțe tanante chiar în timpul depozitarii și maturarii berii? În ultimii ani s-a stabilit ca la precipitarea proteinelor cu taninul, un rol important îl joacă al treilea factor și anume oxigenul.

În tancul de depozitare, oxigenul este îndepărtat în procesul de fermentare de către drojdie și de aceea un compus proteină – tanin – oxigen (insolubil) nu se poate forma.

La umplerea butoaielor sau sticlelor cu bere, este inevitabil accesul oxigenului. Cunoașterea faptului că la formarea tulburelilor participa în primul rând cei trei factori – proteină, tanin, oxigen – ne permite să alegem căile de combatere, pe cât este posibil, a tulburelii berii.

Pentru combaterea tulburelilor, cea mai simplă cale pare să fie îndepărtarea oxigenului. În realitate însă, acest lucru nu poate fi realizat chiar atât de ușor – în special economic – chiar dacă se umple sticla în prealabil cu bioxid de carbon (în limite economice).

De cele mai multe ori, chiar în condițiile arătate mai sus, în bere rămâne o cantitate de oxigen, care, deși mică, totuși suficientă pentru formarea combinațiilor insolubile.

Îndepărtarea cât mai completă a oxigenului nu este un remediu absolut sigur pentru evitarea tulburelilor, totuși este un bun mijloc pentru prelungirea timpului până la apariția tulburelilor în bere. Rezultate bune se obțin dacă se adaugă berii substanțe puternic reducătoare, așa cum sunt acidul ascorbic sau reductoni care au pentru oxigen o afinitate mai mare decât compușii proteină – tanin.

Un al doilea factor asupra căruia se poate acționa este proteină. Proteină din bere se găsește în diferite mărimi moleculare. O parte este proteină coagulabilă la căldură, o altă parte apare sub formă de albumoze, alta sub formă de peptone, polipeptide și aminoacizi.

Toți componenții proteici ai berii și în primul rând cei cu moleculă mare, favorizează durabilitatea spumei la bere. Substanțele proteice care produc tulbureala, prin combinare cu taninul și oxigenul, au moleculă mare și de aceea orice stabilizare care îndepărtează din bere proteină, trebuie să atragă după sine, ca acțiune secundară nedorită, o micșorare a durabilității spumei.

Cantitatea de substanțe proteice, însă, care pricinuiește tulburelile, este în bere destul de mică și aplicarea unui mijloc corespunzător de îndepărtare a acestor substanțe proteice înrăutățește imperceptibil durabilitatea spumei. De aceea, stabilizatorii care scot proteina din bere trebuiesc să prindă cât mai selectiv posibil, numai substanțele proteice care produc tulbureala.

Pentru indepartarea proteinelor producatoare de tulbureala in bere se folosesc diferite mijloace ca:

taninul;

preparatele enzimatice (de obicei cu actiune proteolitica);

bentonitele, etc.

Un al treilea component raspunzator de tulbureala berii este taninul care poate fi indepartat din bere folosind diferite tratamente.

9. Conditionarea berii

După fermentare, berea este mai mult sau mai puțin tulbure, datorită particulelor fine de trub și a celulelor de drojdie care au rămas în suspensie.

Berea dată în consum trebuie să prezinte o limpiditate perfectă, cu luciu. La limpezire berea își îmbunătățește însușirile gustative și de spumare, dar mai ales stabilitatea coloidală și microbiologică.

Toată cantitatea de bere fermentată în tancurile cilindro-conice este în faza inițială supusă operației de centrifugare ce are ca scop îndepărtarea drojdiei moarte și a materialelor cauzatoare de turbiditate. În faza a doua toată cantitatea de bere tânără este supusă unor operații succesive de stabilizare microbiologică prin filtrare prin membrane și stabilizare coloidală prin reținerea proteinelor și a polifenolilor pe o suprafață cu agaroza.

Datorită faptului că berea tânără stabilizata microbiologic și coloidal este obținută dintr-un must de bere cu concentrație ridicată se procedează la operația de dilutie (blending) cu apa dezaerată și la carbonatarea acesteia cu dioxid de carbon pur ca să atingă parametrii stabiliți pentru produsul final.

Principala metoda de condiționare a berii în vederea asigurării stabilității acesteia este filtrarea.

Prin filtrare, din bere se înlătură acele substanțe care se află în stare de suspensie și care produc tulburarea acesteia. În funcție de mărimea lor, particulele care formează tulbureala se pot împărți în trei grupe:

dispersii grosiere, cu dimensiunea particulelor mai mare de 0,1 μ (celule de drojdie sau bacterii, proteine și rășini din hamei coagulate). Prin îndepărtarea lor se îmbunătățește în special stabilitatea biologică a berii;

substanțe coloidale, cu dimensiunea particulelor de 0,001-0,1 μ, reprezentate de coloizi de natură proteică, gume și rășini de hamei coloidale. Prin îndepărtarea lor se îmbunătățește stabilitatea coloidală a berii. Nu se urmărește o îndepărtare prea avansată a acestor substanțe, deoarece are loc înrăutățirea spumei și plinătății berii;

Substanțe dizolvate molecular, cu dimensiunea particulelor mai mică de 0,001 μ, care formează soluții adevărate.

Scopul principal al limpezirii berii prin filtrare reprezintă mărirea stabilității și îmbunătățirea aspectului, scop care nu este întotdeauna în concordanță cu eficiența economică a tehnicii de filtrare adoptată și cu modificarea însușirilor senzoriale ale berii în urma acestui proces.

Tipurile de filtre utilizate în industria berii sunt clasificate în:

filtre cu material filtrant fix:

filtre cu plăci și masă filtrantă;

filtre cu plăci și cartoane filtrante;

filtre cu membrană filtrantă;

filtre cu aluvionarea materialului filtrant:

filtre cu rame și plăci și cu cartoane suport pentru kieselgur;

filtre cu suport de site metalice;

filtre cu lumânări.

Filtrarea aluvionară este cea mai răspândită operațiune de filtrare în fabricile moderne.

Cuvintele filtrare si filtru provin din cuvantul latin filtrum, care inseamna pâslă. Notiunile generale ale filtrarii se refera la:

sistem;

faza;

mediul dispersant;

dispersie.

Sistemul

sub cuvantul sistem se intelege o entitate anumita inchisa care de cele mai multe ori se compune din mai multe faze. Se deosebesc sisteme uniforme (omogene) si sisteme neuniforme (heterogene);

sistemele sunt foarte diferite. Un sistem este heterogen atunci cand contine componenti cu proprietati fizice diferite sau include diferiti componenti chimici. In sistemul heterogen se deosebesc trei stari: starea solida, starea lichida si starea gazoasa;

spre deosebire de sistemul heterogen, sistemul omogen contine componenti cu proprietati fizice uniforme;

Faza

partile uniforme ale unui sistem heterogen se definesc drept faza;

in cazul cand aglomerarea unui material poate fi delimitata in mod distinct, atunci se vorbeste de faze. Trebuie observat ca sistemul omogen poate sa contina in principiu numai faza gazoasa (dupa cum se stie gazele se pot amesteca in mod liber formand un sistem monofazat);

la un sistem solid sau lichid, pot interveni in mod firesc diferite faze.

