生化工程设备-第二篇-第一章物料处理与培养基制备-第一节-第二节-按PPt重点.pptx

1、第二篇 第一章 物料处理与培养基制备 -第一节 固体物料的处理与输送设备 -第二节 液体培养基的制备及灭菌设备 第一节 固体物料的处理与输送设备 很多生物工程产品是以生物质为原料的， 如柠檬酸发酵用薯干作为原料，酒精发酵以 玉米或薯干作为原料，氨基酸发酵以玉米或 大米作为原料。这些原料在进行生物反应之 前，需要作预处理，包括分级、除杂、粉碎 等。生物质原料的预处理是生物加工的第一 步。 一、 生物质原料筛选与分级 生物加工原料在很多情况下来源于植物，属生物质原料， 如植物的块根和块茎以及秸杆等。这些原料在收获、贮藏、运 输等过程中，往往会混入沙土、石子甚至金属等杂物。工厂在 进行生产前，必须先

2、将原料中混杂的杂物除去。因为，杂物特 别是铁片、石子等混入原料，会给后续加工带来麻烦，在原料 的粉碎过程中，容易使粉碎机的筛板磨损，使机器发生故障， 机械设备的运转部位由于磨损而损坏；这些杂物带入到产物的 提取分离过程中，如蒸馏分离，有些杂质会在蒸馏塔中沉积下 来，使塔板的溢流管发生堵塞现象；还有些杂质会使醪泵、研 磨机等设备的内部机械零件遭到损坏，严重影响正常生产。有 时遇到有大量或大块的夹杂物时，甚至会堵塞阀门、管路和泵， 使生产停顿。此外，杂质存在也会对生产中的反应过程产生不 良影响。所以在生产前，原料的除杂、筛选与分级处理是十分 必要的。 1、筛选与分级设备 （一）磁力除铁器 除铁的目

3、的是将夹杂在原料中的小铁块、螺丝等金属杂 物除去，因为这些金属混杂物若不加以清除，随原料进入机内， 将会损坏机器，甚至引起粉尘爆炸事故，须在清理过程中用磁 选设备除去。 磁选设备的主要部件是磁体。每个磁体都有两个磁极， 其周围存在磁场。磁体分永久磁体和电磁体。谷物清理多采用 永久磁体。磁场要有足够的磁场强度。 磁选设备分永磁溜管和永磁滚筒。 永磁溜管（图1-1）的永久磁铁 装在溜管上边的盖板上。一般在 溜管上设置23个盖板，每个盖板 上装有两组前后错开的磁铁。工 作时，原料从溜管上端流下，磁 性物体被磁铁吸住。工作一段时 间后进行清理，可依次交替地取 下盖板，除去磁性杂质。溜管可 连续地进行磁

4、选。永磁溜管结构 简单，不占地方。为了提高分离 效率，应使流过溜管的物料层薄 而均匀。 A A A - A 图1-1 永磁溜管 1永磁溜管 永磁滚筒（图1-2）主要由进 料装置、滚筒、磁芯、机壳和传 动装置等部分组成。磁芯由锶钙 铁氧体永久磁铁和铁隔板按一定 顺序排列成170的圆弧形，安 装在固定的轴上，形成多极头开 放磁路。磁芯圆弧表面与滚筒内 表面间隙小而均匀（一般小于 2mm），滚筒由非磁性材料制成， 外表面敷有无而耐磨的聚氨酯涂 料作保护层，以延长使用寿命。 6 8 9 10 7 1 2 3 4 5 图1-2 永磁滚筒的结构 进料斗 2-观察窗 3-滚筒 4-磁芯 5-隔板 6-小麦出

5、口 7-铁杂质收集盒 8-变速机构 9-电动机 10-机壳 滚筒通过蜗轮蜗杆机构由电动机带动旋转。 磁芯固定不动。滚筒重量轻，转动惯量小。 2永磁滚筒 永磁滚筒能自动地排除磁性杂质，除杂效率 高（98%以上），特别适合于除去粒状物料中的 磁性杂质。 为了有效地保障安全生产和产品质量，在原 料加工的全过程中，凡是高速运转的机器的全部 应装有磁选设备。为了保证磁选效果，物料通过 磁极面的速度不宜过快，永磁溜管的物料速度一 般为0.150.25 m/s，永磁滚筒的圆周速度一般 为0.6 m/s左右。 （二）精选机 颗粒状的生物质原料 （如大麦、小麦）等必须进 行精选和分级，其主要原理 是按颗粒长度进

6、行分级，以 除去不必要的杂粒。常用的 精选机有滚筒精选机和碟片 精选机两种，其都是利用带 有袋孔（窝眼）的工作面来 分离杂粒，袋孔中嵌入长度 不同的颗粒，带升高度不同 而分离。结构示意图如图1- 3。 (1)碟片式 （2）滚筒式 图1-3 精选机工作示意图 1碟片式精选机 在金属碟片的平面上制成许多袋 形的凹孔，孔的大小和形式视除杂条件 而定。碟片在粮堆中运动时，短小的颗 粒嵌入袋孔被带到较高的位置才会落下， 因此只要把收集短粒斜槽放在适当位置 上，就能将短粒分出来，如图1-4和图 1-5所示。 1 2 3 4 图1-4 碟片的工作情况 1-碟片 2-叶片 3-短粒出口 4-盛物槽 312 4

7、 5 6 7 12 11 109 8 图1-5 碟片精选机结构 1-进料口 2-碟片 3-轴 4-轴承 5-绞龙 6-大链轮 7-小链轮 8-链条 9-隔板 10-孔 11-长粒物料出口 12-淌板 碟片精选机的特点是工作面积大，转 速高，产量比滚筒精选机大；而且为除去 不同品种杂质所需要的不同袋孔可用于同 一机器中，即在同一台机器上安装不同袋 孔的碟片；碟片损坏可以部分更换，还可 分别检查每次碟片的除杂效果，因此碟片 精选机是比较优越的精选机，缺点是碟片 上的袋孔容易磨损，功率消耗较大。表1-1 所示为碟片精选机的技术特性。 图1-6所为滚筒精选机工作示意 图。袋孔2是开在筛转圆管1的内 表

