Fermentatietanks en efficiëntie in de voedingsmiddelen- en drankproductie

De ontwerp- en instrumentatiekeuzes die een fermentatietank veranderen van een vat dat werkt in een die de doorvoer en consistentie van de fabriek stuurt.

Zodra een fabriek heeft gekozen voor een fermentatieproces, wordt de tank waarin het plaatsvindt de grootste enkele hefboom voor doorvoer en productconsistentie. Twee lijnen die dezelfde cultuur en hetzelfde recept gebruiken, kunnen zeer verschillende volumes per week produceren, en zeer verschillende batch-tot-batchvariatie, puur vanwege hoe het vat is gebouwd en geïnstrumenteerd. Voor een voedingsmiddelen- of drankproducent die nieuwe capaciteit dimensioneert of een bestaande lijn ontstopt, gaat de efficiëntievraag zelden over de biologie: het gaat over cyclustijd, temperatuurregeling en herhaalbaarheid.

Batch-cyclustijd

De tijd dat een tank tussen batches onbeschikbaar is, is dode capaciteit, dus cyclustijd is meestal het eerste waar je op moet inzetten. Het heeft twee componenten: de fermentatie zelf, bepaald door de cultuur en het recept, en de omsteltijd (aftappen, reinigen, steriliseren en opnieuw vullen) bepaald door het vat. Een CIP-systeem gedimensioneerd op het tankvolume en een sproeikogel-indeling die elk intern oppervlak bereikt zonder handmatige tussenkomst, kan de omsteltijd terugbrengen van uren tot een fractie daarvan, en omdat de omsteltijd een vaste overhead is bij elke batch, heeft het verkorten ervan over een volledig productieschema een veel groter cumulatief effect dan enige verandering in de fermentatietijd zelf.

Precisie van temperatuurregeling en opbrengst

Fermentatieopbrengst en smaak of productconsistentie zijn ongewoon gevoelig voor hoe strak de temperatuur wordt gehandhaafd, niet alleen voor wat het instelpunt is. Een mantel met voldoende warmteoverdrachtsoppervlak en een goed afgestelde glycol- of gekoeldwatercircuit houdt de batch binnen een smalle bandbreedte tijdens de exotherme piek van de fermentatie, waar het grootste deel van de warmtebelasting daadwerkelijk valt; een te klein gedimensioneerde mantel of een regelkring die overschiet en rond het instelpunt schommelt, produceert batch-tot-batchvariatie, zelfs wanneer het recept en de entingsgraad identiek zijn. Bij lijnen met meerdere vaten is het afstemmen van de warmteoverdrachtscapaciteit van elke tank op dezelfde taak wat parallelle batches uitwisselbaar maakt in plaats van dat elke batch zijn eigen aanpassing nodig heeft.

Instrumentatie en herhaalbaarheid

Herhaalbare output hangt af van weten wat er daadwerkelijk in de tank is gebeurd, niet alleen wat de bedoeling was. Temperatuur-, druk- en niveausensoren die een logging- of SCADA-systeem voeden, laten een operator een afwijking zien terwijl deze zich ontwikkelt in plaats van nadat de batch is voltooid, en ze bouwen de batchregistratiegeschiedenis op die een fabriek in staat stelt een kwaliteitsprobleem te herleiden tot een specifieke procesafwijking in plaats van te gokken. Dit is net zozeer een efficiëntiekwestie als een kwaliteitskwestie: een tank die een vastgelopen roerwerk of een niet-openende mantelklep signaleert, redt een batch die anders verloren zou gaan of opnieuw bewerkt zou moeten worden.

Dimensionering op basis van het productieschema

Een tank die te groot is gedimensioneerd voor de batch die erin draait, verspilt nutsvoorzieningen bij het vullen en koelen ervan; een tank die te klein is gedimensioneerd voor de vraag dwingt tot meer batches per week dan het CIP- en omstelschema comfortabel aankan. Het juiste antwoord is zelden één enkel groot vat: verschillende correct gedimensioneerde tanks met gefaseerde batches geven een fabriek meestal meer flexibiliteit om de output aan de vraag aan te passen, en laten reiniging en onderhoud aan één tank gebeuren zonder de productie op de andere stil te leggen. Het faseren van batches over verschillende kleinere vaten vlakt ook de belasting op gedeelde nutsvoorzieningen zoals gekoeld water en CIP-toevoer af, die anders gedimensioneerd zou moeten worden op de piekvraag van één grote tank die zijn koelcyclus in één keer afrondt.

Makfen ontwerpt en vervaardigt fermentatietanks waarbij het mantelgebied, de roerinrichting en de instrumentatie worden gespecificeerd op basis van de doelcyclustijd en het batchvolume van de fabriek, zodat een nieuwe lijn wordt gedimensioneerd op de doorvoer die zij daadwerkelijk moet leveren.