工程设备2.2

nt N 1 24
N－ 发酵罐个数； n － 每24小时内进行加料的发酵罐数目； t － 一次发酵周期所需时间，h
8
3. 发酵罐冷却面积计算
发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：
Q A KTm
A—冷却面积（m2） ;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
带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全体积为:
π 2 h1 h2 V D H 4 3 3
6
罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系：
↓ ↑
H 1.1～1.5D h1 0.1～0.14D h2 0.05～0.1D
←
D
→
↓ ↑
7
2. 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：
Q 3 118 33.5 (35 32) 1.2 10 4 Q 3.68 10 5(kJ / h )
13
② 冷却水耗量
Q 3.68 105 W 17600 （kg / h） C p (T2 T1 ) 4.186 25 20
③ 对数平均温度差△Tm
A Q KTm
① 总的发酵热Q
Q Q1 Q2 Q3
Q1 m sq 24 4 1000 1% 418.6 4 105 Q2 5% Q1 2 104 Q3 A' K（ C TW TB）
KC T 4 T 4 W B c 发酵罐表面积 100 100 33.5 4 k 对 k 辐＝1.7 TW TB TW TB
35
• 锥形罐的冷却装置
36
（1）冷却方式
① 间接冷却方式：冷却剂是25%的乙醇或乙二醇 水溶液，在氨制冷机的蒸发器箱中进行冷却， 温度-5℃，采用水平流动的冷却管段，冷却剂 以下进上出方式进入冷却管道。 ② 直接冷却方式：液氨直接在锥形罐的冷却夹套 中蒸发并吸热，对发酵罐中的酒液进行降温。 冷却剂的流动方式可采用半圆管的垂直流动式 或水平流动式。液氨从上面经过分配管进入， 向下流动，即上进下出。
↓ ↑
• 发酵罐几何尺寸 选取结构尺寸比例：H = 1.2D，h1＝ h2＝0.1D
π 2 1 1 D ( H h1 h2 ) 4 3 3 0 .2 D 100 0.785D 2 (1.2 D ) 3 D 4. 7 m 则 H 1. 2 D 5 . 6 m h h 0.1D 0.47m 2 1 V
K 2 4.186 A ''
6.45

0.8
D0.7
D 4 1 1.77 1.45 10 R'
K
1 1932 1 1 0.0035 1 2700 14500 188 16750
⑤ 冷却面积
Q 3.68105 A 26.5(m2 ) KTm 1932 7.2
H0/D = 0.866
32
2、罐压的要求
（1）罐的耐压要求：大型罐的CO2产生量很大，所以 要考虑CO2的回收。为了从罐中收集CO2，就必须使罐 内的CO2维持一定的压力，以克服气体收集系统的摩擦 压头。另外，在啤酒的后熟和贮酒过程中需要达到CO2 饱和状态。因此，啤酒发酵罐是一个耐压罐。 罐的工作压力：应根据发酵工艺而定，单做主/前发酵 的罐，耐压程度较低，如采用加压发酵工艺则应适当 提高罐的耐压程度。若采用一罐法发酵，则耐压程度 要稍高于单用于主/前发酵罐。 安装安全阀的目的：防止发酵罐内压力高于发酵罐的 耐压范围所产生的危险，安全阀门在罐内压力高于工 作压力时能够自动开启释放压力，当罐内压力低于工 作压力时则自动关闭。有配重式和弹簧式两种。
37
（2）直接冷却方式的优点
① 节约能源20%左右。直接蒸发的压缩机工作温度只 需-5℃左右，而采用间接冷却方式时，压缩机需要 在低得多的温度下进行，由此使制冷机的制冷能力 偏低。另外，冷却剂液氨的输送量也少得多。 ② 需要的设备少。比间接冷却节省了液氨蒸发酒精水 或乙二醇水，也减少了蒸发器。 ③ 需要的绝热材料少，安装费用低。由于液氨流动量 减少，则使用的管道直径变小，加之容器减少，降 低了绝热材料的消耗，也节省了安装费用。
25
密闭式的 优点？
↓
→ →
↓
→ →
↑ ← ←
↑
↓
↓
← ← ←
↓
置有开放式发酵槽的
置有密闭式发酵槽的
发酵室及供排风系统
发酵室及冷风循环系 统
26
2. 主发酵槽的计算 (1) 发酵槽数目的确定
N nt N nt / Z
(2) 主发酵槽体积的确定
n: 每天糖化的次数， t: 前发酵的天数 Z :一个发酵槽可容纳的 糖化一次麦芽汁量的整数倍 V0 :糖化一次麦芽汁量
31
• 锥形罐设计时需考虑的主要因素 1、锥形罐的几何尺寸
↑
←
D
→
↑
60°
↓↓
容器的形式：发酵设备造价、工艺发展 罐内液位高度不仅影响发酵副产物的组 成，同时影响酵母的活性和生理代谢。 罐体的高度(40m)和径(10m)高比应根据 发酵工艺要求确定 液位过高罐内静压大，并且导致CO2 浓度梯度增大，从而影响酵母的活性 和生理代谢。另外，罐体过高，发酵 对流过强，降低啤酒质量。 H/D = 1.5～6: 1 常用3～4:1

