生物工程設(shè)備復(fù)習(xí)

1、生物工程設(shè)備應(yīng)試任課老師：蔣介石、法海、黃曉明 考試時(shí)間：十周周五十點(diǎn)第一部分 作業(yè)第二部分 考試可能內(nèi)容第一章 緒論一、生物工程1. 生物技術(shù)生物技術(shù)（又稱生物工藝學(xué)或生物工程）是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠生物催化劑將物料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)的技術(shù)。生物技術(shù)與其他學(xué)科的關(guān)系2.生物技術(shù)的四大支柱3.發(fā)酵工程（微生物工程）1）發(fā)酵工程指利用微生物的特定性狀，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)有用物質(zhì)的一種技術(shù)。發(fā)酵對(duì)象包括傳統(tǒng)的天然微生物和動(dòng)物、植物細(xì)胞、重組細(xì)胞及基因工程菌等。微生物發(fā)酵：借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動(dòng)來制備微生物菌體本身，或其初級(jí)代謝產(chǎn)物或次級(jí)代

2、謝產(chǎn)物的過程。根據(jù)耗氧情況分為厭氧發(fā)酵（酒精、乳酸、甘油、丙酸、丁酸等）或有氧發(fā)酵（如抗生素、氨基酸、核苷酸、酶制劑等）。2）發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位：發(fā)酵工程是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)和歸宿，是生物工程四大支柱的核心。 基工與發(fā)工基工原理（基因重組技術(shù)）人為分離生物遺傳物質(zhì)（DNA）,并在體外進(jìn)行切割、拼接和重組，然后導(dǎo)入某宿主細(xì)胞或個(gè)體內(nèi)，從而改變它們的遺傳品性或使新的遺傳信息大量表達(dá)，獲得相應(yīng)基因產(chǎn)物（多肽或蛋白質(zhì)），這種改造生物賦予其特殊功能的過程就稱為基因工程?；ぴ诎l(fā)工中的應(yīng)用：基工育種、制藥細(xì)胞工程與發(fā)酵工程細(xì)胞工程是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法，借助工程學(xué)的試驗(yàn)方法或技術(shù)，在細(xì)

3、胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學(xué)特性，以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的有關(guān)理論和技術(shù)方法的學(xué)科。根據(jù)研究對(duì)象不同可分為動(dòng)物細(xì)胞工程、植物細(xì)胞工程和微生物細(xì)胞工程。 酶工程與發(fā)酵工程酶工程是利用酶、細(xì)胞器所具有的特異催化功能，或?qū)γ高M(jìn)行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和工藝過程生產(chǎn)產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)。3）發(fā)酵工程中的應(yīng)用（微生物工業(yè)產(chǎn)品類型） 以微生物細(xì)胞、酶（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等胞內(nèi)外酶）、代謝產(chǎn)物（初級(jí)、次級(jí)及異源產(chǎn)物）、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物為產(chǎn)物及微生物特殊機(jī)能的利用（如濕法冶金、除境污染）。二、生物反應(yīng)過程1. 生物反應(yīng)過程生物反應(yīng)過程是指利用生物催化劑從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。組

4、成部分：（1）原料的預(yù)處理及培養(yǎng)基的制備（2）生物催化劑的制備（3）生物反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇（4）產(chǎn)品的分離與純化輔助部分：生物催化劑酶（酶反應(yīng)過程）和細(xì)胞（發(fā)酵過程）實(shí)驗(yàn)過程：菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)三、生物工程設(shè)備l 按生產(chǎn)流程分：1. 原料前處理設(shè)備：如除雜、粉碎、輸送、培養(yǎng)基制備（滅菌、液化、糖化）；2. 生物反應(yīng)器：種子罐、發(fā)酵罐；3. 后處理設(shè)備：過濾、濃縮、干燥、結(jié)晶、蒸餾、離交、脫色、萃取等；4. 輔助生產(chǎn)設(shè)備：無菌空氣系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)；l 按專業(yè)性質(zhì)分：1. 專業(yè)設(shè)備（如：發(fā)酵罐、種子罐等生物反應(yīng)器）；2. 通用設(shè)備（如：泵、風(fēng)機(jī)等）；3. 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

5、：根據(jù)實(shí)際工藝需要定做的，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。l 生物工程設(shè)備特點(diǎn)a. 常溫、常壓或低壓操作；b. 無菌操作，考濾死角的清除，保證不被污染；c.工藝要求，如：通氣、攪拌、條件控制、補(bǔ)料；d.材料應(yīng)保證耐受酸堿腐蝕。l 生物工程設(shè)備基本要求在滿足工藝要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量和收得率的前提下，生產(chǎn)成本最低：a、強(qiáng)度和剛度；b、加工費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用；c、生產(chǎn)能力；d、設(shè)備利用率。第二章固體物料處理設(shè)備【注意名詞解釋】一、固體物料篩選與分級(jí)設(shè)備1. 谷物原料粗選設(shè)備（1）磁力除鐵器將夾雜在古物中的鐵磁性物質(zhì)去除，避免后續(xù)加工過程受到破壞。固定式除鐵裝置：永磁溜管、永磁筒， 平板式除鐵器（2）永磁滾筒結(jié)構(gòu)：進(jìn)料裝置、滾

