生物工程设备概述

2020/5/30，1，生物工程设备，生物工程设备，张志坚，陕西工业大学生物科学与工程学院生物工程系，2020/5/30，2，教学内容，第1章概述，第1节生物工程设备课程介绍，第2节生物工程设备概述，第3节生物工程设备要求，第4节生物工程设备选型概述，2020/5/30，3，第1节生物工程设备课程介绍，课程性质，生物工程设备是生物工程专业的必修课。它是一门基于现代生物技术基本理论和工程原理的应用学科。相关课程，工程制图，生物工程(化学)原理，生物工程(化学)技术，工厂设计等。2020/5/30，4，教学目的和要求，生物工程设备是一门实践性很强的课程，通过本课程的学习，结合参观和课外实践，学生可以掌握生物制品生产常用设备的类型、设备结构、工作原理和类型；对设备安装和维护有初步了解；有能力根据生产工艺和技术要求提出相关设备设计或改造的想法或要求。本课程(专业)在中国的开设情况如下：化工生化产品生化工程生化工程设备发酵发酵产品发酵工程发酵工程设备生物资源开发药物或食品生物资源加工工程生物工程设备，2020/5/30，5，教学内容，生物工程基础设备：粉碎设备、筛分设备、清洗设备、分级设备、混合设备、物料输送设备、培养基制备及灭菌设备、空气净化及灭菌设备、水处理设备等。生物反应设备：发酵罐、酶反应器、组织培养设备等。产品分离纯化设备：萃取设备、机械分离设备、膜分离设备、浓缩设备、蒸馏设备、结晶设备、干燥设备等。产品成型设备：造粒设备、压片设备、包衣设备、胶囊制备设备、灌装设备、包装设备等。2020/5/30，6，设备的结构(或组成)，工作原理设备的功能或类型(分类)，设备的特性和适用性，设备的性能和选择及使用，学习重点，2020/5/30，7，生物工业的一般过程，2020/5/30，8，啤酒酿造过程，2020/5/30，9，2020/5/30，10，2020/5/30生物工程设备。北京：中国轻工业出版社，2002参考：1段开红主编，生物工程设备，北京：科学出版社，2008年2郑玉国。生物加工工艺和设备。北京：化学工业出版社，20043陈红璋。生物加工工程和设备。北京：化学工业出版社。朱宏基，20044。制药设备和工程设计。北京：化学工业出版社，20045，教材与教学参考，学时与学分，54学时，3学分，2020/5/30，12。首先，机械设备的概念是使用劳动工具来改变劳动对象的形状、大小、组成、性质、位置或表面形状，使其成为一种所需的产品，这被称为工艺过程。现代工艺过程是通过工艺设备实现的。工艺设备是指产品生产过程中用于生产、加工、制造、检验、运输、安装、储存和维护的各种机器、设施、装置和器具。工艺设备分为机械、设备和器具。第2节生物工程设备概述，2020/5/30，13。将现有的机械能或非机械能转化为便于使用的机械能，并将机械能转化为一定的非机械能或利用机械能做一定的工作的设备统称为机械。第一类机械包括风力涡轮机、水力涡轮机、蒸汽涡轮机、内燃机、电动机、气动马达、液压马达等。统称为动力机械。第二类机械包括发电机、热泵、液压泵、压缩机等。这些机器统称为能量转换机器。第三种机器是使用机械的机器机械有以下三个特点：它是人造实体的组合；(2)各部件之间明确的相对运动和力的传递；(3)工作时能转换机械能或做有效的机械功。通常，具有上述三个特征的机器称为机器，而只有前两个特征的机器称为机械。2020/5/30，15，该机构是两个以上部件的组合，这些部件可移动地连接以实现特定的运动。它是机械学的研究对象。部件是指组成机构的基本单元，它们之间有一定的相对运动关系，如曲柄、连杆、滑块和曲柄滑块机构中的齿条。凸轮机构中的凸轮、从动杆和框架。机械制造过程中的基本单元称为零件，它是构成机械和机器的不可分割的一个整体。该部件可以是单个部件或由几个部件形成的刚体。大多数机构具有一个或多个从外界接收已知运动或动力的部件，即主动部件。其余被迫强制运动的部件称为从动部件，从动部件作为输出将实现指定的运动。2020/5/30，16，2020/5/30，17，仍然有一些装置或仪器，其部件没有相对运动或很少运动，并且没有机械能的转换和利用。