啤酒发酵设备-发酵罐介绍 发酵罐：承担产物生产任务必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求条件并便于操作和控制保证工艺条件实现从而获得高产
优良发酵罐装置和组成
(1)应具有严密结构
(2)良好液体混合特性
(3)好传质相传热速率
(4)具有配套而又靠检测控制仪表啤酒发酵设备-发酵罐发展历史 第阶段：1900年前现代发酵罐雏形带有简单温度和热交换仪器
第二阶段：1900-1940年出现了200m3钢制发酵罐面包酵母发酵罐开始使用空气分布器机械搅拌开始用小型发酵罐
第三阶段：1940-1960年机械搅拌通风无菌操作和纯种培养等系列技术开始完善发酵工艺过程参数检测和控制方面已出现耐蒸汽灭菌线连续测定pH电极和溶氧电极计算机开始进行发酵过程控制发酵产品分离和纯化设备逐步实现商品化
第四阶段：1960-1979年机械搅拌通风发酵罐容积增大80-150m3由于大规模生产单细胞蛋白需要又出现了压力循环和压力喷射型发酵罐克服—些气体交换和热交换问题计算机开始发酵工业上得广泛应用
第五阶段：1979年至今生物工程和技术迅猛发展给发酵工业提出了新课题于大规模细胞培养发酵罐应运而生胰岛素干扰素等基因工程产品走上商品化啤酒发酵设备-发酵罐特点 (1)发酵罐与其工业设备突出差别对纯种培养要求之高几乎达十分苛刻程度因此发酵罐严密性运行高度靠性发酵工业显著特点
(2)现代发酵工业了获取更大经济利益发酵罐更加趋向大型化和自动化发展发酵罐自动化方面作参数检测眼睛pH电极溶解氧电极溶解CO2电极等线检测国外巳相当成熟发酵检测参数还只限于温度压力空气流量等些常规参数啤酒发酵设备-发酵罐种类发酵工业上常用通风搅拌罐除了通风搅拌发酵罐外其型式发酵罐：气提式发酵罐压力循环发酵罐带超滤膜发酵罐等
典型发酵设备：种子制备设备、主发酵设备、辅助设备(无菌空气和培养基制备)、发酵液预处理设备、粗产品提取设备、产品精制与干燥设备、流出物回收利用和处理设备发酵罐工艺操作条件
1温度:25～40℃
2压力:0～1kg/cm3(表压)
3灭菌条件;温度100～140℃压力0～3kg/cm3(表压)
4pH:2～11
5需氧量:005～03kmo1/m3·h
6通气量:03～2VVM
7功率消耗:05～4kW/m3
8发酵热量:5000～20000kcal/m3h啤酒发酵设备-发酵罐类型 1按微生物生长代谢需要分类
好气:抗生素酶制剂酵母氨基酸维生素等产品好气发酵罐进行；需要强烈通风搅拌目提高氧发酵液传质系数厌气：丙酮丁醇酒精啤酒乳酸等采用厌气发酵罐需要通气
2按照发酵罐设备特点分类
机械搅拌通风发酵罐：包括循环式伍式发酵罐文氏管发酵罐及非循环式通风式发酵罐和自吸式发酵罐等非机械搅拌通风发酵罐:包括循环式气提式液提式发酵罐及非循环式排管式和喷射式发酵罐两类发酵罐采用同手段使发酵罐内气固液三相充分混合从而满足微生物生长和产物形成对氧需求
3按容积分类
般认500L下实验室发酵罐;500-5000L试发酵罐;5000L上生产规模发酵罐密闭厌氧发酵罐
对类发酵罐要求：能封闭；能承受定压力;有冷却设备;罐内尽量减少装置消灭死角便于清洗灭菌
酒精和啤酒都属于嫌气发酵产物其发酵罐因需要通入昂贵无菌空气因此设备放大制造和操作时都比好气发酵设备简单得多
容积常大于50m3H:Dt=1-2罐上下部都锥形
上部有物料口冷却水口CO2和气体出口人孔和压力表开口等
温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水喷淋相结合排料管罐底部
