Prevención de la Sedimentación: Soluciones de Aireación en el Fondo del Tanque para la Fermentación de Alimentos de Alta Viscosidad

En la fermentación de alimentos de alta viscosidad, la sedimentación no es simplemente un problema de mezclado. A medida que el caldo se vuelve más espeso o contiene sólidos en suspensión, partículas, biomasa o nutrientes concentrados, la circulación puede debilitarse cerca de la parte inferior del recipiente. Una vez que el material se deposita alrededor del fondo del tanque, las diferencias de concentración resultantes pueden afectar la disponibilidad de oxígeno, la distribución del calor y la consistencia del entorno de fermentación.

Un sistema de aireación en el fondo del tanque puede abordar este desafío desde el punto donde comienza la sedimentación. Al introducir la mezcla gas-líquido directamente en la parte inferior del tanque de fermentación, un Aireador inferior para fermentador autoaspirante puede ayudar a crear una circulación ascendente mientras apoya simultáneamente la transferencia de oxígeno en procesos aeróbicos.

Por qué la fermentación de alta viscosidad es propensa a la sedimentación

Los medios de fermentación no siempre se comportan como líquidos de baja viscosidad. Los procesos alimentarios pueden involucrar sustratos concentrados, sólidos en suspensión, células de levadura, biomasa microbiana u otros componentes que aumentan la resistencia a la circulación.

A medida que aumenta la viscosidad, la circulación convencional se vuelve más difícil. El material cercano al fondo del tanque puede moverse más lentamente que el líquido a granel, particularmente cuando el recipiente contiene regiones a las que el patrón de circulación principal no llega de manera efectiva.

Esto puede generar varios problemas de proceso:

• El material suspendido puede acumularse cerca del fondo.
• La concentración de nutrientes puede volverse menos uniforme.
• La disponibilidad local de oxígeno puede diferir del líquido a granel.
• El material sedimentado puede volverse más difícil de redispersar.
• Las condiciones de fermentación pueden variar entre diferentes regiones del tanque.

Para los sistemas de fermentación de alimentos, prevenir estas condiciones requiere más que simplemente aumentar el volumen de aireación. El lugar donde ingresa la energía de mezclado al recipiente puede ser tan importante como la cantidad de aire suministrado.

Inicio de la circulación en el fondo del tanque

Aquí es donde la aireación montada en el fondo adopta un enfoque diferente.

En lugar de introducir aire desde la sección superior o depender completamente de la circulación generada en otra parte, el Aireador inferior para fermentador DAWT se instala directamente en la parte más baja del tanque de fermentación. Su estructura rotor-estator trabaja en el lugar donde es más probable que se acumule el material sedimentado.

A medida que el rotor gira, se desarrolla una región de baja presión dentro del estator, atrayendo aire atmosférico a través del conducto de aire dedicado. El líquido y el aire entran juntos en la zona de mezcla rotor-estator, donde la estructura giratoria intensifica el contacto gas-líquido antes de que la mezcla sea descargada a través de los pasajes del estator.

El flujo gas-líquido resultante realiza dos tareas a la vez: proporciona aireación y contribuye al movimiento del líquido desde el fondo del tanque.

Esto hace que el equipo sea particularmente relevante cuando el control de sedimentos y la transferencia de oxígeno deben considerarse juntos, en lugar de tratarse como operaciones separadas.

Manejo de sólidos en suspensión sin depender de agitación de alta velocidad

La fermentación de alimentos de alta viscosidad puede contener materiales que deben permanecer dispersos sin un tratamiento mecánico excesivo. Simplemente aumentar la velocidad del agitador puede incrementar el consumo de energía o imponer un esfuerzo cortante innecesario en el proceso.

Un Aireador inferior para fermentador proporciona otro mecanismo de circulación. La descarga gas-líquido desde la sección inferior puede ayudar a perturbar el material cercano al fondo del tanque y devolverlo al cuerpo líquido principal.

El objetivo no es forzar cada proceso a un patrón de circulación idéntico. En cambio, el punto de aireación puede incorporarse al diseño general del tanque para que la circulación del fondo complemente la disposición de mezclado existente.

Esta distinción es importante para la fermentación de alimentos porque diferentes productos pueden tener un comportamiento reológico muy diferente. Un proceso que contenga sólidos en suspensión puede requerir una estrategia de circulación diferente a la de un caldo de fermentación relativamente homogéneo.

Cómo la estructura rotor-estator apoya el contacto gas-líquido

El rotor y el estator del Aireador inferior para fermentador DAWT funcionan como una estructura combinada de mezcla gas-líquido.

