嫌气发酵设备

第六章嫌气发酵设备第一节酒精发酵设备一、对酒精发酵罐的要求(1)及时移走热量; （2）有利于发酵液的排出；（3）便于设备的清洗，维修；（4）有利于回收二氧化碳。

二、酒精发酵罐结构(1)罐体：圆柱形体，碟形或锥形底盖和顶盖。

灌顶装有人孔、视镜、二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。

罐底装有排料口和排污口，罐身上下部有取样口和温度计接口。

(2)冷却装置：中小型发酵罐采用灌顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却；大型发酵罐，采用罐内装冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置。

(3)洗涤：水力洗涤装置，由一根两头装有喷嘴的洒水管组成，两头喷水管弯成一定的弧度，喷水管上钻有一定数量的小孔，借活接头和固定供水管连接，喷水管两头喷嘴以一定速度喷出水而形成反作用力，使喷水管自动旋转，从而达到水力洗涤的目的。

高压水力喷射洗涤装置，一根直立的喷水管，安装于罐中央，在垂直喷水管上钻小孔，水平喷水管借活接头，上端和供水管，下端和垂直分配管连接。

水流在较高压力下，由水平喷水管出口处喷出，并以极大的速度喷射到罐壁，而垂直喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体和罐底。

356789101212图6-45 酒精发酵罐1-冷却水入口 2-取样口 3-压力表 4-CO 2气体出口 5-喷淋水 6-料液及酒母入口 7-人孔 8-冷却水出口 9-温度计 10-喷淋水收集槽 11-喷淋水出口 12-发酵液及污水排出口二、酒精发酵罐的计算（一）发酵罐结构尺寸的确定发酵罐全体积：ϕ0V V =式中 0V ——进入发酵罐的发酵液量，m 3；ϕ——装液系数，0.85~0.90。

带有锥形底、盖及圆柱形筒身的发酵罐：D h Dh DH h h H D V 1.0~05.014.0~1.05.1~1.133421212===⎪⎭⎫ ⎝⎛++=π式中 D ——罐的直径，m ；H ——罐的圆柱部分高度，m ；1h ——罐底高度，m ；2h ——罐盖高度，m 。

根据发酵罐的全体积V 和高径比H/D 等，可确定发酵罐的结构尺寸。

(二)发酵罐罐数的确定对于间歇发酵：发酵罐数目为124+=nt N 式中 N ——发酵罐个数，个；n ——每24小时内进行加料的发酵罐数目，个；t ——发酵周期所需要时间，h 。

（三）发酵罐的冷却面积的计算发酵罐冷却面积的计算可按传热方程式来确定，即：mt K Q F ∆=式中 Q ——总的发酵热，J/h ；K ——总传热系数，∙∙h m J 2/( ℃)；m t ∆——对数平均温度差，℃；F ——冷却面积，2m 。

1 总发酵热QQ=Q 1-(Q 2+Q 3)式中Q1:生物合成热， ； Q2:蒸发损失热， 5％－6％Q1Q3:罐散热2 对数平均温度差ΔTm3 传热总系数K 的确定121211111a a K =+++K K发酵液到蛇管的传热系数K1，一般计算时根据生产经验或直接测定为准，然而由于发酵液的组分和浓度等不同，其不同的发酵液K1值也有所不同，对于酒精而言可以取2300-2700KJ/m 2•h •℃。

从冷却管壁到冷却水的传热系数K 2，若采用蛇管冷却，水为冷却剂，则可以用如下公式计算。

若采用罐外喷淋冷却，则K 2为:上式适用的喷淋水密度为100-1500Kg/h由于发酵液组分时常变化，且主发酵期醪液上下翻腾，传热情况较复杂，故k 值取经验值201600~2100/KJ m h C 。

4 冷却水耗量的计算热平衡方程为Q 发=Q 水=WC P （t 2-t 1）()12t t C Q W P -=发式中 W —冷却水耗量，kg/hP C ——冷却水在平均温度的比热，212t t t m +=时的比热 0J Kg C ；21,t t ——冷却水进出口温度，℃。

