第一章物料的预处理及输送

请设计一款适合（红曲、芽孢杆菌）高活性培养的固体发酵系统：关键词：温度、换热（外换热介质、搅拌系统）、快速冷却、输送请设计一套果酒（苹果酒、葡萄酒）发酵系统：关键词：酵母扩增、密闭发酵、去渣、澄清请设计一套黄酒发酵系统关键词：酒曲培养、前固后液发酵、澄清体系、灭菌请设计一套高密度杏鲍菇液体深层培养体系：关键词：补料、排污、？？自选题目：动物、植物细胞培养体系：验收要求：团队合作(团队如何分工作为硬性指标)答辩形式（PPT阐述、现成答疑）得有市场可行性报告、设备投入估算及成本分析此项计入期末成绩30%。授予一等：1组（30分）二等：2组（25分）优胜奖：3组（20分）第一章物料预处理及输送设备第一节筛选机与粉碎机工厂购回的原料中常常混有铁屑、石块、稻草等杂质。需要有特定的除杂设备除掉它们，否则将会损坏后续的生产设备。常用的除杂设备有：磁铁分离器、除石机、筛选机。一磁铁分离器目的：除去原料中的磁性杂质。原理：原料成薄层通过磁铁分离器，铁渣及其它磁性杂质被吸住，而原料则可自由通过。永久磁铁：结构简单、不耗电能、但磁力弱、易退化；电磁铁：磁力稳定、性能可靠、但耗电能、结构复杂。原理：利用不同孔径的筛子，将粒度不同的物料分离。目的：除去杂质，物料分级。目：筛面上一平方英寸面积上的开孔数。目数越大，筛上的孔径越小，所能通过的物料粒度就越小。因此，物料的粒度可用“目”来表示。60目：直径0.4mm的微粒。二、筛选机1、大麦粗选机大麦粗选机是由上部的风选除尘装置和下部的振动筛组合而成。风选装置通过引风机的吸风作用将原料中的轻质和灰尘吸入风道，在沉降室使轻质和灰尘沉降，得以和原料分离。风速决定了除尘效果的好坏。一般风速在4-6米/秒范围。下部的振动筛由三层筛各呈不同的角度由粗到细、上下重叠安装于一个整体筛架上，由偏心连杆机构使其作往复运动。精选是利用杂粒（豌豆、燕麦）与大麦长度不同的特点进行分离。常用的有碟片式和滚筒式。碟片式：主要构件是一组同轴安装的圆环形碟片，碟片的两侧工作面制成许多特殊形状的袋孔，袋孔的大小、形状根据颗粒长度和粒度曲线来确定。短粒物料可落到袋孔里，带到指定地点落到盛物槽里，达到长粒和短粒分离的目的。2、大麦精选机滚筒式：主要构件是一个内表面开有袋孔的旋转圆筒，当物料进入滚筒后，短粒物料落在袋孔中，被滚筒带到较高的位置，落入中央收集槽，而长粒物料沿滚筒长度方向由机器另一端流出。滚筒式的特点是它分离出来的杂粒中大麦较少，但袋孔利用率低，产量低，工作面磨损后不能修复。碟片式的特点是工作面积大，转速高，产量大，碟片损坏可以更换。3、转筒筛物料从小孔端进入，由大孔端排出得以分级。筛筒倾斜安装，圆周速度不能太快。粉碎的目的：为了增大物料与酶或者微生物反应的接触面积，加快反应速度。原料的粉碎分为干法粉碎和湿法粉碎。湿法粉碎是将水和原料一起加入粉碎机，以粉浆状出料。特点是无粉尘飞扬，车间卫生，设备磨损小。但粉浆必须马上被使用，不然容易酸变，另外耗电量较多。目前，味精厂、啤酒厂采用。干法粉碎是干物料直接送入粉碎机粉碎，以干粉状出料，需采用必要的除尘措施。三、粉碎机（一）物料粉碎力学分析固体物料的粉碎根据受力情况可分为：挤压破碎、冲击破碎、研磨粉碎、剪切破碎、劈裂粉碎。各种粉碎机所产生的粉碎作用力往往是几种力的组合，但其中有一种力是主要的粉碎作用力。（二）物料的粉碎度（粉碎比）物料粉碎前后平均粒径之比，称为粉碎度或粉碎比。x=D1/D2在进行粉碎机选型时，所选的粉碎机应符合下述基本要求：1、粉碎后的物料颗粒大小要均匀，并要及时排除已达到粉碎要求的粉体；2、操作要连续、自动化；3、操作有故障时，要有操作保护措施；4、易磨损的部件应容易更换，能耗要低；5、应有一定的除尘、回收措施，提高收得率，减少对环境的污染；（三）粉碎机械常用的干法粉碎设备有：锤片式粉碎机、辊式粉碎机、涡轮粉碎机、超微粉碎机、气流粉碎机等。常用的湿法粉碎设备有：砂轮磨、米磨。