第一章--物料的处理与输送设备.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物工程设备,第一章,物料的处理与输送设备,物料的处理与输送设备,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,1.2,固体物料的输送设备,1.3,液体物料的输送设备,1.4,细胞破碎设备,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,1.1.1,固体物料的筛选除杂设备,生物工厂的原料多来源于植物，如植物的块根、块茎、秸秆、种子、果实等。这些原料在收获、贮藏和运输中，会混入其他杂粮、沙石、碎木、杂草、金属等各种杂物，这些杂物若不除去不但会降低原料的出品率，还会过度磨损机器，使机器发生故障，严重影响正常的生产，有些杂物甚至会堵塞管道和阀门使生产瘫痪。因此生产原料在生产前往往要进行预处理。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,1.,筛选设备,粮食原料中，以谷物类最多，筛选是谷物等生物质原料清理除杂最常用的方法。生物加工过程中的筛选操作都由筛选机械来完成，常用的筛选机械是振动筛和圆筒筛。,（,1,）振动筛,生物质原料加工中应用最广的是带有风力除尘的振动筛，多用于清除谷物中小或轻的杂质。振动筛主要由进料装置、筛体、吸风除尘装置和支架等部分组成。如图,1-1,所示：,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-1,振动筛的结构,1,进料斗；,2,吊杆；,3,筛体；,4,筛格；,5,自衡振动器；,6,弹簧限振器；,7,电动机；,8,后吸风道；,9,沉降室；,10,风机；,11,风门；,12,前吸风道,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,筛体是振动筛的主要部件，一般装有三层筛面。筛体内筛面的排列，第一层是接料筛，筛孔最大，筛面较短，采用反面倾斜。筛上物为大杂质（如草杆、泥块等），由大杂收集槽排出，谷物颗粒等穿过筛孔进入第二层筛面。第二层是分级筛，筛孔比谷粒稍大，正向倾斜。筛出稍大于谷粒的中级杂质，由中杂收集槽排出，谷粒穿过筛孔进入第三层筛面。第三层是精选筛，筛孔最小，筛面较长，正向倾斜。谷粒作为筛上物排出，经出口吸风道吸除轻杂质后流出机外。穿过筛孔的小杂质由小杂收集槽排出。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,筛选机生产能力计算公式为：,（,1-1,）,式中,筛面有效宽度，,m,；,筛面物料厚度，,m,；,物料沿筛面运动的平均速度，,m/s,；,物料松散系数；,物料的密度，,kg/m3,。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,（,2,）圆筒筛,圆筒分级筛如图,1-2,所示。圆筒倾斜度,3o,5o,。筛筒直径与长度比为,1,（,4,6,），转速约为,0.7,1.0m/s,。整个筛筒分为几节筒筛，布置不同孔径的筛面，筒筛间用角钢制成的加强圈连接。圆筒用托轮支撑在机架上，圆筒以齿轮传动。需筛分的原料由分设在下部的两个螺旋输送机分别送出，未筛出的一级谷粒从末端卸出。圆筒分级筛的优点是：设备简单，传动方便。缺点是：筛面利用率低，仅为整个筛面的,1/5,。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-2,圆筒分级筛,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,2,磁力除铁器,除铁的目的是将夹杂在谷物中的小铁块、铁钉等金属杂物除去，这些金属杂物若不清除，随谷物进入粉碎机，就会损坏机器。,谷物除铁多采用磁选，让含有金属杂质的谷物以适宜的流速通过磁钢的磁场，磁钢将金属杂质吸留住。磁钢多采用永久磁体，呈马蹄形或条形，磁性持久，不耗费电能，维修方便。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,磁选设备有永磁溜管和永磁滚筒。,（,1,）永磁溜管,永磁溜管是将永久磁钢装在溜管上边的盖板上，一条溜管上一般设置,2,3,个盖板，为防止同极相斥，两磁极间应用薄木片或纸板衬隔。,工作时让薄而均匀的物料从溜管上端流下，磁性物体被磁钢吸住。此种装置结构简单，但除杂效果较差，还必须定时对磁极面进行人工清理。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,（,2,）永磁滚筒,永磁滚筒主要有进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置五部分组成，见图,1-3,。