1、 1 生物反应器课程设计生物反应器课程设计 -啤酒露天发酵罐设计啤酒露天发酵罐设计 目录目录 一、啤酒发酵罐结构与动力学特征 1、啤酒的概述 2、啤酒发酵容器的演变 3、啤酒发酵罐的特点 4、露天圆锥发酵罐的结构 5、发酵罐发酵的动力学特征 二、露天发酵罐设计 1、啤酒发酵罐的化工设计计算 2、发酵罐热工设计计算 3、发酵罐附件的设计及选型 三、发酵罐的计算特性和规范 1、技术特性 2、发酵罐规范表 四、发酵罐设计图 2 一、啤酒发酵罐结构与动力学特征一、啤酒发酵罐结构与动力学特征 1 1、啤酒的概述、啤酒的概述 啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经 制麦、糖化、发酵酿制而
2、成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成 分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一， 但我国的啤酒工业迄今只有 100 余年的历史。改革开放以来，我国啤 酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二 位。 由于啤酒工业的飞速发展， 陈旧的技术， 设备将受到严重的挑战。 为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际 上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。 尤其是采用 设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器，不依靠室温调 节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可 以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生
3、产率。 2 2、发酵罐的发展史发酵罐的发展史 第一阶段：1900年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有简单的温度和 热交换仪器。 第二阶段：1900-1940年，出现了200m3的钢制发酵罐，在面包酵母发 酵罐中开始使用空气分布器，机械搅拌开始用在小型的发酵罐中。 第三阶段：1940-1960年，机械搅拌，通风，无菌操作和纯种培养等 一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测和控制方面已出现， 耐蒸汽灭菌的在线连续测定的 pH 电极和溶氧电极，计算机开始进行 发酵过程的控制。发酵产品的分离和纯化设备逐步实现商品化。 3 第四阶段：1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到 80-150m
4、 3。由于大规模生产单细胞蛋白的需要，又出现了压力循环和 压力喷射型的发酵罐， 它可以克服些气体交换和热交换问题。 计算 机开始在发酵工业上得到广泛应用。 第五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅猛发展，给发酵工业提 出了新的课题。于是，大规模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素，干 扰素等基因工程的产品走上商品化。 3 3、啤酒发酵罐的特点啤酒发酵罐的特点 1、单位占地面积的啤酒产量大；而且可以节约土建费用； 2、可以方便地排放酵母及其他沉淀物（相对朝日罐、通用罐、贮就 罐而言） ； 3、发酵温度控制方便、有效，麦汁发酵时对流好，发酵速度快，可 以缩短发酵周期（相对卧式罐、发酵槽而言） ； 4
5、、可以回收利用二氧化碳，并可有利于啤酒的口味稳定性与非生物 稳定性（相对开口容器而言） ； 5、可以一关多用，生产工艺比较灵活；简化生产过程与操作，而且 酒损也现对减少； 6、制作相应要比其他发酵罐简单； 7、便于自动控制，如自动清洗和自动灭菌，节省人力与洗涤费用， 卫生条件好。 4 4、露天圆锥发酵罐的结构、露天圆锥发酵罐的结构 （1）罐体部分 4 露天圆锥发酵罐的罐体有灌顶、圆柱体与锥底 3 部分组成，其中： 灌顶： 为圆拱形， 中央开孔用于可拆卸大直径法兰， 以安装 CO2与 CIP 管道及其连接件，灌顶还装有真空阀，安全阀与压力传感器。 圆柱体： 为发酵罐主体，发酵罐的高度主要决定于圆
6、柱体的直径与径 高比，由于大直径的光耐压低，考虑到使用钢板的厚度，一般直径 6.0m。 圆锥底：它的夹角多为 6090，也有 90120，但这多用于大直 径的罐及大容量的罐； 如夹角过小会使椎体部分很高。露天圆锥发酵 罐圆锥底的高度与夹角有关，大致占总高的 1/41/3。圆锥底的外 壁一般安装冷却夹套、阀门与视镜、取样管阀、测温、测压的传感元 件或温度计，CO2洗涤装置等。 （2）温度控制部分 发酵罐的温度控制部分主要由冷却层、保温层、测温元器件、温度记 录及温度控制装置等组成，其中：冷却层是调节发酵罐内液体温度的 主要部分，按其结构可分为盘式和夹套式两种； 发酵罐的保温层一般使用聚氨酯泡沫塑料或脲醛泡沫塑料， 也有使用 聚苯乙烯泡沫塑料，在发泡保温时， 为了未来的维修剥离及复原的方 便，罐身与发泡塑料之间最好能用塑料薄膜隔离； 发酵罐的测温元件 有直接感应与遥控两种；发酵罐的温控装置实际起供、断冷却水的作 用。 （3）操作附件部分 发酵罐的操作附件比较多，主要包括：进、出管道、阀门和视镜；CO2 5 回收和 CO2洗涤装置；真空/
