梁世中主编 生物工程设备第二版 第一章讲解材料
生物工程设备第一章生物质原料处理过程与设备
图1-27
搅拌槽式混合机
图1-29 回转原板式混合机
ZX型双锥高效混合机
CH-系列单浆槽式 混合机
CH-系列双浆槽式 混合机
锥形混合机:锥形内的螺旋推进器既公转也自转。自转使物料自 底部上升,公转作用使物料全范围内产生漩涡和上下循环运动。 流动型混合机:高速回转的搅拌叶对物料产生剪切和离心作用, 形成对流混合。
力大于所受的离心力时落下,对物料产生撞击,同时靠近筒 壁的物料也可为圆球所研磨,转速过快和过慢都没有撞击作
用,粉碎效果差。
通常,球磨机的合适转速可按下式求得:
n
32 D
D —— 转筒直径(m)用鹅卵石。
球磨机
湿法粉碎设备
剪切面 (a)
循环 流
扩散
剪断面 输送 (b)
循环流
图1-25 混合器内混合机理
(2)混合设备 a.回转型混合机
水平圆筒型混合机与倾斜圆筒型混合机
水平圆筒型
倾斜圆筒型
V型
双锥型
立方体型
图1-26
回转型混合机的型式
水平圆筒型混合机仅靠扩散作用混合,效率低。倾斜圆筒型 混合机混合效果较好,有两种倾斜方式,两轴心重合并与水平面 成一定角度,物料作螺旋混合。另一种是圆筒轴和旋转轴成一角 度,物料呈复杂的环状移动。
生物质原料为什么要进行预处理?预处理 包括哪些内容?
机械粉碎的5种形式(5种粉碎力):挤 压、冲击、研磨、劈力和剪切。 常用的粉碎设备 筛选除杂设备
再见!
第一篇 生物质原料处理设备
第一章 生物质原料处理过程与设备
内容
第一节 生物质原料筛选与分级
生物工程设备各章知识点总结
第一章原料的输送和粉碎设备1.原料粉碎的目的、方法1)目的:a.增加淀粉粒、酶与水的接触面,加速酶促反应与可溶性物质的溶出,提高淀粉的利用率;b.缩短蒸煮时间,使原料中的还原糖少遭破坏,节约蒸汽用量;c.使原料颗粒度变小,增加在设备和管道中的流动性,易于实现连续化。
2)方法:a.湿式粉碎:将水和原料一起加入粉碎机中,以粉浆状出来特点:无粉尘飞扬,排料方便,不需粉尘通风等;不易贮藏,耗电量大b.干式粉碎:原料直接进入粉碎机进行粉碎特点:需配通风除尘设备(通风管道装在粉碎室)c.回潮干法粉碎:原料喷少量水后在进行粉碎(啤酒厂粉碎)d.连续调湿粉碎:粉碎过程连续喷水2.选择粉碎设备的原则、粉碎度及粉碎程度,对原料粉碎设备的要求1)原则:①根据物料的性质和所要求的粉碎度等而定②坚硬物料、脆性物料:挤压、冲击③韧性、粘性物料:剪切、研磨、挤压④方向性物料:劈裂2)粉碎度:物料粉碎程度前后平均粒径之比x=D1/D2D1 粉碎前物料的平均粒径D2粉碎后物料的平均粒径3)粉碎程度:按粉碎物料和成品的粒度大小分类:粗碎、中细碎、磨碎或研磨、胶体磨;筛析法:以物料通过不同筛目标准筛的百分数来表示4)设备要求:①粉碎后物料颗粒大小均匀②不重复粉碎,已粉碎物料需立即从压榨部分排除③操作自动化④容易更换磨碎的部位,在操作发生障碍时有保险装置,能自动停车。
3.锤式粉碎机的结构、特点1)锤式粉碎机的结构(酒精厂)①锤刀:高碳钢或锰钢,40*125-180*6-7mm。
末端V=25-55m/s,V越大,产品粒度越小,锤刀重量小,易产生自转;重量大,功率大。
②筛板:用以控制粉碎物料的粒度,圆形或长条形。
锤刀与筛孔间隙为5-10mm.一般6+2mm③锯齿形冲击板:与锤刀一起挤压,磨碎物料2)特点:①可做粗碎和细碎②体积紧凑,构造简单,生产能力高③适用于不同性质的物料,物料含水量≤15%④锤刀磨损快,筛网易损坏⑤运转时震动较大,应安装在底层⑥粉碎机底部可采用吸引式气流输送,防止粉尘飞扬,提高产量。
发酵第一章 生物质原料处理过程与设备讲解
5
3 4
短粒
长粒
图1-6 滚筒精选机工作示意图
滚筒式精选机
表1-2 滚筒精选机技术特性
技术特性 从大麦中除芥麦时生产能力,
kg/h 功率,kW 圆筒直径,mm 圆筒长度,mm
筒转速,r/min 轴转速,r/min 尺寸:长,mm 宽,mm 重量,kg