Mediul de dispersie

In cazul cand o faza se gaseste in exces, ea este denumita atunci mediul de dispersie.

Substanta dispersată

faza dispersată se definește ca substanța dispersată.

Scopul principal al filtrării este separarea fazei solide de cea lichidă. În acest caz substanța dispersată este faza solidă, iar fază lichidă constituie faza dispersată.

În timpul filtrării intervine, prin urmare, separarea substanței solide dispersate, de faza gazoasă sau lichidă dispersată.

Cu cât particulele componentei solide sunt mai mărunte și cu cât sunt mai dispersate, cu atât se sedimentează mai lent. În cazul apariției unei suspensii foarte mărunte, faza solidă rămâne în faza dispersantă.

În funcție de mărimea particulelor dispersate în lichid se disting următoarele trei grupe:

particule grosiere dispersate;

coloizi;

soluții sau dispersii moleculare.

În sisteme cu particule mari ale fazei dispersate mărimea particulelor este de peste 100 nm. Mărimea particulelor individuale este neuniforma. Particulele sunt vizibile la microscop, iar separarea particulelor solide poate fi efectuată cu ajutorul hârtiei de filtru.

În cazul coloizilor, mărimea particulelor este de 1 – 100 nm. Mărimea particulelor este neuniformă, particulele nu mai sunt vizibile la microscop, fiind însă vizibile la ultramicroscop. Separarea fazelor cu ajutorul hârtiei de filtru nu este posibilă, ele putând fi însă separate cu ajutorul filtrării, prin intermediul unor membrane speciale.

Sistemele molecular disperse constituie sisteme omogene uniforme. În domeniul băuturilor se pot distinge următoarele:

apă și apă minerală nesaturata cu bioxid de carbon. Sărurile minerale sunt complet dizolvate în apă, formând un sistem uniform. Dacă se saturează lichidul cu bioxid de carbon, sistemul se modifica deoarece gazul se dizolvă în apă;

limonadele limpezite constituie sisteme uniforme, deoarece componentele au fost dizolvate;

băuturile de fructe constituie sisteme neuniforme, deoarece ele prezintă suspensii coloidale, respectiv înalt dispersate de substanțe insolubile;

băuturi spirtoase limpezite – sunt sisteme uniforme;

berea și mustul constituie un sistem neuniform de particule mari dispersate. Berea constituie, în afară de aceasta, un sistem complicat neuniform. Spuma este un sistem heterogen. Stabilitatea spumei depinde de faza gazoasă, precum și de faza solidă, coloidala, dispersată în mediul lichid de dispersie. Calcularea precisă a acestui parametru este foarte dificilă.

Filtrarea, operația introduse în fabricile de bere acum 100 de ani, este strâns legată de limpezirea/ clarificarea berii, alături de multe alte etape din procesul tehnologic de obținere a berii.

Trebuie menționat că filtrarea nu reprezintă o soluție magică pentru rectificarea greșelilor făcute în operațiile precedente de producere a berii. La începuturi, s-a utilizat azbestul, uneori în mod excesiv, iar compușii amelioratori de gust și de spumă au fost astfel înlăturați din bere.

La ora actuală, se lucrează în mod economic, prin reciclarea adjuvanților de filtrare, deoarece masa filtrantă se neutralizează după trecerea sa printr-un proces de spălare.

Masa de filtrare

pentru producerea masei de filtrare se foloseste bumbac cu lungimea fibrei de 7 – 11 mm;

in cazul cand se folosesc fibre mai lungi acestea se pot impasli, blocand pompa;

de asemenea, masa de filtrare trebuie sa prezinte o usurinta de trecere pentru o suspensie uniforma in apa;

participarea fibrelor scurte nu va fi mai mare de 0,3%. In cazul in care acest procent este mai mare, atunci cresc pierderile, stratul de filtrare devine fragil si unele fibre pot trece in filtrat.

In industria fermentativa se folosesc mijloace de filtrare auxiliare pe langa materialul de baza pe care o constituie masa de filtrare, utilizandu – se:

carbune activ;

cartoane filtrante;

kieselgur;

perlita;

membranele filtrante.

Carbunele activ

pentru marirea capacitatii de adsorbtie se adaugara la mijlocul de filtrare principal;

carbunele activ poseda o suprafata interna mare, cu o capacitate de adsorbtie inalta;

suprafata interna a unui carbune activ bun este de 1250 m2/ g.

Cartoanele de filtrare

pentru limpezire se folosesc de asemenea cartoane de filtrare, care se produc cu permeabilitate diferită. Materialul de bază pentru producerea lor este celuloză. Se folosesc, de asemenea, bumbacul și pământul silicios;

în funcție de prelucrarea inițială și de raportul componenților se produc cartoane cu mărimi diferite a canalelor și capacități diferite de adsorbție, deci de diferite capacități de filtrare. Plăcile trebuie să conțină cantități mici de fier, calciu și cupru;

în cazul filtrării prin pământ silicios, plăcile transportabile sunt indispensabile. În stadiul inițial, după fiecare filtrare s-a folosit un carton nou. Printr-o tratare corespunzătoare a suprafeței cu rășini sintetice s-a evitat înfundarea cartoanelor. Cartoanele se clătesc după filtrarea terminată numai cu apă și sunt folosite în continuare. Aceste cartoane au fost denumite durabile. Sunt cunoscute, de asemenea, plăci de limpezire;

cartoanele de limpezire nu au utilizarea prea mare în industria berii deoarece prezintă o viteză redusă de filtrare. Ele sunt deasemenea foarte costisitoare. O folosire mai frecventă au găsit plăcile EK. Ele servesc pentru prelungirea durabilității și sunt folosite în special pentru berea de export. Plăcile EK se caracterizează printr-un diametru mic al canalelor și prin proprietăți de adsorbție puternice;

la o filtrare de reținere este indispensabilă o filtrare inițială deoarece aceste placi se caracterizează printr-o permeabilitate mică;

permeabilitatea maximă a plăcilor de reținere la o presiune de 0,2 bar este de 300 litri/ m2/ h, iar cea minimă de 80 litri/ m2/ h.

Kieselgurul constă din fosilele plantelor de apă, ale căror lanțuri vegetale apar la microscop sub formă de cochilii și carapace subțiri, transparente, de cele mai diferite forme. Se deosebesc 15.000 de diferite feluri de kieselgur, care constau din acid silicic și sunt numite diatomee. Sortimentele de kieselgur nu se deosebesc în ceea ce privește forma particulelor, ci după originea lor.

Filtrare prin kieselgur își are originea în SUA, de unde a venit și în Europa. Kieselgurul s-a utilizat pentru prima dată în anii 1930 în Anglia, la început numai că aditiv (adjuvant) în masa filtrantă. După 1950, filtrarea cu kieselgur a pătruns masiv în Germania.

În practică, cel mai bine limpezesc tipurile de kieselgur care constau în mod preponderent din cochilii în formă de bastonașe, în timp ce sorturile cu forme aproape exclusiv rotunde produc o filtrare, ce-i drept rapidă, însă mai puțin eficace. De aceea, pe lângă analiza uzuală a kieselgurului, trebuie să se mai facă și un control microscopic, pentru aprecierea completă a acestuia. Astfel:

kieselgurul de proveniența franceză prezintă în mod preponderent particule rotunde;

kieselgurul de proveniența germană prezintă în mod preponderent particule în formă de bastonașe;

kieselgurul de proveniența californiană prezintă în mod preponderent particule rotunde și în formă de bastonașe.

