发酵工厂设备

发酵工厂设备

第一章、物料的处理与输送设备

一、筛选：磁铁分离器、筛选机

1、磁铁分离器用途：清除磁性金属杂质，避免对机器造成损害。

2、筛选机用途:清除杂质；物料分级.

二、粉碎机:锤式粉碎机、盘磨机、两根式粉碎机）

1、锤式粉碎机用途:中等硬度的物料的中碎与细碎作业，尤其适用于脆性物料。

锤式粉碎机粉碎机理:丽刀的冲击力、挤压、研磨。

2、盘磨机用途：广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料。

主要构件:两个带沟纹的圆盘：

两种方式：①一个和轴一起转动，另一个固定在外壳上；②两圆盘同时反向旋转

3、两辐式粉碎机辐筒分为光辑及丝辑两种。一个固定，一个可移动。

推力弹簧的作用：调节两较间隙及对超载荷起保险作用；保护机器。

名称对物料的作用力适用对象

锤式粉碎机冲击力、挤压、研磨中碎与细碎，脆性物料

盘磨机研磨、剪切大米、玉米、豆类

辑式粉碎机挤压、剪切粒状物料的巾碎及细碎

三、气流输送

1、颗粒在输料管中的运动状态

在垂直管中，u=ul,流态化状态：颗粒自由悬浮在气流中;

