生物工程设备重点知识.doc

筛选法清理机的工作原理：被清理物料由进料斗1进入，通过控料闸依次到达三级振动筛的三层筛面上。三层筛面倾斜安装在一个整体筛架上，由振动机构带动作往复振动。当物料到达第一层筛面，由于筛孔较大，物料及粗杂通过筛孔落到第二层筛面上，第一层筛面上为大杂。物料到达第二层筛面并通过筛孔，把粗杂清理出来。物料到达第三层筛面，由于第三层筛孔小，细杂通过筛孔被分离出来。
筛面组合：筛余物法、筛过物法、混合法
摆动筛平衡方式：平衡重块平衡（在偏心装置上加设平衡重物）、对称平衡法（双筛体）
滚筒分级筛工作原理是：物料通过料斗流入到滚筒时，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级。
粗粉碎：原料粒度在40－1500mm范围内，成品颗粒粒度约5－50mm；
中粉碎：原料粒度5－50mm，成品粒度0.1－5mm；
微粉碎：（细粉碎） 原料粒度2－5mm，成品粒度0.1mm左右；
超微粉碎：（超细粉碎） 原料粒度更小，成品粒度在10－25μm以下。
粉碎的种类与形式压碎：劈碎、折断、磨碎、冲击破碎。挤压力、冲击力和剪切力（摩擦力）
离心泵的工作原理：启动前，先将泵壳内灌满被输送的液体。启动，泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。于是液体以较高的压力，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。
当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定的真空，外面的大气压力迫使液体经底阀吸入管进入泵内，填补了液体排出后的空间。这样，只要叶轮旋转不停，液体就源源不断地被吸入与排出。
离心泵的主要部件①叶轮：开式叶轮、半闭式叶轮、闭式叶轮② 泵壳
螺旋杆工作过程：单螺杆泵的工作原理是偏心单头螺旋的转子（螺杆）在双头螺旋的定子孔（螺腔）内绕定子轴线作行星回转时，转子－定子运动付之间形成的密闭腔就连续的、匀速的、容积不变的将介质从吸入端输送到压出端。
齿轮泵工作原理：外啮合齿轮泵工作原理如图所示。在泵体中装有一对回转齿轮，一个主动，一个被动，依靠两齿轮的相互啮合，把泵内的整个工作腔分两个独立的部分。A为吸入腔，B为排出腔。泵运转时主动齿轮带动被动齿旋转，当齿轮从啮合到脱开时在吸入侧（A）就形成局部真空，液体被吸入。被吸入的液体充满齿轮的各个齿合而带到排出侧（B），齿轮进入啮合时液体被挤出，形成高压液体并经泵的排出口排出泵外。
输送带有：橡胶带；钢带和钢丝网带
张紧装置有重锤式、螺旋式和压力弹簧式
斗式提升机的装料方式分为挖取式和撒入式，卸料时，可以采用离心抛出、靠重力下落和离心与重力同时作用
气力输送的类型⑴吸送式气力输送⑵压送式气力输送⑶混合式气力输送
旋转式供料器它主要由壳体及叶轮组成壳体两端用端盖密封，壳体上部与加料斗相连，下部与输料管相通。当叶轮由电机和减速传动机带动在壳体内旋转时，物料从加料斗进入旋转叶轮的格室中，然后从下部流进输料管。叶轮的不断转动，即可完成取料与卸料工作。
离心式分离器:离心式分离器结构如图所示。它是由切向进风口、内筒、外筒和锥筒体几部分组成。气料流由切向进风口进入筒体上部，一面作螺旋形旋转运动，一面下降。由于到达圆锥部后，旋转半径减小，旋转速度逐渐增加，气流中的粒子受到更大的离心力，便从气流中分离出来甩到筒壁上，然后由于重力及气流的带动落入底部卸料口排出。气流（其中尚含有少量粉尘）到达锥体下端附近开始转而向上，在中心部作螺旋上升运动，从分离器中内筒排出。
糊糖化的目的：原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，即破坏原料中的淀粉颗粒的外皮，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便酶的作用，使淀粉变成可发酵性糖。这个过程叫糊化，采用的方法是用蒸汽加热蒸煮。蒸煮的第二个目的是借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。