6、筒、磁芯、機(jī)殼和傳動(dòng)裝置。磁鐵滾筒構(gòu)成：由轉(zhuǎn)動(dòng)的非磁性外筒和固定不動(dòng)的磁鐵芯組成。磁芯，永久磁鐵和鐵隔板按一定順序排列成170°的圓弧形，安裝在固定的軸上。工作原理：原料進(jìn)入永磁滾筒后，隨非磁性外筒作圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至圖A點(diǎn)時(shí)，由于磁芯成170°扇形分布，磁性物質(zhì)所受磁力不斷減少（提供不了足夠的向心力）作變加速離心運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入鐵質(zhì)收集盒；而無磁性的物料不受磁力而不再受向心力作用而沿該點(diǎn)切線方向作勻加速直線運(yùn)動(dòng)飛出，從而與物料分開實(shí)現(xiàn)除鐵。B、大麥粗選機(jī)原理：由篩選與風(fēng)選構(gòu)成。三層振動(dòng)篩面孔徑不斷減小，先經(jīng)進(jìn)口吸風(fēng)道除去輕雜質(zhì)和灰塵，進(jìn)入第一層篩面，除去大雜質(zhì)，余下的進(jìn)入第二層

7、，篩去中等雜質(zhì)，余下的進(jìn)入第三層，小雜質(zhì)穿過篩孔排出，麥粒作為篩上物排出，經(jīng)出口吸風(fēng)道再次吸除輕質(zhì)雜質(zhì)后流出機(jī)外。2. 谷物原料的精選設(shè)備（1）滾筒精選機(jī)目的：除雜粒，如草籽；除去傷殘粒，避免發(fā)霉而染菌。結(jié)構(gòu)：滾筒、袋孔、絞龍、收集箱（主要構(gòu)件：是一個(gè)表面開有袋孔的旋轉(zhuǎn)圓筒。）原理：利用雜粒與大麥長(zhǎng)度不同的特點(diǎn)進(jìn)行分離。長(zhǎng)粒物料在進(jìn)料壓力和滾筒傾斜的影響下受力不平衡（重力、支持力、摩擦力）不能牢牢地嵌入袋孔，在到達(dá)A點(diǎn)前，從孔中落出；而短粒物料則嵌入袋孔被帶到較高位置高于A點(diǎn)后，受體不平衡而落入中央收集槽中，由螺旋輸送機(jī)送出從而得到分離。（2）碟片式精選機(jī)特點(diǎn)：工作面積大，轉(zhuǎn)速高，產(chǎn)量大；碟片

8、損壞易更換。原理：兩側(cè)工作面制成許多特殊形狀的袋孔，當(dāng)?shù)诹钗锪现修D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，短粒就會(huì)被嵌入袋孔而被帶到較高位置，由于孔底逐步向下傾斜，改變了支持力和摩擦力，破壞了短粒同重力的三力平衡，在斜下向的合力作用再從袋孔中倒出，落入收集槽中而長(zhǎng)粒物料因其長(zhǎng)度較袋孔長(zhǎng)，雖有可能進(jìn)入袋孔，但因其重心仍在袋孔之外，當(dāng)?shù)€未帶到一定高度，就因受力不衡而從袋孔中滑落，從而達(dá)到長(zhǎng)短粒物料的分離目的。3. 谷物原料的篩選分級(jí)設(shè)備大麥的分級(jí)設(shè)備主要有兩種類型：平面分級(jí)篩和圓筒分級(jí)篩。 平板分級(jí)篩由三種不同規(guī)格篩孔的篩面組成。?篩面的種類和結(jié)構(gòu)篩面柵篩面金屬絲編織篩面板篩面絹篩面孔徑減小 曲篩能避免堵孔；金屬篩編織方

9、法有平紋和斜紋，板篩金屬薄板沖壓而成，又稱沖孔篩面?！究疾橛绊懸蛩亍空駝?dòng)篩生產(chǎn)能力計(jì)算公式：G = Bq，kg/h【振動(dòng)能力=篩面寬x單位篩寬流量，m x kg/（mh）】 轉(zhuǎn)筒篩有一定公傾角，物料從小孔端進(jìn)入，由大孔端排出，從而分出三個(gè)級(jí)粒？ 生產(chǎn)能力計(jì)算公式：G = qDL，kg/h【生產(chǎn)能力=單位篩面負(fù)荷量x篩面直徑x篩筒長(zhǎng)度X篩面有效系數(shù)?！慷?、固體物料的粉碎設(shè)備A、粉碎【填空、名詞解釋】粉碎是指大塊固體物料破碎成小塊物料，或小塊物料進(jìn)一步破碎成粉末狀物料。作用：利于溶解和混合；加快物料蒸煮、液化、糖化、發(fā)酵的反應(yīng)速度。機(jī)械粉碎的5種作用形式：擠壓、沖擊、研磨、劈力和剪切。對(duì)于堅(jiān)硬、脆

10、性的物料，擠壓和沖擊力效果好；韌性的剪切力好；方向性的劈力好。粉碎比（粉碎度）：粉碎前、后物料的直徑比?？偡鬯楸仁墙?jīng)過幾道粉碎步驟后的總結(jié)果。粗碎為26，中、細(xì)碎為550，磨碎為50以上。B、固體物料粉碎設(shè)備1. 干式粉碎機(jī)（1）錘式粉碎機(jī)（中等硬度物料的中、細(xì)碎，脆性物料 (玉米甘薯) ）結(jié)構(gòu)：由進(jìn)料斗、轉(zhuǎn)子、銷連在轉(zhuǎn)子上的錘刀、篩網(wǎng)和排料口等組成。喂入方式：切向喂入式、軸向喂入式和徑向喂入式。工作原理：物料從上方料斗加入，在懸空狀態(tài)下就被錘的沖擊力所破碎；然后物料被拋至沖擊板上，再次被擊碎；此外物料在機(jī)內(nèi)還受到擠壓和研磨的作用。（三種作用力）。兩個(gè)關(guān)鍵部件：錘刀和篩網(wǎng)。錘式粉碎機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)