其中实现的过程是通过反应(化学反应、生物化学反应)来实现的，或者与特定力场(热场、电场、重力场等)的作用有关。)在待加工的物体上，与机械能的消耗无关，在材料输送或强化加工过程中只需要机械功(如搅拌反应器)。如反应器、萃取罐、热交换器、干燥器、蒸发器、蒸馏器、结晶设备、传质设备、吸附设备、流化设备、普通分离设备和离子交换设备。然而，因为它们是通过机械加工制成的产品，它们也被认为属于机械的范畴。这种设备通常被称为设备。2020/5/30，18，2020/5/30，19，1。动力部分：是完成能量转换的部分，如电动机将电能转换成机械能。2.传动部分：完成变速、换向、旋转-直线、旋转、曲线、直线、曲线、恒速-变速等运动模式的转换。3.执行部分：直接完成切割、粉碎、过滤、混合、乳化等操作功能。4.支撑部件：将设备的所有部件有机地连接在一起，并确定它们的位置关系。5.连接部分：连接前后相关设备，如进料和出料、定位和排序装置。6.控制部分：用于控制设备的工作状态和运行过程，如控制柜、开关、布置保护装置等。2、机械设备的基本组成，2020/5/30、20、3、生物工程机械设备的特点1、种类繁多，种类多样，结构复杂程度不一样，自动化程度差异较大；2.几乎没有标准化的机械设备已经完成，而更多的非标准机械设备尚未完成。3.生物产品原料的季节性强，要求其加工机械和设备具有多功能性，即多用途、灵活和可移动。可根据不同产品的加工要求进行调整和组装，形成不同产品的生产线。4.生物制品(如药品和保健品)大多是人类进口产品，要求其加工机械和设备在材料、结构等方面具有良好的卫生条件。并且容易拆卸、清洁和消毒，甚至需要自动清洁和消毒系统。5、生物制品加工用水量较大，许多机械设备与水接触，甚至与腐蚀性液体(如酸、碱、盐)接触，因此，机械设备要求具有良好的耐腐蚀、防水性能。6.现代化的高水平完整生产线还具有连续、密闭、高度自动化和无菌操作的特点。2020/5/30，21，4，工业机械化的意义和学习机械设备1，工业机械化的意义a(1)现代工业需要合理的加工工艺和完善适用的机械设备的配合。它们是一个有机的整体。技术是设备的前提，而机械设备是技术的保证。它们相辅相成，相互促进，不能有偏见。(2)合理的技术可以促进新机械设备的研发，而新机械设备的出现为合理技术的制定提供了更多的选择。(3)在工业生产中，过程的最终实现是通过机械设备来完成的。了解设备有助于制定更合理的流程。因此，有必要学习机械设备来从事现代工业工作。2020/5/30，23，5。生物工程机械设备的分类(1)根据不同的适用性进行分类1。特种机械设备：即仅用于加工某一类别甚至某一产品的机械设备。2.通用机械设备：可用于生产和加工各种产品甚至不同行业的机械设备。如泵、风机、固体输送机械、蒸发和浓缩设备、萃取和浸出设备、搅拌器、混合器、一些干燥设备、一些灌装机械、包装机械等。本课程主要介绍这种机械设备。2020/5/30，24，(2)根据机械设备在生产中的不同功能和主要功能，大致可分为以下几类：1 .原料清洗机械：包括除杂、清洗、分选、分选、分级等各种机械设备。2.粉碎机械：包括粉碎、研磨、劈裂、切割等机械设备。3.混合均质机械：包括液体搅拌机械、粉末混合机械和液固混合机械、均质乳化加工机械和设备。4.成型机：如压片机、滴丸机、制粒机、包衣机等。5.分离提取机械：如筛选机、过滤器、离心机、离子交换设备、膜分离设备、萃取罐等。2020/5/30，25，6。换热设备：包括烹饪、烘烤、热杀菌、蒸发浓缩、冷却、冷冻等设备。7、干燥机械设备：包括各种导热、热对流、辐射、介电加热干燥机械设备；有常压和真空干燥机械设备。8.反应设备：如发酵罐、酶反应器、组织细胞培养设备等。9.包装机械：包括灌装机械、制袋封口机械、包装机械、封口(封盖)机械等。10.输送机械：包括液体输送机械(泵)、气体输送机械(风机、压缩机)、固体(粉末、颗粒、块状)输送机械等。11.其他机械：包括各种难以分类的机械设备。2020/5/30，26，6。生物工程机械设备的技术经济指标1。生产能力是指机器设备生产产品的能力，即生产速度。