現(xiàn)代酶工程 生物質原料處理過程與設備

1、第一節(jié)第一節(jié) 生物質原料篩選與分級生物質原料篩選與分級 生物加工原料在很多情況下往往會混入沙土、石子生物加工原料在很多情況下往往會混入沙土、石子甚至金屬等雜物。進行生產(chǎn)前，必須先將原料中混雜的甚至金屬等雜物。進行生產(chǎn)前，必須先將原料中混雜的雜物除去。所以在生產(chǎn)前，原料的除雜、篩選與分級處雜物除去。所以在生產(chǎn)前，原料的除雜、篩選與分級處理是十分必要的。理是十分必要的。 一、篩選與分級設備一、篩選與分級設備二、篩選設備二、篩選設備一、篩選與分級設備一、篩選與分級設備（一）磁力除鐵器（一）磁力除鐵器（二）精選機（二）精選機 目的是將夾雜在原料中的小鐵塊、螺絲等金屬雜物除去，磁選設備分永目的是將夾雜在

2、原料中的小鐵塊、螺絲等金屬雜物除去，磁選設備分永磁溜管和永磁滾筒。磁溜管和永磁滾筒。 AAA - A圖1-1 永磁溜管68910712345圖1-2 永磁滾筒的結構進料斗 2-觀察窗 3-滾筒 4-磁芯 5-隔板 6-小麥出口 7-鐵雜質收集盒 8-變速機構 9-電動機 10-機殼 顆粒狀的生物質原料（如大麥、小麥）等必須進行精選和分級，其主要原顆粒狀的生物質原料（如大麥、小麥）等必須進行精選和分級，其主要原理是按顆粒長度進行分級，以除去不必要的雜粒，有滾筒精選機和碟片精選理是按顆粒長度進行分級，以除去不必要的雜粒，有滾筒精選機和碟片精選機兩種機兩種 。1234短粒長粒圖1-6 滾筒精選機工作

3、示意圖51234 圖1-4 碟片的工作情況1-碟片 2-葉片 3-短粒出口 4-盛物槽312456712111098 圖1-5 碟片精選機結構 1-進料口 2-碟片 3-軸 4-軸承 5-絞龍 6-大鏈輪 7-小鏈輪 8-鏈條 9-隔板 10-孔 11-長粒物料出口 12-淌板二、篩選設備二、篩選設備為保證生產(chǎn)質量，生產(chǎn)過程又往往將粒度不同的物料加以分級，這也為保證生產(chǎn)質量，生產(chǎn)過程又往往將粒度不同的物料加以分級，這也要用篩子來完成，發(fā)酵工廠中常用的是振動篩和轉筒篩。要用篩子來完成，發(fā)酵工廠中常用的是振動篩和轉筒篩。 小麥小雜質小麥進口123456789101112 圖1-7 振動篩的結構1-

4、進料斗 2-吊桿 3-篩體 4-篩格 5-自衡振動器 6-彈簧限振器 7-電動機 8-后吸風道 9-沉降室 10-風機 11-風門 12-前吸風道進料飼料大麥級大麥級大麥圖1-8 圓筒分級篩第二節(jié)第二節(jié) 生物質原料的粉碎生物質原料的粉碎 在以固體生物質為原料的生物反應生產(chǎn)過程中，對原在以固體生物質為原料的生物反應生產(chǎn)過程中，對原料粉碎的效果好壞，不僅直接反映出粉碎操作的合理性和料粉碎的效果好壞，不僅直接反映出粉碎操作的合理性和經(jīng)濟性，而且會間接影響到下一工序如蒸煮、浸出、水解經(jīng)濟性，而且會間接影響到下一工序如蒸煮、浸出、水解（酸解和酶解）和發(fā)酵等的效果和效率。（酸解和酶解）和發(fā)酵等的效果和效率

