BR102018011822A2

BR102018011822A2 - single chamber reactor and process for fluidized bed grain malting

Info

Publication number: BR102018011822A2
Application number: BR102018011822A
Authority: BR
Inventors: Caires Rodrigues Alexandre; De Sousa Almeida Amanda; Ferreira Ghesti Grace; Di Giorgio Silva Pinheiro Lourenço; Lima Da Silva Marcio; Gonçalves Da Silva E Souza Matheus
Original assignee: Fundacao Univ De Brasilia
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-12-24
Also published as: BR102018011822B1

Abstract

a presente invenção relaciona-se com dispositivos para processamento de grãos, em particular, trata-se de um reator e processo para produção de malte. situa-se no campo de equipamentos para aplicação na indústria de processamento de grãos, de bebidas e de gêneros alimentícios. a malteação é um processo de germinação controlado, utilizado pela indústria, que incrementa a atividade enzimática do grão resultando em um produto de alto valor agregado. antes do processo propriamente dito de malteação, é necessário que os grãos apresentem as características físico-químicas e biológicas exigidas para tal finalidade (malteação) a fim de serem preparados. este preparo compreende a separação das impurezas e matérias estranhas dos grãos por meio de equipamentos de limpeza. o processo de malteação é composto pelas etapas de maceração, germinação e secagem do malte. cada uma destas etapas requer equipamentos e procedimentos específicos. a presente invenção consiste de um dispositivo e processo para produção de malte, onde as três etapas da malteação de grãos (maceração, germinação e secagem) ocorrem em uma única câmara vertical, de leito fluidizado, equipado com um sistema que permite o controle da temperatura, umidade, velocidade de entrada do fluido e do nível do leito fluidizado.the present invention relates to devices for processing grains, in particular, it is a reactor and process for malt production. is located in the field of equipment for application in the grain, beverage and food processing industry. malting is a controlled germination process, used by industry, which increases the enzymatic activity of the grain resulting in a product with high added value. before the malting process itself, it is necessary that the grains have the physical-chemical and biological characteristics required for that purpose (malting) in order to be prepared. this preparation comprises the separation of impurities and foreign matter from the grains by means of cleaning equipment. the malting process consists of the maceration, germination and drying stages of the malt. each of these steps requires specific equipment and procedures. the present invention consists of a device and process for malt production, where the three stages of malting grains (maceration, germination and drying) take place in a single vertical chamber, fluidized bed, equipped with a system that allows temperature control , humidity, fluid inlet speed and fluidized bed level.

Description

REATOR DE CÂMARA ÚNICA E PROCESSO PARA MALTEAÇÃO DE GRÃOSSINGLE CHAMBER REACTOR AND GRAIN MALTING PROCESS

EM LEITO FLUIDIZADOFLUIDIZED BED

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção relaciona-se com dispositivos para processamento de grãos, em particular, trata-se de um reator e processo para produção de malte. Situa-se no campo de equipamentos para aplicação na indústria de bebidas, de processamento de grãos e de gêneros alimentícios.FIELD OF THE INVENTION [001] The present invention relates to devices for processing grains, in particular, it is a reactor and process for malt production. It is located in the field of equipment for application in the beverage, grain processing and foodstuff industries.

ESTADO DA TÉCNICA [002] A malteação é um processo de germinação controlado, utilizado pela indústria, que incrementa a atividade enzimática do grão resultando em um produto de alto valor agregado. Antes do processo propriamente dito de malteação, é necessário que os grãos sejam preparados. Este preparo compreende a separação das impurezas e matérias estranhas dos grãos por meio de equipamentos de limpeza. Também é necessária a redução da umidade do grão, antes do seu armazenamento, pois os grãos podem ser colhidos com até 20% de umidade (Donati Porto, P. (2011). Tecnologia de Fabricação de Malte: Uma Revisão. Monografia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul). O processo de malteação é composto pelas etapas de maceração, germinação e secagem do malte. Cada uma destas etapas requer equipamentos e procedimentos específicos.STATE OF THE TECHNIQUE [002] Malting is a controlled germination process, used by industry, which increases the enzymatic activity of the grain resulting in a product with high added value. Before the actual malting process, it is necessary that the beans are prepared. This preparation comprises the separation of impurities and foreign matter from the grains by means of cleaning equipment. It is also necessary to reduce the moisture of the grain, before its storage, as the grains can be harvested with up to 20% moisture (Donati Porto, P. (2011). Malt Manufacturing Technology: A Review. Monograph, Federal University Rio Grande do Sul). The malting process consists of the maceration, germination and drying stages of the malt. Each of these steps requires specific equipment and procedures.

[003] A maceração, ou molhamento, consiste em imergir os grãos em água, visando elevar o seu teor de umidade até 45%; lixiviar substâncias indesejáveis presentes na casca do grão e remover frações não-homogêneas indesejáveis no processo. A maceração é um estágio crítico da malteação e[003] Maceration, or wetting, consists of immersing the grains in water, aiming to raise their moisture content up to 45%; leach undesirable substances present in the grain husk and remove undesirable non-homogeneous fractions in the process. Maceration is a critical stage of malting and

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2/15 exige rigoroso controle da temperatura, da vazão de água e das concentrações de oxigênio (O2) e de gás carbônico (CO2), em todo o leito dos grãos. Para isto, utilizam-se atualmente equipamentos conhecidos como funis de maceração. Estes funis de maceração são equipamentos cilíndricos acoplados à parte inferior de cones. O maior inconveniente do funil de maceração é a deficiência no abastecimento de oxigênio na região de transição do corpo cilíndrico para o funil. Outro problema é que os grãos localizados na parte inferior do funil, durante o período seco do processo, têm suprimento de oxigênio comprometido em função da água que escoa para a parte inferior do funil (Kunze, W. (1999). Technology Brewing and Malting. Berlin: Im Verlag).2/15 requires strict control of temperature, water flow and concentrations of oxygen (O2) and carbon dioxide (CO2), throughout the grain bed. For this, equipment currently known as maceration hoppers is used. These maceration hoppers are cylindrical equipment attached to the bottom of the cones. The biggest drawback of the maceration funnel is the lack of oxygen supply in the transition region from the cylindrical body to the funnel. Another problem is that the grains located at the bottom of the funnel, during the dry period of the process, have a compromised oxygen supply due to the water that flows to the bottom of the funnel (Kunze, W. (1999). Technology Brewing and Malting Berlin: Im Verlag).

