第六章嫌气发醉设备第一节酒精发醉设备一、对酒精发酵罐的要求(1)及时移走热量;(2)有利于发酵液的排出;(3)便于 设备的清洗,维修;(4)有利于回收二氧化碳二、酒精发酵罐结构(1)罐体:圆柱形体,碟形或锥形底盖和顶盖灌顶装有 人孔、视镜、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,罐身上下部 有取样口和温度计接口2)冷却装置:中小型发酵罐采用灌顶喷水淋于罐外壁表 面进行膜状冷却;大型发酵罐,采用罐内装冷却蛇管或罐内 蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置3)洗涤:水力洗涤装置,由一根两头装有喷嘴的洒水管 组成,两头喷水管弯成一定的弧度,喷水管上钻有一定数量 的小孔,借活接头和固定供水管连接,喷水管两头喷嘴以一 定速度喷出水而形成反作用力,使喷水管自动旋转,从而达 到水力洗涤的目的高压水力喷射洗涤装置,一根直立的喷水管,安装于罐 中央,在垂直喷水管上钻小孔,水平喷水管借活接头,上端 和供水管,下端和垂直分配管连接水流在较高压力下,由 水平喷水管出口处喷出,并以极大的速度喷射到罐壁,而垂 直喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体和罐底图6-45酒精发酵罐1-冷却水入口 2-取样口 3-压力表4-CO2气体出口 5-喷淋水8-冷却水出口 9-温度计10-喷淋水收集槽 11-喷淋水出口图6-46发酵罐水力洗涤器! 对于>20m3的酒精发酵罐,采用。
36x 3mm的喷水罐,管上开有e 4X30个:小孔,两头喷嘴直径 9mm6-料液及酒母入口 7-人孔 12-发酵液及污水排出口二、酒精发酵罐的计算(一)发酵罐结构尺寸的确定发酵罐全体积:V迄式中 Vo --进入发酵罐的发酵液量, m3;--装液系数,0.85~0.90带有锥形底、盖及圆柱形筒身的发酵罐:2 h1 h2V - D2 H —— 4 3 3H 1.1 ~1.5D h1 0.1 - 0.14Dh2 0.05 ~ 0.1D式中 D —一罐的直径,m ;H —一罐的圆柱部分高度,m ;h1 罐底tWj度,m;h2 罐盖tWj度,m根据发酵罐的全体积 V和高径比H/D等,可确定发酵罐的结构尺寸二)发酵罐罐数的确定对于间歇发酵:发酵罐数目为式中 N ——发酵罐个数,个;n ——每24小时内进行加料的发酵罐数目,个;t --发酵周期所需要时间,(三)发酵罐的冷却面积的计算发酵罐冷却面积的计算可按传热方程式来确定,即:QF K tm式中 Q --总的发酉?热,J/h;2 一. 一K --总传热系数,J/(m ?h? C);tm ——对数平均温度差,c;F——冷却面积,m21总发酵热Q5% — 6% Q1Q=Qi-(Q2+Q3)式中Q1:生物合成热,Q2:蒸发损失热,Q3:罐散热2对数平均温度差4 Tm3传热总系数K的确定K 1 1 工工工a〔 a2 i 2发酵液到蛇管的传热系数 K1, 一般计算时根据生产经验或直接测定为准,然 而由于发酵液的组分和浓度等不同,其不同的发酵液 K1值也有所不同,对于酒精而言可以取 2300-2700KJ/ri21i?C。