5、。（一）錘式粉碎機（一）錘式粉碎機（二）輥式粉碎機（二）輥式粉碎機（三）濕式粉碎機（三）濕式粉碎機（四）球磨機（四）球磨機（五）切片機（五）切片機（六）超細粉碎機（六）超細粉碎機（七）納米粉碎機（七）納米粉碎機（一）錘式粉碎機（一）錘式粉碎機 錘式粉碎機最大特點是具有很高的破碎比（達錘式粉碎機最大特點是具有很高的破碎比（達1050）這是其他粉）這是其他粉碎機不能比擬的。此外單位產(chǎn)量能耗低、構造簡單、結構緊湊、生產(chǎn)能碎機不能比擬的。此外單位產(chǎn)量能耗低、構造簡單、結構緊湊、生產(chǎn)能力高等都是錘式粉碎機的優(yōu)點。力高等都是錘式粉碎機的優(yōu)點。 12345 圖1-9 錘碎機的一般形式軸 2-轉鼓 3-錘刀

6、4-柵欄 5-抽風機（二）輥式粉碎機（二）輥式粉碎機 輥式粉碎機廣泛用于破碎粘性和濕物料塊。啤酒廠粉碎麥芽和大米輥式粉碎機廣泛用于破碎粘性和濕物料塊。啤酒廠粉碎麥芽和大米都是用輥式粉碎機，常用的有兩輥式、四輥式、無輥式和六輥式等。都是用輥式粉碎機，常用的有兩輥式、四輥式、無輥式和六輥式等。（a）（b）圖1-12 兩輥粉碎機簡圖皮殼細粉細粉物料輥筒篩圖1-14 四輥式粉碎機圖1-15 五輥式粉碎機細粉細粒皮殼細粉物料 圖 1-16 六輥式粉碎機細粉皮殼細粒細粉物料（三）濕式粉碎機（三）濕式粉碎機 生物加工工廠中，粉碎原料時，往往會逸出較多的粉塵，影響環(huán)境。生物加工工廠中，粉碎原料時，往往會逸出較

7、多的粉塵，影響環(huán)境。這是干法粉碎的一個不足之處。為了避免這一缺點，在某些產(chǎn)品的生產(chǎn)過這是干法粉碎的一個不足之處。為了避免這一缺點，在某些產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，采用濕式粉碎操作，其所用到的粉碎機稱為濕式粉碎機。濕式粉碎程中，采用濕式粉碎操作，其所用到的粉碎機稱為濕式粉碎機。濕式粉碎設備主要包括：輸料裝置、加料器、粉碎機和加熱器等幾部分。設備主要包括：輸料裝置、加料器、粉碎機和加熱器等幾部分。 1水進口水出口23出料進料 圖1-17 PM-DCP磨1-磨罐2-圓釘3-轉筒（四）球磨機（四）球磨機 球磨機是目前工業(yè)上廣泛應用的粉磨機械。合理的選擇粉磨設備和工球磨機是目前工業(yè)上廣泛應用的粉磨機械。合理的選

8、擇粉磨設備和工藝流程非常重要，因為粉磨設備的動力消耗和投資占有很大的經(jīng)濟比重。藝流程非常重要，因為粉磨設備的動力消耗和投資占有很大的經(jīng)濟比重。12341給料排料圖1-18 球磨機及其粉磨原理示意圖 1-筒體 2-端蓋 3-軸承 4-齒圈（五）切片機（五）切片機 對生物質原料的粉碎處理，根據(jù)加工工藝的不同，對粉碎后的原料形對生物質原料的粉碎處理，根據(jù)加工工藝的不同，對粉碎后的原料形狀有不同的要求，有的要求是粉狀的，有的要求是塊狀或片狀的。要求塊狀有不同的要求，有的要求是粉狀的，有的要求是塊狀或片狀的。要求塊狀或片狀的粉碎，這時要求用到切片機。狀或片狀的粉碎，這時要求用到切片機。123456 圖1