[004] Na etapa de germinação, o principal objetivo é a produção de enzimas, a partir de um processo natural do grão neste estágio, que irão atuar no processo de produção da cerveja. Os locais onde germinam-se os grãos são chamados de caixas de germinação. Para que as condições de umidade, temperatura e concentração de oxigênio e gás carbônico sejam homogêneas, no interior das caixas de germinação, e mantidas dentro dos seus valores limites, as caixas de germinação necessitam de um conjunto de subsistemas composto por: sala de ventiladores, câmara de umidificação, sala da caixa de germinação, suporte para o leito de grãos, trilho suporte para revolvedora, sistema de exaustão de ar, sistema de aquecimento e resfriamento de ar.[004] In the germination stage, the main objective is the production of enzymes, from a natural process of the grain at this stage, which will act in the beer production process. The places where the grains germinate are called germination boxes. For the conditions of humidity, temperature and concentration of oxygen and carbon dioxide to be homogeneous, inside the germination boxes, and kept within their limit values, the germination boxes need a set of subsystems composed of: fan room, humidification chamber, germination box room, support for the grain bed, support rail for revolving machine, air exhaust system, heating and air cooling system.

[005] Um dos inconvenientes das caixas de germinação é o tempo de duração do processo de germinação e o custo de manutenção de tantos subsistemas. Geralmente, os equipamentos de maceração, funil, tubulações, bombas d'água[005] One of the drawbacks of germination boxes is the duration of the germination process and the cost of maintaining so many subsystems. Generally, maceration equipment, hopper, piping, water pumps

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3/15 e compressores de ar são localizados em um nível acima das caixas de germinação. Terminada a fase de germinação, os grãos são transportados para outro equipamento, onde ocorre a secagem.3/15 and air compressors are located on a level above the germination boxes. After the germination phase, the grains are transported to another equipment, where drying occurs.

[006] A etapa de secagem inicia-se com um rápido fluxo de ar passando pelo leito grãos, após a germinação e os grãos apresentam umidade acima de 40%. A temperatura do ar varia de 40 a 110 °C, em diferentes momentos do processo.[006] The drying step begins with a rapid flow of air through the grain bed, after germination and the grains present humidity above 40%. The air temperature varies from 40 to 110 ° C, at different times in the process.

Durante a etapa de secagem as características de sabor, aroma e cor do malte intensificam-se. É nesta etapa que se define o tipo de malte, dependendo do estágio em que o malte verde foi submetido ao processo, assim como da curva de temperatura durante a secagem (Briggs, D. (1995). Malting and Brewing Science. London: Chapman & Hall). Atualmente, é mais comum empregar-se o método de aquecimento de ar indireto, com o uso de trocadores de calor. A principal deficiência dos sistemas de secagem atualmente utilizados é a falta de controle dos parâmetros de processo, principalmente, temperatura e vazão de ar.During the drying stage, the characteristics of flavor, aroma and color of the malt intensify. It is at this stage that the type of malt is defined, depending on the stage at which the green malt was subjected to the process, as well as the temperature curve during drying (Briggs, D. (1995). Malting and Brewing Science. London: Chapman & Hall). Currently, it is more common to use the indirect air heating method, using heat exchangers. The main deficiency of the drying systems currently used is the lack of control of the process parameters, mainly temperature and air flow.

[007] A malteação é realizada, mais comumente, em equipamentos compostos de três reatores, acoplados em série em regime de batelada. A maceração ocorre em tanques e tem duração aproximada de 48 horas, a germinação ocorre em caixas específicas, com duração variando de 4 a 5 dias, e, por fim, a secagem é realizada a temperaturas entre 40 °C a 110 °C por algumas horas, dependendo do tipo de malte a ser obtido. Sendo assim, o processo, em geral, tem uma duração de 8 a 10 dias, contando os períodos de transferência entre os reatores.[007] Malting is carried out, most commonly, in equipment composed of three reactors, coupled in series in batch mode. The maceration takes place in tanks and lasts approximately 48 hours, germination takes place in specific boxes, with duration varying from 4 to 5 days, and, finally, drying is carried out at temperatures between 40 ° C to 110 ° C for some hours, depending on the type of malt to be obtained. Therefore, the process, in general, lasts from 8 to 10 days, counting the transfer periods between the reactors.

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4/15 [008] A fluidização é um processo no qual um leito de partículas sólidas comporta-se como um líquido quando é percorrido por um fluido. Este estado é obtido quando o escoamento ascendente de um fluido (gás ou líquido), dentro de um reservatório, através do leito de partículas exerce força suficiente ao equilíbrio com o peso das partículas. Neste estado, o leito de partículas adquire propriedades similares às de um líquido, tais como deformação, escoamento, massa específica e separação por densidades. Uma das grandes vantagens da fluidização são as altas taxas de transferência de calor, massa e de mistura no leito em comparação aos processos de leito fixo (usados atualmente pela indústria malteira). Experimentos demonstram aumentos superiores a 12 vezes nestas taxas (Hesketh, R. (1997) . Fluidized Bed Flow Regimes). Os sistemas de leito fluidizado, por possuírem elevadas taxas de transferência de calor e massa, necessitam de áreas de contato menor, resultando em equipamentos menores e mais eficientes.4/15 [008] Fluidization is a process in which a bed of solid particles behaves like a liquid when it is passed through a fluid. This state is obtained when the upward flow of a fluid (gas or liquid), inside a reservoir, through the bed of particles exerts sufficient force to balance with the weight of the particles. In this state, the bed of particles acquires properties similar to those of a liquid, such as deformation, flow, density and separation by densities. One of the great advantages of fluidization is the high rates of heat transfer, mass and mixing in the bed compared to the fixed bed processes (currently used by the malta industry). Experiments demonstrate increases of more than 12 times in these rates (Hesketh, R. (1997). Fluidized Bed Flow Regimes). Fluidized bed systems, due to their high rates of heat and mass transfer, require smaller contact areas, resulting in smaller and more efficient equipment.

