生物工程设备复习文档格式.docx
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种子罐、发酵罐；
3.后处理设备：
过滤、浓缩、干燥、结晶、蒸馏、离交、脱色、萃取等；
4.辅助生产设备：
无菌空气系统、冷冻系统、水处理系统、蒸汽系统；
●按专业性质分：
1.专业设备（如：
发酵罐、种子罐等生物反应器）；
2.通用设备（如：
泵、风机等）；
3.非标准设备：
根据实际工艺需要定做的，无统一标准。
●生物工程设备特点
a.常温、常压或低压操作；
b.无菌操作，考滤死角的清除，保证不被污染；
c.工艺要求，如：
通气、搅拌、条件控制、补料；
d.材料应保证耐受酸碱腐蚀。
●生物工程设备基本要求
在满足工艺要求、保证产品质量和收得率的前提下，生产成本最低：
a、强度和刚度；
b、加工费用、运行费用；
c、生产能力；
d、设备利用率。
第二章 固体物料处理设备【注意名词解释】
一、固体物料筛选与分级设备
1.谷物原料粗选设备
（1）磁力除铁器——将夹杂在古物中的铁磁性物质去除，避免后续加工过程受到破坏。
①固定式除铁装置：
永磁溜管、永磁筒，平板式除铁器
★★
（2）永磁滚筒
结构：
进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置。
磁铁滚筒构成：
由转动的非磁性外筒和固定不动的磁铁芯组成。
磁芯，永久磁铁和铁隔板按一定顺序排列成170°
的圆弧形，安装在固定的轴上。
工作原理：
原料进入永磁滚筒后，随非磁性外筒作圆周运动，当运动至图A点时，由于磁芯成170°
扇形分布，磁性物质所受磁力不断减少（提供不了足够的向心力）作变加速离心运动而进入铁质收集盒；
而无磁性的物料不受磁力而不再受向心力作用而沿该点切线方向作匀加速直线运动飞出，从而与物料分开实现除铁。
B、大麦粗选机
原理：
由筛选与风选构成。
三层振动筛面孔径不断减小，先经进口吸风道除去轻杂质和灰尘，进入第一层筛面，除去大杂质，余下的进入第二层，筛去中等杂质，余下的进入第三层，小杂质穿过筛孔排出，麦粒作为筛上物排出，经出口吸风道再次吸除轻质杂质后流出机外。
2.谷物原料的精选设备
★
（1）滚筒精选机
目的：
除杂粒，如草籽；
除去伤残粒，避免发霉而染菌。
滚筒、袋孔、绞龙、收集箱（主要构件：
是一个表面开有袋孔的旋转圆筒。
）
利用杂粒与大麦长度不同的特点进行分离。
长粒物料在进料压力和滚筒倾斜的影响下受力不平衡（重力、支持力、摩擦力）不能牢牢地嵌入袋孔，在到达A点前，从孔中落出；
而短粒物料则嵌入袋孔被带到较高位置高于A点后，受体不平衡而落入中央收集槽中，由螺旋输送机送出从而得到分离。
★
（2）碟片式精选机
特点：
工作面积大，转速高，产量大；
碟片损坏易更换。
两侧工作面制成许多特殊形状的袋孔，当碟片在粒状物料中转动时，短粒就会被嵌入袋孔而被带到较高位置，由于孔底逐步向下倾斜，改变了支持力和摩擦力，破坏了短粒同重力的三力平衡，在斜下向的合力作用再从袋孔中倒出，落入收集槽中而长粒物料因其长度较袋孔长，虽有可能进入袋孔，但因其重心仍在袋孔之外，当碟片还未带到一定高度，就因受力不衡而从袋孔中滑落，从而达到长短粒物料的分离目的。
3.谷物原料的筛选分级设备
大麦的分级设备主要有两种类型：
平面分级筛和圆筒分级筛。
①平板分级筛
由三种不同规格筛孔的筛面组成。
?
