嫌气发酵设备无需供氧，因而可以封闭，能承受一定压力，有冷却降温装置，罐内尽量减少装置，消除死角，便于清洗和灭菌。嫌气发酵设备有时需要进行传质混合，故有的嫌气发酵设备安装有搅拌装置。由于厌氧发酵，不需要一直通入无菌空气，一般也不需要严格灭菌，故设备制造、操作都较好氧发酵设备简单，并可实现自动清洗。
（一）酒精发酵设备
1. 传统酒精发酵罐
传统酒精发酵罐采用圆柱形筒体，蝶形或锥形封头。
（1）酒精发酵罐的结构 酒精发酵罐需要满足酒精酵母生长和代谢的必要工艺条件，并且在培养的过程中，可以将发酵产生的热量及时移走。同时，罐体的设计要有利于发酵液的顺利排出，设备的清洗、维修以及设备制造和安装方便。
酒精发酵罐可分为封闭式和开放式。较常用的为封闭式，封闭式可以有效防止污染，保证产品品质，并可以收集发酵所产生的二氧化碳。筒体为圆柱形，上封头和下封头均采用碟形或锥形，如图7-22所示。
罐顶有人孔、视镜、排气口、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口等，罐底装了出料口和排污口，在罐身上、下装有取样口和温度探头接口。对于大型发酵罐，为了方便维修和清洗，往往在接近罐底的地方也有人孔。
图7-22 酒精发酵罐
（2）酒精发酵罐的冷却装置 对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外表面，进行膜状冷却；对于大型发酵罐，采用罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置，为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水池或收集槽，酒精发酵罐的冷却装置如图7-23所示；也有采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高等特点。
（3）酒精发酵罐的洗涤过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且二氧化碳气体一旦未彻底排除，工人通过人孔进入罐体清洗时，有可能发生中毒事件。近年来，酒精罐已逐步采用水力喷射洗涤装置，从而改善了工人的劳动强度和提高了操作效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤装置尤为重要，水力洗涤装置如图7-24所示。
图7-23 酒精发酵罐冷却装置
图7-24 发酵罐水力洗涤装置
高压强水力喷射洗涤装置是一根直立的喷水管，沿轴向安装于罐中央，在垂直喷水管上按一定的间距均匀的钻有4～6mm的小孔，孔与水平成20°角，水平喷水管接活络接头，上端和供水总管相连，下端与垂直分配管相连，洗涤水压为0.6～0.8MPa。水流在较高压力下，由水平喷水管出口处喷出，使其自动旋转，并以极大的速度喷射到罐壁各处，而垂直的喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体四壁和罐底，约5min时间即可完成洗涤作业。洗涤水若用废热水，还可提高洗涤效果。
2. 现代大型酒精发酵罐
近年来，大型酒精发酵罐逐渐发展到500m3以上，最大容积已突破4200m3。生产酒精的设备材料也采用不锈钢材料。与传统酒精发酵罐相比，发酵罐的直径与罐高之比逐渐趋向于1∶1。
大型斜底发酵罐基本构件包括罐体、人孔、视镜、原位清洗系统、换热器、二氧化碳气体排出口、搅拌装置、降温水层以及管路等，大型斜底发酵罐结构如图7-25所示。
由于大型斜底发酵罐体积较大，采用高压蒸汽灭菌几乎不可能，因而，通常采用灭菌成本低且灭菌时间短的化学灭菌法，通过罐内上方的CIP系统高压喷头完成。CIP（Cleaning In Place ）是原位清洗的意思，又称在位清洗或自动清洗。其灭菌工艺流程：首先通入清水冲洗酒精发酵罐内壁，然后改用NaOH或NaHCO3等低浓度碱性水进行第二次洗涤，接着改用低浓度的HCl溶液或柠檬酸溶液等酸性溶液进行第三次洗涤，最后再换用清水将设备冲洗干净。
图7-25 大型斜底发酵罐结构示意图
1—CIP系统入口 2—酵母入口 3—糖化醪入口4—CIP系统高压喷头 5—罐底人孔 6—换热器7—泵 8—CO2气体排出口 9—视镜 10—罐顶人孔11—保温层 12—降温水层 13—侧搅拌 14—罐底斜角