8、面，长粒子大麦依靠进料位差 和利用滚筒本身的倾斜度，沿滚 筒长度方向流动由另一端流出， 而短粒子大麦嵌入袋孔的位置较 深，被带到较高位置而落入中央 槽4之中由螺旋输送机3送出。根 据滚筒转速差别又分为快速滚筒 1 2 3 4 短粒 长粒 图1-6 滚筒精选机工作示意图 5 精选机和慢速滚筒精选机，两者结构基本相似，但由于高速时使 颗粒的离心力增大，中央、斜槽和螺旋输送机位置应较低速的高。 2滚筒精选机 二、筛选设备 筛选是谷物等生物质原料清理除杂最常用的方法。筛面上 配备适当的筛孔，使物料在筛面上作相对运动。 生产用的生物质原料大多数都是粉粒状的，例如各种谷物、 大米、麸皮等等。其中常含有各种

9、杂质，如泥土、砂石、草籽、 杂谷、金属等，这必须先用筛子清除。为保证生产质量，生产过 程又往往将粒度不同的物料加以分级，这也要用筛子来完成。这 两方面的操作都可称为筛选。筛选操作常常是将物料从筛的一端 加入，并使其向筛的另一端移动，从而使尺寸小于筛孔的物料穿 过筛孔落下，成为筛下物，而尺寸大于筛孔的物料经过筛面从筛 的另一端引出。 筛选可以用人工的方法进行，但这时生产效率将会受到极 大的限制。生物加工过程中的筛选操作都由筛选机械来完成。 筛选机械有很多种不同的构造，发酵工厂中常用的是振动 筛和转筒筛。 振动筛是原料加 工中应用最广的一种 筛选与风选结合的清 理设备，多用于清除 小及轻的杂质。振

10、动 筛主要由进料装置、 筛体、吸风除尘装置 和支架等部分组成， 如图1-7所示。 小麦 小杂质 小麦进口 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 图1-7 振动筛的结构 1-进料斗 2-吊杆 3-筛体 4-筛格 5-自衡振动器 6-弹簧限振器 7-电动机 8-后吸风道 9-沉降室 10-风机 11-风门 12-前吸风道 进料装置的作用是保证进入筛面的物料流量 稳定并沿筛面均匀分布，以提高清理效率。进料 量可以调节。进料装置由进料斗和流量控制活门 构成。按其构造有喂料辊和压力进料装置两种。 喂料辊进料装置需要传动，只有筛面较宽时才采 用。压力门进料装置结构简单，操作方便，喂料 均匀，

11、特别是重锤压力门进料装置，动作灵敏， 能随进料变化自动调节流量，故为筛选设备普遍 采用。 筛体是振动筛的主要工作部件，它由筛框、 筛子、筛面清理装置、吊杆、限振机构等组成。 筛体内有三层筛面。第一层是接料筛面，筛孔 最大，筛上物为大型杂质，筛下物为粮粒及大 型杂物，筛面反向倾斜，以使筛下物集中落到 第二层的过程中，筛条的棱对料产生切割作用， 厚度约有筛孔的1/4，一层料及其中的细粒被 棱切割而被筛下。曲筛的分级粒度大致是筛孔 尺寸的一半。但随着筛条棱的磨损，通过筛孔 的粒度将减少。 振动筛是一种平面筛，常用筛子有两种：一种是由金属丝 （或其他丝线）编织而成的；另一种是冲孔的金属板。筛孔的 形状

12、有圆形、正方形、长方形等。大麦粗选机用的是长方形的 冲孔筛板。筛板开孔率一般为5060%，开孔率越大，筛选效率 越高，但开孔率过大会影响筛子的强度。目前使用的筛选机， 筛宽在5001600mm之间，振幅通常取46mm，频率可在200650 次/分范围内选取，其生产能力由下面公式决定： GBq ，kg/h B q 式中 筛面的宽度，m； 单位筛宽流量，kg/（mh）； 如不知道 值，也可用下面近似公式计算生产能力： q 0 3600 cp GB hV，kg/h 0 BB 式中： 筛面有效宽度，m，取B0=0.95 ； hhd d 筛面物料层厚度，m，取 =12 （为物料最大直径）； cp V 物

13、料沿筛面运动的平均速度，m/s， 取0.5（m/s）以下； 物料松散系数，取0.360.64； 物料的密度，kg/m3。 生物加工厂如啤酒厂，常用的另一种筛是圆 筒分级筛，用于大麦精选后的分级。根据大麦分 级的要求，在圆筒筛上布置不同孔径的筛面，一 般安排矩形孔筛子用1mm厚的钢板制作，筛孔长 25mm，宽2.22.5mm，可以将大麦分成三极，即 大麦腹径（颗粒厚度）为2.5mm以上，2.2mm2.5 mm和2.2mm以下3种。前两种为制麦芽用，后者作 饲料。有时根据具体情况可以多增加一种筛板如 原大麦较大时，可增设矩形孔252.8mm，如原 大麦较瘦小，可增设矩形孔252.0mm，将大麦 分

14、成四级。 圆筒分级筛如图1-8所示。筛筒的倾斜角度为3-5；筛筒 直径与长度之比为1：46；圆周速度约为0.71.0m/s，速度太 快，粒子反而难以穿过筛孔，使生产率下降。圆筒用厚 1.52.0mm的钢板冲孔后卷成筒状筛，整个圆筒往往分成几节筒 筛，布置不同孔径的筛面，筒筛之间用角钢连接作加强圈，如 用摩擦传动则可作为传动的滚筒。圆筒用托轮支承在用角钢或 槽钢焊接的机架上，圆筒一般以齿轮传动。筛分的原料由分设 在下部的两个螺旋输送机分别送出，未筛出的一级大麦从最末 端卸出。 进料 饲料大麦级大麦级大麦 图1 - 8 圆筒分级筛 圆筒分级的优点是：设备简单，电动机传动方便。 缺点是：筛面利用率小

