发酵机械与设备培训课件.ppt

1、第十二章 发酵机械与设备,从自然界分离的菌种,3,发酵工艺流程,典型的发酵生产过程包括： 菌种的选育 确定菌种繁殖和发酵生产所用的培养基； 对培养基、发酵罐及其附属设备进行灭菌； 菌种经逐级扩大培养后，作为生产种子接种于发酵罐中 ; 控制发酵罐中微生物的生长条件，最大程度地获得人们渴望的代谢产物 ; 产物萃取和精制 ; 发酵过程中废弃物的处理与回收.,菌种的选育,要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优良的菌种。,对菌种一般有以下要求： 菌种能在较短的发酵过程中高产有价值的发酵产品。 菌种的发酵培养基应价廉，来源充足，被转化为产品的效率高。如农副产品。

2、菌种对人、动物、植物和环境不应该造成危害，还应注意潜在的、慢性的、长期的危害，要严格防护。 菌种发酵后，所产不需要的代谢产物少，且产品相对容易地与不需要的物质分离，下游技术能用于规模化生产。 菌种的遗传特性稳定，而且易于进行基因操作。,培养基的配制,进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种相适应的培养基。在配制培养基时应该注意： （1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH、渗透压等。 （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 （3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产

3、成本，以得到更高的经济效益。,灭菌,发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。 例如：在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡；在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。,灭菌,那如何防止杂菌的污染呢？ 要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。 怎样才算灭菌彻底呢？ 用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。,扩大培养和接种,如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期？ 经过多次的扩大培养。 如何对

4、菌种进行扩大培养？ 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。,扩大培养和接种,扩大培养与发酵生产过程中的培养不同： 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。 有了用于生产的充足的菌体，接种过程中要注意防止杂菌污染。,发酵过程,为什么将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控制？ 发

5、酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。,发酵过程,哪些条件能影响菌体的发酵？ 发酵生产中发酵罐内部的代谢变化，如菌体形态、菌体浓度、营养物质的浓度、温度、pH、溶氧量、产物浓度、以及发酵罐搅拌转速等对发酵过程都有重大影响。,分离、提纯,代谢产物 采用离心、过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。 菌体本身，如酵母菌和细菌等 采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。,发酵罐,概念：指工业上用来进行微生物发酵的装置。其主

6、体一般为用不锈钢板制成的主式圆筒，其容积在1m3至数百m3。,发酵罐的功能： 按照发酵过程的要求，保证和控制各种发酵条件，主要是适宜微生物生长和形成产物的条件，促进生物体的新陈代谢，使之在低消耗下，获得较高的产量。,发酵设备需要具有的条件： （1）良好的传递性能来传递动量、质量、热量； （2）能量消耗低； （3）结构简单，操作方便，易于控制； （4）便于灭菌和清洗，能维持不同程度的无菌度； （5）能适应特定要求的各种发酵条件，以保证微生物正常的生长代谢,一、发酵罐的发展史,发酵罐的发展经历了五个阶段： 第一阶段1900年以前 人们用木制容器来制造酒。这是现代发酵罐的雏形，它带有简单的温度和热交

7、换仪器。,第二阶段19001940年 出现了钢制的发酵罐，开始使用空气分布器，在小型的发酵罐中，开始使用机械搅拌。,第三阶段19401960年 第一个大规模工业生产青霉素的工厂于1944年1月30日在美国Terre Haute投产，其发酵罐的体积 54m3。 此阶段随着以青霉素为代表的抗生素工业的兴起，引起了工业发酵的一场变革。,第四阶段19601979年 发酵罐的容积增大到80150m3。出现了压力循环和压力喷射型的发酵罐，这种发酵罐可以克服气体交换和热交换上的问题。,第五阶段1979年至今 大规模的发酵罐应运而生。 如废水处理的发酵罐容积达到27,000m3， 英国帝国化学公司单细胞蛋白生