1.发酵容器材料 2.开放式向密闭式转换 3.密闭容器的发展
• 大型的立式啤酒发酵罐
奈坦罐、联合罐、朝日罐
24
一）传统的发酵设备及计算
1. 前发酵设备
A →
开放式前发酵槽
• 由钢板或钢筋混凝土制成 • 形式以长方形或正方形为主 • 为防止腐蚀，需涂布环氧树 脂或不饱和聚酯树脂作为防 腐层 • 底部略倾斜，距池底1015cm处安装有出酒阀 • 槽中装设冷却蛇管或排管， 冷却面积0.2m2/m3 • 密闭式发酵池具有回收二氧 化碳，减少前发酵室通风换 气的耗冷量以及减少杂菌污 染机会的优点。 • 主发酵池置于隔热良好、清 洁卫生的发酵室内，采用空 调设备。
第三章 嫌气发酵设备
1
主要内容
酒精发酵设备 啤酒发酵设备 连续发酵设备
2
一. 酒精发酵设备
3
一）酒精发酵罐
4
二）水力洗涤装置
5
三）酒精发酵罐的计算
1. 发酵罐结构尺寸的确定
发酵罐全体积按下列计算:
V V0
V—发酵罐的全体积（m3）；V0—进入发酵罐的发酵液量（m3）
—装液系数， 一般取=0.85~0.90
解： (1) 确定发酵罐个数
24 n 6 4 nt 6 72 N 1 1 19 24 24
11
(2) 确定发酵罐体积及结构尺寸
• 发酵罐体积
V V0


