生物工程设备各章知识点总结.docx

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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/D2

D1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+2mm

③　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。

4.辊式粉碎机的结构、特点

1）辊式粉碎机的结构（多用于啤酒厂麦芽粉碎）：

①　辊筒：

生铁铸造，辊光或有齿形丝。

圆周速度2.5-6.0m/s，太小粉碎度低，太大，物料易在辊面上跳动，不易被带入辊筒。

两辊间存在15%-20%的转速差，可增加粉碎度，辊子直径D≥250mm，一般D=230-800mm，直径太小，麦芽接触辊面的时间太短，不易粉碎。

辊子长度L=400-1000mm

②　开度：

两辊筒间的距离b=3-5mm。

凡物料颗粒小于开度的可经空隙露出，开度可调。

③　筛网：

两对以上辊式粉碎机的每对辊子之间装有筛网。

2）特点：

①　用于粉碎颗粒状物料的中碎和细碎

②　粉碎度可调，可保证皮壳破碎适中，利于过滤

5.输送方式：

机械输送和气流输送。

机械：

带式输送机，螺旋输送机，斗式输送机

6.气流输送：

利用强烈的空气气流在密闭管内流动，把物料悬浮送到目的地的运输方式。

7.气流输送的流程

a、吸引式输送流程 （可由多点到一点）

空气、物料—→吸管—→ 输料管—→分离器—→除尘器—→真空泵（风机）—→排空管

↓

闭风器—→料斗

特点：

1.整个流程的动力部分在尾部

2.处于负压状态

3.特殊的卸料装置

b、压送式输送流程 （可由一点到多点）

空气—→空气粗过滤器—→鼓风机—→输料管—→分离器—→空气、物料

↑

物料—→料斗—→闭风器（加料）

特点：

1.动力设备在前面

2.处于正压状态

3.特殊的加料装置

8.气流输送组成设备：

①　加料装置：

吸嘴、旋转加料器

②　物料分离装置（卸料装置）：

旋风分离器、重力式分离器

③　空气除尘装置：

旋风分离器、袋滤器、湿式除尘器

④　动力设备

9.混合比

单位时间输送的物料量与单位时间所需要的空气质量的比

µ=ms/ma （ms、ma单位kg/h）

意义：

表示系统的输送能力，即单位质量的空气所能输送的物料的质量

10.旋风分离器的工作原理、结构、应用

工作原理：

利用离心力沉降将物料与气流分开

结构：

（略）

应用：

结构设计

旋风分离器采用立式圆筒结构，内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。

内装旋风子构件，按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定；设备采用裙座支撑，封头采用耐高压椭圆型封头。

设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。

通常，气体入口设计分三种形式：

a）上部进气

b）中部进气

c）下部进气

对于湿气来说，我们常采用下部进气方案，因为下部进气可以利用设备下部空间，对直径大于300μm或500μm的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。

而对于干气常采用中部进气或上部进气。

上部进气配气均匀，但设备直径和设备高度都将增大，投资较高；而中部进气可以降低设备高度和降低造价。

应用范围

旋风分离器适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。

它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较高（80～160毫米水柱）的净化设备，旋风除尘器在净化设备中应用得最为广泛。

改进型的旋风分离器在部分装置中可以取代尾气过滤设备。

网上

第二章培养基的制备设备

1.培养基的灭菌方法

①　热灭菌（湿热、干热）：

160℃,1h，微生物蛋白变性而死亡

②　化学药剂灭菌：

加杀菌剂（甲醛、苯酚、洁尔灭等），不利于发酵

③　射线灭菌：

紫外线、电磁波，生产中培养基液数量多，含有固形物穿透力弱

④　介质过滤除菌：

离心分离、静电吸附等。

2.湿热灭菌

定义：

直接用表压为0.2~0.4MPa的饱和蒸汽进行灭菌

优点：

①　易得到，蒸汽成本低

②　穿透力强，蒸汽在冷凝时释放出大量的潜热，杀菌效果好

③　高温，120℃以上，微生物细胞蛋白极易凝固

④　快速，20~30min（包括加热和保温）

3.动力学：

对数残留定律

微生物受到不利环境的影响，细胞蛋白受热凝固，丧失活力，随着延长而逐渐死亡，细胞个数逐渐减少，其减少速率与任何一瞬间残存的菌数成正比，即微生物在一定温度下，受热死亡遵循一级反映方程的规律。

