嫌气发酵设备PPT课件

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1、第二章第二章 嫌气发酵设备嫌气发酵设备 授课时间授课时间4 4学时学时单元目标与要求单元目标与要求 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。酒间歇发酵流程，酒精连续发酵流程。授课内容授课内容 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。算，啤酒和酒精间歇与连续发酵工艺。重点和难点重点和难点 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

2、。计算，啤酒间歇发酵流程，酒精连续发酵流程。第一节第一节 酒精发酵设备酒精发酵设备一、酒精发酵罐一、酒精发酵罐1 1、罐型、罐型酒精发酵罐筒体为圆柱形，低盖酒精发酵罐筒体为圆柱形，低盖和顶盖均为碟形或锥形。和顶盖均为碟形或锥形。在酒精发酵过程中，为了回收二在酒精发酵过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐采用密闭式顶有人孔，精，发酵罐采用密闭式顶有人孔，视镜及二氧化碳回收管。视镜及二氧化碳回收管。进料管接种管压力表和测量仪表进料管接种管压力表和测量仪表接口管等。接口管等。罐底装有排料口和排污口罐身上罐底装有排料口和排污口罐身上下装有取样口和温度计接中

3、口对下装有取样口和温度计接中口对于型发酵罐。于型发酵罐。为了便于维修和清洗，在近罐底为了便于维修和清洗，在近罐底装有人孔。装有人孔。2.2.发酵的冷却装置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。罐外壁喷洒联合冷却。3 3.洗涤装置洗涤装置：水力喷射洗涤装置。：水力喷射洗涤装置。二二.酒精发酵罐的计算酒精发酵罐的计算（一）发酵罐结构尺寸（一）发酵罐结构尺寸 发酵罐全体积：发酵罐全体积：式中式中V V发酵罐的代表容积发酵罐的代表容

4、积 V V0 0进入发酵罐的发酵液量进入发酵罐的发酵液量 装液系数，一般取装液系数，一般取=0.850.90=0.850.90 带有锥形底、盖的圆柱形带有锥形底、盖的圆柱形 发酵罐全容积为：发酵罐全容积为：酒精发酵罐其罐体高度、底、盖高度和罐径的尺酒精发酵罐其罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系可推荐如下：寸关系可推荐如下：H=1.1 H=1.1-1.5D 1.5D h h1 1 h h1 1根据发酵的全容积根据发酵的全容积V V和径高比等，即可确定发酵罐和径高比等，即可确定发酵罐的结构尺寸。的结构尺寸。(二）发酵罐罐数的确定二）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：对于间歇发

5、酵，发酵罐罐数可按下式计算：NN发酵罐个数（其中一个作备用）（个）发酵罐个数（其中一个作备用）（个）nn每每2424小时内进行加料的发酵罐数目（个）小时内进行加料的发酵罐数目（个）tt一次发酵罐周期所需要时间（小时一次发酵罐周期所需要时间（小时)（三）发酵罐冷却面积计算（三）发酵罐冷却面积计算 式中式中 Q Q总的发酵热总的发酵热（J/h ）K K传热总系数传热总系数 J/（m2h）t tm m对数平均温度差对数平均温度差 ,F F冷却面积冷却面积（m2 ）发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：第二节第二节 啤酒发酵设备啤酒发酵设备

6、 啤酒发酵设备的发展啤酒发酵设备的发展：1.1.木材木材水泥水泥金属金属 2.2.开放式开放式向密闭式向密闭式3.3.方形方形圆形卧式圆形卧式立式圆筒锥底罐立式圆筒锥底罐4.4.人工洗涤人工洗涤CIPCIP自动清洗系统自动清洗系统啤酒发酵工艺的发展：啤酒发酵工艺的发展：1 1、间歇、间歇2 2、连续：搅拌多罐型、塔式、连续：搅拌多罐型、塔式第二节第二节 啤酒发酵设备啤酒发酵设备 啤酒发酵设备的发展：啤酒发酵设备的发展：1.1.木材木材水泥水泥金属金属 2.2.开放式开放式向密闭式向密闭式3.3.方形方形圆形卧式圆形卧式立式圆筒锥底罐立式圆筒锥底罐4.4.人工洗涤人工洗涤CIPCIP自动清洗系统

