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发酵设备
发酵设备
09生物技术200940700061曹慧芳
摘要:
机械搅拌发酵罐的定义、基本要求、各部分的结构特点;
气升式发酵罐的结构特点、类型、原理;
自吸式发酵罐的特点及与机械搅拌发酵罐的区别;
啤酒发酵设备的结构特点及影响发酵设备造价的因素;
CIP清洗系统说明、特点、工作原理及其使用维护使用。
关键词:
机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐、啤酒发酵设备、CIP清洗系统
1.机械搅拌发酵罐
机械搅拌发酵罐它是利用机械搅拌器的作用,使空气和发酵液充分混合,促使氧在发酵液中溶解,以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧。
又称通用式发酵罐
机械搅拌发酵罐的基本要求:
发酵罐应具有适宜的径高比;发酵罐能承受一定压力;发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合;保证发酵液必须的溶解氧;发酵罐应具有足够的冷却面积;发酵罐内应尽量减少死角,避免藏垢积污,灭菌能彻底,避免染菌;搅拌器的轴封应严密,尽量减少泄漏:
有良好的气液固接触和混合性能与高效的热量质量、固接触和混合性能与高效的热量、动量传递性能;动量传递性能;有可行的管路比例和仪表控制,适用于灭菌操作和自动化
机械搅拌发酵罐的结构:
好气性机械搅拌发酵罐是密封式受压设备,主要部件包括:
罐身、轴封、消泡器、搅拌器、联轴器、中间轴承、挡板、空气分布管、换热装置、人孔以及管路等
(1)罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成,小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接,材料一般为不锈钢。
为了便于清洗,小型发酵罐顶设有清洗用的手孔。
中大型发酵罐则装没有快开人孔及清洗用的快开手孔。
罐顶还装有视镜及灯镜。
在罐顶上的接管有:
进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。
在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口。
(2)搅拌器搅拌器的作用是打碎气泡,使空气与溶液均匀接触,使氧溶解于发酵液中。
搅拌器有轴向式(推进式搅拌器、轴向流型搅拌器和径向式(涡轮式)两种。
轴向式搅拌器推进式搅拌器轴向流型搅拌器径向式(涡轮式)搅拌器(Discturbine))平直叶弯叶箭叶优点:
气体分散能力强;缺点:
功耗较大,作用范围小。
(3)挡板挡板的作用是:
①防止液面中央产生漩涡,②促使液体激烈翻动,增加溶解氧,③改变液流的方向,由径向流改为轴向流。
根据经验表明,发酵罐热交换用的竖立的列管、排管或蛇管也可起相应的挡板作用。
(4)消泡器发酵液中含有蛋白质等发泡物质,故在通气搅拌条件下会产生泡沫,发泡严重时会使发酵液随排气而外溢,且增加杂菌感染机会。
在通气发酵生产中有两种消泡方法,一是加入化学消泡剂,二是使用机械消泡装置。
通常,是把上述两种方法联合使用。
消泡器就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的,可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置。
从而达到消泡的目的。
(5)联轴器大型发酵罐搅拌轴较长,常分为二至三段,用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。
常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。
小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接,轴的连接应垂直,中心线对正。
(6)轴承为了减少震动,中型发酵罐—般在罐内装有底轴承,而大型发酵罐装有中间轴承,底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。
罐内轴承不能加润滑油,应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等),轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4~0.7%。
为了防止轴颈磨损,可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。
(7)变速装置试验罐采用无级变速装置。