低速滚筒精选机
1000
0.3 600 2200 13 50 830 640 300
谷物原料粗选设备 (1) 磁力除铁器 由永久磁铁或电磁铁组成。 永久磁铁结构简单,使用维护简便和不耗电能,但磁
力较弱,磁性会退化。 电磁铁磁力稳定,性能可靠,但需一定的电流强度,
结构复杂。
常用的磁铁分离器:平板式和旋转式
平板式磁铁分离器:由若干块磁铁排成一排,镶在木 槽中,磁极露在物料通过的倾斜平面上。
。 短粒物料分离
大麦的精选及分级设备
1、大麦精选机 原理:利用杂粒与大
麦长度不同的特点 进行分离
(1)碟片式精选机
主要构件:由一组两侧开有 许多袋孔的同轴碟片组成
(1)碟片式精3选机
2
1
11 16
4 8
4
7
5
12 3 9 10
2
图1-5 碟片精选机结构
图1-4 碟片的工作情况
1-进料口 2-碟片 3-轴 4-轴承 5-绞龙 6-1大-碟链片 2轮-叶片73--短小粒出链口 轮4-盛物槽
DZSF电动振动筛
旋振筛 /三次元振动筛分过滤
机作用与原理:
三次元振动筛分过滤机/旋振筛的动力源是振
动电机,振动电机转轴上下端安装有重锤(不平
衡重锤)
通过振动电机的旋转运动在不平衡重锤作用下转 变为水平、垂直、倾斜的三维运动即三次元运动, 旋振筛利用振动电机三维运动,通过旋振筛的弹 簧和振动体把三维运动传递给振动筛网面。
生物工程设备复习资料第二篇
第二篇第一章生物反应物料处理设备1、固体物料的筛选除杂设备具体包括哪些。
谷物原料粗选设备:大麦粗选机、磁力除铁器大麦精选机:利用杂粒与大麦不同的特点进行分离谷物原料的精选设备:碟片式精选机:特点:工作面积大,转速高,产量大,碟片损坏可以更换。
滚筒精选机:优点:分离出来的杂粒中含大麦较少,缺点:袋孔利用系数低,产量低,且工作面磨损后不能恢复。
大麦的分级设备:平板分级筛:特点:分离效率高;占地面积小;能耗低;造价、维修困难圆筒分级筛:优点:设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。
缺点:筛面利用率少,仅为整个筛面的1/5。
2、原料粉碎的方式,具体设备①干式粉碎:干物料送入粉碎机中。
粉碎机包在机壳之内,有一定的粉尘涌出来,如果不采取必要的除尘措施,车间内会布满灰尘。
设备:锤式粉碎机、对堒粉碎机、多堒粉碎机②湿式粉碎:将水和原料一起加入粉碎机中,从粉碎机出来时即成粉浆。
这种方法无原粉粉末飞扬,车间卫生好,缺点是粉浆必须随产随用,不宜储藏,且耗电量较多3、物料粉碎的力学分析挤压破碎、冲击破碎、研磨粉碎、剪切破碎、劈裂粉碎。
4、锤式粉碎机的工作原理。
工作原理:物料从上方料斗加入,在悬空状态下就被锤刀冲击力所破碎;小于弧形筛面筛孔直径的微粒,逐步被筛面筛分,落入出料口;大于筛孔直径的颗粒,在受到锤刀冲击后,由于惯性力的作用而高速四散、散落,有的撞击成碎块,小的逐渐被筛分,稍大颗粒再次弹起,又被高速旋转的下排锤刀所冲击,逐步使大颗粒变小。
没有撞击到的颗粒,也会遇到后排锤刀的冲击。
如此反复,直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口。
此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。
5、两辊式粉碎机的工作原理。
工作原理:由两个直径相同的钢辊相向转动,把放在钢辊间的物料夹住辊啮入两辊之间,物料受到挤压力而被破碎。
第二章液体培养基的制备及杀菌设备1、罐式连续蒸煮流程及蒸煮罐和后熟罐结构特点及作用。
粉浆罐→粉浆泵→蒸煮罐→后熟器→最后一个后熟器(气液分离器)→真空冷却器→连续糖化罐→液体曲贮罐→糖化醪泵→喷淋冷却器→混合冷凝器→蒸汽喷射器→热水箱蒸煮器:下进上出特点:蒸煮温度可高可低;节省能耗;设备简单,操作容易,制造方便后熟器:上进下出特点:后熟器不再加入蒸汽,保持温度,起到维持一定时间的后熟作用;最后一个后熟器:是主要起到气液分离的作用,使经加热、后熟的蒸煮醪分离出一部分二次蒸汽并使之降温。