磁芯是由永久磁钢、铁隔板及铝制鼓轮组成的,170o,的半圆芯，固定在中心轴上。滚筒由非导磁材料（磷青铜或不锈钢）制成，外筒表面喷涂无毒耐磨的聚胺酯涂料，以延长滚筒寿命。工作过程中，磁芯固定不动，电动机通过涡轮减速器带动滚筒旋转。机器下部一端设有出料斗，连接出料导管，另一侧安装铁盒，存放分离出的磁性金属杂质。永磁滚筒除杂效率高，特别适合清除颗粒物料中的磁性杂质。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-3,永磁滚筒的结构,1,进料口；,2,观察窗；,3,滚筒；,4,磁芯；,5,隔板；,6,小麦出口；,7,铁杂质收集盒；,8,变速机构；,9,电动机；,10,机壳,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,3.,精选设备,精选机工作的主要原理是按照谷物颗粒长度进行分级。常用的精选机有滚筒精选机和碟片精选机两种，都是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，以带升高度不同而分离。,（,1,）碟片式精选机,碟片式精选机的主要构件是一组同轴圆环状铸铁碟片，在碟片的平面上有许多带状凹孔。碟片在粮堆中运动时，短小的颗粒嵌入袋孔，被带到较高的位置落下，因此只要把收集短粒的斜槽放在适当的位置，即可将短粒分开。如图,1-4,所示。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-4,碟片精选机结构,1,进料口；,2,碟片；,3,轴；,4,轴承；,5,绞龙；,6,大链轮；,7,小链轮；,8,链条；,9,隔板；,10,孔；,11,长粒物料出口；,12,淌板,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,碟片式精选机工作面积大，转速高，产量大，而且可在同一台机器上安装不同袋孔的碟片，同时分离不同品种、规格的物料。但是碟片上的袋孔易磨损，功率消耗大。,（,2,）滚筒式精选机,滚筒式精选机的主要工作构件是一个内表面开有袋孔的旋转圆筒，如图,1-5,所示，当物料进入圆筒，长粒物料在进料的压力和滚筒本身倾斜度的作用下，沿滚筒从另一端流出，短粒物料则嵌入袋孔被带到较高的位置，落入中央收集槽。从而实现分离精选的目的。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-5,滚筒精选机工作示意图,1,筛转圆筒；,2,袋孔；,3,螺旋输送机；,4,中央槽,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,1.1.2,固体物料的粉碎设备,在生物工厂中，常需要对固体生物质原料进行粉碎。粉碎就是把大块固体物料破碎成小物料的操作。固体物料经过粉碎后，颗粒度变小，原料的表面积显著增大，可显著提高下一工序如蒸煮、浸出、水解和发酵等的效果和效率。,固体物料的粉碎按其受力情况可分为挤压、冲击、研磨、剪切和劈裂粉碎。物料在粉碎时，各种粉碎机械所产生的粉碎作用往往不是单纯的一种力，而是几种力的组合。对于特定的粉碎设备，可以是以一种作用力为主。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,固体物料的粉碎，可按粉碎物料和成品的粒度大小分为：,1,粗碎，原料粒度范围,40,1500mm,，,成品粒度约,5,50mm,。,2,中、细碎，原料粒度范围,5,50mm,，,成品粒度约,0.1,0.5mm,。,3,微粉碎，原料粒度范围,5,10mm,，,成品粒度,100,m,。,4,超微粉碎，原料粒度范围,0.5,5mm,，,成品粒度,10,25,m,。,物料粉碎前后的粒度比称为粉碎度或粉碎比，表示粉碎操作中物料粒度的变化。总粉碎度是表示经过几道粉碎步骤后的总结果。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,对于粉碎机，应符合下述基本要求,:,粉碎后的物料颗粒大小均匀；操作自动化；易磨损部件易更换；产生极小的粉尘，以减小污染和保障工人的身体健康；单位产量消耗的能量小。,1.,锤式粉碎机,锤式粉碎机是一种应用广泛的粉碎机械，粉碎作用力主要为冲击力。这种粉碎机对各种中等硬度的物料和脆性物料，粉碎效果较好，用其他粉碎机难以粉碎的物料，如带有一定韧性或软性纤维较长的物料，它也能粉碎。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,（,1,）锤式粉碎机的构造及工作原理,锤式粉碎机（如图,1-6,）内有一固定的水平轴，在轴的转子上，对称于轴的位置装有锤刀。