8、产罐有30层楼高，达100m，罐容近3500m3，且自动化程度越来越高。,二、发酵罐的类型,1. 按微生物生长代谢需要分为： 通风发酵罐如抗生素、酶制剂、氨基酸、维生素等产品的生产 嫌气发酵罐如酒精、啤酒、丙酮、丁醇等产品的生产,2. 按发酵罐设备的特点分为： 机械搅拌通风发酵罐如通用式发酵罐、自吸式发酵罐、伍氏发酵罐等。 非机械搅拌通风发酵罐如气提式、液提式、喷射式等。,3. 按容积分为： 实验室发酵罐100L以下 中试发酵罐1001000L 生产规模的发酵罐1000L以上,4. 按操作方式分为： 分批发酵的发酵罐 连续发酵的发酵罐 在这些众多的发酵罐中，主要给同学们介绍目前在发酵工业中应用

9、最多的一种发酵罐通用式发酵罐。,（一）、通风发酵设备,大多数的生化反应都是需氧的，故通气发酵设备是需氧生化反应设备的核心和基础。,设备需要具有的特点： （1）良好的传质和传热性能、结构严密、防杂菌污染； （2）培养基流动与混合良好、有配套的检测与控制、设备较简单； （3）设备较简单、方便维护检修以及能耗低等特点。,通风发酵罐,机械搅拌发酵罐 工作原理 结构及几何尺寸 溶氧速率、通气与搅拌 热量传递,气升式发酵罐 工作原理 气升环流式发酵罐 典型的气升式发酵罐,自吸式发酵罐 机械搅拌自吸式 喷射自吸式 溢流喷射自吸式,机械搅拌发酵罐(TRC),工作原理： 利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分

10、混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。,(1) 具有适宜的径高比； (2) 能够承担一定压力； (3) 保证必需的溶解氧； (4) 具有足够的冷却面积； (5) 尽量减少死角，灭菌彻底，避免染菌； (6) 轴封严密。,之机械搅拌发酵罐,发酵罐的基本条件：,之机械搅拌发酵罐,大型发酵罐结构,1轴封 ； 2、20人孔； 3梯； 4联轴； 5中间轴承； 6温度计接口； 7搅拌叶轮； 8进风管； 9放料口； 10底轴承； 11热电偶接口；12冷却管； 13搅拌轴； 14取样管； 15轴承座； 16传动皮带； 17电机； 18压力表； 19取样口； 21进料口； 22补料

11、口； 23排气口； 24回流口； 25视镜；,图12.1 大型发酵罐结构图,机械搅拌发酵罐的结构,之机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐的结构,小型发酵罐结构,图12.2 小型发酵罐结构图,之机械搅拌发酵罐,图12.3 自动玻璃发酵罐,图12.4 玻璃搅拌发酵罐,图12.5 不锈钢搅拌发酵罐,由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢。为了满足工业要求，在一定压力和温度下操作，罐为一个受压耐温容器，通常要求耐受130和0.25MPa(绝对压力)。,之机械搅拌发酵罐,罐 体,受内压的壁厚：,受外压的壁厚：,之机械搅拌发酵罐,搅拌器和挡板,搅拌器： 有平叶式、弯叶式、箭叶式涡轮式和推进式等；

12、其作用是打碎气泡，使氧溶解于发酵液中，从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。,图12.6 发酵罐搅拌叶轮结构图 1-六直叶涡轮式；2-推进式3-Lightnin A-315式,图12.7 不同搅拌器的流型,挡板： 改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。通常挡板宽度取(0.10.12)D，装设46块即可满足全挡板条件。 所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。 要达到全挡板条件必须满足下式要求：,之机械搅拌发酵罐,无挡板的搅拌器形成的流型,有挡板的搅拌器

13、形成的流型,之机械搅拌发酵罐,轴 封,填料函轴封：由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓待零件构成，使旋转轴达到密封的效果。,作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。,端面式轴封又称机械轴封：密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。,常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。,图12.12 双 端面封轴,密封环,搅拌轴,罐体,齿轮箱,传动齿轮箱,之机械搅拌发酵罐,空气分布器的作用：吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等，常用的分布装置有单管式。 空气由分布管喷出上升时，被搅拌器

14、打碎成小气泡，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。 环形管的分布装置的空气分散效果不及单管式分布装置。同时由于喷孔容易被堵塞，已很少采用。 通常通风管的空气流速取20m/s。 为了防止吹管吹入的空气直接喷击罐底，加速罐底腐蚀，在空气分布器下部罐底上加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命,空气分布器,之机械搅拌发酵罐,消泡装置,消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置，从而达到消泡的目的。 两种消泡方法: (1) 加入化学消泡剂；(2)使用机械消泡装置 化学消泡剂：植物油脂，如玉米油、豆油等；动物油脂，如猪油等；高分子化

