嫌氣發(fā)酵設(shè)備

1、嫌氣發(fā)酵設(shè)備,5.1 酒精發(fā)酵罐5.2 啤酒發(fā)酵罐,,,5.1 酒精發(fā)酵罐,5.1.1 酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及操作注意事項　　1．酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 酒精發(fā)酵罐通?？煞譃槊荛]式和開放式兩種。密閉式酒精發(fā)酵罐的優(yōu)點是：可以防止雜菌感染，便于保溫冷卻及控制發(fā)酵溫度，酒精產(chǎn)量多，損失少，可回收，發(fā)酵率高；缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價較貴。目前大多數(shù)工廠都采用密閉式發(fā)酵罐。,5.1 酒精發(fā)酵罐,酒精發(fā)酵罐罐身為圓柱形，罐

2、頂和罐底均為錐形或碟形，結(jié)構(gòu)如圖5-1所示，罐頂裝有人孔、視鏡、排料管、接種管、二氧化碳回收管、壓力表和各種測量儀表接口管等。罐底裝有排料管、排污管。罐身上下部裝有溫度計和取樣器。罐內(nèi)常裝有供加熱殺菌用的直接蒸汽管。 發(fā)酵罐的冷卻裝置，對于中小型發(fā)酵罐，多采用罐外壁噴淋膜狀冷卻；對于大型發(fā)酵罐，罐內(nèi)裝冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外噴淋聯(lián)合冷卻裝置。,5.1 酒精發(fā)酵罐,圖 5-1 錐底酒精發(fā)酵罐,1－冷卻水入口；2－取樣口；

3、3－壓力表；4－CO2氣體出口；5－噴淋水入口；6－料液及酒母入口；7－人孔；8－冷卻水出口；9－溫度計；10－噴淋水收集槽；11－噴淋水出口；12－發(fā)酵液及污水排出,5.1 酒精發(fā)酵罐,酒精發(fā)酵罐工作時，罐內(nèi)不同高度的發(fā)酵液中CO2含量有所不同，發(fā)酵液中形成一個CO2含量的濃度梯度，一般罐底液層氣泡密集程度較高，發(fā)酵液相對密度小，罐上部液層CO2氣泡密集程度較低，發(fā)酵液相對密度大，于是相對密度小的底部發(fā)酵液就具有上浮的提升

4、力，同時，上升的二氧化碳氣泡對周圍的液體也具有一種拖曳力，這拖曳力和液體上浮的提升力相結(jié)合就構(gòu)成氣體攪拌作用，使罐內(nèi)發(fā)酵液不斷循環(huán)混合和熱交換。,5.1 酒精發(fā)酵罐,酒精發(fā)酵罐的洗滌，過去均由人工操作，不僅勞動強度大，而且二氧化碳氣體一旦未徹底排除，工人入罐清洗就會發(fā)生中毒事故。近年來，酒精發(fā)酵罐已逐步采用水力噴射洗滌裝置，如圖5-2所示，從而降低了工人的勞動強度和提高了操作效率。水力噴射洗滌裝置是由一根兩頭裝有噴嘴的灑水管組成，

5、噴水管兩端彎有一定的弧度，噴水管上均勻地鉆有一定數(shù)量的小孔，噴水管安裝時呈水平，噴水管借活絡(luò)接頭和固定供水管連接。,5.1 酒精發(fā)酵罐,圖5-2 水力噴射洗滌裝置,5.1 酒精發(fā)酵罐,2．酒精發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸　　酒精發(fā)酵罐其罐體高度、底、蓋高度和罐徑的尺寸比例推薦如下： H ＝（1.1～1.5）D h1 ＝（0.1～0.14）D