《生物工程设备》课程说明书
第二篇生物工程下游设备
第一章过滤、离心与膜分离设备(1)
作业见课件
第10周
第一章过滤、离心与膜分离设备(2)
第二章萃取离交吸附与色谱分离设备(1)
作业见课件
第11周
第二章萃取离交吸附与色谱分离设备(2)
第三章蒸发与结晶设备(1)
作业见课件
第12周
第三章蒸发与结晶设备(2)
第13周
第四章干燥设备(1)
《生物工程设备》课程说明书
一、主讲教师信息
姓名
石海英
性别
女
学历
工学学士
职称
副教授
研究方向
发酵工程
工作单位
生命科学学院
讲授课程
生物工程设备
联系电话
8230731
电子信箱
shihaiying@
二、课程信息
课程名称
中文
生物工程设备
先修课程
化工原理、微生物等
英文
Biotechnology Equipment
教学进度
(以周为单位)
课堂讲授
实验、实习、作业、课外阅读及参考文献等
教学内容摘要
(章节名称、讲述的内容提要,课堂讨论的题目等)
内容及时间、地点
第1周
绪论2学时
第1篇:生物工程上游设备
第一章物料输送
第2周
第二章物料处理与培养基制备
作业见课件
第3周
第二章物料处理与培养基制备
第三章:空气净化除菌与空气调节(1)
三、教学资源
指定教材
生物工程设备(梁世中)中国轻工业出版社.2011年第2版,
参考文献
[1]陈国豪《生物工程设备》化学工业出版社,2007年
生物工程设备第二版课程设计
生物工程设备第二版课程设计
一、课程介绍
本课程为生物工程专业的必修课程,旨在介绍生物工程设备的设计、选择、操
作和维护等方面的知识。
本门课程已经进入第二版,并在课程设置、授课教师、教材选择和实验设计等方面进行了改进和优化。
二、课程目标
通过本门课程的学习,学生应该达到以下目标:
1.了解生物工程设备的基本原理和工作原理。
2.掌握生物工程设备的选择、设计和操作技能。
3.能够进行生物工程实验的设计、操作和数据分析。
4.具备良好的团队合作能力和独立思考能力。
三、课程内容
第一节设备选择与设计
•生物反应器、分离纯化设备等基本设备的选择和设计。
•设备的流体力学和传质知识。
第二节生物反应器的设计与操作
•反应器的类型和结构,及其在发酵过程中的应用。
•反应器操作过程中的关键参数,如温度、pH值、氧气浓度等的调控。
•反应器发酵产物的分离和纯化。
1。
发酵罐基本知识
切向流(无挡板的容器内,流体绕轴作旋转运动,流 速高时液体表面会形成旋涡,此时流体从浆叶周围周 向卷吸至桨叶区的流量很小,混合效果很差。)
36
径向式搅拌器
涡轮式搅拌器分为:平叶式、弯叶式、箭叶式三种
涡轮搅拌器要安一个圆盘
为了避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿轴上升
37
相同半径、转速时,功率消耗:
5吨以下罐,用夹套加热和冷却 5吨以上罐,用罐内的蛇管加热和冷却
20
发酵罐:是 薄壁压力容器
操作不当,会造成失稳,原因较多, 下面举例说明
21
内筒不锈钢,外夹套普通碳素钢
22
一
某厂曾因蒸汽实罐灭菌后,罐体长时间处于密 封状态, 蒸汽冷凝后罐内成真空, 最后导致罐体 成外压失稳。
23
二
45
机械轴封的密封原理:见flash mechanical_seal.swf
依靠三个密封点达到完全 密封: 1 动环与静环: 在相对运动的动环和静环 之间的的接触面 (端面)
两端面必须高度光洁平直, 这是相对旋转密封。 端面间有层极薄的液体,起 密封作用
46
机械轴封的密封原理
2 静环与压盖之间的密封:
第二节 其它类型的通风发酵罐 第三节 厌氧发酵设备
5
发酵罐的 大小的大致概念
室验室用发酵罐
1 L--50L
中试用发酵罐
50L--5000L
6
生产用发酵罐的大小
抗生素发酵罐的容积以80~200 米3 为主
氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150~300 米3
生物工程设备第一章绪论1
生物工程设备第一章绪论1《生物工程设备》复习任课老师:蒋介石、法海、黄晓明第一章绪论一、生物工程1. 生物技术生物技术(又称生物工艺学或生物工程)是应用自然科学及工程学的原理,依靠生物催化剂将物料进行加工,以提供产品或为社会服务的技术。
★生物技术与其他学科的关系2.生物技术的四大支柱3.发酵工程(微生物工程)发酵工程指利用微生物的特定性状,通过现代工程技术,在生物反应器中生产有用物质的一种技术。
发酵对象包括传统的天然微生物和动物、植物细胞、重组细胞及基因工程菌等。
微生物发酵:把借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身,或其初级代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。
根据耗氧情况分为厌氧发酵(酒精、乳酸、甘油、丙酸、丁酸等)或有氧发酵(如抗生素、氨基酸、核苷酸、酶制剂等)。
发酵工程在生物技术中的地位1)基因工程与发酵工程基因工程主要原理(基因重组技术)人为分离生物遗传物质(DNA),并在体外进行切割、拼接和重组,然后导入某宿主细胞或个体内,从而改变它们的遗传品性或使新的遗传信息大量表达,获得相应基因产物(多肽或蛋白质),这种改造生物赋予其特殊功能的过程就称为基因工程。
(基因工程操作基本步骤→)发酵工程应用——微生物基因工程育种外源目的基因工程菌如:胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等药2)细胞工程与发酵工程细胞工程是应用细胞生物学和分子生物学方法,借助工程学的试验方法或技术,在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性,以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的学科。
根据研究对象不同可分为动物细胞工程、植物细胞工程和微生物细胞工程3)酶工程与发酵工程酶工程是利用酶、细胞器所具有的特异催化功能,或对酶进行修饰改造,并借助生物反应器和工艺过程生产产品的一项技术。
发酵工程的地位意义细胞工程最后必须经过酶工程,酶工程所需的酶几乎来自发酵工程。
所以,发酵工程是生物技术产业化的基础和归宿,是生物工程四大支柱的核心,无论传统发酵产品,如抗生素、氨基酸等,还是现代基因工程产品,如疫苗、人体蛋白质等,都需要通过发酵技术进行生产。
生物工程设备考试知识点必看
生物工程设备第一章绪论●生物工程设备(bioengineering equipment):就是生物工程类工厂或实验室为生物反应提供最基本也是最主要的能够满足特定生物反应工艺过程的专门技术装备或设施。
即为生命体完成一定反应过程所提供的特定环境。
●生物工程设备是现代生物技术的基本原理与工程学原理相交叉的应用性学科,是将生物技术成果产业化的桥梁。
●吕文虎克发明显微镜、柯赫建立了微生物分离纯化和纯培养技术、弗莱明发现了青霉素,并确认青霉素对伤口感染更有疗效●通风搅拌发酵技术的建立标志着实现了真正意义的生物工程设备;代表:青霉素●对通气搅拌生物反应器进行了改造,发展了气升式反应器,设备向着大型化、自动化发展●20 世纪70 年代基因重组技术诞生;代表产物是胰岛素第二章原料处理及灭菌设备●目前常用的处理方法有:筛选法、比重法、浮选法、磁选法●预处理包括:筛选去杂、磁力除铁、精选分级、原料粉碎●筛分机械原理:根据颗粒的几何形状及其粒度,利用带有孔眼的筛面对物料进行分选的机器,具有去杂、分级两个功能●网目:以每英寸长度内的筛孔数表示,称为网目数,简称网目,以M表示●振动筛:发酵工厂应用最为广泛,带有风力除尘功能的筛选设备,多用于清除物料中小或者轻的杂质。