筛面的种类和结构
曲筛能避免堵孔；
金属筛编织方法有平纹和斜纹，
板筛金属薄板冲压而成，又称冲孔筛面。
【考查影响因素】
振动筛生产能力计算公式：
G=Bq，kg/h【振动能力=筛面宽x单位筛宽流量，mxkg/（m•h）】
②转筒筛
有一定公倾角，物料从小孔端进入，由大孔端排出，从而分出三个级粒？
生产能力计算公式：
G=qπDLϕ，kg/h
【生产能力=单位筛面负荷量x筛面直径x筛筒长度X筛面有效系数。
】
二、固体物料的粉碎设备
A、粉碎【填空、名词解释】
粉碎是指大块固体物料破碎成小块物料，或小块物料进一步破碎成粉末状物料。
作用：
利于溶解和混合；
加快物料蒸煮、液化、糖化、发酵的反应速度。
★机械粉碎的5种作用形式：
挤压、冲击、研磨、劈力和剪切。
对于坚硬、脆性的物料，挤压和冲击力效果好；
韧性的剪切力好；
方向性的劈力好。
粉碎比（粉碎度）：
粉碎前、后物料的直径比。
总粉碎比是经过几道粉碎步骤后的总结果。
粗碎为2～6，中、细碎为5～50，磨碎为50以上。
B、固体物料粉碎设备
1.干式粉碎机
（1）锤式粉碎机（中等硬度物料的中、细碎，脆性物料（玉米\甘薯））
由进料斗、转子、销连在转子上的锤刀、筛网和排料口等组成。
喂入方式：
切向喂入式、轴向喂入式和径向喂入式。
★工作原理：
物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎；
然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎；
此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。
（三种作用力）。
两个关键部件：
锤刀和筛网。
△锤式粉碎机生产能力计算公式
单孔排出体积=孔面积x产品粒度x排料系数（0.7），即：
（圆孔）或
（方孔）；
每小时排出体积=孔总面积x单位时间锤刀扫过次数，即：
（注：
转子上有K排锤刀，每转一圈，扫过K次；
有Z个孔；
n取r/min）
※动力消耗计算公式
耗功=A×
刀径方×
转轴长×
转分速×
系数，即N=AD2Ln，KW
（2）辊式粉碎机（粘性和潮湿物料-麦芽、大米）
主要工作构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒（有的表面光滑，有的表面有齿、有的表面有凸棱或凹槽），装在两辊之间的物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。
作用力：
挤压、剪切和研磨（等速转动，有转速差）。
要得到粒度较细的成品：
提高转速、具有一定转速差（15％～20％）。
分类：
双辊、多辊（避免过粉碎）或两辊式、四辊式、五辊式、六辊式
辊式生产能力：
与辊筒直径、长度、转速、间隙及物料容量和填充系数有关。
（3）圆盘粉碎机
两个带沟纹的圆盘组成，分单转盘和双转盘。
物料由料斗进入圆盘中心，由于离心力的作用，物料在两个圆盘缝隙中向外甩出，并受到圆盘的研磨和剪切作用而被粉碎，间隙可调。
若两圆盘同时反向旋转，则研磨剪切作用更强。
（4）球磨机
由转筒和硬质球体组成。
转筒内还可衬以锰钢纵列护板，并一高一低的构成波形内壁以增强球下落时的撞击力。
球体随筒旋转作圆周运动而升起，当球上升至一定高度时向心力过大（
）而做向心运运落下（等价于斜抛运动），对物料产生撞击（抛射）作用，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。
操作因素：
研磨体装填量、尺寸大小和转速（32/
）。
在粒度较大物料研磨时，研磨体的尺寸要大些，装填量少些，使冲力作用加强；
反之，研磨体尺寸小些，装填量多些，则有利于小粒物料的研磨。
研磨体装填量、尺寸大小和转速的配合直接影响着球磨机的操作质量。
研磨体（球体）装填量越少，筒体转速越大（在极限转速范围内），则研磨体的滑动也越小，故对物料的研磨作用也较小。
2.湿式粉碎
将固体和水一起加入机中粉碎，包括粗粉碎和细粉碎。
湿式粉碎设备：
包括输料装置、加料器、粉碎机和加热器等。
☆湿法粉碎优点：
1）消除粉尘危害，降低原料消耗；
2）淀粉吸水膨胀，提高蒸煮效果；
3）粉碎后经预热，提高蒸气利用率；
4）机器的磨损减少。
湿式粉碎机组成：
转子，定子，分离装置，研磨室。
本章作业
1.原料预处理包括哪两个环节，为什么要进行这两个环节的预处理？