6、 h2 ＝（0.05～0.1）D式中 H——罐的圓柱部分高度，m； D——罐的直徑，m； h1——罐底高度，m； h2——罐蓋高度，m。,5.1 酒精發(fā)酵罐,3．酒精發(fā)酵罐操作注意事項 酒精發(fā)酵罐是酒精生產(chǎn)的核心設(shè)備，其運行狀況直接影響產(chǎn)品得率，因此，生產(chǎn)中要嚴格按照設(shè)備操作規(guī)程，規(guī)范操作，以確保其正常運行?！　。?）操作注意事項　?、?進料前，要對設(shè)備、管道、管件徹底滅菌。　?、?接種時，嚴格按照

7、無菌操作的規(guī)程操作，以免帶入雜菌。,5.1 酒精發(fā)酵罐,③ 發(fā)酵過程中嚴密監(jiān)控溫度的變化，確保在最適要求范圍。無論何種酵母菌，都有最適生長和發(fā)酵溫度，生產(chǎn)中要根據(jù)菌種特性，結(jié)合發(fā)酵模式，合理控制不同發(fā)酵階段的溫度范圍。　?、?定期觀察設(shè)備、管道和管件的運行狀況，嚴防跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，避免雜菌感染?！　、?定期或在線檢查發(fā)酵醪理化指標，如發(fā)現(xiàn)異常發(fā)酵，一定要按照操作規(guī)程規(guī)定之措施及時予以調(diào)整?！　、?對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束出

8、罐后，對發(fā)酵罐徹底滅菌。,5.1 酒精發(fā)酵罐,（2）酒精異常發(fā)酵及產(chǎn)生原因和處理方法　　① 酸度增高，鏡檢有雜菌，殘余還原糖高。產(chǎn)生原因：發(fā)酵罐或管道、閥門、泵有死角，清洗不干凈，滅菌不徹底?！　☆A(yù)防和處理方法：注意發(fā)酵罐、管道、閥門、泵等的清洗和滅菌；控制發(fā)酵溫度。　?、?殘余還原糖過高。產(chǎn)生原因：酵母質(zhì)量不高、蒸煮過度或發(fā)酵溫度過高?！　☆A(yù)防和處理方法：分析酵母質(zhì)量不高的原因并采取相應(yīng)措施，適當降低蒸煮溫度和縮短蒸

9、煮時間，控制發(fā)酵溫度。,5.1 酒精發(fā)酵罐,5.1.2 酒精連續(xù)發(fā)酵設(shè)備 連續(xù)發(fā)酵是在發(fā)酵罐內(nèi)連續(xù)不斷地流加培養(yǎng)液，同時又連續(xù)不斷地排出發(fā)酵液，使發(fā)酵罐中的微生物一直維持在生長加速期，同時又降低了代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液濃度和代謝產(chǎn)品含量具有相對的穩(wěn)定性，微生物在整個發(fā)酵過程中始終維持在穩(wěn)定狀態(tài)，細胞處于均質(zhì)狀態(tài)。其優(yōu)點是：發(fā)酵周期短，設(shè)備利用率高；產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量較高；節(jié)省人力和物力；生產(chǎn)管理穩(wěn)定；便于自動化生產(chǎn)。,5.1

10、 酒精發(fā)酵罐,1．糖蜜原料制酒精的連續(xù)發(fā)酵設(shè)備組合 圖5-3是糖蜜制酒精的連續(xù)發(fā)酵流程，該流程由9個發(fā)酵罐組成，其容量視生產(chǎn)能力大小而定。酵母和糖蜜同時連續(xù)流加入第一罐內(nèi)，并依次流經(jīng)各罐，最后從9號罐排出。除了在酒母槽通人空氣之外，在1號罐內(nèi)也同樣通人適量的空氣，或增大酵母接種量，維持1號罐內(nèi)工藝所要求的酵母數(shù)。連續(xù)發(fā)酵周期結(jié)束，則貯存于每罐的發(fā)酵液，先從末罐按逆向順序依次排出，入蒸餾塔蒸餾。,5.1 酒精發(fā)酵罐,圖