11、算公式單孔排出體積=孔面積x產(chǎn)品粒度x排料系數(shù)(0.7)，即：V0=4d02d，m3（圓孔）或V0=LCd，m3（方孔）；每小時(shí)排出體積=孔總面積x單位時(shí)間錘刀掃過次數(shù)，即：V=（60nK）×（V0Z），m3/h（注：轉(zhuǎn)子上有K排錘刀，每轉(zhuǎn)一圈，掃過K次；有Z個(gè)孔；n取r/min）動(dòng)力消耗計(jì)算公式耗功=A×刀徑方×轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)×轉(zhuǎn)分速×系數(shù)，即N=AD2Ln，KW（2） 輥式粉碎機(jī)（粘性和潮濕物料-麥芽、大米）原理：主要工作構(gòu)為兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的平行裝置的圓柱形輥筒（有的表面光滑，有的表面有齒、有的表面有凸棱或凹槽），裝在兩輥之間的物料通過輥筒對(duì)其的摩擦

12、作用而被拖入兩輥的間隙中被粉碎。作用力：擠壓、剪切和研磨（等速轉(zhuǎn)動(dòng)，有轉(zhuǎn)速差）。要得到粒度較細(xì)的成品：提高轉(zhuǎn)速、具有一定轉(zhuǎn)速差（1520）。分類：雙輥、多輥（避免過粉碎）或兩輥式、四輥式、五輥式、六輥式 輥式生產(chǎn)能力：與輥筒直徑、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、間隙及物料容量和填充系數(shù)有關(guān)。（3）圓盤粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)：兩個(gè)帶溝紋的圓盤組成，分單轉(zhuǎn)盤和雙轉(zhuǎn)盤。原理：物料由料斗進(jìn)入圓盤中心，由于離心力的作用，物料在兩個(gè)圓盤縫隙中向外甩出，并受到圓盤的研磨和剪切作用而被粉碎，間隙可調(diào)。若兩圓盤同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)，則研磨剪切作用更強(qiáng)。（4）球磨機(jī)結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)筒和硬質(zhì)球體組成。轉(zhuǎn)筒內(nèi)還可襯以錳鋼縱列護(hù)板，并一高一低的構(gòu)成波形內(nèi)壁以增強(qiáng)球

13、下落時(shí)的撞擊力。原理：球體隨筒旋轉(zhuǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)而升起，當(dāng)球上升至一定高度時(shí)向心力過大（F實(shí)際向心力>mv2r=mr2(以此速度做圓周運(yùn)動(dòng)的臨界或理論向心力)）而做向心運(yùn)運(yùn)落下（等價(jià)于斜拋運(yùn)動(dòng)），對(duì)物料產(chǎn)生撞擊（拋射）作用，同時(shí)靠近筒壁的物料也可為圓球所研磨，轉(zhuǎn)速過快和過慢都沒有撞擊作用，粉碎效果差。操作因素：研磨體裝填量、尺寸大小和轉(zhuǎn)速（32/D）。在粒度較大物料研磨時(shí)，研磨體的尺寸要大些，裝填量少些，使沖力作用加強(qiáng)；反之，研磨體尺寸小些，裝填量多些，則有利于小粒物料的研磨。研磨體裝填量、尺寸大小和轉(zhuǎn)速的配合直接影響著球磨機(jī)的操作質(zhì)量。研磨體（球體）裝填量越少，筒體轉(zhuǎn)速越大（在極限轉(zhuǎn)速范圍

14、內(nèi)），則研磨體的滑動(dòng)也越小，故對(duì)物料的研磨作用也較小。2. 濕式粉碎 將固體和水一起加入機(jī)中粉碎，包括粗粉碎和細(xì)粉碎。濕式粉碎設(shè)備：包括輸料裝置、加料器、粉碎機(jī)和加熱器等。濕法粉碎優(yōu)點(diǎn)：1） 消除粉塵危害，降低原料消耗；2 ）淀粉吸水膨脹，提高蒸煮效果；3 ）粉碎后經(jīng)預(yù)熱，提高蒸氣利用率；4）機(jī)器的磨損減少。濕式粉碎設(shè)備：包括輸料裝置、加料器、粉碎機(jī)和加熱器等。濕式粉碎機(jī)組成：轉(zhuǎn)子，定子，分離裝置，研磨室。本章作業(yè)1. 原料預(yù)處理包括哪兩個(gè)環(huán)節(jié)，為什么要進(jìn)行這兩個(gè)環(huán)節(jié)的預(yù)處理？2. 原料除鐵裝置分為哪兩種，永磁滾筒的結(jié)構(gòu)組成？其滾筒和鐵芯一般由什么材料構(gòu)成？3. 原料除雜主要設(shè)備有哪些？他們結(jié)