●滚筒筛分类有 1.并列式:颗粒直径分布均匀;2,串联式:小颗粒含量较多的;3.同轴式:大颗粒含量不多的物料●重力分选原理:干重重力分选、湿重重力分选●湿重重力分选利用不同密度的颗粒在水中受到的浮力及下降阻力的差异进行分选的。
●典型重力分选机械粒状原料密度去石机采用干法重力分选块根原料除石机该设备通常采用湿法重力分选●精选设备常用的有滚筒式精选机、碟片式精选机、螺旋球度精选机●螺旋球度精选机从长颗粒中分离出球形颗粒●粉碎的理论模型(a)体积粉碎模型(b)表面粉碎模型(c)均一粉碎模型●粉碎:粉碎是固体物料尺寸由大变小的过程,是利用机械力来克服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作。
生物工程设备教案
生物工程设备教案生物科学与工程学院2010年9月课时分配表第一章绪论【教学目的与要求】了解课程的目的和任务,掌握生化反应的目的,掌握生化反应器的分类,了解生化反应器设计基础内容。
【教学重点与难点】生化反应的目的,生化反应器的分类,设计基础。
【教学方法】讲授。
【教学时数】1学时一、课程介绍生物工程设备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体生物反应过程的组成,课程的内容按各种设备的共性,密切结合发酵生产的特征,重点阐述设备的结构、原理、特点、设计计算、选型及保养。
包括整个发酵生产过程中所需要用到的物料的处理和输送设备,培养基的制备设备,无菌空气系统,生物反应器,过滤、结晶、干燥、蒸馏及冷却设备。
课程目的和任务:了解生物工程设备掌握常用生物工程设备的类型、性能、设备二、生化反应的目的重点生化反应的目的:1.生产细胞:2.细胞的代谢产物: 3.直接用酶催化的产物。
三、生化反应器的分类重点根据细胞或组织生长代谢的要求可分为:.厌氧生物反应器、通风生物反应器、光照生物反应器、膜生物反应器。
其他分类方式:根据反应器的结构、物料的混合方式。
四、生化反应器设计基础内容:细胞动力学(菌体生长规律、产物代谢的规律、基质浓度产物浓度对发酵的影响等)、质量传递(气-液传质、液体-微生物)、能量传递、环境对发酵的影响、剪切力的影响等总之,生化反应器的设计是以生物体的代谢为核心,除考虑传质、传热的因素外,还需要考虑对环境条件的要求,确保这些条件的落实。
同时为提高传质和传热的效率需配置搅拌装置,同时需考虑剪切力对菌体生长的影响。
发酵过程纯种培养,无菌条件的要求。
【思考题】1.生化反应的目的?2.生化反应器的分类?【作业】生化反应器的分类方式【参考书目】《生物工程设备》梁世中主编,中国轻工业出版社2002年【教学效果追记】本章内容中有反应器的分类等简单的总体知识,要求学生在理解的基础上加以掌握。
【预习】第二章物料处理和输送设备第二章物料处理和输送设备【教学目的与要求】了解发酵工厂物料处理和输送的方法,掌握机械输送设备的特点及选型;掌握气力输送的原理和流程及简单管道的计算。
梁世中主编 生物工程设备第二版 第一章
所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保 持不变。
要达到全挡板条件必须满足下式要求:
0.1 ~ 0.12D n 0.5 b n D D
轴封
作用:使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封,防止泄露和污染杂菌。
常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。 填料函轴封:由填料箱体,填料底衬套,填料压盖和压紧螺栓待零件 构成,使旋转轴达到密封的效果。
总的发酵热Q
对数平均温度差△Tm
传热总系数K
冷却水耗量的计算
例题
某酒精工厂,每发酵罐的进料量为24t/h,每4h装满一罐,发酵周期 为72h,冷却水的初、终温分别为20℃和25℃,若罐内采用蛇管冷却, 试确定发酵罐的罐数、结构尺寸、冷却水耗量、冷却面积和冷却装置 的主要结构尺寸。(糖化醪密度为1076kg/m3) 解:
