第六章發(fā)酵罐及附屬設(shè)備

第六章發(fā)酵罐及附屬設(shè)備第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)嫌氣發(fā)酵罐不需要供氧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單特點(diǎn)：介紹：酒精發(fā)酵罐啤酒發(fā)酵罐第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、酒精發(fā)酵罐

酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精高轉(zhuǎn)化率條件：(1)滿足酵母生長(zhǎng)和代謝的必要工藝條件(2)一定的生化反應(yīng)時(shí)間(3)及時(shí)移走在生化反應(yīng)過程中所釋放的生物熱厭氧微生物反應(yīng)器（嫌氣發(fā)酵罐）第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)要求

滿足工藝要求，從結(jié)構(gòu)上有利于發(fā)酵液的排出，有利于設(shè)備清洗、維修以及設(shè)備制造安裝方便等。第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月酒精發(fā)酵罐筒體結(jié)構(gòu)圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形。在酒精發(fā)酵過程中，為了回收二氧化碳?xì)怏w及其所帶出的部分酒精，發(fā)酵罐宜采用密閉式。罐頂裝有人孔、視鏡及二氧化碳回收管、進(jìn)料管、接種管、壓力表和測(cè)量?jī)x表接口管等。罐底裝有排料口和排污口。罐身上下部裝有取樣口和溫度計(jì)接口，對(duì)于大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔。第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)酵的冷卻裝置對(duì)于中小型發(fā)酵罐，多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻；對(duì)于大型發(fā)酵罐，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置，為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體底部沿罐體四周裝有集水槽。采用罐外列管式噴淋冷卻的方法，具有冷卻發(fā)酵液均勻，冷卻效率高等優(yōu)點(diǎn)。第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月酒精發(fā)酵罐的洗滌過去均由人工操作，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且CO2氣體一旦未徹底排除，工人入罐清洗會(huì)發(fā)生中毒事故。目前，酒精發(fā)酵罐巳采用水力噴射洗滌裝置，從而改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高了操作效率。大型發(fā)酵罐采用這種水力洗滌裝置尤為重要。第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月水力噴射裝置是由一根兩頭裝有噴嘴的灑水管組成兩頭噴水管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(shí)呈水平噴水管借活接頭和固定供水管相連接它是借噴水管兩頭噴嘴以一定噴出速度而形成的反作用力，使噴水管自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月高壓強(qiáng)的水力噴射洗滌裝置它是一根直立的噴水管，沿軸向安裝于罐的中央，水平噴水管接活接頭，上端和供水總管，下端和相垂直分配管相連接水流在較高壓力下，由水平噴水管出口處噴出，使其自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并噴射到罐壁各處，而垂直的噴水管也以同樣的噴射到罐體四壁和罐底。約5min時(shí)間即可完成洗滌作業(yè)。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、啤酒發(fā)酵設(shè)備

近年來，啤酒發(fā)酵設(shè)備向大型、室外、聯(lián)合的方向發(fā)展，迄今為止，使用的大型發(fā)酵罐容量已達(dá)1500噸。大型化的目的：(1)

使啤酒質(zhì)量均一化(2)由于啤酒生產(chǎn)的罐數(shù)減少，使生產(chǎn)合理化，降低了主要設(shè)備的投資。第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)發(fā)酵容器材料的變化由陶器向木材---水泥----金屬材料演變現(xiàn)在的啤酒生產(chǎn)，后兩種材料都在使用。我國大多數(shù)啤酒發(fā)酵容器為內(nèi)有涂料的鋼筋水泥槽，新建的大型容器一般使用不銹鋼。啤酒發(fā)酵容器的變遷過程第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）開放式發(fā)酵容器向密閉式轉(zhuǎn)變小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，一般用開放式，對(duì)發(fā)酵的管理、泡沫形態(tài)的觀察和醪液濃度的測(cè)定等比較方便。隨著啤酒生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，發(fā)酵容器大型化，并為密閉式。從開放式轉(zhuǎn)向密閉發(fā)酵的最大問題是發(fā)酵時(shí)被氣泡帶到表面的泡蓋的處理?？捎梦》ǚ蛛x泡蓋。第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）密閉容器的演變?cè)瓉硎窃陂_放式長(zhǎng)方形容器上面加弓形蓋子的密閉發(fā)酵槽；隨著技術(shù)革新過渡到用鋼板、不銹鋼或鋁制的臥式圓筒形發(fā)酵罐。后來出現(xiàn)的是立式圓筒體錐底發(fā)酵罐。目前使用的大型發(fā)酵罐主要是立式罐，如奈坦罐、聯(lián)合罐、朝日罐等。由于發(fā)酵罐容量的增大，要求清洗設(shè)備裝置也有很大的改進(jìn)，大都采用CIP自動(dòng)清洗系統(tǒng)。第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月傳統(tǒng)啤酒前、后發(fā)酵設(shè)備

