工学第四章厌氧发酵设备课件

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1、4、嫌气发酵设备4.1酒精发酵设备酒精发酵设备包括酒母培养罐和酒精发酵罐酒精发酵从操作上分有：间歇发酵、半连续发酵、分割半连续发酵、连续发酵。间歇发酵每罐发酵都加入新的酒母，酒母培养和酒精发酵都是间歇操作。半连续发酵指酒母连续培养，酒精间歇发酵。分割半连续发酵是将发酵罐在发酵主期分割出一部分发酵液给另一个发酵罐做酒母，依次轮回。连续发酵酒母扩大培养和酒精发酵都是连续的。4.1.1酒母培养罐通常酒母培养又分小酒母培养和大酒母培养，一般大酒母培养罐体积是发酵罐的1/10，小酒母罐体积是大酒母罐的1/10。以前酒母采用逐级扩大培养；固体试管→液体试管→小三角瓶→大三角瓶→卡式罐→小酒母

2、→大酒母为了简便实验室的酒母扩大培养，小酒母采用分割培养，可以连续分割一个礼拜，现在厂家多用活性干酵母做种子接入小酒母培养。小酒母罐和大酒母罐结构相似，都是对酒母的扩大培养。圆柱体直径D圆柱体高H圆锥体高hH/D=1h/D=0.1~0.15分割半连续发酵，不设酒酒母培养罐（应用活性干酵母后），在发酵罐上部罐与罐设连通管，有阀门控制流出。4.1.2发酵罐1）发酵结构直径D圆柱体高H锥低高h1锥顶高h2H=(1.1~1.5)Dh1=(0.1~0.3）Dh2=(0.05~0.1)D发酵醪冷却有内蛇管冷却和外循环冷却。2）发酵罐体积计算Vo–发酵罐装液体积（m3）V-发酵罐溶积（不计锥顶

3、体积）（m3）φ–装满系数（0.9~0.95）Vo大小决定三个因素：（1）日产酒精量；（2）发酵成熟醪酒精含量；（3）每天投满发酵罐的个数。假若，年产50000吨酒精（95%（v/v））年工作日330天，发酵成熟醪酒精含量10%（v/v），24小时投满3个发酵罐，求发酵罐体积。发酵罐直径。解：95%（v/v）=92.41%（v/v）10%（v/v）=8.01%（v/v）取H=1.3D；n1=0.15Dn2=0.05D圆整取D=8.4(m)H=1.3×8.4=10.92(m)n1=0.06×8.4=0.504(m)圆整取H=11(m)h1=0.5(m)3）发酵罐个数计算间歇发酵n-

4、24小时投满的发酵罐个数；t-发酵周期，一般取72小时工厂一般取10个发酵罐，就是按一个班（一班8小时工作制）投满一个发酵罐，发酵周期72小时，一个备用罐设计的。连续发酵现在连续发酵一般用6个罐串联，过去用9~11个串联。在连续发酵一节详讲。糖化醪CO25)发酵冷却面积计算Q1–酒精发酵产生热量；Q2–CO2带走热量；Q3–热辐射。Q1=mSqm–发酵罐装发酵液质量（kg)S–主发酵期，糖度降低百分值（1%）。q–一公斤糖发酵酒精产生的热量（146.6k卡/kg）Q2一般取酒精发酵热的5%；考虑到换热最大符合（夏天生产）Q3=0。4.2啤酒发酵设备4.2.1传统啤酒发酵设备传统发

5、酵，前发酵用发酵槽（发酵池)，一般发酵7天左右，发酵糖至4度进入后发酵，后发酵是在发酵罐内进行的，后发酵一般在30~45天，一般是一批糖化麦汁对应一个发酵槽，一个发酵槽对应一个发酵罐。在发酵槽内设有蛇管冷却，后发酵靠表面冷却，前发酵和后发酵均靠室内冷排控制温度。发酵酵槽纵截面发酵槽横截面后发酵罐（卧式）前后发酵室示意图从以上可看出传统发酵有以下特点：1）前发酵在开口的发酵槽内进行，因此前发酵室要求卫生条件很高。2）发酵室要求隔热，造价高。3）发酵槽、发酵罐数量多，操作强度大。总之传统发酵造价高，建啤酒厂投资大。1）结构：有椭圆封头和圆柱体及圆锥底形成。H/D=3~4锥角60o罐顶

6、设有洗涤器，罐壁有四组冷却带。4.2.2新型大罐发酵（露天发酵罐）2）冷却面积计算：（KJ/h)3)发酵罐个数计算：N=Zt4.3连续发酵（微生物细胞连续培养)连续发酵原理及优缺点微生物细胞生长动力学微生物间歇培养单级连续发酵两级串联连续发酵带细胞循环的单级连续发酵连续发酵应用及控制要点微生物细胞生长动力学动力学方程monod方程1)延滞期μ=02)加速期0＜μ＜μmax3)对数期μ=μmax4)减速期㏑(X/Xo)t延滞期加速期对数期减速期平衡期微生物间歇培养如左图所示：V–发酵罐（生物反应器）有效容积（L）F–培养基体积流量（L/h）；So–底物初始浓度（g/L）；S-发酵罐

7、内底物浓度（g/L）；X-发酵罐内菌体浓度（g/L）；X0-初始接种菌体浓度（g/L）；VμxS单级连续发酵（培养）FSoXoFSX生长比与速率稀释率的关系发酵罐浓度视为均一开始接入微生物细胞（连续进料后不再加入)，当连续稳定进料一定时间后，对细胞平衡：生长量=排出量VμX=FX令：D-稀释率（h-1）即：μ=D稀释率是人为控制的，因此在连续发酵过程生长比速率可以人为控制。连续发酵的必要条件D＜μmax当D＞μmax，发酵就发生“冲出”现象。底物浓度（S）与稀释率的关系：菌体相对