15、，仅为整个筛面的五分之一。圆 筒分级筛的生产能力可用下面的经验公式计算： Gq DL ，kg/h q q 式中 单位筛面负荷量，kg/（m2h）， 大麦取=450550kg/（m2h）； D L 筛面直径，m2； 筛筒长度，m； 筛面有效系数，取=1/41/6。 第二节 生物质原料的粉碎 在生物生产中，为了加速后续的生物反应和化学反应等过 程的反应速度，对于使用的固体生物质原料，常须将其粉碎。使 大块固体物料破碎成小块物料的操作，通常称为粉碎，而使小块 物料进一步粉碎为粉末状物料，有时则称为磨碎或研磨，很多情 况下，统称为粉碎。 在以固体生物质为原料的生物反应生产过程中，对原料粉 碎的效果好坏

16、，不仅直接反映出粉碎操作的合理性和经济性，而 且会间接影响到下一工序如蒸煮、浸出、水解（酸解和酶解）和 发酵等的效果和效率。 生物工厂均采用某种型式的机械方法，达到固体生物质原 料粉碎的目的。 粉碎机械有多种类型，但机械粉碎的工作原理主要有以 下几种方式： 挤压粉碎 固体原料放在两挤压面之间，当挤压面施加的 挤压力达到一定值后，物料即被粉碎。大块物料往往先以这种 方式破碎。 冲击粉碎 物料受瞬时冲击力而被粉碎。这种方式特别适 用于脆性物料的破碎。 磨碎 物料在两相对运动的硬质材料平面或各种形状的研 磨体之间，受到摩擦作用而被研磨成细粒。这种方式多用于小 块物料的细磨。 劈碎 物体放在一带有齿的

17、面和一平面间受挤压即劈裂而 粉碎。 剪碎 物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的两支点 （或多支点）梁，除了在外力作用点受劈力外，还发生弯曲折 断。多用于较大块的长或薄的硬、脆性物料粉碎。 固体物料的粉碎，可按粉碎物料和成品的粒度大小， 可作如下的分类： （1）粗碎 原料粒度范围为401500mm，成品粒度约为550mm； （2）中、细碎 原料粒度范围为550mm，成品粒度为0.15mm； （3）微粉碎 原料粒度范围为510mm，成品粒度100m左右； （4）超微粉碎 原料粒度范围为0.55mm，而成品1025m。 物料粉碎前后的粒度比称为粉碎比或粉碎度。如以X 表示之，则： 1 2 d x

18、d 1 d 2 d 式中 粉碎前物料的平均粒径，mm； 粉碎后物料的平均粒径，mm。 可见粉碎比表示粉碎操作中物料粒度变小的比例。磨碎时粉碎比较粗 碎和中、细碎时为大。对于一次粉碎后的粉碎比，粗碎约为26，中、细碎 为550，磨碎为50以上。总粉碎比是表示经过几道粉碎步骤后的总结果。 粉碎物料时，须根据固体物料的物理性质、 块粒大小、需要破碎或粉磨的程度，选择适当的 破碎方法。一般来说，任何一种粉碎机往往利用 几种破碎方式进行物料的粉碎。选择粉碎物料的 方法，必须根据物料的物理性质，物料的大小， 粉碎的程度等，应特别注意物料的硬度和破裂性。 对坚硬的和脆性的物料，挤压和冲击很有效。对 韧性物料

19、剪切力作用较好。对方向性物料则以劈 碎为宜。但不论哪一种粉碎机，很少单独使用其 中的一种方法，而是几种方法的组合，使粉碎更 加有效。 无论粉碎机械属哪种作用力形式，原料的性质如 何及所需粉碎度怎样，都应符合下述一些基本要求： （1）粉碎后的物料颗粒大小要均匀； （2）已被粉碎的物块，须立即从轧压部位排除； （3）操作能自动化，如能不断地自动卸料等； （4）容易更换磨损的部分，在操作发生障碍时， 有保险装置使能自动停车； （5）产生极少的粉尘，以减少环境污染及保障工 人健康； （6）单位产品消耗的能量要小。 一、粉碎设备 （一）锤式粉碎机 锤式粉碎机是利用快速的锤刀对物料进行冲击粉碎， 广泛用于

20、各种中等硬度的物料，如地瓜、玉米等生物质 原料的中碎与细碎作业，尤其使用于脆性物料。由于脆 性物料抗冲击性较弱，因此，从工作原理来说，采用这 种破碎方式非常合理。锤式粉碎机最大特点是具有很高 的破碎比（达1050）这是其他粉碎机不能比拟的。此 外单位产量能耗低、构造简单、结构紧凑、生产能力高 等都是锤式粉碎机的优点。因此，这种粉碎机在工业上 获得广泛应用。但锤式粉碎机也存在一些缺点，如工作 部件易于磨损，物料含水量过高（超过1015%）时，易 于堵塞，因而维修工作量大。 锤片粉碎机的结构如图1-9所示，它比较简单，更换锤片和 筛面操作方便，但运转时震动声音较大，如果转子安装的平稳， 则锤片运转

21、也较均衡。这种粉碎机适用与甘薯干块状原料和野生 植物原料的粉碎，操作要求低，较易把小块原料锤碎成细粉末， 对原料品种变化的适应性也较强。 1 2 3 4 5 图1-9 锤碎机的一般形式 轴 2-转鼓 3-锤刀 4-栅栏 5-抽风机 锤碎机内有一根水平轴，轴上装有一些圆 盘，圆盘的周边安装着板状锤片（杆锤），周 围有圆筒形外壳。外壳分为两部分，上部为有 沟形的表面，下部则为有孔的筛板，以被粉碎 的物料通过筛孔落下。这种设备的一般形式可 以自制，轴的圆周线速达60-70米/秒。锤碎 机的主要构件如下： 1锤刀2筛面 其主要部件是一个转动的圆筒， 它装在轴上，主要是利用许多锤 刀作圆周运动来锤碎原料

22、。锤刀 的形式一般有矩形、带角矩形和 斧形，有高碳钢片制成。矩形的 锤刀具有可多次再用的优点，当 一般的角被磨钝后，可以倒转换 1矩形2-带角矩形3斧形 1 23 图1-10 锤刀的形式 再用，直至四边角全部用遍为止。但装换时，应注意避免由于 重量的不等而引起转子的不平衡。由于矩形锤刀有多次再用的 优点，所以，粉碎一般原料时，多采用这种锤刀。但是对韧性 较大的原料进行粉碎时，则采用斧形锤刀较适宜，由于斧形锤 刀的重心偏于尖端，与同样重量的矩形锤刀相比较，斧形锤刀 的打击粉碎力要大的多。如图1-10所示。 1锤刀 原料的粉碎是由于锤刀的 撞击作用，因此锤刀磨损甚速， 经常要更换，否则会降低粉碎

