厭氧發(fā)酵設(shè)備課件

第四章

厭氧發(fā)酵設(shè)備湖北大學(xué)知行學(xué)院生物工程設(shè)備12021第四章

厭氧發(fā)酵設(shè)備湖北大學(xué)知行學(xué)院生物工程設(shè)備12021發(fā)酵設(shè)備是發(fā)酵工廠中主要的設(shè)備，它提供了一個(gè)適應(yīng)微生物生命活動(dòng)和生物代謝的場(chǎng)所。由于微生物分厭氧和通風(fēng)兩大類，故供微生物生存和代謝的生產(chǎn)設(shè)備也就各不相同。不論厭氧或通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備，除了滿足微生物培養(yǎng)所必要的工藝要求外，還得考慮材質(zhì)的要求以及加工制造難易程度等因素。22021發(fā)酵設(shè)備是發(fā)酵工廠中主要的設(shè)備，它提供了一個(gè)適應(yīng)微生物生命活主要講述的內(nèi)容酒精發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算啤酒發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算1232021主要講述的內(nèi)容酒精發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算啤酒發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算12320一、酒精發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算滿足酒精發(fā)酵的工藝要求滿足酒精酵母生長(zhǎng)和代謝的必要工藝條件將發(fā)酵產(chǎn)生的熱量及時(shí)移走

有利于發(fā)酵液的排出便于設(shè)備清洗、維修有利于回收二氧化碳

42021一、酒精發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算滿足酒精發(fā)酵的工藝要求42021一、酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)

1，基本結(jié)構(gòu)酒精發(fā)酵罐筒體為圓柱形底蓋和頂蓋均為碟形或錐形的立式金屬容器罐頂裝有廢汽回收管，進(jìn)料管，按種管，壓力表、各種測(cè)量?jī)x表接口管及供觀察清洗和檢修罐體內(nèi)部的人孔等罐底裝有排料口和排污口對(duì)于大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔罐身上下部裝有取樣口和溫度計(jì)接口52021一、酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)1，基本結(jié)構(gòu)520212，發(fā)酵罐的換熱裝置中小型發(fā)酵罐：多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻；大型發(fā)酵罐：由于罐外壁冷卻面積不能滿足冷卻要求，所以，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置。此外，也有采用罐外列管式噴琳冷卻的方法，此法具有冷卻發(fā)酵液均勻、冷卻效率高等優(yōu)點(diǎn)。620212，發(fā)酵罐的換熱裝置620213，發(fā)酵罐的洗滌裝置

大型酒精發(fā)酵罐采用水力噴射洗滌裝置

720213，發(fā)酵罐的洗滌裝置72021二、酒精發(fā)酵罐的計(jì)算1，發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定發(fā)酵罐全容積的計(jì)算：式中：V-發(fā)酵罐的全容積（米3）V0-發(fā)酵罐中的裝液量（米3）φ-裝液系數(shù)（一般取0.85~0.90）82021二、酒精發(fā)酵罐的計(jì)算1，發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定82021帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐全容積為：式中D：罐的直徑(米)H：罐的圓柱部分高度(米)h1：罐底高度(米)h2：蓋高度(米)通常：H=1.1~1.5D,h1=0.1~0.4D,h2=0.05~0.1D92021帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐全容積為：920212，發(fā)酵罐罐數(shù)的確定對(duì)于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計(jì)算：