周围是圆筒形外壳，外壳分两部分，上部分为棘板，下部为有孔形的筛板。,物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击被击破，小于筛孔直径的颗粒，通过筛面落入出料口。,锤刀多由耐磨的高碳钢或锰钢制成，常见的形式有矩形、带角矩形和斧形，如图,1-7,所示。原料的粉碎是由于锤刀的冲击作用。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-6,锤式粉碎机,1,转子；,2,锤刀；,3,机壳,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-7,锤刀的形式,1,矩形；,2,带角矩形；,3,斧形,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,（,2,）锤式粉碎机的生产能力,对于圆孔筛，设一个圆筛孔排出的产品体积为,式中,筛孔直径，,m,；,产品粒度，,m,；,排料系数，一般取,0.7,。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,对于方形筛孔，设一个孔排出的产品体积为,式中,筛孔长度，,m,；,筛孔宽度，,m,。,锤刀扫过筛孔时才有产品排出，如果转子上有排锤刀，则转子转动一周，锤刀就扫过次。若转子转速为,(r/min),，筛孔总数为个，则每小时排出的产品量为：,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,2.,辊式粉碎机,辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细碎。常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。,（,1,）两辊式粉碎机,两辊式粉碎机如图,1-8,所示，主要的工作构件为两个直径相同，相向转动的钢辊，辊筒表面形状有表面光滑的、表面有齿的和表面有凸棱或凹槽的。粉碎机工作时，把放在钢辊间的物料夹住拖入两辊之间，物料受到挤压而破碎。两个辊子中，一个固定，一个辊筒轴承座可以前后移动，用以调节两辊筒间距，控制粉碎度。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-8,两辊式粉碎机,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,（,2,）多辊式粉碎机,为了用一台粉碎机达到下一步生产要求的粉碎度，同时提高生产能力，往往使用四辊、五辊、六辊带筛分的辊式粉碎机。如图,1-9,、,1-10,、,1-11,所示。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-9,四辊式粉碎机,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-10,五辊式粉碎机,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-11,六辊式粉碎机,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,（,3,）辊式粉碎机生产能力的计算,辊式粉碎机的理论生产能力可用下式计算：,式中,辊筒直径，,m,；,辊筒转速，,r/min,；,辊筒长度，,m,；,两辊间隙，,m,；,物料的密度，,kg/m3,；,填充系数，与物料的性质及操作均匀度有关，可在生产实践中查得。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,3,、湿式粉碎机,为了避免干法粉碎危害工人的身体健康，在某些产品的生产过程中，采用湿法粉碎操作。所使用的机器称为湿式粉碎机。湿式粉碎机主要包括：输料装置、加料器、粉碎装置和加热器等，粉碎可采用一级或二级粉碎（两台粉碎机串联使用）。,砂磨机是湿法粉碎过程中常用的一种机器。工业上用的砂磨机有盘式砂磨机、双轴立式砂磨机等。图,1-12,是德国,DRISWERKE,公司生产的,PM-DCP,型砂磨机，主要由转子、定子、分离装置、传动装置、液压系统及控制系统组成。,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,图,1-12 PM-DCP,砂磨机,1,磨罐；,2,圆钉；,3,转筒,1.1,固体物料的处理与粉碎设备,4,、超微粉碎,和传统的粉碎技术相比，超微粉碎技术的特点是粉碎后的产品粒度微小，通常认为,1,m,，表面积剧增，这时产品的分散性、吸附性、溶解性、生物活性、化学活性等性质显著改变。目前，超微粉碎技术在化工、矿产、电力等行业已经得到了一定的应用，生物质原料的生产加工由于在技术上有许多特殊要求，使用还很有限。