[009] Dentre as tecnologias que se enquadram no campo de aplicação da presente invenção, podemos citar os seguintes casos de dispositivos que utilizam câmaras de leito fluidizado no processo de grãos.[009] Among the technologies that fall within the scope of the present invention, we can mention the following cases of devices that use fluidized bed chambers in the grain process.

[010] A patente AU674448B2 revela um equipamento e processo para fermentação de leveduras utilizado na produção de bebidas, tais como, cerveja, vinho e saquê. Este processo compreende o abastecimento com leveduras de um reator de leito fluidizado, equipado com uma tubulação para circulação de fluido, uma saída para exaustão dos gases, produzidos durante a fermentação das leveduras, e[010] AU674448B2 discloses a yeast fermentation equipment and process used in the production of beverages, such as beer, wine and sake. This process comprises the supply of yeast to a fluidized bed reactor, equipped with a pipe for fluid circulation, an outlet for exhausting the gases produced during the fermentation of the yeasts, and

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5/15 duas câmaras para transporte de líquido durante o processo de produção de bebidas.5/15 two chambers for transporting liquid during the beverage production process.

[011] O pedido de patente EP0379232A1 descreve um processo, dedicado apenas à maceração de grãos de milho, com reaproveitamento do fluido utilizado no fluidizador e controle da temperatura da mistura. O processo de maceração, descrito nesta tecnologia, apresenta uma duração que varia de 8 a 20 horas e visa preparar os grãos do milho para a moagem e as operações de separação do amido.[011] Patent application EP0379232A1 describes a process, dedicated only to maceration of corn kernels, with reuse of the fluid used in the fluidizer and control of the temperature of the mixture. The maceration process, described in this technology, has a duration that varies from 8 to 20 hours and aims to prepare the corn kernels for grinding and starch separation operations.

[012] O pedido de patente FR2257684A1 apresenta um equipamento, que compreende uma câmara dividida em, no mínimo, três seções, dedicado à realização das etapas de germinação e secagem do processo de malteação, sendo a maceração não contemplada. A tecnologia FR2257684A1 possui[012] Patent application FR2257684A1 presents an equipment, which comprises a chamber divided into at least three sections, dedicated to carrying out the germination and drying stages of the malting process, with maceration not being contemplated. FR2257684A1 technology has

um controle interior. a control interior. de temperatura e temperature and de in circulação circulation do of ar em air in seu your [013] [013] O O pedido de patente patent application GB1391070A GB1391070A descreve describe um one processo process e and dispositivo para device for o O tratamento treatment de in grãos, grains, que what consiste It consists em in utilizar câmaras use cameras adaptadas para adapted for as at etapas phases de in

maceração e germinação. A secagem, no entanto, é realizada em fornos separados. A tecnologia GB1391070A apresenta uma configuração horizontal e um sistema de mistura, por rotação da câmara.maceration and germination. Drying, however, is carried out in separate ovens. GB1391070A technology has a horizontal configuration and a mixing system, by rotation of the chamber.

[014] A patente KR101316700B1 apresenta um sistema de controle para automatização do processo de malteação. As etapas de maceração, germinação e secagem de grãos ocorrem em um mesmo reator, com sistema de agitação para movimentar os grãos.[014] The patent KR101316700B1 presents a control system for automating the malting process. The stages of maceration, germination and drying of grains occur in the same reactor, with an agitation system to move the grains.

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6/15 [015] A patente estadunidense US3853713A descreve um dispositivo e processo para malteação de grãos, composto por uma câmara para os grãos, outra câmara para o fluido e uma parede transversal para contato entre as duas. A tecnologia da patente US3853713A apresenta um sistema de deslocamento de eixo horizontal e um sistema de recirculação de fluido, por meio de uma conexão entre a saída e a entrada de fluido. O fornecimento de ar é feito de modo ascendente na etapa de germinação.6/15 [015] US patent US3853713A describes a device and process for malting grains, consisting of a chamber for the grains, another chamber for the fluid and a cross wall for contact between the two. The technology of the patent US3853713A features a horizontal axis displacement system and a fluid recirculation system, through a connection between the fluid outlet and the fluid inlet. The air supply is done in an ascending manner in the germination stage.

[016] O pedido de patente estadunidense US2017306275 descreve um sistema automático para produção de malte composto por uma câmara que realiza todas as etapas de maceração, secagem e germinação da malteação. A tecnologia US2017306275 é composta por uma câmara única, com um agitador mecânico de eixo vertical, instalado em seu interior. O agitador mecânico tem como função prevenir a formação de aglomerados de radículas dos grãos e promover a circulação de ar no interior. Uma plataforma suporte, posicionado próxima ao equipamento, equipada com um sistema de aquecimento e de ventilação, permite a fácil troca e acoplamento destes ao equipamento.[016] The US patent application US2017306275 describes an automatic system for malt production composed of a chamber that performs all stages of maceration, drying and germination of malting. US2017306275 technology consists of a single chamber, with a vertical axis mechanical stirrer, installed inside. The purpose of the mechanical stirrer is to prevent the formation of grain root clusters and to promote air circulation inside. A support platform, positioned close to the equipment, equipped with a heating and ventilation system, allows for easy exchange and coupling of these to the equipment.