(2.36 3.3) 6.55/6
0.56
1.911 10 6 mol O 2 /(mL min atm)( pO 2 )
55.80.7 1680.7 10 9
气升式发酵罐(ALR)
工作原理
把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中,通过气液混合物的湍 流作用而使空气泡分割细碎,同时由于形成的气液混合物密度降低故 向上运动,而气含率小的发酵液则下沉,形成循环流动,实现混合与 溶氧传质。 类型
生物工程设备
BIOENGINEERING EQUIPMENT
通风发酵罐
机械搅拌发酵罐 气升环流发酵罐 常用通风发酵罐 自吸式发酵罐 通风固相发酵设备
机械搅拌发酵罐(TRC)
工作原理:
利用机械搅拌器的作用,使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中 溶解,以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。
第一章概述
绪 论
2、尺寸减小机械:包括破碎、研磨、分割、分切等机械 与设备。
3、混合与均质机械:包括液体搅拌机械、粉料混合机械 和液固调和机械,均质、乳化处理机械与设备。
4、成型机械:如压片机、滴丸机、制粒机、包衣机等。
5、分离提取机械:如筛分机、过滤机、离心机、离子交 换设备、膜分离设备、提取罐等。
绪 论
——
啤酒酿造工艺流程
2020/2/3
8
——
生 物 工 程 设 备 绪 论
2020/2/3
明德 砺志 博学 笃行
9
——
生 物 工 程 设 备 绪 论
2020/2/3
明德 砺志 博学 笃行
10
教材与教参
教材:梁世中.生物工程设备.北京:中国轻工业出版社,2002 参考资料: [1] 段开红主编,生物工程设备,北京:科学出版社,2008 [2] 郑裕国.生物加工过程与设备.北京:化学工业出版社,2004 [3] 陈洪章.生物过程工程与设备.北京:化学工业出版社,2004 [4] 朱宏吉.制药设备与工程设计.北京:化学工业出版社,2004 [5] /Lib.htm理工科专业多媒体素材库 [6] /食品伙伴网——食品图库
提取罐、换热器、干燥器、蒸发器、蒸馏器、结晶设备、
传质设备、吸附设备、流态化设备、普通分离设备以及
离子交换设备等。但由于它们是通过机械加工而制成的
产品,也被认为属于机械范畴。通常将这类装置称为设
备。
2020/2/3
17
——
生 物 工 程 设 备 绪 论
2020/2/3
明德 砺志 博学 笃行
18
——
明德 砺志 博学 笃行
生
物
工 教学目的和要求
第一章概述
12
明德 砺志 博学 笃行 生 物 工 程 设 备 —— 绪 论
将已有的机械能或非机械能转换成便于利用的机械能﹐ 以及将机械能变换为某种非机械能或用机械能来做一定 工作的装备统称为机械。 第一类机械包括风力机﹑水轮机﹑汽轮机﹑内燃机﹑电 动机﹑气动马达﹑液压马达等,统称为动力机械。 第二类机械包括发电机﹑热泵﹑液压泵﹑压缩机等﹐这 些机械统称为能量变换机械。 第三类机械是利用人﹑畜或动力机械所提供的机械能改 变工作对象(原料﹑工件或工作介质)的物理状态﹑性 质﹑结构﹑形状﹑位置等的机械﹐例如制冷装置﹑粉碎 机械﹑物料搬运机械、过滤机,离心分离机、搅拌机等 ﹐这类机械统称为工作机械。
2019/3/31源自23明德 砺志 博学 笃行 生 物 工 程 设 备 —— 绪 论 (二)按功能不同分类 根据机械设备在生产中的主要功能不同,可大致归纳为如 下几类: 1、原料清选机械:包括去杂、清洗、选别、分选分级等 各种机械与设备。 2、尺寸减小机械:包括破碎、研磨、分割、分切等机械 与设备。 3、混合与均质机械:包括液体搅拌机械、粉料混合机械 和液固调和机械,均质、乳化处理机械与设备。 4、成型机械:如压片机、滴丸机、制粒机、包衣机等。 5、分离提取机械:如筛分机、过滤机、离心机、离子交 换设备、膜分离设备、提取罐等。