1、锤片式粉碎机用于中等硬度的物料的中碎和细碎。特点：构造简单、紧凑、适用范围广、粉碎度大、生产能力大。缺点：机械磨损较大，物料含水量不应超过15%。锤刀：可以更换，也可自由摆动以避开过硬的物块。物料的粉碎是因受到冲击、挤压、研磨的作用，最后通过筛网排出。2、辊式粉碎机用于粒状物料的中碎及细碎，常用的有：两辊式、四辊式、五辊式和六辊式。辊筒分光辊和丝辊。四辊式、五辊式和六辊式除有粉碎的作用外，还有分级物料的作用。两辊式：两辊存在转速差，除挤压作用外，还有剪切的作用。间隙可调，带保护措施。五辊式：三个光辊组成两个粉碎单元，另两个丝辊组成一个粉碎单元，筛网分级。六辊式：组成三对粉碎单元，前两个用光辊，后一个用丝辊。3、涡轮粉碎机分普通型和水冷型，其中水冷型利用水循环冷却，散热好，适用于食品、中草药等热敏性物料的粉碎。粉碎采用方刀（粗碎）和斜刀（细碎）的冲击、剪切作用。粉碎的细度通过调节两刀之间的距离来得到。粉碎后的物料通过风力输送来收集。产量通过调节进料口两侧进风口的阀门来控制。4、微粉碎机由粉碎机、风选机、电控三部分组成。负压输送，能及时带走热量，适用于热敏性物料的粉碎，粉碎粒度可达320目，内装分级机构，可使粉碎、分级一次完成。主转速4500rpm。5、超微粉碎机由粉碎机、风选机、电控三部分组成。负压输送，能及时带走热量，适用于热敏性物料的粉碎，粉碎粒度可达1400目，内装分级机构，可使粉碎、分级一次完成。6、超音速气流粉碎机7-10公斤/平方厘米压力的压缩气体通过加料引射器，使自动加料器下来的粉体原料（60目以上）均匀连续地进入粉碎机。同时，压缩气体通过粉碎室外围的粉碎喷嘴产生高速气流喷入粉碎室，高速气体使颗粒互相碰撞、摩擦而达到粉碎目的。分级管把较粗的颗粒分离出来，粗颗粒返回粉碎室内继续粉碎，粉碎后的超微颗粒，大部分在旋风分离下部被收集。一部分更细的颗粒进入滤袋捕集器被收集，气体则透过滤袋排出。气流粉碎机的特点：1、适用于干式超微粉碎，容易获得1-10个微米的粒子。2、粉碎机内部有闭路分级机构。因而能获得粒子均匀、粒径分布范围小的制品。3、粉碎时间短、结构简单、操作维修方便、占地面积小、低噪音、无振动。4、粉碎效率高，能进行连续粉碎。在输送管道中，空气以高速流动，借助高速气流的动能，使物料在气流中呈悬浮状态随气流流动而实现输送。主要用于松散颗粒物料如：大麦、大米、麦芽、地瓜干等的输送。优点是设备简单，占地面积小，费用少；输送距离和能力的可调性大；易于连续化和自动化操作；在输送中可实现物料的冷却、加热、干燥、粉碎等操作。缺点是能耗大、设备磨损大、不适于输送潮湿和粘滞的物料。第二节气流输送（风力输送）一气流输送原理物料随气流在垂直管和水平管中的悬浮机理和运动状态是不一样的。（一）颗粒在垂直管中的悬浮和运动状态颗粒在静止气流中受到重力、浮力和阻力的作用。其合力为F合=F重-F浮-f阻开始时，f阻=0，即：F合0，a0颗粒加速向下运动；f阻逐渐增加，当F合=0时，a=0颗粒以自由沉降速度（ut）等速降落；当气流以u向上时：(1)若u=ut，颗粒在气流中静止，呈流态化状态；(2)若uut，颗粒被气流带动而实现气流输送；（二）颗粒在水平管中悬浮和运动状态1、气流为湍流时在垂直方向上的分速度所产生的力；2、气速分布呈抛物线形，管中心处气速大于管壁处气速，由于速度差而引起静压差所产生的力；3、由于自身旋转，在颗粒上下方有一个气速差，而产生的力；4、由于颗粒形态不规则，产生气流推力的垂直分力；5、颗粒碰撞产生垂直方向上的反作用力。颗粒在管中的运动状态当气流速度很大时，颗粒全部悬浮，均匀分布于气流中，呈所谓悬浮流状态。当气流速度降低时，一部分颗粒沉降于管下部，但没有降落于管壁上。管截面上部颗粒稀薄，下部密集的两相流动状态，此为悬浮输送的极限状态。当气流速度进一步降低，颗粒从气流中分离出来，沿管底滑动并产生堆积，形成团块流。二气流输送流程根据设备组合情况不同，气流输送的流程可分为真空输送、压力输送和真空压力输送三种形式。