嫌气发酵设备课件

第二章嫌气发酵设备

授课时间4学时单元目标与要求掌握酒精、啤酒发酵罐的特点、原理、构造与计算，啤酒间歇发酵流程，酒精连续发酵流程。授课内容酒精发酵设备、啤酒发酵设备的特点、原理、构造与计算，啤酒和酒精间歇与连续发酵工艺。重点和难点酒精发酵设备、啤酒发酵设备的特点、原理、构造与计算，啤酒间歇发酵流程，酒精连续发酵流程。第一节酒精发酵设备一、酒精发酵罐2.发酵的冷却装置

中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外表面进行膜状冷却；对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐外壁喷洒联合冷却。

3.洗涤装置

：水力喷射洗涤装置。

二.酒精发酵罐的计算

（一）发酵罐结构尺寸

发酵罐全体积：

式中V—发酵罐的代表容积

V0—进入发酵罐的发酵液量

—装液系数，一般取=0.85~0.90

带有锥形底、盖的圆柱形

发酵罐全容积为：

(二）发酵罐罐数的确定

对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：

N—发酵罐个数（其中一个作备用）（个）n—每24小时内进行加料的发酵罐数目（个）t—一次发酵罐周期所需要时间（小时)

（三）发酵罐冷却面积计算

式中Q—总的发酵热（J/h）

K—传热总系数J/（m2·h·℃）△tm—对数平均温度差,℃F—冷却面积（m2）

发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：

第二节

啤酒发酵设备

啤酒发酵设备的发展：

1.木材→水泥→金属

2.开放式→向密闭式

3.方形→圆形卧式→立式圆筒锥底罐

4.人工洗涤→CIP自动清洗系统

啤酒发酵工艺的发展：

1、间歇

2、连续：搅拌多罐型、塔式

3、啤酒发酵形式

上面发酵:发酵时酵母上浮,发酵终结很久才部分下沉.下面发酵:发酵时酵母浮游于发酵液中,发酵完后酵母即下沉,酵母可重复使用5-7次.上下面发酵工艺区别主要是发酵温度的差异:啤酒种类起始温度最高温度最终温度上面啤酒10-1515-255-7下面啤酒6-88-123.5-5

一、啤酒前、后发酵设备

1、啤酒前发酵设备长、正方形，开口，30m3/个，H小于2m

（二）前发酵槽的计算1、发酵槽数的确定（1）

容纳一次糖化的麦芽汁时

N=nt

n—每日糖化次数t—前发酵所需时间

2、前发酵槽体积的计算发酵槽体积（1）

容纳一次糖化的麦芽汁时

V=ZV0/φ

V—前发酵槽的全体积Z—在一个发酵槽内可容纳糖化麦芽汁的次数V0——糖化一次麦汁量Φ—装液系数0.8-0.85

3、前发酵槽冷却面积的计算(1)计算主发酵期每小时的放热量Q

(2)计算传热系数K(3)传热面积

2、后发酵槽卧式密闭槽，也有立式后发酵阶段残糖继续发酵，饱和二氧化碳，澄清、成熟（一）

圆

筒

体

锥

底

发

酵

罐

二、新型啤发酵设备

1、主要结构

(1）压力真空装置的作用根据设定的压力来自动控制允许无菌空气进入罐内，CO2气体排出罐外，维持设定的压力。

(3)罐的特点密闭：回收二氧化碳适用：下面、上面发酵均可发酵周期：短12-14天

H/D大：单位容积的表面积大，耗钢材多自然对流：促进发酵，利于传热。自然对流原因:冷却形成、二氧化碳的作用3、设计因素

高度和直径：H/D=1.5-6：1液位高度：小于12m好锥角：60-750材料：不锈钢隔热材料：聚苯乙烯泡沫、聚酰胺树脂、膨胀珍珠岩罐的耐压：顶、筒、底部材料厚度可不一样罐的清洗：CIP2、朝日罐

为微倾斜底的平底罐，H/D=1-2，工艺与锥形罐不同。特点：离心机回收酵母，用薄板换热器冷却，用泵将发酵液抽出冷却后又送回罐内，也起搅拌作用,可加速啤酒的成熟,发酵时罐的装量达９６％，提高设备利用率。三、CIP清洗系统

第三节连续发酵

间歇发酵：微生物在一个罐内完成4个阶段的培养过程。

连续发酵：在发酵罐内不断流加培养液，又不断排出发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期。同时又降低代谢产物的积累，这样就缩短了发酵周期，提高了设备利用率。

连续发酵特点

是微生物在整个发酵过程中始终维持在稳定状态，细胞处于均质状态。在此前提下，可用数学方式和实验公式来表达连续发酵在稳定状态条件下，微生物生长速度，代谢产物，底物浓度和流加速度之间关系。

一、

连续发酵时间的确定

二、连续发酵理论罐数的确定

1、最低罐数限定产物积累、菌体生长、条件一致，用单罐产物积累、菌体生长、条件分为两个阶段，用双罐发酵过程分多个阶段、各阶段条件不同，用多罐

(2)从第一罐开始通过原点作物料平衡线，斜率为q/V，和曲线相交于A点，A点的横座标X1，即为第一个发酵罐出口的微生物浓度，一直作到第n罐的微生物出口浓度Xn。

第一罐，菌浓度为X1

第二罐，菌浓度为X2

第三罐，菌浓度为X3

第n罐，菌浓度为Xn，罐数为n个。

若发酵最终产物不是菌体而是代谢产品，用产物浓度P代X，同样可作图解。

2、用图解法确定连续发酵理论罐数三、连续发酵流程（一）

酒精连续发酵流程

(1)

操作开始：糖液及酵母同时加入1-3罐至满，停止加酵母，继续加糖液，开底部阀使发酵液流入4号，4号流入5号，至9号结束，周期32小时，10、11号为贮存计量罐，轮用。(2)操作结束：换罐（换种），停止流加糖液，关1号二氧化碳阀，泵转入2号，1号消毒并加新种新料重新开始，1号满时，2号经泵排尽并消毒好，1号流入2号，如止下去，20天换种一次。(3)

1-3号罐为流加罐，始终处于主发酵状态，在这一阶段中酵母处增殖阶段，并同时随着发酵醪中的淀粉和糊精继续被糖化而后几个罐则起后发酵的作用。10、11号为计量罐。

1、淀粉质原料发酵酒精流程2、糖蜜发酵酒精流程

(二)啤酒连续发酵

连续发酵缺点：双乙酰高

微生物变异染菌

使用连续发酵的啤酒厂

新西兰啤酒厂三罐和四罐

英国塔式罐

上海啤酒厂塔式罐

连续发酵流程多罐式和塔式1、三罐式流程：

冷却：将麦芽汁冷却到20-21℃；装量：1号发酵罐26m3，2号发酵罐26m3，3号分离罐14m3；麦汁流速：每小时2.4m3；温度：1号21℃，2号24℃，3号3-7℃；麦汁停留时间：每罐停留时间10-13h；酵母浓度：1号5.4*107个/ml，2号6*107个/ml，3号2*107个/mlpH：1号4.0，2号3.9

2、塔式发酵罐主发酵周期2天,进塔12-14℃,出塔14-18℃,冷却到0℃入锥形罐后发酵.四、发