15、構(gòu)及工作原理如何？4. 原料分級(jí)設(shè)備包括哪些？5. 什么叫粉碎，原料粉碎是5種主要的作用力形式？6. 錘式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理？其適合于什么類型原料的粉碎，優(yōu)缺點(diǎn)是什么？【特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、用途廣泛、生產(chǎn)率高、易于控制產(chǎn)品粒度、無空轉(zhuǎn)損傷等；優(yōu)點(diǎn)是粉碎比大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、產(chǎn)能大；缺點(diǎn)是工作部件易磨損，含水量大易堵塞，運(yùn)動(dòng)噪聲大?！康谌?物料輸送設(shè)備機(jī)械輸送設(shè)備：皮帶運(yùn)輸機(jī)、斗式提升機(jī)、 螺旋輸送機(jī)。一、固體物料輸送設(shè)備【考查】1、帶式輸送機(jī)（續(xù)輸送機(jī)械，水平&傾斜）輸送物料：塊狀、顆粒狀物料及整件物料；功 能：水平輸送、傾斜輸送；特 點(diǎn)：輸送量大，動(dòng)力消耗少，運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù)，工作平穩(wěn)，

16、輸送距離大。構(gòu)造：輸送帶、滾筒、托輥、料斗、卸料裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、張力裝置，清掃器。A. 輸送帶橡膠帶 鋼帶 鋼絲網(wǎng)帶 塑料帶B. 驅(qū)動(dòng)裝置 包括電動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒。驅(qū)動(dòng)滾筒是傳遞動(dòng)力的主要部件；其長(zhǎng)度略大于帶寬，呈鼓形結(jié)構(gòu)，即中部直徑稍大，用于自動(dòng)糾正輸送帶的跑偏。C、托輥用于承托輸送帶及其上面的物料，避免作業(yè)時(shí)輸送帶產(chǎn)生過大的撓曲變形。分為上托輥（即載運(yùn)托輥）和下托輥（即空載托輥）兩種。上托輥分平托輥和凹面托輥，又有單輥式和多輥。下托輥為平托輥。D. 張緊裝置螺旋式利用螺桿拉（壓）力重錘式利用懸垂重物的重力E.卸料擋板犁式 F. 清掃器一般輸送帶的工作面用彈簧清掃器。非工作面

17、用刮板清掃器。主要參數(shù)的確定A.輸送能力連續(xù)輸送散狀物料：噸/小時(shí)=3.6×每米千克重×帶速輸送成件物品：噸/小時(shí)=3.6×單件千克重物件間距×帶速B.輸送帶寬度輸送散物料：與輸送能力、帶速、截面系數(shù)、帶上物料密度等有關(guān)。輸送成件物品時(shí):帶寬應(yīng)比物品的寬度尺寸大50-100 mm。C. 帶速的確定帶速越高，輸送能力越大，輸送帶的抖動(dòng)也越大，物料容易從帶上拋出，且易磨壞。（1）較長(zhǎng)及水平輸送機(jī)，可選用較高的帶速；（2）刮板卸料時(shí)，一般< 2 m/s； （3）輸送成件物品時(shí)， < 1.25 m/s 。（4）輸送易揚(yáng)塵的粉狀物料，應(yīng)使< 1

18、m/s；（5）人工檢選時(shí)， < 0.3 m/s；【考查】2、斗式提升機(jī)（垂直、傾斜連續(xù)輸送散狀物料）在帶或鏈等撓性牽引件上，均勻地安裝著若干料斗用來連續(xù)運(yùn)送物料的運(yùn)輸設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;占地面積小;提升高度大；密封性好，不易產(chǎn)生粉塵。缺點(diǎn)：料斗和牽引件易磨損，對(duì)過載的敏感性大。構(gòu)造：牽引件、傳動(dòng)滾筒、張緊裝置、料斗、加料及卸料裝置和驅(qū)動(dòng)裝置。整個(gè)裝置封閉在金屬外殼內(nèi)，一般傳動(dòng)滾筒和驅(qū)動(dòng)裝置放在提升機(jī)的上端。類型：立 式、傾斜式裝料與卸料方式A. 斗式提升機(jī)的裝料方式（1）挖取法適用：適合于小或磨蝕性小的粉狀物料。（2）撒入法適用：適用于料塊較大及磨蝕2. 卸料方式（a）離心式利用離心力

19、提升速度快場(chǎng)合（b）無定向自流式（離心力重力）流動(dòng)性差、潮濕物料（c）定向自流式（重力）大塊、比重大、易碎料3、螺旋式輸送機(jī)（密封輸送設(shè)備；輸送粉狀或粒狀物料）作用力：輸送、混合、擠壓作用。輸送方式：水平、傾斜（< 20°）輸送。構(gòu)造（1）螺旋軸實(shí)體螺旋、帶式螺旋、葉片式螺旋（攪拌及混合）、成型式。（2）料槽工作原理利用螺旋把物料在固定的機(jī)殼（料槽）內(nèi)推移進(jìn)行輸送。物料不隨螺旋旋轉(zhuǎn)，滑動(dòng)形式移動(dòng)。主要參數(shù)的確定（1） 輸送能力與螺旋直徑 螺距 軸速 物料堆積密度 等有關(guān)（2）螺旋軸的轉(zhuǎn)速n=AD(A物料綜合系數(shù);D螺旋直徑)（3）螺旋軸的直徑D=k2.5Qc與輸送能力、物料堆積