Principiul filtrării ci kieselgur constă în formarea unui strat filtrant de kieselgur prin colmatare inițială prin care se introduce apoi bere nefiltrată, în care se dozează în mod continuu o suspensie de kieselgur. Ca suport pentru stratul de kieselgur se pot utiliza cartoane din material celulozic, site metalice fine, lumânări ceramice sau din material poros.

În practică sunt cunoscute următoarele tipuri de filtre cu kieselgur:

filtre orizontale cu plăci verticale;

filtre verticale cu plăci verticale;

filtre cu lumânări filtrante.

Cu creșterea porozității kieselgurului, crește capacitatea de a fi străbătut de lichid, efectul de limpezire fiind astfel redus corespunzător. Filtrarea berii implica o separare solid – lichid. Lichidul străbate prin porozitățile masei de filtrare, iar substanțele care conferă tulbureala berii sunt reținute în masa filtrantă.

Aceasta se realizează mai ales prin sitare (cernere), parțial prin aderare și/ sau absorbție, fenomenul depinzând de compoziția adjuvantului de filtrare.

În cazul filtrării, faza limpezită (clarificata) se denumește filtrat, iar substanța solidă separată pe suport se numește „turtă” filtrantă.

Pentru a atinge efectul de limpezire dorit de la începutul filtrării și, de asemenea, pentru a feri elementele filtrante de colmatare, trebuie să se facă o operație preliminară înainte de filtrarea propriu-zisă, așa-numita antrenare preliminară.

Aceasta se produce în circuit, cu materialul filtrant curat în amestec cu apă. În funcție de tipul de filtru și stratul purtător (stratul suport), se folosesc 400 – 800 g kieselgur/ m2.

Pentru a evita ca substanțele de tulburare reținute prin antrenarea primară să lase în urmă un filtru greu permeabil sau chiar impermeabil, trebuie că împreună cu lichidul de filtrat să se antreneze în permanentă și puțin kieselgur.

Cantitatea necesară la dozarea continua se orientează după felul și după cantitatea substanțelor de tulburare și trebuie să corespundă acestora. În mod normal dozarea se situează între 50 – 150 g/ hl.

Întotdeauna trebuie să se folosească sorturile cele mai poroase care produc însă suficientă limpiditate, ceea ce corespunde celei mai mari capacități de filtrare.

Dacă se ia în considerare turtă de filtru în conformația sa, atunci după antrenarea preliminară limpede (clară) ea trebuie să prezinte o structură uniformă și o culoare unitară.

La filtrele cu pânza se recomandă mai întâi o antrenare preliminară cu material grosier și apoi o a doua antrenare cu un sortiment de kieselgur mai fin. Prin aceasta se evita foarte bine că particulele de kieselgur să nu pătrundă în sită.

În principiu este posibil ca prin antrenarea a două straturi să se realizeze porozitatea medie dorită. Trebuie însă evidențiat faptul că sorturile mai fine coboară atât de puternic porozitatea încât practic, chiar de la un amestec de 50: 50, porozitatea este aceea a kieselgurului cel mai fin, ceea ce face că randamentul cantitativ să scadă corespunzător.

Pentru a realiza o porozitate mijlocie, ajunge în mod normal chiar un amestec de 10 – 20% din mediu adjuvant de filtrare din materialul cel mai fin și de 90 – 80% din cel mai grosier.

Cerințe calitative pentru pământurile filtrante (kieselgur):

kieselgurul nu trebuie să influențeze berea printr-un miros de pământ, de mucegai, respectiv de hârtie. Pentru a cerceta această trebuie adăugată berii o cantitate de 5 g kieselgur/ litru. în prima oră, flaconul trebuie agitat frecvent. După 24 de ore, la temperatura camerei, berea trebuie decantata, iar apoi trebuie analizat gustul și mirosul ei;

nu trebuie să se înregistreze modificări ale pH-ului, culorii și cantității de fier dizolvat;

determinarea fierului se face cantitativ, cu ajutorul unui reactiv 2 – 2' dipiridil și calitativ cu ajutorul sulfocianurii de potasiu. Conținutul de fier trebuie să fie de max. 0,02%;

umiditatea kieselgurului permite concluzii privind calitatea pregătirii și a depozitarii lui. Kieselgurul cu un conținut mai mare de umiditate admite mai ușor un miros de mucegai. Umiditatea se determina printr-o uscare de 3 ore a unui gram de pământ la temperatura de 110oC. Conținutul de umiditate trebuie să fie de maxim 5%;

pierderile la calcinare se produc în timpul arderii, provenind din volatilizarea bioxidului de carbon rezultat din carbonați, precum și din arderea substanței organice;

pierderile mari la calcinare indica desfășurarea necorespunzătoare a procesului de fabricație. Substanțele prezente în materialul filtrant pot imprima berii un gust necorespunzător;

pierderile la calcinare se determina prin calcinarea unui gram de kieselgur timp de o oră la 800oC. Se admite o pierdere de maxim 5%.

-Caiet de sarcini

1. Definirea și domeniul de utilizare a produsului

Instalația de filtrare a berii cu Kieselgur este o instalație tehnologică destinată efectuării filtrării unor cantități mici de bere în vederea experimentării unor procese de filtrare a fluidelor cu suspensii solide.

Utilizarea acestei instalații va conduce la creșterea conservabilității berii cu cca. 48 ore datorită filtrării avansate și în primul rând a eliminării complete a celulelor de drojdie.

2. Caracteristici tehnice principale

– Capacitate de filtrare… cca. 1500 l/ h

– Presiunea de alimentare a berii… min. 2 barr

– Presiunea de alimentare Kieselgur… min. 3 barr

– Regim de lucru… continuu

– Mediu de lucru… lichide alimentare cu suspensii solide

– Petere instalată…0,74 Kw

– Suprafața de filtrare…0,68 mp

– Debitul de Kieselgur dozat…10 l/ h

3. Componența produsului

Din punct de vedere constructiv instalația se compune din următoarele părti principale:

– Filtru cu rame și plăci

– Vas preparare Kieselgur

– Pompă dozatoare Kieselgur

– Cărucior filtru

– Vizoare;

– Conducte, armături și robineți tehnologici.

Toate suprafețele care vin în contact cu materia primă prelucrată, sunt confecționate din oțel inoxidabil.

4. Condiții speciale pe care trebuie să le îndeplinească produsul.

Instalația de filtrare se va monta în incinte închise și va funcționa în condiții de temperatură cuprinse între +4*C – 15*C având în vedere natura materiei prime prelucrate.

Instalația nu va trebui să funcționeze cu pierderi de lichide prin neetanșeități. Se vor executa toate operațiile necesare realizării unei perfecte etanșeități a conductelor tehnologice.

5. Prescripții privind materialele din care se execută produsul și acoperi de protective.

Toate suprafețele care vin în contact cu material primă filtrate se vor executa din oțel inoxidabil.

Ramele și plăcile filtrului se vor executa din aliaj de aluminiu ATC și 12 (STAS 201/ 2-80).

