啤酒发酵罐冷却形式和冷却面积

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啤酒发酵罐温度校对标准值

1. 罐体温度

罐体温度是指发酵罐外壁的温度。在校对罐体温度时，应确保其与周围环境温度一致，以避免由于温差导致罐体产生凝结水，影响发酵效果。一般情况下，罐体温度应保持在20℃-30℃之间。

2. 罐内温度

罐内温度是指发酵罐内部的温度。在校对罐内温度时，应确保其与设定的发酵温度一致，以保证酵母菌的活性以及发酵过程的稳定性。根据不同品种的啤酒，罐内温度的校对标准值也有所不同，一般在10℃-25℃之间。

3. 冷却水温度

冷却水温度是指用于冷却发酵罐的冷却水的温度。在校对冷却水温度时，应确保其能够将发酵罐内的热量带走，使罐内温度维持在设定的范围内。通常情况下，冷却水温度应保持在10℃-20℃之间。

啤酒发酵实验

实验室啤酒发酵

一、实验目的：熟悉静止培养操作,观察啤酒发酵过程,掌握发酵过程中一些指标的分

析操作技能;

二、实验原理：啤酒酵母将麦芽汁发酵,产生酒精等发酵产物啤酒;

三、实验器材：

⑴. 100升发酵罐;

⑵. 0~10O BX糖度表;

3.10℃-30℃可调生化培养箱;

培养基：

⑴. 麦芽汁发酵培养基10Plato, 50升,糖化制取;

⑵. 麦芽汁琼脂培养基：麦芽汁加2％琼脂,自然pH;

⑶. 麦芽汁液体培养基：酵母扩大培养用;

菌种：啤酒生产用酵母菌株;

四、实验步骤：

1麦汁制备

2酵母菌种分离纯化与质量鉴定

3菌种扩大培养

4啤酒主发酵：麦汁50升,10O BX ,11℃→接种量×107个细胞/mL →主发酵,11℃,5~7天→至时结束嫩啤酒;在主发酵过程中,每天测定下列项目：糖度、细胞浓度、出芽率、染色率、酸度、α-氨基氮、还原糖、酒精度、pH、双乙酰;然后以时间为横坐标,这些指标为纵坐标,叠画于方格纸上;

5后发酵

五、作业要求

1. 画出发酵周期中上述上述指标的曲线图,并解释它们的变化;

2. 记下操作体会与注意点;

实验一协定法糖化试验

一、实验目的：协定法糖化试验是欧洲啤酒酿造协会EBC推荐的评价麦芽质量的标准方法,我们用该法进行小量麦芽汁制备,并借此评价所用麦芽的质量;

二、实验原理：利用麦芽所含的各种酶类将麦芽中的淀粉分解为可发酵性糖类,蛋白质分解为氨基酸具体参见理论部分第二节;

三、实验器材和试剂：

1 实验室糖化器：由水浴和500~600 mL的烧杯组成糖化仪器,杯内用玻棒搅拌或用100℃温度计作搅拌器此时搅拌应十分小心,以免敲碎水银头;实验时杯内液面应始终低于水浴液面;最好采用专用糖化器：该仪器有一水浴,水浴本身有电热器加热和机械搅拌装置;水浴上有4~8个孔,每个孔内可放一糖化杯,糖化杯由紫铜或不锈钢制成,每一杯内都带有搅拌器,转速为80~100转/分,搅拌器的螺旋桨直径几乎与糖化杯同,但又不碰杯

(完整word版)啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真

内蒙古科技大学

本科生课程设计论文

题目：啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真学生姓名：张胜男

学号：1167112232

专业:测控技术与仪器

班级：11—2

指导教师：左鸿飞

2014年12 月14 日

前言

过程控制课程设计是测控技术与仪器专业的实践教学环节. 本次过程控制课程设计主题为啤酒厂发酵罐温度控制系统的设计，要求我们了解发酵罐温度控制的工艺背景、设计控制方案以及仪表选型等。啤酒生产是一个利用生物加工进行生产的过程，生产周期长,过程参数分散性大，传统操作方式难以保证产品的质量.

啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法. 在啤酒生产过程中,糖度的控制是由控制发酵的温度来完成的，而在一定麦芽汁浓度、酵母数量和活性的条件下时间的控制也取决于发酵的温度。因此控制好啤酒发酵过程的温度及其升降速率是解决啤酒质量和生产效率的关键。

在本次啤酒发酵温度控制系统设计过程中各种工艺参数的控制采用串级控制系统实现,主要控制锥形发酵罐的中部温度，采用常规自动化仪表及装置来实现温度及其他参数的检测与控制、显示。

内蒙古科技大学课程设计任务书

1. 工艺简介及控制系统设计 (4)

1.1. 啤酒生产工艺 (4)

1.2被控对象特性及控制要求 (5)

1.2。1被控对象特性 (5)

1。2。2被控对象的控制要求 (6)

1.3啤酒发酵温控系统设计 (6)

1.3。1发酵温控系统主、副被控参数的选取 (7)

1.3。2主、副调节器调节规律的选择 (8)

1.3.3主、副调节正、反作用方式的选择 (8)

第五章发酵罐

• （3）也有采用罐外列管式喷琳冷却
3，发酵罐的洗涤装置
• 大型酒精发酵罐通常采用水力喷射洗涤装置
二、啤酒发酵罐
圆筒体锥底发酵罐（C.C.T）露天锥形发酵罐
• 设备结构特点：
大型化，圆筒体，锥形
底，有冷却夹套；罐材料用不锈钢或碳钢＋涂
冷
料，防腐；有隔热层和防护层；温度传感器、
分类
夹套式蛇管式
内循环外循环
机械搅拌自吸式溢流自吸式喷射自吸(文氏) 高位塔式(有空气压缩)
第三节发酵罐选型注意事项
• 总的要求：p65 • 1.发酵罐中必须有适合微生物进行生长、
新陈代谢和形成发酵产物的环境； • 2.制造材料、制造工艺既满足生产要求，
又满足造价比； • 3.在生产中易于操作、监控，防止杂菌
• 试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便
• 空气分布装置：单孔管和环行管
（7）轴封
• 轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝
隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。
常用的轴封有填料函和端面轴封两种。
• ①填料函式轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。
挡板
（4）消泡器
• 消泡器的作用是将泡沫打破。消泡器常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。孔板式的孔径约10~20毫米。消泡器的长度约为罐径的0.65倍。

发酵罐的设计

第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 (3)

一、概述 (3)

二、啤酒发酵罐的特点 (3)

三、露天圆锥发酵罐的结构 (4)

3.1罐体部分 (4)

3.2温度控制部分 (5)

3.3操作附件部分 (5)

3.4仪器与仪表部分 (5)

四、发酵罐发酵的动力学特征 (6)

第二章发酵罐的化工设计计算 (7)

一、发酵罐的容积确定 (7)

二、基础参数选择 (7)

三、D、H的确定 (7)

四、发酵罐的强度计算 (9)

4.1 罐体为内压容器的壁厚计算 (9)

五、锥体为外压容器的壁厚计算 (11)

六、锥形罐的强度校核 (13)

6.1内压校核 (13)

6.2外压实验 (14)

6.3刚度校核 (14)

第三章发酵罐热工设计计算 (14)

一、计算依据 (14)

二、总发酵热计算 (15)

第四章发酵罐附件的设计及选型 (19)

一、人孔 (19)

二、接管 (19)

三、支座 (20)

第五章发酵罐的技术特性和规范 (21)

一、技术特性 (21)

二、发酵罐规范表 (22)

参考文献 (24)

发酵罐设计实例

第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征

一、概述

啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。

发酵罐冷却夹套的有关配置问题

啤酒厂发酵大罐冷却夹套的有关配置问题（节录）

1．冷却夹套的型式选择

啤酒发酵罐有三种冷却夹套型式可供选择，即：螺旋半园管式、蜂窝式和米勒板式三种。我国沈阳雪花啤酒厂早期引进的德国技术现场加工制造的发酵罐为半园管式冷却夹套；原北京华都啤酒厂从丹麦引进的发酵罐为蜂窝式冷却夹套；青岛啤酒二厂从法国引进的发酵罐为米勒板式冷却夹套。这三种型式都采用液氨冷却效果较好，较使用酒精水、乙二醇水或丙二醇水作冷媒可节电20%左右，制冷压缩机吸气温度达-5℃即可。（使用冷媒的制冷压缩机吸气温度必须低至-10℃）

