A Tecnologia de filtração de fluxo tangencial (TFF) aumenta o rendimento e reduz os fluxos de resíduos

Visão geral

Até 80% do extrato contido na levedura excedente que se acumula no fundo dos tanques após a fermentação e maturação agora pode ser recuperado em vez de descartado. A cerveja pode ser recuperada e misturada de volta ao processo de fermentação em uma proporção de até 5% sem afetar negativamente a sua qualidade, aumentando o rendimento e reduzindo o volume total de cerveja que precisa ser produzida. Isso representa uma menor presença de CO2, uso reduzido de água e uma redução nos custos de produção, além do volume de efluentes minimizado reduzir os custos de descarte e garantir que um nível mais baixo de DBOs e DQOs seja devolvido ao meio ambiente.

Levedura de alta qualidade (acrescida de um subproduto de recuperação de cerveja) pode ser recuperada e vendida para outras indústrias, como as indústrias de cosméticos, farmacêuticas ou de alimentação de animais. Os benefícios da recuperação resultam em maior lucratividade para a cervejaria, menor impacto ambiental, redução no uso de recursos valiosos e um retorno de investimento muito curto e atraente no equipamento usado para a obtenção.

O desafio

Uma cervejaria com capacidade de produção anual de 4.000.000 hl queria reduzir os custos de produção. Um volume de aproximadamente 500 hl de levedura adicional é coletada por dia no fundo dos tanques depois da fermentação e maturação. Com 250 dias de produção por ano, isso equivale a um volume total de 125.000 hl, equivalente a mais de 3% da produção anual de cerveja da cervejaria. Se for recuperada, essa mistura de levedura e cerveja oferece o potencial de aumento de rendimento e redução dos custos gerais de produção. Um objetivo de benefício adicional da cervejaria era reduzir o ônus ambiental e economizar recursos valiosos.

A solução

A Pall instalou um sistema Keraflux-TFF (filtração de fluxo tangencial) para o gerenciamento de levedura usando 3 x 2 membranas cerâmicas multicanal da série membranas cerâmicas multicanal da série Membralox® HCB. O adicional de levedura da produção tinha uma média de 50% de levedura de fermentação e 50% de levedura de maturação. Aproximadamente 500 hl de mistura eram mantidos em um tanque de 1.200 hl, com matéria seca de aproximadamente 11% e um extrato de aproximadamente 11,5 ° Plato, resfriado a 5 °C e armazenado sob pressão de 1,2 bar de CO2. Para recuperar a cerveja, a mistura foi alimentada no sistema Keraflux TFF com fluxo constante a 9 °C, controlada por um resfriador.

Para maior eficiência de energia, as bombas foram controladas por frequência, iniciando com aproximadamente 50% da frequência máxima. A filtração para quando a vazão de filtrado cai abaixo de 50% da vazão inicial de 15 hl/h ou se a matéria seca atinge um valor entre 17% e 20%, que é específico da levedura. Geralmente, a filtração para ao atingir a concentração de matéria seca. O fluxo é principalmente constante devido ao alto grau de automação e aos mecanismos de controle. Durante o processo completo de filtração, não são necessárias limpezas intermediárias nem retrolavagem. Cada ciclo de filtração dura cerca de 21 horas, após o que ocorre um processo de limpeza de 2 horas (inclui uma etapa: NaOH a 80 °C e concentração de 2 - 3%). É conduzida também uma limpeza adicional com 1% de HNO3 e 0,5% de produto de limpeza de membrana.

Processo de recuperação de cerveja

Em um exemplo detalhado, um mix de 472 hl de levedura e cerveja com uma matéria seca inicial de 10,8 % foi filtrado. Foram recuperados 252 hl de cerveja da mistura e retornados para o processo de produção. A alta qualidade da cerveja recuperada permite que ela seja misturada diretamente no processo, sem filtração adicional. Usando outras tecnologias, como centrífugas, para a recuperação da cerveja, a cerveja precisava ser retornada para o processo antes da fermentação. Para utilização ideal desta tecnologia, a cerveja deve ser misturada de volta no processo o mais tarde possível.