Toate suprafețele executate din oțel carbon se vor curate, degresa și acoperi cu vopsea de ulei de culoare gri.

6. Condiții de utilizare în exploatare a produsului

Instalația se amplasează, montează și utilizează în fabricile de bere (secție filtrare), pentru efectuarea unor experimentări legate de filtrarea berii cu diferite suspensii solide.

Instalația se amplasează pe cât posibil în apropierea racordului de alimentare cu bere nefiltrată care vine din secția de prelucrare industrial.

Deasemenea se va avea în vedere posibilitatea racordării instalației la rețeaua de apă potabilă și la o sursă de curent de 220 V ca prevăzând în acest sens un întrerupător dublu pentru pornirea – oprirea motoarelor electrice ale amestecului de Kieselgur și pompei dozatoare.

Conductele tehnologice proprii instalației vor fi executate din elementele tronconate, asamblate prin mufe filetate, teuri și flanșe cu șuruburi.

Instalația se va exploata numai cu condiția existenței pe circuitele tehnologice a manometrelor prevăzute în documentație pentru protejarea instalației în funcționare.

Prin vizoarele prevăzute, se poate observa în fiecare etapă de desfășurare a filtrării concentrația suspensiilor solide cât și calitatea berii filtrate.

Utilizarea și întreținerea instalației se va face numai de personal calificat și instruit în ceea ce privește desfășurarea procesului tehnologic de filtrare a berii.

Pentru asigurarea etanșeității întregului complex de conducte tehnologice se vă prevede că piese de schimb permanent în dotarea personalului, tot setul garniturilor din cauciuc, având astfel posibilitatea intervenției operative și permanente, în remedierea a ce se impune.

7. Condiții de conservare, transport și depozitare

Suprafețele în contact cu materia primă, s-au prevăzut a fi executate din oțel inoxidabil astfel încât s-a asigurat protecția anticorozivă specifică mediului de lucru.

Suprafețele exterioare executate din oțel carbon s-au prevăzut a fi montate și acoperite cu vopsea de ulei.

Având în vedere că instalația este executată din elemente demontabile pentru a asigura posibilitatea transportului și montării ei în diverse fabrici de bere, se va avea grijă că operațiile de montare-demontare și transport al instalației să se facă cu atenție pentru că nu provoca deteriorări subansamblelor componente.

Pe timpul transportului, toate elementele componente se vor ambala în lăzi de lemn iar accesoriile (manometru, robineți, etc.) vor fi ambalate separate.

Instalația va funcționa numai în incinte închise (laboratoare, secții de fabricare a berii).

Memoriu tehnic

1. Descrierea generală a produsului din punct de vedere constructiv, funcțional și al deservirii

Vasul de preparare kieselgur este un utilaj care intra în componența “instalației de filtrare a berii cu kieselgur”.

Pentru execuția utilajului a fost întocmită documentația în faza DEu (desen de execuție).

În procesul tehnologic de obținere a berii filtrate se folosesc soluții cu suspensii solide care se introduc printr-o pompă dozatoare în berea înfiltrate, urmând ca aceste particule solide (kieselgur) să fie reținute pe suportul filtrant dintre ramele și plăcile filtrului DEu 2058-U-18280/ 1.0.

Prepararea soluției cu suspensii solide se efectuează într-un recipient, prevăzut cu un sistem de amestecare pentru omogenizarea soluției.

Utilajul este format: dintr-un vas de omogenizare (poz.1) executat din oțel inoxidabil, prevăzut cu un capac (poz.15) format din două elemente, din care unul este rabatabil pentru a se putea face încărcarea cu materialele ce constituie compoziția soluției cu suspensii solide (kieselgur).

La partea superioară a vasului, pe capac, se fixează triola acționării agitatorului prin șuruburi și piulițe.

Suportul motoreductorului este fixat printr-o flanșă de piciorul de sprijin (poz.12).

Piciorul de sprijin (poz.12) trece prin două aliaje proiectate în nervurile sudate pe vasul de rigidizare.

Constituind al treilea picior de sprijin al vasului.

Pe nervura inferioară, care constituie suprafața de așezare, se montează pompa dozatoare. Aceasta este racordată la vasul de omogenizare prin racordul de aspirație și la conductă de bere prin racordul de refulare. Pompa dozatoare tip PD Loo are posibilitatea de reglaj a debitului de soluție ce trebuie dozată în berea înfiltrată.

Pe vasul de omogenizare sunt prevăzute următoarele racorduri tehnologice:

R1-ieșire soluție kieselgur (Dn 10)

R2-golire (Dn 10)

R3-intrare apă spălare (Dn 20)

Fundul vasului de omogenizare este prevăzut cu pantă pentru a facilita golirea completă a apei de spălare din vas.

Toate suprafețele în contact cu materialul prelucrat au fost prevăzute a fi executate din oțel inoxidabil.

Din punct de vedere funcțional ordinea operațiilor de lucru este următoarea:

– Se cântăresc (dozează) materiile prime ce intră în compoziția soluției de kieselgur, în funcție

de concentrația sau caracteristicile solicitate (impuse).

– Se pornește mecanismul de agitare (paleta ancoră).

– Se introduce în vas apă și kieselgurul (granulat) prin capacul rabatabil.

– Menținerea în agitare a materialelor introduse până la omogenizarea datorită soluției cu suspensie (se pot lua probe).

– Dozarea prin pompă a soluției preparate, în circuitul de alimentare al filtrului cu bere.

Prepararea soluției cu suspensii solide de kieselgur se face discontinuu (în șarje).

Pentru reluarea ciclului de funcționare se va efectua spălarea vasului cu apă (prin R3 care se colectează sau dirijează la o gură de canal).

Pentru spălarea pompei dozatoare după utilizare, se umple vasul cu apă și se pune în funcțiune pompa, care va refula fluidul aspirat antrenând depunerile de pe circuitul aspirației de refulare al pompei.

2. Caracteristici tehnice principale

– Puterea motorului pompei dozatoare..0,37 kw

– Debitul pompei dozatoare…10 l/ h

– Puterea motorului agitatorului…0,37 kw

– Turația axului agitatorului… cca.37 rot/ min

– Capacitatea vasului… cca. 20 l.

– Masa … kg.

Caiet de sarcini 

1.Definirea și domeniul de utilizare a produsului 
Vasul de preparare kieselgur este un utilaj din component “Instalație de filtrare a berii”. 
Utilajul este destinat pentru prepararea soluției cu suspensii solide (kieselgur) necesară procesului de filtrare a berii. 

2.Caracteristici tehnice și constructive principale: 
-Puterea motorului pompei dozatoare….0,37 kw 
-Debitul pompei dozatoare….10 l/h 
-Puterea motoreductorului……0,37 kw 
-Turația axului agitatorului….0,37 rot/min 
-Capacitatea vasului….20 l 
-Masă …..kg 

3.Componentă produsului 
Vasul de preparare kieselgur este compus din următoarele subansamble principale: 
-vas omogenizare 
-capac 
-turla acționare 
-motoreductor M2HM(50x40x0,37/1500) 
-suport motoreductor 
-picior sprijin 
-pompă dozatoare tip PD 100_IS-P12 (Tehnofrig. CLuj-Napoca) 
-suport pompă 
Pe vas sunt prevăzute următoarele racorduri tehnologice:
-R1-ieșire soluție kieselgur(Dn 10) 
-R2-golire(Dn 10) 
-R3-intrare apă spălare(Dn 20) 

Toate suprafețele în contact cu materialul prelucrat au fost prevăzute a fi executate din oțel inoxidabil.

