啤酒发酵设备学习资料.doc

啤酒发酵设备学习资料早在1908年和1927年，德国纳旦（L. Nathan）博士就申请了立式密闭圆柱锥底罐的单罐发酵专利1930年，纳旦建成了他的第一个“纳旦罐”该罐内涂搪瓷，罐的高径比为2﹕l，罐身及锥底设有冷却夹套纳旦强调卫生条件，麦汁冷却，麦汁通风以及在发酵前去除凝固物的重要性发酵采用低温，罐内保压0.05MPa试验中他观察到，罐中酒液的对流比传统平底发酵池强烈得多，发酵速度也快得多发酵结束后，先对锥底进行冷却，然后排放酵母，再用二氧化碳洗涤酒液24～36h，排除生青味12°P麦汁全部发酵和后熟只用12天遗憾的是，他的创造在当时并未得到认可和推广60年代以后，圆柱锥底发酵罐（简称锥形罐）开始引起各国的注意在纳旦罐的基础上，人们又作了多项改进，锥形罐的实用性能大大提高，并由室内走向露天，在生产中取得成功之后，相继出现了其他类型的大型发酵罐，如日本的朝日罐（Asaki Tank，1965年），美国的通用罐（Uni—Tank，1968年），西班牙的球形罐（Spherotank，1975年），这些罐都各具特色我国在70年代末，开始采用室外锥形罐发酵，并逐步取代了传统的室内发酵目前，全国新建和改建的啤酒厂，都已采用了露天锥形发酵罐。

第一节 锥形发酵罐的基本结构与性能一、锥形发酵罐的特点 （1）具有锥底，角度在60°～90°之间，主发酵后回收酵母方便为保证啤酒良好的过滤性，酵母多采用凝聚性能良好的菌株 （2）罐体设有冷却夹套，冷却能力能满足工艺降温要求罐的柱体部分设2～3段冷却夹套，锥体部分设一段冷却夹套，这种结构有利于酵母沉降和保存 （3）锥形罐是密闭罐，可以回收CO2，也可进行CO2洗涤；既可作发酵罐用，又可作贮酒罐用4）发酵罐中酒液的自然对流比较强烈罐体愈高，对流作用愈强对流强度与罐体形状、容量大小和冷却系统的控制有关5）锥形罐具有相当的高度，凝聚力较强的酵母较易沉淀，而凝聚性差的酵母就需要借助其它手段进行酵母分离 （6）锥底罐不仅适用于下面发酵，同样也适用于上面发酵，在山东很多啤酒厂已经使用锥形发酵罐生产上面发酵的小麦啤酒二、锥形发酵罐的结构与尺寸锥形罐（见图6.1）的尺寸过去并没有严格的规定，高度可达40m，直径可超过10m随着发酵理论的不断完善和酿酒技术的不断进步，为满足啤酒质量的要求，锥形罐必须按照一定的规范进行精心设计和制造酵母不但承受液压，还承受着气压，如果再考虑高浓度CO2即浓度梯度现象的因素，酵母的生理性能无疑会受到较大的影响。

另外，锥形罐高度过大，发酵液对流过强，也容易形成搅拌发酵因此罐内液位高度是一个重要的参数，它不仅影响发酵副产物的组成，同时影响酵母的活性和生理代谢罐体高度和径高比应根据工艺要求确定经过实践证明，锥形发酵罐中麦汁的最高液位为15m；锥形贮酒罐的麦汁液位高度可据实际情况确定，因为后熟过程双乙酰分解已经完成，对于发酵的影响较小对于锥形罐的径高比有不同的观点，一般1﹕3～1﹕5为宜三、锥形罐的制作材料锥形罐最初用碳钢板制作，但易生锈，必须用防腐涂料进行防锈处理在使用过程中，应经常对此类大罐进行检查，防止防腐涂料的脱落，并定期更新防腐涂层现在的发酵罐多用不锈钢制作锥形罐内表面的光洁度十分重要内表面要尽可能光洁和平滑，用显微镜检查不得有缝隙表面的不平滑程度多用“粗糙深度”（见图6.3）表示通过正确的平面加工处理方法，可以降低“粗糙深度”用轧辊处理可使平面“粗糙深度”达到0.6～0.8μm通过磨光处理可使“粗糙深度”达到0.4～0.5μm电子抛光处理可使“粗糙深度”达到0.3～0.4μm 尤其是罐的底部和物料出口处，其“粗糙深度”必须要低，以防止微生物在粗糙表面处生存这也涉及到焊缝的处理今天，焊缝抛光后的“粗糙深度”要求达到0.4～0.5μm。

