大学课件 生物工程设备 生物质原料处理与培养基灭菌设备2

生物工程设备绪论生物工程基因工程酶工程细胞工程发酵工程产物产品产品发酵工程──利用微生物进行产品生产抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业基因工程药物、疫苗及抗体产品（化学工程生物化工生物加工范畴）传统生物技术现代生物技术基因工程菌发酵FERMENTATIONProcessControl发酵工程（Fermentationengineering）上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：发酵过程菌种筛选摇瓶试验发酵罐试验上游工程（实验室阶段）下游工程（DOWNSTREAMPROCESSES）-productextraction,purification&assay-wastetreatmentFERMENTATIONProcessControl发酵工程设备的重点发酵过程设备生物工程设备的构成示意图第1章生物质原料处理与培养基灭菌设备第一节淀粉质原料的预处理设备一、粗选设备筛分机械是一种根据颗粒的几何形状及其粒度,利用带有孔眼的筛面对物料进行分选的机器,具有去杂、分级功能。粗选设备核心构件：具有筛孔的筛面。筛孔形状有圆形、正方形和长方形。筛面材料:金属、蚕丝、锦纶丝等。圆形筛孔是按物料宽度不同进行分离,长方形筛孔是按颗粒的厚度进行分选。图1-1常见的筛孔形状及排列方式1.振动筛带有风力除尘功能的筛选设备,用于清除物料中小或轻的杂质。筛选设备：振动筛(SZ型或TQLZ型)、高速振动筛(SG型)、平面回转筛(SM型或TQLM型)等。由进料机构、筛体、风选装置、振动与传动机构和减振或限振装置等组成。由筛选与风选组成筛体是振动筛的主要工作部件,筛体内装有三层筛面。第一层为筛孔最大的接料筛面,筛上物为大型杂质,筛下物均匀落到第二层筛面的进料端。第二层为大杂筛面,用以进一步清理略大于物料的大杂。第三层为小杂筛面,小杂穿过筛孔排出,因筛孔较小而易堵塞,为保证筛选效率,设置有筛面清理装置。筛体是振动筛的主要工作部件,筛体内装有三层筛面。第一层为筛孔最大的接料筛面,筛上物为大型杂质,筛下物均匀落到第二层筛面的进料端。第二层为大杂筛面,用以进一步清理略大于物料的大杂。第三层为小杂筛面,小杂穿过筛孔排出,因筛孔较小而易堵塞,为保证筛选效率,设置有筛面清理装置。CX-3粗选机2、磁力分离器由永久磁铁或电磁铁组成。永久磁铁结构简单，使用维护简便和不耗电能，但磁力较弱，磁性会退化。电磁铁磁力稳定，性能可靠，但需一定的电流强度，结构复杂。(1)永磁溜管永久磁铁装在位于溜管上边的盖板上。设置2或3个盖板,每个盖板上装有两组前后错开的磁铁。永磁溜管工作时,原料从上端流下,磁性物体被磁铁吸住。工作一段时间后进行清理,除去磁性杂质。(2)永磁滚筒由进料装置、滚筒、磁心、机壳和传动装置等组成。物料经压力门形成均匀的料层，落到磁铁滚筒上，谷物随滚筒转动而下落，从出料口排出，其中磁性金属杂质被磁芯磁化，吸留在外筒表面，并被外筒上的拨齿带着随外筒一同转动至磁场作用区外，自动落入铁盒内。(3)永磁筒由磁芯和不锈钢外筒体组成。磁芯位于外筒体的中央,分三段,上面一段为圆锥形,起匀料、布料作用,下面两段为内置磁铁的圆柱体。物料由进料口落到磁芯顶部的锥面后向四周散开,金属杂质在下落过程中被磁芯吸住,原料由出料口排出。操作结束后,打开转动门清理表面吸附的磁性杂质。1.1.2谷物原料精选设备精选：在粗选基础上,根据谷物长度和形状的不同,将长粒、短粒或异种谷粒分离出来。用于精选的设备称为精选机常用的精选机：碟片式、滚筒式。（1）碟片式精选机一组同轴安装的圆环形铸铁碟片，碟片的两侧工作面制成许多特殊形状的袋孔，当碟片在大麦堆中转动时，短粒物料被嵌入袋孔而被带到较高位置，由于孔底逐步向下倾斜，短粒物料受本身的重力作用从袋孔中倒出，落入收集槽中。