Beer fermentor

　　啤酒发酵罐的结构特点

　　以机械搅拌通风罐为例。

　　机械搅拌通风发酵罐在生物工程工厂中得到广泛使用，据不完全统计，它占了发酵罐总数的70%一80%，故又常称之为通用式发酵罐。这类发酵罐大多用于通风发酵，靠通人的压缩空气和搅拌叶轮实现发酵液的混合、溶氧传质，同时强化热量传递。通用的机械搅拌通风发酵罐主要部件有罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管(或夹套)、消泡器等。

　　下面对此类型发酵罐的主要部件加以说明。

　　一、罐体

　　罐体由罐身、罐顶、罐底组成，罐身一般为圆柱体，中大型发酵罐罐顶、罐底多采用椭圆形或碟形封头通过焊接和罐身连接，小型发酵罐罐底一般也采用椭圆形或碟形封头通过焊接和罐身连接，罐顶却多采用平板盖和罐身用法兰连接。为了便于清洗，小型发酵罐罐顶设有清洗用的手孔。中、大型发酵罐则装设有快开人孔。罐顶装有视镜及灯镜，进料管，补料管、排气管、接种管和压力表接管，排气管应尽可能靠近罐顶中心位置。在罐身上有冷却水进出管，进空气管、温度计管和检测仪表接口。取样管可装在罐侧或罐顶，视操作方便而定。

　　罐体各部分材料多采用不锈钢。为满足工艺要求，罐体必须能承受发酵工作时和灭菌时的工作压力和温度。罐壁厚度取决于罐径、材料及耐受的压强。

　　二、搅拌器和挡板

　　搅拌器的主要作用涉及到气体分散、固—液悬浮、传热和混匀，即使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使气泡细碎以增大气—液界面，来获得所需要的溶氧速率，并使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气—液—固(细胞)三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。为实现这些目的，搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动。发酵罐采用的搅拌器主要有径向流搅拌器、轴向流搅拌器和组合式搅拌器。

　　三、消泡器

　　发酵液中含有大量的蛋白质等发泡物质，在强烈的通气搅拌下将会产生大量的泡沫，大量的泡沫将导致发酵液外溢和增加染菌机会。消除发酵液泡沫除了可加入消泡剂外，在泡沫量较少时，可用机械消泡装置来破碎泡沫。

　　四、联轴器及轴承

　　搅拌轴较长时，常分为2--3段，用联轴器连接。联轴器有鼓形及夹壳形两种。功率小的发酵罐搅拌轴可用法兰连接，轴的连接应垂直，中心线对正。为了减少震动应装有可调节的中间轴承，材料采用石棉酚醛塑料、聚四氟乙烯，轴瓦与轴之间的间隙取轴径的0.4%一0.7%。在轴上增加轴套可防止轴颈被磨损。五、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V带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以V带变速传动较为简单，噪音较小。

　　六、空气分布装置

　　发酵罐分布装置是将无菌空气引入到发酵液中的装置，通常有两种结构，对于通气比小的小型发酵罐，选择单根进气管就能较好的分布空气;然而对于通气比大的大型发酵罐，则应优先选用设有大孔的环形分布管，这样不仅有利于增加气-液比表面积，更有利于空气入罐后的整体分布，并便于底层搅拌器粉碎气泡。

　　七、轴封

　　轴封的作用是防止染菌和泄漏。

　　八、换热装置

　　在发酵过程中，有生物氧化所产生的热量必须即时移去，才能保证发酵在恒温状态下进行。

　　啤酒发酵罐的清洗灭菌

　　一、CIP参数

　　1、清洗剂的种类及其作用

　　发酵罐用的清洗剂为水、碱液、酸性洗涤剂、杀菌剂、无菌水。水是一种最常用的清洗剂, 是种极性很强的无机液体分子, 强极性的无机物、有机物一般易在水中溶解( 碱液可以消除罐壁、管道上的酵母、有效去除蛋白质类、酒花树脂等污垢( 酸性洗涤剂则对啤酒的无机盐沉淀物、单宁、酒花树脂、蛋白质等具有良好的溶解和洗涤作用。杀菌剂可以杀灭细菌等微生物。

　　2、各种液体的表面张力

　　发酵罐的清洗都采用从罐顶喷射的清洗方式,通过喷嘴把有压力的清洗液喷射出来冲击罐顶表面, 然后形成均匀往下流的清洗液膜, 产生摩擦作用, 达到清洗效果。但如果污垢结合紧密, 则会因洗涤液的表面张力大难以渗透到污垢内部。