酵母细胞的大小约为6～10μm，经轧辊处理的材料，酵母细胞已无法进入但细菌的大小却只有0.7～4μm，在罐壁的粗糙处，细菌就有可能在里面繁殖，从而导致污染因此，对罐的表面进行抛光处理是极其重要的工作，同时也减轻了清洗杀菌的工作压力图6.1 现代化发酵车间一角图 6.2 锥形罐1－操作平台 2－罐顶装置 3－电缆管和排水管 4－感温探头 5－冷却夹套 6、8－冷却夹套 7－保温层 9－液氨流出口和流入口 10－锥底冷却夹套 11－锥底人孔 12－取样阀 13－清洗管或排气管 14－保压装置 15－内容物容积测量装置、空罐探头9四、罐的保温 为了降低土建费用，锥形罐多放置于露天所以，发酵罐要进行良好的保温，以降低生产中的耗冷量所用的保温材料要求导热系数低、密度小、吸水率低，不易燃烧目前，广泛应用的保温材料及其特点见表6.1所示表6.1 绝缘材料的性能绝缘材料名称导热系数/[kW/(m·℃)]体积质量/（kg/m2）吸水性聚苯乙烯泡沫塑料聚酰氨树脂膨胀珍珠岩0.029～0.0350.021～0.0420.035～0.04720～3030～40 40～130极低较低易吸水聚苯乙烯泡沫塑料是最佳绝缘材料，但价格较高。

聚酰氨树脂价格较便宜，可现场发泡喷涂，施工方便，但易燃两种材料的保温厚度应为15～20cm膨胀珍珠岩因易吸水，保温性能要差一些但它的价格低廉，使用厚度以20～25cm为宜当然，保温材料的种类和厚度还要根据当地的气温和气候条件而定保温材料外部需设一外防护层一般采用铝合金板或薄型不锈钢板从实际应用效果来看，瓦楞型板材较美观，也比较受欢迎图 6.4 罐壁粗糙深度示意图图6.3 发酵罐的瓦楞型外包装板材五、发酵罐的承压性能和使用中的安全问题锥形发酵罐要能承受一定的压力使用的温度和压力不同，对发酵罐壁厚的要求也不一样一般而言，发酵罐的封头和锥底部分承受压力要大一些；柱体的下部较柱体的上部承受压力要大一些承受压力大的部位，耐压强度就应当高，因此，罐壁的厚度就相应加大为了市场竞争，各国设备厂家都努力在保证质量的前提下，节省材料，降低造价下面是英、法、德、美各国对一个锥形发酵罐（容量为130t、直径为4m、工作压力为0.2MPa、操作温度分别为130℃和20℃）的设计规范，见（表6.2、表6.3）表6.2 130℃温度的设计规范（单位mm）规范封头壁厚 柱体上部壁厚 柱体下部壁厚 锥部壁厚 总质量/tBS5500（英）ADM（德）ASME（美）CODAP（法）9 4 5 7 7.5 8 6 8 8 9.6 5 5 6 7 7.85 4 5 7 7表6.3 20℃温度的设计规范规范封头壁厚 柱体上部壁厚 柱体下部壁厚 锥部壁厚 总质量/tBS5500（英）ADM（德）ASME（美）CODAP（法）9 4 5 6 77 4 7 7 7.8 5 5 6 7 7.85 4 5 6 6.7在锥形罐的使用过程中，要注意发酵罐的安全问题。

