第一节 嫌气发酵设备.ppt

1、第七章 发酵工程设备,嫌气发酵设备 好氧发酵设备,一 酒精的用途 二 酒精的发酵工艺 三 酒精的发酵设备,第一节 酒精发酵工艺及设备简介,一 酒精的用途,食品行业 化工行业 医药行业,二 酒精的发酵工艺,菌种：酵母,原料：含有可发酵性糖或可转变为可发酵性 糖的原料 淀粉原料 薯类 谷物 糖质原料 废糖蜜、甜菜、甘蔗 纤维质原料 工业下角料,淀粉质原料 预处理 蒸煮 糖化 发酵 酒精,酒精生产工艺：,糖化剂：淀粉酶,实际生产中，由于淀粉水解的最终产物对淀粉酶有反馈抑制作用，使得淀粉完全水解需要较长的时间，在生产上是不必要的。为此在酒精生产过程中的糖化只要求部分淀粉转化为糖，供酵母菌需要，其余淀粉

2、则在发酵过程中边糖化边发酵。,四 酒精发酵罐,酒精发酵罐须满足酵母菌生 产和代谢的必要条件，此外要 考虑热量（发酵热）的排出即 冷却性能，发酵液的排放和设 备清洗、维修及制造安装方便 等问题。,罐顶：,罐身：,罐底：,水力喷射洗涤装置：,洒水管：水平安装，借活动接头与固定供水管连接。两端装有喷嘴；洒水管上均匀开有一定数量的小孔。,洗涤：借助喷嘴以一定速度向外喷水，产生反作用力，使喷水管自动旋转，在旋转过程中，喷水管内的洗涤水由喷水孔均匀洒在罐壁、罐顶和罐底，达到水力洗涤的目的。,高压强的水力喷射洗涤装置：,垂直安装于罐中央的喷水管，按一间距均匀地钻有直径46mm的小孔，而且小孔与水平方向成20

3、0角；水平喷水管不变。,洗涤水压为0.60.8MPa，水流在较高压力下，由水平喷水管出口处喷出形成4856rpm转速的自动旋转并以极大的速度喷射到罐壁各处。垂直喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体四壁和 罐底，可在短时间内完成洗涤。,五 酒精发酵罐的设计计算,(一)发酵罐基本结构尺寸,发酵罐的全体积：,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，,酒精发酵罐基本尺寸比例：,罐体高度H1.11.5D（罐直径） 罐底高度h10.10.14D 罐盖高度h20.050.1D,(二)发酵罐冷却面积的计算,发酵罐冷却面积A可由热量传递基本方程求出：,Q总的发酵热，J/hr K传热总系数

4、，J/m2hr Tm对数平均温度差， A冷却面积，m2,1、总发酵热Q,微生物嫌气发酵过程中的总发酵热包括：生物合成热Q1、 蒸发损失热Q2、发酵罐向周围环境散失的热量Q3。,维持微生物生命活动的呼吸热、促进微生物增 殖的繁殖热以及微生物形成代谢产物的发酵热。,每消耗1kg麦芽糖发酵放出的实际生物热 量为418.6kJ。,生物合成热：,酒精、啤酒发酵：,蒸发损失热Q2：,代谢气体带走的蒸发热量Q2与发酵液含糖浓度、 发酵程度好坏有关，Q2（56）Q1,发酵罐散失热量Q3：,由对流和辐射组成。,总发酵热QQ1（Q2Q3）,2、对数平均温度差Tm计算,TF主发酵时的温度， T进、T出冷却水进出口温

5、度，,3、传热总系数K值的确定,4、冷却水的消耗量,发酵产生的热量需要冷却水带走，以维持正常的 发酵温度，由热平衡方程：,QAQ,QA冷却水带走的热量 Q酒精或其它发酵产品的总发酵热,QAWcp（T2T1）,W冷却水的消耗量，kg/hr cp冷却水平均温度的比热，J/kg T2、T1冷却水进出口温度，,分系数K1和冷却管壁到冷却水的传热分系数K2。,可计算出冷却水的消耗量W,传热总系数包括两部分：发酵液到冷却管壁的传热,第二节 啤酒发酵设备,一 啤酒的发酵工艺 二 啤酒的发酵设备,，,一 啤酒的生产工艺,原料,主料：,辅料：,大麦,麦芽,麦芽粉,麦芽粉浆,大米,大米粉,糖化醪液,啤酒发酵罐,啤

