厌氧发酵设备的认知与操作-酒精发酵设备

酒精间歇式发酵设备酒精一般以淀粉质或糖蜜为原料，利用酵母发酵、经蒸馏等过程制得。酒精发酵的方式有：间歇式、半连续式和连续式三种。发酵设备分为间歇式和连续式两类。间歇式发酵设备主要是酒精发酵罐，通常可分为密闭式和开放式。目前大多数厂都采用密闭式发酵罐。（1）密闭式酒精发酵罐

①设计要求。密闭式酒精发酵罐的设计必须满足酒精酵母生长和代谢的必要工艺条件；能及时移走生物反应过程中释放出的热量；有利于二氧化碳的回收和利用；便于发酵液的排出、设备的清洗和维修。②结构。密闭式酒精发酵罐的结构如图7.1-1所示。图7.1-1酒精发酵罐1—冷却水入口；2—取样口；3—压力表；4—CO2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a.罐体。罐体为圆柱形，上下封头为锥形或碟形。通常径高比为1：（1.1～1.4），一般以钢板制成。罐顶设有压力表、CO2气体出口、喷淋水进口、料液及酒母入口、人孔。罐身设有冷却水进出口、取样口、温度计插孔。罐体底部沿圆周外壁装有喷淋水收集槽，槽底有水排出口。罐底有排污口。b.换热装置。对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管，每立方米有效容积的冷却面积不少于0.25m2。另罐顶外壁有一圈喷水冷却管，并在管上钻有若干喷水小孔，而中小型发酵罐通常只用表面冷却。③洗涤装置。a.水力洗涤器。水力洗涤器的结构如图7.1-2所示，由一根两头装有喷嘴的洒水管组成，两头喷水管弯成一定弧度，喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔，喷水管水平安装，借活络接头与供水管连接。其工作原理是借喷水管两头喷嘴以一定喷出速度而形成的反作用力，使喷水管自动旋转，将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，从而达到水力洗涤目的。水力洗涤器的特点是结构简单；操作方便；改善了工人劳动强度，提高了工作效率；在水压力不大的情况下，水力喷射强度和均匀度都不够理想，以致洗涤不彻底，尤其是大型发酵罐更为明显。b.水力喷射洗涤装置。水力喷射洗涤装置的结构如图7.1-3所示，由一根直立的空心分配管，沿轴向安装在罐的中央，分配管上按一定的间距均匀地钻有φ4~6mm的小孔，孔与水平成20°角，喷水管借助于活络接头，上端和供水管，下端和垂直分配管连接。垂直分配管上端装有水力洗涤器。其工作原理是洗涤水在较高的压力（0.6～0.8MPa）下，由喷水管两端的喷嘴喷出，使喷水管48~56r/min自动旋转，以高压的水力喷射到罐壁上，而垂直分配管也以同样的水流速度喷射到罐壁和罐底，很短时间内迅速完成洗涤作业。水力喷射洗涤装置的特点是在水力洗涤器的基础上，增加了垂直分配管，加强对罐壁和罐底的洗涤功能，提高了洗涤效果。图7.1-3发酵罐水力喷射洗涤装置④特点。密闭式酒精发酵罐的优点是不通入氧气或空气、没有搅拌装置、节省能源；能防止杂菌污染；有利于保温冷却和控制发酵温度；酒精损失少，产量多；便于回收CO2。其缺点是设备结构比较复杂；制造价格较高，投资较大；发酵周期长，管理分散，不便于自动化；酒精生产效率不高。⑤操作要点。a.进料前，先检查罐的阀门是否关闭，压力表是否正常；b.用泵将冷却好的糖化醪送入发酵罐，并检查醪液温度；c.按要求的量接入酒母成熟醪，一般一次(加满法)接入量为10％；d.间歇发酵温度30~34℃，超过34℃要冷却降温；e.发酵过程中要采用酒精捕集器回收酒精，同时做好CO2的利用工作；f.对发酵成熟醪指标进行测定和分析，发酵时间为58～72h，通常60多小时发酵完毕。

发酵酒精度一般8％～10％（体积分数），好的可达10％～12％。通过对成熟醪液分析，可以发现生产中的存在问题，从而可以采取相应的措施。⑥发酵液循环原理。酒精发酵罐发酵时，罐内不同高度的发酵液CO2含量不同，形成了一个CO2含量梯度。一般罐底CO2气泡密集程度比较高，醪液相对密度小，罐上部CO2气泡密集程度低，醪液相对密度大，于是底部发酵液具有上浮提升能力，同时，上升的CO2气泡对周围液体也具有拖拽力，这种拖拽和液体上浮的提升力一起形成气体搅拌作用，使发酵液在罐内循环，因此，酒精发酵罐一般不配置机械搅拌器。但当发酵罐体积大时，可配置侧向搅拌装置。⑦主要计算。a.发酵罐的总体积V式中——进入发酵罐内醪液的量，m3；——装满系数，；b.发酵罐个数的确定式中——发酵罐个数，个；——每日使用的发酵罐个数，个；——发酵罐周转时间，h；——成熟醪贮罐数，个。（2）酒精捕集器图7.1-4填料式酒精捕集器图

