嫌气发酵设备

1、第六章嫌气发酵设备第一节酒精发酵设备一、对酒精发酵罐的要求(1)及时移走热量；(2)有利于发酵液的排出；(3)便于 设备的清洗，维 修；(4)有利于回收二氧化碳。二、酒精发酵罐结构(1)罐体：圆柱形体，碟形或锥形底盖和顶盖。灌顶装有 人孔、视镜、二 氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和 测量仪表接口管等。罐底装有排料 口和排污口，罐身上下部 有取样口和温度计接口。(2)冷却装置：中小型发酵罐采用灌顶喷水淋于罐外壁表 面进行膜状冷 却；大型发酵罐，采用罐内装冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置。(3)洗涤：水力洗涤装置，由一根两头装有喷嘴的洒水管组成，两头喷水管弯成一定的弧度，喷水管上钻

2、有一定数量 的小孔，借活接头和固定供水管连 接，喷水管两头喷嘴以一 定速度喷出水而形成反作用力，使喷水管自动旋转， 从而达 到水力洗涤的目的。高压水力喷射洗涤装置，一根直立的喷水管，安装于罐中央，在垂直喷水管上钻小孔，水平喷水管借活接头，上端 和供水管，下端和垂直分配管连接。 水流在较高压力下，由 水平喷水管出口处喷出，并以极大的速度喷射到罐壁， 而垂 直喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体和罐底。对于20m3的酒精发酯罐，采用$洗涤水入口图6-46发酵罐水力洗涤器i36x 3mm勺喷水罐，管上开有 $ 4X 30个 小孔，两 头喷嘴直径9mm图6-45酒精发酵罐1-冷却水入口2-取样口 3-压

3、力表4-CO2气体出口 5-喷淋水6-料液及酒母入口7-人孔8-冷却水出口 9-温度计10-喷淋水收集槽11-喷淋水出口 12-发酵液及污水排出口二、酒精发酵罐的计算（一）发酵罐结构尺寸的确定发酵罐全体积：V二生式中Vo 入发酪罐的发酯液量，m5;；装液系数，0.850.90带有锥形底、盖及圆柱形筒身的发酪罐：V =» D2 'H + 匹 +理 i4 i 33 JH =1.11.5D=0.1 0.14Dh2 =0.050.1D式中D的直径，m ；H的圆柱部分高度，m ;h?盖图度，mo根据发酪罐的全体积 V和图径比H/D等，可确定发酪罐的结构尺寸。（二）发酵罐罐数的确定对于间

4、歇发酵：发酵罐数目为24式甲N酷罐个数，个；n 每24小时内进行加料的发酪罐数目，个；t 发酪周期所需要时间，ho（三）发酵罐的冷却面积的计算发酵罐冷却面积的计算可按传热方程式来确定，即：QKAm式中Q 总的发酷热，J/h ；2K 总传热系数，J/ （mC） ； "4m对数平均温度差，C；F 冷却面积，m2 o1总发酵热QQ=Q-(Q2+Q)式中Q1：生物合成热,Q2:蒸发损失热,5犷 6% Q1Q3:罐散热2对数平均温度差 TmTm(Tf - (TfZit23传热总系数K的确定1I +8i 32 Ki发酯液到蛇管的传热系数 K1, 一般计算时根据生产经验或直接测定为准，然而由于发酯

5、液的组分和浓度等不同，其不同的发酪液K1值也有所不同，对于酒精而言可以取 2300-2700KJ/rf?h? C。从冷却管壁到冷却水的传热系数用如下公式计算。若采用蛇管冷却，水为冷却剂，则可以式中K,一蛇管的传热分系数，kJ/ (m3' h * C);4常数.水温2(TC时，取6. 15jP -水的密度.kg/m3；v蛇管内水的流速，m/5*D 蛇锌宜径、mj蛇管圈的半径、nu若采用罐外喷淋冷却，则K2为：式中口 -一 喷淋密度，kg/ Cm h) i上式适用的喷淋水密度为100-1500Kg/h由于发酯液组分时常变化，且主发酪期醪液上下翻腾，传热情况较复杂，故k值取经验 值16002