长粒物料因长度较袋孔长，虽能进入袋孔，但其重心仍在袋孔之外，当碟片还未带到一定高度，即从袋孔中滑落，使长粒物料和短粒物料分离。1.碟片式精选机一组同轴圆环形铸铁碟片,在碟片的平面上制成许多袋形的凹孔,碟片在粮堆中运动时,短粒物料嵌入袋孔,被带到较高的位置落入收集槽中,而长粒物料虽有可能进入袋孔,因其重心仍在袋孔外,碟片未达到一定高度时即从袋孔中滑落。碟片滚筒精选机用于小麦清理，从小麦中分离出燕麦、大麦、篙子和其它小颗粒杂质，它是根据筛选物的长度进行筛选的。2.滚筒精选机由滚筒、短粒收集槽、调节装置、输送螺旋、搅动器和传动机构等组成。滚筒通过端盖接头与主轴相连接,收集槽一端通过轴承支撑在主轴上,另一端利用轴套连接涡轮蜗杆调节装置,搅动器通过端盖接头上的齿轮带动旋转,其作用是使物料沿滚筒底部均匀分散,以增加短粒落入袋孔的机会,同时具有输送物料的功用。图1-9滚筒精选机的结构1进料口;2滚筒;3收集槽;4输送螺旋;5主轴;6吸风口;7卸料端护罩;8端盖接头;9可调挡板;10固定挡板;11短粒出口;12长粒出口;13搅动器;14端盖接头;15指示盘;16手轮;17螺钉物料由进料口送入滚筒,在滚筒转动过程中短粒不断嵌入袋孔,被带到一定高度后在自身重力作用下落入收集槽,由输送螺旋送至短粒出口;长粒物料位于滚筒底部,依靠搅动器或滚筒本身的倾斜送至长粒出口。滚筒精选机用于从小麦中清除大麦、燕麦、篙子、野豌豆、及其他杂质，是制粉厂生产高级面粉不可缺少的清理设备。1.1.3固体物料的粉碎设备利用物理方法克服物料内部的结合力使物料破碎达到一定力度的过程。通过粉碎增大原料的比表面积，加速物料内含物的溶解和分解。干式粉碎，将干物料直接送入粉碎机中，进行粉碎。湿式粉碎，将水和原料一起加入粉碎机中粉碎。工作原理：挤压、冲击、研碎、剪切、劈裂粉碎机的基本要求：1粉碎后的颗粒均匀，2已被粉碎的物料能立即从轧压部位排出，3操作自动化，4易磨损部件容易更换，5产生粉尘少，6发生故障时能自动停车，7单位产品消耗的能量小。1、锤式粉碎机主轴上有钢质圆盘，盘上装有可拆换的锤刀。当圆盘随主轴高速旋转时，锤刀借离心力的作用而张开，将物料击碎，如遇过硬物料，则可以摆动让开，而不致损坏机器。锤刀筛网锤刀与筛网的间隙5－10mm优点：构造简单，能粉碎不同性质的物料，粉碎度大，生产能力高。缺点：机械磨损较大。2、辊式粉碎机(1)两辊式粉碎机由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住进入两辊之间，物料受挤压而破碎。(2)四辊式粉碎机由两对辊筒和一组筛子所组成。原料经第一对辊筒粉碎后,由筛选装置分离出皮壳排出,粉粒再进入第二对辊筒粉碎。五辊式粉碎机前三个辊筒为光辊，组成两个磨粹单元，后两个辊筒为丝辊，单独成为一磨碎单元。在前三辊之前和之后均配有筛选装置。六辊式粉碎机由三对辊筒组成，前2对光辊，第三对为丝辊，将筛出的粗粒粉碎成细粉和细粒。3.盘磨机用于粉碎小麦、玉米、大豆、大米等。单转盘和双转盘两种单转盘的主要构件是两个带沟槽的圆盘,一个同轴一起转动,另一个固定在外壳上。双转盘有两个可同时旋转、转动方向相反的转盘,剪切作用更大,效率更高。工作时,物料进入圆盘中心,在离心力的作用下,在圆盘缝隙中向外甩出,在研磨和剪切力的作用下被粉碎。用于粉碎小麦、玉米、大豆、大米等。单转盘磨盘机由两个带沟纹的圆盘组成，一个和轴一起转动，另一个固定在外壳上。两圆盘的缝隙可调。物料受到圆盘沟槽的研磨和剪切作用而被粉碎。双转盘磨盘机：两只可同时旋转的转盘，两盘转动方向相反，它比单转盘产生的剪切作用更大，效率更高。4球磨机由转筒与硬质球体组成，内装有研磨体(一般为钢球,也有用钢柱、钢棒或卵石的)。球磨机工作时,物料与研磨体在摩擦力和离心力作用下,贴在筒体内壁上与筒体一起回转。