4.Condiții speciale pe care trebuie să le îndeplinească produsul și diferite piese sau subansamble ale lui 
Suprafață interioară a vasului de omogenizare trebuie să fie bine finisată și să nu prezinte neregularități ale suprafețelor. 
-Cordoanele de sudură vor fi curățate,polizate și lustruite pentru a nu permite depozitarea unor resturi de material prelucrate în vas, după spălare. 
-La asamblările filtrate prin șurub și piulita se va avea în vedere că acestea să fie bine strânse pentru a evita autodesfacerea și zgomotele datorate trepidațiilor la funcționareamotoarelor electrice. 
-Sistemul de agitare trebuie să fie bine echilibrat, pentru a nu se produce uzuri premature în lagărele axului agitatorului. 

5.Prescripții privind unele material speciale din care se execută produsul. 
Toate părțile componente ale utilajului care vin în contact cu produsul prelucrat vor fi executate din oțel inoxidabil conform documentației de execuție. 

6.Condiții pentru acoperiri de protective și decorative 
Cu excepția părților component executate din oțel inoxidabil, toate suprafețele exterioare se vor vopsi în culoare alb-crem cu vopsea de ulei. 

7.Condiții care trebuie respectate în timpul executării produsului 
Cordoanele de sudură vor fi executate cât mai îngrijit după care vor fi curățate și lustruite. 
Toate muchiile ascuțite vor fi teșite și nu se admit bravură,sufluri,fisuri și abateri dimensionale de la documentația de execuție. 

8.Enumerarea și descrierea probelor și verificărilor 
Recepția utilajului se va face la unitatea executantă în prezența benficiarului și proiectantului și 

constă din următoarele: 
-Verificarea corespondenței dintre execuție și documentație, (dimensiuni, component, prelucrări, etc.). 

-Verificarea materialelor utilizate față de cele prevăzute în proiect (certificat de calitate). 
-Se vor analiză rezultatele următoarelor probe: 
a)Proba de mers în gol-timp de o ora la turația agitatorului.Se va verifică să nu se producă vibrații, încălzirea lagărelor, scurgeri de lubrifianți, zgomote accentuate. 
b)Proba de durata-constând în funcționarea timp de 8 ore a agitatorului când vasul este plin cu apă.Se va proba și funcționarea pompei dozatoare urmărindu-se valoarea debitului refulat (l/h). 
În cursul cestei probe se va urmări dacă funcționarea se face fără vibrații, dacă lagărele nu se încălzesc, dacă nu se produc pierderi de lichid prin coloanele de sudare ale vasului, racorduri, robineți. 
c)Proba tehnologică-constă în efectuarea unor șarje de soluție de kieselgur conform rețetei de utilizare a soluției necesare filtrării.Se va urmări timp de cca. 3 ore modul în carese face amestecarea în vasul de omogenizare a soluției iar după acesta se va pune în funcționare pompă de dozare urmărindu-se modul de funcționare și debitul de soluție dozată. 

9.Condiții de instalare , utilizare în exploatare, întreținere, norme de protecție a muncii 
Utilajul face parte din component “instalație de filtrare a berii cu kieselgur”.Această se montează în cadrul fabricilor de bere sau laboratoarelor pentru determinarea unor parametri tehnologici și calitativi ai berii filtrate cu ajutorul diverselor soluții cu suspensii solide. 
Vasul de preparare, trebuie montat cu conducta de refulare a soluției din pompă dozatoare la conducta de alimentare a filtrului cu bere. 
La montarea utilajului în fluxul tehnologic se vor urmări a fi respectate prescripțiile de protecția muncii din secția în care se montează instalația. 
Pompă dozatoare va fi acționată numai în condiții în care în vasul de preparare se află soluție de kieselgur.Pompă nu se pornește în gol. 
Nu se va porni agitatorul înainte de a verifică stabilitatea pe suprafață de așezare a vasului. 
Utilajul va fi menținut permanent într-o perfectă stare de igienă. 

La partea electrică a utilajului nu vor interveni decât persoane autorizate. 
Utilajul se va lega electric la priză de împământare. 
Se interzice executarea oricăror lucrări la elementele utilajului când acesta este în funcționare. 
Reglajele și reparațiile vor fi executate numai de personal de specialitate, instruit în acest scop. 

Memoriu de prezentare

1. Denumirea, domeniul de utilizare și descrierea produsului

Prezența documentației este elaborate pentru execuția „Instalație de filtrare a berii cu kieselgur”.

Instalația este necesară și utilizată pentru efectuarea filtrării berii în cantități mici, pentru determinarea unor parametri calitativi și operației de filtrare utilizând diferiți suporți filtranți și suspensii solide (kieselgur, diatomita, tuf. Volcanic, etc)

Instalația de filtrare se compune din următoarele părți principale:
1. Filtru cu rame și placi – (DEu 2058-U-18280/ 1.00) este utilizat la filtrarea berii cu suspensii de kieselgur.

2. Vas preparare kieselgur, (DEu 2058-U-18280/ 2.00) este un vas de amestec cu agitator și se utilizează la prepararea soluției de kieselgur. Caracteristicile constructive și funcționale sunt prevăzute în documentația de execuție scrisă pentru DEu 205a-U-18280/ 2.0.

3. Pompa dozatoare PD 100-IS-77-P 12 are rolul de a doza amestecul de kieselgur din vasul de preparare în lichidul filtrate.

4. Cărucior filtru, (DEu 2058-U-18280/ 5.00) este utilizat pentru amplasarea ușoară a filtrului lângă sursa de fluid filtrate și pentru a facilita o comodă manevrabilitate, în condiții de utilizare a filtrului la diverse fabric de bere în care au loc experimentările.

Pe cărucior este amplasat filtrul cu rame și placi, sprijinit cu tava colectoare pe rama superioară a căruciorului.Sub această rama s-a prevăzut un vas de colectare a berii ce poate scăpa prin neetanșeități și a apei de spălare a filtrului și ramelor după utilizare.

5. Vizorul (DEu 2058-U-18280/ 00) – 4 buc. este prevăzut pentru observarea vizuală a fluidelor care circular prin conducte în scopul aprecierii densității suspensiilor în bere și a calității berii filtrante.

6. Conducte, armaturi și robineți tehnologici

Toate suprafețele care vin în contact cu material prima prelucrată, sunt confecționate din oțel inoxidabil.

2.Caracteristici tehnice principale

– Capacitatea de filtrare… cca.1500 l/ h

– Presiunea de alimentare a berii… min.2 barr

– Presiunea de alimentare kieselgur… min.3 barr

– Regim de lucru… continuu

– Mediu de lucru… lichide alimentare cu suspensii solide

– Putere instalată…0.74 kw

– Motor agitator…0.37 kw

– Motor pompa…0.37 kw

– Debitul de kieselgur dozat…10 l/ h

– Suprafața de filtrare…0.68 mp

3. Comparație cu produse similare, existente

Instalația de filtrare a berii cu kieselgur a cărui documentație a fost executată în faza DEu, o instalație concepută a fi utilizată în procesul de experimentare, testare, a diverselor material filtrante, suspensii solide și de determinare a unor parametric tehnologici legați de procesele de filtrare industrială a berii.