6、100KJ /m 2Lh C。4冷却水耗量的计算热平衡方程为Q a=Q水4VC （七2才1）Q发CP A2 -t1tm二巴t1时的比热2式中 W冷却水耗量，kg/hC p冷却水在平均温度的比热，JKATC ；ti,t2 却水进出口温度， Co第二节啤酒发酵设备近年来，啤酒发酵设备向大型、 室外、联合的方向发展。 迄今为止，使 用的大型发酵罐容量已达 1500吨。大型化的 目的主要有两方面：由于大型 化，使啤酒的质量均一化；由 于啤酒生产的罐数减少，使生产合理化，降低设 备的投资。啤酒发酵器的变迁过程，大概可分三个方向：发酵容器材料的变化。容器材料由陶瓷向木材T水泥T金属材料演 变。现在的啤酒生

7、产，后两种材料都 在使用。发酵方式改 变，开放式向密闭式转变。密闭容器形状的演变，由长 方形容器上面加穹形盖到圆拄性转变。目前使用的大型发酵罐主要是立式罐，如奈坦罐，联合罐，朝日罐等。由于发酵罐量的增大，清洗设备也有很大进步，大多采用CIP自动清洗系统。一、啤酒发酵设备结构（一）前发酵设备结构大部分为开口式长方形和正方形。制造材料：钢板、钢 筋混凝土、也有用 砖砌、外面抹水泥的发酵槽。涂布一层特 殊材料作为保护层。如沥青蜡涂料、 不饱和聚脂树脂、环氧树脂或其他特殊涂料等。前发酵槽的底略有 倾斜，利于废水排出，离槽底 1015cm处，伸出 嫩啤酒放出管，该管为活动接管，平时可拆卸，所以伸出槽底的

8、高度也可适当调节。管口有个塞子， 以挡住沉淀下来的酵母，避免酯母污染放出的嫩啤酒，使嫩啤酒放 第6页共11页空后，可拆去啤酒出口管头。酪母即从槽底该管口直接流出为了维持发酪槽内醪液的低温，在槽内装有 冷却蛇管或排管，前发酪槽的冷 却面积，根据经验对下面啤酒发酪罐每立方米发酯液约为 0.2m2冷却面积。蛇管内通入的冷水。密闭式发酪槽具有回收二氧化碳，减少前发酪室内通风换气的耗冷量以及减少杂菌污染等机会的优点。因此，这种密闭式发酪罐已日益被新建的啤酒厂采用。除了在槽内装置冷却蛇管，维持一定的发酪温度外，也需在发酪室内配置冷 却排管，维持室内低温。但这种冷却排管耗金属材料多，占地面积大，且冷却效果差

9、，故新建工厂多采用空调装置，使室内维持工艺要求的温度和湿度。（二）前发酵设备的计算1 .发酵槽数目的确定若一个发酵槽内可容纳一次糖化冷却麦汁的整数倍，那么发酵槽数目一般按以下公式计算：n N t Z式中n日糖化次数；t前发酪时间；Z 一个发酪槽内容纳一次糖化麦芬汁量的整数倍。由此可见，在一个发酪槽内容纳一次糖化麦芬汁量的前提下，发酪槽的数目仅仅取决于每日糖化次数和前发酪时间，而与生产量及生产的不平衡性无关。2 .前发酵槽容积计算一次糖化麦汁量或其量的整数倍，同时适当考虑泡沫所占的空间。即可确定前发酵槽的容积。式中V-前发酵槽的全容积，m2个发酪梢中容纳糖化一次麦汁量的整倍数;Vo糖化一次麦汁量

10、，m2一 液系数，0.80.85 。也可按下式计算V - RG Z1 0.1 m3式中R-一产量系数，对 120啤酒，R=5.6m3吨原料，对100啤酒，R=6.7m3盹原料;G-一次糖化用料总量，tZ-一池容纳一次糖化麦汁量的整倍数；0.1 隙空间，可取 0.07,艮口 710%3 .发酵池冷却面积计算啤酒发酵槽的冷却面积：每公斤麦芬糖的酒精发酯的生成热:qa20961ooo=612.8KJ 342每立方米麦汁在发酪期间每小时放热量s : q ?24n-2 h式中S主发酯期间麦汁糖度降低的糖浓度差的百分数,主发酷期间放热不平衡系数，1.31.5 ;q 发酷1Kg麦芬糖的放热量，KJ/Kg ;