[017] O pedido de patente estadunidense US20170218316 apresenta um sistema composto de um equipamento para condução do processo de produção do malte, composto de quatro tanques. À medida que os grãos são transportados ao longo de uma esteira horizontal, eles passam pelos tanques onde são realizadas as etapas de maceração, germinação e secagem. A etapa de maceração é conduzida no primeiro tanque, onde o grão passa por quatro ciclos, é hidratado e passa por quatro ciclos de aeração seguida por períodos de[017] The US patent application US20170218316 presents a system composed of equipment to conduct the malt production process, composed of four tanks. As the grains are transported along a horizontal conveyor, they pass through the tanks where the stages of maceration, germination and drying are carried out. The maceration step is conducted in the first tank, where the grain goes through four cycles, is hydrated and goes through four aeration cycles followed by periods of

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7/15 descanso. A etapa de germinação é conduzida no segundo e terceiros tanques com aeração por água saturado de ar. A germinação dura, geralmente, 3 dias, mas dependendo do tipo de grão, ela pode levar até 8 dias. A etapa de secagem é realizada no quarto tanque, usando um sistema de ventilação com ar aquecido para secar e curar o malte.7/15 rest. The germination stage is conducted in the second and third tanks with aeration by water saturated with air. Germination usually lasts 3 days, but depending on the type of grain, it can take up to 8 days. The drying step is carried out in the fourth tank, using a ventilation system with heated air to dry and cure the malt.

[018] Diferentemente das tecnologias previamente citadas, a presente invenção consiste de um dispositivo e processo para produção de malte. As três etapas da malteação de grãos (maceração, germinação e secagem) ocorrem em uma única câmara vertical, de leito fluidizado, equipado com um sistema que permite o controle da temperatura e velocidade de entrada do fluido e do nível do leito fluidizado.[018] Unlike the previously mentioned technologies, the present invention consists of a device and process for producing malt. The three stages of malting of grains (maceration, germination and drying) take place in a single vertical chamber, with a fluidized bed, equipped with a system that allows the control of the temperature and velocity of fluid entry and the level of the fluidized bed.

DESCRIÇÃO SUCINTA DAS FIGURAS [019] A invenção poderá ser mais bem compreendida com base nas Figuras de 1 a 3, cuja descrição segue abaixo.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [019] The invention may be better understood on the basis of Figures 1 to 3, the description of which follows below.

[020] A Figura 1 apresenta a vista lateral do reator (1) para malteação, destacando os seguintes componentes: fundo falso (2), tubulação para injeção de ar (3), tubulação para injeção de água (4), válvula de injeção de ar (5), válvula de injeção de água (6), tubulação de descarga de água (7), válvula de descarga de água (8), prato perfurado (9), tubulação para recirculação (10), medidor de volume (11), tubulação de saída de ar (12), válvula borboleta primária (13), sensor de umidade (14), teto (15), tampa (16), válvula borboleta secundária (17), corpo cilíndrico superior (18), corpo cônico (19) e corpo cilíndrico inferior (20).[020] Figure 1 shows the side view of the reactor (1) for malting, highlighting the following components: false bottom (2), air injection tubing (3), water injection tubing (4), injection valve air (5), water injection valve (6), water discharge pipe (7), water discharge valve (8), perforated plate (9), recirculation pipe (10), volume meter ( 11), air outlet tubing (12), primary butterfly valve (13), humidity sensor (14), ceiling (15), cover (16), secondary butterfly valve (17), upper cylindrical body (18), conical body (19) and lower cylindrical body (20).

[021] A Figura 2 apresenta a vista superior do reator (1) para malteação, destacando os seguintes componentes:[021] Figure 2 shows the top view of the reactor (1) for malting, highlighting the following components:

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8/15 tubulação de saída de ar (12), teto (15), tampa (16) e válvula borboleta secundária (17).8/15 air outlet tubing (12), roof (15), cover (16) and secondary butterfly valve (17).

[022] A Figura 3 apresenta a vista superior do prato perfurado (9).[022] Figure 3 shows the top view of the perforated plate (9).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [023] A presente invenção apresenta um reator (1) de câmara única e processo para produção de malte, a partir de grãos amiláceos em geral, tais como, milho, trigo, centeio, aveia, arroz, sorgo e cevada, utilizando a tecnologia de leito fluidizado. A invenção permite que o processo de malteação, composto pelas etapas de maceração, germinação e secagem, seja realizado dentro de uma única câmara de leito fluidizado, não havendo a necessidade de transporte dos grãos para outras câmaras, compartimentos ou dispositivos externos ao reator (1), durante todo o processo de produção do malte.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [023] The present invention features a single chamber reactor (1) and process for producing malt from starchy grains in general, such as maize, wheat, rye, oats, rice, sorghum and barley , using fluidized bed technology. The invention allows the malting process, composed of the stages of maceration, germination and drying, to be carried out within a single fluidized bed chamber, without the need to transport the grains to other chambers, compartments or devices external to the reactor (1 ), throughout the malt production process.

[024] A utilização do leito fluidizado, na presente invenção, por meio da injeção de ar e água, através da parte inferior do corpo cilíndrico inferior (20), propicia uma distribuição homogênea do ar no interior do corpo cônico (19) e do corpo cilíndrico superior (18), e impede a formação de aglomerados de radículas dos grãos.[024] The use of the fluidized bed, in the present invention, through the injection of air and water, through the lower part of the lower cylindrical body (20), provides a homogeneous distribution of air inside the conical body (19) and the upper cylindrical body (18), and prevents the formation of clusters of grain roots.

[025] Também não há a necessidade de transportar os grãos para caixas de germinação, durante a etapa de germinação, uma vez que as condições de umidade, temperatura e concentrações de oxigênio e de gás carbônico no interior do reator (1) são controladas por meio da válvula de injeção de ar (5), válvula de injeção de água (6) e pelo sensor de umidade (14), pela tubulação de saída de ar (12) e pela[025] There is also no need to transport the grains to germination boxes during the germination stage, since the conditions of humidity, temperature and concentrations of oxygen and carbon dioxide inside the reactor (1) are controlled by air injection valve (5), water injection valve (6) and the humidity sensor (14), the air outlet pipe (12) and the

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9/15 válvula borboleta primária (13) e válvula borboleta secundária (17).9/15 primary butterfly valve (13) and secondary butterfly valve (17).