2．冷却夹套的传热特点

发酵罐的直径从4000mm发展到现在的7200mm有效容积从130M3发展到650M3，甚至更大。因各厂麦汁成分、酵母、发酵工艺不同，发酵过程中温度、时间、压力控制不同。主酵开始时，一般先打开上部冷却带，发酵旺盛后再打开中部冷却带，发酵液的温度为下低上高，形成罐内对流循环。一般主酵结束后要急速降温，开启上、中、下全部冷却夹套，将酒液从12℃降至4℃左右；回收酵母后要继续将酒液冷却至-1℃。在后酵贮酒阶段一般只开启下部和锥底冷却夹套。因为啤酒的密度在2.5℃时最大，酒液降至-1℃后，在发酵罐内呈现上部温度低于锥底温度的状态，此时冷却过程的对流和主发酵为相反方向循环。后酵冷却过程也要防止啤酒在-2℃以下冻结，因而锥底冷却夹套的液氨蒸发温度必须控制在-2℃。从以上分析冷却夹套必须采用多段控制，以利于使用过程灵活调控。

3．发酵过程产热分析

首先算出发酵各个阶段罐内降糖产生的热量及热季罐外部散冷负荷。

发酵罐的技术特性和规范

第五章发酵罐的技术特性和规范

一、技术特性

1、本例按JB741—80钢制焊接压力容器技术条件：及“SB5111”不锈钢耐酸性钢及碳钢、II 类设备进行制造试验。

2、设备制造完毕后，设备内壁所有内表面焊缝须打磨光滑平缓过渡，但须保证用材料同样厚度。

3、立板焊接时应与底轴垂直，两块立板之间得分布误差不大于0.10

4、设备安装后轴线对基础的不垂直度在全场上不大于10mm，设备在现场就位安装。

5、设备组焊后，封头筒体锥形底的Ф400轴线在总高度范围内的不垂直度<15mm

6、设备应进行下列实验：

1）液压实验罐内 3.5kgf/cm2

夹套内 3.5kgf/cm2

2）气压实验罐内3kg/cm2

夹套内3kg/cm2

7、设备内应涂白色7535底漆层及面漆2层

8、设备碳钢外露表面应涂Y351-1红丹油防锈漆2层

9、设备保温罐外喷聚氨厚度200mm

二、发酵罐规范表

85m3圆柱锥底发酵罐的规范表

名称85m3圆柱锥底发酵罐罐体规格：直径（mm）3600

柱体高度（mm）6624

总高度（mm）10344

总容积m384.8

有效容积m370

罐利用率82.5%

材质A3钢

钢板厚度：圆柱部分（mm）10

上封头（mm）10

圆锥部分（mm）12

工作压力（kg/cm3）：罐内 2.5

罐外0.3

冷却形式槽钢盘绕罐体的三段冷却

冷媒20%究竟溶液（-4°C）

冷却面积31.3

工作温度（°C）：罐内0—12

罐外-4～4

外壁保温层聚氨酯硬质泡沫材料

内壁涂料环氧树脂

保护层

生化工程设备-第一篇-第三章-嫌弃发酵设备-第一节,第二节

• 主发酵池的底略有倾斜，利于废水排出，离池底10~ 15cm处，伸出有嫩啤酒放出管，平时可拆卸，所以伸出底的高度也可适当调节。管口有个塞子，以挡住沉淀下来的酵母，避免酵母污染放出的嫩啤酒。待嫩啤酒放尽后，可拆去嫩啤酒出口管头，酵母即可从槽底该管口直接排出。
为了维持发酵池内酵液的低温，在槽中装有冷却蛇管或排管。主发酵池的冷却面积，根据经验，对下面啤酒发酵取每立方米发酵液约为0.2m2冷却面积，蛇管内通入0-2℃的冷水。 • 密闭式发酵池具有回收二氧化碳，减少前发酵室内通风换气的耗冷量以及减少杂菌污染机会等优点。因此，这种密闭式发酵罐已日益被新建啤酒厂采用。 •