发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动,圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置,其中以三角皮带变速传动较为简便。
(8)轴封发酵罐的搅拌轴与不运动的罐体之间的密封很重要,它是确保不泄漏和不污染杂菌的关键部件之一。
安装在旋转轴与设备之间的部件我们称之为轴封,轴封的作用:
使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封,防止工作介质(液体、气体)沿转动轴伸出设备之处泄漏和污染杂菌。
常用的轴封有填料函和端面轴封两种。
填料函式轴封是由填料箱体,填料底衬套,填料压盖和压紧螺栓等零件构成,使旋转轴达到密封的效果。
端面式轴封又称机械轴封。
密封作用是靠弹性元件(弹簧、波纹管等)的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合,并作相对转动而达到密封。
(9)发酵罐的换热装置夹套式换热装置–这种装置多应用于容积较小的发酵罐、种子罐;夹套的高度比静止液面高度稍高即可,无须进行冷却面积的设计。
这种装置的优点是:
结构简单;加工容易,罐内无冷却设备,死角少,容易进行清洁灭菌工作,有利于发酵。
其缺点是:
传热壁较厚,冷却水流速低,发酵时降温效果差。
(6)空气分布装置空气分布装置的作用吹入无菌空气,使空气分布均匀形式:
单管和环形管。
常用单管,简单实用,通入量较大。
环形管属于多孔管式,空气分布较均匀,但喷气孔容易被堵塞。
2.气升式发酵罐
气升式发酵罐(ALR)气升式发酵罐也是应用最广泛的生物反应设备。
气升式发酵罐也是应用最广泛的生物反应设备。
特点:
结构简单、不易染菌、溶氧效率高和耗能低等。
类型:
气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等。
原理:
把无菌空气通过喷嘴喷射进发酵液中,通过气液混合物的湍流作用而使空气泡打碎同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动,而含气率小的发酵液则下沉,形成循环流动,实现混合与溶氧传质。
气升环流式反应器的特点:
反应溶液分布均匀;较高的溶氧速率和溶氧效率;剪切力小;传热良好;结构简单;操作和维修方便。
3.自吸式发酵罐
自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机,自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机,而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。
过程中自吸入空气的发酵罐。
与通用发酵罐的区别:
有一个特殊的搅拌器,没有通气管缺点:
罐为负压,易染菌;转速较大,会打碎丝状菌。
自吸式发酵罐的充气原理:
搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动。
叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空,由导气管吸入罐外空气。
吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出,并立即通过导轮向罐壁分散经挡板折流涌向液面,均匀分布
4.啤酒发酵设备
啤酒发酵设备 圆筒体锥底立式发酵罐(简称锥形罐),已广泛用于上面或下面发酵啤酒后生产。
锥形罐可单独用于前发酵或后发酵,还可以将前,后发酵合并在该罐进行(一罐法)。
这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性,帮能适合于生产各种类型啤酒的要求。
目前,国内外啤酒工厂使用较多的是锥形发酵罐这种设备一般置于室外。
冷媒多采用乙二醇或酒精溶液。
也可使用氨作冷媒,优点心能耗低。
采用的管径小,生产费用可以降低。
最终沉积在锥底的酵母,可打开锥底阀门,把酵母排出罐外,部分酵母留作下次待用,安全阀和玻璃视镜。
影响发酵设备造价的因素主要包括发酵设备大小,形式,操作压力及所需的新华通讯社却工作负荷,容光焕发器的形式主要指其单位容光焕发积所需的表面积,这是影响造价的主要因素。
罐的高度与直径的比例为1.5-6:
1.常用3:
1或4:
1.罐内真空主要是系列的发酵罐在密闭条件下转罐可进行内部清洗时造成成的,由于型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快.有可能造成成一定期负压,另外即便函罐内留学生存一部分二氧化碳.在进行清洗时,二氧化碳有被子除去的可能所以也可能造成真空。
由于清洗液中含有碱性物质能与二氧化碳起反应而除去罐内气体。
