生物工程设备-总结

第一章生物质原料预处理设备1.固体物料的粉碎有可能受那些力作用引起的？挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、剪碎、劈碎2.锤式粉碎机有哪些部件构成？它是如何粉碎物料的？工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。（1）锤片是粉碎机的主要工作部件。基本形状有8种，其中以矩形最多。锤片的形状由被粉碎物料而定，锤片菱角多，粉碎力强，耐磨性差，尖角适合粉碎纤维性物料，环形锤片磨损均匀。锤片长度一般不超过200mm。(2）筛板筛板是锤式粉碎机的排料装置，一般用1-1.5mm厚的优质刚板冲孔制成。通常设在转子的下半周的位置，为了提高粉碎机的排料能力，可使筛板占整个粉碎室内周面积的3/4以上，或者是将筛板置于粉碎室侧面。筛孔的形状和尺寸是决定粉料粒度的主要因素，对机器的排料能力也有很大的影响。筛孔的形状一般是圆孔或长孔。直径分四个等级：小孔1-2mm，中孔3-4mm，粗孔5-6mm，大孔8mm以上。3.辊式粉碎机是如何粉碎物料？它有几类？原理：主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒，装在两辊之间的物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。两辊式、四辊式、五辊式、六辊式4.简述湿法粉碎的优点.1.消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗；2.粉碎过程中，淀粉已开始吸水膨胀，提高了蒸煮效果；3.粉碎后经预热，提高了蒸汽的利用率；4.机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。5.按筛面的运动规律不同，摇动筛可分为哪三种？直线摇动筛、平面摇晃筛和差动筛6.影响筛分效率的因素有哪些？（1）筛面上物料层厚度（2）筛下颗粒百分含量、颗粒级配和形状（3）物料含水量此外，筛孔形状、筛面种类、筛分机械的运动方式、加料量的多少及均匀程度也直接影响筛分效率。7.球磨机粉碎时，粒度，研磨体的尺寸，装填量之间有什么样的关系？在粒度较大物料研磨时，研磨体的尺寸要大些，装填量少些，使冲力作用加强；反之，研磨体尺寸小些，装填量多些，则有利于小粒物料的研磨。研磨体装填量、尺寸大小和转速的配合直接影响着球磨机的操作质量。研磨体（球体）装填量越少，筒体转速越大（在极限转速范围内），则研磨体的滑动也越小，故对物料的研磨作用也较小。8.常用的超细粉碎设备有哪些？有振动磨、胶体磨、搅拌磨、冲击式机粉碎机等。9.固体粒子混合时会发生哪三种运动形式？对流混合：固体粒子的循环流。剪切混合：粒子间相互滑动和撞击产生。扩散混合：存在状态不同而产生的局部混合作用。第二章1.机械输送设备有几种？斗式提升机、皮带运输机、螺旋输送机2.带式输送机的张紧装置有哪几种？看带式输送机结构图简述其工作原理张紧装置的作用：是给胶带一定张力，防止胶带在鼓轮上打滑。常用的张紧装置有重锤式和螺丝拉紧式两种。型式：螺旋式－－利用螺杆拉(压)力重锤式－－利用悬垂重物的重力小车式－－两种作用原理：利用一根封闭的环形带，绕在相距一定距离的2个鼓轮上，带由主动轮带动运行，物料在带上靠摩擦力随带前进，到另一端卸料。3.请说明斗式提升机的构造和原理。（料斗布置形式和装料形式、卸料方式、适用物料）。1构造组成：由牵引带、料斗、张紧装置、机壳及装卸装置构成料斗：有底、无底牵引带：平皮带、链条料斗类型有深斗、浅斗和尖角形三种类型。装料方式：分掏取式和喂入式两种。卸料方式离心式卸料：适用于粒状较小而且磨损性小的物料；重力式卸料：适用于提升大块状、比重大、磨损性大和易碎的物料适用范围：提升固体物料，适用于松散型、小颗粒物料。原理：物料放在斗式提升机的底座内，当提升机运转时，机带随之而被带动，斗子经过底座时将物料舀起，再渐渐被提升到上部，当斗子转过上端的滚轮时物料便倒入出料槽内流出。4.螺旋输送机的工作原理和适用的物料。原理：旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送，使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。适用物料：松散的粉状或小颗粒状需要密封运送的干湿物料。5.请说明气流输送的原理。借助强烈的空气流沿管道流动，把悬浮在气流中的物料送至所需的地方。