(一)前發(fā)酵設(shè)備傳統(tǒng)的前發(fā)酵槽均置于發(fā)酵室內(nèi)，發(fā)酵槽大部分為開口式。前發(fā)酵槽可為鋼板制，常見的采用鋼筋混凝土制成，也有用磚砌、外面抹水泥的發(fā)酵槽。形式以長(zhǎng)方形或正方形為主。前發(fā)酵槽內(nèi)要涂布一層特殊涂料作為保護(hù)層。采用不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂或其他特殊涂料較為廣泛，但還未完全符合啤酒低溫發(fā)酵的防腐要求。第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月前發(fā)酵槽的底略有傾斜，利于廢水排出離槽底10-15cm處，伸出有嫩啤酒放出管為了維持發(fā)酵槽內(nèi)醪液的低溫，在槽中裝有冷卻蛇管或排管。前發(fā)酵槽的冷卻面積，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)下面啤酒發(fā)酵取每立方米發(fā)酵液約為0.2平方米冷卻面積，蛇管內(nèi)通入0-2度的冰水。注意CO2的排放，防止中毒。第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月密閉式發(fā)酵槽優(yōu)點(diǎn)（1）可回收二氧化碳（2）減少前發(fā)酵室內(nèi)通風(fēng)換氣的耗冷量（3）減少雜菌污染機(jī)會(huì)。組成在槽內(nèi)裝置冷卻蛇管在發(fā)酵室內(nèi)配置冷卻排管，或采用空調(diào)裝置，使室內(nèi)維持工藝所要求的溫度和濕度。第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)前發(fā)酵罐1.發(fā)酵槽數(shù)目的確定采用小容量的發(fā)酵槽，將導(dǎo)致一系列非生產(chǎn)消耗的增加。容積小，槽數(shù)目多，又必然會(huì)增加投資費(fèi)用，所以一般不宜采用。第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)后發(fā)酵設(shè)備主要完成嫩啤酒的繼續(xù)發(fā)酵，并飽和二氧化碳，促進(jìn)啤酒的穩(wěn)定、澄清和成熟。根據(jù)工藝要求，貯酒室內(nèi)要維持比前發(fā)酵室更低的溫度，一般要求0-2℃，特殊產(chǎn)品要求達(dá)到-2℃左右。后發(fā)酵過程殘?zhí)禽^低，發(fā)酵溫和，故槽內(nèi)一般無須再裝置冷卻蛇管。第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月后發(fā)酵槽的材料，一般用A3鋼板制造，內(nèi)壁涂以防腐層。貯酒槽全部放置在隔熱的貯酒室內(nèi)，維持一定的后酵溫度。毗鄰貯酒室外建有絕熱保暖的操作通道，在通道內(nèi)進(jìn)行后發(fā)酵過程的調(diào)節(jié)和操作。貯酒室和通道相隔的墻壁上開有一定直徑和數(shù)量的玻璃窺察窗，便于觀察后發(fā)酵室內(nèi)部情況。通道內(nèi)保持常溫，開啟發(fā)酵液的管道和閥門都接通到通道里。第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(四)后發(fā)酵罐

