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1、1,发酵设备,学院：化学工程学院专业：生物工程教师：宋向阳,2,参考教材 1、发酵设备,高孔荣 主编 中国轻工出版社,32 学时,3、生物工程设备 郑裕国 主编化学工业出版社,2、生物工程设备梁世中 主编 中国轻工业出版社,3,授课内容,一、物料的处理与输送设备二、培养基的制备设备三、发芽与空气调节设备四、空气除菌设备五、嫌气发酵设备六、通风发酵设备七、过滤与分离设备八、蒸发、结晶与离子交换设备九、干燥设备,4,绪 论(1),发酵发酵设备,工厂建立工艺 设备 经济 销售 环保,5,绪 论(2),生物工程设备符合工程学、工程理念,理论上：正确性技术上：可行性操作上：安全性经济上：合理性环保上：达
2、标性,6,设备技术,经济基础,环保技术,销售环节,工厂建立,南京林业大学化学工程学院生物工程系,工艺流程,7,一、发酵工业的定义,1、发酵（fermentation）此英文术语最早是由拉丁语ferver，即“发泡”、“沸涌”派生而来的，即酵母作用于果汁或谷物，进行酒精发酵时产生co2。2、发酵工业的定义借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身，或其直接代谢产物或其次级代谢产物的过程。发酵产品具备条件,A、传统发酵,C、新兴发酵工业,B、近代发酵工业,8,发酵传统定义,以生物学观点来看，发酵是指有机化合物进行无氧代谢释放能量的过程。嫌气发酵，可定义为发酵是供给能源的氧化还原反应
3、。好气发酵要经过 厌氧发酵 两个代谢过程 有氧呼吸,9,发酵产品具备条件,1、要有某种适宜的微生物2、微生物代谢的条件3、微生物进行发酵的设备4、微生物的生物转化发酵5、精制成产品的方法和设备。,10,3、现代发酵技术与生物技术的关系,在我国实施的六大高科技生物技术的3个特点 发酵工业,1、生物技术,2、信息技术,3、新材料技术,1、是一门多学科、综合性的科学技术 生物作用剂,A、原材料的预处理,2、反应中需要生物催化剂的参与，它是游离或固定化细胞或酶的总称。,3、建立生物反应过程,4、新能源技术,5、海洋技术,6、空间技术,B、生物催化剂的制备,C、生物反应器及反应条件的选择,D、产物的分离
4、纯化,11,生物作用剂（生物催化剂）,1、酶2、整体细胞3、多细胞生物体,12,“发酵设备”课程重点,设备 结构 原理 特点 设计计算 选型 维护,13,第一章 物料的处理与输送设备,14,第一节 筛选与粉碎机,一、磁铁分离器1、磁铁分离组成 永久磁铁 电磁铁2、磁铁分离方法 平板磁铁分离器 旋转式,夹杂物大体上分三类纤维性较长的物质 颗粒状物质 铁磁性物质,15,A、平板磁铁分离器,平板磁铁分离器,物料,控料闸,图 1-1 平板式磁分离器,马蹄形磁铁,一排磁铁倾斜角度 30-40,16,B、旋转式磁铁分离器,半圆形磁铁芯 旋转滚筒,结构,进料,磁铁,滚筒,出料,盛铁盒,控料闸,滚筒与磁铁间距
5、 2mm,图1-2 旋转式磁铁分离器,17,二、筛选机(1),平面筛,1、振动筛,金属丝冲孔金属板,筛孔形状,圆形正方形长方形,筛板开孔率 50-60%,振动筛转筒筛,类型,18,二、筛选机(2),1、振动筛 筛选、风选（大麦初选机）筛选机生产能力G,G=Bq（kg/h）B-筛面的宽度（m）q-单位筛面流量(kg/mh),19,二、筛选机(3),2、圆筒分级筛（啤酒）大麦精选后的分级用 分三个等级 筛筒倾斜角度 3-5 D筛筒：L=1：4-6 圆周速率 0.7-1.0 m/s。,进料,饲料大麦,级大麦,级大麦,图 1-4 圆筒分级筛,20,二、筛选机(3),2、圆筒分级筛（啤酒）大麦精选后的分