15、合物。 机械消泡装置：最简单实用为耙式消泡器，此外还有涡轮消泡器、旋风离心式和叶轮式离心消泡器、碟片式消泡器和刮板式消泡器等。,旋风离心式,叶轮离心式,耙式消泡器,碟片式消泡器,刮板式消泡器,之机械搅拌发酵罐,大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。,之机械搅拌发酵罐,联轴器及轴承,小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接。,常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。,联轴器,法兰,中型发酵罐一般在罐内装有底轴承； 大型发酵罐装有中间轴承。 罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦（如石棉酚醛塑料，聚四氟乙烯等）。,之机械搅拌发酵罐,轴 承,底轴承,中间轴承,之机械搅

16、拌发酵罐,冷却装置,在罐外安装板式或螺旋板式热交换器，采用无菌空气使发酵液进行循环冷却。,图12.13 机械搅拌通风发酵罐 的几何尺寸,之机械搅拌发酵罐,机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积,体积,尺寸,椭圆形封头体积：,发酵罐的总体积：,近似为：,之机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐的热量传递,发酵过程的热量计算,生物合成热量计算法,冷却水带出热量计算法,发酵液温升测量计算法,搅拌器轴功率的计算（单只搅拌桨）,不通气条件下的轴功率P0计算 鲁士顿(Rushton J. H.)公式：,P0无通气搅拌输入的功率（W）； NP功率准数，是搅拌雷诺数ReM的函数； 涡轮转速（r/s）； L液体密度（kg/

17、m3）； 液体粘度（N.s/m2）； D 涡轮直径（m）；,圆盘六平直叶涡轮 NP6 圆盘六弯叶涡轮 NP4.7 圆盘六箭叶涡轮 NP3.7,之机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐的特点：,（1）机械搅拌作用获得的溶氧系数较高，一般体积溶氧系数为1001000L/h，适合于各种发酵的溶氧要求； （2）罐内液体和空气的混合效果较好，不易产生沉淀，可适应有固形物存在的场合，因此又叫全混式发酵罐； （3）搅拌作用形成的液体流型使氧气的利用率较高，所需要的通风量较小； （4）既有通风，又有搅拌，投资成本较大； （5）单位溶氧功耗较大，操作费用高； （6）结构复杂，清洗及维修不便。,自吸式发酵罐是一种不需要空

18、气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。 应用： 医药工业、酵母工业、生产葡萄糖酸钙、力复霉素、维生素C、酵母、蛋白酶等。,一、定义,自吸式发酵罐,之自吸式发酵罐,充气原理： 搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动。 叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。,之自吸式发酵罐,二、 特点,优点： 不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积。 溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低。 用于酵

19、母生产和醋酸发酵具有生产效率高、经济效益高的优点。,缺点： 由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。 必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统。,之自吸式发酵罐,三、常见类型,机械搅拌自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 溢流喷射自吸式发酵罐,之自吸式发酵罐,发酵罐 1 构造：吸气搅拌叶轮和导轮，简称为转子和定子。 转子由箱底向上升入的主轴带动，当转子转动时空气则由导气管吸入。 转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。,之自吸式发酵罐,（一）机械搅拌自吸式,2 机械搅拌式发酵罐吸气原理 它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮中形成负压，从而将罐外的空气吸到罐

20、内，并与高速流动的液体密切接触形成细小的气泡分散在液体之中，气液混合流体通过导轮流到发酵液主体。,之自吸式发酵罐,（二） 喷射自吸式发酵罐 文氏管吸气自吸式发酵罐 液体喷射自吸式发酵罐,之自吸式发酵罐,文氏管吸气自吸式发酵罐,原理：用泵使发酵液通过文氏管吸气装置，由于液体在文氏管的收缩段流速增加，形成真空而将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现溶氧传质。,之自吸式发酵罐,（三）溢流喷射自吸式发酵罐,吸气原理 液体溢流时形成抛射流，由于液体的表面层与其相邻的气体的动量传递，使边界层的气体有一定的速率，从而带动气体的流动形成自吸作用。,之自吸式发酵罐,之气升式发酵罐,气升式发酵罐(ALR),