11、5-3 糖蜜制酒精連續(xù)發(fā)酵流程,成熟發(fā)酵醪,5.1 酒精發(fā)酵罐,2．淀粉質(zhì)原料制酒精的連續(xù)發(fā)酵設(shè)備組合 圖5-4是淀粉質(zhì)原料制酒精連續(xù)發(fā)酵流程。該流程由11個發(fā)酵罐組成，借連通管將各罐互相連接，糖化醪和液曲混合液同時連續(xù)平行流人前3罐。在發(fā)酵過程中，發(fā)酵液由罐底流出，經(jīng)連通管進入另一罐的上部，其余依次類推，最后流入最末的兩罐計量，并輪流用泵送往蒸餾工段。發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的二氧化碳氣體借帶有控制閥門的U形支管和總管相連，并引

12、向液沫捕集器經(jīng)分離除去泡沫后，再通過一個鼓泡式的水洗滌塔，經(jīng)回收酒精后排入大氣或二氧化碳綜合利用車間。,5.1 酒精發(fā)酵罐,圖5-4 淀粉質(zhì)原料制酒精連續(xù)發(fā)酵流程,返回,5.2 啤酒發(fā)酵罐,5.2.1 圓筒體錐底發(fā)酵罐 圓筒體錐底發(fā)酵罐（簡稱錐底罐優(yōu)點是：　?、?錐底罐是密閉罐，既可作發(fā)酵罐，又可作貯酒罐。也可用二氧化碳洗滌，除去生青氣味，促進啤酒的成熟。　?、?自身有冷卻裝置，可有效地控制發(fā)酵溫度；尤其是錐底

13、部有冷卻夾套，便于回收酵母?！　、?有自動清洗設(shè)備，衛(wèi)生條件好，染菌機會少，有利于無菌操作，既節(jié)省生產(chǎn)費用，又降低了勞動強度?！　、?由于是加壓密閉發(fā)酵，減少了酒花苦味質(zhì)的損失，可降低酒花使用量15％左右。　?、?易于實現(xiàn)自動化。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,其缺點及改進措施是：　?、?酒液澄清慢，尤其在麥芽汁成分有缺陷，或酵母凝集差時，影響過濾，排酵母時酒液損失大?！　、?主酵時產(chǎn)生大量泡沫，罐利用率只有 80％～85％。因

14、此，應(yīng)適當降低麥汁含氧量，以減少泡沫的形成，一般麥芽汁濃度在80Bx時，含氧量可控制在5～8 mg／L；100Bx時溶解氧可控制在 6～8mg／L；120Bx時溶解氧可降低到 4～5mg／L；才不致出現(xiàn)竄沫現(xiàn)象?！　、?錐底罐液層高，由于流體靜壓的關(guān)系，二氧化碳在酒內(nèi)形成濃度梯度，液面和底部的二氧化碳含量相差很大，以致酒內(nèi)二氧化碳含量不均勻。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,1.結(jié)構(gòu) 錐底罐用不銹綱板制成，結(jié)構(gòu)如圖5-5所示。罐頂裝

15、有人孔、視鏡、安全閥、壓力表、二氧化碳排出口。罐內(nèi)上部裝有不銹鋼可旋轉(zhuǎn)噴射洗滌器，罐中、下部及罐底各配有數(shù)條帶形冷卻夾套。 圓筒體錐底罐其直徑D與圓筒體高度H之比范圍較大，根據(jù)實踐經(jīng)驗D：H＝1：（2～6）均可取得良好的發(fā)酵效果。按國內(nèi)目前設(shè)備情況，控制直徑與圓筒高度之比在1：（2～4）是恰當?shù)模F底角度一般采用600～850，以有利于酵母的排除。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,圖5-5 圓筒體錐底,5.2 啤酒發(fā)酵罐,圓筒