6、级用圆筒分级筛的生产能力经验公式 G=q DL,Q 单位筛面负荷量 kg/m2h，大麦取q=450-550 kg/m2h D 筛筒直径 m L 筛筒直径 m 筛面有效系数，取1/4-1/6,21,三、锤式粉碎机,1、结构2、特点3、生产能力计算,进料,轴,机壳,冲击板,筛网,锤刀,出料,图 1-5 锤式粉碎机,22,固体物料粉碎受力情况,挤压破碎冲击破碎 研磨粉碎剪切粉碎 劈裂粉碎。,23,固体物料粉碎粒度情况,破碎 51.5 mm粉碎 1.5-0.3 mm微粉碎 0.3-0.05 mm超微粉碎 1-0.1um极微粉碎。0.1-110-4um,24,2、锤式粉碎机特点,构造简单粉碎粒度大生产能
7、力高运转稳定但 机械磨损大。,锤刀,矩形斧形带角矩形,锤刀 对称安装,图 1-6 锤刀形状,25,3、锤式粉碎机生产能力消耗(1),半经验公式 从一个圆孔排出的产品体积V0,V0=（/4）d02d u,d0 筛孔直径（m）d 产品粒经（m）u 排料系数，一般为 0.7,26,3、锤式粉碎机生产能力消耗(2),锤刀扫过筛孔时,每小时排出产品的体积,V=60V0KnZ(m3/h),Z 筛孔总数n 转子转数(r/min)K K排锤刀,27,3、锤式粉碎机生产能力消耗(3),动力消耗 N(Kw),N=AD2Ln(m3/h),A 系数,根据实验确定 D 锤刀末端直径(m)L 转子轴向长度(m),28,四
8、、球磨机,1、组成 转筒、硬质球体2、原理 撞击、研磨3、计算,进料,产品,筛板,转筒,球,图1-8 球磨机,球磨机的转速 n=32/D（r/min）D转筒直径（m）,29,五、盘磨机,1、用途 磨大米、豆类、玉米2、构造 两个沟纹的圆盘3、工作原理 研磨、剪切,进料,出料,图1-7 盘磨机,转盘,固定盘,30,六、辊式粉碎机（1）,1、用途 磨大米、豆类、玉米2、构造 两个沟纹的圆盘3、工作原理 研磨、剪切。,物料,图1-9 两辊式粉碎机,A、两辊式粉碎机,31,六、辊式粉碎机（2）,组成 两对辊筒、一组筛子。,B、四辊式粉碎机,物料,细粉,皮壳,细粉,辊筒,筛,图1-10 四辊式粉碎机,3
9、2,六、辊式粉碎机（3）,组成 前三个辊筒是光辊，组成两个，后两个辊筒是丝辊，为一独立磨碎单元。,C、五辊式粉碎机,物料,细粉,皮壳,细粉,辊筒,筛,图1-11 五辊式粉碎机,33,六、辊式粉碎机（4）,组成 三对辊筒、二组筛子前两对为光辊，第三对为丝辊。,D、六辊式粉碎机,物料,细粒,皮壳,细粉,辊筒,筛,细粉,图 1-12 六辊式粉碎机,34,六、辊式粉碎机（5）,辊式粉碎机的生产能力计算 Q=120DnLbr（kg/h）,D辊筒直径（m）n辊筒转速(r/min)L 辊筒长度(m)b两辊间隙 r物料容积重，对于麦芽r=500 kg/m3 填充系数，由生产实践获得（麦芽0.5-0.7）,35
10、,六、辊式粉碎机（6）,辊式粉碎机的功率 N=0.735KG/(dn)（kw）,N辊式粉碎机功率（Kw）K系数，取 K=100-110 G 粉碎机生产能力(t/h)d麦粒腹径（cm）n辊筒转速（r/min）,36,粉碎的粒度,破碎 先使物料破碎成直径 5 mm 以下的小块物料，称为碎块，再破碎成碎粒 5-1.5 mm粉碎 碎成粉末 1.5-0.3 mm微粉碎 更小的粉末，即微粒直径 0.3-0.05 mm亚微粒子 0.05-0.001 mm超微粉碎 1-0.1 um 极微粉碎 0.1-110-4 um。,37,第二节 气流输送,原理 借助强烈的空气流沿管道流动，对悬浮在气流中的物料进行输送。,
