[精选]5厌氧发酵设备fpr.pptx
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1、第五章第五章 厌氧发酵设备厌氧发酵设备 发酵设备是生物工厂中最主要的设备，发酵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。因此发酵设备必须具备微生物生长的基本条件。例如：需要维持合适的培养温度，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。由于微生物主要分嫌气和好气两大类，故发酵设备也分为两大类：嫌气发酵设备和通风发酵设备。嫌气发酵设备常用于酒精、啤酒、丙酮、丁醇等嫌气发酵产品的生产。其特点是在发酵过程中不需通入氧气或空气，有时需通入二氧化碳或氮气等惰性气体以保持罐内正压，防止染菌。酒精发酵罐和啤酒发酵罐是最常见的嫌气发酵设备
2、，本章以其为例重点介绍。第一节 酒精发酵罐一、酒精发酵罐的结构及操作1、酒精发酵罐的结构酒精发酵罐通常可分为密闭式和开放式两种，目前大多数工厂都采用密闭式发酵罐。密闭式酒精发酵罐的优点是：可以防止杂菌感染、便于保温冷却及控制发酵温度、酒精产量多、损失少、可回收、发酵率高。密闭式酒精发酵罐的缺点是结构较复杂、造价较贵。酒精发酵罐罐身为圆柱形，罐顶和罐底均为锥形或碟形。罐顶装有人孔、视镜、排料管、接种管、二氧化碳回收管、压力表和各种测量仪表接口管等。罐底装有排料管、排污管。罐身上下部装有温度计和取样器。罐内常装有供加热杀菌用的直接蒸汽管。为了便于维修和清洗，对于大型酒精发酵罐。往往在近罐底也设有人
3、孔。酒精发酵罐的结构酒精发酵罐的结构发酵罐的冷却装置，对于中小型发酵罐，多采用罐外壁喷淋膜状冷却。对于大型发酵罐，罐内装冷却蛇管或罐内蛇管和罐外喷淋联合冷却装置。此外，也有采用罐外列管式喷淋冷却的方法。酒精发酵罐工作时，罐内不同高度的发酵液中二氧化碳含量有所不同，发酵液中形成一个二氧化碳含量的浓度梯度。一般罐底液层气泡密集程度较高，发酵液相对密度小。罐上部液层二氧化碳气泡密集程度较低，发酵液相对密度大。于是相对密度小的底部发酵液就具有上浮的提升力。同时，上升的二氧化碳气泡对周围的液体也具有一种拖曳力，拖曳力和液体上浮的提升力相结合则构成气体搅拌作用，使罐内发酵液不断循环混合和热交换。因此，酒精
4、发酵罐一般不配置机械搅拌器。但当发酵罐容量较大，罐内产生的二氧化碳气量较少时可配置侧向搅拌器。酒精发酵罐的洗涤，过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且二氧化碳气体一旦未彻底排除，工人入罐清洗就会发生中毒事故。近年来，酒精发酵罐已逐步采用水力喷射洗涤装置。水力喷射洗涤装置是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成，喷水管两端弯有一定的弧度，喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔。喷水管安装时呈水平，喷水管借活络接头和固定供水管连接。它是借喷水管两端喷嘴以一定的喷出速度喷射时形成的反作用力，使喷水管自动旋转，在旋转过程中，喷水管内的洗涤水由喷水孔均匀喷洒在罐壁、罐顶和罐底上，从而达到水力洗涤的目的。水力喷射洗涤装
5、置2、酒精发酵罐的尺寸3、酒精发酵罐的操作（1）操作注意事项进料前，要对设备、管道、管件彻底灭菌。接种时，严格按照无菌操作的规程操作，以免带入杂菌。发酵过程中严密监控温度的变化，确保在最适要求范围。无论何种酵母菌，都有最适生长和发酵温度，避免延长发酵周期、菌种衰老或降低产品得率。定期观察设备、管道和管件的运行状况，严防跑、冒、滴、漏现象，避免杂菌感染。定期或在线检查发酵醪理化指标，如发现异常发酵，一定要按照操作规程规定之措施及时予以调整。对于间歇发酵，发酵结束出罐后，对发酵罐彻底灭菌。（2）酒精异常发酵及产生原因和处理方法酸度增高，镜检有杂菌，残余还原糖高。产生原因：发酵罐或管道、阀门、泵有死
6、角，清洗不干净，灭菌不彻底。糖化剂或酵母染菌；发酵温度偏高。预防和处理方法：注意发酵罐、管道、阀门、泵等的清洗和灭菌；消除死角；保证糖化剂和酵母质量；控制发酵温度。残余还原糖过高。产生原因：酵母质量不高、蒸煮过度或发酵温度过高。预防和处理方法：分析酵母质量不高的原因并采取相应措施，适当降低蒸煮温度和缩短蒸煮时间，控制发酵温度。二、酒精连续发酵设备连续发酵是在发酵罐内连续不断地流加培养液，同时又连续不断地排出发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期。同时又降低了代谢产物的积累，培养液浓度和代谢产品含量具有相对的稳定性，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。其优点是：发