发酵罐的搅拌装置安装在罐体侧面，将发酵液和菌体混合均匀，同时也可以防止局部过热影响酵母菌生长以及代谢生理作用，在发酵罐外配备有薄板换热器，除了使发酵罐迅速降温外，还可以起到混匀发酵液的作用。
（二）啤酒发酵设备
传统啤酒发酵容器为发酵槽，进行小规模生产。目前使用的大型发酵罐主要是立式圆筒体锥底发酵罐。近年来，啤酒发酵设备已向大容量、露天、联合的方向发展。大型化的目的：使啤酒质量均一化；减少啤酒生产的罐数，使生产合理化，降低了主要设备的投资。
1. 传统发酵设备
现在许多小型啤酒厂仍采用传统工艺，即采用前发酵槽和后发酵罐。
前发酵槽是发酵车间的主要设备，主发酵过程在前发酵槽中进行。前发酵槽大部分是开口式，均置于发酵室内，前发酵槽如图7-26所示。室内应装有排出二氧化碳的装置，防止二氧化碳中毒。前发酵室供排风系统如图7-27所示。
图7-26 前发酵槽
1—槽体 2—冷却水管 3—出酒阀
后发酵在后酵罐中进行，后酵罐又称贮酒罐，其作用是将发酵池转送来的嫩啤酒继续发酵，并饱和二氧化碳，促进啤酒的稳定、澄清和成熟。后酵罐以前使用木制桶，后来采用金属后酵罐进行啤酒后酵工艺。金属后酵罐包括卧式和立式两种，具体如图7-28。
后酵罐属于压力容器，表压约0.1～0.2MPa，罐身装有人孔、取样阀、温度计、压力表、安全阀和二氧化碳排出口以及啤酒进（出）口等。嫩啤酒一般从后酵罐底部进入。这样既可以避免二氧化碳损失，又可以防止啤酒吸氧。由于后发酵比较剧烈，因此装液不能太满。
图7-27 前发酵室（置有开口式发酵槽）的供排风系统
1—风机 2—空气调节室 3—开口发酵槽4—冷空气风道 5—控制气流方向的阀门 6—排风门 7—保温墙 8—操作台通道
图7-28 卧式后酵罐示意图
1—CO2排出口 2—温度计3—压力表和安全阀 4—人孔 5—支架 6—啤酒进（出）口 7—取样阀(www.xing528.com)
2. 新型发酵设备
目前常用的大型啤酒发酵罐有锥形罐、通用罐、朝日罐等。其中，锥形罐在露天大罐工艺中使用最为普遍，锥形罐结构如图7-29所示。已广泛应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。这种设备的优点在于能缩短发酵时间，能耗低，采用的管径小，生产费用可以降低，而且具有生产上的灵活性，所以能适合于生产各种类型啤酒的要求。
图7-29 锥形罐结构示意图
1—操作平台 2—罐顶装置 3—电缆管和排水管 4—感温探头5，6，8—冷却夹套 7—保温层 9—液氨流入口（左）和流出口（右）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
锥形发酵罐罐顶为一圆拱形结构，中央开孔用于放置可拆卸的大直径法兰，以安装二氧化碳和CIP管道及其连接件，罐顶还安装防真空阀、过压阀和压力传感器等，罐内侧装有洗涤装置，也安装有供罐顶操作的平台和通道。
罐体为圆柱体，是罐的主体部分。发酵罐的高度取决于圆柱体的直径与高度。由于罐直径大耐压低，一般锥形罐罐的直径与高度比通常为1∶（2～4），直径不超过6m，总高度最好不要超过16m，以免引起强烈对流，影响酵母和凝固物沉降。
罐体材料可用不锈钢或碳钢，若使用碳钢，罐内壁必须涂对啤酒口味没有影响且无毒的涂料。发酵罐工作压力可根据罐的工作性质确定，一般发酵罐的工作压力控制在0.2～0.3MPa。罐内壁必须光滑平整，不锈钢罐内壁要进行抛光处理，碳钢罐内壁涂料要均匀，无凹凸面，无颗粒状凸起。罐体外部用于安装冷却装置和保温层，并留一定的位置安装测温、测压元件。
锥形罐本身设置冷却夹套，其圆筒部分的冷却夹套一般分为2～4段，视罐体高度而定，锥底部分根据需要设或不设冷却夹套。冷却夹套的形式多种多样，有扣槽钢、扣角钢、扣半圆管、冷却层内带导向板、管外加液氨管、长行薄夹层螺旋环形冷却管等，较理想的是最后一种形式。冷却夹套总传热面积与罐内发酵液体积之比，可视冷溶剂种类及冷却夹套的形式取0.2～0.5m2/m3。冷溶剂多采用30%乙二醇或20%～30%的酒精溶液，也可使用氨作冷溶剂，优点是能耗低，采用的管径小，生产费用可以降低。
圆锥底的夹角一般为60°～80°，也有90°～110°，但这多用于大容量的发酵罐。发酵罐的圆锥底高度与夹角有关，夹角越小锥底部分越高。一般罐的锥底高度占总高度的1/4左右，不要超过1/3。圆锥底的外壁应设冷却层，以冷却锥底沉淀的酵母。锥底还应安装进出管道、阀门、视镜、测温、测压的传感元件等。如做单酿罐应具有深入锥底800～1200mm的出酒管和排酵母底阀等，锥形罐底部结构如图7-30所示。
图7-30 锥形罐底部结构