--第一节，第二节
• 发酵设备是发酵工厂中主要的设备，发酵设备必须具有适宜微生物生长和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之能在低能耗下获得较高产量。因此发酵设备必须具备微生物生长的基本条件，例如，需要维持合适的培养温度；要求有不同程度的无菌度，结构应尽可能简单，便于灭菌和清洗。
锥形罐具有锥底角度在6090主发酵后回收酵母方便为保证啤酒良好的过滤性酵母多采用凝聚性能良好的菌株罐体设有冷却夹套冷却能力满足工艺降温要求罐的柱体部分设23段冷却夹套锥体部分设一段冷却夹套这种结构有利于酵母沉降和保存锥形罐是密闭罐可以同收二氧化碳也可进行二氧化碳洗涤既可作发酵罐用又可作贮酒罐用发酵罐中酒液的自然对流比较强烈罐体越高对流作用越强对流强度与罐体形状容量大小和冷却系统的控制有关锥形罐具有相当的高度凝聚性较强的酵母较易沉淀而凝聚性差的酵母就需要借助其他手段进行酵母分离锥形罐不仅适用于下面发酵同样也适用于上面发酵在山东很多啤酒厂已经使用锥形罐生产上面发酵的小麦啤酒

啤酒生产技术第五章啤酒发酵

进行冷却，控制发酵温度逐步回落，主酵结束时，发酵液温度控制在 4.0～4.5℃。（6）主发酵最后一天急剧冷却，使大部分酵母沉降槽底，然后将发酵液送至贮酒罐进行后发酵。（7）酵母的回收。
2.主发酵过程的现象和要求
①酵母繁殖期 ②起泡期 ③高泡期 ④落泡期 ⑤泡盖形成期
3.主发酵技术条件
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(1)发酵室温 (3)冷麦汁溶解氧含量 (5)酵母添加量 (7)酵母使用代数 (9)发酵过程酵母最高浓度 (11)冷却水温 (13)发酵终了温度 (15)下酒时外观发酵度与最终发酵
传统下面酵母的几种主要菌株
二、啤酒酵母的主要特性要求
啤酒工厂使用的啤酒酵母是由野生酵母经有系统的长期驯养，经反复使用和考验，具有正常生理状态和特性，适合啤酒生产要求的培养酵母。
对啤酒酵母的基本要求是：发酵力高，凝聚力强、沉降缓慢而彻底，繁殖能力适当，生理性能稳定，酿制出的啤酒风味好。
2.生产现场扩大培养阶段
（6）生产现场扩大培养的注意点 ①每一步扩大后的残留液都应进行有无污染、变异的检查； ②每扩大一次，温度都应有所降低，但降温幅度不宜太大； ③每次扩大培养的倍数约为5～10倍。
3.啤酒酵母的质量检验
（1）形态检验优良健壮的酵母细胞应具有均匀的形状和大小，平
滑而薄的细胞壁，细胞质透明均一；年幼少壮的细胞内部充满细胞质；老熟的细胞出现液泡，内贮细胞液，呈灰色，折光性强；衰老细胞中液泡多，内容物多颗粒，折光性较强。

糖化车间工艺流程示意图

2.2.1糖化车间工艺流程示意图（图2-1）

粉碎糊化糖化过滤

麦槽麦汁煮沸锅酒花渣分离器回旋澄淀槽薄板冷却器

酒花糟热凝固物冷凝固物

图2-1啤酒厂糖化车间工艺流程示意图

第三章主要设备计算与选型

3.1发酵罐的计算与选型

3.1.1 发酵罐的选型

圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐），已广泛用于上面或下面发酵啤酒生产。它与传统的发酵方式相比有如下特点：