7.1-5复合式酒精捕集器在发酵过程中，随CO2带走酒精的损失量，一般为0.5％～1.2％，为回收这些酒精，工厂采用在发酵车间设置酒精捕集器的方法，常用的捕集器有：泡罩塔式、填料式、复合式三种。①作用原理。利用酒精易被水吸收溶解的特征，当含有酒精的CO2混合气与水接触时，其中所含的酒精蒸气被水吸收，而成稀酒精溶液，从而达到了回收的目的。②结构。a.泡罩塔式酒精捕集器。它的结构与酒精蒸馏塔相似，由5～7块单泡罩塔板组成，层板距150～180mm，每层的泡盖数可为单个，也可采用多个；b.填料式酒精捕集器。填料式酒精捕集器实际是一个填料吸收塔，结构如图7.1-4所示，由一个中间圆筒体上下椭圆封头组成，内部装有上下两块筛孔板，在下层筛板上，堆放一定厚度的陶瓷环、玻璃或焦炭块，器身下有CO2进口，上有水进口，器顶有CO2出口，器底有水封排出口；c.复合式酒精捕集器复合式酒精捕集器结构如图7.1-5所示，由两部分组成，上部是一节筛板塔，下部是膜冷凝器，器身冷凝段有冷却水进出口，器身底部有CO2进口，上盖有水进口和CO2出口，下盖有淡酒出口。酒精连续发酵设备酒精一般以淀粉质或糖蜜为原料，利用酵母发酵、经蒸馏等过程制得。酒精发酵的方式有：间歇式、半连续式和连续式三种。发酵设备分为间歇式和连续式两类。

酒精连续发酵是在发酵罐内连续不断地流加培养液，同时又连续不断地排出发酵液，使发酵罐中的微生物始终保持在生长加速期，培养液浓度和代谢产物含量具有相对的稳定性，微生物发酵过程中，一直维持在稳定状态，这样不仅缩短发酵周期，而且还提高了设备利用率。目前我国连续发酵的方式，一般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流程①设备组成。如图7.1-6所示，糖蜜连续发酵由八到九个发酵罐串联组成，通常第一、二个罐称为酒母繁殖罐，第三、四个罐称主发酵罐，第五、第六、第七罐称后发酵罐，第八、第九罐为轮流使用的计量贮罐。图7.1-6糖蜜原料制酒精连续发酵流程1—糖液；2—酒母；3—CO2；4—成熟醪②特点a.连续发酵时，酵母随醪液流动，改善了酵母生长和发酵条件，提高了酵母的活力，增加了发酵率，一般发酵率可达85％~89％；b.采用高浓度糖液，不需加酸酸化，不仅提高了发酵液中酒精含量，也节约了硫酸用量；c.节约了大量水、压缩空气和燃料，减轻了工人劳动强度；d.采用自动测量系统，大大提高了劳动生产率。③操作要点。糖蜜连续发酵过程中，保持整个系统的稳定是进行正常发酵的关键，而要保持系统的稳定，就首先要保持各发酵罐中酵母细胞密度的稳定。a.维持第一罐的酵母数。酵母和糖蜜同时连续流加入第一罐，在罐内通入适量空气，或增大酵母接种量，维持一号罐内工艺要求的酵母量；b.连续发酵的控制。稀释比的确定：稀释比D是流加速度F与发酵罐或罐组首罐(即流加糖化醪的罐)有效容积V之比，即D=F/V，已知连续发酵稳定的前提是稀释比D等于酵母细胞密度μ，控制好合适的D值，在操作过程中，控制流加速度是连续发酵控制中最重要的措施；滑流和滞留的防止：滑流是指后进醪先流出去。滞留是指先进的醪后流出去。滑流现象会造成醪液发酵不完全。防止滑流的方法，是发酵罐组的罐数不得少于6只，罐数愈多，滑流机率愈少。滞留现象是造成连续发酵污染的主要原因之一。防止滞留主要从设备结构上采取措施，发酵罐直径不宜太大，要用锥形底，没有死角等；污染的防止：对杂菌污染的控制是决定连续发酵成败的关键，防止方法主要是加酸酸化、控制pH、加抗生素或防腐剂、预防性灭菌、污染源的消除等；二氧化碳气塞的防止：二氧化碳气塞指在溢流管的某一部位积留CO2、堵塞溢流管的现象，防止方法是在安装溢流管时，要注意不要在上部进口处造成可能形成二氧化碳气塞部位；流加罐的温度要维持在30～33℃；c.结束放料。按目前的流程装置和工艺条件，连续发酵周期可达20d左右，甚至更长，结束时，则贮存于每罐的发酵液，先从末罐按逆向顺序依次排出，送入蒸馏塔蒸馏，而空罐则依次进行清洗灭菌待用。（2）淀粉质原料制酒精连续发酵设备流程①组成。淀粉质连续发酵设备如图7.1-7所示，由十一个发酵罐组成，前三只为酒母繁殖罐，最末两只为计量罐，其余为主、后发酵罐。②特点。a.缩短了发酵时间，提高了设备利用率；b.由于连续发酵时发酵液处于流动状态，