啤酒厂糖化设备的组合方式：四器组合六器组合两器组合
连消塔加热的连续灭菌流程：如图示，待灭菌的料液由连消泵送至连消塔底端，料液在此被加热蒸汽立即加热到灭菌温度110℃－130℃，后由顶部流出，进入维持罐维持8－25min，然后经喷淋冷却器冷却到生产要求的温度。
喷射加热连续灭菌流程：培养液在指定的灭菌温度下停留的时间由维持段管子长度来保证，灭过菌的培养基通过一膨胀阀进入真空冷却器而急速冷却。
发酵对无菌空气的要求是：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油等几项指标。
在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有1次染菌，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。
空气除菌方法有介质过滤、辐射、化学药品、加热、静电吸附
热杀菌：热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌方法。如细菌孢子虽然耐热能力很强，但是悬浮在空气中的细菌孢子在218℃保温24s就被杀死。可是如果采用蒸汽或电来加热大量的空气，以达到杀菌的目的，则需要消耗大量的能源和增设许多换热设备，这在工业生产上是很不经济的。
静电除菌：静电除尘是利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘目的。悬浮空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会被电离变成带电微粒，但对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于气流对微粒的拖带力或微粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。

惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸引
惯性冲击滞留作用机理当微生物微粒随气流以一定速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻改变运动方向，绕过纤维前进。而微粒由于它的运动惯性较大，未能及时改变运动方向，直冲到纤维表面，由于摩擦黏附，微粒就滞留在纤维的表面上，这称为惯性冲击滞留作用。
拦截滞留作用机理当微生物微粒随低速气流慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流受纤维阻碍而改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞留区，滞留区的气流速度更慢，进入到滞留区的微生物微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附滞留，称为拦截滞留作用。
布朗扩散作用机理：布朗扩散的运动距离很短。布朗扩散除菌作用在较大的气流或较大的纤维间隙中不起作用，但在很小的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大的增加了微粒与纤维的接触滞留机会。

空气除菌流程⑴空气压缩冷却过滤流程如图示，它由压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤器组成。适应于气候寒冷、相对湿度较低的地方。由于空气温度低，经压缩后空气的温度升高不会很多，特别是空气的相对湿度较低时，空气经压缩冷却到培养要求的温度（35℃），能够保证过滤设备的除菌效率，满足微生物培养对无菌空气的要求。⑵两级冷却、分离、加热的空气除菌流程：如图示，它可以适应各种气候条件，能成充分地分离空气中含有的水分，使空气在低的相对湿度下进入过滤器，提高过滤除菌效率。特点是：2次冷却、2次分离、适当加热。2次冷却、2次分离油水的优点是可节约冷却用水，油和水雾分离除去比较完全，保证干过滤。经第一级冷却后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒，且雾粒浓度大，适合用旋风分离器分离。第二级冷却器使空气进一步冷却后析出较小的雾粒，宜采用丝网分离器，这类分离器可分离直径较小的雾粒，而且效果较高。经2次分离后，空气中的雾沫就较小，两级冷却可以减少油膜污染对传热的影响。 ⑶前置高效过滤空气除菌流程：如图示，它的特点是无菌程度高。该流程使空气先中、高效过滤后，进入空气压缩机。前置高效过滤器后，空气的无菌程度已达99.99％，在经冷却、分离和主过滤器后，空气的无菌程度就更高，以保证发酵安全。高效前置过滤器采用泡沫塑料（静电除菌）和超细纤维纸串联使用作过滤介质。
一、酒精发酵罐
1.酵母将糖转化为酒精获得高转化率的条件
(1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件
(2)一定的生化反应时间
(3)及时移走在生化反应过程中将释放的生物热
2.酒精发酵罐的结构要求
(1)满足工艺要求，有利于发酵的排出
(2)从结构上有利于发酵液的排出
(3)有利于设备清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。
3.酒精发酵罐的结构
酒精发酵罐筒体结构为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。
在酒精发酸过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。
罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。
罐底装有排料口和排污口。
罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵耀，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。
4.发酵的冷却装置
对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却。
对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置。
为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。
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。

圆筒体锥底发酵罐 罐内的对流与热交换：发酵罐中发酵液的对流主要依靠其中CO2的作用。在整个锥形罐的发酵液中形成一个CO2含量的梯度。比重较小的发酵液具有上浮的提升力。而且在发酵时上升的二氧化碳气泡对周围的液体具有一种拖曳力，由于拖曳力和提升力结合后所造成的气体搅拌作用，使罐的内容物得到循环，促进了发酵液的混合相热交换。
冷却操作时啤酒温度的变化也会引起罐的内容物的对流循环。