23、效果，而经常调换新的锤刀， 则钢板耗用量大。为了充分有 效使用锤刀，某厂对锤刀的装 置进行改进，如图1-11所示， 于圆形的转子距离中心轴不同 的位置上，对称地开有许多孔， 而磨损的锤刀，可把磨损后的 刀角切平，装在离中心轴较远 的孔上。这样既保证了锤刀顶 端到筛面的距离，也可节省制 造新锤刀的刚材。 图1-11 改进后的锤刀装置 用来控制粉碎程度，筛面采用铁板冲制。粉料通风的筛孔， 孔径在1.52.5毫米之间，许多酒精厂所采用的筛孔大小都在此 范围内。提高粉碎机效率的方法，一般有下列常用的几种： （1）采用密闭循环法，为了减少磨损，能较快地把大少 不同的物料颗粒分开，将没有达到规定的颗粒，与

24、已达到要 求的细粉，一起通过筛面，再在粉碎机外部用单独的筛子， 把不合要求的物料分离开来，重新回到粉碎机中进行粉碎。 如此密闭循环，可提高生产能力达4570%。 2筛面 （2）增加吸风装置，增加吸风机后，可以加速粉料离开 筛孔，把粉碎机内已经粉碎好的细粉抽出来，提高了粉碎机的 工作效率。据某厂采用后的经验，安装了旋风分离器，可以提 高粉碎机的生产能力大约30%左右，而电耗也大为降低。 （3）采用鳞状筛代替平筛。 含水分较高的原料，会使粉碎带来困难，使锤碎机的筛 孔被堵塞，粉碎效果显著降低，电耗也会增大，这时可采用湿 式粉碎来解决此问题。在年产不同的工厂里，采用锤碎机的数 量也各有不同，产量大的

25、工厂一般数量多些，这与动力大小也 有关系。但是，必须同时设有两套，一套备用，轮流使用。 （1）出现锤碎机堵塞现象 其产生的原因可能有下面三个：即进料量太多；筛孔堵塞；有异物 落入机内。通常可采用下列三个措施来处理：首先是打开锤碎机，进行疏 通；还可以取出筛子，疏通筛眼；或者可以停止磨粉，取出异物。 （2）锤碎机运转时有杂声 这是由于硬质杂物落入锤碎机内。一般采取的措施是：停止锤碎机 运转，取出杂物，并检查筛子是否损坏。 （3）粉粒直径过大，超过规定范围 这是应为筛子磨损或破裂而引起的，处理的办法是调换新筛子。 （4）锤碎机落料过大的原因是筛子未装，或者是筛子脱头裂口大 采取的措施是停车检查，装

26、筛或是换筛。 锤碎机通常发生的不正常情况及其处理措施如下： 筛板用以控制物料的粒度，筛板上有许多筛孔、筛孔直径根 据产品粒度来确定。筛板上的孔有圆形或长条形，细粉碎机的筛孔 多为圆形，粗粉碎机的筛孔多为长条形。筛板表面与锤刀顶端间隙 对产品粒度有影响，产品粒度越小，间隙也越小，一般为510mm。 锤式粉碎机的生产能力，可按半经验公式计算。 设从一个圆孔中排出的产品体积为： 2 00 4 Vd d ，m3 0 d d 式中 筛孔直径，m； 产品粒度，m； 排料系数，一般取0.7。 锤刀扫过筛孔时，才有产品排出，如果转子上有K排锤刀，则 转子转动一周，锤刀就扫过K次，排料也为K次，如果转子转数为n

27、 （r/min），筛孔总数为Z个，则每小时排出产品的体积为： 0 60VV KnZ，m3/h 如果是长方形筛孔，则： 0 VLCd，m3 LC 式中 筛孔长度，m； 筛孔宽度，m。 动力消耗可按下面经验公式估算： 2 NAD Ln，KW D L N A 式中 锤刀末端的直径，m； 转子轴向长度，m； 转子转速，r/min； 系数，由实验确定。 （二）辊式粉碎机 辊式粉碎机广泛用于破碎粘性和湿物料块。 啤酒厂粉碎麦芽和大米都是用辊式粉碎机，常用的 有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。 1两辊式粉碎机 两辊式粉碎机主要工作机构为两个相对旋 转的平行装置的圆柱形辊筒。工作时，装在两辊 之间的物料由于

28、辊筒对物料的摩擦作用而被拖入 两辊的间隙中被粉碎。两辊式粉碎机制造简便， 结构紧凑，运行平稳。通常适于中碎和细碎。 两辊式粉碎机依照装配结构可分为： （1）一个辊筒的轴承座可沿导轨滑移，另一辊筒轴承座固 定（图1-12a）； （2）两个辊筒轴承座均可沿导轨滑移（图1-12b）。 （a）（b） 图1 -1 2 两 辊 粉 碎 机 简 图 按照辊筒表面形状可分为：（1）辊筒表面光滑的； （2）辊筒表面有齿的； （3）辊筒表面有凸棱或凹槽的。 按照粉碎工作原理可分为：（1）由挤压作用进行粉碎作业的； （2）由挤压、剪切与研磨作用联合作用进行粉碎作业的。 图1-13为一台两辊式粉碎 机，其中一个辊筒轴

29、承座为可 移动的。作为粉碎作业工作部 件的两个辊筒相对转动。固定 辊筒的轴承座装在机架上，可 移动的辊筒的轴承座为弹簧压 紧， 2 3 4 5 6 78 9 1 图1-13 400250两光辊粉碎机 1-电动机 2-三角皮带传动装置 3-机架 4-安全罩 5-固定破碎辊筒 6-滚动轴承座 7-加长齿齿轮 8-保险弹簧 9-可移动粉碎辊筒 在承受载荷过大时，弹簧被压缩， 轴承座可沿导轨滑移。两轴承之间 装有支撑架及可拆装的钢垫片，增 减垫片厚度可调节两辊间的间隙 四辊式粉碎机 由两对辊筒和一组 筛子所组成，如图 1-14所示。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