20、密度等有關(guān)（4）軸功率P0=Q367(L0)±H與輸送機(jī)送能力、水平投影長(zhǎng)度、垂直投影長(zhǎng)度和物料阻力系數(shù)等有關(guān)（5） 電機(jī)功率P=k0P04、氣力輸送設(shè)備借助空氣在密閉管道高速流動(dòng)，物料在氣流中被懸浮輸送到目的地。特點(diǎn)：不適用于輸送粉塵、工作噪聲大。組成：供料器、輸送管道及管件、卸料器、除塵器、風(fēng)機(jī)分類：吸送式（負(fù)壓）；壓送式；混合式 二、液體輸送裝置1、真空吸料裝置輸送距離近、提升高度低（短距離提升）低黏度醬類或含固體料液 黏度較低料液避免用泵的場(chǎng)合2、泵離心泵、齒輪尗、雙螺桿泵、往復(fù)泵、旋渦泵A離心泵（連續(xù)輸送液體）中低粘度的料液，含懸浮物及腐蝕性也可原理：機(jī)殼、扇葉、動(dòng)能 靜壓

21、能(壓頭) 負(fù)壓 氣蝕 罐液 安裝高度B齒輪泵不含固體的粘稠液體原理：離心、擠壓流量及壓力有脈動(dòng)，噪聲大，輸送液體必須具有潤(rùn)滑性，以免齒輪磨損。C雙螺桿泵（回轉(zhuǎn)式容積泵）高黏度液體及帶有固體的料液。D往復(fù)泵黏度大、或壓頭需求高的液體。 往復(fù)泵的流量由活塞截面積、活塞沖程及活塞往復(fù)次數(shù)所決定，而與系統(tǒng)所需壓頭無關(guān)，即流量與壓頭無關(guān)。F旋渦泵流體入口不是在葉輪中心處位置，而是與出口成對(duì)稱的泵殼邊緣。第三節(jié) 氣體輸送設(shè)備1、空氣壓縮機(jī)：渦輪式空壓機(jī)；往復(fù)式空壓機(jī)冷卻裝置有水冷和風(fēng)冷(連續(xù)供氣)之分。出口流量不穩(wěn)定，夾帶油霧，給后道工序空氣除菌帶來困難。2、 鼓風(fēng)機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)3、離心通風(fēng)機(jī)：分低壓、中

22、壓、高壓三種。第四章 空氣除菌設(shè)備【填空、名詞解釋】一、空氣除菌（除去或殺滅空氣中的微生物）l 除去方法：靜電吸附、介質(zhì)過濾；l 殺滅方法：輻射、熱殺菌、化學(xué)藥物殺菌。1. 殺滅方法（1）輻射殺菌僅用于一些表面的滅菌及有限空間內(nèi)空氣的滅菌。、射線、紫外線、超聲波等能破壞蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)。（2）熱殺菌利用空氣壓縮時(shí)放出的熱量進(jìn)行保溫滅菌，使蛋白質(zhì)氧化而致死。2、除去方法（1）靜電除菌（2）過濾除菌法（用定期滅菌的干燥介質(zhì)阻截流過的空氣）機(jī)理氣流通過濾層纖維時(shí)受其阻礙，迫使改變流速大小、方向而繞流運(yùn)動(dòng)，致使氣流中的微粒與濾層纖維產(chǎn)生撞擊、攔截，同時(shí)受重力和靜電吸引力等力作用，加之自身的布朗運(yùn)動(dòng)

23、，最終被截留、捕集在纖維表面上。作用情況：l 慣性截留氣流通過縱橫交錯(cuò)的濾層纖維時(shí)受其阻礙，被迫不斷改變速度大小、方向而繞流運(yùn)動(dòng)，由于微粒慣性較空氣分子大，來不及改變方向，致與濾層纖維產(chǎn)生撞擊而被截留。l 滯流攔截氣流繞過纖維運(yùn)動(dòng)（繞流）時(shí)，由于黏滯力作用在氣固界面形成流速緩慢的層邊界滯留區(qū)，區(qū)內(nèi)的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被黏附截留。流體雷諾數(shù)和纖維的直徑影響邊界屋的發(fā)展，進(jìn)而影響截留效率。同時(shí)繞流時(shí)發(fā)生的逆留也起到一定作用。l 布朗運(yùn)動(dòng) （擴(kuò)散）截留在氣體流速不高、纖維間隙較小的情況下，作短距離布朗運(yùn)動(dòng)的微粒極易與纖維相撞而被截留的接觸滯留機(jī)會(huì)。l 重力沉降微粒在氣體流動(dòng)產(chǎn)生的壓差下浮起隨氣

24、流運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣流流速變低，壓差減小，豎直向上的分力小于向下的重力時(shí)，便會(huì)沉降。大顆粒在流速緩慢的層邊界滯留區(qū)如極易沉降。l 靜電吸引力氣流通過纖維層使其感應(yīng)上與微粒（本身帶電，或感應(yīng)帶電電荷,或外加電場(chǎng)作用帶電荷）相反電荷的靜電。（另外，帶電微粒隨氣流流動(dòng)也會(huì)形成電場(chǎng)，通過外加電場(chǎng)或磁場(chǎng)作用，也能被截留下來。）氣流速度同除菌效率間的關(guān)系a. 當(dāng)氣流速度較小時(shí)，除菌效率隨氣流流度的增加而降低，此時(shí)擴(kuò)散起主要作用；b. 當(dāng)氣流速度中等時(shí)，滯流截留起主要作用。c. 當(dāng)氣流速度較大時(shí)，除菌效率隨氣流流度的增加而增加，此時(shí)慣性沖擊起主要作用；d.如果空氣流速過大，已被捕集的微粒又被湍動(dòng)的氣流夾帶返回到空氣