酒精发酵罐
酵母糖转化酒精高转化率条件
(1)满足酵母生长和代谢必要工艺条件
(2)定生化反应时间
(3)及时移走生化反应过程释放生物热
酒精发酵罐结构要求：满足工艺要求有利于发酵热排出从结构上有利于发酵液排出有利于设备清洗维修及设备制造安装方便等问题
啤酒发酵设备-发展趋势 近年来啤酒发酵设备向大型室外联合方向发展迄今止使用大型发酵罐容量已达1500吨大型化目：
(1)由于大型化使啤酒质量均化;由于啤酒生产罐数减少使生产合理化降低了主要设备投资
发酵容器材料变化由陶器向木材---水泥----金属材料演变现啤酒生产两种材料都使用我国大多数啤酒发酵容器内有涂料钢筋水泥槽新建大型容器般使用锈钢
(2)开放式发酵容器向密闭式转变
小规模生产时般用开放式对发酵管理泡沫形态观察和醪液浓度测定等比较方便随着啤酒生产规模扩大发酵容器大型化并密闭式从开放式转向密闭发酵大问题发酵时被气泡带表面泡盖处理用吸取法分离泡盖
(3)密闭容器演变
原来开放式长方形容器上面加弓形盖子密闭发酵槽；随着技术革新过渡用钢板锈钢或铝制卧式圆筒形发酵罐来出现立式圆筒体锥底发酵罐目前使用大型发酵罐主要立式罐奈坦罐联合罐朝日罐等由于发酵罐容量增大要求清洗设备装置也有大改进大都采用CIP自动清洗系统啤酒前发酵设备及计算啤酒发酵设备-前发酵设备()前发酵设备
传统前发酵槽均置于发酵室内发酵槽大部分开口式前发酵槽钢板制常见采用钢筋混凝上制成也有用砖砌外面抹水泥发酵槽形式长方形或正方形主前发酵槽内要涂布层特殊涂料作保护层采用饱和聚脂树脂环氧树脂或其特殊涂料较广泛还未完全符合啤酒低温发酵防腐要求
前发酵槽底略有倾斜利于废水排出离槽底10-15cm处伸出有嫩啤酒放出管了维持发酵槽内醪液低温槽装有冷却蛇管或排管前发酵槽冷却面积根据经验对下面啤酒发酵取每立方米发酵液约02平方米冷却面积蛇管内通入0-2度冰水注意CO2排放防止毒
发酵设备
主要完成嫩啤酒继续发酵并饱和二氧化碳促进啤酒稳定澄清和成熟
根据工艺要求贮酒室内要维持比前发酵室更低温度般要求0-2℃特殊产品要求达-2℃左右发酵过程残糖较低发酵温和故槽内般无须再装置冷却蛇管贮酒室建筑结构和保温要求均能低于前发酵室内低温维持借室内冷却排管或通入冷风循环而得发酵槽金属圆筒形密闭容器有卧式和立式两种工厂大多数采用卧式发酵过程需饱和CO2发酵槽应制成耐压01-02MPa表压容器发酵槽槽身装有人孔取样阀进出啤酒接管排出二氧化碳接管压缩空气接管温度计压力表和安全阀等附属装置发酵槽材料般用A3钢板制造内壁涂防腐层贮酒槽全部放置隔热贮酒室内维持定酵温度毗邻贮酒室外建有绝热保暖操作通道通道内进行发酵过程调节和操作贮酒室和通道相隔墙壁上开有定直径和数量玻璃窥察窗便于观察发酵室内部情况通道内保持常温开启发酵液管道和阀门都接通通道里啤酒发酵设备-新型啤酒发酵设备1圆筒体锥底发酵耀
圆简体锥底立式发酵罐(简称锥形罐)已广泛用于上面或下面发酵啤酒生产锥形罐单独用于前发酵或发酵还前发酵合并该罐进行(罐法)种设备优点:于能缩短发酵时间而且具有生产上灵活性故能适合于生产各种类型啤酒要求
设备特点
种设备般置于室外已灭菌新鲜麦汁与酵母由底部进入罐内;发酵旺盛时使用全部冷却夹套维持适宜发酵温度冷媒多采用乙二醇或酒精溶液也使用氨(直接蒸发)作冷媒;CO2气体由罐顶排出罐身和罐盖上均装有人孔罐顶装有压力表安全阀和玻璃视镜罐底装有净化CO2充气管罐身装有取样管和温度计接管设备外部包扎良好保温层减少冷量损耗
优点:
(1)能耗低采用管径小生产费用降低
(2)终沉积锥底酵母打开锥底阀门把酵母排出罐外部分酵母留作下次待用