Documentația elaborată constituie un mijloc de obținere a unei instalații de laborator, de dimensiuni mici și capacități mici de filtrare cu ajutorul căreia se vor putea face experimentări atât în laboratoare staționare, cât și în diverse fabrici de bere în care se testează materialele filtrante și diverși parametri tehnologici și calitativi ai berii.

Documentația elaborate constituie în fapt asimilarea la alte dimensiuni a unei linii de filtrare industrială a berii schema și fluxul tehnologic fiind practic cea existentă în fabricile de bere, în funcțiune în țara noastră, majoritatea de proveniență străină (import).

4. Indicații generale privind soluțiile de colaborare între proiectantul general, uzina constructoare și beneficiar

– Proiectant…I.C.A – Atelier Cercetare – Proiectare modele Exp. – Stații Pilot

– Beneficiar…I.C.A – Laborator procese fermentative

– Executant…I.M.S.A.T Buc. (Parțial ICA)

Execuția instalației se va face conform documentației elaborate de I.C.A sub asistență tehnică a proiectantului.

În cazul când se impune la execuție schimbarea soluției constructive pentru unul din elementele component, executantul va lua legătura cu proiectantul, iar modificările față de documentația elaborate inițial se va aviza de proiectant.

5. Probleme privind adoptarea unor soluții constructive care formează obiectul unor patente străine sau a unor invenții românești conform ordin MICM nr.72/ 1963

Nu s-au adoptat soluții constructive care să facă obiectul unor patente românești sau străine.

6. Indici tehnice – economice și prețul evaluat al produsului.

Instalația concepută va fi utilizată pentru definirea unor procese tehnologice de filtrare a berii în condiții de laborator, neurmărindu-se în aceste condiții parametrii economici de utilizare a instalației cu caracteristicile tehnice menționate. Testarea și stabilirea proceselor de filtrare cu această instalație vor sta la baza extinderii la scară industrială a instalației concepute concomitent cu alinierea parametrilor și caracteristicilor tehnice, necesare în condiții de producție la scară industrială.

Având în vedere caracterul de unicat al execuției și complexitatea utilajului, precum și din specificul materialelor utilizate se pot estima următoarele valori de execuție.

– Filtru cu rame și placi…30.000

– Vas preparare Kieselgur…30.000

– Cărucior filtre…3.000

– Conducte, armaturi, robineți și AMC…35.000

TOTAL= cca. 98.000

7. Probleme privind protecția muncii în exploatarea produsului

Pentru punerea în funcțiune a instalației se va urmări respectarea următoarelor prescripții:

– Legarea și verificarea legării la prize de împământare a motoarelor electrice cu care este dotat vasul de preparare Kieselgur.

– Controlul și revizuirea montajului conductelor tehnologice cu circulație a apei, berii și soluției de Kieselgur pentru a asigura etanșeitatea circuitelor.

În timpul funcționarii instalației este interzisă orice intervenție la utilajele și accesoriile lor, dacă se ivesc situații de defectare sau dereglare a procesului de lucru. Aceste intervenții se vor face numai după scoaterea din funcțiune a instalației, implicit pentru scoaterea de sub tensiune a motoarelor electrice și închiderea racordurilor tehnologice de pe conductele de alimentare cu utilități.

Caiet de sarcini

1. Definirea și domeniul de utilizare a produsului

Instalația de filtrare a berii cu Kieselgur este o instalație tehnologică destinată efectuării filtrării unor cantități mici de bere în vederea experimentării unor procese de filtrare a fluidelor cu suspensii solide.

Utilizarea acestei instalații va conduce la creșterea conservabilitații berii cca. 48 ore datorită filtrării avansate și în primul rând a eliminării complete a celulelor de drojdie.

2. Caracteristici tehnice principale

– Capacitatea de filtrare… cca. 1500 l/ h

– Presiunea de alimentare a berii… min. 2 barr

– Presiunea de alimentare Kieselgur… min. 3 barr

– Regim de lucru… continuu

– Mediu de lucru… lichide alimentare cu suspensii solide

– Putere instalată…0,74 kw

– Suprafața de filtrare…0,68 mp

– Debitul de Kieselgur dozat…10 l/ h

3. Componenta produsului

Din punct de vedere constructiv instalația se compune din următoarele părți principale:

– Filtru cu rame și placi

– Vas preparare Kieselgur

– Pompa dozatoare Kieselgur

– Cărucior filtru

– Vizoare

– Conducte, armaturi și robineți tehnologici.

Toate suprafețele care vin în contact cu material prima prelucrată, sunt confecționate din oțel inoxidabil.

4. Condiții speciale pe care trebuie să le îndeplinească produsul.

Instalația de filtrare se va monta în incinte închise și va funcționa în condiții de temperatură cuprinse între +4*C – 15*C având în vedere natura materiei prime prelucrate.

Instalația nu va trebui să funcționeze cu pierderi de lichide prin neetanșeități. Se vor executa toate operațiile necesare realizării unei perfecte etanșeități a conductelor tehnologice.

5. Prescripții privind materialele din care se execută produsul și acoperi de protective.

Toate suprafețele care vin în contact cu material primă filtrate se vor executa din oțel inoxidabil.

Ramele și plăcile filtrului se vor executa din aliaj de aluminiu ATC și 12 (STAS 201/ 2-80).

Toate suprafețele executate din oțel carbon se vor curate, degresa și acoperi cu vopsea de ulei de culoare gri.

6. Condiții de utilizare în exploatare a produsului

Instalația se amplasează, montează și utilizează în fabricile de bere (secție filtrare), pentru efectuarea unor experimentări legate de filtrarea berii cu diferite suspensii solide.

Instalația se amplasează pe cât posibil în apropierea racordului de alimentare cu bere nefiltrată care vine din secția de prelucrare industrial.

Deasemenea se va avea în vedere posibilitatea racordării instalației la rețeaua de apă potabilă și la o sursă de curent de 220 V ca prevăzând în acest sens un întrerupător dublu pentru pornirea – oprirea motoarelor electrice ale amestecului de Kieselgur și pompei dozatoare.

Conductele tehnologice proprii instalației vor fi executate din elementele tronconate, asamblate prin mufe filetate, teuri și flanșe cu șuruburi.

Instalația se va exploata numai cu condiția existenței pe circuitele tehnologice a manometrelor prevăzute în documentație pentru protejarea instalației în funcționare.

Prin vizoarele prevăzute, se poate observa în fiecare etapă de desfășurare a filtrării concentrația suspensiilor solide cât și calitatea berii filtrate.

Utilizarea și întreținerea instalației se va face numai de personal calificat și instruit în ceea ce privește desfășurarea procesului tehnologic de filtrare a berii.

Pentru asigurarea etanșeității întregului complex de conducte tehnologice se vă prevede că piese de schimb permanent în dotarea personalului, tot setul garniturilor din cauciuc, având astfel posibilitatea intervenției operative și permanente, în remedierea a ce se impune.

