发酵罐温度控制系统的设计.doc
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1、目录前 言1发酵工艺背景31.1发酵罐的发酵原理31.2为什么进行温度控制41.3温度对发酵的影响5啤酒发酵罐温度控制系统设计62.1控制思路6 2.2 硬件控制.7 2.3控制系统.8 总结9参考文献9前 言发酵工程是应用生物(主要是微生物)为工业大规模生产服务的一门工程技术,也称微生物工程。发酵工程是包括微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。现代发酵工程不但应用于生产酒精类饮料、醋酸和面包,而且还可以生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物,天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨基酸、香料、生物
2、高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。发酵反应器(发酵罐)是发酵企业中最重要的设备。发酵罐式必须具有适宜于微生物生长和形成产物的各种条件,促进微生物的新陈代谢,使之能在低消耗下获得较高产量。例如,发酵罐的结构应尽可能简单,便于灭菌和清洗;循环冷却装置维持适宜的培养温度;由于发酵时采用的菌种不同、产物不同或发酵类型不同,培养或发酵条件又各有不同,还要根据发酵工程的特点和要求来设计和选择发酵罐的类型和结构。通风发酵设备要将空气不断通入发酵液中,供给微生物所需的氧,气泡越小,气泡的表面积越大,氧的溶解速率越快,氧的利用率也越高,产品的产率就越高。通风发酵罐有鼓泡式、气升式、机械搅拌式、溢流喷射自吸式等
3、多种类型。机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂常用的类型之一,它是利用机械搅拌器的作用,使空气和賿液充分混合促使氧在賿液中溶解,以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气,同时强化热量传递。无论是微生物发酵、酶催化或动物植物细胞培养的微生物工程工厂都应用此类设备,占目前发酵罐总数的70%80%,常用语抗生素、氨基酸、有机酸和酶的发酵生产。机械搅拌通风发酵罐是属于一种搅拌釜式反应器,除用作化学反应和生物反应器外搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸传热等操作。搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。加班容器包括筒体、换热原件及内构件、搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅
4、拌机。啤酒是世界上产量及消费最大的一种酒,特别是北美及欧洲国家的总产量及人均消费量均居世界前列,我国随着改革开放现代化建设,人民生活水平不断断提高,啤酒己成为人们的时尚饮品,市场的宠儿,生产直线上升,进入九十年代后产量逐年增加,目前已成为仅次于美国的世界第二大啤酒产销国,令世界啤酒界人士刮目相看。但是我国人均啤酒消费水平只有8升,仅相当于世界水平的1/3差距很大,因此说我国的啤酒工业有很大的发展潜力。在啤酒生产过程中发酵是一道关键工序,除生产工艺水平外,生产工序控制指标的好坏将直接影响啤酒的质量。为此,对啤酒生产的发酵工序提出计算机监控技术,使啤酒生产集控制与数据管理于一身,能够适应当前现代化
5、生产的需要,使啤酒的质量及企业的自动化程度有较大的提高。 所以我选择利用PLC实现啤酒发酵罐温度的自动控制的选题。为了提高啤酒发酵温度控制精度,简化啤酒温度控制过程,使用效果好且性能稳定可靠,编程简单,具有非常现实的意义。同时我个人可以通过这次设计更加巩固PLC知识,更好地掌握梯形图等编程。熟悉啤酒的制造工艺及过程,并通过此次设计锻炼将理论应用于实际的能力。发酵工艺背景1.1发酵罐的发酵原理(1)主发酵 又称前发酵,是发酵的主要阶段,也是酵母活性期,麦汁中的可发酵性糖绝大部分在此期间发酵,酵母的一些主要代谢产物也是在此期内产生的。发酵方法分两类,即上面发酵法和下面发酵法。我国主要采用后种方法。
6、下面重点介绍下面啤酒发酵法。加酒花后的澄清汁冷却至6.58.0,接种酵母,主发酵正式开始。酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵,产生乙醇和CO2,这是发酵的主要生化反应。主要步骤如下:用直接添加法添加酵母 在密闭酵母添加器内将回收的酵母按需要量与麦汁混匀(约1:1),用压缩空气或泵送入添加槽内,适当通风数分钟。酵母添加量 添加量常按泥状酵母对麦汁体积百分率计算,一般为0.50.65,通常接种后细胞浓度为800万1200万个/ml。接种量应根据酵母新鲜度,稀稠度,酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等适当调节。若麦汁浓度高,酵母使用代数多,接种温度及酵母浓度低,则接种量应稍大,反之则少。发酵
7、第一阶段 又称低泡期。接种后1520小时,池的四周出现白沫,并向中间扩展,直至全液面,这是发酵的开始。而后泡沫逐渐培厚,此阶段维持2.53天,每天温度上升0.91,糖度平均每24小时降1Bx。发酵第二阶段 又称高泡期。为发酵的最旺盛期,泡沫特别丰厚,可高达2530cm。由于麦汁中酒花树脂等被氧化,泡沫逐渐变为棕黄色。此阶段23天,每天降糖11.5。发酵第三阶段 又称落泡期。高泡期过后,酵母增殖停止、温度开始下降,降糖速度变慢,泡沫颜色加深并逐步形成由泡沫、蛋白质及多酚类氧化物等物质组成的泡盖,厚度25cm。此阶段2天,每天降糖0.50.8。当12度酒糖度降至3.84Bx时,即可下酒进入后发酵。
8、(2)后发酵后发酵又称贮酒,其目的是完成残糖的最后发酵,增加啤酒的稳定性,饱充CO2,充分沉淀蛋白质,澄清酒液;清除双乙酰、醛类及H2S等嫩酒味,促进成熟;尽可能使酒液处于还原状态,降低氧含量。下面介绍下面啤酒发酵法的后发酵。下酒 将主酵嫩酒送至后酵罐称为下酒。下酒时,应避免吸氧过多,为此先将贮酒罐充满无菌水,在用CO2将无菌水顶出,当CO2充满时再由贮酒桶底部进酒液。此外,要求尽量一次满罐,留空隙1015cm,以防止空气进入酒液。如果酒液被CO2饱和,由于有CO2溢出,氧则难溶于酒液中。否则啤酒中存在过多的溶解氧易引起氧化混浊,并产生氧化味。管理 下酒后,先开口发酵,以防CO2过多,酒沫涌出
9、,23天后封罐。下酒初期室温2.83.2,若是外销酒,一个月后逐渐降至01。温度前高后低目的在于先使残糖发酵,随后澄清。注意不能将不同酒龄的酒液共存一室,否则温度要求互相矛盾,无法控制室温。一般老工艺12Bx外销酒贮酒时间为6090天,内销酒为3540天。贮酒期间,用烧杯取样观察,通常714天罐内酵母下沉。若长期酒液不清,应镜检。若是酵母悬浮,则是酵母凝聚性差;若是细菌混浊,则属细菌污染,通常无法挽救,只能排放;若是胶体混浊,原因是麦芽溶解度差,糖化蛋白分解不良,煮沸强度不够,冷凝固物分离不良等因素造成。1.2为什么进行温度控制在发酵过程中会有很多发酵热的产生:发酵热的产生是产生热能的散失热能
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