—dN/d¿=kN

K表示微生物的耐热程度，k越小微生物越耐热，k越大，微生物越易受热死亡，如细菌孢子的k值远远小于其营养细胞和霉菌孢子。

4.三种连续灭菌流程：

加热、保湿、冷却设备

①　连消塔式

配料罐—→预热罐—→连消泵—→连消塔—→维持罐—→喷淋冷却器—→发酵罐

②　喷射加热

配料罐—→预热罐—→连消泵—→喷射加热器—→维持管道—→真空冷却器—→发酵罐

③　薄板换热器

配料罐—→2号薄板换热器（预热）—→3号薄板换热器（加热）—→维持管道—→2号薄板换热器（预冷却）—→1号薄板换热器（冷却）—→发酵罐

5.保温时间与维持器的计算

见作业

6.酒精厂连续蒸煮、糖化流程（罐式、柱式、管道式）：

粉浆罐—→粉浆泵—→蒸煮罐（锅）—→后熟器（保温设备）—→真空冷却器—→连续糖化罐—→喷淋冷却器—→发酵罐

主要设备：

加热器（t套管式、三套管式）、后熟器、冷却器

7.真空冷却系统的组成，真空冷却器（原理）、冷凝器、喷射泵

8.啤酒厂糖化设备组成方式：

四器、六器组合，各设备作用

第三章空气除菌设备

1.通风发酵对无菌空气的要求

1.压力：

两个工程大气压（表压）作为输送动力

2.温度：

发酵温度

3.流量：

（uuM）单位时间单位体积内所需流量

4.相对湿度<=60%一般50%-60%

洁净度：

100级Y094型粒子计数器测定染菌率10-3

2.测量空气含菌量的方法：

培养法（能测活菌落数）、光学法（利用微粒对光线的散射作用来测量，不能测活菌落数）

3.常用的空气除菌方法

辐射杀菌、热灭菌、静电除菌、介质过滤除菌

4.介质深层过滤除菌机理

微粒随空气流通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次的改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面。

5.过滤效率

定义：

滤层滤去的微粒数与原来微粒数之比。

衡量过滤器过滤能力的参数

过滤效率是过虑常数K和滤层厚度L的函数，K越大

6.过滤介质（常用的）

①　棉花

②　玻璃纤维

③　活性炭

④　超细玻璃纤维纸

⑤　石棉滤板

⑥　烧结材料过滤介质

⑦　新型过滤介质

7.过滤除菌流程的认识与计算：

两种冷却、分离、加热除菌流程：

粗过滤器—→空压机—→贮罐—→一级冷却器（30-50℃）—→旋风分离器—→二级冷却器（20-25℃）—→丝网分离器—→加热器（50%-60%）—→过滤器

冷热空气直接混合式除菌流程：

粗过滤器—→空压机—→贮罐—→冷却器—→丝网分离器—→过滤器

高效前置过滤器除菌流程：

高空吸风口—→高效前置过滤器—→空压机—→贮罐—→冷却器—→丝网分离器—→加热器—→过滤器

计算见作业或笔记

8.露点温度

将不饱和湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度称为空气的露点温度。

即含有一定水汽的空气冷却至相对湿度为100%时的温度。

第四章嫌气发酵设备

1.酒精发酵罐的结构：

酒精发酵罐的冷却方式

酒精发酵罐筒体为圆柱体，顶盖和底盖均为碟形或锥形

中小型发酵罐采用罐顶喷水淋与外壁表面进行膜状冷却

大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外喷洒联合冷却装置。

采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高等优点。

2.常用的大型啤酒发酵罐：

锥底罐、联合罐、朝日罐

3.锥底发酵罐的结构与特点

结构？

优点：

1.密闭罐，可做发酵罐也可作贮酒罐便于排放和回收酵母，可用CO2清洗，除去酒中的生青味，促进啤酒的成熟，缩短生产周期。

2.冷却夹套，易于控制发酵温度，满足工艺要求

3.CIP系统，灭菌较彻底，降低劳动强度

4.加压密闭发酵，减少酒花苦味物质的损失，降低酒花用量15%左右，CO2溶解好，啤酒泡持性好

5.易于自控

6.由于CO2浓度梯度造成密度差，引起自然对流

缺点：

1.酒液澄清慢，尤其在麦汁成分有缺陷或酵母凝集性差时，影响啤酒的过滤，排酵母

酒损失大

2.泡沫多，罐利用率低

3.CO2浓度梯度。

4.啤酒锥底罐对流循环的原因

在同一发酵罐中，各点的温度并非均匀一致，主发酵阶段的对流与后发酵阶段的对流方向完全是相反的。

在主发酵阶段，温度高的啤酒向上流动，温度低的啤酒向下流动，

？

？

5.联合罐的结构与特点（对流）

结构：

较浅锥底，大直径，H/D=1/（1-1.3）

①　浅锥底便于回收酵母等沉淀物和排除洗涤水

②　表面积与容量之比小，造价低，仅次于球型罐

③　冷却夹套

④　CO2喷射环

形成自然对流，上部酒液冷却后密度增加，沿管壁下降，底部酒液从罐中心上升，保持罐内温度均匀。

6.朝日罐啤酒发酵系统的设备组成与特点

组成：

①　朝日罐

②　酵母离心机

③　薄板换热器

④　循环泵

特点：

①　可回收酵母，降低酒温，控制下酒酵母浓度和排除嫩啤酒中的生酒味提高发酵液的发酵度，加速啤酒的成熟。

②　离心机分离酵母可用凝集性较弱的酵