11、气流输送特点 操作弹性大 设备优势（简单、占地少）自动化程度高 但 动力消耗大 潮湿的及粘滞的物料不适合,38,一、气流输送原理,（一）颗粒在垂直管中的悬浮 当u=ut时，则颗粒在气流中静止 当u ut时，则颗粒就会被气流带动即输送。,G,F,f,G重力F浮力F阻力,u 气流向上的速度（m/s）ut 颗粒自由沉降速度（m/s）,39,（二）颗粒在水平管中的悬浮,颗粒在水平管中的悬浮可分几种力1）气流湍流时在垂直方向上的分速度 所产生的力2）管中心气流最大,抛物线形3)麦格纽斯效应(中心线上下压差)4)垂直分力5)垂直方向的反作用力。,图 1-13 水平管的悬浮作用,40,（三）颗粒在垂直管中的
12、运动状态,1、v气=v颗粒，颗粒在气流中自由悬浮2、v气 v颗粒，输送3、v气很大，悬浮流状态4、v气很低，上部颗粒稀薄，下部密集，即两相流动状态5、v气再低，颗粒在管底堆积，即团块流。,41,二、气流输送流程,根据设备组合可分三种1）真空输送2）压力输送3）压力真空输送。,42,1、真空输送,真空泵启动后，系统内形成负压，空气和物料被吸入输料管中，经闭风器将物料卸出。,1-吸嘴 2-软管 3-固定管 4-分离器 5-旋转加料器6-排料管 7-空气管 8-除尘器 9-真空泵 10-排风管,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,图 1-14 真空输送,43,2、压力输送,系统内压力大于大气压
13、力，闭风器加料。,1-空气入口 2-鼓风机 3-加料斗 4-旋转加料器5-输料管 6-分离器 7-排料口 8-空气出口,1,2,3,4,5,6,8,7,图 1-15 压力输送,44,3、真空输送与压力输送结合,压力真空输送系统从几个不同地方，向一个卸料点送料时，真空输送系统最合适。从一个加料点，向几个不同地方送料时，压力输送系统最合适。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图 1-16 压力真空输送系统,1-细嘴 2-软管 3、9-固定管 4、10-分离器5-旋转供料器 6-空气罐 7-过滤器 8-鼓风机11-二次分离器 12-排出口,45,气流输送适用范围,1）输送量大2）
14、连续运行操作而1）输送量少2）间歇操作。,不适合气流输送,46,三、气流输送系统的组成设备,系统组成设备 进料装置 物料分离装置 空气除尘装置,47,(一)进料装置,1、吸嘴A 单管形吸嘴B 带二次空气进口的单管形吸嘴C 喇叭形双筒吸嘴 D 固定形吸嘴,48,A 单管形吸嘴,输料管口即为单管形吸嘴特点 物料和空气同时从管口吸入 当大量物料堆积 管口外侧 时，空气会被阻断,空气,49,B 带二次空气进口的单管形吸嘴,特点 设有二次空气进口，有所改善。,空气,二次空气,50,C 喇叭形双筒吸嘴(1),结构 吸嘴由内筒和外筒组成内筒 吸取物料,直径与输料管的一样吸料口 喇叭形二次空气通道 内筒与外筒
15、间的环隙,内筒,外筒,双筒喇叭形吸嘴,d,D,de,s,51,C 喇叭形双筒吸嘴(2),环隙面积与吸入口面积之比 aa=0.2-0.8内外筒口的高度差 SS=+0.5de=14-20(喇叭开口度)吸嘴长度 L900,内筒,外筒,图1-17 双筒喇叭形吸嘴,d,D,de,s,D2d2,de2,52,D 固定形吸嘴,物料通过料斗被吸到输料管中进料量由滑板调节空气进口装有铁丝网。,1,2,图 1-18 固定形吸嘴,1-输料管,2-滑板,53,2、旋转加料器(1),结构 外壳内有一旋转叶轮 叶轮 6-8片叶轮圆周速度 0.3-0.6 m/s叶轮与外壳间空隙 0.2-0.5 mm。,物料,出料,图1-1
16、9 旋转加料器料,叶片,外壳,54,2、旋转加料器(2),旋转加料器 供料量 VV=60qn v(m3/h)式中 q 叶轮旋转一周排出的体积(m3/h)n 叶轮转速(m3/r),物料,出料,图 1-19 旋转加料器料,叶片,外壳,v,容积效率，0.75-0.85,55,(二)物料分离装置（1）,1、旋风分离器 利用离心力沉降原理自气流中分离出固体颗粒。2、重力分离器 带有悬浮物料的气流进入分离器，流速降低，物料由自身的重力而沉降，气体则从上部排出。,图 1-21 重力式分离器,物料出口,筛筒,物料,气流出口,D,d,56,(二)物料分离装置（2）,分离器的圆筒直径 D D=1.13(m),物料