25、中，除菌效率反而又下降。過濾效率：濾層所濾去的微粒與原來微粒數(shù)的比值（全過率為1）?？諝膺^濾器的過濾效率與微粒的大小，過濾介質(zhì)的種類、規(guī)格、填充密度、厚度，空氣流速有關(guān)。無菌空氣的制備：預(yù)處理、過濾處理。二、過濾除菌流程1. 兩級(jí)冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱除菌流程適用: 潮濕的地區(qū)，其他地區(qū)因地制宜適當(dāng)增減。特點(diǎn)： 比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件； 能充分地分離油水，使空氣達(dá)到低的相對(duì)濕度下進(jìn)入過濾器，提高過濾效率2. 冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程適用：中等含濕地區(qū)，但不適合于空氣含濕量高的地區(qū)。流程：壓縮空氣從貯罐出來后分成兩部分，一部分進(jìn)入冷卻器，冷卻到較低溫度，經(jīng)分離器分離水

26、、油霧后與另一部分未處理過的高溫壓縮空氣混合。特點(diǎn): 省去第二次冷卻后的分離設(shè)備和空氣加熱設(shè)備，流程比較簡(jiǎn)單； 利用壓縮空氣來加熱析水后的空氣； 冷卻水用量少等。3. 高效前置過濾空氣除菌流程適用：對(duì)空氣潔凈度要求嚴(yán)格且高的生產(chǎn)過程。流程：利用壓縮機(jī)的抽吸作用，使空氣先經(jīng)中、高效過濾后再進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，這樣就降低了主過濾器的負(fù)荷。特點(diǎn)：采用了高效率的前置過濾設(shè)備，使空氣經(jīng)過多次過濾，因而所得的空氣無菌程度比較高?！咎羁铡咳⑦^濾介質(zhì)及過濾器的結(jié)構(gòu)A、空氣預(yù)處理目的：（1）提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過濾器的負(fù)荷。（2）去除壓縮后空氣中所帶的油水，以合適的空氣濕度和溫度進(jìn)入空氣過濾器。B、空氣

27、預(yù)處理設(shè)備1. 粗過濾器：布袋過濾、填料式過濾、油浴洗滌和水霧除塵(安裝在空氣壓縮機(jī)前)作用：捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機(jī)受損，同時(shí)也可減輕總過濾器負(fù)荷；（1）袋式除塵器（2）油浴洗滌裝置流程：空氣進(jìn)入裝置后通過油層洗滌，空氣中的微粒被油黏附而逐漸沉降于油箱底部而除去。這種裝置的洗滌除菌效果好，阻力也不很大。填料：一般用油浸鐵絲網(wǎng)、玻璃纖維或其他合成纖維。（3）水霧除塵裝置流程： 空氣從設(shè)備底部進(jìn)口管吸入，經(jīng)裝置上部噴下的水霧洗滌成為為潔凈空氣，帶有水霧的潔凈空氣經(jīng)上部過濾濾網(wǎng)過濾后進(jìn)入壓縮機(jī)， 空氣中的灰塵、微生物顆粒被黏附沉降，從裝置底部排出。洗滌室內(nèi)空氣流速不能太大，否則帶出水霧太多，

28、會(huì)影響壓縮機(jī)，降低排氣量。2. 空氣壓縮機(jī)（離心式、往復(fù)式）3. 空氣貯罐 作用： 消除脈動(dòng)維持罐壓的穩(wěn)定； 使部分液滴在罐內(nèi)沉降； 保溫滅菌。4. 氣液分離器水霧油霧的影響：導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低，給空氣冷卻帶來困難。如果油霧的冷卻分離不干凈，帶入過濾器會(huì)堵塞過濾 介質(zhì)的纖維空隙，增大空氣壓力損失。黏附在纖維表面，可能成為微生物微粒穿透濾層的途徑，降低過濾效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)浸潤(rùn)介質(zhì)而破壞過濾效果。（1）旋風(fēng)分離器 工作原理：含塵氣流由切向進(jìn)入筒體，沿內(nèi)壁螺旋式向下旋轉(zhuǎn)，粉塵在離心力的作用下甩向器壁，并在重力作用下落入灰斗。已凈化氣體由中心管排出。適用范圍：除去輸送介質(zhì)氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴。

29、適用于凈化大于1-3微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。效果：離心力越大分離效果越好，其徑向速度與氣流速度的平方成正比，但隨回轉(zhuǎn)半徑增加而減小。（2）填料分離器原理：利用塊狀介質(zhì)、顆粒狀介質(zhì)、網(wǎng)狀介質(zhì)或高分子材料絲網(wǎng)的慣性攔截作用來分離空氣中的水滴或油滴的方法。填料：有焦炭、活性炭、瓷環(huán)、金屬車屑、金屬絲網(wǎng)、塑料絲網(wǎng)等5. 空氣冷卻器（1）立式列管式熱交換器冷卻水（或低溫水、冷鹽水）在管內(nèi)流動(dòng)，空氣在殼內(nèi)流動(dòng)。為增加冷卻水的流速可采用多程換熱器，為增加空氣在殼體內(nèi)的湍動(dòng)，換熱器殼體內(nèi)裝有若干與管束垂直的圓缺型擋板或盤狀擋板。（2）噴淋式熱交換器（3）沉浸式熱交換器C、過濾介質(zhì)與空氣過濾器1.過濾介