a锥形发酵罐具有锥形罐底，所以前发酵结束后回收酵母非常方便。

b 锥形发酵罐在罐体上设有冷却部件，冷却面积能够满足工艺降温要求，锥底部分也设有冷却部件，以利于酵母的沉降和保存。而且膳体自身进行保温处理，大大降低冷耗。

c锥形发酵罐是密封容器，可以进行CO2洗涤，也方便回收CO2，可做发酵罐及贮酒罐。

d罐内的发酵液由于罐体的高度而产生的CO2梯度以及冷却方位的控制，可以使发酵液形成自下而上的自然对流。对流情况与罐体的形状、大小和冷却系统都有着密切的关系。

e锥形发酵罐易于实现自动化控制，操作十分方便，还可以进行自动清洗，改善了劳动条件和卫生条件。

f锥形发酵罐向立面发展，节约了大量的站地面积。

锥形发酵罐的规格很多，—般常用的规格见表3-1[10]。其D：H1．5—6均可取得良好的效果。但从以往的设计和使用情况来看，控制D：H=1：2—4的范

围较合适。锥底角α一般采用60°或75°为宜。本设计采用为α为60°。麦汁、酵母、啤酒均由锥底口进入或排出，发酵结束后回收酵母方便，所采用的酵母菌株应该是凝集沉淀性好的酵母菌种。锥底表面尽可能打光，这样有利于酵母的沉降和排除。

酒精发酵罐的设计

第一章啤酒露天发酵罐的化工设计计算

一、发酵罐的容积确定

实际需要选用V全=40m3的发酵罐

则V有效=V全×=40×80%=32 m3

二、基础参数选择

1. D:H 选用D:H=1:3

2.锥角：取锥角为70°

3.封头：选用标准椭圆封头

4.冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液）

5.罐体所承受最大内压：2.5㎏／cm3

外压：0.3㎏／cm3

6.锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢

7.保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200㎜

8.内壁涂料：环氧树脂

三、D、H的确定

由D:H=1:2 ，则锥体高度H1=D／2tg35°=0.714D

封头高度H2=D／4=0.25D

圆柱部分高度H3=（2.0-0.714-0.25）D=1.04D

[P]=B*S0/R内=275*5/3240=0.43kg/cm2>0.3kg/cm2

满足要求

取C1=0.5mm，C2=2mm，C3=0.5mm

则S=S0+C=8mm

2.筒体

设S0=6mm

L/D=0.86

S0/ D=2400/6=400

查图表4-1及B=210

[P]=210×6/3400=0.37kg/cm2>0.3kg

S0=6mm

故可取C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm

则S=S0+C=9.2mm或10mm

3.锥形封头

因为：

α=35°

所以22.50°

按第四章发酵罐设计的中封头可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：

（2 ×2428/2 ）×tg35°=1700mm

取加强圈中心线间锥体长度为1214mm

啤酒发酵的工艺流程

锥形罐工作原理与罐体结构（1）锥形发酵罐工作原理锥形罐发酵法发酵周期短、发酵速

度快的原因是由于锥形罐内发酵液的流体力学特性和现代啤酒发酵技术采用的结果。接种

酵母后，由于酵母的凝聚作用，使得罐底部酵母的细胞密度增大，导致发酵速度加快，发酵

过程中产生的二氧化碳量增多，同时由于发酵液的液柱高度产生的静压作用，也使二氧化碳

含量随液层变化呈梯度变化（见表4-3-1），因此罐内发酵液的密度也呈现梯度变化，此外，

由于锥形罐体外设有冷却装置，可以人为控制发酵各阶段温度。在静压差、发酵液密度差、二氧化碳的释放作用以及罐上部降温产生的温差（1〜2 C）这些推动力的作用下，罐内发酵

液产生了强烈的自然对流，增强了酵母与发酵液的接触，促进了酵母的代谢，使啤酒发酵速

度大大加快，啤酒发酵周期显著缩短。另外，由于提高了接种温度、啤酒主发酵温度、双乙酰还原温度和酵母接种量也利于加快酵母的发酵速度，从而使发酵能够快速进行。（2）锥形发酵罐基本结构①罐顶部分罐顶为一圆拱形结构，中央开孔用于放置可拆卸的大直径法兰，以安装C02和ClP管道及其连接件，罐顶还安装防真空阀、过压阀和压力传感器等，