7. Condiții de conservare, transport și depozitare

Suprafețele în contact cu materia primă, s-au prevăzut a fi executate din oțel inoxidabil astfel încât s-a asigurat protecția anticorozivă specifică mediului de lucru.

Suprafețele exterioare executate din oțel carbon s-au prevăzut a fi montate și acoperite cu vopsea de ulei.

Având în vedere că instalația este executată din elemente demontabile pentru a asigura posibilitatea transportului și montării ei in diverse fabrici de bere, se va avea grijă ca operațiile de montare-demontare și transport al instalației să se facă cu atenție pentru ca nu provoca deteriorari subansamblelor componente.

Pe timpul transportului, toate elementele componente se vor ambala în lăzi de lemn iar accesoriile (manometer, robineți, etc.) vor fi ambalate separate.

Instalația va funcționa numai în incinte închise (laboratoare, secții de frabricare a berii).

Benficiar I.C.A – Laborator Fermentative

Obiectul: Filtru cu rame si placi pentru filtrarea berii cu Kieselgur

Borderou General

A.Parti scrise

Nr pag pag

Foaie de capat 1 1

1. Colectiv de elaborare 1 2

2. Borderou general 1 3

3. Tema tehnologica 1 4

4. Memoriu de Prezentare 3 5

5. Caiet de sarcini 4 8

6. Instructiuni de folosire si 1 12

Protectie a muncii

7. Breviar de calcul 2 13

B.Parti desenate-conform borderoului de desene

Tema tehnologica

În cadrul instalației de laborator pentru filtrarea berii cu kieselgur se va proiecta un filtru cu rame și placi (de dimensiuni 20 x 20 cm).

S-a ales acest tip de filtrare deoarece:

– Are funcționare periodică (ceea ce este conform cu necesitățile laboratorului de cercetare);

– Concentrează o mare suprafață de filtrare într-un aparat de dimensiuni relativ reduse;

– În aceste filtre operația de filtrare este mult accelerată prin trimiterea lichidului sub presiune

– Reducerea volumului de muncă pentru formarea stratului filtrant (formarea turtelor filtrante);

– Reducerea consumului de energie (abur) cu 100% necesară pentru sterilizarea turtelor filtrante.

– Creșterea conservabilitații berii cu circa 48 ore, datorită filtrării avansate și în primul rând a eliminării complete a celulelor de drojdie.

Memoriu de prezentare

4.1 Descrierea generală a produsului din punct de vedere constructive, funcțional și al deservirii

Filtru cu rame și placi face parte din categoria filtrelor presa, fiind un filtru cu funcționare periodică, concentrând o mare suprafață de filtrare într-un aparat de dimensiuni relative reduse. Constructiv filtrul este compus din:

– Două plăci de capăt (una fixă și una mobila);

– Rame (10 bucăți)

– Plăci (11 bucăți)

– Dispozitiv manual cu șurub de strângere

– Cadru de susținere e elementelor filtrante (rame și placi)

Suspensia de bere cu Kieselgur este introdusă sub presiune prin racordul de alimentare aflat în placă mobile, care comunică cu canalele rezultate în urma strângerii, prin alăturarea bosajelor ramelor.

Prin orificiile practicate în bosajele ramelor suspensia se distribuie în spațiul de filtrare propriu-zis delimitat în ambele părți de suportul filtrant.

Suspensia străbate suportul filtrant, ajunge pe suprafața plăcilor și este condusă prin rizurile acestora către orificiile practicate în bosajele ramelor care comunică cu canalele de evacuare rezultate în urma strângerii, prin alăturarea bosajelor ramelor. Racordul de evacuare a berii filtrate se afla tot pe placa mobile.

Precipitatul rezultat în urma filtrării rămâne pe suportul filtrant în interiorul spațiilor dintre rame. Când aceste spații sunt pline cu precipitat, se trece la operația de spălare a precipitatului.

Spălarea se realizează prin introducerea apei de spălare prin canalele de alimentare cu suspensie, evacuarea făcându-se prin canalele de evacuare.

Ramele, plăcile și plăcile de capăt sunt construite din aluminiu ATC și 12 STAS 201/ 2-80 și sunt protejate cu lac siliconic.

Filtrul este prevăzut cu un postament rezistent, cu doi talanți orizontali pe care se sprijină umerii elementelor filtrante. Strângerea ramelor și plăcilor pentru a forma un bloc etanșat cu ajutorul suportului filtrant și al garniturilor de cauciuc se face cu un dispozitiv manual cu șurub.

4.2. Caracteristicile tehnice principale

– Capacitatea de filtrare…1500 l/h;

– Presiune maximă de lucru…2 barr

– Suprafața de filtrare…0,68 mp

– Lichidul pentru filtrare… bere

– Materialul pieselor udate de lichid: – aluminiu turnat (ATC și 12) protejat cu lac siliconic

– Dimensiuni de gabarit -lungime min 750 – max 857 mm

– Lățime 270 mm

– Înălțime 282 mm

– Masa (neîncărcat)…33,213 kg

4.3. Comparații cu produsele similare existente

Sunt similar filtrelor cu rame și placi executate în varianta cu plăci perforate; DEu 1313-U-11281/ 00 care realizează alte scheme de filtrare, filtrul de față fiind destinat unor filtrări de suspensii solide cu debite mici.

4.4. Probleme privind adoptarea unor soluții constructive care formează obiectul unor patente străine sau a unor invenții românești conform ordinului MICM nr.72/ 1963

Nu s-au adoptat soluții constructive care să facă obiectul unor patente românești sau străine.

4.5. Probleme privind protecția muncii în exploatarea produsului

În afară respectării instrucțiunilor de protecție a muncii specific locului de muncă sunt necesare a fi respectate următoarele măsuri:

– Este interzisă montarea filtrului în altă ordine decât cea prescrisă;
– Este interzisă pornirea aparatului înaintea verificării manometrului care indică presiunea din conductă de alimentare, fiind interzisă utilizarea filtrului la presiuni mai mari decât presiunea maximă de lucru.

– Dacă la o alimentare continuă se observă întreruperea la robinetul de evacuare filtrate, se întrerupe funcționarea, fiind necesară curățirea filtrului.

5.Caiet de sarcini

5.1. Definirea și domeniul de utilizarea produsului

Filtru cu rame și placi este utilizat la filtrarea berii cu Kieselgur, concentrând o suprafață mare de filtrare într-un aparat de dimensiuni relative reduse; în acest filtru operația de filtrare este accelerate prin trimiterea lichidului sub presiune.

Utilizarea acestui filtru în cadrul operației de filtrare duce la creșterea conservabilitații berii cu circa 48 ore datorită filtrării avansate și în primul rând a eliminării complete a celulelor de drojdie.

5.2. Caracteristici tehnice, dimensionale și funcționale

– Capacitatea de filtrare…1500 l/h;

– Presiune maximă de lucru…2 barr

– Suprafața de filtrare…0,68 mp

– Lichidul pentru filtrare… bere

– Materialul pieselor udate de lichid: -aluminiu turnat (ATC și 12) protejat cu lac siliconic

– Dimensiuni de gabarit – Lungime min 750 – max 857 mm

– Lățime 270 mm

– Înălțime 282 mm

– Masa (neîncărcat)…33,213 kg

5.3. Componenta produsului

Aparatul este compus din:

– Cadru de susținere a elementelor filtrante (rame și placi)

– Rame (10 buc.) și placi (11buc.)