30、質(zhì)（1）纖維狀或顆粒狀過濾介質(zhì) 棉花 玻璃纖維 活性炭 燒結(jié)金屬 多孔陶瓷 多孔塑料（2）過濾紙類介質(zhì)（超細(xì)玻璃纖維紙）（3）微孔膜類過濾介質(zhì)（4）非織造布2. 空氣介質(zhì)過濾器（1）纖維狀或顆粒介質(zhì)過濾器 （立式圓筒結(jié)構(gòu)）（2）過濾紙類過濾器（旋風(fēng)式和套管式）（3）金屬燒結(jié)管空氣過濾器（4）微孔膜過濾器問題與思考1. 空氣除菌的方法有哪些？（射線、熱殺菌、靜電吸附、過濾除菌）2. 空氣過濾除菌的機(jī)理？氣流速度與除菌效率之間的關(guān)系，并說明在不同的氣流速度下過濾除菌的主要作用形式？3. 空氣過濾除菌的流程有哪些？各有什么特點(diǎn)？4. 為什么要對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)處理？（降低過濾器負(fù)荷，確保過濾器正常運(yùn)行）5

31、. 什么叫滅菌，滅菌的方法有哪些？為什么要對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌？6. 生物工業(yè)對(duì)空氣有哪些要求？（流量、壓力、濕度、溫度、潔凈度）發(fā)酵類型和設(shè)備第五章 通氣發(fā)酵設(shè)備類型:通風(fēng)式、自吸式、伍式、文式、鼓泡式、塔式、氣升式發(fā)酵罐。一、機(jī)械攪拌式通氣發(fā)酵罐A、發(fā)酵罐的基本條件 適宜的徑高比（高與直徑的比值為1.7-4）； 能承受一定壓力、溫度。由于發(fā)酵罐在消毒及正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，罐內(nèi)有一定壓力（氣壓和液壓）和溫度，因此罐體各部件要有一定的強(qiáng)度，能承受相當(dāng)?shù)膲毫Γ?攪拌通風(fēng)裝置保證氣液充分混合。發(fā)酵用的攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合，保證發(fā)酵必需的溶解氧； 具有足夠的冷卻面積。微生物生長(zhǎng)代謝過程放出大量的熱，為了

32、控制發(fā)酵過程不同階段所需的溫度，應(yīng)裝有足夠的冷卻部件； 死角少，滅菌徹底； 軸封嚴(yán)密，泄漏少。B、 發(fā)酵罐的基本組成【考查畫圖】0l 攪拌系統(tǒng)作用：混合傳質(zhì)。使氣泡與發(fā)酵液充分混合，提高溶氧速率; 使細(xì)胞懸浮分散于發(fā)酵體系中；強(qiáng)化傳熱過程。l 變速裝置作用：利用齒輪等速度轉(zhuǎn)換器將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩以降低速度并降低負(fù)載的慣量、提高輸出扭矩。l 攪拌器分螺旋槳攪拌器和渦輪式攪拌器及新型攪拌器三類。渦輪式攪拌器又分平葉式、彎葉式和箭葉式：a.平葉式，功率消耗大，適用于各種流體，包括粘性流體、非牛頓型流體等；b. 彎葉式功率消耗較小，徑向流動(dòng)較為強(qiáng)烈，在相同的攪拌轉(zhuǎn)速時(shí)，混

33、合效果較好，但剪切效果差，用于混合要求高，溶氧要求低c. 箭葉式功率消耗較大又次之，軸向流動(dòng)較強(qiáng)烈，但在同樣轉(zhuǎn)速下，它造成剪率低，輸出功率低。l 聯(lián)軸作用剛性聯(lián)接各段攪抖軸。類型：鼓形及夾殼形。l 軸承作用為了減少震動(dòng)，中型發(fā)酵罐裝有底軸承，大型發(fā)酵罐裝有中間軸承。l 軸封（運(yùn)動(dòng)部件與靜止部件之間的密封），其作用是防止泄漏和污染雜菌。類型：填料函和端面軸封（機(jī)械軸封）。l 擋板作用：a. 改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動(dòng)，增加溶解氧。b. 防止攪拌過程中漩渦的產(chǎn)生，而導(dǎo)致攪拌器露在料液以上，起不到攪拌作用。全擋板條件：達(dá)到消除液面旋渦的最低條件（46塊）。擋板寬度：（0.1

34、0.12）D，與罐壁距離：擋板寬度的（1/51/8），避免形成死角，防止物料與菌體堆積。l 空氣分布器作用是吹入無菌空氣，使空氣分布均勻。有單管和環(huán)形管兩種。環(huán)形管的環(huán)徑一般為攪拌器直徑的0.8倍。通風(fēng)量較小時(shí)噴口直徑越小，氣泡直徑越小，而氧氣的傳質(zhì)系數(shù)也越大。但是實(shí)際生產(chǎn)通風(fēng)量較大，氣泡直徑與風(fēng)量有關(guān)，與噴口直徑無關(guān)，所以單管的分布裝置的分布效果不低于環(huán)形管，而且環(huán)形管噴口容易被堵塞，所以常用單管。l 消泡器類型：鋸齒形、梳狀式及孔板式。消泡器的長(zhǎng)度約為罐徑的0.65倍。C、設(shè)計(jì)計(jì)算幾何尺寸比例體積熱量計(jì)算發(fā)酵罐數(shù)見嫌氣發(fā)酵（1）/1.7-4（2）公稱體積：罐的圓柱體積和底封頭體積的和。（3