影响发酵设备造价因素
发酵设备大小形式操作压力及所需冷却工作负荷容器形式主要指其单位容积所需表面积m2/100L表示影响造价主要因素2.通用罐
用于多罐法及罐法生产因而适合多方面需要故又称该类型罐通用罐
结构:主体圆柱体由7层12m宽钢板组成总表面积378m3总体积765m3
联合罐由带人孔薄壳垂直圆柱体拱形顶及有足够斜度除去酵母锥底所组成锥底形式与浸麦槽锥底相似联合罐基础钢筋混凝土圆柱体其外壁约3m高20cm厚基础圆柱体壁上部形状按照罐底斜度来确定有30铁锚均匀地分埋入圆柱体壁并与罐焊接圆柱体与罐底之间填入坚固结实水泥沙浆填充料与罐底之间留254cm厚空心层绝缘
3朝日罐
前发酵和发酵合室外大型发酵罐朝日罐用4—6mm绣钢板制成斜底圆柱型发酵罐其高度与直径比1:1-2:1外部设有冷却夹套冷却夹套包围罐身与罐底外面用泡沫塑料保温内部设有带转轴动排油管用来排出酒液并有保持酒液CO2含量均作用
朝日罐特点
朝日罐与锥形罐具有相同功能生产工艺同
(1)利用离心机回收酵母
(2)利用薄板换热器控制发酵温度
(3)利用循环泵把发酵液抽出又送回去
优点:
三种设备互相组合解决了前发酵温度控制和酵母浓度控制问题加速了酵母成熟使用酵母离心机分离发酵液酵母解决酵母沉淀慢缺点利用凝聚性弱酵母进行发酵增加酵母与发酵浓接触时间促进发酵液乙醛和双乙酰还原减少其含量啤酒发酵设备-啤酒连续发酵罐种类1两搅拌罐和酵母分离罐串联起来加入酒花麦芽汁流加入第搅拌罐经发酵成熟啤酒从分离罐流出种流程已达日产100m2规模
2由数高度6～9m塔式发酵罐串联起来附加些酵母分离和啤酒贮藏设备
还有由主发酵塔和发酵塔组成发酵周期4050小时连续发酵两月各项经济指标均优于间歇法
丙酮—丁醇发酵罐
生产丙酮丁醇发酵罐比酒精发酵罐高罐身需承受高压罐壁较厚用钢板制成顶盖和底部采用球形封头罐内表面平整光滑无内部件采用表面喷淋冷却种子罐采用夹套冷却机械搅拌发酵罐
机械搅拌发酵罐发酵工厂常用类型之利用机械搅拌器作用使空气和醪液充分混合促使氧醪液溶解保证供给微生物生长繁殖发酵所需要氧气
啤酒发酵设备-发酵罐结构1罐体
2搅拌器和挡板
3消泡器
4联轴器及轴承
5变速装置
6空气分布装置
7轴封
8冷却装置
罐体
由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成材料碳钢或锈钢对于大型发酵罐用衬锈钢板或复合锈钢制成衬里用锈钢板厚2-3毫米了满足工业要求定压力下操作空消或实消罐受压容器通常灭菌压力25公斤/厘米2(绝对压力)
搅拌器
搅拌器有平叶式弯叶式箭叶式三种其作用打碎气泡使氧溶解于醪液从搅拌程度来说平叶涡轮激烈功率消耗也大弯叶次之箭叶小了拆装方便大型搅拌器做成两半型用螺栓联成整体
通用发酵罐搅拌桨类型
(1)通用发酵罐搅拌桨广泛使用平叶涡轮搅拌桨国内采用大多数六平叶式其各部分尺寸比例已规范化种搅拌桨具有大循环液体输送量功率消耗大因此特别适用于丝状菌发酵
（2)船用螺旋搅拌器具有比涡轮桨更强烈轴向流动氧传递效率低
(3)振动混合器尽管提供较高氧传递效率剪切力较低
(4)多棒搅拌桨已用于粘稠丝状链霉菌发酵发酵罐种搅拌桨具有较好剪切分散能力和较低功率消耗整发酵过程功率变化相对涡轮桨要小多
(5)气体导入式搅拌器由空心搅拌桨组成安装空心搅拌轴上搅拌桨上至少有暴露液体开口由于搅拌桨转动开口处压力随之减少使导入气体沿着搅拌轴向下流动适应于低粘度发酵液
消泡装置
消泡方式有两种:加入化学消泡剂消除泡沫高浓度化学消泡剂会对发酵产生抑制作用故能添加太多;第二种方式即机械消泡机械消泡装置主要有四种