21、工作原理 特点及应用 主要结构及操作系数 典型的气升式发酵罐,工作原理,之气升式发酵罐,类型,带升式发酵罐、环流式发酵罐、塔式发酵罐等。,工作原理,把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。,气液双喷射气升环流反应器,特点,1）反应溶液分布均匀 2）较高的溶氧速率和溶氧效率 3）剪切力小 4）传热良好 5）结构简单 6）能耗小 7）不易染菌 8）操作和维修方便,特点及应用,之气升式发酵罐,应用,酵母生产、单细胞蛋白生产、细胞培养 酶制剂和有机酸等发

22、酵生产、废水生化处理,主要结构及操作系数,之气升式发酵罐,主要结构参数,1）反应器径高比H/D 2）导流筒径与罐径比DE /D 3）空气喷嘴直径与反应器直径比Dl/D,操作特征,1）平均循环时间tm 2）气液比R 3）溶氧传质,之气升式发酵罐,空气喷射装置,漩涡式空气喷射器,之气升式发酵罐,气升环流式反应器,气液双喷射气升环流反应器,多层空气分布板的 气升环流式反应器,之气升式发酵罐,ICIs air lift system for making single-cell protein in 1979,注射入口,ICI压力循环气升发酵罐,之气升式发酵罐,气升式玻璃发酵罐,具有外循环冷却的 气升

23、环流式发酵罐,对偶脉冲气体环流发酵罐,之气升式发酵罐,酒精发酵设备 啤酒发酵设备 连续发酵设备,（二）、嫌气发酵设备,一、酒精发酵罐,酵母将糖转化为酒精高转化率条件： (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 (2)一定的生化反应时间 (3)及时移走在生化反应过程中所释放的生物热,酒精发酵罐筒体结构,一 、传统酒精发酵罐 圆柱形，底盖和顶盖均为锥形。 在酒精发酵过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。 罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、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。 罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵罐，为了便于维

24、修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。,温度控制：中小型罐采用罐外喷淋冷却；大型罐采用罐内蛇管或与罐外喷淋相结合的冷却方式。,清洗方式：人工清洗、机械清洗 水力清洗装置：喷水管两头弯成一定的弧度并装有喷嘴，管上开有小孔，当喷嘴以一定的速度喷出水时，反作用力使喷水管旋转，从而达到对罐内各个部位水力洗涤的目的。,缺点是水压不大时，水力喷射强度和均匀度都不理想。若在原有水力喷射装置的基础上，安装一根直立的喷水管，管上钻有小孔，洗涤水压在0.60.8MPa，洗涤效果可大大提高。,二 、新型大容量酒精发酵罐（1500m3） 筒体H/D=1.5左右，采用斜底或锥底，顶部为锥顶，罐直径11米左右，夹套冷却。 由

25、于罐太大，因此中心部位降温和底部循环困难。可采用两种不同的措施： 1、采用中心降温水柱对罐中心醪液进行降温，或采用罐外螺旋板换热器循环来解决降温问题 ； 2、侧搅拌或连通器加泵循环来改善混合和滞留问题；,（一）发酵罐结构尺寸的确定 (二) 罐数的确定 (三) 发酵罐冷却面积计算,三 酒精发酵罐的计算,四 代谢终产物抑制消除方法,消除或减轻代谢终产物的抑制是提高生产效率的关键因素。对于酒精发酵来说：酒精浓度大于2%时，即表现出抑制作用；酒精浓度大于8%时，酵母的繁殖就停止了。要保持发酵的快速进行，通常认为反应器内酒精浓度控制在3%以内，这就要求不断地分离移去酒精。 消除方法有：真空发酵、萃取发酵

26、、膜蒸发发酵、二氧化碳气提发酵等。,1、真空发酵： 原理：发酵过程中保持一定的真空度，发酵液处于沸腾状态，酒精被蒸馏出来。 主要设备有发酵罐、发酵蒸发器、总凝器、分凝器、收集器、真空泵。,优点：糖浓度提高3倍，发酵时间缩短1/3；酒糟、水、蒸汽都有减少；生产能力、设备利用率提高；酒精浓度可达33%。 缺点：能耗大、设备真空操作负荷大、操作费用高、负压操作容易引起杂菌污染。,2、萃取发酵： 具有能耗低、操作简便易行的优点。发酵和萃取在同一反应器中进行：采用固定化细胞技术，选择合适无毒的萃取剂。,发酵和萃取分开进行： （1）膜萃取：将发酵液取出，以三聚磷酸丁酯为萃取相，在中空纤维膜反应器中萃取。,