但是超微粉碎技术由于特殊的优势，必将在生物加工中起到越来越重要的作用。,返回,1.2,固体物料的输送设备,1.2.1,机械输送系统及设备,机械输送设备种类繁多，目前用于输送固体原料的主要有：带式输送机、斗式提升机和螺旋输送机。,1,带式输送机,带式输送机是连续输送机中效率最高，使用最普遍的一种机型。它广泛地应用于食品、酿酒等行业。可用来输送散粒物品,(,谷物、麸曲、麦芽等,),和块状物品,(,薯类、酒饼、煤等,),。按结构不同带式输送机可分为固定式、移动式两类。工厂中采用固定式带式输送机的较多。,1.2,固体物料的输送设备,（,1,）带式输送机的,带式输送机的主要构件包括输送带、鼓轮、张紧装置、支架和托辊等，带式输送机结构如图,1-13,所示。,在带式输送机中，输送带既是承载构件，又是牵引构件，主要有橡胶带、钢带等几种，其中多层橡胶带最为普遍。将输送带连成环形，套在两个鼓轮上，卸料端的鼓轮由电动机传动，称主动轮，另一端的鼓轮为从动轮。由于环形带长又重，若只由两端鼓轮支承而中间悬空，则带必然下垂，所以须在带的下面装若干个托辊。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-13,带式输送机,1,输送带；,2,主动轮；,3,从动轮；,4,托辊；,5,加料斗；,6,张紧装置,1.2,固体物料的输送设备,（,2,）输送量的计算,带式输送机的输送能力由下式决定,式中,-,输送量，,t/h,；,-,带上单位长度的负荷，,kg/m,；,-,带的运行速度，,m/s,；,1.2,固体物料的输送设备,2,斗式提升机,斗式提升机是将物料连续地由低处提升到高处的运输机械，其所输送的物料为粉末状、颗粒状和块状。,（,1,）斗式提升机的结构,斗式提升机结构如图,1-14,所示。它主要由传动滚轮、张紧滚轮、环形牵引带或链、斗、机壳和装、卸料装置等几部分组成。,物料放在斗式提升机的斗内。提升机运转时，机带被带动，斗渐渐提升到上部，转过上端的滚轮时物料便落入出料槽内。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-14,斗式提升机,1,主动轮；,2,卸料口；,3,料斗；,4,输料带；,5,从动轮；,6,进料口；,7,外壳；,8,电动机,1.2,固体物料的输送设备,斗式提升机的料斗有深斗和浅斗两种。深斗前方边缘倾斜,65,o,，常用来输送干燥且容易流动的粒状和块状物料；浅斗倾斜,45,o,。常用于输送潮湿和流动性不良的物料。深斗和浅斗的选择取决于物料的性质和装卸的方式。,斗式提升机的装料方法分掏取式和喂入式两种，如图,1-15,所示。掏取式装料是从提升机下部的加料口处，将物料装进底部机壳里，由运动着的料斗掏取，适用于磨损性小的松散物料，料斗的速度较高。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-15,斗式提升机的装料方法,1,掏取式；,2,喂入式,1.2,固体物料的输送设备,（,2,）斗式提升机生产能力计算,斗式提升机的生产能力由下式计算,式中,料斗容积，,m,3,；,料斗间距，,m,；,料斗运行速度，,m/s,；,物料堆积密度，,kg/m,3,；,料斗的充填系数，粉状及细粒干燥物料,=0.75,0.95,，谷物,=0.70,0.90,。,1.2,固体物料的输送设备,3,螺旋输送机,螺旋输送机是由一个旋转的螺旋和料槽以及传动装置构成的，如图,1-16,所示。当轴旋转时，螺旋将物料沿着料槽推动。螺旋由转轴与装在轴上的叶片所构成。根据叶片的形状可分为四种：实体式、带式、成类型和叶片式。在这些螺旋中，实体式是常见的，它构造简单，效率也高，对谷物和松散的物料较为适宜。黏滞性物料宜采用带式，可压缩及易滑动的物料宜用叶片式或成类型。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-16,螺旋输送机示意图,1,皮带轮；,2,螺旋；,3,外壳；,4,轴承；,5,轴,1.2,固体物料的输送设备,（,1,）螺旋输送机的结构,螺旋的轴由圆钢或钢管制成，一般用厚壁钢管。螺旋大都用薄钢板冲压成型，然后互相焊接或铆接，再焊接在轴上。螺旋的转速一般为,50,80r/min,。螺旋的螺距有两种：实体螺旋的螺距等于直径的,O.8,倍，带式螺旋的螺距等于直径。螺旋与料槽之间的间隙，一般较物料直径大,5,15mm,。,料槽多用,3,6mm,厚钢板制成，槽底为半圆形，槽顶有平盖。为了搬运、安装和修理的方便，多用数节连成，每节长约,3m,。各节连接处和料槽边焊有角钢，这样既便于安装又增加刚性。,1.2,固体物料的输送设备,（,2,）螺旋输送机生产能力计算,螺旋输送机的生产能力可由下式近似计算,式中,螺旋的直径，,m,；,螺距，,m,；,螺旋每分钟的转数，,r/min,；,物料的密度，,t/m,3,。