生物化工技术绪论..

2020/4/132020/4/13生物化工技术主讲教师：李爱勤2020/4/132020/4/13课程的性质、地位和任务一、本课程的性质、地位和任务培养具有食品发酵及农牧业相关发酵产品的生产、检测、销售及推广知识和技能的高素质技能型专门人才。微生物专业培养目标学生就业岗位分析职业岗位群菌种扩培员发酵工艺控制员生产管理员质检员分离纯化工艺控制员营销员2020/4/13微生物专业课程体系设置职业道德与职业素质训导菌种扩培技术菌种选育技术菌种保藏技术关键职业技能发酵工艺控制技术、发酵工程实验技术分离纯化技术工业发酵分析技术生产管理技能生物化工技术，生物工程下游技术，生物化学技术★发酵工程实验技术，发酵工程与设备，酿酒技术，酶制剂技术，发酵食品技术，微生态制剂技术，生物化工新产品，生物统计学，电子电工★微生物技术菌种培养★普通化学，化学实验技术，仪器及发酵分析技术发酵分离纯化检测销售市场营销技能★新知识新技术，食品质量安全与HACCP，GMP规程★市场营销专业课程体系设置2020/4/13本课程在专业中的位置微生物制品生产流程：菌种培养发酵分离纯化检测销售微生物技术发酵食品技术酿酒技术等生物工程下游技术生物化工技术等仪器及发酵分析技术化学应用技术等市场营销2020/4/13教学内容设计三、教学内容设计遵循原则1.针对岗位工作必需够用；2.以掌握概念、强化应用、培养技能为教学重点；3.符合高职教育特点；4.支撑后续课程。2020/4/13教材分析与教材处理普通高等教育“十一五”国家级规划教材网络资源2020/4/13本教材充分体现了高等职业教育的应用特色和能力本位；强调新世纪人才必须具备的文化基础和技术基础；突出了人才的创新素质和创新能力的培养。教材处理:根据专业需求和学时安排删除了部分内容，自成体系。化工原理课程特点：多学时课堂教学。2020/4/13通过一个与本门课程有关的例子来说明理论学习的重要性。专科教育以应用为目的，在理论学习上以够用为度；这个例子说明，我们感觉到了的事物，不能立刻理解它，但我们理解了的事物，却能深刻地感觉到它。经验只能解决现象问题，理论才能解决本质问题。例如:虹吸现象，大家都知道水往低处流，但在虹吸中水先往高处流，越过一个高点后才往低处流。这只有用流体动力学的理论才能作出解释。2020/4/13教学计划1.课堂讲授：围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本，但对教材中的内容有所增减，自成体系。2.习题课：根据同学学习需要安排习题课，复习所学内容及示范解题技能和技巧。作业中的普遍性问题在作业发回时解答。3.实验教学：以实验安排为准，通过验证性实验来帮助学生理解所学理论。每周4学时，上课时间：1~12周，总45学时2020/4/134．辅导答疑课间、课后、考前5．作业每章交一次。6．考核（1）考勤20%（2）作业40%（3）考试40%2020/4/13学习要求1．课前一定预习2．认真听课、做好笔记3．即时复习4．独立完成作业5.有疑问及时问老师2020/4/13绪论•一、本课程的学习内容和任务•二、单元操作分类、特点及其进行的方式•三、基本概念与方法•四、单位制与单位换算2020/4/13一、本课程的学习内容和任务内容：任务：什么是单元操作？化工生产过程（从原料到成品的生产程序）中常见的单元操作过程及设备。学习各单元操作的基本原理、典型设备的构造和性能及计算方法。首先了解几个常见的化工生产过程：2020/4/13味精的生产过程示意图化学或生化反应在发酵罐中进行淀粉发酵预热蒸发味精结晶干燥中和生化反应化学反应流体输送传热（物理变化过程）传质传质和传热湿法磷酸生产工艺流程磷矿石破碎球磨酸解反应过滤浓缩精制磷酸（化肥、饲料用）磷酸（医药、食品用）硫酸HF气体（回收）过滤水滤渣石膏洗液加工成盐柠檬酸生产工艺流程白薯干粉碎发酵反应过滤中和过滤酸解过滤产品柠檬酸石灰乳CaCO3粗盐液净化H2SO4废糖液浓缩结晶离心干燥菌体、残渣化工生产的两大部分化学反应过程核心部分辅助部分化工生产所不可缺少前、后处理过程2020/4/13一个化工产品生产要经过很多步骤：2020/4/13单元操作一切化工生产过程不论生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。单元操作：具有共同物理变化特点的化工基本操作。2020/4/13蒸发：制糖工业——糖水的浓缩；制碱工业——苛性钠溶液的浓缩；甘油和生物胶水溶液的浓缩；牛奶和橘汁的浓缩。精馏：酿酒，石油精制。膜分离：海水淡化，血液透析（人工肾），水的净化。单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同、设备通用,只是不同的化工生产中所包含的单操作数目、名称与排列顺序不同。常见的单元操作流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送设备过滤：液固混合物的分离沉降：液固或气固混合物的分离（重力、离心）搅拌：液液或液固体系的混合固体流态化：强化气（液）固两相间的接触气力输送：固体微粒的管道输送加热冷却：增加或降低特定物质的温度蒸发：对含有固体溶质的溶液进行浓缩制取固体产品蒸馏：液体混合物的分离（组分挥发度的差异）吸收：气体混合物的分离（组分在吸收液中的溶解度）吸附：气体混合物的分离（组分在固体表面的吸附能力）萃取：从液体混合物中分离有用组分（湿法冶金）干燥：从固体产品中去除湿分结晶：从液体混合物中得到纯的固体产品动量传递质量传递传递热量2020/4/13板式精馏塔2020/4/13列管式换热器2020/4/13单元操作的研究内容与方向单元操作的基本原理；单元操作典型设备的结构；单元操作设备选型设计计算。研究内容高效率、低能耗、环保；开发新的单元操作单元操作集成工艺与技术。研究方向2020/4/13二、单元操作分类、特点及其进行的方式1）单元操作的分类1.动量传递过程研究流体流动的基本规律及主要受这些规律支配的单元操作。包括流体输送、沉降、过滤、物料混合（搅拌）。2.热量传递过程研究传热的基本规律及主要受这些规律支配的单元操作。包括传热、蒸发、结晶、冷却、冷凝等。2020/4/13另外，还有热力过程（制冷）、粉体工程（粉碎、颗粒分级、流态化）等单元操作。3.质量传递过程研究物质通过相界面迁移过程的基本规律及主要受这些规律支配的单元操作。