27、（2）二氧化碳超临界萃取：发酵液逆向通过超临界二氧化碳萃取柱，富含酒精的超临界流体通过活性炭柱吸附分离酒精。,3、吸附法 将吸附剂直接加到发酵液中或让发酵液循环通过一个疏水性的分子筛吸附柱来吸附酒精。 一般可采用疏水性硅沸石作为吸附剂，采用这种方法发酵时间可缩短30%。,4、透析膜法 采用对酒精有选择性透过的多孔性膜，分离发酵液中的酒精来降低发酵液中的酒精浓度。,5、二氧化碳气提法 利用发酵过程中产生的二氧化碳，通过循环压缩机加压后，送回发酵罐气提发酵产生的酒精，在0冷却饱和了酒精和水蒸气的二氧化碳，再由活性炭填充柱吸附酒精，纤维素填充柱吸附水。生产能力提高27%。,6、膜蒸发法 由发酵循环和

28、膜蒸发两个独立的循环回路组成，两个回路通过一个可调优的内回路连接。,二、啤酒发酵设备,啤酒发酵设备趋于向大型化、露天化、联合的方向发展。 变迁过程： 1、材料由陶器到木材、水泥、金属； 2、开放式向密闭式转变； 3、卧式方形槽向立式圆筒锥底罐转变；,一、啤酒前、后酵发酵设备及计算,（一）前发酵设备 前发酵槽为方形开口式或密闭式设备，均置于室内，材料内涂保护层。,蛇管或排管冷却，冷却面积0.2m2/m3发酵液，0-2冰水冷却。 密闭式: 具有回收二氧化碳、减少前发酵室内耗冷量以及减少杂菌污染机会的优点。室内采用空调制冷，实施冷风再循环。 开口式：室内装二氧化碳排除装置，排管冷却，补充10%新鲜空

29、气的再循环方式。,发酵室：四周墙壁和顶棚采用较好的绝热材料，地面有一定的坡度，顶棚应建成倾斜或光滑弧面，空间不应太高。,（二）前发酵槽的计算 数目：N=nt 容纳一次麦汁量 N=nt/z 容纳Z次麦汁量 容积：V=ZV0/ 取0.8-0.85 产热量：Q=sq/24t J/(m3 h) 放热不平衡系数，取1.3-1.5 s主酵期单位时间降糖百分率 q发酵1kg麦芽糖放热量（418.6kJ/kg）,（三）后发酵设备 贮酒罐，完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促进啤酒稳定、澄清和成熟。 后发酵温和，产生热量少，故罐内一般无须装冷却装置，热量借室内低温带走。 金属的圆筒形密闭容器，有卧式和立式两

30、种。由于罐内需饱和二氧化碳，故应制成耐压容器。 材料：碳钢内涂防腐层、铝板、复合钢板。,（四）后发酵槽的计算 后酵槽容积应满足一个或几个糖化批次的装料量。一天的过滤量要和后酵槽的数量匹配，不能滤到一半停下来。 数量：N=V/Vs 容积：V0=Vs/ (m3) 0.9-0.95 V总有效容积 (m3) Vs每个后酵槽有效容积 (m3),二、新型啤酒发酵设备 （一）圆筒体锥底发酵罐 用于上面及下面啤酒发酵，前后酵可合并在该罐内进行。室外放置，节省投资。 优点：能缩短发酵时间，生产灵活。 长圆筒形，H/D=4，上部是碟形封头，下部是锥形底。封头上有：压力安全阀、真空安全阀、二氧化碳回收，排气、CIP

