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1、生物工程设备嫌气发酵生物工程设备嫌气发酵设备设备第1页，本讲稿共46页n n第一节第一节 酒精发酵设备酒精发酵设备n n一。酒精发酵罐一。酒精发酵罐一。酒精发酵罐一。酒精发酵罐n n二。酒精发酵罐设计二。酒精发酵罐设计二。酒精发酵罐设计二。酒精发酵罐设计n n第二节第二节 啤酒发酵设备啤酒发酵设备n n一。啤酒前后发酵设备及其计算一。啤酒前后发酵设备及其计算一。啤酒前后发酵设备及其计算一。啤酒前后发酵设备及其计算n n二。新型啤酒发酵设备二。新型啤酒发酵设备二。新型啤酒发酵设备二。新型啤酒发酵设备n n三。三。三。三。CIPCIP清洗系统清洗系统清洗系统清洗系统n n第三节第三节 连续发酵连续
2、发酵n n一。连续发酵时间的确定一。连续发酵时间的确定一。连续发酵时间的确定一。连续发酵时间的确定n n二。连续发酵理论罐数的确定二。连续发酵理论罐数的确定二。连续发酵理论罐数的确定二。连续发酵理论罐数的确定n n三。连续发酵流程三。连续发酵流程三。连续发酵流程三。连续发酵流程第2页，本讲稿共46页酒精发酵罐：酒精发酵罐：筒体：圆柱形，筒体：圆柱形，筒体：圆柱形，筒体：圆柱形，底盖顶盖：碟形，锥形底盖顶盖：碟形，锥形底盖顶盖：碟形，锥形底盖顶盖：碟形，锥形组成：组成：组成：组成：人孔人孔人孔人孔 视镜视镜视镜视镜 二氧化碳回收管二氧化碳回收管二氧化碳回收管二氧化碳回收管 罐顶：罐顶：罐顶：罐顶
3、：进料管进料管进料管进料管 接种管接种管接种管接种管 测量仪器接口管，压力表测量仪器接口管，压力表测量仪器接口管，压力表测量仪器接口管，压力表 罐身：罐身：罐身：罐身：取样口取样口取样口取样口 温度计接口温度计接口温度计接口温度计接口 罐底：罐底：罐底：罐底：排料口排料口排料口排料口 排污口排污口排污口排污口第3页，本讲稿共46页酒精发酵设备v 酒精发酵罐酒精发酵罐动画演示动画演示第4页，本讲稿共46页发酵的冷却：发酵的冷却：中小型中小型中小型中小型发酵罐发酵罐发酵罐发酵罐：灌顶喷水灌顶喷水灌顶喷水灌顶喷水淋于罐外壁表面淋于罐外壁表面淋于罐外壁表面淋于罐外壁表面大型大型大型大型发酵罐：发酵罐：
4、发酵罐：发酵罐：罐内冷却蛇管罐内冷却蛇管罐内冷却蛇管罐内冷却蛇管 罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置酒精发酵罐酒精发酵罐酒精发酵罐酒精发酵罐的洗涤：的洗涤：的洗涤：的洗涤：水力喷射洗涤系统水力喷射洗涤系统水力喷射洗涤系统水力喷射洗涤系统第5页，本讲稿共46页v 洗涤装置洗涤装置酒精发酵设备第6页，本讲稿共46页酒精发酵设备酒精发酵设备v 酒精发酵罐的计算酒精发酵罐的计算发酵罐结构尺寸的确定发酵罐结构尺寸的确定 带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积为带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积为:式中式中 V发酵罐
5、的代表容积（发酵罐的代表容积（m3）；）；V0进入发酵罐的发酵液量（进入发酵罐的发酵液量（m3）装液系数，装液系数，一般取一般取=0.850.90发酵罐全容积按下列计算发酵罐全容积按下列计算:式中：式中：式中：式中：D-D-罐的直径，罐的直径，罐的直径，罐的直径，m H-m H-罐的圆柱部分高度，罐的圆柱部分高度，罐的圆柱部分高度，罐的圆柱部分高度，mm h1-h1-罐底高度，罐底高度，罐底高度，罐底高度，m h2-m h2-罐盖高度，罐盖高度，罐盖高度，罐盖高度，mm第7页，本讲稿共46页酒精发酵设备v 酒精发酵罐的计算酒精发酵罐的计算罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系：罐体高度、底、盖高