；,槽的装满系数，,=0.125,0.4,，,倾斜系数。,1.2,固体物料的输送设备,1.2.2,气流输送系统及设备,气流输送是利用具有一定压力和速度的气流在密闭管道中输送固体物料的一种方法，又称为风力输送。压送式气力输送装置，如图,1-17,所示。,气流输送与机械输送相比优点是：系统密闭，可以避免粉尘和有害气体对环境的污染；在输送过程中，可同时进行对输送物料的加热、冷却、混合、粉碎、干燥和分级除尘等操作。,气流输送的不足之处在于：所需的动力较大，输送物料的颗粒直径在,30mm,以下，对管路和物料的磨损较大。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-17,压送式气力输送流程,1,空气粗滤机；,2,鼓风机；,3,料斗；,4,分离器；,5,除尘器,1.2,固体物料的输送设备,1,气流输送系统的组成设备,（,1,）进料装置,吸嘴,吸送式气力输送装置通常采用吸嘴作为供料器。吸嘴有多种不同类型，主要有单筒型、双筒型、固定型三种。,a,、单筒型吸嘴如图,1-18,，输料管口就是单筒型吸嘴，它可以做成直口、喇叭口、斜口和扁口等多种类型。由于结构简单，应用较多。其缺点是当管口外侧被大量物料堆积封堵时，空气不能进入管道而使操作中断。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-18,半筒型吸嘴的类型,1.2,固体物料的输送设备,b,、双筒型吸嘴如图,1-19,，它由一个与输料管相通的内筒和一个可上下移动的外筒组成。内筒用来吸取物料，其直径与输料管直径相同。外筒与内筒间的环隙是二次空气通道。外筒可上下调节，以获得最佳操作位置。,c,、固定型吸嘴如图,1-20,，物料通过料斗被吸至输料管中，由滑板调节进料量。空气进口应装有铁丝网，防止异物吸入。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-19,双筒喇叭型吸嘴,图,1-20,固定型吸嘴,1,输料管；,2,滑板；,3,料斗；,4,空气进口,1.2,固体物料的输送设备,旋转加料器,旋转加料器广泛应用在中、低压的压送式气力装置中，或在吸送式气力装置中作卸料用。旋转加料器结构如图,1-21,所示，主要由圆柱形的壳体及壳体内的叶轮组成。叶轮由,6,8,片叶片组成，由电动机带动旋转。在低转速时，转速与排料量成正比，当达到最大排料量后，如继续提高转速，排料量反而降低。通常圆周速度在,O.3,0.6m/s,较合适。叶轮与外壳之间的间隙约为,0.2,O.5mm,，间隙愈小，气密性愈好。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-21,旋转加料器,1,外壳；,2,叶片；,3,入料；,4,出料,1.2,固体物料的输送设备,(2),物料分离装置,物料沿输料管被送达目的地后，分离装置,(,分离器,),将物料从气流中分离而卸出。常用的分离器有旋风分离器和重力式分离器。,旋风分离器,旋风分离器是利用离心力来分离捕集粉粒体的装置如图,1-22,所示。气、固两相流经入口管，以切线方向进入圆筒体后，形成下降的空间螺旋线运动，较大粒子借离心惯性力被甩向器壁而分离下沉，经圆锥体，由卸料口排出。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-22,普通旋风分离器,1,入口管；,2,排气管；,3,圆筒体；,4,空间螺旋线；,5,较大粒子；,6,圆锥体；,7,反螺旋线；,8,卸料口,1.2,固体物料的输送设备,重力式分离器,这类分离器又叫沉降器，有各种结构形式，图,1-23,所示是其中的一种。带有悬浮物料的气流进入分离器后，流速大大降低，物料由于自身的重力而沉降，气体则由上部排出。这种分离器对大麦、玉米等能百分之百的分离。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-23,重力分离器,1.2,固体物料的输送设备,(3),空气除尘装置,由于经分离器出来的气流尚含有较多的微细物料和灰尘，为保护环境，回收气流中有经济价值的粉末并防止粉末进入风机使其磨损。,离心式除尘器,离心式除尘器又称旋风分离器如图,1-24,所示。含尘空气沿除尘器外壳的切线方向进入圆筒的上部，并在圆筒部分的环形空间作向下的螺旋运动。,离心式除尘器种类较多，有旁路式离心除尘器如图,1-25,所示，扩散式离心除尘器图,1-26,所示等。