7、自动清洗系统啤酒发酵工艺的发展：啤酒发酵工艺的发展：1 1、间歇、间歇2 2、连续、连续：搅拌多罐型、塔式搅拌多罐型、塔式 3 3、啤酒发酵形式、啤酒发酵形式n上面发酵上面发酵:发酵时酵母上浮发酵时酵母上浮,发酵终结很久才部分下发酵终结很久才部分下沉沉.n下面发酵下面发酵:发酵时酵母浮游于发酵液中发酵时酵母浮游于发酵液中,发酵完后酵发酵完后酵母即下沉母即下沉,酵母可重复使用酵母可重复使用5-75-7次次.n上下面发酵工艺区别主要是发酵温度的差异上下面发酵工艺区别主要是发酵温度的差异:啤酒种类啤酒种类 起始温度起始温度 最高温度最高温度 最终温度最终温度上面啤酒上面啤酒 10-15 15-25

8、5-710-15 15-25 5-7下面啤酒下面啤酒 一、啤酒前、后发酵设备一、啤酒前、后发酵设备1、啤酒前发酵、啤酒前发酵设备设备长、正方形，长、正方形，开口，开口，30m30m3 3/个，个，H H小于小于2m2m （二）前发酵槽的计算（二）前发酵槽的计算1、发酵槽数的确定发酵槽数的确定（1 1）容纳一次糖化的麦芽汁时容纳一次糖化的麦芽汁时 N=ntN=nt nn每日糖化次数每日糖化次数 tt前发酵所需时间前发酵所需时间 （2）可可容纳几次糖化的麦芽汁时容纳几次糖化的麦芽汁时 N=nt/ZN=nt/Z nn每日糖化次数每日糖化次数 tt前发酵所需时间前发酵所需时间 ZZ在一个发酵槽内可容纳

9、糖化麦芽汁的次数在一个发酵槽内可容纳糖化麦芽汁的次数2、前发酵槽体积的计算、前发酵槽体积的计算发酵槽体积发酵槽体积（1 1）容纳一次糖化的麦芽汁时容纳一次糖化的麦芽汁时 V V=ZV=ZV0 0/V V前发酵槽的全体积前发酵槽的全体积 ZZ在一个发酵槽内可容纳糖化麦芽汁的次数在一个发酵槽内可容纳糖化麦芽汁的次数 V V00糖化一次麦汁量糖化一次麦汁量 装液系数装液系数 3、前发酵槽冷却面积的计算、前发酵槽冷却面积的计算(1)(1)计算主发酵期每小时的放热量计算主发酵期每小时的放热量Q Q (2)(2)计算传热系数计算传热系数K K(3)(3)传热面积传热面积 2 2、后发酵槽、后发酵槽卧式密闭

10、槽，卧式密闭槽，也有立式也有立式后发酵阶段后发酵阶段残糖继续发酵，残糖继续发酵，饱和二氧化碳，饱和二氧化碳，澄清、成熟澄清、成熟(四四)后发酵槽的计算后发酵槽的计算1 1、后酵槽数目、后酵槽数目N N N=V/VN=V/Vs s2 2、后酵槽全体积、后酵槽全体积 V V0=0=V Vs s/（一）（一）圆圆筒筒体体锥锥底底发发酵酵罐罐二、新型啤发酵设备二、新型啤发酵设备 1 1、主要结构、主要结构(1(1）压力真空装置的作用）压力真空装置的作用n根据设定的压力来自动控制根据设定的压力来自动控制n允许无菌空气进入罐内，允许无菌空气进入罐内，COCO2 2气体排出罐气体排出罐外，维持设定的压力。外

11、，维持设定的压力。(2)圆柱体锥底和冷却套圆柱体锥底和冷却套 锥底：便于酵母沉淀回收锥底：便于酵母沉淀回收 冷却套：冷却套：分为分为2-32-3段，很大的罐可分为段，很大的罐可分为四段四段(3)(3)罐的特点罐的特点n密闭：回收二氧化碳密闭：回收二氧化碳n适用：下面、上面发酵均可适用：下面、上面发酵均可n发酵周期：短发酵周期：短 12-1412-14天天n H/DH/D大：大：单位容积的表面积大，耗钢材多单位容积的表面积大，耗钢材多n自然对流：促进发酵，利于传热。自然对流：促进发酵，利于传热。n自然对流原因自然对流原因:冷却形成、二氧化碳的作用冷却形成、二氧化碳的作用3 3、设计因素、设计因素