35、）全體積計(jì)算V0=4D2H0+2h+16D4D2H+0.26D3（4）其它主要尺寸間的相互關(guān)系(考試時(shí)給出)發(fā)酵罐裝料容積V的計(jì)算V=V0（裝料系數(shù)） 裝料量一般裝料高度為圓柱部分高度的70，泡沫少時(shí)取90，多時(shí)取60。（5）機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐的熱量傳遞Ø 發(fā)酵過程的熱量計(jì)算總熱量計(jì)算發(fā)酵過程所產(chǎn)生的凈熱量稱為“發(fā)酵熱”，相應(yīng)的通氣發(fā)酵過程總熱量為=生物合成熱（呼吸放熱+發(fā)酵放熱）+機(jī)械攪熱-通氣帶走的水蒸氣氣化潛熱和溫升顯熱，即Qt=Q1+Q2-Q3-Q4= Q1+3600Pg-20% Q1（kJ/h）（Pg為攪拌功率，為功熱轉(zhuǎn)化率）。冷卻水帶出熱量計(jì)算法選擇主發(fā)酵期產(chǎn)生熱量最大時(shí)

36、刻，測(cè)定發(fā)酵冷卻水進(jìn)出口的溫度及冷卻水用量，則最大的發(fā)酵過程放熱為：Qt=Wc(T2-T1)VL kJ/m3h符號(hào)意義依次：冷卻水的流量、比熱容、進(jìn)口溫度、出口溫度，發(fā)酵液體積。Ø 發(fā)酵罐的熱交換裝置 夾套換熱裝置 容積較小的發(fā)酵罐、種子罐。降溫效果差。 豎式蛇管裝置 5 m3以上的發(fā)酵罐，冷卻用水溫度較低的地區(qū)，用水量較少 豎式列管裝置 適用于氣溫較高，水源充足的地區(qū)，用水量較大。D、機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐的通氣與溶氧傳質(zhì)1.溶氧傳質(zhì)氧的溶解過程實(shí)質(zhì)上就是氣體吸收過程。用雙膜理論解釋，即：空氣被分散成細(xì)小的氣泡，盡可能增大氣液兩相的接觸界面和接觸時(shí)間，以促進(jìn)氧的溶解。氣液相間的溶氧傳質(zhì)

37、理論(用雙膜理論表述) 氣泡中的氧通過氣相邊界傳遞到氣液界面上； 氧分子由氣相側(cè)通過擴(kuò)散穿過界面?zhèn)鬟f到液相側(cè)； 氧分子在界面液相側(cè)通過液相滯留層傳遞到液相主體； 在液相主體中進(jìn)行對(duì)流傳遞到生物細(xì)胞表面液膜外面； 通過生物細(xì)胞表面的液相滯留層擴(kuò)散進(jìn)入生物細(xì)胞內(nèi)。2. 機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐的溶氧系數(shù)（kLa）對(duì)通氣發(fā)酵系統(tǒng)的氧溶解過程通常用表示。Ø 影響溶氧系數(shù)的因素： 操作條件，如攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量、溫度； 發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)，如體積、通氣方式、攪拌葉輪機(jī)構(gòu)和尺寸等； 物料的物化性能，如擴(kuò)散系數(shù)、表面張力、密度、黏度、培養(yǎng)基成分及特性等。Ø 增加方法：罐壓 轉(zhuǎn)速 通氣量

38、16; 溶氧系數(shù)的測(cè)定方法亞硫酸鹽氧化法、極譜法、氧的物料衡算法和溶氧電極法等。3. 機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐的通氣量與攪拌功率Pg（1）持氣率 通氣攪拌時(shí)氣液混合物體積-不通氣時(shí)溶液體積不通氣時(shí)溶液體積（2）影響不通氣攪拌的攪拌軸功率 P0的因素：反應(yīng)器直徑、結(jié)構(gòu)，液柱高度、黏度、密度，攪拌器型式、直徑、速度。（3）通氣攪拌功率和通氣量 隨著通氣量的增大，通氣攪拌功率會(huì)下降； 持氣率和氣泡均會(huì)隨著空截面氣速的提高而增大。E、機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐的攪拌與流變特性1. 攪拌葉輪尺寸與類型攪拌葉輪直徑與罐徑之比Di / D=0.300.40。2、 攪拌葉尖線速度與剪應(yīng)力生物細(xì)胞在機(jī)械攪拌的剪切作用下可能會(huì)受到損傷，其損害程度取決于生物細(xì)胞的特性和攪拌力的性質(zhì)、強(qiáng)度及作用時(shí)間等。對(duì)耐剪切力較弱的生物細(xì)胞，攪拌葉尖線速度應(yīng)不大于7.5 m/s。3. 發(fā)酵培養(yǎng)液的流變特性F、發(fā)酵罐的管路配置、滲漏和死角的排除防止染菌的措施：盡量減少管路，從而減少染菌機(jī)會(huì)。但是排氣管一般單獨(dú)設(shè)置較好，否則，一罐染菌，其他罐通過空氣染菌。二、氣升式發(fā)酵罐1. 氣升式發(fā)酵罐原理及類型氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐、氣液雙噴射氣升環(huán)流發(fā)酵罐、設(shè)有多層分布板的塔式氣升發(fā)酵罐已在工業(yè)上應(yīng)用。 2氣升式發(fā)酵罐的特點(diǎn)（1）反應(yīng)溶液分布均勻 氣