罐内侧装有洗涤装置，也安装有供罐顶操作的平台和通道。②罐体部分罐体为圆柱体，是

罐的主体部分。发酵罐的高度取决于圆柱体的直径与高度。由于罐直径大耐压低，一般锥形

罐的直径不超过6m。罐体的加工比罐顶要容易，罐体外部用于安装冷却装置和保温层，并留一定的位置安装测温、测压元件。罐体部分的冷却层有各种各样的形式，如盘管、米勒扳、

夹套式，并分成2〜3段，用管道引出与冷却介质进管相连，冷却层外覆以聚氨酯发泡塑料等保温材料，保温层外再包一层铝合金或不锈钢板，也有使用彩色钢板作保护层。③圆锥底部分圆锥底的夹角一般为60旷80o,也有90旷110o,但这多用于大容量的发酵罐。发酵罐的圆锥底高度与夹角有关，夹角越小锥底部分越高。一般罐的锥底高度占总高度的1/4左右，不要超过1/3。圆锥底的外壁应设冷却层，以冷却锥底沉淀的酵母。锥底还应安装进出管道、阀门、视镜、测温、测压得传感元件等。此外，罐的直径与高度比通常为 1 : 2〜1 : 4,总高度最好不要超过16m ,以免引起强烈对流，影响酵母和凝固物的沉降。制罐材料可用不锈钢或碳钢，若使用碳钢，罐内壁必须涂以对啤酒口味没有影响的且无毒的涂料。发酵

啤酒设备发酵罐的结构特点

啤酒已有6000多年的历史，从二十世纪传入我国就慢慢产生了变化，啤酒设备发酵罐的种类很多，世界各啤酒生产国为了增加扩大产量，减少投资，在传统工艺的基础上，开始广泛采用大型露天锥底发酵罐，也就是我们现在通常说的锥形发酵罐。目前我国绝大多数啤酒厂都采用锥形发酵罐。以下为大家说一下它的特点：

啤酒设备发酵罐具有锥底，主发酵完成后回收酵母更加方便，所采用的酵母菌株应该有良好的凝聚性。锥底角度多在60°～90°之间，以70°为好，有利于酵母沉降和排放。

罐体设有冷却夹层或盘管，冷却能力可满足工艺降温要求。罐圆柱体部分设2～3段冷却夹套，锥体部分调斜一段冷却夹套，这样有利于酵母的沉降，并可使酵母在重复利用时保持良好的酵母活性。锥形罐是密闭的，它在可以回收二氧化碳的同时，也可以进行二氧化碳洗涤；可以做发酵罐，同时也可以做储酒罐。

酒液在罐中的对流强度与罐体高度、罐形状、容量大小和冷却系统有关。锥形发

酵罐具有相当的高度，所以罐中酒液的自然对流比较强烈。锥形发酵罐中发酵液的高度一般不超过15m，径高比为1：3～1：5为宜。如果锥形发酵罐高度过大，发酵液对流过强，容易形成搅拌发酵，影响酵母的活性和正常的代谢。锥形发酵罐的容量可大可小，小的仅10～100t，大的可达1500t。国内锥形发酵罐的容量大多在100～500t之间。为了降低地建费用，锥形发酵罐多设置于露天，所以发酵罐有良好保温层。常用的保温材料有聚氨酯，保温层厚度为15～20cm。

