-.z.4.6厭氧發酵設備一、酒精發酵罐厭氧發酵設備的特點是在發酵過程中不需通入氧氣或空氣，有時需通入二氧化碳或氮氣等惰性氣體以保持罐內正壓，防止染菌，以及提高厭氧控制和提高醪液循環。酒精發酵罐和啤酒發酵罐是最常見的厭氧發酵設備。〔一〕酒精發酵罐的形式及構造酒精廠所用的酒精發酵罐通常可分為密閉式和開放式兩種。密閉式酒精發酵罐的優點是：可以防止雜菌感染，便于保溫冷卻及控制發酵溫度，酒精產量多，損失少，可回收CO2，發酵率高；缺點是構造較復雜，造價較貴。目前大多數廠都采用密閉式發酵罐。密閉式酒精發酵罐有錐底和斜底之分，如圖4-48所示。酒精發酵罐罐身一般為圓柱形，罐頂采用錐形或碟形。錐底酒精發酵罐如圖4-49所示。在大型酒精發酵罐內安裝有冷卻蛇管或縱橫交織的直管，在罐頂外壁有一圈噴水冷卻管，以利于維持發酵溫度。小型發酵罐通常只采用外表冷卻。酒精發酵罐的上部有頂蓋及視鏡，可觀察發酵罐的外表現象。進料管一般安裝在罐的頂部，放料管安裝在底部，二氧化碳排出管安裝在罐頂部。圖4-48酒精發酵罐罐底形式圖4-49錐底酒精發酵罐罐內常裝有供加熱殺菌用的直接蒸汽管。大型酒精發酵罐的下部都開有人孔，以便工人進入罐內清潔及修理。此外，在罐體的上、下段裝有溫度計及取樣器，伸入罐內。酒精發酵罐工作時，罐內不同高度的發酵液中CO2含量有所不同，發酵液中形成一個CO2含量的梯度，一般罐底CO2氣泡密集程度較高，醪液相對密度小，罐上部液層CO2氣泡密集程度較低，醪液相對密度大，于是相對密度小的底部發酵液就具有上浮的提升力，同時，上升的二氧化碳氣泡對周圍的液體也具有一種拖曳力，這拖曳力和液體上浮的提升力結合就構成氣體攪拌作用，使罐內發酵液不斷循環混合和熱交換。因此，酒精發酵罐一般不用配置機械攪拌器。但當發酵罐體積較大，罐內產生的CO2氣量較少時酒精發酵罐可配置側向攪拌器，如圖4-50所示。酒精發酵罐的洗滌，過去均由人工操作，不僅勞動強度大，而且二氧化碳氣體一旦未徹底排除，工人入罐清洗就會發生中毒事故。近年來，酒精發酵罐已逐步采用水力噴射洗滌裝置，如圖4-51所示，從而改善了工人的勞動強度和提高了操作效率。水力洗滌裝置是由一根兩頭裝有噴嘴的灑水管組成，兩頭噴水管彎有一定的弧度，噴水管上均勻地鉆有一定數量的小孔，噴水管安裝時呈水平，噴水管借活絡接頭和固定供水管連接。圖4-50加裝攪拌器的斜底酒精發酵罐圖4-51水力噴射洗滌裝置它是借噴水管兩頭噴嘴以一定的噴出速度而形成的反作用力，使水管自動旋轉，在旋轉過程中，噴水管內的洗滌水由噴水孔均勻噴灑在罐壁、罐頂和罐底上，從而到達水力洗滌的目的。〔二〕酒精捕集器在發酵過程中酒精蒸發損失量，一般為0.5％～0.8％。為了收集這些隨同CO2混合逸出的酒精蒸氣，可在發酵車間內設置酒精捕集器回收酒精。常用的酒精蒸氣捕集器有填料式和泡蓋式兩種，其作用原理是：利用酒精能易被水所吸收溶解的這一特性，當含有酒精的二氧化碳混合氣與水接觸時，其中所含的酒精蒸氣很易被水吸收而成稀酒精溶液，從而到達回收的目的。從酒精捕集器排出的稀酒液的濃度一般為1.5％～2.5％(質量分數)。填料式酒精捕集器實際上就是一個填料吸收塔。它是一個圓筒形的容器，內堆放一定厚度的填料層，所用的填料常為陶瓷環、玻璃或焦炭等，CO2以0.2～0.4m／s的速度經塔底的篩板(或柵板)上升，穿過填料層，與由塔頂噴淋而下的水接觸，CO2氣所攜帶之酒精蒸氣被水吸收后變成稀酒液從塔底排出，被吸收了酒精的CO2氣從塔頂排出。