16、體錐底罐本身設(shè)置冷卻夾套進行冷卻，其圓筒體部分的冷卻夾套一般分2～4段冷卻。冷卻面積根據(jù)選用的冷媒而確定，當冷媒為氨液時，為0.2 m2/m3發(fā)酵液；冷煤為酒精水溶液時，為0.23 m2/m3發(fā)酵液。 冷媒可采用20％～30％的酒精或30％的乙二醇水溶液，國內(nèi)外多采用液氨（直接蒸發(fā)）為冷媒，優(yōu)點是消耗能量低，管徑小，省去一套制冷過程，投資費用和生產(chǎn)費用較低。圓筒體錐底罐用于前發(fā)酵時，冷媒溫度一般控制在-4℃；用于后發(fā)酵貯酒時，則

17、控制在-3～-2℃。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,大型發(fā)酵罐和貯酒設(shè)備的機械洗滌，現(xiàn)在多使用自動清洗系統(tǒng)，簡稱CIP系統(tǒng)（clean in place）、設(shè)有堿液罐、熱水罐、甲醛溶液罐和循環(huán)用的管道和泵。使用時先將50～80℃的熱堿液（3％～5％NaOH，也可添加洗滌劑），用泵經(jīng)管道送往發(fā)酵罐，貯酒罐中的高壓旋轉(zhuǎn)不銹鋼噴頭，壓力不小于 3.92 × 105～9.81× 105 Pa（表壓），使積垢在液流高壓沖擊的物理作

18、用與洗滌劑溶解污垢的化學作用相結(jié)合的條件下，迅速溶于洗滌劑內(nèi)，達到清洗的效果，洗滌后堿液流回貯槽。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,2.輔助設(shè)備及自控設(shè)施 輔助設(shè)備主要包括：洗滌液貯罐、殺菌用甲醛貯罐、熱水貯罐、空氣過濾器及進、出酒泵、洗滌液泵、甲醛泵、熱水泵。 如需CO2回收，則設(shè)置CO2回收及處理裝置。 圓筒體錐底罐容量大，人工操作不便，應(yīng)設(shè)置自控系統(tǒng)進行監(jiān)控，如溫度、工作壓力的自動控制及液位顯示等。,5.2

19、 啤酒發(fā)酵罐,3.安裝要求及使用說明　?。?）罐體焊接后，罐體內(nèi)壁焊縫必須磨平拋光至Ra小于0.8μm,拋光方向必須與CIP自動清洗系統(tǒng)水流方向一致?！　。?）設(shè)備安裝后，罐內(nèi)及夾套內(nèi)分別試水壓 2.94× 105Pa。 　?。?）冷媒進口管應(yīng)裝有壓力表和安全閥，進口冷媒壓力限在1.96 × 105Pa以下。排出管上應(yīng)裝有止回閥。　?。?）露天圓筒體錐底罐體積較大，一般是現(xiàn)場加工后安裝?！　。?）圓筒體錐

20、底罐的罐體高，負荷重，設(shè)計安裝時要考慮支座和地基的承重問題及防震、風載荷等措施。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,（6）罐體的錐部應(yīng)置于室內(nèi)，其酒液出口離地高度以便于操作為好。洗滌劑及甲醛貯罐、配套泵和自控裝置均置于室內(nèi)?！　。?）圓筒體錐底罐的容量應(yīng)和糖化設(shè)備的容量相應(yīng)配合，最好在12～15h連續(xù)滿罐，滿罐時間過長，啤酒的雙乙酰含量將顯著提高，這樣將延長整個生產(chǎn)周期。　?。?）酵母的添加以分批添加為好。一次添加酵母，操作比較方便，發(fā)酵起

21、發(fā)快，污染機會少。但是一次添加酵母后，酵母容易移位至上層，形成上下層酵母不均勻的現(xiàn)象。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,（9）如果采用一罐法發(fā)酵，酵母的回收一般分為三次進行：第一次在主發(fā)酵完畢時進行；第二次在后發(fā)酵降溫之前進行；第三次在濾酒前進行。前二次回收的酵母濃度高，可以選留部分作為下批接種用?！　。?0）為了濾酒時罐底部混酒不至于先排出，錐底設(shè)置一出酒短管，其長度以高出混酒液面即可，使濾酒時上部澄清良好的酒先排出?！　。?1）出酒后