31、共用一个进口，由一根管道通到操作间再分支。,上面发酵啤酒：采用上面酵母。发酵过程中，酵母浮到发酵面上，发酵温度15-20。啤酒的香味突出。 下面发酵啤酒-采用下面酵母。发酵完毕，酵母凝聚沉淀到发酵容器底部，发酵温度5-10。啤酒的香味柔和。世界上绝大部分国家采用下面发酵啤酒。 我国的啤酒均为下面发酵啤酒，其中的著名啤酒有青岛啤酒、五星啤酒等。,锥底有：取样管、啤酒出口、二氧化碳通气管。筒体上有冷却带、温度探头，外包保温层。冷媒多采用乙二醇、酒精溶液或液氨直接蒸发来冷却。 罐的容量与糖化能力相匹配，以12-15小时内满罐为宜。由于后酵要进行二氧化碳饱和，因此应做成耐压罐，利用压力及真空安全阀来保

32、证安全受压。,压力过大是由于麦汁进罐时未将排气口打开，导致罐内气体排不出去；发酵过程中产生大量的二氧化碳也排不出去。,真空产生的原因是：放罐时未开排气阀； CIP清洗时，罐内二氧化碳与清洗剂NaOH反应，造成罐内真空；清洗后罐内温度太高，蒸汽较多，突然采用冷水清洗，蒸汽冷凝，造成罐内真空。 利用发酵过程中产生的二氧化碳以及不同高度上的温度差，可引起罐内液体的对流和热交换。,锥形罐的冷却夹套分为2-4段，锥底部分也应有冷却夹套，夹套有多种形式：扣槽钢、扣角钢、扣半管、蜂窝夹套、环行冷却带等。产热最高峰时放热量0.864.186kJ/(Lh)。,（二）联合罐 这是一种具有较浅锥底的大直径发酵罐，H

33、/D=1.1-1.3，能在罐内进行机械搅拌，并具有冷却装置。可进行多种形式的啤酒发酵，称为通用罐。 由薄层竖直圆筒体、拱形顶和有足够斜度以除去酵母的锥底组成。多数用不锈钢制作。特殊的基础保证经受10级地震。 冷却带采用一段位于罐中上部的双层冷却板，罐外用聚尼烷作保温层。,（三）朝日罐 这是由不锈钢制作的斜底圆柱形发酵罐，H/D=1-2。外设冷却夹套包围罐身和罐底。内设带转轴的可移动排液管，可保证酒液中二氧化碳均一。 特点：利用离心机回收酵母，利用薄板冷却器降温，利用循环泵将发酵液抽出再送回。这样可缩短发酵时间，解决酵母沉降慢的缺点，提高设备利用率，酒损可减小，但动力消耗大。,三、CIP清洗系统

34、 CIP是Clean In Place(原位清洗)的简称。固定式CIP系统由清水罐、酸罐、碱罐、废碱罐、泵、加热器组成。 通过罐顶的CIP喷头喷出高压水柱来对罐内各个角落进行清洗。有固定式和旋转式。 主要步骤有：CO2回收、水冲、通空气、接入CIP系统、水洗、废碱洗、碱洗、水洗、酸洗、水洗、杀菌水冲。,间歇发酵是微生物要在一个罐中完成四个阶段的培养过程，但是第一和第四个过程生产和代谢十分缓慢。这将导致发酵周期长、能耗增加、设备利用率低、设备数量多等问题。 连续发酵是在罐内连续的补充培养液，同时不断地将产物排出，使罐中的微生物一直处于对数生长期。具有发酵周期缩短，设备利用率和产量提高，生产稳定，

35、便于实施自动化，节省人力和物力等优点。,三、连续发酵设备,特点：微生物在整个发酵过程中始终维持在稳定状态，细胞处于均质状态，可用数学方式和实验公式来表达连续发酵在稳定条件下，微生物生长速度，代谢产物、底物浓度和流加速度之间的关系。借以选定过程控制的参数。 反应时间是连续生产中关键的一个参数之一，它决定了设备的大小、长度、级数。,一、理论罐数的确定 一般采用图解法确定连续发酵的理论罐数。与蒸馏塔理论板数的图解法一样。 方法：在间歇发酵中全程测定每一间隔的产物浓度X，得到发酵曲线，从曲线的原点作物料平衡线，斜率为F/V，和曲线交于A点，该点的横坐标X1为第一个罐出口的产物浓度。再从X1出发作同样斜