填料或泡蓋在捕集器的作用是增大氣體與水之間的接觸面積和接觸時間。〔三〕酒精連續發酵設備酒精間歇式發酵的各個階段全都在一個發酵罐內進展，其缺點是發酵周期長，管理分散，不便于自動化。酒精連續發酵的新技術能較好地解決這些問題。酒精連續發酵的方式是從最初的單罐連續發酵開展到多罐的串聯連續發酵。目前我國的糖蜜原料制酒精及淀粉質原料制酒精的連續發酵生產是采用多罐串聯連續發酵。1．糖蜜原料制酒精的連續發酵設備組合圖4-52是糖蜜制酒精的連續發酵流程，該流程由9個發酵罐組成，其容量視生產能力大小而定。酵母和糖蜜同時連續流參加第一罐內，并依次流經各罐，最后從9號罐排出。除了在酒母槽通入空氣之外，在1號罐內也同樣通入適量的空氣，或增大酵母接種量，維持1號罐內工藝所要求的酵母數。圖4-52糖蜜制酒精連續發酵流程連續發酵周期完畢，則貯存于每罐的發酵液，先從末罐按逆向順序依次排出，入蒸餾塔蒸餾。而空罐則依次進展清洗滅菌待用。為此，安裝管路時，必須注意對各罐的輪換消毒。二氧化碳則由各罐罐頂排入總聚集罐，再送往二氧化碳車間，進展綜合利用。2．淀粉質原料制酒精的連續發酵設備組合圖4-53是淀粉質原料制酒精連續發酵流程。該流程由11個發酵罐組成，借連通管將各罐互相連接，糖化醪和液曲混合液同時連續平行流入前3罐。在發酵過程中，發酵液由罐底流出，經連通管進入另一罐的上部，其余依次類推，最后流入最末的兩罐計量，并輪流用泵送往蒸餾工段。圖4-53淀粉質原料制酒精連續發酵流程發酵過程中所產生的二氧化碳氣體借帶有控制閥門的U形支管和總管相連，并引向液沫捕集器經別離除去泡沫后，再通過一個鼓泡式的水洗滌塔，經回收酒精后排入大氣或二氧化碳綜合利用車間。各發酵罐都是密閉的，各罐底均有和總排污管相聯接的排污支管，該管和蒸汽管相通，以便消毒和殺菌。為盡可能減少染菌的幾率，發酵罐和管道、管件以及閥門等都必須嚴格地進展消毒和殺菌。連續發酵系統中，冷卻裝置面積滿足酵母對數生長期的降溫，維持恒定的發酵溫度。為了使連續發酵能穩定正常生產，酵母繁殖罐應能相繼依次輪換。只考慮一個罐是不恰當的，否則容易導致雜菌感染和殘糖升高，從而使發酵條件惡化。為使操作管理和控制方便，罐內裝置自動清洗設備和適當配置自動儀表測量和記錄是十分必要的。二、啤酒發酵罐〔一〕圓筒體錐底罐(簡稱錐底罐)錐底罐是國內外廣泛使用的設備。其優點是：(1)錐底罐是密閉罐，可作發酵罐，也可作貯酒罐，便于排放回收酵母，也可用二氧化碳洗滌，除去生青氣味，促進啤酒的成熟。同時，由于具備采取加壓、升溫的操作，生產靈活性大，可以縮短生產周期。(2)本身有冷卻夾套，容易控制發酵溫度，可滿足生產工藝要求。尤其是錐底局部有冷卻夾套，回收酵母方便，操作簡單，衛生條件好。圖4-54圓筒體錐底罐(3)有自動清洗設備，滅菌較徹底，雜菌污染時機少，有利于無菌操作，既節省生產費用，又降低了勞動強度。(4)由于是加壓密閉發酵，減少了酒花苦味質的損失，可降低酒花使用量的15％左右。在加壓密閉條件下，二氧化碳溶解較好，啤酒的泡沫較好，泡持性有所改善。(5)自身有冷卻裝置，可以有效地控制發酵溫度。可置于室外以節約冷庫面積。構造較簡單，投資費用較低。(6)易于實現自動控制。1．構造錐底罐用不銹鋼鋼板制成，其構造如圖4-54所示。罐的上部封頭設有人孔、視鏡、平安閥、壓力表、二氧化碳排出口；如果采用二氧化碳為背壓，為了防止用堿液清洗時形成負壓，可設置真空閥；罐體上部中央設不銹鋼可旋轉洗滌噴射器，具體位置要能使噴出水最有力地射到罐壁結垢最利害的地方。