9、-19 切片機結構示意圖1-步進電機 2-傳動機構 3-夾具 4-藥材 5-刀架 6-電機12345 678910111213 圖1-21 離心式切片機結構示意圖1-接料斗 2-主軸 3-轉盤 4-導向刀管 5-調節(jié)螺栓 6-切刀 7-定位圓環(huán) 8-厚度調節(jié)機構 9-制動離合器 10-操縱桿 11-傳動機構 12-電機13-機架（六）超細粉碎機（六）超細粉碎機 生物材料的超細粉碎除了使產(chǎn)品的粒度微細化外，還需保持產(chǎn)品的有生物材料的超細粉碎除了使產(chǎn)品的粒度微細化外，還需保持產(chǎn)品的有效成分及營養(yǎng)物質不受氧化和損壞，不引入污染雜質，盡可能保持和改善效成分及營養(yǎng)物質不受氧化和損壞，不引入污染雜質，盡可

10、能保持和改善產(chǎn)品的生化特性和風味等；另外，生物材料一般多含水分、纖維素、糖分、產(chǎn)品的生化特性和風味等；另外，生物材料一般多含水分、纖維素、糖分、蛋白質及其它生物活性物質，使得加工過程中粘度大、韌性強、抗熱性差，蛋白質及其它生物活性物質，使得加工過程中粘度大、韌性強、抗熱性差，因而使物料的粉碎和分級較為困難。因而使物料的粉碎和分級較為困難。圖1-22 ACM 型機械沖擊磨結構示意圖（七）納米粉碎機（七）納米粉碎機 納米粒子一般是指顆粒尺寸在納米粒子一般是指顆粒尺寸在1nm到到100nm之間具有量子尺寸效應、小之間具有量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應的超細粒子，該粒子具有的比表

11、面尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應的超細粒子，該粒子具有的比表面積、表面原子數(shù)、表面能和表面張力很大，且隨粒徑的下降急劇增加，因而積、表面原子數(shù)、表面能和表面張力很大，且隨粒徑的下降急劇增加，因而展現(xiàn)出許多特有的性質。展現(xiàn)出許多特有的性質。 沖擊波金屬容器炸藥粉體減壓器吸塵器營值圖1-23 沖擊粉碎工藝設計示意圖1342222 圖1-24 多層次分級納米球磨流程圖1-驅動裝置 2-粉碎裝置 3-為收集裝置 4-為進料裝置第三節(jié)第三節(jié) 生物質原料固體間的混合生物質原料固體間的混合 在生物加工的過程中，固體間的混合也是操作單在生物加工的過程中，固體間的混合也是操作單元之一。固體間的混合與氣體間

12、的混合有很大的差別。元之一。固體間的混合與氣體間的混合有很大的差別。氣體通過分子擴散，互相摻合，最終自動達到均勻混氣體通過分子擴散，互相摻合，最終自動達到均勻混合。而固體間混合需要外加機械作用才能進行。因固合。而固體間混合需要外加機械作用才能進行。因固體粒子形狀、粒徑、密度等各不相同，各成分在混合體粒子形狀、粒徑、密度等各不相同，各成分在混合的同時伴隨著分離現(xiàn)象，所以固體間的混合不能達到的同時伴隨著分離現(xiàn)象，所以固體間的混合不能達到完全的均勻，只能達到總體的均勻而不能達到局部的完全的均勻，只能達到總體的均勻而不能達到局部的均勻性。均勻性。（一）固體混合的機理（一）固體混合的機理（二）混合設備（二）混合設備（一）固體混合的機理（一）固體混合的機理 固體粒子在混合器內(nèi)混合時，會發(fā)生對流、剪切、固體粒子在混合器內(nèi)混合時，會發(fā)生對流、剪切、擴散等三種不同運動形式，形成三種不同的混合：擴散等三種不同運動形式，形成三種不同的混合：對流混合對流混合2剪切混合剪切混合3擴散混合擴散混合（二）混合設備（二）混合設備 混合設備有兩種，一種是不能轉動的固定型混合機；一種是可以混合設備有兩種，一種是不能轉動的固定型混合機；一種是可以轉動的回旋型混合機。轉動的回旋型混合機。1回旋型混合機回旋型混合機雙錐型立方體型V型傾斜圓筒型水平圓筒型圖1-26 回轉型混合機的