6、酒花,二 糊化、糖化工艺,青啤一厂：双醪一次煮出法,糖化工艺：五器组合 （糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅、回旋槽）,过滤去麦糟 洗麦糟,第一麦汁,第二麦汁,洗麦糟水糖度为1.01.50Bx,煮沸：,1.定型 控制麦汁糖度为120Bx,2. 加酒花,煮沸时加入1020 压泡 煮沸40min 加入4050 添加苦味 结束前10min 加入40 添加香味,五器组合：,除去蛋白质沉淀，并冷却到8左右,三 糖化设备,糊化锅：,糊化锅用于加热煮沸辅助原料，一般为大米粉或玉米粉和部分麦芽醪液，使淀粉液化和糊化。,锅体：锅身为圆柱形，直径与高度比为2:1，有利于液体的循环 和更大的加热面积。 锅底为弧形或球形

7、； 锅底外包有蒸汽夹套，带有4个均匀分布的蒸汽进口，,顶部：下粉筒（大米粉、麦芽粉和热水的进料口）； 升气管（排放蒸煮时产生的水蒸气）；,糊化过程：,搅拌糊化为非连续状态，物料和热水进入糊化锅后，在旋桨 式搅拌器8的作用下充分混合，醪液保持均匀的温度和浓度，保 证醪液中较重粒子的悬浮，防止锅底加热面处的醪液局部过热。 糊化结束后经锅底出口用泵压送至糖化锅。,锅底：出料阀，电机；,弧形（球形）锅底的设计原理：,在锅底中心部位和倾斜锅壁处各 取微小直径的液柱，中心部位的 液柱较深h1，对应的加热面积f1较 小；而倾斜壁处的液柱较浅h2， 但对应的加热面积较大f2。,锅底侧面的麦芽汁很快煮沸，产 生

8、气泡，将液体带动向上，因而 造成中部的液体向下的自然循环 可以节省搅拌的动力消耗。 球形锅底还便于清洗和排放液体。,糖化锅：,作用：使麦芽粉和水混合，并 保持一定的温度进行蛋白质分 解和淀粉的糖化。,麦芽汁煮沸锅：,作用：煮沸和浓缩，增香， 凝固蛋白、灭菌灭酶,技术参数： 铜制煮沸锅加热面积为0.1 1m2/m3麦芽汁； 不锈钢制煮沸锅为0.61.2 m2/m3麦芽汁；,夹套式圆形煮沸锅,搅拌器的作用：,物料受热均匀，沸腾前加速物料的对流，提高传热系数，同时减缓固体物料沉淀在加热表面而造成的过热和积垢现象。,搅拌器安装在离锅壁510cm，转速一般为3040r/min。,四 啤酒发酵工艺,青啤一

9、厂的“两罐法”前锥后卧,100吨 1624hr,锥形罐,300吨,2,卧式罐,前发酵：酵母菌利用麦汁 产生乙醇和CO2 麦汁糖度至4.0 4.50Bx,发酵温度：89,时间：7天,后发酵：5，15天，完 成嫩啤酒的继续发酵， 饱和CO2；双乙酰还原 再降至约0贮酒10 天 以上，促进啤酒的成 熟、稳定和澄清。,五 啤酒发酵罐,1、啤酒发酵罐的发展,设备材料的变化：木材、铁板、铝板、搪瓷、钢筋水泥发展 到不锈钢板,设备密封性变化：由开口式向密闭式发展,2、啤酒发酵罐的最基本要求：,采用碳钢加涂料或不锈钢两种材料制成。啤酒是酸性液体， 能造成铁的电化学腐蚀，啤酒发酵时产生的H2S、SO2对铁 材料会造成氧化还原腐蚀。 不锈钢是一种含铬较多的合金，铬钢中常加入镍、铝、钛、 锰等元素，可以 增强耐腐蚀性。,3、圆筒体锥底发酵罐,锥体：锥底角度700较合适,罐高径比一般为3：1或4：1,罐身：,罐顶：蝶形或拱形盖,罐底部：,啤酒入口,啤酒出口, 进料口,冷却管, 冷却剂为冰盐水、 乙二醇,CO2排出口,压力表、安全阀,C.C.T发酵最大特点在于大型化， 容积从100600m3(国内也有 60m3小型的)。,冷却管