圓筒體錐底罐本身設置冷卻夾套進展冷卻，其圓筒局部的冷卻夾套一般分2～4段冷卻，視罐體高度而定，圓錐局部根據要求設或不設冷卻夾套。冷卻夾套是受壓部件，加工工藝較復雜，制作費用較高。如放置在露天，罐體保溫絕熱材料可采用聚氨酯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料(要求自熄材料，以防止火災)或膨脹珍珠巖礦棉等均可，厚100~200mm，具體厚度可根據當地氣候選定。如采用聚氨酯泡沫塑料作保溫層，可采用直接噴涂，外層用水泥抹平；或采用成型的聚氨酯泡沫塑料進展敷裝。為了罐型美觀和結實，保溫層外部可加設薄鋁板外套，或鍍鋅鐵板保護，外涂銀粉。大型發酵罐和貯酒設備的機械洗滌，現在多使用自動清洗系統，簡稱CIP系統(cleaninplace)、設有堿液罐、熱水罐、甲醛溶液罐和循環用的管道和泵；洗滌劑可以反復使用，濃度不夠時可以添加補充。〔二〕大直徑露天貯酒罐大直徑露天貯酒罐，又稱通用罐，聯合罐，既可作發酵罐，又可作貯酒罐，對縮短生產周期，節省投資和生產費用有顯著效果。大直徑罐的直徑與罐高之比遠較圓筒體錐底罐為大。由于罐的高度較低，耐壓強度較低，適于作貯酒罐用。大直徑罐一般只要求貯酒保溫，沒有較大的降溫要求，因而其冷卻面積較錐底罐為小，安裝根底也較前者簡單。圖4-5554米3大直徑貯酒罐構造示意圖大直徑罐為直立圓柱形罐、頂部封頭為橢球形或碟形、錐形或淺錐形底以便回收酵母等沉淀物和排除洗滌水。因其外表積與容量之比擬小，罐的造價較低，罐的中上部設有一段冷卻夾套，采用乙二醇溶液或液氨冷卻。由于冷卻夾套在中上部，當上部酒液冷卻后，密度增加，沿罐壁下降，底部酒液從罐中心上升，形成對流，使罐內溫度均勻。為了加強酒液冷卻時的自然對流，在罐的底部酵母層的上方設置一個二氧化碳噴射環，環上二氧化碳噴孔的孔徑在1mm以下。當二氧化碳在罐中心向上鼓泡時，酒液運動的結果，使底部出口處的酵母濃度增加，便于回收，同時揮發性物質被二氧化碳帶走，二氧化碳可回收。罐頂部設有自動清洗裝置，在生產過程中被浸沒在酒液中。并設浮球帶動一出酒管，濾酒時可以使上部澄清液先流出。罐頂設平安閥，必要時設真空閥。大直徑罐材料、絕熱層、過濾送酒裝置、輔助設備及自動系統與錐底罐一樣。〔三〕啤酒的連續發酵設備已投入生產使用的連續發酵方法有塔式連續發酵和多罐式連續發酵。國外多罐式連續發酵多使用在上面發酵啤酒。國內試驗生產多用塔式連續發酵設備。1．攪拌式多罐型啤酒連續發酵以攪拌式多罐型啤酒連續發酵為例，其工藝和設備流程如圖4-56所示。攪拌式多罐型啤酒連續發酵操作過程為：麥汁冷卻后，送入0℃貯存罐貯存，使用前再經薄板換熱器滅菌、冷卻，使20～21℃冷麥汁進入倒置U形管充氧；順次進入發酵罐Ⅰ、參加酵母，攪勻發酵，使發酵度達50％左右，即進入發酵罐Ⅱ，待發酵度達要求后，在酵母別離罐冷卻，使酵母沉淀，酵母從罐底排出，CO2圖4-56攪拌式三罐型啤酒連續發酵工藝流程缺點是消耗動力大，耗冷量也大。2．塔式連續發酵塔式連續發酵開場時，先分批參加經處理的無菌麥芽汁。無菌麥芽汁從塔底進入，經塔內多孔板折流，使麥芽汁均勻地分布到塔內各截面。麥芽汁在塔內一邊上升，一邊發酵，直至滿塔為止。培養并使其到達要求的酵母濃度梯度后，用泵連續泵入麥芽汁。必須控制好麥芽汁在塔內的流速，流速低，發酵度高，但產量少；流速過高，溢流的啤酒發酵度缺乏，并會將酵母帶出(沖出)，使發酵過程受阻。