22、，發(fā)酵罐應(yīng)立即進行自動清洗。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,5.2.2 聯(lián)合罐 聯(lián)合罐，又稱通用罐，結(jié)構(gòu)如圖5-6所示，在發(fā)酵生產(chǎn)上的用途與錐形罐相同，既可作發(fā)酵罐，又可作貯酒罐，也能用于多罐法和一罐法生產(chǎn)。聯(lián)合罐對縮短生產(chǎn)周期，節(jié)省投資和生產(chǎn)費用有顯著效果。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,圖5-6 聯(lián)合罐,5.2 啤酒發(fā)酵罐,聯(lián)合罐為直立圓柱形罐。頂部封頭為橢球形或碟形，底部封頭為錐形或淺錐形，以便回收酵母等沉淀物和排除洗滌水

23、。罐的中上部設(shè)有一段雙層冷卻板，采用乙二醇溶液或液氨冷卻，傳熱面積要能保證在發(fā)酵液的開始溫度為13-14℃時，在24h內(nèi)能使其溫度降到5-6℃。為了加強酒液冷卻時的自然對流，在罐的底部酵母層的上方設(shè)置一個二氧化碳噴射環(huán)。當二氧化碳在罐中心向上鼓泡時，酒液運動的結(jié)果，使底部出口處的酵母濃度增加，便于回收。同時不良的揮發(fā)性物質(zhì)被二氧化碳帶走。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,5.2.3 朝日罐 朝日罐又稱朝日單一釀槽，其優(yōu)點是：　　①

24、利用薄板熱交換器順利地解決了從主發(fā)酵到后發(fā)酵啤酒溫度的控制問題?！　、?利用酵母離心機分離酵母，有效控制后發(fā)酵液中酵母的濃度，提高發(fā)酵液的發(fā)酵度和加速啤酒的后熟。　?、?利用間歇的循環(huán)泵把罐內(nèi)的發(fā)酵液抽出來再送回去，使發(fā)酵液中更多的二氧化碳釋放出來，加速啤酒的后熟?！　、?利用朝日罐進行一罐法生產(chǎn)，啤酒成熟期短，容積裝料系數(shù)大，可達96％左右，設(shè)備利用率高；發(fā)酵液損失少；可節(jié)約投資12％，生產(chǎn)費用降低 35％。,5.2 啤酒

25、發(fā)酵罐,缺點是：動力消耗大，冷耗稍多。 朝日罐是用厚4～6mm的不銹鋼板制成的罐底微傾斜的平底柱形罐，其直徑與高度之比為1：（1—2），外部設(shè)有冷卻夾套，冷卻夾套包圍罐身和罐底，用乙二醇溶液或液氨為冷媒。罐內(nèi)設(shè)有可轉(zhuǎn)動的不銹鋼出酒管，可使放出的酒液中二氧化碳含量比較均勻。朝日罐結(jié)構(gòu)如圖5-7所示。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,圖5-7 朝日罐和生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖,1－薄板熱交換器；2－循環(huán)泵；3－高速離心機；4－酵母5－朝日

26、罐,5.2 啤酒發(fā)酵罐,5.2.4 啤酒連續(xù)發(fā)酵設(shè)備　　啤酒酵母的絮凝性能及沉淀能力是影響發(fā)酵的兩個重要因素，進行塔式連續(xù)發(fā)酵需要采用高絮凝性的酵母，而這卻難以如愿。最近用固定化啤酒酵母進行連續(xù)發(fā)酵的研究效果較好，前景樂觀。 已投人生產(chǎn)使用的連續(xù)發(fā)酵方法有塔式連續(xù)發(fā)酵和多罐式連續(xù)發(fā)酵。國外多罐式連續(xù)發(fā)酵多使用在上面發(fā)酵啤酒。國內(nèi)試驗生產(chǎn)多用塔式連續(xù)發(fā)酵設(shè)備，下面扼要介紹。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,1 多罐式啤酒連續(xù)發(fā)酵