　　只能在污垢表面起作用。水和碱液的表面张力都比啤酒高, 传统的碱洗工艺只是单纯地将洗涤液加热来清洗发酵罐, 洗涤效果较差。目前啤酒厂通常是通过添加一些助洗剂来降低洗涤液的表面张力, 以达到去除罐壁污垢的目的。

　　3、CIP工艺

　　传统CIP 清洗的基本流程为CO2排空一水预冲洗一碱洗一水冲洗一酸洗一水冲洗一杀菌液一无菌水。其优点是清洗效果好、成本低、设备要求低。但对于存在. 姚的发酵罐进行碱洗, 在清洗之前,需要将罐内的%/∗ 排空, 造成时间上的浪费及氧的进人, 现在很多啤酒厂都对传统的%&∋ 工艺作了改进, 即把一些含有表面活性成分的添加剂加人到碱液中去增强洗涤效果, 节省了%&∋ 清洗的时间, 提高了设备利用率。

　　酸洗工艺是传统碱洗的替代方法, 酸洗工艺就是在CO2压力下采用酸性洗涤剂清洗, 可减少CIP清洗的操作时间, 节约CO2, 还可避免氧的摄人( 而且酸洗工艺的酸性洗涤剂浓度比碱洗的洗液浓度低, 降低了洗涤剂的消耗( 无需对洗涤剂进行加热,也节约了能源。但长期使用酸洗工艺也会导致发酵液中微生物的抗酸性, 因此越来越多的啤酒厂采用了碱洗和酸洗交替循环的CIP工艺。

　　4、罐体洗涤

　　最合适的CIP工艺还需要最佳的CIP系统配合, 因为对发酵罐的清洗, 要求对各方向都能清洗到, 不能有死角, 且对罐壁尤其是泡盖处要有一定的清洗冲击力。所以发酵罐洗涤器一般选择能在水平方向旋转或在三维空间旋转, 有多个方向不同角度喷嘴的洗涤器, 喷射出的水流能到达发酵罐的每个地方。

　　发酵罐清洗很大程度上也是靠清洗液的机械作用来达到清洗效果, 而清洗液的机械作用取决于清洗液的流速、流量和压力。因此泵的功率与管径要相配套, 保证泵压和液体流动的速度, 泵送压力一般要求控制在1.0MPa以上, 雷诺准数Re≧25000。这样对壁冲击力大, 去垢效果强。

　　二、检测工作

　　清洗剂在清洗过程中会损耗一部分, 而清洗剂浓度对发酵罐清洗效果的影响很大, 因此应做好清洗剂浓度的检测, 并根据其使用期限及外观、气味等。综合考虑，应及时补充、更换清洗剂、杀菌剂。

　　一、 清洗发酵罐常用的方法及程序

　　按清洗操作温度来分，可分为冷清洗(常温)与热清洗(加热) 。人们为了节省时间和洗液，往往在温度较高的情况下进行清洗;而为大罐操作安全考虑，冷清洗则常被用于大罐的清洗。

　　按采用的清洗剂种类不同，可分为酸性清洗和碱性清洗。碱洗特别适合去除系统内生成的有机污物，如酵母、蛋白质、酒花树脂等;酸洗主要是去除系统内

　　生成的无机污物，如钙盐、镁盐、啤酒石等。

　　二、 清洗剂的种类与选则

　　清洗剂对于CIP系统的清洗效果有着十分重要的作用，选择一种合适的清洗剂是至关重要的。

　　1、清洗剂的要求

　　清洗剂应具有润湿、渗透、溶解、皂化及消化等各种功能，腐蚀性低、安全性好，易冲洗、费用低、使用方便等特点，且对人体不产生危害，对环境污染小。

　　2、清洗剂的分类

　　根据清洗剂的pH值可分为碱性清洗剂和酸性清洗剂两种。碱性清洗剂大多是在60%～80%的NaCl 基础上添加苏打、硅酸盐、磷酸盐、螯合剂及表面活性剂等构成。酸性清洗剂则主要是磷酸、硫酸、硝酸或柠檬酸添加表面活性剂等构成。

　　3、清洗剂的选择

　　选择清洗剂要根据发酵罐的材料特性、污物的性质、时间的紧迫性和当地的水质特征及环保要求综合考虑。

　　4、酸洗的优点

　　相对于碱洗来说，酸洗的优越性表现在：

　　a、酸洗时由于发酵罐内的*4! 不与酸相互作用，当重复回用时不会影响清洗效果，安全性好。

　　b、酸洗对于防治啤酒石更为有效，且费用低。

　　c、酸洗不需要加热，从而节约能源。

　　d、酸洗清洗剂、消毒剂互换时不需排空罐内气体，因而不会损失CO2。

　　e、酸性清洗剂更容易清洗，更加节水省时。