12、高度和直径：高度和直径：H/D=1.5-6H/D=1.5-6：1 1液位高度：液位高度：小于小于12m12m好好锥角：锥角：60-7560-750 0材料：材料：不锈钢不锈钢隔热材料：隔热材料：聚苯乙烯泡沫、聚酰胺树脂、膨胀聚苯乙烯泡沫、聚酰胺树脂、膨胀珍珠岩珍珠岩罐的耐压：罐的耐压：顶、筒、底部材料厚度可不一样顶、筒、底部材料厚度可不一样罐的清洗：罐的清洗：CIPCIP（二）（二）其他发酵罐其他发酵罐1、联合罐、联合罐 （P70）为浅锥底大直径为浅锥底大直径 ，H/DH/D为为1-21-2：1 1，造价，造价低，用氨直接蒸发来低，用氨直接蒸发来冷却，只在罐的上部冷却，只在罐的上部做了一段米勒

13、冷却板，做了一段米勒冷却板，可在可在2424小时内发酵温小时内发酵温度由度由1515下降至下降至55，属小面积大流量冷却属小面积大流量冷却方式。方式。n用途：与发酵罐相同，既用于前后发酵，也能用途：与发酵罐相同，既用于前后发酵，也能用于多罐法及一罐法生产。用于多罐法及一罐法生产。n主体：是一个圆柱体。由带人孔的薄壳垂直圆主体：是一个圆柱体。由带人孔的薄壳垂直圆柱体，拱形顶有足够斜度，锥底所组成。罐体柱体，拱形顶有足够斜度，锥底所组成。罐体采用厚的保温层。采用厚的保温层。n搅拌：可用机械搅拌，也可以通过对罐搅拌：可用机械搅拌，也可以通过对罐 体的体的精心设计达到同样的搅拌作用。精心设计达到同样的

14、搅拌作用。2、朝日罐、朝日罐 为微倾斜底的平底罐，为微倾斜底的平底罐，H/D=1-2H/D=1-2，工艺与锥形罐，工艺与锥形罐不同。不同。特点：离心机回收酵母，特点：离心机回收酵母，用薄板换热器冷却，用薄板换热器冷却，用泵将发酵液抽出冷却用泵将发酵液抽出冷却后又送回罐内，也起搅后又送回罐内，也起搅拌作用拌作用,可加速啤酒的可加速啤酒的成熟成熟,发酵时罐的装量发酵时罐的装量达，提高设备利达，提高设备利用率。用率。三、三、CIP清洗系统清洗系统第三节第三节 连续发酵连续发酵 间歇发酵：微生物在一个罐内完成间歇发酵：微生物在一个罐内完成4 4个阶段的培养个阶段的培养过程。过程。连续发酵：在发酵罐内不

15、断流加培养液，又不断连续发酵：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，这样就长加速期。同时又降低代谢产物的积累，这样就缩短了发酵缩短了发酵 周期，提高了设备利用率。周期，提高了设备利用率。连续发酵特点连续发酵特点 是微生物在整个发酵过程中始终维持在稳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，底状

16、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。物浓度和流加速度之间关系。一、一、连续发酵时间的确定连续发酵时间的确定 二、二、连续发酵理论罐数的确定连续发酵理论罐数的确定1、最低罐数限定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、条件一致，用单罐产物积累、菌体生长、条件分为两个阶段，产物积累、菌体生长、条件分为两个阶段，用双罐用双罐发酵过程分多个阶段、各阶段条件不同，发酵过程分多个阶段、各阶段条件不同，用多罐用多罐(2)(2)从第一罐开始通过原点作物料从第一罐开始通过原点作物料平衡线，斜率为平衡线，斜率为q/Vq/V，和曲线相，和曲线相交于交于A A点

17、，点，A A点的横座标点的横座标X X1 1，即，即为第一个发酵罐出口的微生物为第一个发酵罐出口的微生物浓度，一直作到第浓度，一直作到第n n罐的微生物罐的微生物出口浓度出口浓度X Xn n。第一罐，菌浓度为第一罐，菌浓度为X X1 1 第二罐，菌浓度为第二罐，菌浓度为X X2 2 第三罐，菌浓度为第三罐，菌浓度为X X3 3 第第n n罐，罐，菌浓度为菌浓度为X Xn n，罐数为罐数为n n个。个。若发酵最终产物不是菌体而若发酵最终产物不是菌体而是代谢产品，用产物浓度是代谢产品，用产物浓度P P代代X X，同样可作图解。同样可作图解。2、用图解法确定连续发酵理论罐数、用图解法确定连续发酵理论