[026] O reator (1) de câmara única é composto pelos seguintes componentes: fundo falso (2), tubulação para injeção de ar (3), tubulação para injeção de água (4), válvula de injeção de ar (5), válvula de injeção de água (6), tubulação de descarga de água (7), válvula de descarga de água (8), prato perfurado (9), tubulação para recirculação (10), medidor de volume (11), tubulação de saída de ar (12), válvula borboleta primária (13), sensor de umidade (14), teto (15), tampa (16), válvula borboleta secundária (17), corpo cilíndrico superior (18), corpo cônico (19) e corpo cilíndrico inferior (20).[026] The single chamber reactor (1) consists of the following components: false bottom (2), air injection tubing (3), water injection tubing (4), air injection valve (5), water injection valve (6), water discharge pipe (7), water discharge valve (8), perforated plate (9), recirculation pipe (10), volume meter (11), outlet pipe air (12), primary butterfly valve (13), humidity sensor (14), roof (15), cover (16), secondary butterfly valve (17), upper cylindrical body (18), conical body (19) and lower cylindrical body (20).

[027] A câmara única do reator (1) é composta por três elementos: corpo cilíndrico superior (18), corpo cônico (19) e corpo cilíndrico inferior (20). No corpo cilíndrico superior (18), em sua parte superior, são instaladas a tampa (16), por onde o reator (1) é abastecido pelos grãos de malteação, e a tubulação de saída de ar (12), que canaliza o ar do interior da câmara única para o ambiente. No corpo cônico (19), em sua extremidade inferior, é instalado o prato perfurado (9) removível. No corpo cilíndrico inferior (20) , em sua base, são instalados o fundo falso (2), a tubulação para recirculação (10) e a tubulação de descarga de água (7).[027] The single reactor chamber (1) consists of three elements: upper cylindrical body (18), conical body (19) and lower cylindrical body (20). In the upper cylindrical body (18), in its upper part, the cover (16) is installed, through which the reactor (1) is supplied by the malting grains, and the air outlet pipe (12), which channels the air from inside the single chamber to the environment. In the conical body (19), at its lower end, the removable perforated plate (9) is installed. The false bottom (2), the recirculation tubing (10) and the water discharge tubing (7) are installed in the lower cylindrical body (20) at its base.

[028] A tubulação de recirculação (10), que apresenta uma seção horizontal e uma seção vertical, permite a recirculação do ar dentro da câmara do reator (1) e está conectada à tubulação de saída de ar (12). Na parte inferior da tubulação de recirculação (10), que corresponde à seção[028] The recirculation tubing (10), which has a horizontal section and a vertical section, allows air to be recirculated inside the reactor chamber (1) and is connected to the air outlet tubing (12). At the bottom of the recirculation tubing (10), which corresponds to the section

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10/15 horizontal da tubulação de recirculação (10), estão conectadas a tubulação para injeção de água (4), localizada mais próxima ao corpo cilíndrico inferior (20), e a tubulação para injeção de ar (3).10/15 horizontal of the recirculation pipe (10), the water injection pipe (4), located closest to the lower cylindrical body (20), and the air injection pipe (3) are connected.

[029] O controle do fluxo de ar e de água no reator (1) é realizado por meio da válvula de injeção de ar (5), da válvula de injeção de água (6), da válvula borboleta primária (13), da válvula borboleta secundária (17) e da válvula de descarga de água (8). Este tipo de controle, por meio de válvulas, soluciona a principal deficiência dos sistemas de secagem, atualmente utilizados, que é a falta de controle dos parâmetros de temperatura, injeção de água e de ar, e saída de água e ar.[029] The control of the air and water flow in the reactor (1) is carried out by means of the air injection valve (5), the water injection valve (6), the primary butterfly valve (13), the secondary butterfly valve (17) and water discharge valve (8). This type of control, by means of valves, solves the main deficiency of the drying systems, currently used, which is the lack of control of the parameters of temperature, water and air injection, and water and air outlet.

[030] A válvula de injeção de água (6) está instalada na tubulação para injeção de água (4). A válvula de injeção de ar (5) está instalada na tubulação para injeção de ar (3). A válvula borboleta primária (13) está instalada na parte inferior da seção vertical da tubulação de recirculação (10) e a válvula borboleta secundária (17) está instalada na parte superior da tubulação de recirculação (10). A válvula de descarga de água (8) está instalada na tubulação de descarga de água (7).[030] The water injection valve (6) is installed in the water injection pipe (4). The air injection valve (5) is installed in the air injection pipeline (3). The primary butterfly valve (13) is installed at the bottom of the vertical section of the recirculation pipe (10) and the secondary butterfly valve (17) is installed at the top of the recirculation pipe (10). The water drain valve (8) is installed in the water drain pipe (7).

[031] O leito fluidizado, para imersão dos grãos, é criado a partir da injeção de água e ar, pela tubulação para injeção de água (4) e pela tubulação para injeção de ar (3), no interior do corpo cilíndrico inferior (20), e pela passagem da mistura ar-água através do prato perfurado (9) removível. Os diâmetros dos orifícios do prato perfurado (9) são inferiores aos diâmetros dos grãos processados no reator (1). O prato perfurado (9) removível é instalado na[031] The fluidized bed, for immersing the grains, is created from the injection of water and air, the water injection pipe (4) and the air injection pipe (3), inside the lower cylindrical body ( 20), and by passing the air-water mixture through the removable perforated plate (9). The diameters of the holes in the perforated plate (9) are smaller than the diameters of the grains processed in the reactor (1). The removable perforated plate (9) is installed in the

Petição 870180049956, de 11/06/2018, pág. 18/38Petition 870180049956, of 06/11/2018, p. 18/38

11/15 extremidade inferior do corpo cônico (19) e é retirado, juntamente com o fundo falso (2), ao final do processo de malteação, para liberação dos grãos, ou para manutenção periódica do reator (1).11/15 lower end of the conical body (19) and is removed, together with the false bottom (2), at the end of the malting process, for the release of the grains, or for periodic maintenance of the reactor (1).