联单CIP清洗系统所谓CIP清洗系统是CleanInPlace,意即内部清洗系统。
它可与一个至数个发酵罐联结,罐数越多,联结越烦杂,使用管线也越多,为此,目前也有使用活动CIP系统工厂。
啤酒发酵罐是啤酒厂的主要设备之一,其发酵温度控制是依靠调节冷却系统的冷却流量来实现。
目前国内外较多采用罐体外壁的夹套通入低温酒精水冷却罐内发酵液,而酒精水的降温是通过液氨蒸发来冷却的,其缺点是需要酒精水的中间换热循环。
而本产品对目前现有的啤酒发酵罐,作了进一步发展和改进,其主要特点如下:
⑴把大罐的夹层当作蒸发器,液氨直接在夹套内蒸发,利用其气化潜热冷却罐内的啤酒液,从而省却了酒精水的中间换热循环,节省能耗12%以上。
⑵把夹套当作蒸发器,由于夹套内的压力比酒精水系统的要高,为此,设置了安全可靠、合理、结构新颖的蜂窝结构夹套,夹套与筒体组成的蜂窝状结构,其强度和刚度相互得到了提高。
夹套焊缝可减少30%。
⑶夹套做成分片式,与筒体的焊接完全避开筒体的纵、环向焊缝,避免了氨通过焊缝往罐内啤酒液泄漏的可能性。
克服了其它夹套的缺点。
⑷可选用碳钢或不锈钢材料,便于现场制造,降低制造成本,节省投资费用。
⑸本产品占地面积小,并可避免使用酒精水冷却系统带来的酒精挥发对大气带来的污染,符合环保产品要求.⑹该设备底座可采用钢架结构和混凝土结构,定货时可根据用户确定。
5.CIP清洗系统
CIP系统清洗说明1、前言就地清洗(CIPCleaninginPlace)是一种新型有效的清洗技术,广泛应用于乳品厂,也可用于啤酒、饮料、咖啡、制糖、制药等行业。
就地清洗技术是在设备、管道、阀件都不需要拆卸不需要易地的情况下,设备就在原地进行清洗的一种技术,它具有如下特点:
1)就地清洗,操作简便,工作安全,劳动强度低,工作效率高。
2)清洗彻底,并能同时达到消毒杀菌目的,保证卫生要求,有利于制品质量提高。
3)清洗采用道化,可少占车间面积。
4)洗涤剂可循环使用,利用率高,蒸汽和水也比较节省。
5)易损件少,该设备使用寿命长。
6)适用于大、中、小型各类设备清洗。
工作原理分罐式就地清洗设备流程图所示:
酸液、碱液与清水,三贮罐是由不锈钢制造,具有保温层,进料泵与回流泵皆为离心式型号相同,进料泵入口与三个贮罐的底部放液口相连并用电磁阀控制,其出口与板式换热器接通,清洗液经加热后送至各清洗点。
回流泵入口与回流管道相连,其出口与三个贮罐上部的回流液入口相连,并用电磁阀控制,每个贮液下部设有排污口,罐上设有温度计与液位显示器,顶部有孔盖,用于配制清洗剂,罐还设有放空管,以排放废气。
工作时,首先检查清洗液的浓度是否按比例配制,如果浓度不够,启动隔膜泵,泵入浓酸或浓碱,同时启动清洗泵,把阀门位置转换至循环位置,直到罐内的浓度比例达到要求为止,如果按酸——水(I)碱——(Ⅱ)顺序清洗,则先设定酸洗,水洗(Ⅱ),碱洗,水洗(Ⅱ)的持续时间。
把“循环加热”“正常时控”之后手动按下“酸洗”按钮,则系统自动关闭碱液罐,清水罐阀之间的连接液罐,清水罐上部的回流阀,然后按设定的酸洗时间持续地酸洗。
当持续时间设定值,则酸洗结束,并自动关闭有关阀门,再手动按下“水洗”(I)按钮,此时各阀门的关启作相应的自动变动,系统自动进行水洗(I)。
第三步按下“酸洗”自动进行酸洗。
第四步“水洗”(Ⅱ)。
最后结束。
控制系统
(1)电路原理及标记图
(2)控制板外形说明(3)操作说明:
a)面板上的各温控显示分别为各液的温度及经换热后的出料温度。
b)时间断电器显示分别为各液的清洗时间,清洗时间根据客户要求可自动确定。
c)在操作时,先确定各液的清洗时间,随后分别启动各相应的按钮,即可进行对罐的CIP清洗。
安装调试
(1)酸洗、碱洗和水洗三罐直线地安置于车间平整地面上,校正好每罐的垂直度。
校正好离心泵的水平。
分配器需用地脚螺栓坚固。
(2)在就地清洗设备附近,设置排水沟,设备排污口与之相连。
(3)连接与设备与泵的管道,接通水管,蒸汽管,并接好蒸汽冷凝水出口疏水器。
(4)安装各罐温度计,液位计及各种仪表等二次元件,安装时按有关产品使用说明书执行。
(5)安装电气装置与控制装置,这需由专业人员进行,应严格按有关规定操作,要可靠的接地,确保安全,安装后试验其灵敏性。
(6)各种管道安装完毕后,用水试漏,保证不泄漏。
(7)各种完毕后,用水试酸、碱、水罐,用水对加热温度液位、气动阀、时间继电器的程序进行调试,符合要求后方可投入生产使用。
使用维护使用:
(1)使用前对设备作全面清洗。
(2)启动电源总开关。
(3)在酸液罐、碱液罐内配制好清洗液,并核实其浓度。
在水罐内灌水。
各贮罐贮液量维持在全容积的80%左右。
(4)校正各仪表的正确性,按工艺要求调整控制点数值。
(5)按清洗工艺要求,设定好酸液、碱液和清水各自的持续清洗时间。
(6)交分配器连接到待清洗设备或待清洗管道系统。
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