30、二对辊筒粉 碎。 皮壳细粉细粉 物料 辊筒 筛 图1-14 四辊式粉碎机 2四辊式粉碎机 该机前三个辊筒 是光辊，组成两个磨碎 单元；后两个辊筒是丝 辊，单独成一磨碎单元。 通过筛选装置的配合， 可以分离出细粉、细粒 和皮壳，如图1-15所示。 该机性能很好，如在啤 酒加工过程中应用，通 过调节可以应用于各种 麦芽。 图1-15 五辊式粉碎机 细 粉 细 粒 皮 壳 细 粉 物料 3五辊式粉碎机 该机性能与五辊式相同。 它由三对辊筒组成，前两对 用光辊，主要以挤压作用粉 碎原料，可以使得生物质原 料的皮壳不致粉碎得太细而 影响后一工序的操作，如啤 酒厂的麦芽汁过滤。第三对 辊筒用丝辊，将筛出的

31、粗粒 粉碎成细粉和细粒，以利于 糖化时充分浸出有用物质。 该机的构造原理如图1-16所 示。 图 1-16 六辊式粉碎机 细 粉 皮 壳 细 粒 细 粉 物料 4六辊式粉碎机 5辊式粉碎机生产能力及功率计算 辊式粉碎机的生产能力可用下式计算： 120QDnLb，kg/h D n L 式中 辊筒直径，m； 辊筒转速，r/min； 辊筒长度，m； b 两辊间隙，b0.000150.0001m； 物料的容量，对于干麦芽=500kg/m3； 填充系数，对麦芽 =0.50.7， 值与物料性质及操作均匀度有关， 准确数据在生产实践中查得。 根据经验，100mm长度的双辊粉碎机每小时生产能力为 150200

32、kg。四辊式粉碎机每小时生产能力为200300kg。 粉碎机用于粉碎麦芽时，其功率可按下经验公式估算： 0.735KG N dn ，kw KK G d n 式中 系数，取=100110； 粉碎机生产能力，t/h； 麦芽粒子腹径，cm； 辊筒转速，r/min。 根据经验，每小时500kg生产量的功率消耗为1kw左右。 第三节 气力输送设备 气力输送是利用气流在密闭管道中输送固体物料 的一种输送方法，也就是利用具有一定压力和一定速 度的气流，使固体物料在气流中被悬浮输送，气力输 送又称为风力输送。 气力输送发明于19世纪后半叶。1883年，在俄国彼得堡出 现了第一台用来卸船仓散装粮食的气力吸粮机。

33、1893年英国也 出现了固定式吸粮机。后来世界各港口广泛采用气力输送装置 来运送粮食。据统计，1925年1926年间荷兰的鹿特丹港的海运 粮食中，将近90%是用气力吸粮机，即吸送式气力输送装置来完 成输送的，如图3-25所示。 2 3 4 5 6 8 7 图3-25 吸送式气力输送装置 1-船仓 2-散装料 3-吸嘴 4-输料管 5-旋风分离器 6-料仓 7-袋式除尘器 8-离心通风机 9-压力变化图 大气压 真空 9 近些年来，气力输送发展很快， 在生物加工行业得到广泛应用，生物 加工工厂利用气力输送瓜干、大米等 固体物料都收到良好的效果。随着输 送距离的增长，又发展了压送式气力 输送装置，

34、如图3-26所示。 图3-26 压送式流程 空气粗滤机 2-罗茨鼓风机 3-料斗 4分离器 5-除尘器 2 3 4 5 气力输送与其他机械输送相比，具有以下的一些优点： (1)系统密闭，可以避免粉尘和有害气体对环境的污染； (2)在输送过程中，可同时进行对输送物料的加热、冷 却、混合、粉碎、干燥和分级除尘等操作； (3)设备简单，操作方便，容易实现自动化连续化，改 善了劳动条件； (4)占地面积小，可以根据建筑物的结构，比较随意地 布置气力输送管道。 当然，气力输送也有不足的地方：一般来讲其所需的动力较 大，风机噪音大，一般要求物料的颗粒尺寸限制在30mm以下，对 管路和物料的磨损较大，不适于

35、输送粘性和易带静电而有爆炸性 的物料。对于输送量少而且是间歇性操作的，亦不宜采用气力输 送。 （一）悬浮式气力输送的基本原理 1垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学 条件 颗粒在垂直管内受到气流的影响，有 三种力作用到颗粒上： （1）颗粒（粒子）本身的重力W； （2）颗粒受到的浮力Fa； （3）颗粒（粒子）与气流相对运动而产生 的阻力Fs。 这三个力中，W、Fa是恒定不变的，是 由粒子决定的。只有阻力Fs是随气流而变化 的。当气流发生变化时，粒子将有三种状态， 如图3-27所示。 Fa W Fs 图3-27 颗粒受力情况 气流方向 （重力） （阻力） (浮力） （1）粒子向下加速运动：阻力方向向

36、上，当WFa+Fs时， 即粒子的重力大于粒子的浮力和阻力之和时，粒子向下运动， 随着运动速度的增大，空气对颗粒的阻力也随之增大，最终达 到W=Fa+Fs； （2）粒子相对静止（或匀速直线下落）：当W=Fa+Fs时， 即粒子的重力等于粒子所受的浮力和阻力之和时，粒子处于相 对静止状态，此时的气流速度为一特殊值，是使该粒子静止悬 浮的一临界速度，这一临界速度便是该粒子的悬浮速度。显然， 这一速度，是指气流所具有的速度，方向是向上的。 根据物理学理论，当W=Fa+Fs时，即三力平衡时，粒子也 可以以不变的速度在气流中匀速降落，此时称粒子自由沉降， 粒子所具有的下降速度称为粒子（颗粒）的沉降速度。显然