[032] O volume total do leito fluidizado, igual a soma do volume do leito fluidizado no corpo cilíndrico superior (18) com o volume do leito fluidizado no corpo cônico (19), é aferido pelo medidor de volume (11). O medidor de volume (11) é uma barra graduada em quilos, localizada na lateral do corpo cilíndrico superior (18). O volume do corpo cilíndrico inferior (20) é ocupado apenas pela mistura arágua e não é considerado na aferição do volume total do leito fluidizado. Em razão do corpo cilíndrico inferior (20) ser completamente preenchido pela mistura ar-água, e do prato perfurado (9) permitir a passagem da mistura arágua para o interior do corpo cônico (19) e do corpo cilíndrico superior (18), o suprimento de ar para os grãos localizados na região inferior do corpo cônico (19) não é comprometido. O reator (1) também possui um sensor de umidade (14), instalado no interior da tubulação de saída de ar (12), para medição da umidade dos grãos.[032] The total volume of the fluidized bed, equal to the sum of the volume of the fluidized bed in the upper cylindrical body (18) and the volume of the fluidized bed in the conical body (19), is measured by the volume meter (11). The volume meter (11) is a bar graduated in kilograms, located on the side of the upper cylindrical body (18). The volume of the lower cylindrical body (20) is occupied only by the water mixture and is not considered in the measurement of the total volume of the fluidized bed. Because the lower cylindrical body (20) is completely filled by the air-water mixture, and the perforated plate (9) allows the water-water mixture to pass into the conical body (19) and the upper cylindrical body (18), air supply for grains located in the lower region of the conical body (19) is not compromised. The reactor (1) also has a humidity sensor (14), installed inside the air outlet pipe (12), for measuring the humidity of the grains.

[033] O depósito dos grãos no interior do corpo cilíndrico superior (18) e do corpo cônico (19) é realizado através da tampa (16), instalada no teto (15). A injeção de água é realizada na proporção de 3 litros de água para 1 kg de grão. O reator (1) apresenta uma capacidade que varia de 10 a 13 quilos de grãos.[033] The deposit of the grains inside the upper cylindrical body (18) and the conical body (19) is carried out through the cover (16), installed on the ceiling (15). The water injection is carried out in the proportion of 3 liters of water for 1 kg of grain. The reactor (1) has a capacity ranging from 10 to 13 kilos of grain.

[034] O reator (1) opera com escoamentos de água e/ou ar. Desta forma, todo o processo de malteação pode ser executado em apenas uma única câmara, onde os parâmetros de[034] The reactor (1) operates with water and / or air drains. In this way, the entire malting process can be performed in just a single chamber, where the parameters of

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12/15 temperatura, escoamentos, concentrações de gases e misturas são controlados. Suas características construtivas são escalonáveis, suprindo as necessidades de pequenas e grandes demandas da indústria. O reator (1) é construído em aço inoxidável.12/15 temperature, flow, gas concentrations and mixtures are controlled. Its construction features are scalable, meeting the needs of small and large demands in the industry. The reactor (1) is made of stainless steel.

[035] A relação entre o diâmetro do corpo cilíndrico superior (18) e o menor diâmetro do corpo cônico (19) é iguala 1:0,2; ou seja, para um corpo cilíndrico superior (18) de diâmetro de 1 metro, o menor diâmetro do corpo cônico (19) é igual a 0,2 metros.[035] The ratio between the diameter of the upper cylindrical body (18) and the smallest diameter of the conical body (19) is equal to 1: 0.2; that is, for an upper cylindrical body (18) with a diameter of 1 meter, the smallest diameter of the conical body (19) is equal to 0.2 meters.

[036] A relação entre o menor diâmetro do corpo cônico (19) e a altura do corpo cônico (19) é igual a 1:15, ou seja, para um menor diâmetro do corpo cônico (19) de 1 metro, a altura do corpo cônico (19) é igual a 15 metros.[036] The relationship between the smallest tapered body diameter (19) and the height of the tapered body (19) is equal to 1:15, that is, for a smallest tapered body diameter (19) of 1 meter, the height conical body (19) is equal to 15 meters.

[037] A relação entre o diâmetro do corpo cilíndrico superior (18) e a altura do corpo cilíndrico superior (18) é igual a 1:3; ou seja, para um corpo cilíndrico superior (18) de diâmetro de 1 metro, a altura do corpo cilíndrico superior (18) é igual a 3 metros.[037] The ratio between the diameter of the upper cylindrical body (18) and the height of the upper cylindrical body (18) is equal to 1: 3; that is, for an upper cylindrical body (18) with a diameter of 1 meter, the height of the upper cylindrical body (18) is equal to 3 meters.

Processo de malteaçãoMalting process

Maceração [038] A etapa de maceração é iniciada, após o depósito dos grãos no interior do reator (1), a partir da formação do leito fluidizado. A etapa de maceração tem como objetivo deixar os grãos imersos em água em regime de fluidização, a fim de propiciar o aumento da umidade dos grãos. A tampa (16) permanece fechada durante as etapas de maceração, germinação e secagem.Maceration [038] The maceration stage begins after the deposit of the grains inside the reactor (1), from the formation of the fluidized bed. The maceration step aims to leave the grains immersed in water in a fluidization regime, in order to provide an increase in the moisture of the grains. The lid (16) remains closed during the maceration, germination and drying steps.

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13/15 [039] A etapa de maceração tem duração total de 3 horas a 4 horas e 30 minutos, dividida em 3 ciclos, dependendo das análises físico-química do cereal de origem. Cada ciclo apresenta uma duração de 1 hora a 1 hora e 30 minutos, composto por duas fases, e com injeção e remoção de água alternada entre as duas fases.13/15 [039] The maceration stage lasts for a total of 3 hours to 4 hours and 30 minutes, divided into 3 cycles, depending on the physical-chemical analysis of the cereal of origin. Each cycle lasts from 1 hour to 1 hour and 30 minutes, consisting of two phases, and with injection and removal of water alternated between the two phases.