24 4 1000 100(m3 ) 1076 0.9
H 1.1～1.5D h1 0.1～0.14D h2 0.05～0.1D
V
ZV0

(3) 主发酵槽冷却面积计算
Q
sq
24t
Q A KTm
27
3. 后发酵设备（贮酒罐）
后发酵槽又称贮酒罐，主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化 碳，促进酒的稳定、澄清和成熟。贮酒室温度更低，贮酒罐内无需 装设冷却蛇管。
压力表和安全阀 连通接头 （排CO2等）
压力调节装置
取样口 人孔
H ( N P 1)hP (17 1) 0.15 2.4(m)
16
二. 啤酒发酵设备
17
18
啤酒发酵工艺流程图
19
20
啤 酒 发 酵 设 备
啤 酒 酿 造 工 艺
21来自百度文库
22
23
啤酒工业的发展趋势 发酵设备的大型化和自动化，工艺上趋向于缩短生 产周期,啤酒生产装备的影响要比其工艺的影响更大。 啤酒发酵设备的发展方向 大型化、室外化、联合化 大型化的目的：使啤酒质量均一化；由于啤酒生产的罐 数减少，使生产合理化，降低了主要设备的投资。 • 啤酒发酵容器的变迁过程
Tm
30 20 30 25 7.2(℃） (TF T1 ) (TF T2 ) lnTF T1 TF T2 ln30 20 30 25
14
④传热总系数K值
v
冷却水耗量（L/h）
17600 1.12(m/s) 2 0.785 (0.053) 1000 3600 2
料制成，底部锥形，广泛用 于上面或下面啤酒生产。 优点：容积大、占地少、设 备利用率高、投资省，而且 便于自动控制，所以已被广 大啤酒厂家所使用，代替了 冷藏库式的传统发酵。 目前成为国内外啤酒工厂使 用较多的设备。
30
奈坦罐
锥形罐的发酵方式 1、“两罐法”发酵-“前锥后贮” （1）主/前发酵在发酵罐中进行，而后发酵和贮酒 阶段在贮酒罐中完成。 （2）主/前发酵、后发酵在一个发酵罐中进行，贮 酒阶段在贮酒罐中完成。 2、“一罐法”发酵 主/前发酵、后发酵、贮酒阶段都是在一个发酵罐内 完成。 “一罐法”发酵的优点：操作简单，在啤酒的发酵 过程中不用倒灌，避免了在发酵过程中接触氧气的 可能。罐的清洗方便，消耗洗涤水少、省时、节能， 国内多数厂家都采用一罐法发酵工艺。
←
D
→
↓ ↑
• 发酵罐表面积(圆柱体表面积A1和罐底、罐顶表面积A2、 A3）
A1 πDH 3.14 4.7 5.6 82m 2 A2 A3 πR R 2 h12 3.14 2.35 2.352 0.472 18m 2
12
(3) 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
9
• 总的发酵热Q
Q Q1 Q2 Q3
• 对数平均温度差△Tm
Q Wc pt2 t1
(TF T1 ) (TF T2 ) Tm T T ln F 1 TF T2
• 传热总系数K
K
K2 • 冷却水耗量的计算
W
0.8 D 4.186A' ' 1 1.77
33
（2）防止罐内真空 罐内真空的产生原因： ① 转罐：放料速度过快或背压偏低，有可能造成一 定的负压。 ② 内部洗涤：由于罐的清洗溶液中含有碱性物质， 能与罐内留存的CO2反应而除去CO2气体，因而 造成真空。 罐内真空的危害：大罐对真空敏感，较小的负压就会 导致其外形的改变，负压造成的危险远比大罐超 压要大。所以必须在罐顶安装真空安全阀。 真空安全阀的作用：在罐内出现负压时允许空气进入 罐内，以建立罐内外压力的平衡。
15
⑥ 冷却装置主要结构尺寸
蛇管总长度L
L A 26.5 149(m) DCP 3.14 (0.053 0.06) / 2
每圈蛇管长度l
l
2 DP 2 hP

3.14 32 0.15 2
9(m)
蛇管总圈数
NP L 149 17 l 9
蛇管总高度
取样口 人孔
啤酒放出阀
啤酒放出阀
卧式后发酵槽
立式后发酵槽
28
4. 后发酵槽的计算
(1) 后发酵槽数目的确定
后发酵槽总的有效体积
V = 后发酵液体的总体积 N VS 每个发酵槽的有效体积
(2) 后发酵槽全体积的确定
V0
VS

29
二）新型啤酒发酵设备
1. 圆筒体锥底发酵罐结构特点
碳钢加涂料或不锈钢两种材
D
0.7
1 1 1 k1 k 2 k 3 k 4
1

R
QB C p (T2 T1 )
10
酒精发酵设备
例题
某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24t/h，每4h装满一罐，发酵 周期为72h，主发酵温度为30 ℃，冷却水的初、终温分别为20℃ 和25℃，最高壁温和气温分别为35 ℃ 和32 ℃ ，若罐内采用蛇 管冷却，试确定发酵罐的罐数、结构尺寸、冷却水耗量、冷却面 积和冷却装置的主要结构尺寸。（糖化醪密度为1076kg/m3)
34
真空阀在正常压力或超压状态下，其通道是关 闭的，在出现负压时，则通过压力传感器反馈给控 制系统，控制系统下达指令，动作开关使真空阀打 开，压缩空气进入维持罐内外的压力平衡。为防止 真空阀被黏糊或冻结，真空阀与CIP清洗系统相连， 其护盖内部有一特定的喷嘴。真空阀体呈圆球状， 通道光滑，无卫生死角，便于清洗。 3、锥形发酵罐的冷却 酵母在发酵过程中会产生生物热，为使发酵和 后熟在设定的工艺温度下进行，必须进行冷却处理， 锥形发酵罐的设计要考虑恰当的冷却工作负荷。