包括蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离等。从工程目的来看，这些操作都可将混合物进行分离，故又称之为分离操作。4.同时遵循热、质传递规律的单元操作包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。2020/4/132）单元操作的特点①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。②单元操作是化工及有关行业生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。2020/4/133）单元操作过程进行的方式化工生产过程多数为连续稳定过程稳定过程和不稳定过程稳定过程（连续操作）：某一固定位置上物料组成、温度、压强、流速等参数不随时间变化。不稳定过程（间歇操作）：连续操作中的开车、波动及故障等。2020/4/13如何着手分析某一单元操作?一、单元操作的目的是什么?二、单元操作的依据是什么?三、采取什么措施?四、典型设备的操作与调节五、过程的经济性单元操作从理论上分析，可归结为三大类：遵循动量传递规律、遵循热量传递规律、遵循质量传递规律。因此化工原理的重点内容为：流体流动及输送、传热、精馏、干燥、吸收等。这也是课程学习中需加深理解、重点掌握的内容。2020/4/13三、基本概念与方法1.物料衡算损耗产品原料GGG——物料衡算的通式依据——质量守恒定律输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统中积累的物料质量。为了弄清单元操作过程中各股物料数量和组成之间的关系必须进行物料衡算。2020/4/13定态过程，积累为零。则：输出输入GG衡算的系统整个生产过程某一设备系统中的所有物料某一个组分衡算的对象例2020/4/132.热量衡算损失输出输入QQQ依据：能量守恒定律即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与损失的热量之和。——热量衡算通式2020/4/133.平衡关系平衡关系可判断过程能否进行，及进行的方向和限度。任何传递过程都有一个极限，当传递过程达到极限时，其过程进行的推动力为零，此时净的传递速率为零，即称为“平衡”。流体流动→ΔP热量传递→ΔT传质过程→Δc(L-LG-LG-SL-S)2020/4/134.过程速率过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。即单位时间内所传递的能量（动量，热量）或物质量,是决定化工设备的重要因素。过程速率的增大可节约时间，提高设备的生产能力。过程的速率＝推动力／阻力推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离。阻力：过程阻力是各种因素对速率影响总的体现。2020/4/13四、单位制与单位换算1.基本量和导出量参与生产过程的物料所具有的物理性质（粘度、密度、热导率等）和参变量（温度、压强、流速等表示过程的特征）统称为物理量。这些种类繁多的物理量可通过几个彼此独立的基本量来表示(基本量所用单位叫基本单位)。这种由基本量导出的物理量称为导出量(导出量所用单位叫导出单位)。单位制是基本单位和导出单位的总和2020/4/132.单位制2.单位制采用不同的基本量产生了不同的单位制。常用的单位制有三种：基本单位：7个，化工中常用有5个:长度（米/m），质量（千克/kg），时间（秒/s），温度（K），物质的量（摩尔/mol）发光强度(坎/Cd)、电流强度(安/A)国际单位制SI制基本单位：长度（厘米cm），质量（克g），时间（秒s）物理单位制CGS制基本单位：长度（米m），重量或力（千克力kgf），时间（秒s）工程单位制我国法定单位制为国际单位制（即SI制）2020/4/133.单位换算同一物理量用不同单位计量时，其数值是不同的，又由于目前常用的物理、化学数据和工程图表仍有许多使用物理制和工程制，所以单位换算在化工计算中是非常重要的。单位换算时，先从附录中查出换算关系，后将换算关系代入原单位中即可进行单位换算。在化工计算中，先用换算关系将各物理量不同单位制的数值换算成同一种单位制的数值，然后再进行计算。2020/4/13例11kgf=9.81N，1cm=0.01m上述关系代入，得：解：按题意需将kgf/cm2中的kgf单位换算成N，cm2换算成m2,查附录1：换算关系为：2522/10013.101.081.9033.1033.1mNmNcmkgf已知1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成N/m2。2020/4/13【例2】通用气体常数R＝0.08206atm·L／mol·K，试用国际单位J／mol·K表示。KmolJKmolmPaLmatmPaKmolLatmR/314.8314.81000110132508206.0332020/4/134．单位的正确运用理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理量之间的关系，又叫物理方程(F=ma)。具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位来表示各物理量即可。经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物理量的数字之间的关系，又叫数字公式。公式中所用的单位一般都是指定的，在计算中只要将数字代入，算出结果，然后加上规定的单位就行了。2020/4/13作业•P51、2、32020/4/13P5答案1.解：查附录一：1Pa∙s=10P(泊)，所以1泊=0.1Pa∙s2.解：查附录一：1W=1.341×10-3hp2hp=2/1.341KW=1.19KW3.解：smL/01.06010600min/600332020/4/13例题在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求：（1）各蒸发器每小时蒸出水分的量；（2）第一蒸发器送出的溶液浓度。2020/4/13③选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，间歇操作以一批操作为基准）