《ch_嫌气发酵设备》.ppt

第19章、嫌气发酵设备 发酵设备是发酵工厂中主要的设备，必须具有适宜微生物生长和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高产量。同时，要求有不同程度的无菌度，结构应尽可能简单，便于灭菌和清洗。 由于微生物分嫌气和好气两大类，故发酵设备也分为两大类。酒精、啤酒和丙酮丁醇等属于嫌气发酵产品；而谷氨酸、柠檬酸、酶制剂和抗菌素等属好气发酵产品，在发酵过程中需不断通入无菌空气。 近年来，国内外发酵设备已日趋大容量发展。大型发酵罐具有简化管理，节省投资降低成本以及利于自控等优点，并已在大型发酵罐中实现了自动清洗。 50年代初期，连续发酵工业化的问题巳引起人们普遍的关注和重视。这是由于连续发酵不仅节约了设备投资和操作费用，而且由于时间的缩短和管理的合理化，提高了生产能力。目前，连续发酵生产酒精已在大部分工厂得到应用，而啤酒发酵的连续化也相继在工业生产中得到应用。近年来对固定化细胞、固定化酶生产酒精、啤酒等的研究进展很快，目前已进入中型试验甚至生产性试验。 第一节、酒精发酵设备 酒精发酵过程即是酵母将糖转化为酒精的过程，欲获得较高的转化率，除满足酵母生长和代谢的必要工艺条件外，还需要一定的生化反应时间，在生化反应过程中将释放出一定数量的生物热，若该热量不及时移走，必持直接影响酵母的生长和代谢产物的转化率。因此，酒精发酵罐的结构必须首先满足上述工艺要求，此外，从结构上，还应考虑有利于发酵液的排出，设备的清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。 一、酒精发酵罐 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，耀身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。 1—冷却水入口 2—取样口 3—压力表 4—CO2气体出口 5—喷淋水入口 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 发酵的冷却装置，对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却；对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置，为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高等优点。 酒精发酵罐的洗涤，过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而是二氧化碳气体一旦未彻底排除，工人入罐清洗会发生中毒事故。近年来，酒精发酵罐已逐步采用水力喷射洗涤装置，从而改善了工人的劳动强度和提高了操作效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤装置尤为重要。 二、酒精发酵罐的计算 一、发酵罐结构尺寸的确定 发酵罐的全容积 进入发酵罐的发酵液量 装液系数，可取0.85~0.9 V V0 φ 发酵罐全容积： 带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积： 推荐尺寸： H=1.1~1.5D h1=0.1 ~ 0.14D h2=0.05 ~ 0.1D 二、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： 发酵罐个数 每24h内进行加料的发酵罐数目 一次发酵周期所需时间 N n t 三、发酵罐冷却面积计算 发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式米确定，即： 总发酵热 传热总系数 对数平均温度差 冷却面积 Q K ΔTm A 1．总的发酵热Q 2．对数平均温度差ΔTm的计算 第二节 啤酒发酵设备 近年来，啤酒发酵设备向大型、室外、联合的方向发展，迄今为止，使用的大型发酵罐容量已达1500吨。大型化的目的是：(1)由于大型化，使啤酒质量均一化；(2)由于啤酒生产的罐数减少，使生产合理化，降低了主要设备的投资。 一是发酵容器材料的变化 容器的材料由陶器向木材 水泥 金属材料演变，现在的啤酒生产，后两种材料都在使用。我国大多数啤酒发酵容器为内有涂料的钢筋水泥槽，新建的大型容器一般使用不锈钢。 啤酒发酵容器的变迁过程，可以分为三个方面： 二是开放式发酵容器向密闭式转变 小规模生产时，糖化投料量较少，啤酒发酵容器放在室内，一般用开放式，上面没有盖子。对发酵的管理，泡沫形态的观察和醪液浓度的测定等比较方便。随着啤酒生产规模的扩大，投料量越来越大，发酵容器已开始大型化，并为密闭式。从开放式转向密闭发酵的最大问题是发酵时被气泡带到表面的泡盖的处理。开放发酵便于撇取，密闭容器人孔较小，难以撇取。可用吸取法分离泡盖。 三是密闭容器的演变 原来是在开放式长方形容器上面加穹形盖子的密闭发酵槽，随着技术革新过渡到用钢板、不锈钢或铝制的卧式圆筒形发酵罐。后来出现的是立式圆筒体锥底发酵罐，这种罐是20世纪初期瑞士的奈坦 (Nathan) 发明