– Plăci de capăt (una fixă și una mobile)

– Dispozitiv manual că șurub de strângere, montat pe placa mobila.

Aparatul este dotat cu două manometre pentru măsurarea presiunii la alimentare și la evacuare.

5.4. Condiții special pe care trebuie să le îndeplinească produsul și diferite piese sau subansamble ale lui

Având în vedere caracteristicile materialelor din care sunt executate ramele, plăcile, plăcile de capăt (ATC și 12 STAS 201/ 2-1980) executantul va elabora tehnologia de realizare a semifabricatelor turnate avându-se în vedere respectarea indicațiilor tehnice și a dimensiunilor din documentația de execuție.

Nu se vor admite semifabricate care prezintă sufluri sau crăpături rezultate din procese de turnare sau prelucrare ulterioară.

5.5. Prescripții pentru unele material speciale din care se execută produsul

Toate părțile aparatului care vin în contact cu mediul de lucru vor fi executate după cum se indica în documentație din aluminiu turnat ATC și STAS 201/ 2-1980.

5.6. Condiții pentru acoperiri de protective și decorative

Elementele filtrului care vin în contact cu mediul de lucru și care sunt executate din ATC și 12, vor fi protejate cu lac siliconic.

Părțile exterioare ale plăcilor de capăt (care nu vin în contact cu mediu de lucru) vor fi protejate de vopsea ulei de culoare crem.

Se vor vopsi deasemenea și elementele cadrului care nu sunt executate din ATC și 12.

5.7. Condiții care trebuiesc respectate în timpul executării produsului.

– Sudurile executate la cadrul suport vor fi realizate cât mai îngrijit, după care vor fi polizate și prelucrate.

– La piesele turnate nu se admit bavuri, sufluri, fisuri și variații dimensionale ale suprafețelor rezultate.

5.8. Enumerarea și descărcarea probelor și verificărilor

Recepția produsului se face la unitatea executantă în prezența beneficiarului și proiectantului și constă din:

– Verificarea corespondentei cu proiectul (dimensiuni, component, prelucrări, etc.).

– Verificarea materialelor față de cele prevăzute în proiect.

Se va efectua probă la presiune și etanșeitate a filtrului, introducând prin racordul de alimentare apa la presiunea de 2 barr.

5.9. Condiții de utilizare în exploatare a produsului durată între reparații

Utilajul se amplasează și se montează în cadrul laboratorului fermentative pentru filtrarea berii cu suspensie de Kieselgur.

Montajul începe prin asamblarea plăcii de capăt fixe prin intermediul celor doi tiranți, pe cadrul suport. Apoi se montează dispozitivul de strângere cu șurub în placă mobile.

Dup ace s-a montat partea rigidă a aparatului se trece la așezarea alternativă pe cei doi tiranți a ramelor și plăcilor; de o parte și de alta a plăcilor se așează suportul filtrant.Pe placa mobile se montează cele două manometre precum și robinetele de alimentare șic el de evacuare a filtrantului și începe presarea pachetului de rame și placi, verificându-se suprapunerea corectă a fetelor de contact.

Se deschide robinetul de alimentare încet și se începe admisia lichidului (fiind deschis și robinetul de evacuare). Când apar picături de lichid la robinetul de ieșire, se deschide alimentarea la maxim. După ce straturile filtrante dintre placi s-au umezit, se presează din nou pachetul de plăci și rame.

– Înaintea fiecărei puneri în funcțiune se va verifica dacă părțile care vin în contact cu lichidul de filtrate nu prezintă urme de impurități, ceea ce ar putea dăuna operației de filtrare.

– Ramele și plăcile se vor spăla cu o perie moale pentru a evita zgârierea suprafețelor de etanșare.

– Presarea pachetului de rame și placi se va realiza la început ușor, pentru că garniturile și lamele să se așeze corect, după care se continua presarea până la realizarea montajului complet.

– Dacă în timpul funcționarii, presiunea de intrare nu mai are efect asupra debitului lichidului, se oprește funcționarea și se execută spălarea filtrului.

– Nu este permisă filtrarea peste presiunea maximă admisă.

– Demontarea se va face cu grijă, astfel, că suprafețele de contact să nu fie zgâriate sau deformate.

– Îndepărtarea turtelor de filtrate se face astfel încât să nu se deterioreze suprafețele de etanșare (nu se vor folosi obiecte tăioase sau dure).

– Spălarea ramelor și plăcilor se va face cu jet de apă și cu o perie moale.

– Între două operații de filtrare, filtrul se va păstra montat, fără însă a presa pachetul de plăci.

– Utilizarea și întreținerea aparatului se va face numai de personal calificat.

– Dintre elementele filtrului, garniturile de cauciuc sunt supuse unei uzuri mai avansate, de aceea beneficiarul se va aproviziona cu garnituri de schimb.

– Aparatul are termen de garanție 6 luni de la livrare.

5.10. Condiții de conservare, transport și depozitare

– Nu se impun măsuri speciale de conservare

– Manipularea se va face în așa fel încât să se evite loviturile ce ar putea deforma aparatul;

– Aparatul funcționează în incinte închise (laboratoare, secții de fabricare a berii).

6. Instrucțiuni de folosire și de protecție a muncii

– Nu se va începe operația de filtrare înainte de citirea presiunii pe manometrul existent în instalație înainte robinetului de alimentare a filtrului (este interzisă alimentarea filtrului la presiuni mai mari decât presiunea maximă de lucru).

– Se deschide robinetul de alimentare încet și se începe admisia suspensiei (fiind deschis și robinetul de evacuare); când apar picături de lichid la robinetul de evacuare, se deschide alimentarea la maxim.

– Înaintea fiecărei puneri în funcțiune se va verifica dacă părțile care vin în contact cu lichidul de filtrate nu prezintă urme de impurități (ceea ce ar putea dăuna operației de filtrare).

– Ramele și plăcile se vor spăla cu o perie moale pentru a evita zgârierea suprafețelor de etanșare.

– Presarea pachetului de rame și placi se va realiza la început ușor pentru că garniturile să se așeze corect după care se va continua presarea până la realizarea montajului complet.

– Dacă în timpul funcționarii presiunea de intrare nu mai are efect asupra debitului filtrantului, se oprește funcționarea și se execută spălarea filtrului.

– Demontarea se va face cu grijă, astfel încât să nu se deterioreze suprafețele de contact.

– La îndepărtarea turtelor de filtrat nu se vor utiliza obiecte tăioase sau dure care ar putea duce la zgârierea sau deformarea suprafețelor de etanșare.

– Între două operații de filtrare, filtrul se va păstra montat fără însă a presa pachetul de rame și placi (evitându-se astfel, zgârierea sau lovirea ramelor și plăcilor).

– Utilizarea și întreținerea aparatului se va face numai de către personalul calificat.

– În afara celor menționate mai sus, este necesar a se respecta instrucțiunile de protecția muncii specific locului de muncă respectiv.