6、度和罐径的尺寸关系：第8页，本讲稿共46页酒精发酵设备v 酒精发酵罐的计算酒精发酵罐的计算发酵罐罐数的确定发酵罐罐数的确定 对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：式中式中N发酵罐个数；发酵罐个数；n 每每24小时内进行加料单发酵罐数目；小时内进行加料单发酵罐数目；t 一次发酵周期所需时间，一次发酵周期所需时间，h第9页，本讲稿共46页 发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：酒精发酵设备酒精发酵设备v 酒精发酵罐的计算酒精发酵罐的计算 发酵罐冷却面积计算发酵罐冷却面积计算式中式中 A A冷却面积（
7、冷却面积（m m2 2）;Q总的发酵热（总的发酵热（J/h）；K传热总系数（传热总系数（J/m2.h)；Tm对数平均温度差对数平均温度差微生物嫌气发酵时发酵热由：微生物嫌气发酵时发酵热由：微生物嫌气发酵时发酵热由：微生物嫌气发酵时发酵热由：生物合成热生物合成热生物合成热生物合成热Q1,Q1,蒸发损失热蒸发损失热蒸发损失热蒸发损失热Q2Q2，罐壁向周围散失的热损失罐壁向周围散失的热损失罐壁向周围散失的热损失罐壁向周围散失的热损失Q3Q3第10页，本讲稿共46页酒精发酵设备 总的发酵热总的发酵热Q 对数平均温度差对数平均温度差Tm 传热总系数传热总系数K 冷却水耗量的计算冷却水耗量的计算第11页，
8、本讲稿共46页酒精发酵设备酒精发酵设备例题例题 某酒精工厂，每发酵罐的进料量为某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24t/h，每，每4h装满一罐，发酵周期为装满一罐，发酵周期为72h，冷却水的初、终温分别为，冷却水的初、终温分别为20和和25，若罐内采用蛇管冷却，试确定发酵，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。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（糖化醪密度为1076kg/m3)解：解：(1)确定发酵罐个数确定发酵罐个数第12页，本讲稿共46页酒精发酵设备 (2)确定发酵罐体积及结构尺寸确定发酵罐
9、体积及结构尺寸 发酵罐体积发酵罐体积 发酵罐几何尺寸发酵罐几何尺寸选取结构尺寸比例：H=1.2D，h1h20.1Dh2h1H则 发酵罐表面积发酵罐表面积(圆柱体表面积圆柱体表面积A1和罐底、罐顶表面积和罐底、罐顶表面积A2、A3）第13页，本讲稿共46页酒精发酵设备 (3)冷却面积和冷却装置主要结构尺寸冷却面积和冷却装置主要结构尺寸 总的发酵热总的发酵热Q第14页，本讲稿共46页 冷却水耗量冷却水耗量 对数平均温度差对数平均温度差Tm酒精发酵设备第15页，本讲稿共46页传热总系数传热总系数K值值 冷却面积冷却面积酒精发酵设备第16页，本讲稿共46页 冷却装置主要结构尺寸冷却装置主要结构尺寸列管
10、总长度L每圈蛇管长度l蛇管总圈数蛇管总高度酒精发酵设备第17页，本讲稿共46页啤酒发酵设备啤酒酿造工艺第18页，本讲稿共46页啤酒发酵设备啤酒发酵设备 啤酒发酵容器的发展啤酒发酵容器的发展1.发酵容器材料的变化发酵容器材料的变化2.开放式向密闭式转换开放式向密闭式转换3.密闭容器的发展密闭容器的发展 大型的啤酒发酵罐大型的啤酒发酵罐奈坦罐、联合罐、朝日罐奈坦罐、联合罐、朝日罐第19页，本讲稿共46页 前发酵设备前发酵设备啤酒发酵设备啤酒发酵设备前发酵槽前发酵槽 啤酒前、后发酵设备及计算啤酒前、后发酵设备及计算第20页，本讲稿共46页啤酒发酵设备啤酒发酵设备 前发酵设备前发酵设备前发酵室前发酵室