[040] Os ciclos da maceração são iniciados com a formação do leito fluidizado. Após a formação do leito fluidizado, durante a primeira fase de cada ciclo da maceração, ocorre a injeção de ar dentro do reator (1), através da tubulação para injeção de ar (3), por meio da abertura da válvula de injeção de ar (5), enquanto a válvula da tubulação de descarga de água (8), a válvula borboleta primária (13), a válvula borboleta secundária (17) e a válvula de injeção de água (6) permanecem fechadas.[040] The maceration cycles begin with the formation of the fluidized bed. After the formation of the fluidized bed, during the first phase of each maceration cycle, air is injected into the reactor (1), through the air injection tubing (3), by opening the air injection valve. (5), while the water discharge pipe valve (8), the primary butterfly valve (13), the secondary butterfly valve (17) and the water injection valve (6) remain closed.

[041] Ao final da primeira fase de cada ciclo da maceração, a água é retirada do reator (1), através da tubulação de descarga de água (7), por meio da abertura da válvula de descarga de água (8), e os grãos são submetidos a uma fase de circulação, para uniformização da umidade dos grãos, nos últimos 30 minutos de cada ciclo. Durante a fase de circulação, a válvula borboleta secundária (17) permanece aberta e a umidade dos grãos é medida, de maneira indireta, por meio do sensor de umidade (14). Os grãos devem atingir uma umidade mínima de 40%. Finalizada a etapa de maceração, é iniciada a etapa de germinação.[041] At the end of the first phase of each maceration cycle, water is removed from the reactor (1), through the water discharge pipe (7), through the opening of the water discharge valve (8), and the grains are subjected to a circulation phase, to standardize the moisture of the grains, in the last 30 minutes of each cycle. During the circulation phase, the secondary butterfly valve (17) remains open and the moisture of the grains is measured, indirectly, by means of the humidity sensor (14). The beans must reach a minimum humidity of 40%. After the maceration stage, the germination stage begins.

Germinação [042] A etapa de germinação é realizada por meio da circulação de ar, a uma temperatura que varia entre 12 °CGermination [042] The germination stage is carried out by means of air circulation, at a temperature that varies between 12 ° C

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14/15 e 25 °C, no interior do reator (1). A circulação de ar no interior do reator (1), através da tubulação para recirculação (10), é promovida por meio da abertura da válvula borboleta primária (13) e da válvula borboleta secundária (17). A duração da etapa de germinação apresenta uma duração de 3 dias a 7 dias, dependendo do tipo de malte a ser produzido. Durante a etapa de germinação, a válvula de descarga de água (8), a válvula de injeção de ar (5) e a válvula de injeção de água (4) permanecem fechadas. Tendo como base o desenvolvimento do embrião do grão, o controle da injeção de ar e água, por meio da válvula de injeção de água (4) e da válvula e injeção de ar (5), garante o resultado de umidade do grão e expressão enzimática desejado a cada tipo de malte.14/15 and 25 ° C, inside the reactor (1). Air circulation inside the reactor (1), through the recirculation tubing (10), is promoted by opening the primary butterfly valve (13) and the secondary butterfly valve (17). The duration of the germination stage lasts from 3 days to 7 days, depending on the type of malt to be produced. During the germination stage, the water discharge valve (8), the air injection valve (5) and the water injection valve (4) remain closed. Based on the development of the grain embryo, the control of air and water injection, through the water injection valve (4) and the air injection and valve (5), guarantees the result of the grain moisture and expression enzyme desired for each type of malt.

Secagem [043] A etapa de secagem, no reator (1) de malteação de câmara única, é composta de duas fases. Na primeira fase, é realizada a circulação de ar aquecido no interior do leito fluidizado; na segunda fase, é realizada a definição do tipo de malte a ser produzido.Drying [043] The drying step, in the single chamber malting reactor (1), consists of two phases. In the first phase, heated air is circulated inside the fluidized bed; in the second phase, the type of malt to be produced is defined.

[044] Durante as duas fases da etapa de secagem, a válvula de descarga de água (8) e a válvula de injeção de água (6) permanecem fechadas; a válvula borboleta primária (13), a válvula borboleta secundária (17) e a válvula de injeção de ar (5) permanecem abertas, permitindo a circulação de ar dentro do reator (?), através da tubulação para recirculação (10).[044] During the two phases of the drying step, the water discharge valve (8) and the water injection valve (6) remain closed; the primary butterfly valve (13), the secondary butterfly valve (17) and the air injection valve (5) remain open, allowing air to circulate inside the reactor (?), through the recirculation pipe (10).

[045] Na primeira fase da etapa de secagem, a injeção de ar aquecido, a uma temperatura variando de 35 °C a 70 °C,[045] In the first stage of the drying step, the injection of heated air, at a temperature ranging from 35 ° C to 70 ° C,

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15/15 através da tubulação para injeção e ar (3), é promovida pela abertura da válvula de injeção de ar (5). A fase de circulação de ar, do interior do reator (1) para o ambiente, é realizada até que os grãos atinjam um valor de umidade entre 8% e 15%. O ar, injetado dentro do reator (1), é aquecido por meio de uma resistência elétrica, instalada na tubulação para injeção de ar (3), antes da válvula de injeção de ar (5).15/15 through the injection and air tubing (3), is promoted by opening the air injection valve (5). The air circulation phase, from inside the reactor (1) to the environment, is carried out until the grains reach a humidity value between 8% and 15%. The air, injected into the reactor (1), is heated by means of an electrical resistor, installed in the air injection pipeline (3), before the air injection valve (5).

