啤酒發(fā)酵罐

　　啤酒發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)特點

　　以機械攪拌通風(fēng)罐為例。

　　機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐在生物工程工廠中得到廣泛使用，據(jù)不完全統(tǒng)計，它占了發(fā)酵罐總數(shù)的70%一80%，故又常稱之為通用式發(fā)酵罐。這類發(fā)酵罐大多用于通風(fēng)發(fā)酵，靠通人的壓縮空氣和攪拌葉輪實現(xiàn)發(fā)酵液的混合、溶氧傳質(zhì)，同時強化熱量傳遞。通用的機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐主要部件有罐體、攪拌器、擋板、軸封、空氣分布器、傳動裝置、冷卻管(或夾套)、消泡器等。

　　下面對此類型發(fā)酵罐的主要部件加以說明。

　　一、罐體

　　罐體由罐身、罐頂、罐底組成，罐身一般為圓柱體，中大型發(fā)酵罐罐頂、罐底多采用橢圓形或碟形封頭通過焊接和罐身連接，小型發(fā)酵罐罐底一般也采用橢圓形或碟形封頭通過焊接和罐身連接，罐頂卻多采用平板蓋和罐身用法蘭連接。為了便于清洗，小型發(fā)酵罐罐頂設(shè)有清洗用的手孔。中、大型發(fā)酵罐則裝設(shè)有快開人孔。罐頂裝有視鏡及燈鏡，進(jìn)料管，補料管、排氣管、接種管和壓力表接管，排氣管應(yīng)盡可能靠近罐頂中心位置。在罐身上有冷卻水進(jìn)出管，進(jìn)空氣管、溫度計管和檢測儀表接口。取樣管可裝在罐側(cè)或罐頂，視操作方便而定。

　　罐體各部分材料多采用不銹鋼。為滿足工藝要求，罐體必須能承受發(fā)酵工作時和滅菌時的工作壓力和溫度。罐壁厚度取決于罐徑、材料及耐受的壓強。

　　二、攪拌器和擋板

　　攪拌器的主要作用涉及到氣體分散、固—液懸浮、傳熱和混勻，即使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氣泡細(xì)碎以增大氣—液界面，來獲得所需要的溶氧速率，并使生物細(xì)胞懸浮分散于發(fā)酵體系中，以維持適當(dāng)?shù)臍?mdash;液—固(細(xì)胞)三相的混合與質(zhì)量傳遞，同時強化傳熱過程。為實現(xiàn)這些目的，攪拌器的設(shè)計應(yīng)使發(fā)酵液有足夠的徑向流動和適度的軸向運動。發(fā)酵罐采用的攪拌器主要有徑向流攪拌器、軸向流攪拌器和組合式攪拌器。

　　三、消泡器

　　發(fā)酵液中含有大量的蛋白質(zhì)等發(fā)泡物質(zhì)，在強烈的通氣攪拌下將會產(chǎn)生大量的泡沫，大量的泡沫將導(dǎo)致發(fā)酵液外溢和增加染菌機會。消除發(fā)酵液泡沫除了可加入消泡劑外，在泡沫量較少時，可用機械消泡裝置來破碎泡沫。

　　四、聯(lián)軸器及軸承

　　攪拌軸較長時，常分為2--3段，用聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種。功率小的發(fā)酵罐攪拌軸可用法蘭連接，軸的連接應(yīng)垂直，中心線對正。為了減少震動應(yīng)裝有可調(diào)節(jié)的中間軸承，材料采用石棉酚醛塑料、聚四氟乙烯，軸瓦與軸之間的間隙取軸徑的0.4%一0.7%。在軸上增加軸套可防止軸頸被磨損。五、變速裝置

　　試驗罐采用無級變速裝置。發(fā)酵罐常用的變速裝置有V帶傳動，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，其中以V帶變速傳動較為簡單，噪音較小。