17、出口,筛筒,物料,气流出口,D,d,Va,aut,Va 空气流量(m3/s)a 系数(0.03-0.05)ut 悬浮速度(m/s),图 1-21 重力式分离器,57,(二)物料分离装置（3）,圆筒高度 L=(1.0-2.0)D 粒径3 mm，系数取1.0-1.5 中等粒径，系数取1.3-1.8 粉状物料，系数取1.5-2.0圆锥高度 H,物料出口,筛筒,物料,气流出口,D,d,（Dd）tg,2,H=(m),图 1-21 重力式分离器,58,(三)空气除尘装置（1）,1、旋风分离器2、袋滤器3、湿式除尘器 作用 A 净化排放的空气 B 回收粉状物料 C 防止粉粒损坏真空泵,59,(三)空气除尘装
18、置（2）,2、袋滤器第一次黏附层 网格上粘上的一层 粉尘滤布 格架支承作用,振动器,气流,含尘气流,粉尘,图 1-22 袋滤器,滤袋,60,(三)空气除尘装置（3）,3、湿式除尘器原理 利用水来捕集气流 中的粉尘。适合 含尘量少的气体净化。,含尘气体,伞形孔板,净化气体,进水口,液面计,排污口,图 1-23 湿式除尘器,61,四、气流输送系统计算,（一）气流速度（二）混合比（三）输送空气量和输送管经计算（四）压力损失计算（五）输送功率的计算及风机的选择（六）计算举例,62,（一）气流速度,气流速度 过高,浪费动力磨损增加物料易碎,v气流 v颗粒,物料颗粒间碰撞颗粒与管壁的碰撞气流在管道上分布不
19、均匀性,因素,63,（二）混合比,混合比us,Us=Ws/Wa,混合比的选择,物料特性输送系统的具体情况,Ws 物料质量流量（kg/h）Wa 空气质量流量（kg/h）,64,（三）输送空气量和输送管经计算,输送空气量和输送管经计算,Va=Ws/（Us Pa）,Va 输送空气量（m3/h）Ws 输送物料量（m3/h）Us 混合比 Pa 空气密度（kg/m3）,65,（四）压力损失计算,压力损失计算1、加速段的压力损失 Pac2、水平输料管中的压力损失PHL3、输料弯管中的压力损失Pel4、垂直输料管中的压力损失PvL5、重力式分离器的压力损失Pws6、旋风除尘器的压力损失Pse7、空气管的压力损
20、失Pex8、气流输送系统的总压力损失P P=Pac+PHL+Pel+PvL+Pws+Pse+Pex,66,（五）输送功率的计算及风机的选择,总压力损失P及空气量Va均增加10-20%的附加量,风机风压 P=（1.1-1.2）P(Pa),风机功率 N=VP/(W),风机风量 V=（1.1-1.2）Va/3600(m3/s),效率,一般取0.5-0.7,67,第三节 输送机械,一、带式输送机二、斗式提升机三、螺旋输送机,特点 A 结构简单 B 动力消耗低 C 输送能力大 D 安全可靠 E 适用性广不足 如要改变方向 需要多台机联合使用,68,一、带式输送机,（一）带式输送机的原理及结构1、带2、托
21、辊3、鼓轮4、传动装置5、张紧装置6、加料装置7、卸料装置,原理 利用一根封闭的环形带，由鼓轮带动运行，物料放在带上，靠摩擦力随带前进，到带的另一端靠自重卸下。,69,1、带,类型 橡胶带 钢带 网状钢丝带 塑料带橡胶带 若干层帆布 各层帆布之间用橡胶胶合 带上下及 两侧有橡胶保护层 带宽 300-1600 mm,（2-12层）,70,2、托辊,类型 上托辊 下托辊托辊的间距与宽度和所运送的物料有关如20kg，则物料间距L运输长度L的1/2,上托辊,下托辊,图1-24 上下托辊,胶带,直形、槽形,直形,71,3、鼓轮,带式输送机两端的轮称为鼓轮主动轮 卸料端的鼓轮从动轮 拉紧胶带 转向胶带鼓轮