锯齿式消泡桨安装于罐内顶部高出液面位置固定搅拌轴上随搅拌轴转动断泡沫打破
二半封闭式涡轮消泡器由前者发展改进而来泡沫直接被涡轮打碎或被涡轮抛出撞击罐壁而破碎
三离心式消泡器们置于发酵罐顶部利用高速旋转产生离心力泡沫破碎液体仍返回罐内
第四种刮板式消泡器安装于发酵罐排气口处泡沫从气液进口进高速旋转刮板刮板转速1000—1450rpm泡沫迅速被打碎由于离心力作用液体披甩向壳体壁上返回罐内气体则由汽孔排出
挡板
挡板作用改变液流方向由径向流改轴向流促使液体激烈翻动增加溶解氧通常挡板宽度取(01-012)D装设4-6块即满足全挡板条件所谓"全挡板条件"指定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持变要达全挡板条件必须满足下式要求:
D—罐直径(mm)
Z—挡板数
W—挡板宽度(mm)
竖立列管排管也起挡板作用故般具有冷却列管或排管发酵罐内另设挡板(冷却管盘管时则应设挡板)挡板长度自液面起罐底止挡板与罐壁之间距离(1/5~1/9)W避免形成死角防止物料与菌体堆积
联轴器及轴承
大型发酵罐搅拌轴较长常分二至三段用联轴器使上下搅拌轴成牢固刚性联接常用联轴器有鼓形及夹壳形两种小型发酵罐采用法兰搅拌轴连接轴连接应垂直心线对正了减少震动型发酵罐般罐内装有底轴承而大型发酵罐装有间轴承底轴承和间轴承水平位置应能适当调节罐内轴承能加润滑油应采用液体润滑塑料轴瓦(石棉酚醛塑料聚四氟乙烯等)轴瓦与轴之间间隙常取轴径04-07%适应温度差变化罐内轴承接触处轴颈极易磨损尤其底轴承处磨损更严重与轴承接触处轴上增加轴套用紧固螺钉与轴固定样仅磨损轴套而轴会磨损检修时只要更换轴套了
变速装置
试验罐采用无级变速装置发酵罐常用变速装置有三角皮带伸展动圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置其三角皮带变速传动效率较高加工安装精度要求高采用变极电动机作阶段变速即需氧高峰时采用高转速而需较高溶解氧阶段适当降低转速样发酵产率并降低而动力消耗则有所节约自动化程度较高发酵罐采用控硅变频装置根据溶氧测定仪连续测定发酵液溶解氧浓度情况并按照微生物生长需要耗氧及发酵情况随时自动变更转速种装置进步节约了动力消耗并相应提高发酵产率其装置颇复杂
空气分布装置
空气分布装置作用吹入无菌空气并使空气均匀分布分布装置形式有单管及环形管等常用单管式管口对正罐底央装于低挡搅拌器下面管口与罐低距离约40mm并且空气分散效较好若距离过大空气分散效较差该距离根据溶氧情况适当调整空气由分布管喷出上升时被搅拌器打碎成小气泡并与醪液充分混合增加了气液传质效通常通风管空气流速取20米/秒了防止吹管吹入空气直接喷击罐底加速罐底腐蚀空气分布器下部罐底上加焊块锈钢补强延长罐底寿命通风量002~05ml/sec时气泡直径与空气喷口直径1/3次方成正比也说喷口直径越小气泡直径也越小因而氧传质系数也越大生产实际通风量均超过上述范围因此气泡直径仅与通风量有关而与喷口直径无关
轴封
轴封作用：使罐顶或罐底与轴之间缝隙加密封防止泄露和污染杂菌常用轴封有填料函轴封和端面轴封两种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密封效安装旋转轴与设备之间部件作用阻止工作介质(液体气体)沿转动轴伸出设备之处泄漏冷却装置
5M3下发酵罐般采用夹套冷却大型发酵罐采用列管冷却(四至八组)带夹套发酵罐罐体壁厚要按外压计算[即35Kg/厘米2(绝对压力)]夹套内设置螺旋片导板来增加换热效同时对罐身起加强作用冷却列管极易腐蚀或磨损穿孔好用锈钢制造啤酒发酵设备-标准通用式发酵罐编辑本段 通用式发酵罐广泛应用深层好气培养设备