7、酵周期短、设备利用率高、产品质量和产量较高、节省人力和物力、生产管理稳定、便于自动化生产。二、酒精连续发酵设备尽管连续发酵具有上述优点，但在实际生产中,连续发酵仍未能全部代替间歇发酵，原因是：长期连续发酵生产中，遇到了微生物的突变和杂菌污染问题，出现了发酵液在连续流动过程中的不均匀性和丝状菌在管道中的流动困难，以及对微生物动态方面的活动规律还缺乏足够的认识等。酒精连续发酵的方式是从最初的单罐连续发酵发展到多罐的串联连续发酵。目前，我国的糖蜜原料制酒精及淀粉质原料制酒精的连续发酵生产是采用多罐串联连续发酵。二、酒精连续发酵设备1、糖蜜原料制酒精的连续发酵设备该流程由9个发酵罐组成，酵母和糖蜜同时
8、连续流加入1号罐内，并依次流经各罐，最后从9号罐排出。除了在酒母槽通入空气之外，在1号罐内也同样通入适量的空气，或增大酵母接种量，维持1号罐内工艺所要求的酵母数。连续发酵周期结束，则储存于每罐的发酵液，先从末罐按逆向顺序依次排出，入蒸馏塔蒸馏。而空罐则依次进行清洗灭菌待用。二氧化碳则由各罐罐顶排入总汇集罐，再送往二氧化碳车间，进行综合利用。糖蜜原料制酒精的连续发酵设备糖蜜原料制酒精的连续发酵设备按目前的流程装置和工艺条件，连续发酵周期可达20d左右，甚至更长。发酵过程中，如发酵液中维持酵母数在（0.6-1）亿个Ml,发酵只需32h，发酵液中酒精含量可达9%-10%,发酵率约为85%，二、酒精连
9、续发酵设备2、淀粉质原料制酒精的连续发酵设备该流程由11个发酵罐组成，借连通管将各互相连接，糖化醪和液曲混合液同时连续平行流入前3罐，在发酵过程中，发酵液由罐底流出，经连通管进入另一罐的上部，其余依次类推，最后流入最末的两罐计量，并轮流用泵送往蒸馏工段。发酵过程中所产生的二氧化碳气体借带有控制阀门的U形支管和总管相连，并引向液沫捕集器经分离除去泡沫后，再通过一个鼓泡式的水洗涤塔，经回收酒精后排入大气或二氧化碳综合利用车间。各发酵罐都是密闭的，各罐底均有和总排污管相连接的排污支管，该管和蒸汽管相通，以便消毒和杀菌。为尽可能减少染菌的概率，发酵罐和管道、管件以及阀门等都必须严格地进行消毒和杀菌。连
10、续发酵系统中，冷却装置面积满足酵母对数生长期的降温，维持恒定的发酵温度。第二节 啤酒发酵罐近年来，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1500m3。大型化的目的是：由于大型化，使啤酒质量均一化。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。啤酒发酵容器的变迁过程，大概可分为三个方面：一是发酵容器材料的变化；二是开放式发酵容器向密闭式转换。三是密闭容器的演变。容器的材料由陶器向木材、水泥、金属材料演变。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。小规模生产时一般用开放式，上面没有盖子，对发酵的管理、泡沫形态的观
11、察和发酵液浓度的测定等比较方便。随着啤酒生产规模的扩大，发酵容器已开始大型化，并为密闭式。密闭式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。对于密闭容器，原来是在开放式长方形容器上面加穹形盖子的密闭发酵罐槽，后过渡到用钢板、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）发明的所以又称奈坦式发酵罐。常见的大容量发酵罐有圆筒体锥底发酵罐、联合罐、朝日罐和塔式发酵罐等。一、圆筒体锥底发酵罐1、特点（1）优点锥底罐是密闭罐，既可做发酵罐，又可做储酒罐。也可用二氧化碳洗涤，
12、除去生青气味，促进啤酒的成熟。同时，由于可采取加压、升温的操作，生产灵活性大，可以缩短发酵周期。自身有冷却装置，可有效地控制发酵温度，尤其是锥底部有冷却夹套，便于回收酵母，也可置于室外以节约冷库面积，降低投资费用。有自动清洗设备，染菌机会少，有利于无菌操作。由于是加压密闭发酵，减少了酒花苦味质的损失，可降低酒花使用量15%左右，在加压密闭条件下，二氧化碳溶解较好，啤酒的泡沫较好，泡持性有所改善。易于实现自动化。（2）缺点及改进措施酒液澄清慢，尤其在麦芽汁成分有缺陷，或酵母凝集差时，影响过滤，排酵母时酒液损失大。解决办法是采用高速离心机分离酵母。主发酵时产生大量泡沫，罐利用率只有80-85%。因
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