[046] Na segunda fase da etapa de secagem, a definição do tipo de malte é realizada a partir da circulação do ar aquecido, no interior do reator (1), a uma temperatura e por um intervalo de tempo, definidos em função do tipo de malte desejado como produto. Por exemplo, no processo de fabricação do malte tipo pilsen, a circulação de ar aquecido, a uma temperatura de 45 °C a 60 °C, é realizado por 16 horas, e, em seguida, a uma temperatura de 65 °C a 75 °C, por 6 horas.[046] In the second phase of the drying step, the definition of the type of malt is carried out from the circulation of heated air, inside the reactor (1), at a temperature and for a period of time, defined according to the type malt as a product. For example, in the manufacturing process of pilsen-type malt, the circulation of heated air, at a temperature of 45 ° C to 60 ° C, is carried out for 16 hours, and then at a temperature of 65 ° C to 75 ° C, for 6 hours.

[047] Finalizada a etapa de secagem, o malte apresenta um teor de umidade inferior a 6%, o processo de malteação é, então, encerrado, e os grãos de malte produzidos são retirados por meio da remoção do prato perfurado (9) e do fundo do falso (2); o malte produzido é então armazenado para utilização nas etapas posteriores de produção da cerveja.[047] After the drying step is finished, the malt has a moisture content of less than 6%, the malting process is then ended, and the malt grains produced are removed by removing the perforated plate (9) and the bottom of the false (2); the malt produced is then stored for use in later beer production steps.

Claims

1. REACTOR, for malt production, from starch grains in general, such as maize, wheat, rye, oats, rice, sorghum and barley, characterized by carrying out the three stages of the malt production process (maceration, germination and drying) in a single fluidized bed chamber, with control of temperature, air and water injection, grain moisture and air and water outlet, without transporting the grains to other chambers, compartments or devices external to the reactor (1), throughout the malt production process.

2. REACTOR, according to claim 1, characterized by being composed of false bottom (2), air injection tubing (3), water injection tubing (4), air injection valve (5), valve water injection (6), water discharge pipe (7), water discharge valve (8), perforated plate (9), recirculation pipe (10), volume meter (11), water outlet pipe air (12), primary butterfly valve (13), humidity sensor (14), roof (15), cover (16), secondary butterfly valve (17), upper cylindrical body (18), conical body (19) and body lower cylindrical (20).

3. REACTOR, according to claim 1 or 2, characterized by the single reactor chamber (1) being composed of three elements: upper cylindrical body (18), conical body (19) and lower cylindrical body (20).

4. REACTOR, according to claims 1 to 3, characterized by the injection of air and water, through the lower part of the lower cylindrical body (20), through the air injection pipe (3), controlled by the valve

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2/4 of air injection (5), and of the water injection pipe (4), controlled by the water injection valve (6), providing a homogeneous distribution of air inside the conical body (19) and the body upper cylindrical (18), preventing the formation of agglomerates and root radicles.

5. REACTOR, according to claims 1 to 4, characterized in that the air supply for the grains located in the lower part of the conical body (19) is maintained, due to the lower conical body (20) being completely filled by the arial mixture. water and the perforated plate (9) allow the air-water mixture to pass from the inside of the lower cylindrical body (20) to the inside of the conical body (19).

6. REACTOR, according to claims 1 to 5, characterized by the control of air and water flow in the reactor (1) being controlled by the air injection valve (5), by the water injection valve (4), by the primary butterfly valve (13), secondary butterfly valve (17) and water discharge valve (8).

7. REACTOR, according to claims 1 to 6, characterized by the ratio between the diameter of the upper cylindrical body (18) and the smallest diameter of the conical body (19) being equal to 1: 0.2.

8. REACTOR, according to claims 1 to 7, characterized by the relationship between the height of the conical body (19) and the height of the conical body (19) is equal to 1:15.

9. REACTOR, according to claims 1 to 8, characterized in that the ratio between the diameter of the upper cylindrical body (18) and the height of the upper cylindrical body (18) is equal to 1: 3.

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10. Malt production PROCESS, composed of the stages of maceration, germination and drying, according to claims 1 to 9, characterized by being carried out in a single fluidized bed chamber.

11. A malt production process, according to claim 10, characterized in that the maceration step is initiated after the formation of the fluidized bed; have a total duration of 3 hours to 4 hours and 30 minutes; be divided into 3 cycles; each cycle lasting from 1 hour to 1 hour and 30 minutes, each cycle consisting of two phases; in the first stage of the maceration, air is injected into the reactor (1), through the air injection tubing (3), through the opening of the air injection valve (5), while the air discharge valve water (8), the primary butterfly valve (13), the secondary butterfly valve (17) and the water injection valve (6) remain closed;

at the end of the first phase of each cycle, water is withdrawn from the reactor (1), through the water discharge pipe (7), through the opening of the water discharge valve (8); then, the grains are subjected to a circulation phase, lasting 30 minutes, to uniformize the moisture of the grains to a minimum value of 40%, with the secondary butterfly valve (17) open.

12. Malt production PROCESS, according to claims 10 to 11, characterized by the germination step being carried out by means of air circulation, inside the reactor (1), through the recirculation pipe (10), by opening of the primary butterfly valve (13) and the secondary butterfly valve (17), at a temperature ranging from 12 ° C to 25 ° C, lasting from 3 to

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7 days, and with the water discharge valve (8), the air injection valve (5) and the water injection valve (6) closed.

13. Malt production process, according to claims 10 to 12, characterized in that the drying step consists of two phases; the two phases being performed with the water discharge valve (8) and the water injection valve (6) closed, and with the primary butterfly valve (13), the secondary butterfly valve (17) and the water injection valve air (5) open; in the first phase, the injection of heated air through the air injection tubing (3), through the opening of the air injection valve (5), at a temperature ranging from 35 ° C to 70 ° C , until the grains reach a moisture value between

8% and 15%; then, in the second phase, the heated air circulates inside the reactor (1), at a defined temperature and for a defined period of time, depending on the type of malt desired as a product; the drying stage being completed, when the malt has a moisture content of less than 6%; then, the perforated plate (9) and the false bottom (2) are removed to release the malt.