　　六、空氣分布裝置

　　發(fā)酵罐分布裝置是將無菌空氣引入到發(fā)酵液中的裝置，通常有兩種結(jié)構(gòu)，對于通氣比小的小型發(fā)酵罐，選擇單根進(jìn)氣管就能較好的分布空氣;然而對于通氣比大的大型發(fā)酵罐，則應(yīng)優(yōu)先選用設(shè)有大孔的環(huán)形分布管，這樣不僅有利于增加氣-液比表面積，更有利于空氣入罐后的整體分布，并便于底層攪拌器粉碎氣泡。

　　七、軸封

　　軸封的作用是防止染菌和泄漏。

　　八、換熱裝置

　　在發(fā)酵過程中，有生物氧化所產(chǎn)生的熱量必須即時移去，才能保證發(fā)酵在恒溫狀態(tài)下進(jìn)行。

　　啤酒發(fā)酵罐的清洗滅菌

　　一、CIP參數(shù)

　　1、清洗劑的種類及其作用

　　發(fā)酵罐用的清洗劑為水、堿液、酸性洗滌劑、殺菌劑、無菌水。水是一種最常用的清洗劑, 是種極性很強的無機液體分子, 強極性的無機物、有機物一般易在水中溶解( 堿液可以消除罐壁、管道上的酵母、有效去除蛋白質(zhì)類、酒花樹脂等污垢( 酸性洗滌劑則對啤酒的無機鹽沉淀物、單寧、酒花樹脂、蛋白質(zhì)等具有良好的溶解和洗滌作用。殺菌劑可以殺滅細(xì)菌等微生物。

　　2、各種液體的表面張力

　　發(fā)酵罐的清洗都采用從罐頂噴射的清洗方式,通過噴嘴把有壓力的清洗液噴射出來沖擊罐頂表面, 然后形成均勻往下流的清洗液膜, 產(chǎn)生摩擦作用, 達(dá)到清洗效果。但如果污垢結(jié)合緊密, 則會因洗滌液的表面張力大難以滲透到污垢內(nèi)部。

　　只能在污垢表面起作用。水和堿液的表面張力都比啤酒高, 傳統(tǒng)的堿洗工藝只是單純地將洗滌液加熱來清洗發(fā)酵罐, 洗滌效果較差。目前啤酒廠通常是通過添加一些助洗劑來降低洗滌液的表面張力, 以達(dá)到去除罐壁污垢的目的。

　　3、CIP工藝

　　傳統(tǒng)CIP 清洗的基本流程為CO2排空一水預(yù)沖洗一堿洗一水沖洗一酸洗一水沖洗一殺菌液一無菌水。其優(yōu)點是清洗效果好、成本低、設(shè)備要求低。但對于存在. 姚的發(fā)酵罐進(jìn)行堿洗, 在清洗之前,需要將罐內(nèi)的%/∗ 排空, 造成時間上的浪費及氧的進(jìn)人, 現(xiàn)在很多啤酒廠都對傳統(tǒng)的%&∋ 工藝作了改進(jìn), 即把一些含有表面活性成分的添加劑加人到堿液中去增強洗滌效果, 節(jié)省了%&∋ 清洗的時間, 提高了設(shè)備利用率。

　　酸洗工藝是傳統(tǒng)堿洗的替代方法, 酸洗工藝就是在CO2壓力下采用酸性洗滌劑清洗, 可減少CIP清洗的操作時間, 節(jié)約CO2, 還可避免氧的攝人( 而且酸洗工藝的酸性洗滌劑濃度比堿洗的洗液濃度低, 降低了洗滌劑的消耗( 無需對洗滌劑進(jìn)行加熱,也節(jié)約了能源。但長期使用酸洗工藝也會導(dǎo)致發(fā)酵液中微生物的抗酸性, 因此越來越多的啤酒廠采用了堿洗和酸洗交替循環(huán)的CIP工藝。