37、粒 子的沉降速度的方向是向下的，其数值与悬浮速度相等，方向 相反。 （3）粒子向上加速运动：此时粒子所受阻 力方向向下，粒子的重力与阻力之和小于浮力， 即W+FsFa，粒子不再静止悬浮，而是向上作加 速运动。这说明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。这就是悬浮 流气力输送原理，此时的气流速度即为可输送该 物料的气流速度。 所以，在垂直管道中，气流速度大于颗粒的 悬浮速度，这就是垂直管中颗粒物料气流输送的 流体力学条件。 2颗粒在水平管中的悬浮 (1) (2) (3) (4) (5) 图3-28 水平管的悬浮作用 颗粒在水平管中的悬浮一般可 认为是下列几种力作用的结果，

38、如 图3-28所示。 （1）气流为湍流时在垂直方 向上的分速度所产生的力。 （2）从流体力学方面得知， 沿管截面的气速分布呈抛物线形， 即管中心气速最大，越靠近管壁气 速越低，由于这个速度差而引起的 静压所产生的作用力。 （3）在管中心线下侧的颗粒，由于自身的旋转运 动，使颗粒上方的气流局部加速，颗粒下方的气流局部 减速，即在颗粒上下方之间有一个气流速度差，相应产 生一个压强差，该压强差形成的作用力方向自管底指向 中心。这种作用也称麦格纽斯效应 （Magnus effect）。 （4）由于颗粒与颗粒碰撞或颗粒与管壁碰撞而产 生的垂直方向的反作用力。 （5）颗粒与颗粒碰撞或颗粒与管壁碰撞而产生的

39、 垂直方向的反作用力。 3颗粒在输料管中的运动状态 气流输送中，颗粒在管道中的运动状态与输送气流速度有 直接的关系。 在垂直管中，气流速度达到粒子的自由沉降速度时，颗粒 在气流中呈变化状态，自由悬浮在气流中；气流速度超过悬浮速 度时，进行气流输送，颗粒基本上是均匀分布于气流中的。 在水平管道中，当气流速度很大时，颗粒全部悬浮，均匀 分布于气流中，呈现所谓的悬浮流状态（Streamflow）；当气流 速度降低时，一部分颗粒沉积到管底下部，但没有降落到管壁上 整个管的截面上出现上部颗粒稀薄，下部颗粒密集的所谓两相流 动状态（Two-Phase Conveying）；这种状态为悬浮输送的极限 状态。

40、当气速进一步降低时，将有颗粒从气流中分离出来沉于管 底部，形成“小砂丘”向前推移，产生所谓团块流（Slug Flow）。 由上述分析看出，要想得到完全悬浮发气流输送，必须有足 够的气流速度，以保证气流输送的正常进行。但是，过大的气速 也是没有必要的，因为这将造成很大的输送阻力和较大的磨损。 （二）气力输送系统的组成设备 1进料装置 2物料分离装置 3空气除尘装置 1进料装置 （1）吸嘴 吸送式气力输送装置通常采用吸嘴作为供料器。 吸嘴有多种不同形式，主要有单筒形、双筒形、 固定形三种。 单筒形吸嘴 输料管口就是单筒形吸嘴，它可以做成直口、喇 叭口、斜口和扁口等多种形式，如图3-29所示。由于

41、结构简单，应用较多。其缺点是当管口外侧被大量物 料堆积封堵时，空气不能进入管道而使操作中断。 A向 二次空气 二次空气 a)b) c) d) 图3-29 吸嘴的形式 双筒形吸嘴 如图3-30所示，它由一个与输料管相通的 内筒和一个可上下移动的外筒组成。内筒用来 吸取物料，其直径与输料管直径相同。外筒与 内筒间的环隙是二次空气通道。外筒可上下调 节，以获得最佳操作位置。环隙面积与吸入口 面积之比a的最佳值为： 8 . 02 . 0 22 e d dD a 内外筒口的高度差S一般在S=0附近为 宜，a取较小值时，S=+0.5de左右为 好。吸嘴长度一般不超过900mm。 图3-30 双筒喇叭形吸咀

42、 固定形吸嘴 这种吸嘴如 图3-31所示，物 料通过料斗被吸 至输料管中，由 滑板调节进料量。 空气进口应装有 铁丝网，防止异 物吸入。 3 2 1 4 图3-31 固定式吸嘴 输料管 2-滑板 3-物料 4-空气 （2）旋转加料器 旋转加料器广泛应用在中、低压的压送式 气力装置中，或在吸送式气力装置中作卸料用。 它具有一定的气密性，适用于输送流动性好，磨 磋性小的粉状、小块状的干燥物料。 旋转加料器结构如图3-32所示，它主要由 圆柱形的壳体及壳体内的叶轮组成。叶轮由六至 八片叶片组成，由电动机带动旋转。在低转速时， 转速与排料量成正比，当达到最大排料量后，如 继续提高转速，排料量反而降低。

43、这是因为转速 太快时，物料不能充分落入格腔里，已落入的又 可能被甩出来。通常圆周速度在0.30.6m/s较合 适。 图3-32 旋转加料器 1-外壳 2-叶片 3-入料 4-出料 2 4 3 叶轮与外壳之间的间隙约为0.20.5mm，间隙愈小，气密 性愈好，但相应的加工精度也就愈高，从而增加制造费用。也 可在叶片端部装聚四氟乙烯或橡胶板，以提高其气密性。 旋转加料器的加料量G。在设计时应满足压送式气力输送 装置生产率的要求。G可按下式计算： LZrRrRnG 60，t/h n R 式中 叶轮的转数，r/min；叶轮格腔的装满系数； 格腔外缘半径，m； r Z 格腔底部半径，m； 叶片厚度，m；

44、叶片数； L 被输送物料堆积密度，t/m3； 叶轮格腔长度，m。 叶轮格腔的装满系数，在合适的转速情况下与物料的种 类有关，对粒状和细块状而密度较大的物料可取=0.70.8； 对粉状物料可取=0.50.6；对细粉状而密度小的物料取 =0.10.2。 2物料分离装置 物料沿输料管被送达目的地后，必须有一个装置 （分离器）将物料从气流中分离出来，然后卸出。常 用的分离器有旋风分离器和重力式分离器。 （1）旋风分离器 旋风分离器是利用离心力来分离捕集粉粒体的装 置。这种分离器结构简单，加工制造方便，对于大麦、 豆类等物料，分离效率可达百分之百，而且进口气速 不宜过高，以减轻颗粒对器壁的磨损。 如图3