11、 啤酒前、后发酵设备及计算啤酒前、后发酵设备及计算第21页，本讲稿共46页啤酒发酵设备啤酒发酵设备 前发酵槽的计算前发酵槽的计算 啤酒前、后发酵设备及计算啤酒前、后发酵设备及计算 (1)发酵槽数目的确定发酵槽数目的确定 (2)前发酵槽体积的确定前发酵槽体积的确定 (3)前发酵槽冷却面积计算前发酵槽冷却面积计算第22页，本讲稿共46页啤酒发酵设备啤酒发酵设备卧式后发酵槽卧式后发酵槽立式后发酵槽立式后发酵槽 后发酵设备后发酵设备 啤酒前、后发酵设备及计算啤酒前、后发酵设备及计算第23页，本讲稿共46页啤酒发酵设备啤酒发酵设备 后发酵槽的计算后发酵槽的计算 啤酒前、后发酵设备及计算啤酒前、后发酵设备
12、及计算 (1)后发酵槽数目的确定后发酵槽数目的确定 (2)后发酵槽全体积的确定后发酵槽全体积的确定第24页，本讲稿共46页啤酒发酵设备啤酒发酵设备 新型啤酒发酵设备新型啤酒发酵设备 圆筒体锥底发酵槽圆筒体锥底发酵槽 圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐形罐 ）。这种设备的优点在于能缩）。这种设备的优点在于能缩短发酵时间短发酵时间,而且具有生产上的灵活而且具有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要性，适合于生产各种类型啤酒的要求。目前，锥形发酵罐成为国内外求。目前，锥形发酵罐成为国内外啤酒工厂使用较多的设备。啤酒工厂使用较多的设备。第25页，本讲稿共46页啤酒发酵设备
13、啤酒发酵设备HH0D60H/D=1.56:1 锥形罐的几何尺寸锥形罐的几何尺寸H0/D=0.866 新型啤酒发酵设备新型啤酒发酵设备第26页，本讲稿共46页啤酒发酵设备 新型啤酒发酵设备锥形罐的冷却装置锥形罐的冷却装置第27页，本讲稿共46页 新型啤酒发酵设备啤酒发酵设备锥形罐锥形罐第28页，本讲稿共46页 新型啤酒发酵设备啤酒发酵设备联合罐联合罐第29页，本讲稿共46页 新型啤酒发酵设备啤酒发酵设备朝日罐朝日罐优点：可加速啤酒的成熟。发酵时罐的装量达96，提高设备利用率，减少了排除酵母时发酵液的损失。缺点：动力消耗大。第30页，本讲稿共46页 新型啤酒发酵设备啤酒发酵设备 CIP清洗系统清洗
14、系统预冲洗预冲洗碱预洗碱预洗中间清洗中间清洗固定喷头喷洗固定喷头喷洗清水冲洗清水冲洗酸冲洗酸冲洗碱喷洗碱喷洗第31页，本讲稿共46页第32页，本讲稿共46页啤酒发酵设备第33页，本讲稿共46页啤酒工厂典型设备实习基地（澜沧江啤酒厂和KK啤酒厂）典型设备第34页，本讲稿共46页连续发酵连续发酵 间歇发酵：操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利间歇发酵：操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。用率低。连续发酵：培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，发酵周连续发酵：培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，发酵周期短，设备利用率和生产效率高，易于自动化生产。期短，设备利用率和生产效率高，易于自动化生产