u>ut,气流输送状态：颗粒均匀分布于气流中，随气流而流动。

在水平管中,悬浮流状态：当气流速度很大时；

两相流状态：当气流速度降低时；

团块流状态：当气速进一步降低时。

2、气流输送流程：真空输送流程、压力输送流程、混合式输送流程

3、气流输送的适用性：

①适合输送大米、大麦等松散的粒状物料；

②适合用于输送量大且能连续运行的操作；

③从几个不同地点，向一个送料点送料时，采用吸入式最合适；

④从•个加料点向几个不同的地方送料时，采用压送式最合适；

⑤短距离输送，选择低压压送；

⑥长距离输送，高压压送，

4、物料分离装置：

①旋风分离器：是一种利用离心力沉降原理自气流中分岗出固体颗粒的设备。

②重力式分离器：又称沉降器。

5、空气除尘装置：旋风分离器、袋滤器、湿式除尘器

湿式除尘器就是利用水来捕集气流中的粉尘。

加料装置常用漏斗式加料器和螺旋式加料器。

6真空输送流程：

1吸嘴；2软管；3固定管：4分离器；5旋转加料器；6排料斗：7吸风管；8除尘器；9风

机；10排风管：

四、输送机械：带式输送机、斗式提升机、螺旋输送机

1、螺旋输送机的构造：机槽1螺旋叶片3轴2传动装置5轴承4吊架6

止推轴承一装在轴的两端，以承受螺旋推送物料时所产生的轴向力。

吊装的轴承一吊架，加强对轴的支承作用。

2、螺旋输送机原理：利用旋转的螺旋推送散状物料，物料由于重力和与槽壁的摩擦力作用,

以滑动形式沿着物料槽向前运动。

第二章、培养基的制备设备

一、灭菌

1、连续灭菌优点：(1)提高产量

(2)产品质量较易控制

(3)蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便

(4)适于自动控制

(5)降低劳动强度

2、连消塔：是培养液高温短时间连续灭菌设备，它与维持罐组成连续灭菌系统。

3、维持罐作用：维持物料至一定温度以达到灭菌要求。

4、后熟器的作用一一使糊化醪在一定温度下，维持一定时间，使其进一步煮透。

最后一个后熟器也为汽液分离器。

5、真空糖化器的优点：既是蒸发冷却器，又是糖化器，简化了设备。

6、培养基组成对灭菌时间和温度的影响：

(D培养基中氢离子浓度,酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。

(2)培养基中脂肪、糖分和蛋白质含量越多，微生物的热死速率越慢。

(3)固体培养基的灭菌时间比液体培养基要长。

第三章、空气除菌设各

一、空气的除菌方法：a、幅射杀菌b、热杀菌c、静电除菌d、过滤除菌法

二、过滤除菌机理过滤除菌机理包括：

a惯性冲击力滞留作用b拦截滞留作用c布朗扩散作用d重力沉降作用e静电吸附作用

三、空气溶胶的过滤除菌原理与通常的过滤原理的区别：

1、微粒小、过滤介质孔径大；悬浮于空气中的微生物粒子大小在0.5-2um之间；过淀介质

孔径大；

2、微粒无数次改变运动速度和运动方向，由于惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静

电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面上。

四、填充物按下面顺序安装：

孔板一铁丝网一麻布一棉花一麻布一活性炭一麻布一棉花一麻布一铁丝网一孔板

五、空气压缩冷却过滤流程：

1、粗过谑器；2压缩机；3贮罐；4冷却器；5总过谑器

六、粗过滤器的作用：①过滤大颗粒灰尘，减少活塞摩擦磨损，提高压缩机使用寿命

②若是效率较高的过滤设备，还同时具有降低进气含菌量，提高空气无菌程度的作用。

七、空气贮罐作用：消除压缩机排出空气量的脉动，维持稳定的空气压力；利用重力沉降作

用分离部分油雾。

第四章、通风发酵设备

一、高效发酵罐的特点：设备简单，不易染菌，体积小，电耗少，单位时间单位体积的生产

能力高，代谢放出热量易于移去，操作控制维修方便，生产安全，易于放大。

二、衡量发酵罐是否优良的基本指标：好气性发酵罐一一溶氧系数高低及传递1kg氧所耗的

功率大小为指标。

三、通气发酵：在发醉罐生产产品过程中要不断的通入无菌空气功能能供给微生物所需氧气

四、气升式发酵罐工作原理：无菌空气一喷嘴或喷孔一喷射进入发酵液一使空气泡分割细碎

一含气量多的发酵液密度降低上升~含气量少的发酵液下沉一循环流动一混合与溶氧传质

五、带升式发酵罐

人孔1视镜2空气管3上升管4冷却管5单向阀门6空气喷嘴7带升管8罐体9

注：要提高溶氧系数，应选用良好的结构及适当直径的喷嘴。

当循环管径一定时，喷嘴的孔径不能过大，保证气泡分裂细碎。

六、LeFrancois型空气提升式发酵罐构造：

进气管1；热交换器4：机械加速器5；上升管；气体分布板

气体分布板的作用：使进入的气体迅速分布到发酵液中。

七、LeFrancois型空气提升式发酵罐与带升式发酵罐的区别：热交换器4；机械加速器5；

气体分布板

八、机械搅拌发酵罐：利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶

解，来保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气，这样的发酵罐称为机械搅拌发酵罐。

九、机械搅拌发酵皤与气升式发酵罐的区别：空气溶解方式不同。

十、机械发酵罐的基本条件：

(1)发酵罐应具有适宜的径高比，高度/直径约为2.5-4

(2)发酵罐能承受一定压力，正压

(3)具有搅拌通风装置

(4)发酵罐应具有足够的冷却面积

(5)内部应抛光，尽量臧少死角

(6)搅拌器的轴封应严密

十一、发酵罐结构：

1、罐体2、变速装置3、轴封

4、消泡器(耙式消泡器、高心消泡器、刮板消泡器、碟片消泡器)

5、联轴器及轴承6、搅拌器和挡板7、空气分布装置

8、冷却装置(夹套式换热装置、竖式蛇管换热装置、竖式列管，(排管)换热装置)

备注：耙式消泡器常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。

A搅拌器作用：①将大气泡击碎成细小气泡，增加接触界面;

②打碎气泡，使氧溶解于醪液中；

③产生旋涡，使气泡停滞在液体中难于逃散，延长气液接触时间;

④使料液成为湍流，有利于传质传热。

B挡板的作用:①改变液流的方向，由径向流改为轴向流；

②防止液面中央产生旋涡，促使液体激烈翻动；

③增加溶解氧。

C消泡器作用：可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置。

D联轴器的作用：连接搅拌轴。

E搅拌器作用:①将大气泡击碎成细小气泡，增加接触界面；

②打碎气泡，使氧溶解于醪液中；

③产生旋涡，使气泡停滞在液体中难于逃散，延长气液接触时间：

④使料液成为湍流，有利于传质传热。

F空气分布装置作用：吹入无菌空气，使空气均匀分布。

形式有单管、环形管：对罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。

十二、搅拌器的形式：平叶式、弯叶式、箭叶式

流体流动型式决定于搅拌器、附件及其安装位置C

搅拌程度:平叶涡轮最激烈，功率消耗最大，疗口I次之，筋叶最小。

十三、变速装置是三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置。

十四、轴封：安装在旋转轴与设备之间的部件

常用的轴封：填料函轴封端面轴封

十五、端面轴封原理:靠晅性元件(弹簧、波纹管等)的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑

表面紧密地相互贴合，端面间维持一层极薄的液体膜，并作相对转动而达到密封。

1弹簧；2动环；3液体膜；4静环；50型圈

十六、填料函轴封和端面轴封的比较

填料函轴封端面轴封

优点结构简单(1)清洁;

(2)密封可靠，使用时间较长，不会泄漏；

(3)无死角，可防止杂菌污染：

(4)寿命长，质量好的2-5年不需修理；

(5)摩擦功率耗损小，一般为填料密封的10-50%；

(6)轴或轴套不受磨损；

(7)对轴的震动敏感性小。

缺点(1)死角多，很难彻底灭菌，容(1)结构复杂，装拆不便，

易渗漏及染菌；(2〉对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。

(2)轴的磨损情况较严重;