2.原料除铁装置分为哪两种，永磁滚筒的结构组成？
其滚筒和铁芯一般由什么材料构成？
3.原料除杂主要设备有哪些？
他们结构及工作原理如何？
4.原料分级设备包括哪些？
5.什么叫粉碎，原料粉碎是5种主要的作用力形式？
6.锤式粉碎机的结构和工作原理？
其适合于什么类型原料的粉碎，优缺点是什么？
【特点：
构造简单、用途广泛、生产率高、易于控制产品粒度、无空转损伤等；
优点是粉碎比大、结构简单、能耗低、产能大；
缺点是工作部件易磨损，含水量大易堵塞，运动噪声大。
第三章物料输送设备
机械输送设备：
皮带运输机、斗式提升机、螺旋输送机。
一、固体物料输送设备
【考查】1、带式输送机（续输送机械，水平&
倾斜）
输送物料：
块状、颗粒状物料及整件物料；
功能：
水平输送、倾斜输送；
特点：
输送量大，动力消耗少，运转连续，工作平稳，输送距离大。
构造：
输送带、滚筒、托辊、料斗、卸料装置、驱动装置、张力装置，清扫器。
A.输送带
橡胶带钢带钢丝网带塑料带
B.驱动装置
包括电动机、减速器、驱动滚筒、改向滚筒。
驱动滚筒是传递动力的主要部件；
其长度略大于带宽，呈鼓形结构，即中部直径稍大，用于自动纠正输送带的跑偏。
C、托辊
用于承托输送带及其上面的物料，避免作业时输送带产生过大的挠曲变形。
分为上托辊（即载运托辊）和下托辊（即空载托辊）两种。
上托辊分平托辊和凹面托辊，又有单辊式和多辊。
下托辊为平托辊。
D.张紧装置
螺旋式－利用螺杆拉（压）力
重锤式－利用悬垂重物的重力
E.卸料挡板
犁式
F.清扫器
一般输送带的工作面用弹簧清扫器。
非工作面用刮板清扫器。
主要参数的确定
A.输送能力
连续输送散状物料：
输送成件物品：
B.输送带宽度
输送散物料：
与输送能力、带速、截面系数、带上物料密度等有关。
输送成件物品时:
带宽应比物品的宽度尺寸大50-100mm。
C.带速的确定
带速越高，输送能力越大，输送带的抖动也越大，物料容易从带上抛出，且易磨坏。
（1）较长及水平输送机，可选用较高的带速；
（2）刮板卸料时，一般<
2m/s；
（3）输送成件物品时，<
1.25m/s。
（4）输送易扬尘的粉状物料，应使<
1m/s；
（5）人工检选时，<
0.3m/s；
【考查】2、斗式提升机（垂直、倾斜连续输送散状物料）
在带或链等挠性牵引件上，均匀地安装着若干料斗用来连续运送物料的运输设备。
优点：
结构简单;
占地面积小;
提升高度大；
密封性好，不易产生粉尘。
缺点：
料斗和牵引件易磨损，对过载的敏感性大。
牵引件、传动滚筒、张紧装置、料斗、加料及卸料装置和驱动装置。
整个装置封闭在金属外壳内，一般传动滚筒和驱动装置放在提升机的上端。
类型：
立式、倾斜式
装料与卸料方式
A.斗式提升机的装料方式
（1）挖取法
适用：
适合于小或磨蚀性小的粉状物料。
（2）撒入法
适用于料块较大及磨蚀
★2.卸料方式
（a）离心式
利用离心力提升速度快场合
（b）无定向自流式（离心力＋重力）
流动性差、潮湿物料
（c）定向自流式（重力）
大块、比重大、易碎料
3、螺旋式输送机（密封输送设备；
输送粉状或粒状物料）
输送、混合、挤压作用。
输送方式：
水平、倾斜（<
20°
）输送。
构造
（1）螺旋轴
实体螺旋、带式螺旋、叶片式螺旋（搅拌及混合）、成型式。
（2）料槽
工作原理
利用螺旋把物料在固定的机壳（料槽）内推移进行输送。
物料不随螺旋旋转，滑动形式移动。
（1）输送能力
与螺旋直径螺距轴速物料堆积密度等有关
（2）螺旋轴的转速
（A－物料综合系数;
D－螺旋直径）
（3）螺旋轴的直径
与输送能力、物料堆积密度等有关
（4）轴功率
与输送机送能力、水平投影长度、垂直投影长度和物料阻力系数等有关
（5）电机功率
4、气力输送设备
借助空气在密闭管道高速流动，物料在气流中被悬浮输送到目的地。
不适用于输送粉尘、工作噪声大。
组成：
供料器、输送管道及管件、卸料器、除尘器、风机
吸送式（负压）；
压送式；
混合式
二、液体输送装置
1、真空吸料装置
输送距离近、提升高度低（短距离提升）
低黏度酱类或含固体料液黏度较低料液
避免用泵的场合
2、泵
离心泵、齿轮尗、双螺杆泵、往复泵、旋涡泵
A离心泵（连续输送液体）
中低粘度的料液，含悬浮物及腐蚀性也可
机壳、扇叶、动能静压能（压头）负压气蚀罐液安装高度
B齿轮泵
不含固体的粘稠液体
离心、挤压
流量及压力有脉动，噪声大，输送液体必须具有润滑性，以免齿轮磨损。
C双螺杆泵（回转式容积泵）
高黏度液体及带有固体的料液。
D往复泵