啤酒发酵罐设计

啤酒发酵罐设计：一罐法发酵，即包括主、后发酵和贮酒成熟全部生产过程在一个罐内完成。

1）发酵罐容积的确定：

根据设计，每个锥形发酵罐装四锅麦汁，

则每个发酵罐装麦汁总量V＝59.35×4＝237.4 m3

锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%，

则发酵罐体积至少应为237.4(1＋25%)＝296.75 m3,

为300 m3。

取发酵罐体积V

全

2）发酵罐个数和结构尺寸的确定：

发酵罐个数N＝nt/Z＝8×17/4＝34 个

式中n—每日糖化次数

t—一次发酵周期所需时间

Z—在一个发酵罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍

锥形发酵罐为锥底圆柱形器身，顶上为椭圆形封头。

设H﹕D＝2.5﹕1，取锥角为70°，则锥高h＝0.714D

V全＝лD2H/4＋лD2h/12＋лD3/24

得D＝5.1 m H＝2.5D＝12.8 m h＝3.6 m

查表知封头高h封＝h a＋h b＝1275＋50＝1325 mm

罐体总高H总= h封＋H＋h＝1325＋12800＋3600＝17725 mm

3）冷却面积和冷却装置主要结构尺寸确定：

因双乙酰还原后的降温耗冷量最大，故冷却面积应按其计算。

已知Q＝862913 kJ/h

发酵液温度14℃3℃

冷却介质（稀酒精）-3℃2℃

△t1＝t1－t2′＝14－2＝12℃

△t2＝t2－t1′＝3－（-3）＝6℃

平均温差△t m＝(△t1－△t2)/㏑(△t1/△t2)

＝(12－6)/ ㏑(12/6)

＝8.66℃

其传热系数K取经验值为4.18×200 kJ/(m2﹒h﹒℃)

则冷却面积F＝Q1/K△t m

发酵罐设计

一．发酵罐的容积确定

V全=60m3，容积系数Φ=75%，则V有效=V全*Φ=45m3

二．基础参数选择

1.D:H：选用D:H=1:3

2.锥角：取锥角为70°

3.封头：选用标准椭圆形封头

4.冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却(罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3钢，冷却介质采用20%、-4°C的酒精溶液)

5.罐体所承受最大内压：2.5kg/㎝3

外压：0.3kg/㎝3

6.锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢

7.保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm

8.内壁涂料：环氧树脂

三．D、H的确定

由D:H=1:3，则锥高：

H1=D/tan35°=0.714D

封头高度H2=D/4=0.25D

圆柱部分高度H3=（3.0-0.714-0.25)D=2.04D

又因为V全=V锥+V封+V柱

=0.187D3+0.43D3+1.60D3=60m3

得D=3.00m

查JB4746-02《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3000mm

再由V全=60m2，D=3.0m

得径高比为：

D:H=1：3

由D=3000mm查表得

椭圆封头几何尺寸为：

=750mm

=40mm

A=10.13m2

V=3.82m3

筒体几何尺寸为：

H=6120mm

A=57.65m2

V=43.24m3

锥体的几何尺寸为：

=40mm

r=450mm

H=2759mm

F=15.6m2

V=7.25m2

则：锥形罐总高：H=750+40+6120+40+2759=9709mm

总容积：V=3.82+43.24+7.25=54.31m3

实际充满系数ψ：45/54.31=82.85%

生物工程设备简答题参考答案

1. 气升式发酵罐的工作原理是什么？

答：气升式发酵罐工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的喘流作用使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率低的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合和溶氧传质。

2. 机械通风搅拌发酵罐的冷却方式有哪些？每一种方式的适用范围。

答：夹套式：用于小罐；

竖式蛇管换热装置：用于大罐，但效果差；

竖式列管式：效果优于蛇管，但耗水大，传热系数低；

竖式列管式及罐壁半圆管：用于大罐；

罐外热交换及无菌空气冷却：用于特大罐,但易染菌。

3.介绍机械通风搅拌发酵罐空气管、轴封的作用及形式?

答：空气管的作用及形式：

轴封的作用及形式：防止渗漏和染菌，将动静两部件密封。

4. 简述气升式发酵罐的主要构件及特点。

答：主要结构：罐体、空气喷嘴、循环管等。

特点：结构简单、冷却面积小；

无搅拌传动设备；

省动力、省钢材、料液充满系数高，不需加消泡剂；

维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。

5. 画出机械通风搅拌发酵罐的结构图，并介绍各构件作用。

答题要点：可画简图。

罐体：盛装物料；冷却管：冷却物料；

搅拌轴：带动搅拌器旋转；

搅拌器作用：使气泡分割细碎、使气、固、液混合及传质传热；

挡板作用：防止液面中央形成旋涡、增加湍动和溶氧传质；

消泡器作用：防止泡沫外溢而跑料、染菌；

空气分布器作用：吹入无菌空气，使空气分布均匀；

轴封作用：防止渗漏、染菌，将动静两部件密封；

联轴器作用：将大型罐的几节轴紧密的固定；

封承作用：将运动的轴固定在静止的罐体上；

电机及减速器：驱动搅拌轴。答对5点得满分