式中N：發(fā)酵罐個(gè)數(shù)（個(gè)）n：每24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行加料的發(fā)酵罐數(shù)t：發(fā)酵周期（小時(shí)）1020212，發(fā)酵罐罐數(shù)的確定1020213，發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算可按傳熱基本方程式來(lái)確定，即：式中F：冷卻面積(米2)Q：總的發(fā)酵熱(焦耳/小時(shí))K：傳熱總系數(shù)(焦耳/米2.小時(shí).?C)Δtm：對(duì)數(shù)平均溫度差(?C)1120213，發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算112021（1）總發(fā)酵熱的估算微生物在厭氧發(fā)酵過(guò)程中總的發(fā)酵熱，一般由生物合成熱Q1，蒸發(fā)熱損失Q2，罐壁向周圍散失的熱損失Q3等三部分熱量所組成。即：Q=Q1-（Q2+Q3）122021（1）總發(fā)酵熱的估算122021Q1的估算按發(fā)酵最旺盛時(shí)單位時(shí)間糖度降低的百分值來(lái)計(jì)算計(jì)算方法：在發(fā)酵最旺盛時(shí)，測(cè)定小型試驗(yàn)箱冷卻水的進(jìn)出口溫度和單位時(shí)間內(nèi)的耗水量，從而得出其放熱量（Q1’）。由Q1’擴(kuò)大到生產(chǎn)罐，則生產(chǎn)罐的Q1為：Q2一般取Q1的5%~6%左右。Q3這部分熱量由對(duì)流和輻射組成，可查閱相關(guān)手冊(cè)。132021Q1的估算132021（2）對(duì)數(shù)平均溫度差Δtm的計(jì)算tF：主發(fā)酵時(shí)的發(fā)酵溫度（?C）t1：冷卻水進(jìn)口溫度（?C）t2：冷卻水出口溫度（?C）142021（2）對(duì)數(shù)平均溫度差Δtm的計(jì)算142021（3）傳熱總系數(shù)K值的確定傳熱總系數(shù)可由兩部分組成：發(fā)酵液到蛇管壁的傳熱分系數(shù)α1從冷卻管壁到冷卻水的傳熱系數(shù)α2α1一般依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或直接測(cè)定為準(zhǔn)，對(duì)酒精發(fā)酵液而言，其α1值可取2300~2700千焦/米2·小時(shí)·?C152021（3）傳熱總系數(shù)K值的確定傳熱總系數(shù)可由兩部分組成：α1一般α2可分為兩種情況計(jì)算：若采用蛇管冷卻，以水為冷卻劑：

α2：蛇管的傳熱分系數(shù)（千焦/米2.小時(shí).?C）A：常數(shù)，在水溫為20?C時(shí)，可取6.45ρ：水的密度（公斤/米3）ω：蛇管內(nèi)水的流速（米/秒）d：蛇管直徑（米）R：蛇管圈半徑（米）162021α2可分為兩種情況計(jì)算：162021若采用罐外壁噴淋冷卻，則α2為：G：噴淋密度（公斤/米.小時(shí)）Dm：罐外徑（米）本公式適應(yīng)范圍：噴淋密度在100~1500公斤/米.小時(shí)。172021若采用罐外壁噴淋冷卻，則α2為：172021三、計(jì)算舉例某酒精工廠，每發(fā)酵罐的進(jìn)料量為24噸／小時(shí)，每4小時(shí)盛滿一罐，發(fā)酵周期為72小時(shí)，冷卻水的初、終溫分別為20?C和25?C，若罐內(nèi)采用蛇管冷卻，試確定：發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)尺寸，罐數(shù)，冷卻水耗量，冷卻面積和冷卻裝置的主要結(jié)構(gòu)尺寸。(糖化醪密度為1076公斤／米3)。182021三、計(jì)算舉例某酒精工廠，每發(fā)酵罐的進(jìn)料量為24噸／小

l，發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定192021l，發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定1920212020212020212120212120212，冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定2220212，冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定222021232021232021242021242021（2）冷卻水耗量的計(jì)算252021（2）冷卻水耗量的計(jì)算252021262021262021272021272021282021282021第二節(jié)啤酒發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設(shè)備是由分別設(shè)在發(fā)酵間的發(fā)酵池和貯酒間內(nèi)的貯酒罐組成的。目前圓筒體錐底罐（C.C.T)在露天大罐工藝中使用最為普遍．簡(jiǎn)稱露天錐形發(fā)酵罐。