11、门-2 猪发酯期间，麦汁实际需要冷却的天数；n发酪天数，对于间歇发酪的发酪期间其第一天和最后一天是不需冷却的；麦汁平均密度，kg/m。（三）后发酵设备结构后发酵槽又称贮酒罐，该设备主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促进啤酒的稳定，澄清和成熟。后发酵设备的工艺要求：贮酒室内要维持比前发酵室更低的温度，一般要求02C,特殊要求达-2 C左右；后发酵过程残糖较低，发酵温和，产生发酵 热较少，故槽内一般无 须再装置冷却蛇管；后发酵的发酵热借室内低温将其带 走，因此贮酒室的建筑结构和保温要求，均不能低于前酵室。室内低温的维持，是借室冷却排管或通入冷风循环而得。后者比前者应用更广。后发酵槽是金属的

12、圆筒形密闭容器，有卧式和立式。工厂大多采用卧式。由于发酵过程中需要饱和二氧化碳，所以后发酵槽应制成耐压0.1-0.2Mpa表面的容器。后发酵槽槽身装有人孔、取样阀、进出啤酒 接管、排出二氧化碳接 管、压缩空气接管、温度计压力表和安全阀等附属装置。后发酵槽的材料，近几年来采用碳钢与不锈钢压制的复合钢板制作酒槽。该材料保证酒槽的安全、卫生和防腐性，并且造价比不锈钢的低。为改善后酵的操作条件，较先进的啤酒厂将贮酒槽全部放置在隔热的贮酒室内，维持一定的后酵温度。毗邻贮酒室外建有绝热保温的操作通道，通道内保 持常温，开启发酵液 的管道和阀门都接通到通道里，在通道内进行后发酵过程 的调节和操作。贮酒室和通

13、道相隔的墙壁上开有一定直径和数量的玻璃窥察窗，便于观察后发酵室内部情况。（四）后发酵槽的计算若选定每个后酵槽的容量后，根据后发酵槽总的有效容积，可按下式确定后发酵罐的数目：Vs式中N-发酵槽数目，个；V后酵罐总的有效容积，m3Vs个后发酵槽的有效容积，m3已知每个后发酵槽的有效容积 VS和该槽的填料系数，则可以确定后发酵 槽的全体积：式中 装料系数，取0.9-0.95贮酒罐的容积随着生产发展逐渐扩大，在国内最小的多在1015t,最大的已有100200t。:、啤酒大容量发酵罐（一）圆柱体锥底发酵罐罐的上部封头设有人孔、视镜、安全阀、压力表、二氧化碳排出口 ；如果采用二氧化碳为背压，为了避免用碱液

14、清洗时形成负压，可以设置 真空阀；锥体上部中央设不锈钢 可旋转洗涤喷射器，具体位置要能使喷出水最有力 地射到罐壁结垢最厉害的地方。将已经灭菌的新鲜麦芽汁于酵母由底部进入罐内，发酵最旺盛时，使用全部冷却夹套，维持适宜的发酵温度。冷媒 多采用乙二醇或酒精溶液，也可以用 氨作冷媒。其优点是：能耗低，采用的管径小，生产费用可降低。最终，沉积在锥底的酵母，可通过打开锥底阀排出。CO由罐顶排出，在罐底装有净化 CO的充气管，CO从充气管的小孔吹入 发酵液中，以便在发酵过程中饱和 CQ。锥底角度60-120度，以70度为好， 高径比1.5-6:1 ,常用3:1或4:1。（二）联合罐具有较浅锥底的大直径（图径比1：1-1.3 ）发酵罐，能在 罐内进行机械搅 拌，并具有冷却装置。由带人孔的薄壳垂直圆柱体、拱形顶和有足够斜度以便沉降酵母排除的锥底组 成。罐顶可设安全阀，必要时设真空阀。罐体采用聚尼 烷作保温层，外加铝板。既做发酵罐又可做贮酒罐。冷却夹套只有一段，位于罐的中上部，上部酒液冷却后，沿罐壁下降，底部酒液从罐中心上升，形成自然对流。为加强酒液的自然对流，在罐的底部加设一 C02喷射环，同时挥 发性物质被CO 2带走。(三)朝日罐斜底圆柱型发酵罐，高径比1: 1-2: 1。特点：利用离心机 回收酵母，利 用薄板换热器控制发酵温度，利用循环泵把发酵液抽出又送回去。三、