27、 　多罐式啤酒連續(xù)發(fā)酵有三罐式、四罐式連續(xù)發(fā)酵流程。其中三罐式連續(xù)發(fā)酵流程如圖5-8所示。該流程是將經(jīng)過殺菌、冷卻的麥芽汁，通過柱式供氧器充氧，流向兩個帶有攪拌器發(fā)酵罐的第一罐中，加入酵母，攪拌均勻，保持21℃發(fā)酵10～13h，當麥芽糖消耗三分之二時，經(jīng)第一罐發(fā)酵的啤酒和酵母混合液，借液位差溢流入第二罐，24℃保溫發(fā)酵，最后流入第三個酵母分離罐，在罐內(nèi)被冷卻到5℃，自然沉降的酵母從罐底部排出，CO2從罐上部排出。,5.2

28、啤酒發(fā)酵罐,圖5-8 攪拌式三罐型啤酒連續(xù)發(fā)酵工藝流程,1－麥汁進口；2－泵；3－薄板熱交換器；4－柱式供氧器；5－發(fā)酵罐；6－發(fā)酵罐；7－酵母分離器,5.2 啤酒發(fā)酵罐,2．塔式啤酒連續(xù)發(fā)酵 塔式連續(xù)發(fā)酵罐又稱APV塔式連續(xù)發(fā)酵罐，既可用于上面啤酒發(fā)酵，塔式啤酒連續(xù)發(fā)酵流程見圖5-9。 塔式連續(xù)發(fā)酵開始時，先分批加入經(jīng)處理的無菌麥芽汁。無菌麥芽汁從塔底進入，經(jīng)塔內(nèi)多孔板折流，使麥芽汁均勻地分布到塔內(nèi)各截面。麥

29、芽汁在塔內(nèi)一邊上升，一邊發(fā)酵，直至滿塔為止。培養(yǎng)并使其達到要求的酵母濃度梯度后，用泵連續(xù)泵人麥芽汁。必須控制好麥芽汁在塔內(nèi)的流速，流速低，發(fā)酵度高，但產(chǎn)量少；流速過高，溢流的啤酒發(fā)酵度不足，并會將酵母帶出（沖出），使發(fā)酵過程受阻。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,圖5-9 塔式連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)啤酒流程,1－麥芽汁進口；2－泵；3－流量計；4－薄板換熱器；5、7－嫩啤酒出口；6－酵母分離器；8、9－取樣點；10－折流計；11－CO2出口；1

30、2－蒸汽入口；13－壓力/真空裝置；14－溫度計；15－冷卻套；16－冷凍劑入口；17－溫度記錄控制儀；18－冷凍劑出口；19－自動清洗設(shè)備20－洗滌劑出口,5.2 啤酒發(fā)酵罐,發(fā)酵溫度是通過塔身周圍三段夾套或盤管的冷卻來控制的。塔頂?shù)膱A柱部分是沉降酵母的離析器裝置，用以減少酵母隨啤酒溢流而損失，使酵母濃度在塔身形成穩(wěn)定的梯度，以保持恒定的代謝狀態(tài)。如麥汁流速過高時，酵母層會上移。 該流程主要設(shè)備是塔式發(fā)酵罐。英國伯頓啤

31、酒廠使用的塔式發(fā)酵罐的主要技術(shù)條件是：塔身直徑1.8m，高15m；塔底錐角60o；塔頂酵母離析器直徑3.6m，高 1.8 m，罐的容量為 45m3。,5.2 啤酒發(fā)酵罐,澄清麥芽汁冷卻至0℃送往貯槽，0℃保持2d以后析出和除去冷凝固物，經(jīng)63℃、8min滅菌，冷卻至發(fā)酵溫度12～14℃，入塔式發(fā)酵罐進行前發(fā)酵，周期為2d；進罐前麥芽汁經(jīng)U形充氣柱間歇充氣，充氣量為麥芽汁：空氣=（12～15）：1。由塔頂溢出的嫩啤酒升溫至14～18