工学第四章厌氧发酵设备课件.pptVIP

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。 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→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。 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h2 H=(1.1~1.5)D h1=(0.1~0.3）D h2=(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） 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 -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。 5)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 =mSq m –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。 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。 2）冷却面积计算： （KJ/h) 3)发酵罐个数计算： N=Zt 4.3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= 0 2)加速期 0＜μ＜μmax 3)对数期 μ= μmax 4)减速期 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）； 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