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明德 砺志 博学 笃行 生 物 工 程 设 备 —— 绪 论
学习重点
设备的结构(或构成)与工作原理 设备的作用或用途 设备的种类(分类)、特点和适用性 设备的性能及选择使用
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明德 砺志 博学 笃行 生 物 工 程 设 备 —— 绪 论
生物工业一般过程
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❖ 17-电机;
18-压力表;
❖ 19-取样口; 21-进料口;
❖ 22-补料口; 23-排气口;
❖ 24-回流口; 25-视镜;
❖ 罐体
❖ 由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成,材料为碳钢或不锈钢。为了 满足工业要求,在一定压力和温度下操作,罐为一个受压耐温容器, 通常要求耐受130℃和0.25MPa(绝对压力)。
❖ 受内压的壁厚:
123p0DpC (m)m
❖ 受外压的壁厚:
22p0D 0yC (mm )
32p4D 0 101pD H HC(m)m
❖ 搅拌器:
❖ 有平叶式、弯叶式、箭叶式涡轮式和推进式等;其作用是打碎气泡, 使氧溶解于发酵液中,从搅拌程度来说,以平叶涡轮最为激烈,功率 消耗也最大,弯叶次之,箭叶最小。为了拆装方便,大型搅拌器可做 成两半型,用螺栓联成整体。
2
3
❖ 机械搅拌发酵罐的结构
❖ 大型发酵罐结构
❖ 1-轴封 ;
2-人孔;
❖ 3-梯;
4-联轴器;
❖ 5-中间轴承; 6-温度计接口;
❖ 7-搅拌叶轮; 8-进风管;
❖ 9-放料口;
10-底轴承;
❖ 11-热电偶接口;12-冷却管;
❖ 13-搅拌轴; 14-取样管;
❖ 15-轴承座; 16-传动皮带;
❖ 分布装置的形式有单管及环形管等,常用的分布装置有单管式。环形 管的分布装置的空气分散效果不及单管式分布装置。同时由于喷孔容 易被堵塞,已很少采用。
❖ 通常通风管的空气流速取20m/s。
❖ 为了防止吹管吹入的空气直接喷击罐底,加速罐底腐蚀,在空气分布 器下部罐底上加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命。
滞留 71 71 70 97.5
K值 湍流
6.3 4.8 4.0 1.08
❖ 不通气条件下的轴功率P0计算 ❖ 鲁士顿(Rushton J. H.)公式:
P0NP3LDi5
❖ P0-无通气搅拌输入的功率(W); ❖ NP-功率准数,是搅拌雷诺数ReM的函数; ❖ ω-涡轮转速(r/s); ❖ ρL-液体密度(kg/m3); ❖ Di -涡轮直径(m);
平叶涡轮 湍流
浆式
螺旋浆式
0.1
3
4
5
e 图 6-2a 不 同 桨 型 的 功 率 准 数 与 雷 诺 准 数 的 关 系 图
❖ 当液体处于湍流状态,此时 NP K(ReM)x
NP K
6
x0
❖ 表6-1 不同搅拌器的K值
搅拌器形式
六平叶涡轮搅拌器 六弯叶涡轮搅拌器 六箭叶涡轮搅拌器 六弯叶封闭式涡轮搅拌器
转轴 填料压盖 压紧螺栓
填料箱体
铜环 填料
图2.10 填料函轴封
❖ 端面式轴封又称机械轴封:密封作用是靠弹性元件(弹簧、波纹等) 的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合,并作相对 转动而达到密封。
O形环
转轴
动环 堆焊硬质 静环
图2.11 端面封轴
❖ 空气分布器
❖ 空气分布器的作用:吹入无菌空气,并使空气均匀分布。空气由分布 管喷出上升时,被搅拌器打碎成小气泡,并与发酵液充分混合,增加 了气液传质效果。
❖ 竖式蛇管冷却和竖式列管冷却器可以起到档板的作用。