El aire es aspirado hacia la zona de mezcla en lugar de ser suministrado a través de un dispositivo de aireación de alta presión independiente montado sobre el recipiente. A medida que el rotor transfiere energía al líquido, el aire entrante se dispersa en burbujas finas. La información del producto suministrada indica tamaños de burbuja de aproximadamente 100 μm bajo las condiciones de operación aplicables.

Las burbujas dispersas más pequeñas proporcionan un área interfacial gas-líquido mayor que las burbujas grandes, apoyando la transferencia de oxígeno donde la fermentación aeróbica lo requiere.

Al mismo tiempo, la descarga del estator proporciona un movimiento localizado en la región inferior del recipiente. Esto es importante al diseñar para medios de alta viscosidad porque la transferencia de oxígeno por sí sola no garantiza que todo el caldo de fermentación permanezca adecuadamente circulado.

El objetivo práctico de ingeniería es, por lo tanto, la circulación del fondo más el contacto gas-líquido, en lugar de la aireación considerada de forma aislada.

Diseño del sistema de fermentación completo en torno a la zona del fondo

La prevención de la sedimentación no puede ser determinada únicamente por el Aireador inferior para fermentador. La geometría del tanque, la altura del líquido, la viscosidad, la concentración de sólidos, la temperatura, la etapa de fermentación y la operación de otros equipos de mezclado influyen en la circulación.

Por esta razón, un Aireador inferior para fermentador debe ser tratado como parte de una solución de fermentación completa.

Durante la selección del equipo, los ingenieros pueden necesitar considerar:

Geometría del tanque

El diámetro, la altura, la configuración del fondo y la disposición interna del recipiente de fermentación afectan la eficacia con la que el flujo generado en el fondo puede alcanzar el volumen total del tanque.

Reología de la fermentación

La viscosidad puede cambiar durante la fermentación a medida que los sustratos se consumen y la biomasa o los metabolitos se acumulan. La estrategia de circulación debe reflejar, por lo tanto, el proceso real y no solo la condición inicial del líquido.

Carga de sólidos y biomasa

Cuando hay partículas suspendidas o biomasa presentes, mantener el movimiento cerca del fondo del tanque se vuelve cada vez más importante. El sistema debe evaluarse según el comportamiento real de los sólidos del medio de fermentación.

Demanda de aireación

Si la fermentación es aeróbica, los requisitos de transferencia de oxígeno deben considerarse junto con la circulación. La entrada excesiva de aire no es automáticamente la solución a una mala distribución de oxígeno.

Integración con otros equipos

Un Aireador inferior para fermentador puede incorporarse en un sistema de fermentación más amplio que incluya el tanque, el control de temperatura, la alimentación, la filtración, la descarga y el equipo de monitoreo del proceso. Su función es proporcionar mezcla gas-líquido y circulación a nivel del fondo dentro de esa disposición general.

Construcción higiénica para la fermentación de alimentos

Debido a que el equipo opera directamente dentro del recipiente de fermentación, la construcción higiénica es una parte importante del diseño del sistema.

La serie DAWT puede fabricarse en acero inoxidable 304 o 316L, con electropulido disponible como opción. Los materiales de los sellos incluyen EPDM, caucho de silicona y caucho fluorado para diferentes requisitos del proceso.

Para equipos de fermentación de alimentos, estas opciones de materiales deben considerarse junto con los procedimientos de limpieza, las características del producto, la temperatura, la exposición química y el diseño higiénico general del recipiente.

La configuración montada en el fondo también significa que el acceso para instalación y mantenimiento debe incorporarse al diseño del tanque desde el principio, en lugar de tratarse como un pensamiento posterior.

Del control de sedimentación a condiciones de fermentación más estables

Un caldo de fermentación de alta viscosidad no se vuelve más fácil de mezclar simplemente porque se introduzca más aire. Si la sección inferior del tanque permanece mal circulada, aumentar la tasa de aireación general puede no resolver el problema subyacente de distribución.

La aireación en el fondo del tanque aborda el problema de manera diferente al colocar la mezcla gas-líquido donde ocurre la acumulación en el fondo. El conjunto rotor-estator autoaspirante aspira aire atmosférico, lo dispersa en el líquido y genera un flujo de descarga desde la parte inferior del tanque.

Para los sistemas de fermentación de alimentos que manejan medios viscosos, sólidos en suspensión o biomasa, esto proporciona una estrategia de equipo que conecta el control de sedimentación, la circulación del fondo y la transferencia de oxígeno aeróbica dentro de una solución montada en el tanque.

La configuración más adecuada aún depende del medio de fermentación y del diseño completo del recipiente. Pero cuando la mala circulación del fondo es parte del desafío del proceso, un Aireador inferior para fermentador puede evaluarse como un componente dedicado del sistema de fermentación, en lugar de simplemente otra fuente de aireación.