Como subproduto da recuperação de cerveja, foram recuperados 220 hl de levedura de alta qualidade com matéria seca de 17,5%. Esse valor foi escolhido conscientemente pela cervejaria porque a levedura deve estar em boas condições para ser bombeada. O objetivo era atingir valores acima de 16% de matéria seca e um valor de turbidez de qualidade da cerveja abaixo de 0,7 EBC a 90 °. O valor calculado pela cervejaria de um hl de cerveja recuperada é de 10€. Com uma média de 250 hl de cerveja recuperados por dia, operando 250 dias de produção por ano, a cervejaria pode recuperar 62.500 hl de cerveja, um benefício de custo de 625.000€ por ano. Nessas circunstâncias específicas da cervejaria, isso resultou em um retorno de investimento muito atraente em 1,2 anos. O sistema é totalmente automatizado, não foram empregados operadores adicionais. O sistema atende totalmente aos requisitos do cliente e ajuda aumentar o rendimento e reduzir o impacto ambiental.

Outra cervejaria com as mesmas intenções de otimização de processo usou fermentação a alta gravidade, permitindo que a Pall usasse diafiltração para aumentar o rendimento do processo em geral. Diafiltração é o processo de adicionar água à levedura excedente para aumentar a extração e recuperação de álcool pelo efeito de lavagem. A vantagem deste método é que ele atinge uma alta taxa de recuperação. Todo o processo segue um procedimento totalmente automatizado.

A separação inicia sem adição de água, até que o material seco esteja a 14%, quando a diafiltração é iniciada. Todo o processo é controlado pela medição do ° Plato e termina em um valor específico definido. Usando a diafiltração, o rendimento pode ser aumentado em até 80%. O objetivo dessa cervejaria era reduzir os níveis de levedura e recuperar mais cerveja. Em um exemplo detalhado, foram filtrados 460 hl de mistura de levedura e cerveja com 15,5° Plato. Com a diafiltração e o efeito de lavagem pela adição de água, foi possível recuperar 564 hl com 10,1 ° Plato, equivalente a um rendimento de extrato de 80%.

Os benefícios

Usando o Sistema Keraflux-TFF para o gerenciamento de levedura, as cervejarias podem reduzir significativamente seus custos de processamento, usar menos recursos, como água, e reduzir seu impacto geral sobre o meio ambiente. Os exemplos apresentados mostraram os seguintes benefícios:

• Recuperação de até 80% de extrato
• Cerveja de alta qualidade para mistura antes da filtração
• Turbidez da cerveja recuperada a 90° abaixo de 0,7 EBC
• Redução dos volumes de produção total em 1,6%
• Redução da pegada de CO2 e água
• Redução de fluxo de resíduos
• Redução dos custos de descarte
• Redução de BOD’s e COD’s retornados para o meio ambiente
• Levedura de alta qualidade para venda, com 17,5% de material seco
• Retorno do investimento do equipamento em 1,2 anos

Uso em contato com alimentos e água

Entre em contato com a Pall Corporation quanto à aplicabilidade do produto e quanto a Legislações Nacionais específicas e/ou requisitos de Regulamentação Regional, para uso e contato com água e alimentos.

Sobre a Pall Corporation

A Pall Corporation é a maior e mais diversa empresa de produtos para filtração, separação e purificação do mundo. A Pall atende os setores de alimentos e bebidas com tecnologia avançada de filtração por membrana e sistemas projetados para confiabilidade e economia. Fáceis de instalar e simples de usar, nossos sistemas atendem a uma ampla gama de requisitos de filtração. Nossa abordagem em Gerenciamento total de fluidos oferece aos clientes soluções para atender às necessidades de todo o processo, abrangendo produtos de filtração, serviços e treinamento.