当提升到一定高度后,由于重力作用,研磨体发生自由泻落或抛落现象,从而对筒内物料进行冲击、研磨和挤压,物料逐渐被粉碎。5.冷冻粉碎将待粉碎的物料用液氮冷却冻结到脆化点以下,利用其低温脆性而使物料粉碎的技术,冷冻粉碎后应进行冷冻干燥处理。图1-18低温粉碎系统1物料入口;2原料冷冻箱;3输送机;4液氮箱;5低温粉碎机;6产品出口;7旋风分离器;8风机1.1.4固体物料输送设备斗式提升机（垂直提升物料）皮带运输机（水平或斜向上提升物料）螺旋输送机（水平或斜向上提升物料）气力输送系统（垂直或水平提升物料）1.斗式提升机利用均匀固接于牵引构件上的一系列料斗,竖向提升物料的连续输送机械。提升高度通常为7~10m,有时高达30~50m.适宜颗粒状、粉状和中小块状物料的提升。输送工作原理:料斗把物料舀起,随着输送带或链提升到顶部,绕过顶轮后向下翻转,靠重力和离心力将物料倾倒出来。根据传送量可调节传送速度,并随需选择提升高度。图1-19倾斜斗式提升机1、2支架;3张紧装置;4传动装置;5装料口图1-20垂直斗式提升机(1)料斗有三种不同的结构形式,即深斗、浅斗和三角斗。深斗：底部呈圆柱形,斗口侧缘平缓,深度较大,适用于输送流动性好的干燥粒状物料。浅斗：底部、斗间距与深斗相同,斗口侧缘较为陡峭,每个料斗的装量少,但容易卸空,多用于输送潮湿和流动性较差的物料。三角斗：采用无间距布置安装,其侧壁延伸至斗底之外,适用于输送黏性大、沉重的块状物料。(2)牵引构件有带式和链式两种。牵引构件为带式的斗式提升机,其传动带一般采用橡胶带,装在下或上面的传动滚筒和上或下面的改向滚筒上;牵引构件为链式的斗式提升机一般装有两条平行的传动链,上或下面有一对传动链轮,下或上面是一对改向链轮。牵引构件的选择取决于提升机的负荷和运行速度。胶带主要用于高速轻载提升,适合于体积和相对密度小的粉状、小颗粒等物料。链条则可用于低速重载提升。(3)装料和卸料方式装料方法：挖取法和灌入法挖取法：较高的料斗速度,易于充满,输送中小块或磨损性小的粒状物料。灌入法：物料直接装入料斗中,较低的料斗速度,以充满料斗,料斗布置密集,输送块大、磨损性大的物料。卸料方法：离心式、混合式和重力式离心式卸料：适用于运动速度较快、流动性较差的物料。重力式卸料：适用于物料提升速度较慢、大块、相对密度大和易碎的物料。混合式卸料：适用于流动性不良的散状或潮湿物料。双筒斗式提升机用于制麦行业、粮食加工厂、饲料厂等的颗料或粉状物料的垂直提升。2.螺旋输送机工作原理:绞龙(带螺旋片的轴)在封闭的料槽内旋转,使装入料槽的物料由于自重及其与料槽摩擦力的作用而不与螺旋一起旋转,只能沿料槽横向移动。适用于摩擦性小的粉状、颗粒状及小块状散粒物料的输送,用于距离不太长的水平输送或小倾角的倾斜输送。主要部件：料槽、螺旋、轴及轴承组成根据工作倾角分为：立式螺旋输送机、倾斜式螺旋输送机和水平式螺旋输送机。立式螺旋输送机：垂直向上输送物料,水平式螺旋式输送机：水平方向或输送倾角小于20°的倾斜输送物料;倾斜式螺旋输送机：输送倾角在20°~90°的物料输送。根据螺旋叶片形式不同分为：满面式(又称实体面型)、带式(又称带式面型)、成型式(又称齿型)和浆式(又称叶片面型)等型式。满面式螺旋：运送干燥的小颗粒或粉状物料时;带式螺旋：输送块状或黏性物料时;当输送韧性和可压缩性物料时,宜采用满面式或成型式螺旋。3.带式输送机具有挠性牵引构件的运输机械。由环形输送带、驱动滚筒、张紧滚筒、张紧装置、装料斗、卸料装置、托辊及机架组成。用于块状、颗粒状物料及整件物料的水平方向或倾斜方向的运送,在输送的同时还可进行检查、分选、包装、清洗和预处理等操作。全叶式带式叶片式成型叶环形输送带绕过并张紧于两滚筒上,是带式输送机的牵引及承载构件。输送带依靠其与驱动滚筒之间的摩擦力产生连续运动,依靠其与物料之间的摩擦力和物料的内摩擦力使物料随输送带一起运动