第二节啤酒发酵设备近年来，啤酒发酵设备向大型、室外、联合的方向发展。

迄今为止，使用的大型发酵罐容量已达1500吨。

大型化的目的主要有两方面：由于大型化，使啤酒的质量均一化；由于啤酒生产的罐数减少，使生产合理化，降低设备的投资。

啤酒发酵器的变迁过程，大概可分三个方向：①发酵容器材料的变化。

容器材料由陶瓷向木材→水泥→金属材料演变。

现在的啤酒生产，后两种材料都在使用。

②发酵方式改变，开放式向密闭式转变。

③密闭容器形状的演变，由长方形容器上面加穹形盖到圆拄性转变。

目前使用的大型发酵罐主要是立式罐，如奈坦罐，联合罐，朝日罐等。

由于发酵罐量的增大，清洗设备也有很大进步，大多采用CIP自动清洗系统。

一、啤酒发酵设备结构（一）前发酵设备结构大部分为开口式长方形和正方形。

制造材料：钢板、钢筋混凝土、也有用砖砌、外面抹水泥的发酵槽。

涂布一层特殊材料作为保护层。

如沥青蜡涂料、不饱和聚脂树脂、环氧树脂或其他特殊涂料等。

前发酵槽的底略有倾斜，利于废水排出，离槽底10~15cm处，伸出嫩啤酒放出管，该管为活动接管，平时可拆卸，所以伸出槽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，使嫩啤酒放空后，可拆去啤酒出口管头。

酵母即从槽底该管口直接流出。

为了维持发酵槽内醪液的低温，在槽内装有冷却蛇管或排管，前发酵槽的冷却面积，根据经验对下面啤酒发酵罐每立方米发酵液约为0.2m 2冷却面积。

蛇管内通入的冷水。

密闭式发酵槽具有回收二氧化碳，减少前发酵室内通风换气的耗冷量以及减少杂菌污染等机会的优点。

因此，这种密闭式发酵罐已日益被新建的啤酒厂采用。

除了在槽内装置冷却蛇管，维持一定的发酵温度外，也需在发酵室内配置冷却排管，维持室内低温。

但这种冷却排管耗金属材料多，占地面积大，且冷却效果差，故新建工厂多采用空调装置，使室内维持工艺要求的温度和湿度。

（二）前发酵设备的计算1．发酵槽数目的确定若一个发酵槽内可容纳一次糖化冷却麦汁的整数倍，那么发酵槽数目一般按以下公式计算：t Z n N =式中 n ——每日糖化次数；t ——前发酵时间；Z ——在一个发酵槽内容纳一次糖化麦芽汁量的整数倍。

由此可见，在一个发酵槽内容纳一次糖化麦芽汁量的前提下，发酵槽的数目仅仅取决于每日糖化次数和前发酵时间，而与生产量及生产的不平衡性无关。

2．前发酵槽容积计算一次糖化麦汁量或其量的整数倍，同时适当考虑泡沫所占的空间。

即可确定前发酵槽的容积。

ϕ0ZV V =式中 V ——前发酵槽的全容积，m2；Z ——一个发酵槽中容纳糖化一次麦汁量的整倍数；V 0——糖化一次麦汁量，m2；Φ——装液系数，0.8~0.85。

也可按下式计算()1.01+⋅⋅=Z G R V m3式中 R ——产量系数，对120啤酒，R=5.6m3/吨原料，对100啤酒，R=6.7m3/吨原料；G ——每次糖化用料总量，tZ ——每池容纳一次糖化麦汁量的整倍数；0.1——余隙空间，可取0.07，即7~10%。

3．发酵池冷却面积计算啤酒发酵槽的冷却面积：均t K QA ∆=每公斤麦芽糖的酒精发酵的生成热：KJ Q 8.61210003426.209=⨯=每立方米麦汁在发酵期间每小时放热量：()h KJ n q S Q 224-∆=ρξ式中 S ∆——主发酵期间麦汁糖度降低的糖浓度差的百分数，%；ξ——主发酵期间放热不平衡系数，1.3~1.5；q ——发酵1Kg 麦芽糖的放热量，KJ/Kg ；2-n ——猪发酵期间，麦汁实际需要冷却的天数；n——发酵天数，对于间歇发酵的发酵期间其第一天和最后一天是不需冷却的；——麦汁平均密度，3kg。