　　4、罐體洗滌

　　最合適的CIP工藝還需要最佳的CIP系統(tǒng)配合, 因為對發(fā)酵罐的清洗, 要求對各方向都能清洗到, 不能有死角, 且對罐壁尤其是泡蓋處要有一定的清洗沖擊力。所以發(fā)酵罐洗滌器一般選擇能在水平方向旋轉(zhuǎn)或在三維空間旋轉(zhuǎn), 有多個方向不同角度噴嘴的洗滌器, 噴射出的水流能到達(dá)發(fā)酵罐的每個地方。

　　發(fā)酵罐清洗很大程度上也是靠清洗液的機械作用來達(dá)到清洗效果, 而清洗液的機械作用取決于清洗液的流速、流量和壓力。因此泵的功率與管徑要相配套, 保證泵壓和液體流動的速度, 泵送壓力一般要求控制在1.0MPa以上, 雷諾準(zhǔn)數(shù)Re≧25000。這樣對壁沖擊力大, 去垢效果強。

　　二、檢測工作

　　清洗劑在清洗過程中會損耗一部分, 而清洗劑濃度對發(fā)酵罐清洗效果的影響很大, 因此應(yīng)做好清洗劑濃度的檢測, 并根據(jù)其使用期限及外觀、氣味等。綜合考慮，應(yīng)及時補充、更換清洗劑、殺菌劑。

　　一、 清洗發(fā)酵罐常用的方法及程序

　　按清洗操作溫度來分，可分為冷清洗(常溫)與熱清洗(加熱) 。人們?yōu)榱斯?jié)省時間和洗液，往往在溫度較高的情況下進(jìn)行清洗;而為大罐操作安全考慮，冷清洗則常被用于大罐的清洗。

　　按采用的清洗劑種類不同，可分為酸性清洗和堿性清洗。堿洗特別適合去除系統(tǒng)內(nèi)生成的有機污物，如酵母、蛋白質(zhì)、酒花樹脂等;酸洗主要是去除系統(tǒng)內(nèi)

　　生成的無機污物，如鈣鹽、鎂鹽、啤酒石等。

　　二、 清洗劑的種類與選則

　　清洗劑對于CIP系統(tǒng)的清洗效果有著十分重要的作用，選擇一種合適的清洗劑是至關(guān)重要的。

　　1、清洗劑的要求

　　清洗劑應(yīng)具有潤濕、滲透、溶解、皂化及消化等各種功能，腐蝕性低、安全性好，易沖洗、費用低、使用方便等特點，且對人體不產(chǎn)生危害，對環(huán)境污染小。

　　2、清洗劑的分類

　　根據(jù)清洗劑的pH值可分為堿性清洗劑和酸性清洗劑兩種。堿性清洗劑大多是在60%～80%的NaCl 基礎(chǔ)上添加蘇打、硅酸鹽、磷酸鹽、螯合劑及表面活性劑等構(gòu)成。酸性清洗劑則主要是磷酸、硫酸、硝酸或檸檬酸添加表面活性劑等構(gòu)成。

　　3、清洗劑的選擇

　　選擇清洗劑要根據(jù)發(fā)酵罐的材料特性、污物的性質(zhì)、時間的緊迫性和當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)特征及環(huán)保要求綜合考慮。

　　4、酸洗的優(yōu)點

　　相對于堿洗來說，酸洗的優(yōu)越性表現(xiàn)在：

　　a、酸洗時由于發(fā)酵罐內(nèi)的*4! 不與酸相互作用，當(dāng)重復(fù)回用時不會影響清洗效果，安全性好。

　　b、酸洗對于防治啤酒石更為有效，且費用低。

　　c、酸洗不需要加熱，從而節(jié)約能源。

　　d、酸洗清洗劑、消毒劑互換時不需排空罐內(nèi)氣體，因而不會損失CO2。

　　e、酸性清洗劑更容易清洗，更加節(jié)水省時。