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-24,离心式除尘器,1,切向进口；,2,排气口；,3,卸灰口,1.2,固体物料的输送设备,图,1-25,旁路式离心除尘器,1,切向进口；,2,排气管；,3,旁路分离室；,4,卸灰口,1.2,固体物料的输送设备,图,1-26,扩散式离心除尘器,1,圆柱筒体；,2,倒锥筒体；,3,反射屏；,4,集灰斗,1.2,固体物料的输送设备,袋式除尘器,袋式除尘器如图,1-27,所示，含尘气流由进气口进入，穿过滤袋，粉尘留在滤袋内，洁净空气通过滤袋由排气管排出，袋内粉尘借振动器振落到下部排出。,湿式除尘器,湿式除尘器图,1-28,所示是结构较为简单的一种。含尘气体进入除尘器后，经伞形孔板洗涤鼓泡净化，粉尘则留在水中。这种除尘器要定期更换新水，只适用于含尘量较少的气体净化。,1.2,固体物料的输送设备,图,1-27,袋式除尘器,图,1-28,湿式除法,返回,1.3,液体物料的输送设备,在生物加工工业中，由于工艺上的要求，常需要把液体从一个设备通过管道输送到另一个设备中去，这就需要液体输送机械。,1.3.1,泵的分类和特点,在生产中，被输送的液体物理化学性质各异，有的粘稠、有的稀薄、有的有挥发性、有的有腐蚀性。而且在输送过程中，根据工艺要求，各种液体的压头、流量又各不相同。因此生产上往往需要各种不同种类、不同性质的泵。,1.3,液体物料的输送设备,泵按照工作原理的不同可以分为三大类。,1,叶片式泵,叶片式泵又称动力泵，叶片式泵又可分为离心泵、轴流泵和混流泵，他们的叶轮入流方向皆为轴向，所不同的是叶轮出流方向。离心泵中的液流在离心力的作用下，沿与水泵轴线垂直的径向平面流出叶轮；轴流泵中的液流在推力的作用下沿轴向流出叶轮；混流泵的叶轮出流方向介于离心泵和轴流泵之间，液流向斜向流出叶轮。,1.3,液体物料的输送设备,2,容积式泵,容积式泵是通过密闭的充满液体的工作室容积周期性变化，不连续地给液体施加能量，达到输送液体的目的。容积式泵按工作容积变化的方式又可分为往复泵和回转泵。,3,其他类型泵,是指除叶片式泵和容积式泵以外的泵，这些泵的作用原理各异，如：射流泵、水锤泵、气升泵、螺杆泵。这其中除了螺杆泵是利用螺旋推进原理来提高液体的位能外，其他各类泵都是利用工作液体传递能量来输送液体。,1.3,液体物料的输送设备,1.3.2,常用泵及泵的选型,1,离心泵,（,1,）离心泵的工作原理：离心泵在开动前，先用被输送液体灌泵，开动后，叶片间的液体随叶轮一起旋转，产生离心力。液体从叶轮中心被甩向叶轮外围，高速流入泵壳，从排出口流入排出管路，叶轮内的液体被抛出后，叶轮中心处形成一定的真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则淹没在所输送的液体内。在液面大气压与泵内真空度的压差的作用下，液体经吸入管路进入泵内，填补被排出的液体的位置，只要叶轮的转动不停离心泵便不断地吸入和排出液体。,1.3,液体物料的输送设备,（,2,）离心泵的压头：泵传给每千克液体的能量，叫做泵的压头，就是它提升液体的高度、静压头以及在输送过程中克服的管路阻力这三者之和。,（,3,）泵的扬程与流量：泵的两个重要参数是扬程和流量，泵的压头又叫扬程。离心泵在单位时间内送入管路系统的液体量，即为泵的流量。,（,4,）离心泵的特性曲线：离心泵的性能参数泵的压头，泵的流量，泵的效率和泵的轴功率之间的定量关系可以用实验方法测定，其结果一般都用曲线的形式表示出来，称为泵的特性曲线。,1.3,液体物料的输送设备,各种型号的泵各有其特殊性曲线，但存在一定的共同点：流量增大压头下降。功率随流量的增大而上升，所以离心泵应在流量为零时的状态下起动。离心泵在一定转速下有一最高效率点（称为设计点），效率开始随流量增大而上升，达到最大值，以后流量增大效率便降低。,图,1-29,是某一型号离心泵的特性曲线示例，它由以下曲线组成：,a,，曲线，表示压头和流量的关系；,b,，曲线，表示轴功率和流量的关系；,c,，曲线，表示效率和流量的关系。,1.3,液体物料的输送设备,图,1-29 4B-20,型离心泵的特征曲线,1.3,液体物料的输送设备,（,5,）离心泵的吸上高度和汽蚀现象：离心泵上吸液体的动力来自叶轮高速旋转产生的真空。由于一定温度的液体都有一定的饱和蒸汽压，叶轮入口处不可能是绝对真空的，上吸高度也就不可能达到当地大气压相当的液柱高度。把液体从液面压到泵入口的压强最大也只有（为大气压强），上吸最大高度也只有，（为该液体的密度）。,若叶轮入口处的绝对压强比此时液体的饱和蒸汽压低，液体沸腾，生成大量汽泡。发生破坏性很大的汽蚀现象。,1.3,液体物料的输送设备,因此泵的允许吸上高度应从当地大气压强所相当的液体柱高中减去一系列数值才能保证泵的连续运转并避免汽蚀。,式中,离心泵的允许吸上高度，,m,；,大气的绝对压强，,Pa;,操作温度下液体的饱和蒸汽压，,kg/m,2,；,液体的密度，,kg/m,；,为避免汽蚀现象而缩减的吸上高度数值，又称汽蚀余量，,m,；,液体流入吸入管的压头损失，,m,；,-,泵入口处的动压头（,m,），数值较小，常可忽略。