1、安徽工程大学机电学院 生物反应器设计生物反应器设计 （啤酒露天发酵罐设计）（啤酒露天发酵罐设计） 姓名：姓名： 班级：班级： 学号：学号： 时间：时间：2013 年年 11 月月 18 日日 指导老师：指导老师： - 1 - 第一章 啤酒发酵罐结构与动力学特征 一、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 在大、 中、 小型啤酒厂家 600
2、 多家， 2003 全国啤酒总产量已超过 2200 万吨，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，提高劳动生产率。 就发酵罐的外形来分，主要有圆柱锥形底罐、圆柱蝶形罐、圆柱 加斜底的朝日罐和球形罐等。当前世界各地用的比较多的是圆柱锥 底发酵罐。由于我国新建啤酒厂不断上马，都
3、纷纷设计采用大型露 天圆柱锥底罐，一些老厂家扩建和技术革新也都在发酵罐方面做了 大的改进，圆柱锥底罐的采用仍是主流。 二、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 - 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、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
4、、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。 三、露天圆锥发酵罐的结构 （一）罐体部分 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。圆柱体外壁主要安装冷却层及保温层，同时安装测温、 测压等传感元件。 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
5、角过小会使椎体部分很高。露天圆 - 3 - 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，也有的罐不装，锥底部分需安装进出 管道。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。 （二）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
6、膜隔离。 发酵罐的测温元件有直接感应与遥控两种。测温元件多布置在圆 柱体部分，一般设 1-2 个测温点。 发酵罐的温控装置实际起供、断冷却水的作用，如果是手动控制， 可根据显示温度与设定温度之差，用手动阀或气动阀调节，如果是 自动控制，则由传感、变送、恒定比较。 （三）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 回收和 CO2 洗涤装置；真空/过压保护装置；取样阀；原位清 洗装置（CIP） ；换间板。 （四）仪器与仪表部分 发酵罐对一次仪表、二次仪表、记录装置、报警装置以及微机程 - 4 - 序控制、自动控制的应用很广泛，这些仪器、仪表主要对发酵罐的 物料数量（以容积或液位表示） 、压力、温度三个参数进行显示、自 动记录、自动控制及报警，还有测定浸出物含量与 CO2 含量的一次 仪表，这样就可以进行真正的自动控制。 四、发酵罐发酵的动力学特征 发酵罐发酵的主要特点是采用较高的发酵温度和高凝性酵母、进一 步提高发酵液浓度，保持茁盛的酵母层和缩短发酵时间进行可控发 酵，其主要动力学特征有： 1、 由于采用凝聚性酵母，S3S1，