1）粒子向下加速运动：W＞Fa+Fs2）粒子相对静止(或匀速直线下落)：W=Fa+Fs3）粒子向上加速运动：W+Fs＜Fa粒子不再静止悬浮，而是向上作加速运动。此时的气流速度大于粒子的悬浮速度，气流速度迫使粒子向上运动。6.气流输送流程有几种方式？根据设备组合不同，气流输送装置可分为真空输送（吸入式）、压力输送和压力真空输送（混合式）。7.画出旋风分离器的设备结构示意图，并标出各部位名称，简述其工作原理及适用范围工作原理：含尘气流由切向进入筒体，沿内壁螺旋式向下旋转，粉尘在离心力的作用下甩向器壁，并在重力作用下落入灰斗。已净化气体由中心管排出。适用范围：除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴。适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。8.生物工厂常用泵有哪几种？离心泵，螺杆泵、齿轮泵等。9.风机分为哪几种？压缩机(0.3MPa)鼓风机(0.1－0.3MPa)通风机(1-15KPa)10.气力输送系统由哪五部分组成？1供料器（1）吸嘴（2）旋转加料器2输料管3分离器（1）容积式分离器（2）离心式分离器4空气除尘器（1）离心式除尘器（2）布袋式过滤器（3）洗涤式除尘器5风机或真空泵第三章1、画出蒸汽喷射加热器的示意图，注明各个部件名称并简述其工作原理。当物料流过喷射泵时，在喷嘴处产生的真空将外来的蒸汽吸入，对物料进行加热，它属于混合器的一种。2、在培养基的灭菌过程中是否能做到绝对无菌？为什么？发酵生产中对培养基的灭菌的无菌程度是多少？若要求灭菌后绝对无菌，即Ns=0，从上面公式可以看得出灭菌时间将等于无穷大，这对生产来说是不可能，所以培养基灭菌后，在培养液中必然还残留一定的活菌。工程上通常以Nt=10-3个/罐来进行计算，即杂菌污染降低到被处理的每1000罐中只残留一个活菌的程度，这就可以满足生产的要求了。3、发酵罐实罐灭菌为什么要“三路进汽”?实罐灭菌的进汽和排气原则是什么?（1）“三路进汽”：在对培养基灭菌时，让蒸汽从空气进口、排料口、取样口进入罐内，使培养基均匀翻腾，达到培养基灭菌之目的。这是因为这三个管都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形成灭菌死角。（2）进汽和排气原则是“非进即出”：所有进入发酵罐的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定要进行排气，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通过，得以灭菌。不能有既不进汽也不排汽的管道（死角）存在。4、画出任意一种培养基连续灭菌的流程图，并注明各个设备的名称。见书P215、画出连续蒸煮糖化的流程图，并注明各个设备的名称。见书P256、淀粉质原料蒸煮目的是什么？1.糊化：原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。采用的方法是用蒸汽加热。2.灭菌：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。7、常见的淀粉质原料的蒸煮糖化设备有哪三种？多采用连续式蒸煮，有低温长时间的罐式连续蒸煮，中温的柱式连续蒸煮和高温短时间的管式连续蒸煮。8、看图说明真空冷却器的工作原理。见书P28真空冷却器的器身为圆筒锥底，料液以切线进入，由于器内为真空、醪液产生自蒸发，产生大量的二次蒸汽，醪液在器内旋转被离心甩向周边沿壁下流，以锥底排醪液口排出。二次蒸汽从器顶进入冷凝器，在冷凝器内与水直接接触而被冷凝，不凝性气体则由真空泵或蒸汽喷射器抽走，造成器内真空。真空度保持在70～80kPa，醪液的温度很快可降至60～650C。真空冷却：物料在一定真空度下蒸发部分水，需要汽化潜热，取自料液本身，因而料液很快被冷却到真空相应的温度。9、糖蜜原料澄清常用的方法有哪三种？（1）加酸通用处理法：0.2%~0.3%浓硫酸通入压缩空气1小时，静止澄清数小时（2）加热加酸沉淀法：在较高的温度和酸度下，对糖蜜中有害微生物的灭菌作用和胶体物质，灰分杂质的澄清沉降作用均较强。（3）絮凝剂澄清处理法：添加聚酰胺（PAM）絮凝剂10、四器组合的啤酒麦芽汁制备系统由哪些设备组成？四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁蒸煮锅；11、灭菌时间的计算例：有一发酵罐，内装培养基40m3，在131℃的温度下进行连续灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2×107个，在131℃时的灭菌速率常数为0.25s-1。