《工程设备》课件.ppt

1 第三章嫌气发酵设备 2 酒精发酵设备啤酒发酵设备连续发酵设备 主要内容 3 一 酒精发酵设备 4 一 酒精发酵罐 5 二 水力洗涤装置 6 三 酒精发酵罐的计算 1 发酵罐结构尺寸的确定 带有锥形底 盖的圆柱形发酵罐全体积为 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 发酵罐全体积按下列计算 7 罐体高度 底 盖高度和罐径的尺寸关系 8 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 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 9 发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定 即 3 发酵罐冷却面积计算 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 10 总的发酵热Q 对数平均温度差 Tm 传热总系数K 冷却水耗量的计算 11 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 解 1 确定发酵罐个数 12 2 确定发酵罐体积及结构尺寸 发酵罐体积 发酵罐几何尺寸 选取结构尺寸比例 H 1 2D h1 h2 0 1D 则 发酵罐表面积 圆柱体表面积A1和罐底 罐顶表面积A2 A3 13 3 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸 总的发酵热Q 发酵罐表面积 14 冷却水耗量 对数平均温度差 Tm 15 传热总系数K值 冷却面积 冷却水耗量 L h 6 45 16 冷却装置主要结构尺寸 蛇管总长度L 每圈蛇管长度l 蛇管总圈数 蛇管总高度 17 二 啤酒发酵设备 18 啤酒发酵工艺流程图 19 20 21 啤酒发酵设备 啤酒酿造工艺 22 23 24 啤酒发酵容器的变迁过程 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 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 25 1 前发酵设备 开放式前发酵槽 一 传统的发酵设备及计算 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10 15cm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 26 置有开放式发酵槽的发酵室及供排风系统 置有密闭式发酵槽的发酵室及冷风循环系统 密闭式的优点 27 2 主发酵槽的计算 1 发酵槽数目的确定 2 主发酵槽体积的确定 3 主发酵槽冷却面积计算 Z 一个发酵槽可容纳的糖化一次麦芽汁量的整数倍 n 每天糖化的次数 t 前发酵的天数 V0 糖化一次麦芽汁量 28 卧式后发酵槽 立式后发酵槽 3 后发酵设备 贮酒罐 人孔 连通接头 排CO2等 取样口 啤酒放出阀 压力表和安全阀 压力调节装置 取样口 人孔 啤酒放出阀 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 29 4 后发酵槽的计算 1 后发酵槽数目的确定 2 后发酵槽全体积的确定 后发酵槽总的有效体积 后发酵液体的总体积 每个发酵槽的有效体积 30 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 奈坦罐 31 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 32 H D 1 5 6 1常用3 4 1 锥形罐设计时需考虑的主要因素1 锥形罐的几何尺寸 H0 D 0 866 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 容器的形式 发酵设备造价 工艺发展 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 33 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 34 2 防止罐内真空 罐内真空的产生原因 转罐 放料速度过快或背压偏低 有可能造成一定的负压 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 35 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 36 锥形罐的冷却装置 37 1 冷却方式间接冷却方式 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 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 38 2 直接冷却方式的优点节约能源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 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 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 39 3 采用直接冷却方式需要注意事项液氨具有刺激性臭味 在一定条件下可燃可爆 有毒性 在设计时必须考虑其安全性 液压工作压力较高 且渗透性很强 所以对发酵罐的夹套焊接质量要求也较高 采用直接冷却的关键技术是夹套的结构类型和焊接质量 40 4 发酵液在发酵罐中的对流方式CO2的作用 由于容器较大 在锥形罐的发酵叶中形成CO2含量梯度 由于液体中存在气泡而使其相对密度降低 气泡密集程度高的罐底部液层 其相对密度小于气泡密度低的罐上部液层 于是相对密度小的发酵液就具有上浮的提升力 而且在发酵时上升的CO2气泡会对周围的液体具有拖拽力 由于拖拽力和提升力结合后所造成的气体搅拌作用 使罐的内容物得到循环 促进了发酵液的混合和热交换 冷却操作的影响 主发酵阶段 锥顶温度 锥底温度 对流方向为温度高的啤酒向上流动 温度低的啤酒向下运动 冷贮阶段 锥底温度 锥顶温度 对流方向为温度高的啤酒向下流动 温度低的啤酒向上运动 41 2 联合罐 Universal 型发酵罐 通用罐 即可用于前 后发酵 也可用于多罐法和一罐法生产 适合多方面的需要 故又称之为通用罐钢板与混凝土制作的有较浅锥底的大直径 1 1 1 3 发酵罐 能在罐内进行机械搅拌 并具有冷却装置 不耐压 不锈钢板 15cm聚尼烷保温层且外覆铝板 为加强罐内流动 在罐中央设CO2注射圈 优点 可采用机械搅拌等 适合多方面的需要 42 3 朝日罐 4 6mm不锈钢板制作的斜底圆柱形发酵罐 工艺独特 安装有可动排液管 发酵中啤酒循环 优点 可加速啤酒的成熟 减少排出酵母时发酵液的损失 后酵时罐的装量达96 提高设备利用率 缺点 动力消耗大 为什么 43 三 CIP清洗系统 CleanInPlace 预冲洗 44 三 连续发酵 45 间歇发酵 分批加料 微生物在一个罐内完成4个阶段的培养 发酵周期长 发酵罐数多 设备利用率低 连续发酵 培养液和代谢产物连续流加和排出 微生物一直在指数期 发酵周期短 设备利用率和生产效率高 易于自动化生产 46 一 酒精连续发酵流程 1 糖蜜制酒精连续发酵流程 47 2 淀粉质原料制酒精连续发酵流程 48 二 啤酒连续发酵流程 1 APV塔式连续发酵上面发酵流程 分批加入无菌麦汁 塔底进入 塔内多孔板折流 麦汁一边上升一边发酵 直至满塔为止 培养并使其达到酵母浓度梯度后 用泵连续泵入麦汁 必须控制麦汁在塔内的流速 流速低 发酵度高 但产量少 流速高 啤酒发酵度不足 酵母被带出 须经常从塔底通入CO2嫩啤酒经酵母分离器 薄板换热器冷却至 1度 贮酒罐 充CO2 过滤包