朝日罐特点：（1）利用离心机回收酵母。（2）利用薄板换热器控制发酵温度。（3）利用循环泵把发酵液抽出又送回去。

CIP清洗(1)预冲洗（2）进行碱预洗 (3)中间冲洗（4）清水的喷冲(5)进行碱喷冲(6)用清水冲洗（7）酸性水冲洗

通风发酵设备三大类型： 机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐
发酵罐的结构：罐体、搅拌器、轴封、联轴器、中间轴承、空气吹泡管（或空气喷射器）、挡板、冷却装置、消泡器、人孔以及视镜等。
涡轮式搅拌器的叶片有平叶式、弯叶式、箭叶式三种，其作用主要是打碎气泡，加速和提高溶氧。
挡板的作用是防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。
消泡方法：一是加入化学消泡剂，如月桂基磺酸钠等；二是使用机械消泡装置。常用消泡器有锯齿式、梳式、孔板式、旋桨梳式
带升式发酵罐工作机理：是在罐外装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的下部装设空气喷嘴，空气以250－300m/s的高速度喷入上升管，使空气分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液比重较小，加上压缩空气的动能，使液体上升，罐内液体下降进入上升管，形成反复的循环，如下图所示。有内循环及外循环两种。
溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液体由于自重通过溢流管向发酵罐跌落，形成抛射流，由于液体表面层作用，使靠近流体表面的无菌空气气体边界层具有一定的速率，从而形成气体的流动和自吸作用，并被高速流动的液体打碎、分散,与液体均匀混合，使氧溶解在发酵液中的，这是溶氧阶段。发酵液进入发酵罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化碳和其它气体不断地从发酵液中分离并排出，发酵液的比重变大向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入循环管，开始下一个循环。达到溶氧、提高氧气利用率之目的。
过滤原理1.阻力截留作用2.重力沉降作用3.吸附作用
加压叶滤机：（1）垂直滤槽，垂直滤叶型；（2）垂直滤槽，水平滤叶型；（3）水平滤槽，垂直滤叶型；（4）水平滤槽，水平滤叶型。
分离因数是用来表示离心机分离性能的主要指标，其定义是物料所受的离心力与重力之比值，也等于离心加速度与重力加速度之比值。即 f ＝ Rω2/g ＝Rn2 /900
式中 f ：分离因数，R：转鼓半径；ω：转鼓回转角速度；g：重力加速度
多效真空浓缩设备操作流程1.顺流法2.逆流法3.平流法4.混流法

升膜式浓缩设备的工作原理 该设备工作时，料液自加热器的底部进入加热管，其在加热管内的液位仅占全部管长的1/5－1/4，加热蒸汽在管外对料液进行加热沸腾，并迅速汽化，产生大量二次蒸汽，在管内高速（100m/s－160m/s）上升，将料液挤向管壁。二次蒸汽的数量沿加热管长度方向由下而上逐渐增多，从而使料液不断地形成薄膜。在二次蒸汽的诱导及分离器高真空的吸力下，被浓缩的料液及二次蒸汽以较高的速度沿切线方向进入分离器。
在分离器的离心力作用下，料液沿其周壁高速旋转，并均匀地分布于周壁及锥底上，使料液表面积增加，加速了水分的进一步汽化；二次蒸汽及其夹带的料液液滴，经雾沫分离器进一步分离后，二次蒸汽导入水力喷射器冷凝，分离得到的浓缩液则由于重力及位差作用，沿循环管下降，回入加热器底部，与新进入的料液自行混匀后，一并进入加热管内，再次受热蒸发，如此反复。经数分钟后，料液被浓缩后的浓度即可达到要求，此时，一部分达到浓缩浓度的浓缩液在循环管处由出料泵连续不断地抽出，另一部分未达到浓缩浓度的浓缩液则仍回入加热器底部继续与新进入的料液混合，再度加热蒸发。
降膜式浓缩设备的工作原理该设备工作时，料液自加热器的顶部进入，在降膜分配器的作用下，均匀地进入加热管中，液膜受生成的二次蒸汽的快速流动的诱导以及本身的重力作用下，沿管内壁成液膜状向下流动，由于向下加速，克服加速压头比升膜式小，沸点升高也小，加热蒸汽与料液温差大，所以传热效果较好。已浓缩的料液沉降于器身底部，其中一部分由出料泵抽出，另一部分由泵送至器身顶部重新加热蒸发，随二次蒸汽一起进入分离器的那部分物料经分离后，仍由泵送回至器身顶部，重新蒸发。一部分二次蒸汽经热泵压缩、升温后作为热源，其余部分则导入置于设备器身周围的冷凝器。