22、材料 生铁铸造/钢板焊接成的空心轮。鼓轮的宽度胶带100-200mm,72,4、传动装置,电动机 减速器类型,结构,闭式,开式,73,5、张紧装置,给胶带一定的张力，防止胶带在鼓轮上打滑,重锤式,螺旋式,图1-25 张紧装置,74,6、加料（卸料）装置,加料装置 漏斗式加料器 螺旋式加料器卸料装置 中途卸料可用挡板 30-45（挡板与中心线夹角）末端卸料，靠物料自身重力卸出,75,（二）带式输送机的计算（1）,1、输送量的计算带式输送机的输送量Q,Q=3.6qV(t/h),3600qV,1000,式中 q带上单位长度的载荷（kg/m）V 带的运行速度（m/s）,76,（二）带式输送机的计算（2
23、）,2、功率计算带式输送机的功率 N(KW),N=K1A（0.000545KLV+0.000147QL）0.00274QHK1,式中 H 提升高度（m）上升+下降-K 系数，如表1-8 P22 L 输送机长度（m）Q 输送能力（t/h）V 输送带速度（m/s）K1 起动附加系数，K1=1.3-1.8 A 系数，如表1-9 P23,77,二、斗式提升机,1、料斗2、料斗带3、卸料方法4、装料方法5、转鼓,原理 以链条或胶带为牵引件，把若干个料斗固定在牵引件上，牵引件由上下转鼓张紧并带动运行。,78,1、料斗,材料 不锈钢板、薄钢板、铝板（冲压、焊接或铆接而成）类型 深斗 浅斗 尖角形斗,斗口呈6
24、5。装料多，但物料不容易排尽,65,45,50,深斗,浅斗,尖角形斗,1-27 料斗形状,斗口呈45。容易卸料，适合较潮湿及较粘物料,又称导槽式斗。斗的侧壁延伸到底板外，成为挡边。,79,2 料斗带 3 卸料方法,料斗带类型 胶带、链条（与带式运输机相同）卸料方法 离心式 1-2 m/s 重力式 0.5-0.8 m/s,80,4、装料方法,装料方法 掏取式 喂入式(见FLASH),81,(二)斗式提升机生产能力、功率计算（1）,1、生产能力计算,Q=,3600 VP(kg/h),i 料斗容积(m3)a 料斗间距(m)v 运行速度(m/s)p 物料的堆积密度(kg/m3),i,a,料斗的充填系数
25、 0.7-0.95,82,(二)斗式提升机生产能力、功率计算（2）,2、功率计算斗式提升机的功率N,N=(kw),QH,367,式中 Q 生产能力（t/h）H 提升高度(m)总效率，0.3-0.8,83,三、螺旋输送机（1）,(一)螺旋输送机的原理与特点,原理 物料由于重力和与槽壁的摩擦力作用，在运动中不随螺旋一起旋转，而是以滑动形式沿着物料槽移动。,特点 构造简单 操作安全方便 能在多处中间位置装料、卸料 密封性好但 磨损大 动力消耗大 输送距离短 30 m,84,三、螺旋输送机（2）,(二)螺旋输送机的构造1、螺旋2、轴3、轴承4、机壳,1,2,3,4,5,6,物料,卸料,图1-30 螺旋
26、输送机,1-皮带轮 2、6-轴承 3-机壳 4-吊带 5-螺旋,85,三、螺旋输送机计算（3）,(三)输送量及输送功率计算1、输送量 Q,Q=60 D2Snp C=15 D2Snp C（t/h）,4,式中 D 螺旋直径（m）C 倾斜系数，0 为1.0，20为 0.65 S 螺距（m）n 螺旋轴的转数（r/min）p 物料堆积密度（t/m3）填充系数，一般=0.125-0.4,谷物 0.25-0.35,面粉0.35-0.4,86,三、螺旋输送机计算（4）,(三)输送量及输送功率计算2、输送功率 N,N=（LW H）（kW）,Q,式中 Q 输送机的输送能力（t/h）L 输送长度（m）H 升运高度（r/min）效率，0.6-0.85 W 阻力系数，如表1-11,367,