试求灭菌失败的机率为0.001所需的时间。解：第四章1.无菌空气在发酵中的作用是什么？生物工业对空气质量有何要求？无菌空气在发酵生产中的作用有四点：1.给培养微生物提供氧气；2.促进菌体在培养基中不断混合，加快生产繁殖速度；(min)7.2ln1)(25.0(001.0)(10810210400114760SSNNktskNN个）个3.维持代谢产物的均匀扩散；4.保持发酵过程的正压操作。生物工业生产中对空气质量的要求是：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，温度，湿度，正压等要求；生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：一般要求1000次发酵周期中只允许有一次染菌，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。2.空气除菌有几种方法？热杀菌辐射杀菌静电除菌过滤除菌法：（按孔隙的大小可分为深层过滤、绝对过滤：）介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。3.标明两级冷却、分离、加热的空气除菌设备流程图中各部件的名称，并简述其功能。312图4-3两极冷却,加热除菌流程1-粗过滤器2-压缩机3-贮罐4,6-冷却器5-旋风分离器7-丝网分离器8-加热器9-过滤器4567894.空气除菌中要除去水雾和油雾的原因是什么?常用的除去水雾和油雾的设备有哪两种？空气除菌中除去水雾油雾的原因：否则：（1）导致传热系数降低，给空气冷却带来困难。（2）如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵塞过滤介质的纤维空隙，增大空气压力损失。（3）黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会浸润介质而破坏过滤效果。离心式空气压缩机和往复式空气压缩机5.有哪些方法可实现空气的增湿和减湿？增湿方法1.往空气中直接通入蒸汽；2.喷水；3.空气混合增湿。减湿方法1.喷淋低于该空气露点温度的冷水；2.使用热交换器把空气冷却至其露点以下；3.空气经压缩后冷却至初温，使空气减湿；4.用吸收或吸附法除掉水气，使空气减湿；5.通入干燥空气。6.空气过滤除菌的机理（介质过滤除菌的机理）(1)使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的(2)微生物粒子：0.5~2µm；深层过滤常用的过滤介质如棉花的纤维直径：16~20µm；棉花纤维所形成网格的空隙：20~50µm。依靠气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而导致微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力和静电引力等作用，从而把微生物截留、捕集在纤维表面上，实现过滤目的。7.贮气罐的作用是什么？消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。8.列出5种常用的空气过滤介质常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。9.提高空气过滤效率的措施有哪些？提高过滤效率的措施1.减少进口空气的含菌数。可以从以下几个方面着手：(1)加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量；(2)提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量；(3)加强压缩前的空气预过滤。2.设计和安装合理的空气过滤器。3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。主要从以下几个方面入手：(1)采用无油润滑空压机；(2)加强空气的冷却，去油水；(3)提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。第六章1.通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