15、。连续发酵存在的问题：连续发酵存在的问题：（1）微生物的突变）微生物的突变（2）污菌）污菌（3）混合均匀度）混合均匀度（4）丝状菌的输送）丝状菌的输送第35页，本讲稿共46页发酵罐数确定的理论依据：发酵罐数确定的理论依据：发酵罐数确定的理论依据：发酵罐数确定的理论依据：n n1 1）若发酵产物的形成和微生物的生长是同时进行的，即双边发酵，按）若发酵产物的形成和微生物的生长是同时进行的，即双边发酵，按）若发酵产物的形成和微生物的生长是同时进行的，即双边发酵，按）若发酵产物的形成和微生物的生长是同时进行的，即双边发酵，按化学剂量关系，最低要用一个发酵罐化学剂量关系，最低要用一个发酵罐化学剂量关系，
16、最低要用一个发酵罐化学剂量关系，最低要用一个发酵罐n n2 2）若代谢产物的形成和微生物的生长明显分为两个阶段，因此时）若代谢产物的形成和微生物的生长明显分为两个阶段，因此时）若代谢产物的形成和微生物的生长明显分为两个阶段，因此时）若代谢产物的形成和微生物的生长明显分为两个阶段，因此时需要两个不同的培养条件，所以至少要两只发酵罐需要两个不同的培养条件，所以至少要两只发酵罐需要两个不同的培养条件，所以至少要两只发酵罐需要两个不同的培养条件，所以至少要两只发酵罐n n3 3）若菌体生长和代谢产物的形成很难明显区分，且各阶段的）若菌体生长和代谢产物的形成很难明显区分，且各阶段的）若菌体生长和代谢产物
17、的形成很难明显区分，且各阶段的）若菌体生长和代谢产物的形成很难明显区分，且各阶段的培养条件又各不相同，则需要几个罐串联进行连续发酵培养条件又各不相同，则需要几个罐串联进行连续发酵培养条件又各不相同，则需要几个罐串联进行连续发酵培养条件又各不相同，则需要几个罐串联进行连续发酵n n图解法：图解法：图解法：图解法：n n多罐连续发酵须满足的条件：多罐连续发酵须满足的条件：多罐连续发酵须满足的条件：多罐连续发酵须满足的条件：n n 输出量输出量输出量输出量=输入量输入量输入量输入量+生长量生长量生长量生长量n n即：即：即：即：或或或或n n对上式，斜率对上式，斜率对上式，斜率对上式，斜率D=q/V
18、D=q/V，截距，截距，截距，截距X Xn-1n-1n n对第一罐，对第一罐，对第一罐，对第一罐，X Xn n=X=Xn-1n-1n n第一罐物料平衡过原点第一罐物料平衡过原点第一罐物料平衡过原点第一罐物料平衡过原点第36页，本讲稿共46页连续发酵 连续发酵时间的确定连续发酵时间的确定第37页，本讲稿共46页连续发酵 连续发酵理论罐数的确定连续发酵理论罐数的确定物料平衡方程式：第38页，本讲稿共46页连续发酵 酒精连续发酵流程酒精连续发酵流程第39页，本讲稿共46页淀粉质原料制酒精连续发酵流程连续发酵 酒精连续发酵流程酒精连续发酵流程第40页，本讲稿共46页连续发酵 啤酒连续发酵流程啤酒连续发
19、酵流程 塔式连续发酵流程塔式连续发酵流程第41页，本讲稿共46页1：原料贮仓2：麦芽筛选机3：提升机4：麦芽粉碎机5：糖化锅6：大米筛选机7：大米粉碎机8：糊化锅9：过滤槽10：麦糟输送11：麦糟贮罐12：煮沸/回旋槽13：外加热器14：酒花添加罐15：麦汁冷却器16：空气过滤器17：酵母培养及添加罐18：发酵罐19：啤酒稳定剂添加罐20：缓冲罐21：硅藻土添加罐22：硅藻土过滤机23：啤酒清滤机24：清酒罐25：洗瓶机26：罐装机27：啤酒杀菌机28：贴标机29：装箱机第42页，本讲稿共46页连续发酵 啤酒连续发酵流程啤酒连续发酵流程 塔式发酵塔式发酵第43页，本讲稿共46页连续发酵 啤酒连续发酵流程啤酒连续发酵流程 多罐式连续发酵多罐式连续发酵第44页，本讲稿共46页小小 结结v 酒精发酵设备酒精发酵设备v 酒精发酵罐结构酒精发酵罐结构v 酒精发酵罐的计算酒精发酵罐的计算v 啤酒发酵设备啤酒发酵设备v 新型啤酒发酵罐新型啤酒发酵罐v CIP清洗系统清洗系统v 连续发酵设备连续发酵设备v 酒精连续发酵酒精连续发酵v 啤酒连续发酵啤酒连续发酵第45页，本讲稿共46页Thank you for your join第46页，本讲稿共46页