机械设备的技术是否先进并不仅仅取决于生产能力或生产率。生物制品的生产参数经常是可变的，因此生产能力通常被允许在一定范围内调整。2.消耗系数消耗系数是设备生产单位消耗的原材料和能源的量度。消费系数越低越好。2020/5/30，27，3。设备性能价格比(成本性能比)机械设备的价格影响生产企业的投资。一般来说，为了达到相同或相似的技术效果，除特殊情况外，应采用廉价设备，即高性能价格比的机械设备。4.管理费包括人工费、运行维护费和修理费。通用设备越简单，设备成本和维护成本越低，但劳动力增加，设备自动化程度高，生产率高，设备投资增加，综合管理成本可降低5，产品成本是生产中一切经济效果的综合反映，是选择设备的基本出发点。2020/5/30，28，第三节生物工程机械设备要求，010一、机械设备材料要求二、机械设备结构要求三、机械设备可清洗性要求四、机械设备可拆卸性要求五、机械设备安全健康检查的便利性要求六、机械设备的安装与配置2020/5/30，29。一、机械设备的选择原则(一)满足工艺条件的原则设备的工作部件和技术参数应适应被加工产品的生物学特性，并满足最终产品的加工要求；严格控制加工过程中造成的原材料、最终产品损坏和质量下降；应防止机器或其他材料对最终产品的污染，以确保最终产品符合卫生要求。为了避免排放物(矿渣、谷物、纸浆、液体、气体等)造成的环境污染。)在处理过程中，应为受污染的排放物提供处理设备，以满足排放要求。对于含有多种营养成分或药效成分的产品，应考虑通过加工设备减少营养或药效成分的损失；要重视副产品和下脚料的综合开发，充分利用资源，提高经济效益。第四节生物工程机械设备选型概述，2020/5/30，30，(2)先进技术原理1。先进的设备性能具有性价比高、功能完善、运行维护成本低、单位产品材料和能耗低、加工程度和加工能力高、设备运行稳定、投资和产品成本低、生产能力和劳动生产率高、使用寿命长等优点。2.设备的先进技术水平具有较高的技术含量，有利于促进技术进步和提高竞争力。具有产业基础，能够形成新的经济增长点，符合可持续发展。3.先进的设备水平。该设备结构合理，制造精良，连续、机械化、自动化程度高，安全卫生要求高。2020/5/30，31，(3)匹配原则1。与生产能力相匹配的产品产量是选择加工设备的基本依据；设备的处理能力、规格、型号和功耗必须与相应的输出相匹配，考虑到电源故障、机器维护和修理等因素，设备选型应有一定的储备系数(一般为10% 20%)。2.与生产线上其他设备的匹配应充分考虑各工段和工艺设备的合理匹配，保证各设备流程的相互平衡，即同一工艺流程中所选设备的处理能力应基本相同，以保证整个工艺流程中各工序生产环节之间的合理衔接，保证生产的顺利进行。2020/5/30，32，(4)合理技术和经济原则1。设备价格合适。设备选择应尽可能基于国内市场。由于国产设备价格便宜，应尽可能考虑国内市场。如果国产设备不能满足工艺要求、生产要求、质量要求等。然后考虑购买国外设备。2.充分利用设备生产能力设备配置应平衡合理。考虑到整个生产线配置的综合经济性，设备配置和连接应紧凑、均衡、协调，以提高劳动生产率，避免部分设备生产能力过大或过小，影响其他设备生产能力的充分发挥。3.技术要求和经济效益适用于技术经济方案的反复比较，各方案技术经济效益的分析，以及选择既满足生产、技术和卫生要求，又投资小、成本低、利润高、经济合理的设备选型方案。2020/5/30，33，(5)稳定性原则1。技术水平和成熟度高的设备应采用经过充分验证和使用过的设备，不得冒险采用未经中试就转为生产的设备，不得盲目采用未经生产实践或遗留技术问题的新设备；2.高的，2020/5/30，34，(6)柔性原则为了保持企业的可持续发展，制造商应根据自己生产的产品的品种和规模合理选择设备，并注意选择通用性好、功能多样的设备，以便人们消费习惯改变时，对产品进行修改；当产品具有一定的消费市场、良好的经济效益和充足的营运资金时，为了便于扩大生产，应尽可能选用易于形成成套生产线的设备。2020/5/30，35，二。机械设备选型的依据和内容1。机械设备选型依据(1)产品计