,1.3,液体物料的输送设备,（,6,）离心泵的选择,选择离心泵时，可根据所输送液体的性质及操作条件确定所用的类型，再根据所要求的流量与压头确定泵的型号。按流量和压头与所要求相适应的原则，从中可确定泵的型号。,如图,1-30,所示为各种,BA,型离心泵,(,即悬臂式离心泵,),系列特征曲线图，图中的扇型表示该泵的高效率区。根据系统所需的扬程与流量就可以很方便地在图上选到合适的离心泵的型号。,1.3,液体物料的输送设备,图,1-30,各种,BA,型离心泵系列特征曲线,1.3,液体物料的输送设备,2,往复泵,往复泵属容积泵，图,1-31,为往复泵的简图，泵缸内有活塞，以活塞杆与传动机构相连。活塞在缸内往复运动。当活塞自左向右移动时，工作室内的体积增大，形成低压。贮液池内的液体受大气压的作用，被压进吸液管，顶开吸入阀而进入阀室和泵缸。这时排出阀被排出管中的液体压力压住，处于关闭状态。当活塞从右到左移动时，缸内液体受挤压，并将吸入阀关闭，同时工作室内压强增高，排出阀被推开，液体进入排出管而排出。,1.3,液体物料的输送设备,图,1-31,往复泵装置,1,泵体；,2,活塞；,3,活塞杆；,4,吸入阀；,5,排出阀,1.3,液体物料的输送设备,往复泵和离心泵一样，借助液面上的大气压来吸入液体。往复泵内的低压是靠工作室的扩张来造成的，这是与离心泵不同的一点。往复泵与离心泵另一个不同点是，往复泵流量固定，流量与压头之间并无关系，因此没有像离心泵那样的曲线。,往复泵的流量取决于活塞面积，冲程和冲程数。它的压头原则上可以达到任意高度，但由于泵体构造材料的强度有限，泵内的部件有泄漏，往复泵的压头仍然有一定的限度。,1.3,液体物料的输送设备,3,螺杆泵,螺杆泵内有一个或一个以上的螺杆，螺杆在有内螺旋的壳内偏心转动，把液体沿转向推进，挤压到排出口如图,1-32,，螺杆泵除单螺杆双螺杆外，还有三螺杆和五螺杆的。螺杆泵转速大（可达,7000,），螺杆长，因而可达到很高的出口压强。单螺杆泵的壳室内衬有硬橡胶，可以输送带有颗粒的悬浮液。输出压强在,1MPa,以内，三螺旋泵的输出压强可达,10MPa,，五螺旋杆输出压强低，但流量较大。,螺杆泵效率高，无噪音，适用于高压下输送黏稠性液体。,1.3,液体物料的输送设备,图,1-32,螺杆泵,1.3,液体物料的输送设备,4,泵的选择,泵在我国属于定型产品。选泵时首先要了解所输送物料的性质，如输送条件下的相对密度、黏度、蒸汽压腐蚀性及毒性。介质中所含固体颗粒的直径和含量，气体含量的多少，以及操作温度、操作压力和流量（正常、最小和最大）。还要了解泵所在位置情况，环境温度、海拔高度、装置平立面要求、扬程（或压差）等，根据各种泵的特点选择合适的泵型，再选择具体的型号。选择具体型号时，其流量、扬程、吸上高度都应适当增加裕量,10%,20%,。,返回,1.4,细胞破碎设备,1.4.1,细胞壁的组成与结构,细胞的结构根据细胞的种类而异。动物、植物和微生物细胞的结构相差很大，而原核细胞和真核细胞又有所不同。动物细胞没有细胞壁，只有由脂质和蛋白质组成的细胞膜，易于破碎。植物和微生物细胞的细胞膜外还有一层坚固的细胞壁，破碎困难，需用较强的破碎方法。,1.4,细胞破碎设备,1,细菌细胞壁的组成与结构,细菌细胞壁坚韧而略具弹性，包围在细胞的周围，使细胞具有一定的外形和强度。,如图,1-33,所示为细菌的细胞壁结构。其中,1-33,（,a,）为革兰氏阴性菌，,1-33,（,b,）为革兰氏阳性菌。革兰氏阳性菌的细胞壁主要由肽聚糖层组成，而革兰氏阴性菌的细胞壁在肽聚糖层的外侧还有分别由脂蛋白和脂多糖及磷脂构成的两层外壁层。革兰氏阳性菌的细胞壁较厚，约为,15,50nm,，肽聚糖含量占,40%,90%,。革兰氏阴性菌的肽聚糖层约,1.5,2.0nm,，外壁层约,8,10nm,。,1.4,细胞破碎设备,图,1-33,细菌的细胞壁结构,1.4,细胞破碎设备,2,酵母菌细胞壁的组成与结构,酵母的细胞壁由葡聚糖（,30%,34%,）、甘露聚糖（,30%,）、蛋白质（,6%,8%,）和脂类（,8.5%,13.5%,）构成。细胞壁的结构可分为三层，最里层为葡聚糖层，它构成了细胞壁的刚性骨架，使细胞壁具有一定的形状。外层是甘露聚糖层。葡聚糖层与甘露聚糖层之间靠蛋白质交联起来，形成网状结构。酵母菌细胞壁厚约,1.2m,，但不及革兰氏阳性菌细胞壁坚韧。幼龄酵母菌的细胞壁较薄，有弹性，以后逐渐变厚、变硬。,1.4,细胞破碎设备,3,霉菌细胞壁的组成与结构,霉菌细胞壁厚度为,100,250nm,，主要由多糖组成（,80%,90%,），其次含有较少的蛋白质和脂类。大多数霉菌的细胞壁是由几丁质构成，其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高。,总之，细胞壁的组成以及它们之间相互关联程度决定着细胞壁的形状和强度，也是决定细胞破碎难易的主要因素。