45、-33所示：气、固 两相流经入口管1，以切线 方向进入圆筒体3后，形成 下降的空间螺旋线4运动， 较大粒子5借离心惯性力被 甩向器壁而分离下沉，经圆 锥体6，由卸料口8排出。而 较细的粒子和大部分气体， 则沿上升的反转螺旋线7， 经排气管2排出。 4 5 6 7 8 v 图3-33 普通旋风分离器 1-入口管 2-排气管 3-圆筒体 4-空间螺旋线 5-较大粒子 6-圆锥体 7-反螺旋线 8-卸料口 2 3 如图3-34所示，气固两相 流沿切线方向流入器内， 在横断面上作旋转运动。 粒子M因离心惯性则沿虚线 轨迹运动。设某瞬时粒子 位于半径为r处，其离心分 离速度为vc，重力沉降速 度为v0，

46、圆围切向速度为u， 由粒子径向运动方程可得： 圆周 粒子 图3-34 旋风分离器分离原理图 Mi v ， ss d 1 r a r 2 r u v c dr v dt 这类分离器又叫沉降器， 有各种结构形式，图3-35 是其中一种。带有悬浮物 料的气流进入分离器后， 流速大大降低，物料由于 自身的重力而沉降，气体 则由上部排出。这种分离 器对大麦、玉米等能百分 之百地分离。 图3-35 重力分离器 筛筒 物料出口 气流出口 物料 （2）重力式分离器 分离器的圆筒直径 可按下式计算： D 1.13 a t V D au ，m a V a t u 式中 空气流量，m3/s； 系数，0.030.05

47、； 悬浮速度，m/s。 圆筒高度 (0.1 2.0)LD，对粒径大于3mm的粗颗粒取 1.01.5，对中等颗粒取1.31.8，对粉状物料取1.52.0。 圆锥部分的外锥角应大于物料的摩擦角。圆锥高度可 按下式计算： 2 Ddtg H ，m 3空气除尘装置 由于经分离器出来的气流尚含有较多 的微细物料和灰尘，为保护环境，回收气 流中有经济价值的粉末并防止粉末进入风 机使其磨损，需在分离器后和风机入口前 装设除尘器。 除尘器的形式很多，常用的除尘器有 离心式除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器。 普通离心式除尘器又称旋 风分离器，其构造与离心 式分离器相似，如图3-36 所示。含尘空气沿除尘器 外壳的切

48、线方向进入圆筒 的上部，并在圆筒部分的 环形空间作向下的螺旋运 动。被分离的灰尘沉降到 圆锥底部，而除尘后的空 气则从下部螺旋上升，并 经排气管排出。 图3-36 离心式除尘器 （1）离心式除尘器 离心式除尘器近十几年在结构形式上有很多变化，种类较多，如图3-37所示 旁路式离心除尘器，图3-38所示扩散式离心除尘器等。 1 图3-37 旁路式离心除尘器 切向进口 2-排气管 3-旁路分离室 4-卸灰口 3 2 净化气体 含 尘 气 体 2 3 4 图3-38 扩散式离心除尘器 1-圆柱筒体 2-倒锥 筒体 3-反射屏 4-集灰斗 （2）袋式除尘器 袋式除尘器是利 用织物袋子将气体中的 粉尘过

49、滤出来的净化设 备，其结构如图3-39所 示。含尘气流由进气口 进入，穿过滤袋，粉尘 被截留在滤袋内，从滤 袋透出的清净空气通过 滤袋由排气管排出，袋 内粉尘借振动器振落到 下部排出。 图3-39 袋式除尘器 （3）湿式除尘器 湿式除尘器就是利 用水来捕集气流中的粉尘， 有多种不同的结构形式， 图3-40就是结构较为简单 的一种。含尘气体进入除 尘器后，经伞形孔板洗涤 鼓泡而净化，粉尘则被截 留在水中。这种除尘器要 定期更换新水，只适用于 含尘量较少的气体净化。 进水口 净化气体 含尘气体 扇型孔板 排污口 液 面 计 图3-40 湿式除尘器 （三）气力输送系统的计算 （1）气流速度 气力输送

50、装置设计得是否合理，选择合适的气流速度是 很关键的。气流速度过低，被输送的物料不能悬浮或不能完 全悬浮，容易造成管道阻塞。气流速度过高，则浪费动力， 而且加剧了输送装置的磨损和物料的破碎。 要较合理地确定气流速度，只能采用实验或经验方法。 表3-6为生产中使用的气流速度。一般来说，物料的密度越大， 粒径愈大，则所选用的气流速度就要大。 物料速度，m/s 大 麦2224 绿麦芽24 麦 芽22 物料速度，m/s 大 米 24 山芋干 1822 面 粉 1418 表3-6 气流速度表 （2）混合比 混合比又称质量浓度，是指在单位时间内所输送的物料质量 与空气质量之比，即： S G u G S G物

51、料的质量流量，kg/h G 空气的质量流量，kg/h 上式表明每1kg空气所能输送的物料量。显然，混合比愈大，每1kg空气输送 的物料量就愈多。但过高的混合比，易造成管路堵塞，且阻力损失也大，因此需 要压力较高的空气。混合比的选择主要取决于输送系统的具体情况和物料特性。 吸送式系统混合比可取小些，压送式系统混合比可取大些。输送距离短的混合比 可取大些，反之可取小些。松散的颗粒状物料混合比可取大些，粉状物料或较潮 湿物料混合比应取小些。 一般选取混合比的范围如表3-7所示： u 表3-7 混合比值 混合比 输送方式系统内压力Pa 低真空吸送-0.2105以下110 高真空吸送（-0.2-0.5）

52、1051050 低压压送0.5105110 高压压送（17）1051050 （3）输送空气量和输送管径计算 s S u G V ，m3/h S G u s 式中 物料的质量流量，kg/h； 混合比； 空气密度，kg/m3； 输送管直径： a u V D 3600 4 ，m 式中 a u空气流速，m/s。 输送空气量： （4）气力输送系统的总压力损失P 输送系统的总压力损失，包括输料管中各项损失和各部件的 压力损失之总和。 加速段的压力损失P1 输料管中的压力损失P2 分离器的压力损失P3 空气管的压力损失P4 气流输送装置的总压力损失P=P1+P2+P3+P4 （5）输送功率的计算及风机的选择