/m（三）后发酵设备结构后发酵槽又称贮酒罐，该设备主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促进啤酒的稳定，澄清和成熟。

后发酵设备的工艺要求：贮酒室内要维持比前发酵室更低的温度，一般要求0~2℃，特殊要求达-2℃左右；后发酵过程残糖较低，发酵温和，产生发酵热较少，故槽内一般无须再装置冷却蛇管；后发酵的发酵热借室内低温将其带走，因此贮酒室的建筑结构和保温要求，均不能低于前酵室。

室内低温的维持，是借室冷却排管或通入冷风循环而得。

后者比前者应用更广。

后发酵槽是金属的圆筒形密闭容器，有卧式和立式。

工厂大多采用卧式。

由于发酵过程中需要饱和二氧化碳，所以后发酵槽应制成耐压0.1-0.2Mpa表面的容器。

后发酵槽槽身装有人孔、取样阀、进出啤酒接管、排出二氧化碳接管、压缩空气接管、温度计压力表和安全阀等附属装置。

后发酵槽的材料，近几年来采用碳钢与不锈钢压制的复合钢板制作酒槽。

该材料保证酒槽的安全、卫生和防腐性，并且造价比不锈钢的低。

为改善后酵的操作条件，较先进的啤酒厂将贮酒槽全部放置在隔热的贮酒室内，维持一定的后酵温度。

毗邻贮酒室外建有绝热保温的操作通道，通道内保持常温，开启发酵液的管道和阀门都接通到通道里，在通道内进行后发酵过程的调节和操作。

贮酒室和通道相隔的墙壁上开有一定直径和数量的玻璃窥察窗，便于观察后发酵室内部情况。

（四）后发酵槽的计算若选定每个后酵槽的容量后，根据后发酵槽总的有效容积，可按下式确定后发酵罐的数目：s V VN =式中 N ——后发酵槽数目，个；V ——后酵罐总的有效容积，m3；V S ——每个后发酵槽的有效容积，m3。

已知每个后发酵槽的有效容积VS 和该槽的填料系数，则可以确定后发酵槽的全体积：ϕS V V =式中 ϕ——装料系数，取0.9-0.95。

贮酒罐的容积随着生产发展逐渐扩大，在国内最小的多在10~15t ，最大的已有100~200t 。

二、啤酒大容量发酵罐（一）圆柱体锥底发酵罐罐的上部封头设有人孔、视镜、安全阀、压力表、二氧化碳排出口；如果采用二氧化碳为背压，为了避免用碱液清洗时形成负压，可以设置真空阀；锥体上部中央设不锈钢可旋转洗涤喷射器，具体位置要能使喷出水最有力地射到罐壁结垢最厉害的地方。

将已经灭菌的新鲜麦芽汁于酵母由底部进入罐内，发酵最旺盛时，使用全部冷却夹套，维持适宜的发酵温度。

冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可以用氨作冷媒。

其优点是：能耗低，采用的管径小，生产费用可降低。

最终，沉积在锥底的酵母，可通过打开锥底阀排出。

CO 2由罐顶排出，在罐底装有净化CO 2的充气管，CO 2从充气管的小孔吹入发酵液中，以便在发酵过程中饱和CO 2。

锥底角度60-120度，以70度为好，高径比1.5-6:1，常用3:1或4:1。

第 11 页 共 11 页（二）联合罐具有较浅锥底的大直径（高径比1:1-1.3）发酵罐，能在罐内进行机械搅拌，并具有冷却装置。

由带人孔的薄壳垂直圆柱体、拱形顶和有足够斜度以便沉降酵母排除的锥底组成。

罐顶可设安全阀，必要时设真空阀。

罐体采用聚尼烷作保温层，外加铝板。

既做发酵罐又可做贮酒罐。

冷却夹套只有一段，位于罐的中上部，上部酒液冷却后，沿罐壁下降，底部酒液从罐中心上升，形成自然对流。

为加强酒液的自然对流，在罐的底部加设一2CO 喷射环，同时挥发性物质被2CO 带走。