,1.4,细胞破碎设备,1.4.2,常用破碎方法与设备,细胞破碎（即破坏细胞壁和细胞膜）使胞内产物获得最大程度的释放。由前面可知，通常细胞壁较坚韧，而细胞膜强度较差，易受渗透压冲击而破碎，因此破碎的阻力主要来源于细胞壁。各种微生物的细胞壁的结构和组成不完全相同，主要取决于遗传和环境因素，因此，细胞破碎的难易程度不同。另外，不同的生化物质，其稳定性亦存在很大差异，在破碎过程中应防止其变性或被细胞内存在的酶分解，所以选择适宜的破碎方法十分重要。,1.4,细胞破碎设备,细胞破碎的方法很多，按是否使用外加作用力可分为机械法、化学和生物化学渗透法、物理渗透法等。机械法有珠磨法、高压匀浆法、超声破碎法、,X-press,法等。化学和生物化学渗透法有化学试剂处理和酶溶两种方法，破碎速率比机械法低，效率差，并且化学或生化试剂的添加形成新的污染，给进一步的分离纯化带来麻烦。物理渗透法有渗透压法、冻结融化法和干燥法等。常用细胞破碎方法见表,1-1,。,1.4,细胞破碎设备,表,1-1,常用细胞破碎方法分类,分 类,原 理,特 点,机械法,珠磨法,细胞被玻璃珠或铁珠捣碎,破碎率较高，可较大规模操作，大分子目的产物易失活，浆液分离困难,高压匀浆法,细胞被搅拌器劈碎,破碎率较高，可较大规模操作，但不适合丝状菌和革兰氏阴性菌,超声破碎法,用超声波的空穴作用使细胞破碎,破碎过程升温剧烈，不适合大规模操作，对酵母菌效果较差。,研磨法,细胞被研磨物磨碎,生,化,法,碱处理法,碱的皂化作用使细胞壁溶解,调节,PH,值，提高目标产物的溶解度,酶溶法,利用酶的分解作用,具有高度专一性，条件温和，浆液易分离，溶酶价格高，通用性差,化学渗透法,改变细胞膜的渗透性,具一定选择性，浆液易分离，但释放率较低，通用性差,物,理,法,渗透压法,渗透压的剧烈改变,破碎率较低，常与其它方法结合使用,冻结融化法,反复冻结融化,破碎率较低，不适合对冷冻敏感的产物,干燥法,改变细胞膜的渗透性,条件变化剧烈，易引起大分子物质失活,1.4,细胞破碎设备,机械法因高效、价廉、简单等特点而被广泛用于工业中，但敏感性物质失活的问题、碎片去除以及杂蛋白太多等问题仍有待解决；物理和化学渗透法处理条件温和，有利于目标产物的高活力释放回收，但破碎效率较低，产物释放速度低、处理时间长，不适用于大规模细胞破碎的需要。超声波破碎法的有效能量利用率极低，操作过程产生大量的热，因此操作需在冰水或有外部冷却的容器中进行，对冷却的要求相当苛刻，所以不易放大，主要用于实验室规模的细胞破碎。,1.4,细胞破碎设备,1,珠磨法,珠磨法是一种有效的细胞破碎法，珠磨机是该法使用的设备，其结构如图,1-34,示。进入珠磨机的细胞悬浮液在搅拌桨的作用下与微球充分混合，高速转动，微球与微球之间以及微球与细胞之间互相剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。在珠液分离器的协助下，玻璃珠等微球留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。破碎中产生的热量一般采用夹套冷却的方法带走。,1.4,细胞破碎设备,图,1-34,珠磨机结构简图（,DynoMil,）,1.4,细胞破碎设备,珠磨法细胞破碎可采用间歇或连续操作，设备的种类也很多，如,WAB,公司的,Dyno-millKD45C,型最大搅拌速度为,1450r/min,，破碎室体积为,45,m,。,珠磨法的细胞破碎效率随细胞种类而异，但均随搅拌速度和悬浮液停留时间的增大而增大。特别重要的是，对于特定的细胞，存在适宜的微粒粒径，使细胞的破碎率最高。另外，悬浮液中细菌细胞浓度在,6,12,、酵母菌细胞浓度在,14,18,时破碎效果最理想。,1.4,细胞破碎设备,2,高压匀浆法,高压匀浆法所用的设备是高压匀浆器，它由高压泵和匀浆阀两部分组成，结构如图,1-35,所示。工作原理是：利用高压使细胞悬浮液经阀座与阀杆之间的小环隙中喷出，速度可达几百米每秒。这种高速喷出的浆液又射到静止的碰撞环上，被迫改变方向从出口管流出。细胞在这一系列过程中经历了高流速下的剪切、碰撞以及由高压到常压的变化，使细胞产生较大的形变，导致细胞壁的破坏。,1.4,细胞破碎设备,图,1-35,高压匀浆阀结构简图,1,细胞悬浮液；,2,加工后的细,胞匀浆液；,3,阀座；,4,碰撞环；,5,阀杆,1.4,细胞破碎设备,细胞悬浮液经过一次高压匀浆后，常常只有一部分细胞破碎，不能达到,100%,的破碎率。要想达到要求，需要在收集完破碎液后进行第二次、第三次或更多次破碎，也可以将细胞匀浆进行循环破碎。,高压匀浆法与珠磨法相比，其特点是：操作参数少，易于确定，适合于大规模操作；需要配备专门的换热器进行级间冷却，而且细胞悬浮液需经,2,4,次循环处理；不适于易造成堵塞的团状或丝状真菌、以及含有包含体的基因工程菌，因为包含体质地坚硬，易于损伤匀浆阀。,