锥形罐发酵法发酵周期短、发酵速度快。已灭菌的新鲜麦汁与酵母由底部进入罐内，由于酵母的凝聚作用，最终沉积在罐底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用。
二氧化碳气体由罐顶排出。大型发酵罐的二氧化碳产生量很大，所以必须考虑二氧化碳的回收。为了回收发酵过程中产生的二氧化碳，锥形罐应设计为密闭耐压罐，并设安全阀。由于发酵罐在密闭条件下转罐或进行内部清洗，以及工作完毕后放料的速度很快，有可能造成一定的负压。所以大型发酵罐应设防止真空的安全阀。锥形罐采用CIP系统进行自动清洗。
3. 朝日罐
朝日罐是前发酵和后发酵合一的室外大直径圆柱型微倾斜的发酵罐，由4～6mm的不锈钢板制成，其高度与直径比为1∶（1～2）。罐身外部设有冷却夹套，以乙二醇或液氨为冷溶剂。外面用泡沫塑料保温，内部设有可转动的不锈钢出酒管，斜置于罐中心，用来排出酒液，并有保持酒液中二氧化碳含量均一的作用。朝日罐结构与生产系统如图7-31所示。
图7-31 朝日罐结构与生产系统示意图
1—薄板换热器 2—循环泵 3—酵母离心机4—酵母 5—朝日罐
朝日罐与锥形罐具有相同的功能，但生产工艺不同：①利用离心机回收酵母；②利用薄板换热器控制发酵温度；③利用循环泵把发酵液抽出又送回去。
朝日罐生产啤酒的优点：三种设备互相组合，解决了前后发酵温度控制和酵母浓度的控制问题，加速了酵母的成熟。使用酵母离心机分离发酵液的酵母，可以解决酵母沉淀慢的缺点。利用凝聚性弱的酵母进行发酵，增加酵母与发酵液接触时间，促进发酵液中乙醛和双乙酰的还原，减少其含量。
（三）连续发酵设备
1. 酒精连续发酵设备
酒精间歇式发酵的各个阶段都在一个发酵罐内进行，发酵周期长，管理分散，不便于自动化管理。酒精连续化发酵的新技术能很好地解决这个问题，它既可缩短发酵周期，又提高了发酵设备的利用效率。
糖蜜原料制酒精的连续发酵生产是采用多罐串联发酵，如图7-32所示，整个流程由9个发酵罐组成，其容量视其生产能力大小而定。酵母和糖蜜同时连续流加入第1罐内，并依次流经各罐，最后从9号罐排出。除了在酒母槽通入空气外，在1号罐内也同样通入适量空气，或增大酵母接种管，维持1号罐内工艺所要求的酵母数。二氧化碳则由各罐罐顶排入总汇集罐，再送往二氧化碳车间，进行综合利用。按目前的流程装置和工艺条件，连续发酵周期可达20d左右，甚至更长。发酵过程中，如发酵液中酵母数维持在0.6～1.0亿个/mL，发酵只需要32h，发酵液中酒精含量可达9%～10%，发酵度约为85%。
图7-32 糖蜜制酒精连续发酵流程
2. 啤酒连续发酵设备
（1）塔式发酵罐 塔式发酵罐是由英国AP V公司20世纪60年代设计的，由数个高度为6～9m的塔式发酵罐串联起来，附加一些酵母分离和啤酒贮藏设备。塔式发酵罐如图7-33所示。
国内塔式连续发酵生产啤酒的流程如图7-34所示。澄清麦芽汁冷却至0℃，送往贮槽，0℃保持2d后析出和除去冷凝固物，经63℃、8min灭菌，冷却至发酵温度12～14℃，入塔式发酵罐进行前发酵，周期为2d；进罐前麦芽汁经U形充气柱间歇充气，充气量为麦芽汁∶空气=（12～15）∶1。由塔顶溢出的嫩啤酒升温至14～18℃，使连二酮还原，嫩啤酒冷却至0℃进入锥形罐进行后发酵，3d满罐。满罐后采用来自塔式发酵罐并经处理的二氧化碳洗涤1d，并保持0.15MPa的二氧化碳背压1.5d，即可过滤装罐。
图7-33 啤酒塔式发酵罐结构
（2）多罐式连续发酵 搅拌式多罐型啤酒连续发酵采用两个搅拌发酵罐和一个酵母分离罐串联起来，加入酒花的麦芽汁经搅拌罐发酵后，成熟啤酒从分离罐中流出，具体流程如图7-35所示。麦芽汁冷却后，进入0℃贮存罐贮存，使用前再经薄板换热器灭菌、冷却，使20～21℃冷麦汁进入倒U形管充氧；然后，进入一级发酵罐，加入酵母发酵，发酵度达到50%左右；接着进入二级发酵罐，待发酵度达到要求后，进入酵母分离器冷却，使酵母沉淀，酵母泥从罐底排出，啤酒从侧管溢流出，送入贮酒罐贮存，成熟后过滤灌装。
图7-34 通用塔式啤酒连续发酵流程
1—麦芽汁澄清罐 2—冷却器 3—麦芽汁贮槽 4—热交换器 5—塔式发酵罐 6—处理槽7—酵母分离器 8—锥形后发酵罐 9—CO2贮槽 10—CO2压缩机 11—洗涤器 12—气液分离器13—活性炭过滤器 14—无菌过滤器
图7-35 搅拌式多罐型连续发酵流程
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