53、 计算输送功率，实质就是求取系统所需的风机功率，而风机功 率则由系统的总压力损失及所需空气量求得。实际上应考虑排风口 的风压、计算的误差等因素，应有一定的余量。所以将P增加 1020%作为选择风机的依据。即风机风压为： PP2 . 11 . 1，Pa 风机的风量为： 3600 2 . 11 . 1 V Va ，m3/s 风机的功率为： PV N a ，W P式中 效率，一般取0.50.7； 风压，Pa。 风机是气流输送系统的动力设备，选择风机首先 是选型。在压力输送系统中，低压压送通常可选用离心 式通风机；压力稍高可用罗茨鼓风机或离心式鼓风机； 高压压送则可选用空气压缩机。对于真空输送系统，通

54、 常可用往复式泵、水环式真空泵或罗茨鼓风机等。此外， 在选型时还应考虑到空气的含尘量而选择合适的型号， 即风机的结构要适应输送气体的性质。同时要使送入系 统的空气尽可能不带油、水和灰尘等。 风机型式确定后，其次是确定其大小（即机号）， 也就是要满足输送系统对风量和风压的要求。任何一台 风机，在一定转速下，只有在某一风量和风压范围内工 作，才能有较高的效率。所以选择风机的大小，就是要 选择一台在所要求的风量和风压下具有较要效率的风机。 第二节 液体培养基的制备及灭菌设备 一、酒精原料蒸煮糖化及发酵设备 发酵工业对原料的蒸煮，糖化和培养基的灭菌 都是制备培地的操作，前面讲到的培养基的灭菌是 一部分

55、，现在争对酒精工厂原料的蒸煮与培养基灭 菌不同，因而加热温度和时间都不一样，一般蒸煮 湿度比灭菌温度高，加热和维持时间比灭菌时间长， 所以对原料成分有破坏作用，所以既保证蒸煮效果 又尽量减少养分的破坏，这就要恰当地掌握加热温 度和时间。 第一部分 酒精工厂原料的蒸煮糖化 过去采用的是间歇蒸煮和糖化，其间歇蒸煮锅和 糖化锅是老式设备，目前只有一些小厂采用，现在大 多数工厂都已经实现连续蒸煮糖化。 连续蒸煮分成：低温长时间的罐式连续蒸煮；中 温长时间的柱式连续蒸煮；高温短时间的管式连续蒸 煮。 连续糖化的要求是使糊化醪与曲液充分混合，在 一定的温度下维持一定时间，并保持流动状态，以便 于酶的作用。

56、 20 10 图2-17 管式连续蒸煮设备流程图 18 17 16 19 11 7 6 15 12 13 14 1 2 8 9 5 4 3 一、管式连续蒸煮糖化 （一）管式连续蒸煮糖化流程 图2-16 加热器 粉 浆 粉 浆 蒸汽 蒸汽 图2-14 最后一个后熟器（气液分离器） 1-糊化醪入口 2-糊化醪出口 3-耳架 4-自控液位仪表接口 5-压力表 6-二次蒸汽进口 7-人孔 8-安全线 9-液位指示器 8 7 5 6 4 9 3 4 1 2 糊 化 醪 粉浆在粉浆罐内预热至343K左右，用泵连续均匀地压入 蒸煮罐底部，在底部侧面喷入加热蒸汽，将粉浆加热到408 418K，然后由顶部流出继

57、而进入后熟器底部中心，以此类推， 醪液压力逐渐下降，直到最后一个后熟器（也称气液分离器） 本由上部进入，液面利用自动控制在中部位置醪液由下部中 心流出，上升到真空冷却器，气液分离器的压力保持在0.5 0.7atm（表压），一般仅为0.2atm以减少真空冷却器的热负 荷。 整个蒸煮时间为100120分钟或更长一些时间（时间太 短会使蒸煮不匀，时间太长会使设备过于庞大）。真空冷却 后的糊化醪下降到糖化罐，同时从液体曲贮罐连续加入液体 曲和水，进行糖化，经一定时间糖化后，压送到喷淋冷却进 入发酵罐 真空冷却器，根据糖化温度保持一定的真空度如糖化温 度为60摄氏度（333K）时，真空冷却器的真空度为5

58、50mmHg （二）蒸煮罐的结构和计算（罐式连续蒸煮） 1.结构： 图2-13 蒸煮罐 1-粉浆入口 2-加热蒸汽管 3-糊化醪出口 4-安全阀接口 5-压力表 6-制液体曲醪出口 7-罐耳 8-温度计测温口 9-人孔 3 2 1 5 4 6 8 7 9 2.蒸煮罐及后熟器结构和操作方面的几个注意的方面： A为防止醪液反混，其口不能太大，而H/D较大一些好， （H/D为1/3或1/5） B.只在蒸煮罐内通入蒸汽加热，而在后熟器不再通入蒸 汽，后熟器的作用是在一定温度下，维持一定时间，使 糊化醪煮透。 C最后一个后熟器由于要进行气液分离，故在其上部 留有一定的空间，大约50%，而不将蒸煮罐和前面的后 熟器内几乎都充满醪液。 D后熟器的数量应根据蒸煮罐压力不同而选用 3.蒸煮罐及后熟器大小的计算 1.结构 2.糖化罐大小的计 算（冷却蛇管面积， 搅拌器的功率省去） 糖化罐的容积决定 于醪液流量，如在 罐中的逗留时间及 有效容积系数 图2-19 连续糖化罐 糊化醪进管 2-水和液体曲或曲乳或糖化酶进入 3-无菌压缩空气管 4-人孔 5-温度计测温口 6-杀菌蒸汽进口管 7-糖化醪出口 8-搅拌器 糊化醪 无菌 压缩 空气 糖 化 醪 1 2 4 8 3 5 6 76 （三）糖化罐的结构和计算 第二部分 酒精发酵设备 酒精发酵设备应满足：发酵工艺条件 排出 发酵时间