18、罐数 三、连续发酵流程三、连续发酵流程（一）（一）酒精连续发酵流程酒精连续发酵流程(1)(1)操作开始：糖液及酵母同时加入操作开始：糖液及酵母同时加入1-31-3罐至满，停止加酵母，继续加糖液，开底部阀使罐至满，停止加酵母，继续加糖液，开底部阀使发酵液流入发酵液流入4 4号，号，4 4号流入号流入5 5号，至号，至9 9号结束，周期号结束，周期3232小时，小时，1010、1111号为贮存计量罐，轮号为贮存计量罐，轮用。用。(2)(2)操作结束：换罐（换种），停止流加糖液，关操作结束：换罐（换种），停止流加糖液，关1 1号二氧化碳阀，泵转入号二氧化碳阀，泵转入2 2号，号，1 1号消毒并号消毒

19、并加新种新料重新开始，加新种新料重新开始，1 1号满时，号满时，2 2号经泵排尽并消毒好，号经泵排尽并消毒好，1 1号流入号流入2 2号，如止下去，号，如止下去，2020天换种一次。天换种一次。(3)(3)1-31-3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。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。1010、1111号为计量号为计量罐。罐。1、淀粉质原料发酵酒精流程、淀粉质原料发酵酒精流程2、糖蜜发酵酒精流程糖蜜发酵酒

20、精流程 (二二)啤酒连续发酵啤酒连续发酵 连续发酵缺点：连续发酵缺点：双乙酰高双乙酰高 微生物变异微生物变异 染菌染菌使用连续发酵的啤酒厂使用连续发酵的啤酒厂 新西兰啤酒厂新西兰啤酒厂 三罐和四罐三罐和四罐 英国英国 塔式罐塔式罐 上海啤酒厂上海啤酒厂 塔式罐塔式罐连续发酵流程连续发酵流程 多罐式和塔式多罐式和塔式1 1、三罐式流程、三罐式流程：冷却：将麦芽汁冷却到冷却：将麦芽汁冷却到20-2120-21；装量：装量：1 1号发酵罐号发酵罐26 m26 m3 3，2 2号发酵罐号发酵罐26 m26 m3 3，3 3号分离罐号分离罐14m14m3 3；麦汁流速：每小时麦汁流速：每小时2.4 m2

21、.4 m3 3；温度：温度：1 1号号21 21，2 2号号2424，3 3号号3-73-7；麦汁停留时间：每罐停留时间麦汁停留时间：每罐停留时间10-13h10-13h；酵母浓度：酵母浓度：1 1号号5.45.4*10107 7个个 /ml/ml，2 2号号6 6*10107 7个个/ml/ml，3 3号号2 2*10107 7个个 /ml/mlpHpH：1 1号号，2 2号号3.93.92 2、塔式发酵罐、塔式发酵罐 主发酵周主发酵周期期2 2天天,进进塔塔12-14 12-14,出塔出塔14-18,14-18,冷却到冷却到0 0 入锥形入锥形罐后发酵罐后发酵.四、发酵法生产酒精最新技术四

22、、发酵法生产酒精最新技术n应用酶解纤维素发酵生产酒精应用酶解纤维素发酵生产酒精n酒精发酵微生物的改良酒精发酵微生物的改良n应用细菌的酒精发酵应用细菌的酒精发酵 n应用固定化细胞生产酒精应用固定化细胞生产酒精 n世界燃料酒精现状世界燃料酒精现状思考题思考题1 1、酒精发酵罐结构，淀粉质原料的连续发、酒精发酵罐结构，淀粉质原料的连续发酵操作过程酵操作过程?2 2、为何酒精发酵罐的冷却装置多用蛇管、为何酒精发酵罐的冷却装置多用蛇管,而而机械搅拌通风发酵罐多用列管机械搅拌通风发酵罐多用列管?3 3、啤酒圆柱体锥形发酵罐结构特点、啤酒圆柱体锥形发酵罐结构特点?压力真压力真空装置有何作用空装置有何作用?罐内是如何自然对流的罐内是如何自然对流的?4 4、连续发酵时间、罐数确定方法、连续发酵时间、罐数确定方法?