防止超压和真空状态对罐体的损坏许多啤酒厂习惯于使用热水清洗发酵罐或用蒸汽灭菌，其实是很危险的在正常压力下，1m3蒸汽重560g，但1m3水重1吨若蒸汽被冷凝，蒸汽会收缩到原有体积的1/1786收缩时会造成负压现象，它严重威胁着罐体的安全另外，发酵罐放料速度过快而进风量不足时；发酵罐进行碱水洗涤，罐内的二氧化碳被碱液吸收并且体积收缩时；热碱水洗涤后，再用冷水冲洗时，都易发生真空抽罐现象为此建议，清洗发酵罐时的温度不宜超过40℃一旦形成真空，就会造成罐体的损坏因此，要根据工作压力的要求设置正、负压安全阀负压保护阀多采用薄膜式真空阀，它便于空气进入罐内，平衡罐内外的压力它最大的优点是易于清洗，不存在污染问题第二节 锥形罐相关附件一、罐顶装置锥形罐最顶部称为罐顶罐顶装置见图6.5、6.6，包括1个正压保护阀；1个真空阀；带管道的CIP清洗附件图6.5 罐顶装置实物图6.6 罐顶装置示意图1－CIP清洗管 2－真空阀 3－正压保护阀 4－自清洗CO2排出阀5－液位探头 6－照明设备 7－喷球 8－罐顶法兰 9－对接法兰1．正压保护阀发酵罐内压力升高时，会发生危险因此必须安装正压保护阀。

空罐的压力变化特别明显，罐容越大，危险性就越大正压保护阀安装在锥形罐的顶部，有配重式（见图6.7）和弹簧式（见图6.8）两种图6.7 配重式正压保护阀 图6.8 弹簧式正压保护阀2．真空阀或负压保护阀大罐对真空很敏感，较小的负压就会导致其外形的改变负压造成的危险远比大罐超压要大即使温度只有很小的变化，也会造成较大的气体体积的变化真空阀（见图6.9）的质量和安装必须可靠在正常压力或超压状态下，通过自身重量关闭孔道，在出现负压时，则阀盖被提升，外界空气被吸入必须防止真空阀被粘糊或冻结为此，真空阀要与CIP清洗系统相接，以便于清洗3．CIP清洗装置锥形罐当然要采用CIP系统清洗冲洗喷头与罐顶装置相连接，保证罐顶和罐体都能很好地被清洗清洗罐顶装置时，要卸下所有的阀门，以防止粘连以罐的周长为单位计，清洗液的量通常需要每米每小时30hL清洗大容量发酵罐一般的喷头是不行的，要用特殊的清洗装置，一般可分为两种：（1）定向高压冲洗器（见图6.10）其工作原理就是将清洗液以较高压力定向冲洗罐壁，达到去除污垢的目的 图6.9 真空阀 图6.10 定向高压冲洗器 1－阀体 2－与罐连接的进口管 3－外部空气进管（2）涡轮式喷淋洗罐器（见图6.11）它可在给定时间内提供360°范围内密集清洗，喷淋距离16m，最高工作温度95℃，清洗发酵罐的规格可达700m3。

其工作原理为清洗液流经涡轮、齿轮装置和喷头本身，然后分散到4或8个喷嘴，产生高密度的喷射由于喷头和喷嘴的转速差异，喷射会产生一个控制的图案保证清洗距离内的区域得到有效的清洗完整的清洗图案在喷头旋转43圈后产生，然后重新开始另外，2个外部的喷嘴可保证对喷头本身外表面进行清洗机体转3圈清洗效果放大图4喷嘴8喷嘴带有8个喷嘴的旋转喷头清洗时产生的图案密度比4个喷嘴高一倍，这使清洗时间更短其清洗效果对比见图6.12图6.11 涡轮式喷淋洗罐器 图6.12 洗罐器。