从冷却管壁到冷却水的传热系数 K2,若采用蛇管冷却,水为冷却剂,则可以用如下公式计算限号?二[十L 77周式中 《 — 蛇管的传热分系数,kJ/4mJ k • C”A——常数,水温加时,取6.•⑸伊——水的密度,V -蛇管内水的流速,TU/siD——蛇管百径R--蛇管圈的半羟.ma若采用罐外喷淋冷却,则 K2为:K ・ h , ,C)〕式中由 喷淋密度,kg/De——嘘外径.口兀上式适用的喷淋水密度为 100-1500Kg/h由于发酵液组分时常变化,且主发酵期醪液上下翻腾,传热情况较复杂,故k 值取经验 值 1600 ~ 2100KJ /m2,h・°C 4冷却水耗量的计算热平衡方程为Q 发二Q 水=WCp (tz-ti)式中 W—冷却水耗量,kg/hCP ——冷却水在平均温度的比热,tm &—t1时的比热2/Kg-0C ;tl,t2 ——冷却水进出口温度,C第二节啤酒发醉设备近年来,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 目的主要有两方面:由于大型化,使啤酒的质量均一化;由 于啤酒生产的罐数减少,使生产合理化,降低设备的投资啤酒发酵器的变迁过程,大概可分三个方向:①发酵容 器材料的变化。
容器材料由陶瓷向木材-水泥-金属材料演 变现在的啤酒生产,后两种材料都在使用②发酵方式改 变,开放式向密闭式转变③密闭容器形状的演变,由长方 形容器上面加穹形盖到圆拄性转变目前使用的大型发酵罐主要是立式罐,如奈坦罐,联 合罐,朝日罐等由于发酵罐量的增大,清洗设备也有很大 进步,大多采用CIP自动清洗系统一、啤酒发酵设备结构(一)前发酵设备结构大部分为开口式长方形和正方形制造材料:钢板、钢 筋混凝土、也有用砖砌、外面抹水泥的发酵梢涂布一层特 殊材料作为保护层如沥青蜡涂料、不饱和聚脂树脂、环氧 树脂或其他特殊涂料等前发酵槽的底略有 倾斜,利于废水排出,离槽底1075cm 处,伸出嫩啤酒放出管,该管为活动接管,平时可拆卸,所以伸出槽底的高度也可适当调节管口有个塞子,以挡住沉淀下来的酵母, 避免酵母污染放出的嫩啤酒, 使嫩啤酒放 空后,可拆去啤酒出口管头酵母即从槽底该管口直接流出为了维持发酵槽内醪液的低温, 在槽内装有 冷却蛇管或排管,前发酵槽的冷 却面积,根据经验对下面啤酒发酵罐每立方米发酵液约为 0.2m 2冷却面积蛇管内通入的冷水密闭式发酵槽具有回收二氧化碳, 减少前发酵室内通风换气的耗冷量以及减少杂菌污染等机会的优点。
因此,这种密闭式发酵罐已日益被新建的啤酒厂采用除了在槽内装置冷却蛇管,维持一定的发酵温度外, 也需在发酵室内配置冷却排管,维持室内低温但这种冷却排管耗金属材料多,占地面积大,且冷却效 果差,故新建工厂多采用空调装置,使室内维持工艺要求的温度和湿度二)前发酵设备的计算1 .发酵梢数目的确定若一个发酵梢内可容纳一次糖化冷却麦汁的整数倍,那 么发酵梢数目一般按以下公式计算:N -tZ式中 n——每日糖化次数;t--前发酵时间;Z—―在一个发酵槽内容纳一次糖化麦芽汁量的整数倍由此可见,在一个发酵槽内容纳一次糖化麦芽汁量的前提下, 发酵槽的数目 仅仅取决于每日糖化次数和前发酵时间,而与生产量及生产的不平衡性无关2 .前发酵梢容积计算一次糖化麦汁量或其量的整数倍,同时适当考虑泡 沫所占的空间即可确定前发酵梢的容积V名式中V--前发酵槽的全容积,m2;Z—―一个发酵槽中容纳糖化一次麦汁量的整倍数;V——糖化一次麦汁量,m2;-一-装液系数,0.8~0.85也可按下式计算V R G Z 1 0.1 m3式中R--产量系数,对120啤酒,R=5.6m3吨原料,对100啤酒,G——每次糖化用料总量,tZ——每池容纳一次糖化麦汁量的整倍数;0.1——余隙空间,可取 0.07,即7~10%3.发酵池冷却面积计算啤酒发酵梢的冷却面积:每公斤麦芽糖的酒精发酵的生成热:-209.6Q 1000 612.8KJ342每立方米麦汁在发酵期间每小时放热量:Q -^^KJh 24 n 2 h式中 S——主发酵期间麦汁糖度降低的糖浓度差的百分数,R=6.7m3盹原料;%;——主发酵期间放热不平衡系数, 1.3 ~1.5 ;q ——发酵1Kg麦芽糖的放热量,KJ/Kg ;n 2 ——猪发酵期间,麦汁实际需要冷却的天数;n——发酵天数,对于间歇发酵的发酵期间其第一天和最后一天是不需冷却的;——麦汁平土密度,kg / m3 O(三)后发酵设备结构后发酵梢又称贮酒罐,该设备主要完成嫩啤酒的继续发 酵,并饱和二氧化碳,促进啤酒的稳定,澄清和成熟。