貯酒罐的容量應(yīng)和啤酒過濾能力配合起來，即一天的過濾量要相當(dāng)一個(gè)罐或幾個(gè)罐的貯酒量。一般小型啤酒廠，采用單個(gè)貯酒罐滿足每日裝酒產(chǎn)量，而大中型啤酒廠則要數(shù)個(gè)貯酒罐才能滿足要求。第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月新型啤酒發(fā)酵設(shè)備1.圓筒體錐底發(fā)酵罐圓筒體錐底立式發(fā)酵罐(簡(jiǎn)稱錐形罐)，已廣泛用于發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。錐形罐可單獨(dú)用于前發(fā)酵或后發(fā)酵，還可以將前、后發(fā)酵合并在該罐進(jìn)行(一罐法)。這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)：能縮短發(fā)酵時(shí)間，而且具有生產(chǎn)上的靈活性，故能適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)備特點(diǎn)這種設(shè)備一般置于室外。已滅菌的新鮮麥汁與酵母由底部進(jìn)入罐內(nèi)；發(fā)酵最旺盛時(shí)，使用全部冷卻夾套，維持適宜的發(fā)酵溫度。冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸發(fā))作冷媒；CO2氣體由罐頂排出。罐身和罐蓋上均裝有人孔，罐頂裝有壓力表、安全閥和玻璃視鏡。在罐底裝有凈化的CO2充氣管。罐身裝有取樣管和溫度計(jì)接管。設(shè)備外部包扎良好的保溫層，以減少冷量損耗。第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)（1）能耗低，采用的罐徑小，生產(chǎn)費(fèi)用可以降低。（2）最終沉積在錐底的酵母，可打開錐底閥門，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用。第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月影響發(fā)酵設(shè)備造價(jià)的因素發(fā)酵設(shè)備大小、形式、操作壓力及所需的冷卻工作負(fù)荷。容器的形式主要指其單位容積所需的表面積，以m2/100L表示，這是影響造價(jià)的主要因素。第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月大型發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)罐的耐壓要求熱交換內(nèi)部清洗第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月罐的耐壓要求考慮CO2的回收。就必須使罐內(nèi)的CO2維持一定的壓力，所以大罐就成為一個(gè)耐壓罐，就有必要設(shè)立安全閥。罐的工作壓力根據(jù)其不同的發(fā)酵工藝而有所不同。若作為前酵和貯酒兩用，就應(yīng)以貯酒時(shí)CO2含量為依據(jù)，所需的耐壓程度要稍高于單用于前酵的罐。當(dāng)壓力達(dá)到罐的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，安全閥應(yīng)開始開啟。安全閥最大的工作壓力是設(shè)計(jì)壓力加10％。第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月罐內(nèi)真空罐內(nèi)真空主要是系列的發(fā)酵罐在密閉條件下轉(zhuǎn)罐或進(jìn)行內(nèi)部清洗時(shí)造成的。大型發(fā)酵罐放料的速度很快造成一定的負(fù)壓。罐內(nèi)留存一部分CO2氣體，在進(jìn)行清洗時(shí)，CO2有被除去的可能，所以也可能造成真空。大型真空發(fā)酵罐應(yīng)設(shè)防止真空的裝置。真空安全閥的作用是允許空氣進(jìn)入罐內(nèi)，以建立罐內(nèi)外壓力的平衡。罐內(nèi)CO2的除去量可根據(jù)進(jìn)入的清洗液的堿含量算出，并進(jìn)一步計(jì)算出需要進(jìn)入罐內(nèi)的空氣量。第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）CIP清洗系統(tǒng)所謂CIP系統(tǒng)，是cleaninplace的簡(jiǎn)稱，意即內(nèi)部清洗系統(tǒng)。啤酒發(fā)酵罐的容量正在逐步增大，這類發(fā)酵罐大部分安裝在室外，原來的清洗方法已不適用，必須采用自動(dòng)化的噴洗裝置，即CIP清洗系統(tǒng)。第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月CIP清洗工作程序是自動(dòng)控制進(jìn)行的，從控制盤上可以通過儀表記求下溫度、壓力及時(shí)間等參數(shù)。

第33頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月清洗程序(1)預(yù)沖洗：在罐底的沉渣放了一半之后進(jìn)行，每次預(yù)沖洗的時(shí)間為30秒，進(jìn)行10次，是通過回轉(zhuǎn)噴嘴進(jìn)行的，每次沖洗之后要有30秒的排放時(shí)間，主要排去底部的沉渣。(2)在箱底被沖干凈后，用足量的水充入CIP的供應(yīng)及返回管線，改變系統(tǒng)進(jìn)行堿預(yù)洗，自動(dòng)地將清洗劑加入供水中，使清洗劑成為一種氯化了的堿性洗滌劑，其總堿度在3000～3300ppm之間，用這種堿液循環(huán)16分鐘。在此期間CIP供應(yīng)泵吸引端注入蒸汽，使清洗液溫度維持在32℃左右。第34頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)中間沖洗：用CIP循環(huán)單位的水罐的清水進(jìn)行4分鐘沖洗。(4)從氣動(dòng)器來的空氣流入罐頂?shù)墓潭▏婎^，然后進(jìn)行三次清水的噴沖，每次30秒，從罐頂沿罐的四周沖洗下來。(5)進(jìn)行堿噴沖：用總堿度為3500-4000ppm