36、率的直线，与曲线交于B点，该点的横坐标X2为第二个罐出口的产物浓度。依此类推，可求得多罐的理论罐数和出口的产物浓度。,二、连续工艺流程 （一）酒精连续发酵 1、九罐连续糖蜜发酵工艺 酒母和糖蜜同时加入第一个罐，并依次流入各罐，最后从第九个罐流出。在第一个罐中通入空气，并维持第一罐中一定的酵母数。二氧化碳气体由各罐顶部进总汇集管，到综合利用车间。连续发酵周期可达20天，发酵只需32小时，酒精浓度达9-10%。,2、真空连续多级发酵 在多级发酵流程中，设置了多个发酵罐及发酵蒸发器，并公用表面浓缩器、酒精捕集器、真空泵，形成了酒精的多级真空提取。 多级真空发酵设备配置能够提高发酵液的起始浓度达657

37、3干物，并得到设计浓度的酒精和成熟的发酵液。因此，这种发酵生产能力与浓度为3640一级真空发酵相比增加了30，同时，酿造用水和能耗都有所降低。,（二）啤酒连续发酵 1、塔式连续发酵 由英国APV公司设计。启动时，加入无菌麦汁及酵母，麦汁在塔内一边上升，一边发酵，直至满塔。经培养达到要求的酵母浓度梯度后，以低速泵入麦汁，一周后全速操作，并经常通入二氧化碳来疏松酵母柱。流出的嫩啤酒经酵母分离器和薄板换热器后送入贮酒罐，充入二氧化碳，贮存4天即可包装。,定期排除部分老酵母，减少酵母自溶。塔体采用三段夹套或盘管冷却，塔顶的圆柱体膨大部分是沉降酵母的离析器装置，减少酵母流失，保持塔内酵母浓度梯度。 塔身

38、H/D=9，离析器H/D=0.5-1。 2、多罐式连续发酵 三罐式连续发酵流程：麦汁通过柱式供氧器，流向两个带有搅拌器发酵罐的第一个，控制三分之二的糖在第一个罐中发酵，温度21，再借位差溢流入第二罐。,在第二个罐中发酵温度24。再流入第三个酵母分离罐，罐内被冷却到5，也可用酵母离心机代替酵母分离罐，成熟啤酒溢流到贮酒罐。 四罐式连续发酵流程：在三罐式的基础上最前面增加一个酵母繁殖罐，即为四罐式。 多罐式连续发酵的特点：带有搅拌装置，能耗大，同时酵母易被带走，无法保持发酵罐内的酵母浓度。,发酵罐的操作,第一步：罐检,目的：快速检查发酵罐，确保发酵罐正常，可以上罐。 检查项目： 阀门：所有阀门是否

39、处于正确的位置。 压力表：压力表是否归零。 PH和溶氧电极：电极是否拔出并正确保养。 罐体：罐内是否清洗干净。 搅拌电机：点动电机，看电机运转是否正常。,第二步：空消,空消主要目的是在进罐生产前对设备清洁和杀灭其他微生物，防止因设备清洁不彻底或设备停用时间过久，微生物滋生，从而对生产造成影响。,空消操作流程,第三步：电极标定,目的：为了确保电极准确测量，必须在使用前对电极进行标定。 注意事项： 新电极或放置很久的电极必须激活以后才可以进行标定和使用。PH电极用3moL/L的KCl溶液浸泡6小时激活，溶氧电极通电6小时激活。 PH电极标定的时候需要将接地电极放入盛放标准液的烧杯内。 接种以后设定

40、好发酵参数，然后进行溶氧电极百分百标定。,电极标定所需试剂：,电极标定参数：,PH电极的校准 1 由于电极的内容物会随使用时间或高温灭菌而不断变化，因而在每次使用前均需用标准的pH缓冲液校准，以确保测量精度。 碱性、中性缓冲液能吸取空气中的二氧化碳，造成缓冲液pH值变化，故必须确保所用缓冲液在使用期限内，并且储存于密闭容器中。 电极在缓冲液中放置1min后再进行后继操作。 4 如果被测的是微酸性溶液，建议用pH6.86和pH4.00的标准缓冲液进行校准。如果是微碱性溶液，建议用pH6.86和pH9.18的标准缓冲液校准。 5 通常先用pH6.86缓冲液校零点，再用pH4.00或9.18缓冲液确定斜率。,溶氧电极的标定 1 每次使用电极前都必须进行校准，校准介质可以是空气或饱和介质，电极校准前必须按2.1的要求进