工业生产尤其制药工业使用得广泛通用式发酵罐种发酵绕既具有机械搅拌装置又具有压缩空气分布装置发酵罐搅拌轴既置于发酵罐顶部也置于其底部其高径比2:1-6:19有关重要因素氧传递效率功率输入混合质量搅拌桨形式和发酵罐几何比例等
自吸式发酵罐
与通用发酵罐主要区别:①有特殊搅拌器搅拌器由转子和定子组成;②没有通气管
具有转子和定子搅拌器吸气原理:浸发酵液转子迅速旋转液体和空气离心力作用下被甩向叶轮外缘时转子心处形成负压转子转速愈大所造成负压也愈大由于转子空膛与大气相通发酵罐外空气通过过滤器断地被吸入随即甩向叶轮外缘再通过异向叶轮使气液均匀分布甩出转子搅拌又使气液叶轮周围形成强烈混合流空气泡被粉碎气液充分混合
自吸式发酵罐搅拌器
①回转翼片式自吸搅拌器;
②喷射式自吸搅拌器;
③具有转子和定子自吸搅拌器
气泡塔式发酵罐
塔式发酵罐系直立长圆筒筒内安装孔板有还罐内安装搅拌器罐壁四周装挡板与分批机械搅拌发酵罐类似有塔顶横截面扩大供降低流速截留液体夹带悬浮物发酵液和空气并流也逆流
_罐特点:罐身高高径比6;土霉素等生产用设备高径比达7由于液位高空气利用率高节省空气约5%节省动力约30%底部存沉淀现象;温度高时降温较难
现代发酵罐大型化给STF带来—系列难克服困难要大于1000kW机械搅拌;大量冷却水和排除热量;能量均匀分布;溶解氧碳源和其营养与pH控制等
带升式发酵罐
带升式发酵罐也称气流搅拌发酵罐用机械搅拌借通风起搅拌作用并供给氧气
特点:结构简单冷却面积小无搅拌传动设备料液充满系数大无须加消泡剂维修操作及清洗简便节省动力减少染菌等
工作原理:外循环气流搅拌罐空气上升管装罐外下端与罐底连通管底装空气喷嘴压缩空气250～300m/s高速喷出与上升管内醪液接触由于气液混合体密度小于罐内醪液所管内上升管上端与罐身切线相连液体由切线进入罐内回旋下降形成激烈循环
液提式发酵罐
液提发酵罐液体借助于液体泵进行输送同时气体液体喷嘴处被吸入发酵罐
喷嘴类发酵罐特殊部件制造要求精密
气提式发酵罐
空气压缩机气提式发酵罐重要组成部分效率决定于形式
压缩气体通过空气分布器进入液体初形成气泡由液体剧烈翻动来分散所气泡分散程度决定于功率消耗速率
()喷嘴塔式
由两相喷嘴和鼓泡柱组成发醉罐通气效率比多孔管式或多孔板式好得多
种形式反应器常用于废水处理15000m'活性污泥池安装56喷嘴每天转化30000kg氧
(二)喷嘴塔循环式
两相喷嘴作通气装置具有高液体循环速度
(三)喷璃循环式
利用喷嘴喷射力吸入气体使气体罐体内部循环达较好传氧效
传氧效
(四)喷射通道式
种反应器里液体细长形喷嘴里被加速使循环液体位能更有效地转变成动能喷嘴窄处液体速度大而静压低空气通过小孔或狭窄处被吸入和分散喷嘴处形成气泡被向下流动液体带罐底部窄管终端气体向上运动并离开液体排出
(五)滴流床式
液体罐顶部被分散向下滴流通过已被固定化微生物细胞空气罐底导入并与液体逆向流动好氧废水处理有着广泛应用
(六)多级塔循环式
种罐多孔盘管或筛孔发作级分离器液休平面由溢流管控制(七)管道循环式
空气3-4m/s速度导入液体流通过—多孔过滤器
旋风分离器分离排出系统种液流单向通过泵和流量计采用种有高细胞浓度〔达t659(干重细胞)/L和高氧传递速率而功率输入也相当高(八)液体流化床式
近年来沉化床生化反应器研究报道多主要应用3方面
①酶固定固体基质上;
②完整细胞固定固体基质上进行纯培养;
③生化流化床广泛应用于废水处理过程