厌氧发酵设备

4.6 厌氧发酵设备

一、酒精发酵罐

厌氧发酵设备的特点是在发酵过程中不需通入氧气或空气，有时需通入二氧化碳或氮气等惰性气体以保持罐内正压，防止染菌,以及提高厌氧控制和提高醪液循环。酒精发酵罐和啤酒发酵罐是最常见的厌氧发酵设备.

（一）酒精发酵罐的形式及构造

酒精厂所用的酒精发酵罐通常可分为密闭式和开放式两种。密闭式酒精发酵罐的优点是:可以防止杂菌感染，便于保温冷却及控制发酵温度,酒精产量多,损失少，可回收CO2，发酵率高；缺点是结构较复杂,造价较贵。目前大多数厂都采用密闭式发酵罐。密闭式酒精发酵罐有锥底和斜底之分，如图4—48所示。酒精发酵罐罐身一般为圆柱形,罐顶采用锥形或碟形.锥底酒精发酵罐如图4-49所示.在大型酒精发酵罐内安装有冷却蛇管或纵横交错的直管，在罐顶外壁有一圈喷水冷却管，以利于维持发酵温度.小型发酵罐通常只采用表面冷却。酒精发酵罐的上部有顶盖及视镜，可观察发酵罐的表面现象。进料管一般安装在罐的顶部，放料管安装在底部，二氧化碳排出管安装在罐顶部。

图4—48 酒精发酵罐罐底形式

图4—49 锥底酒精发酵罐

罐内常装有供加热杀菌用的直接蒸汽管。大型酒精发酵罐的下部都开有人孔，以便工人进入罐内清洁及修理。此外,在罐体的上、下段装有温度计及取样器，伸入罐内。酒精发酵罐工作时,罐内不同高度的发酵液中CO2含量有所不同，发酵液中形成一个CO2含量的梯度，一般罐底CO2气泡密集程度较高，醪液相对密度小，罐上部液层CO2气泡密集程度较低，醪液相对密度大，于是相对密度小的底部发酵液就具有上浮的提升力，同时，上升的二氧化碳气泡对周围的液体也具有一种拖曳力，这拖曳力和液体上浮的提升力结合就构成气体搅拌作用，使罐内发酵液不断循环混合和热交换。因此，酒精发酵罐一般不用配置机械搅拌器。但当发酵罐体积较大，罐内产生的CO2气量较少时酒精发酵罐可配置侧向搅拌器，如图4—50所示.

酒精发酵罐的洗涤,过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且二氧化碳气体一旦未彻底排除，工人入罐清洗就会发生中毒事故。近年来，酒精发酵罐已逐步采用水力喷射洗涤装置,如图4-51所示，从而改善了工人的劳动强度和提高了操作效率。水力洗涤装置是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成，两头喷水管弯有一定的弧度，喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔，喷水管安装时呈水平，喷水管借活络接头和固定供水管连接。

图4-50 加装搅拌器的斜底酒精发酵罐

图4—51 水力喷射洗涤装置

它是借喷水管两头喷嘴以一定的喷出速度而形成的反作用力，使水管自动旋转,在旋转过程中，喷水管内的洗涤水由喷水孔均匀喷洒在罐壁、罐顶和罐底上，从而达到水力洗涤的目的。

（二）酒精捕集器

在发酵过程中酒精蒸发损失量，一般为0.5％～0。8%。为了收集这些随同CO2混合逸出的酒精蒸气，可在发酵车间内设置酒精捕集器回收酒精.常用的酒精蒸气捕集器有填料式和泡盖式两种，其作用原理是:利用酒精能易被水所吸收溶解的这一特性，当含有酒精的二氧化碳混合气与水接触时，其中所含的酒精蒸气很易被水吸收而成稀酒精溶液，从而达到回收的目的。从酒精捕集器排出的稀酒液的浓度一般为1。5％～2。5%(质量分数).填料式酒精捕集器实际上就是一个填料吸收塔。它是一个圆筒形的容器，内堆放一定厚度的填料层，所用的填料常为陶瓷环、玻璃或焦炭等，CO2以0.2～0.4m／s的速度经塔底的筛板(或栅板)上升，穿过填料层,与由塔顶喷淋而下的水接触，CO2气所携带之酒精蒸气被水吸收后变成稀酒液从塔底排出，被吸收了酒精的CO2气从塔顶排出。填料或泡盖在捕集器的作用是增大气体与水之间的接触面积和接触时间。

（三）酒精连续发酵设备

酒精间歇式发酵的各个阶段全都在一个发酵罐内进行，其缺点是发酵周期长,管理分散，不便于自动化。酒精连续发酵的新技术能较好地解决这些问题。酒精连续发酵的方式是从最初的单罐连续发酵发展到多罐的串联连续发酵。目前我国的糖蜜原料制酒精及淀粉质原料制酒精的连续发酵生产是采用多罐串联连续发酵。

1．糖蜜原料制酒精的连续发酵设备组合

图4—52是糖蜜制酒精的连续发酵流程，该流程由9个发酵罐组成，其容量视生产能力大小而定。酵母和糖蜜同时连续流加入第一罐内，并依次流经各罐，最后从9号罐排出。除了在酒母槽通入空气之外，在1号罐内也同样通入适量的空气，或增大酵母接种量，维持1号罐内工艺所要求的酵母数。

图4-52 糖蜜制酒精连续发酵流程

连续发酵周期结束，则贮存于每罐的发酵液,先从末罐按逆向顺序依次排出，入蒸馏塔蒸馏。而空罐则依次进行清洗灭菌待用。为此，安装管路时，必须注意对各罐的轮换消毒。二氧化碳则由各罐罐顶排入总汇集罐,再送往二氧化碳车间，进行综合利用。

2．淀粉质原料制酒精的连续发酵设备组合

图4—53是淀粉质原料制酒精连续发酵流程。该流程由11个发酵罐组成,借连通管将各罐互相连接,糖化醪和液曲混合液同时连续平行流入前3罐。在发酵过程中，发酵液由罐底流出，经连通管进入另一罐的上部,其余依次类推，最后流入最末的两罐计量,并轮流用泵送往蒸馏工段。

图4—53 淀粉质原料制酒精连续发酵流程

发酵过程中所产生的二氧化碳气体借带有控制阀门的U形支管和总管相连，并引向液沫捕集器经分离除去泡沫后，再通过一个鼓泡式的水洗涤塔,经回收酒精后排入大气或二氧化碳综合利用车间。各发酵罐都是密闭的，各罐底均有和总排污管相联接的排污支管,该管和蒸汽管相通，以便消毒和杀菌。为尽可能减少染菌的几率，发酵罐和管道、管件以及阀门等都必须严格地进行消毒和杀菌。连续发酵系统中，冷却装置面积满足酵母对数生长期的降温，维持恒定的发酵温度.

为了使连续发酵能稳定正常生产，酵母繁殖罐应能相继依次轮换。只考虑一个罐是不恰当的,否则容易导致杂菌感染和残糖升高，从而使发酵条件恶化。为使操作管理和控制方便,罐内装置自动清洗设备和适当配置自动仪表测量和记录是十分必要的。

二、啤酒发酵罐

（一)圆筒体锥底罐（简称锥底罐)

锥底罐是国内外广泛使用的设备。其优点是：

（1)锥底罐是密闭罐，可作发酵罐,也可作贮酒罐，便于排放回收酵母，也可用二氧化碳洗涤，除去生青气味，促进啤酒的成熟.同时，由于具备采取加压、升温的操作，生产灵活性大,可以缩短生产周期。