黏度大、或压头需求高的液体。
往复泵的流量由活塞截面积、活塞冲程及活塞往复次数所决定，而与系统所需压头无关，即流量与压头无关。
F旋涡泵
流体入口不是在叶轮中心处位置，而是与出口成对称的泵壳边缘。
第三节气体输送设备
1、空气压缩机：
涡轮式空压机；
往复式空压机
冷却装置有水冷和风冷（连续供气）之分。
出口流量不稳定，夹带油雾，给后道工序——空气除菌带来困难。
2、鼓风机离心鼓风机
3、离心通风机：
分低压、中压、高压三种。
第四章空气除菌设备【填空、名词解释】
★一、空气除菌（除去或杀灭空气中的微生物）
●除去方法：
静电吸附、介质过滤；
●杀灭方法：
辐射、热杀菌、化学药物杀菌。
1.杀灭方法
（1）辐射杀菌
仅用于一些表面的灭菌及有限空间内空气的灭菌。
χ、β、γ－射线、紫外线、超声波等能破坏蛋白质等生物活性物质。
（2）热杀菌
利用空气压缩时放出的热量进行保温灭菌，使蛋白质氧化而致死。
2、除去方法
（1）静电除菌
★
（2）过滤除菌法（用定期灭菌的干燥介质阻截流过的空气）
①机理
气流通过滤层纤维时受其阻碍，迫使改变流速大小、方向而绕流运动，致使气流中的微粒与滤层纤维产生撞击、拦截，同时受重力和静电吸引力等力作用，加之自身的布朗运动，最终被截留、捕集在纤维表面上。
②作用情况：
●惯性截留
气流通过纵横交错的滤层纤维时受其阻碍，被迫不断改变速度大小、方向而绕流运动，由于微粒惯性较空气分子大，来不及改变方向，致与滤层纤维产生撞击而被截留。
●滞流拦截
气流绕过纤维运动（绕流）时，由于黏滞力作用在气固界面形成流速缓慢的层边界滞留区，区内的微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附截留。
流体雷诺数和纤维的直径影响边界屋的发展，进而影响截留效率。
同时绕流时发生的逆留也起到一定作用。
●布朗运动（扩散）截留
在气体流速不高、纤维间隙较小的情况下，作短距离布朗运动的微粒极易与纤维相撞而被截留的接触滞留机会。
●重力沉降
微粒在气体流动产生的压差下浮起随气流运动，当气流流速变低，压差减小，竖直向上的分力小于向下的重力时，便会沉降。
大颗粒在流速缓慢的层边界滞留区如极易沉降。
●静电吸引力
气流通过纤维层使其感应上与微粒（本身带电，或感应带电电荷,或外加电场作用带电荷）相反电荷的静电。
（另外，带电微粒随气流流动也会形成电场，通过外加电场或磁场作用，也能被截留下来。
③气流速度同除菌效率间的关系
a.当气流速度较小时，除菌效率随气流流度的增加而降低，此时扩散起主要作用；
b.当气流速度中等时，滞流截留起主要作用。
c.当气流速度较大时，除菌效率随气流流度的增加而增加，此时惯性冲击起主要作用；
d.如果空气流速过大，已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带返回到空气中，除菌效率反而又下降。
④过滤效率：
滤层所滤去的微粒与原来微粒数的比值（全过率为1）。
空气过滤器的过滤效率与微粒的大小，过滤介质的种类、规格、填充密度、厚度，空气流速有关。
无菌空气的制备：
预处理、过滤处理。
二、过滤除菌流程
1.两级冷却、两次分离、适当加热除菌流程
适用:
潮湿的地区，其他地区因地制宜适当增减。
①比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件；
②能充分地分离油水，使空气达到低的相对湿度下进入过滤器，提高过滤效率
2.冷热空气直接混合式空气除菌流程
中等含湿地区，但不适合于空气含湿量高的地区。
流程：
压缩空气从贮罐出来后分成两部分，一部分进入冷却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混合。
特点:
①省去第二次冷却后的分离设备和空气加热设备，流程比较简单；
②利用压缩空气来加热析水后的空气；
③冷却水用量少等。
3.高效前置过滤空气除菌流程
对空气洁净度要求严格且高的生产过程。
利用压缩机的抽吸作用，使空气先经中、高效过滤后再进入空气压缩机，这样就降低了主过滤器的负荷。
采用了高效率的前置过滤设备，使空气经过多次过滤，因而所得的空气无菌程度比较高。
【填空】三、过滤介质及过滤器的结构
A、空气预处理目的：
（1）提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷。
（2）去除压缩后空气中所带的油水，以合适的空气湿度和温度进入空气过滤器。