后发酵设备的工艺要求:贮酒室内要维持比前发酵室更 低的温度,一般要求 0~2C,特殊要求达-2C左右;后发酵 过程残糖较低,发酵温和,产生发酵热较少,故梢内一般无 须再装置冷却蛇管;后发酵的发酵热借室内低温将其带走, 因此贮酒室的建筑结构和保温要求,均不能低于前酵室室 内低温的维持,是借室冷却排管或通入冷风循环而得后者 比前者应用更广后发酵梢是金属的圆筒形密闭容器,有卧式和立式工厂大多采用卧式由于发酵过程中需要饱和二氧化碳, 所以后发酵梢应制成耐压 0.1-0.2Mpa表面的容器后发酵 梢梢身装有人孔、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后发酵梢的材料,近几年来采用碳钢与不锈钢压制的复 合钢板制作酒梢该材料保证酒梢的安全、卫生和防腐性, 并且造价比不锈钢的低为改善后酵的操作条件,较先进的啤酒厂将贮酒梢全部 放置在隔热的贮酒室内,维持一定的后酵温度毗邻贮酒室 外建有绝热保温的操作通道,通道内保持常温,开启发酵液 的管道和阀门都接通到通道里,在通道内进行后发酵过程的 调节和操作贮酒室和通道相隔的墙壁上开有一定直径和数 量的玻璃窥察窗,便于观察后发酵室内部情况。
四)后发酵梢的计算若选定每个后酵梢的容量后,根据后发酵梢总的有效容 积,可按下式确定后发酵罐的数目:式中 N——后发酵槽数目,个;V--后酵罐总的有效容积, m3;Vs——每个后发酵槽的有效容积, m3已知每个后发酵梢的有效容积 VS和该梢的填料系数, 则可以确定后发酵梢的全体积:v Vs式中 一一装料系数,取0.9-0.9S贮酒罐的容积随着生产发展逐渐扩大,在国内最小的多 在10~15t,最大白令已有100~200t二、啤酒大容量发酵罐(一)圆柱体锥底发酵罐罐的上部封头设有人孔、视镜、安全阀、压力表、二 氧化碳排出口 ;如果采用二氧化碳为背压,为了避免用碱液 清洗时形成负压,可以设置 真空阀;锥体上部中央设不锈钢 可旋转洗涤喷射器,具体位置要能使喷出水最有力地射到罐 壁结垢最厉害的地方将已经灭菌的新鲜麦芽汁于酵母由底部进入罐内,发酵 最旺盛时,使用全部冷却夹套,维持适宜的发酵温度冷媒 多采用乙二醇或酒精溶液,也可以用 氨作冷媒其优点是: 能耗低,采用的管径小,生产费用可降低最终,沉积在锥 底的酵母,可通过打开锥底阀排出CO2由罐顶排出,在罐底装有净化 CO2的充气管,CO2 从充气管的小孔吹入发酵液中,以便在发酵过程中饱和 CO2。
锥底角度60-120度,以70度为好,高径比1.5-6:1,常用3:1 或 4:1二)联合罐具有较浅锥底的大直径(高径比1:1-1.3)发酵罐,能在 罐内进行机械搅拌,并具有冷却装置由带人孔的薄壳垂直 圆柱体、拱形顶和有足够斜度以便沉降酵母排除的锥底组 成罐顶可设安全阀,必要时设真空阀罐体采用聚尼烷作 保温层,外加铝板既做发酵罐又可做贮酒罐冷却夹套只有一段,位于罐的中上部,上部酒液冷却后, 沿罐壁下降,底部酒液从罐中心上升,形成自然对流为加 强酒液的自然对流,在罐的底部加设一 CO2喷射环,同时挥 发性物质被CO?带走三)朝日罐斜底圆柱型发酵罐,高径比1:1-2:1特点:利用离心机 回收酵母,利用薄板换热器控制发酵温度,利用循环泵把发 酵液抽出又送回去三、CIP清洗系统大型。