292021第二節(jié)啤酒發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設(shè)備是由分別設(shè)一、圓筒體錐底罐（C.C.T)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)C.C.T發(fā)酵最大特點(diǎn)在于大型化，容積從100~600m3(國(guó)內(nèi)也有60m3小型的)。302021一、圓筒體錐底罐（C.C.T)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)C.C.T發(fā)酵最大1，設(shè)備的外型特點(diǎn)外筒體蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。筒體直徑(D)和筒體高度(H)是主要特性參數(shù)。對(duì)單釀罐一般是D：H＝1：1~2。對(duì)兩罐法的發(fā)酵罐D(zhuǎn)：H＝1：3~4，對(duì)兩罐法的貯酒罐D(zhuǎn)：H＝1：1~2，也有采用直徑為3~4m的臥式圓簡(jiǎn)體罐作貯酒罐。增加H有利于加速發(fā)酵，降低H有利于啤酒的自然澄清。

發(fā)酵罐錐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角為73~75?(一定體積沉降酵母在錐底中占有最小比表面積時(shí)摩接力最小)，對(duì)于貯酒罐，因沉淀物很少，主要考慮材料利用率常取錐角為120~150?。3120211，設(shè)備的外型特點(diǎn)3120212，罐材料

大型C.C.T均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制成。啤酒是酸性液體，能造成鐵的電化學(xué)腐蝕，啤酒發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的H2S、SO2對(duì)鐵材料會(huì)造成氧化還原腐蝕。3220212，罐材料3220213，冷卻夾套先進(jìn)的C.C.T均采用換熱片式(爆炸成型)一次性冷媒直接蒸發(fā)式換熱，一次性冷媒(如氨蒸發(fā)溫度為-3~-4℃)蒸發(fā)后的壓力在1.0MPa~1.2MPa，也就是說(shuō)換熱片需耐高壓。發(fā)酵罐或單釀罐內(nèi)的冷卻夾套一般分成三段，上段距發(fā)酵液面15cm向下排列，中段在筒體的下部距支撐裙座15cm向上排列，錐底段盡可能接近排酵母口，向上排列。3320213，冷卻夾套3320214，隔熱層和防護(hù)層絕熱層材料應(yīng)具有：導(dǎo)熱系數(shù)低、體積質(zhì)量低、吸水小、不易燃等特性。啤酒C.C.T絕熱層常用如下材料：聚酰氨樹(shù)脂和自熄式聚苯乙烯泡沫塑料。采用上述兩種絕熱材料只需厚度150~200mm。膨脹珍珠巖粉和礦渣棉價(jià)格低，因吸水性大需增加厚度200~250mm。外防護(hù)層一般采用0.7~1.5mm厚的合金鋁板或0.5~0.7mm的不銹鋼板，特別是瓦楞型板更受歡迎。3420214，隔熱層和防護(hù)層3420215，罐主要附件

在上中下三段冷卻介質(zhì)進(jìn)口位置下裝智能型鉑溫度傳感器。在圓筒形下部裝可清洗取樣閥。罐頂部應(yīng)有安全閥、真空破壞閥。在液面上150mm裝有CIP裝置。還應(yīng)裝上視鏡、燈鏡、空氣和二氧化碳排出管等裝置。錐底有直徑500mm的快開(kāi)人孔。如做單釀罐應(yīng)具有深入錐底800-1200mm的出酒管和排酵母底閥及四通視鏡。3520215，罐主要附件352021二，圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)

加速發(fā)酵，C.C.T發(fā)酵和傳統(tǒng)發(fā)酵相比，由于發(fā)酵基質(zhì)(麥汁)和酵母對(duì)流獲得強(qiáng)化，可加速發(fā)酵。廠房投資節(jié)省。冷耗節(jié)省。C.C.T發(fā)酵可依賴CIP自動(dòng)程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。362021二，圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)加速發(fā)酵，C.C.T發(fā)酵和傳統(tǒng)發(fā)三、圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點(diǎn)由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低(只能使用5~6