生物工程设备教案Word格式.doc

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过滤、离心、膜分离设备

第十章

离子交换分离原理和设备

第十一章

蒸发与结晶设备

第十二章

干燥设备

第十三章

蒸馏设备

合计

51

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。

【教学重点与难点】掌握机械输送设备和气力输送设备的特点及选型，气力输送流程的比较和管道计算。

【教学方法】讲授、自学与多媒体等直观教学手段相结合。

【教学时数】5学时

第一节固体物料的处理与粉碎设备

一、固体物料的筛选除杂设备

杂物分三类：

纤维性较长的物质

颗粒状的

铁磁性物质

啤酒厂生产过程：

大麦——粗选——精选——分级——浸泡———发芽——干燥——粉碎——糖化

——过滤——煮沸——冷却分离沉淀——前发酵——后发酵——过滤——灌装——

杀菌——冷却成品

1.谷物原料的粗选设备

⑴大麦粗选机（平摇振动筛）结构图

⑵磁力除铁器

a固定形磁钢装置图

b永磁滚筒CXY—25型永磁滚筒的结构图

2.大麦的精选及分级设备

目的:

精选目的除去圆形杂粒,特别是半粒大麦和草籽。

分级目的为了在浸渍和发芽过程保持均匀一致，提高麦芽质量和出芽率。

⑴大麦精选机

a滚筒精选机结构图讲解操作过程

b碟片式精选机结构图讲解操作过程

⑵大麦分级设备

a平板分级筛结构图讲解操作过程

b圆筒分级筛结构图讲解操作过程

二、固体物料的粉碎设备

1.物料粉碎的力学分析重点

挤压破碎、冲击破碎、研磨破碎、剪切破碎、劈裂破碎，分别举例说明

2.物料的粉碎度（粉碎比）

粉碎比：

重点物料粉碎前后平均粒径之比。

以x表示

x=D1/D2

D1D2粉碎前、后物料的平均粒径mm

粉碎比选择应恰当合理，如：

山东某酒精厂，原来采用一级粉碎，电机功率为17KW，后改为二级粉碎，在原电机前加粗粉碎，新增电机2.8KW，产量增加1倍。

3.粉碎机械

⑴锤式粉碎机:

用于原料的中碎和细碎

a结构如图讲授粉碎过程。

锤式粉碎机作用力主要是冲击力

b..锤式粉碎机的生产能力

圆孔筛：

一个圆筛孔排出产品容量Vo（m3）

Vo=0.785.Do2.d.μ（m3）

式中：

Do—筛孔直径,md—产品粒度mμ—排料不均匀系数

每h排出的产品量体积V：

V=60×

0.785.Do2.d.μ.Z.k.n.（m3/h）

Z—筛孔总数k—锤刀排数n—转速r/min

每h排出的产品量（质量）Q

Q=V.γ=15πDo2.d.Z.k.n.γ（t/h）

对于方孔筛：

V=60L.c.d.μ.Z.k.n（m3/h）

Z—筛孔总数k—锤刀排数n—转速r/min

每h排出的产品量（质量）Q：

Q=V.γ=60L.c.d.μ.Z.k.n.γ（t/h）

也可按经验公式计算：

Q=k.D1L.ρ（kg/h）

D1—转子的工作直径m

L—转子的轴向长度m

ρ—粉碎产品的密度kg/m3

k—系数，大米瓜干大麦取80~100

c.粉碎机的功耗N：

按经验公式估算:

N=k.D12L.n（kW）

L—转子的轴向长度m

n—转子的转数r/min

k—系数,与原料的性质和粉碎度有关k约为0.1~0.2，粉碎比大时取大值

⑵对辊粉碎机

a对辊粉碎机的构造原理操作的参数及过程

主要作用力是挤压力

常用两辊、四辊、五辊、六辊。

结构图

b.辊式生产能力：

理论生产能力

Q=60πD1.n.b.L.ρφ（kg/h）

Φ—松散系数大麦芽取0.5~0.7，与物料性质和操作均匀度有关。

轧辊长度100mm每小时粉碎大麦芽：

双辊粉碎机150~200kg/h

四辊式200~300kg

c功率估算：

经验公式：

N=0.735kG/（d.ω）（kW）

也可按下式计算：

N=（0.8~1.06）kLυ（kW）

k—系数k=0.6D1/D2+0.15

D1、D2—进料、卸料粒度

L—轧辊长度m

υ—轧辊的圆周速度m/s通常取2.5~5

d多辊粉碎机

⑶圆盘钢磨

⑷MF—260型钢片式磨粉机

㈢、固体物料的加水粉碎（湿法粉碎）

1.湿法粉碎设备见图，为某酒精厂的湿法粉碎流程

另如，柳州设备厂生产的麦芽粉碎系统，二道对辊

2.砂轮磨

㈣、微细粉碎和超微细粉碎

举例：

蛋壳粉粉碎补钙产品

第二节固体物料输送设备

对于发酵工厂物料输送主要设备和方法

机械输送设备：

斗式提升机（垂直提升物料）

皮带运输机（水平或斜向上提升物料）

螺旋输送机（水平或斜向上提升物料）

气力输送系统（垂直或水平提升物料）前三个为单台设备

机械输送设备

一、斗式提升机斗式运输机讲授设备运转过程

1、适用物料：

重点松散型、小颗粒物料

大麦、玉米、大豆砂、细煤

斗式提升机常用于将物料垂直提升到一定高度，以便使物料借重力自流加工。

型式有D型，HL型，PL型。

D型：

牵引构件橡胶带，HL型：

锻造的环形链条，PL型：

板链为牵引构件。

发酵工厂最常用的是以橡胶带牵引的D型斗式提升机。

2、构造和原理

料斗薄钢板焊接或冲压而成，分浅斗、深斗和尖角形三种。

结构如图

料斗带：

胶带和链条

装料和卸料：

如图

主要为重力卸料和离心卸料。

如图

3.斗式提升机的计算

⑴斗式提升机的提升速度如表

⑵生产能力重点：

（kg/h）

装满系数如表3-3-2

⑶功率消耗轴功率按下式计算：

（kW）电机功率为轴功率的1.2倍，启动时克服惯性的阻力系数。

斗式提升机的技术性能如表3-3-3

二、带式输送机皮带输送机

1.适用物料重点：

松散粉状或小颗粒状物料或成包成件的物件。

水平或有一定倾角物料输送，倾角≤22°

与物料和输送带的摩擦和自然降落的程度有关。

分类：

固定式搬移式运动式

特点重点：

使用非常方便，操作连续性强，输送能力较高，在运送相同距离和重量的物料时，带式输送机的动力消耗最小。

2.结构原理如图

构造：

带、常用橡胶带塑料带钢带300~1200mm

托辊、上下间距1~1.5m箱松散物料一般1~1.5m

≥20kg成箱间距≥箱在带长方向的1/2

鼓轮、两端滚轮卸料端主动轮装料端从动轮

传动和张紧装置：

电动机和减速机，主动轮端；

有重锤式和螺丝拉紧式

加料和卸料装置：

均匀落料，常采用漏斗加料器，漏斗出口小于带宽的0.7倍。

末段自由落下，不用卸料装置，

中途卸料用挡板，与带角度35~45°

类型如图

槽式形式圆形半圆形

3⑴皮带运行速度：

与物料有关：

一般0.5~1.5m见表3-3-4

窄带取小值，宽带取大值

挡板卸料，＜1.5m/s成件物品，一般0.5m/s~1.5m/s或更小

倾斜输送，带速降低，水平速度乘修正系数A

⑵带式输送机的生产能力

Q=3.6A·

υ·

ρ·

φ（t/h）

⑶功率计算

三、螺旋输送机螺旋运输机搅龙

1适用物料重点：

潮湿的或松散粉状或小颗粒物料。

水平或倾角小于20°

也有垂直报道

2结构和原理：

如结构图略举例：

酱油车间拌种子使用

有根据工艺需要设计的非定型设备，有些采用专业厂生产的标准化设备。

优点：

结构简单、紧凑、外形小，密闭和中间卸料也适合有毒、尘状物料的输送。

参数：

螺旋转数50~80r/min

螺距：

一般为螺旋直径的0.5~0.8倍

螺旋与槽的间距5~10mm，太大，丢料。

3螺旋输送机计算

⑴生产能力：

D——螺旋直径，m；

S——螺距，m；

n——螺旋转速，r/min；

ρ——物料密度，t/m3；

φ——槽的填充系数0.125~0.4粮粒0.33

C——倾斜系数，水平1，5°

0.9；

10°

0.8；

15°

0.77；

20°

0.65。

⑵动力消耗

轴功率：

kW

L——输送机长度，m；

H——输送高度，m；

K——阻力系数，谷物1.4，颗粒1.8η——传动效率0.6~0.8

⑶螺旋输送机的直径D计算：

Q——输送量