搅拌器轴功率的计算(单只搅拌桨)
❖ 在具有挡板且满足全挡板的情况下,搅拌准数是搅拌雷诺准数的函数。 即:
NP K(ReM)x
❖ 式中:Np---功率准数;ReM---雷诺准数;K –搅拌常数 ❖ 雷诺数表示作用于流体微团的惯性力与粘性力之比。
层 流 过度线
持不变。
❖ 要达到全挡板条件必须满足下式要求:
bn0.1~0.12 Dn0.5
D
D
❖ 轴封 ❖ 作用:使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封,防止泄露和污染杂菌。 ❖ 常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。 ❖ 填料函轴封:由填料箱体,填料底衬套,填料压盖和压紧螺栓待零件
构成,使旋转轴达到密封的效果。
塑料,聚四氟乙烯等)。
❖ 冷却装置
适用范围
夹套冷却 5m3 以下小发酵罐
竖式蛇管冷却 大型发酵罐
竖式列管冷却 大型发酵罐 气温较高的地区
优点
Байду номын сангаас结构简单,加工容易, 流速大,传热系数大,降温 加工方便,提高传热推
罐内死角少,容易清洗 效果较好。
动力的温差。
灭菌
缺点
传热壁较厚,冷却水流 冷却水较高时,降温困难, 用水量较大。 速低,降温效果差。 弯曲位置易腐蚀。
旋风离心式
耙式消泡器
叶轮离心式
碟片式消泡器
刮板式消泡器
❖ 联轴器 ❖ 大型发酵罐搅拌轴较长,常分为二至三段,用联轴器使上下搅拌轴成
牢固的刚性联接。 ❖ 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。 ❖ 小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接。
联轴器
法兰
❖ 轴承 ❖ 中型发酵罐一般在罐内装有底轴承; ❖ 大型发酵罐装有中间轴承。 ❖ 罐内轴承不能加润滑油,应采用液体润滑的塑料轴瓦(如石棉酚醛
图2.6 发酵罐搅拌叶轮结构图
1-六直叶涡轮式;2-推进式3Lightnin A-315式
图2.7 不同搅拌器的流型
❖ 挡板:
❖ 改变液流的方向,由径向流改为轴向流,促使液体激烈翻动,增加溶 解氧。
无挡板的搅拌器形成的流型
有挡板的搅拌器形成的流型
❖ 通常挡板宽度取(0.1~0.12)D,装设4~6块即可满足全挡板条件。 ❖ 所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保
❖ 消泡装置 ❖ 消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统
上的,可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相,从而达到 消泡的目的的装置。 ❖ 两种消泡方法: (1) 加入化学消泡剂;(2)使用机械消泡装置 ❖ 化学消泡剂:植物油脂,如玉米油、豆油等;动物油脂,如猪油等; 高分子化合物。 ❖ 机械消泡装置:最简单实用为耙式消泡器,此外还有涡轮消泡器、旋 风离心式和叶轮式离心消泡器、碟片式消泡器和刮板式消泡器等。
生物工程设备
BIOENGINEERING EQUIPMENT
通风发酵罐
机械搅拌发酵罐 常用通风发酵罐自气吸升式环发流酵发罐酵罐
通风固相发酵设备
机械搅拌发酵罐(TRC)
❖ 工作原理: ❖ 利用机械搅拌器的作用,使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中
溶解,以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。 ❖ 发酵罐的基本条件: ❖ (1) 具有适宜的径高比; ❖ (2) 能够承担一定压力; ❖ (3) 保证必需的溶解氧; ❖ (4) 具有足够的冷却面积; ❖ (5) 尽量减少死角,灭菌彻底,避免染菌; ❖ (6) 轴封严密。