1、真空输送（吸引式气流输送）管道内呈负压状态，空气和物料被吸入输送管，送到指定地点后，经卸料装置使物料与空气分离，再经闭风阀卸出，空气经净化后排放。特征：动力装置来源于真空泵或引风机，并放置在流程的后部。2、压力输送动力输送装置为鼓风机或空压机，放置于流程的最前端，使系统压力前端高于后端。物料由加料器加入后，输送到指定地点，分离后卸出。3、压力真空输送动力输送装置放置于流程的中部，使得前半部为真空输送，而后半部为压力输送。能集中两者的优点。4、真空、压力输送比较a、当从几个不同的地方向一个卸料点输送时，真空输送最合适；当从一个加料点向几个地方输送时，压力输送最合适。b、真空系统的供料器结构简单，而排料要有密封好的闭风阀；压力系统的加料要有密封好的闭风阀，而卸料结构简单。c、压力系统输送能力大，距离长；真空系统输送能力小，距离短。d、真空输送运行清洁，对环境污染较小。而压力输送易将粉尘带入周围的环境。三气流输送系统的组成设备（一）进料装置1、吸嘴用于真空系统的进料装置。单管形吸嘴：被大量物料堆积封堵时，空气不能进入管道而使操作中断。喇叭形双筒吸嘴：内筒吸取物料，内外筒之间的环隙是二次空气的通道，外筒可调节，以获取最佳操作位置。固定形吸嘴：通过料斗加入系统。2、旋转加料器（旋转阀、闭风阀）在压力输送中用作加料器，真空输送中用作卸料器。工作原理：电机带动机壳内旋转叶片旋转，叶片之间的空间可装入一定量的物料，由上方装入物料后旋转到下部，由卸料口排出。旋转阀的排料量与电机转速有关。（二）物料分离装置1、旋风分离器工作原理：带有悬浮颗粒的的气流，以一定的速度切线进入分离器，沿器壁高速旋转，在离心力的作用下，颗粒被抛撞到壁上，滑落至锥底，由下部排出。气体折转向上，由中央出气管排出。进口气速不宜过高，减轻颗粒对器壁的磨损。2、重力式分离器（沉降器）工作原理：带有悬浮颗粒的气流进入沉降器后，由于管道与沉降器的直径变化较大，气速大大降低，物料因自身的重力而沉降，气体由上部经过滤后排出。(三)空气除尘装置空气除尘器的作用是：回收粉状物料；净化空气；防止尘粒损坏真空泵。1、旋风分离器（同前）进口气速控制在10-25m/s内为宜；分离10μm以下的颗粒时，效率不高。2、布袋除尘器含尘气流进入布袋除尘器后，颗粒被截留在布袋内，而清净的气体进入到布袋内由出口排出，粘附在布袋内的颗粒受脉冲气流的振动而振落到下部排出。3、湿式除尘器原理：利用水来捕集气流中的粉尘，粉尘被截留在水中，净化后的气流由湿式除尘器的上部排出。特点：除尘效果较好，水中的粉尘可以回收，提高了收得率。但需要定期换水，对设备材质要求较高，回收粉尘需要额外增加能耗。形式：水沫除尘、伞形孔板洗涤除尘等。四、气流输送系统的计算1、气流速度气流速度应大于颗粒的悬浮速度。一般气流速度范围15m/s—25m/s。2、混合比μs=Ws/Wa气流输送系统中，物料的质量流量Ws（kg/h）与空气质量流量Wa（kg/h）的比值称为混合比。反映了每1kg空气所能输送的物料量。3、输送空气量和输送管径计算输送空气量：V=Ws/μs·ρa(m3/h)Ws—输送物料量（kg/h）μs—混合比ρa—空气密度(kg/m3)输送管直径：D=（4V/3600π·ua)0.5ua—空气流速（m/s）4、压力损失计算a、加速段：P1=（C+μs）ρaua2/2（Pa）b、水平段：P2=αH·λa·L/D·ρaua2/2（Pa）λa=K(0.0125+0.0011/D)c、垂直管：P3=αV·λa·L/D·ρaua2/2（Pa）d、弯管：P4=ζe·μs·ρaua2/2（Pa）e、重力分离器：P5=(1+0.8μs)·ζW·ρaua2/2（Pa）f、旋风分离器：P6=ζS·ρaua2/2（Pa）c、空气管：P7=λa·L/D·ρau2/2（Pa）(直管)P8=ζS·ρau2/2（Pa）(弯管)总压力失:ΔP=P1+P2+P3+P4+P5