B、空气预处理设备
1.粗过滤器：
布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘
（安装在空气压缩机前）
捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器负荷；
（1）袋式除尘器
（2）油浴洗涤装置
空气进入装置后通过油层洗涤，空气中的微粒被油黏附而逐渐沉降于油箱底部而除去。
这种装置的洗涤除菌效果好，阻力也不很大。
填料：
一般用油浸铁丝网、玻璃纤维或其他合成纤维。
（3）水雾除尘装置
①空气从设备底部进口管吸入，经装置上部喷下的水雾洗涤成为为洁净空气，带有水雾的洁净空气经上部过滤滤网过滤后进入压缩机，②空气中的灰尘、微生物颗粒被黏附沉降，从装置底部排出。
洗涤室内空气流速不能太大，否则带出水雾太多，会影响压缩机，降低排气量。
2.空气压缩机
（离心式、往复式）
3.空气贮罐
作用：
①消除脉动维持罐压的稳定；
②使部分液滴在罐内沉降；
③保温灭菌。
4.气液分离器
水雾油雾的影响：
①导致传热系数降低，给空气冷却带来困难。
②如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵塞过滤介质的纤维空隙，增大空气压力损失。
③黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会浸润介质而破坏过滤效果。
（1）旋风分离器
工作原理：
含尘气流由切向进入筒体，沿内壁螺旋式向下旋转，粉尘在离心力的作用下甩向器壁，并在重力作用下落入灰斗。
已净化气体由中心管排出。
适用范围：
除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴。
适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。
效果：
离心力越大分离效果越好，其径向速度与气流速度的平方成正比，但随回转半径增加而减小。
（2）填料分离器
利用块状介质、颗粒状介质、网状介质或高分子材料丝网的惯性拦截作用来分离空气中的水滴或油滴的方法。
有焦炭、活性炭、瓷环、金属车屑、金属丝网、塑料丝网等
5.空气冷却器
（1）立式列管式热交换器
冷却水（或低温水、冷盐水）在管内流动，空气在壳内流动。
为增加冷却水的流速可采用多程换热器，为增加空气在壳体内的湍动，换热器壳体内装有若干与管束垂直的圆缺型挡板或盘状挡板。
（2）喷淋式热交换器
（3）沉浸式热交换器
C、过滤介质与空气过滤器
1.过滤介质
（1）纤维状或颗粒状过滤介质
①棉花②玻璃纤维③活性炭④烧结金属⑤多孔陶瓷⑥多孔塑料
（2）过滤纸类介质（超细玻璃纤维纸）
（3）微孔膜类过滤介质
（4）非织造布
2.空气介质过滤器
（1）纤维状或颗粒介质过滤器（立式圆筒结构）
（2）过滤纸类过滤器（旋风式和套管式）
（3）金属烧结管空气过滤器
（4）微孔膜过滤器
问题与思考
1.空气除菌的方法有哪些？
（射线、热杀菌、静电吸附、过滤除菌）
2.空气过滤除菌的机理？
气流速度与除菌效率之间的关系，并说明在不同的气流速度下过滤除菌的主要作用形式？
3.空气过滤除菌的流程有哪些？
各有什么特点？
4.为什么要对空气进行预处理？
（降低过滤器负荷，确保过滤器正常运行）
5.什么叫灭菌，灭菌的方法有哪些？
为什么要对培养基进行灭菌？
6.生物工业对空气有哪些要求？
（流量、压力、湿度、温度、洁净度）
发酵类型和设备
第五章通气发酵设备
类型:
通风式、自吸式、伍式、文式、鼓泡式、塔式、气升式发酵罐。
一、机械搅拌式通气发酵罐
★A、发酵罐的基本条件
•适宜的径高比（高与直径的比值为1.7-4）；
•能承受一定压力、温度。
由于发酵罐在消毒及正常运转时，罐内有一定压力（气压和液压）和温度，因此罐体各部件要有一定的强度，能承受相当的压力；
•搅拌通风装置保证气液充分混合。
发酵用的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵必需的溶解氧；
•具有足够的冷却面积。
微生物生长代谢过程放出大量的热，为了控制发酵过程不同阶段所需的温度，应装有足够的冷却部件；
•死角少，灭菌彻底；
•轴封严密，泄漏少。
B、发酵罐的基本组成【考查画图】
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