⑶填料压紧后摩擦功率消耗

大；

(4)寿命短，维修工时多。

若搅拌轴装于罐底，则密封要求高，应选用双端面轴封

十七、弹簧加荷装置作用：产生压紧力，使动静环端面压紧接触，保证密封。

十八、发酵罐减少染菌的方法：（1）尽量减少管路；（2）消灭死角；（3）消灭渗漏

十九、发酵罐染菌的原因:无菌空气、操作方法、管路设计、死角较多、设备渗漏（冷却管）

二十、自吸式发酵罐优点：（1）不必配备空气压缩机及其附属设备，节约投资；

（2）设备简单，溶氧速率高，能耗较低；

（3）用于酵母生产和醋酸发酵生产效率高；

（4）设备便于自动化、连续化；

缺点：罐压较低，装料系数约40%。

二十一、自吸式发酵罐的吸气原理：转子浸没在液体中，高速转动时由于离心力的作用把液

体、空气甩出，使转子中心处形成负压，通过导气管吸入空气，转子不断把气液混合物甩向

外缘，并通过定子均匀分散。

二十二、自吸式发酵罐

主要构件：自吸搅拌器（转子）------叶轮。

作用：吸入空气并把气体、液体甩出。

导轮（定子）-------导轮（导向叶轮），叶片数为16、32。

作用：使气液均匀分布甩出，并分裂成细微的气泡。

2气管3消泡器4冷却器5定子6轴7排双端面轴封8联轴节9电机10转子11端面羯封

2、自吸式发酵罐径高比的确定：

（1）提高吸气量，降低转子的功率消耗一一选用矮罐较好，或提高转子的安装高度。

（2）粘度大、比重大的物料一一吸风量降低。

二十三、文氏管发酵罐原理：用泵将发酵液送入文氏管中，由于发酵液在文氏管的收缩段中

流速增加，形成真空，将空气吸入，并使气泡分散，与液体混合均匀，提高发酵液的溶解氧。

二十四、

1、泡沫的好处和危害

（1）泡沫的好处：可以促进氧的溶解•、传递和微生物的吸收代谢

（2）泡沫的危害：①减少发酵罐的有效容积25-30%以上；

②造成大量发酵液逃溢，从轴封渗出，造成染菌危险；

③影响通气和搅拌的效果；

④妨碍微生物的呼吸作用，使代谢不正常，甚至导致微生物的菌体自溶。

2、消泡方法：化学法消泡、机械消泡

3、搅拌器的型式：螺旋桨式搅拌器、圆盘平直叶涡轮搅拌器、圆盘弯叶涡轮搅拌器、圆盘

箭叶涡轮搅拌器

4、耗氧速率：单位体积发酵液每小时的耗氧量，单位是mm。］氧/(L-h)。

临界溶氧浓度：微生物呼吸开始受到影响的溶氧浓度。

5、搅拌装置的作用：使物料受热均匀，提高热交换的传热系数，避免造成固体物料过热和

结垢现象。

二十五搅拌器的型式

1,螺旋桨式搅拌器

4.圆盘箭叶涡轮搅拌器

二十六锥形罐

第五章、蒸发、与离子交换设备

一、浓缩：将稀溶液通过加热蒸发，使溶剂汽化或将稀溶液通过电渗析、窝子交换等办法

将溶液提高浓度的过程。

二、蒸发：将溶液加热至沸腾，使溶剂汽化并不断除去，溶质浓度增加的过程。

蒸发设备是由蒸发器、冷凝器和抽气泵等组成的。

蒸发设备：常压蒸发设备、真空蒸发设备

真空蒸发浓缩：溶液在真空状态，较低温度下即沸腾、溶剂汽化的过程。

蒸发器的基本条件：充足的热源、一定的换热面积、溶剂蒸汽能迅速排除

溶液特性对蒸发器选择的影响：热敏性、结垢性、发泡性、结晶性、腐蚀性、粘滞性

锅体：

三、1、薄膜蒸发：为了缩短受热时间，让溶液在蒸发设备的加热器内以很薄的液层通过,

使溶液很快受热升温，汽化而浓缩，浓缩的溶液迅速离开加热表面的过程。

2、薄膜蒸发浓缩设备的分类：

（1）管式薄膜蒸发相a.升膜式蒸发器（由下而上）

b.降膜式蒸发器（由上而下）

c.升降膜式蒸发相（加热管分成两程）

（2）刮板式蒸发器（通过旋转的刮板使料液形成薄膜的蒸发设备）

（3）离心式薄膜蒸发器

四、升膜式蒸发器

1、升膜式蒸发器的结构：蒸发加热管、循环管、二次蒸汽液沫导管、分离器

2、升膜式蒸发时膜的形成过程：

a.溶液沸腾自然对流运动加热阶段

b.产生蒸汽气泡

c.气泡增大，气体上升的速度则加快。

d.气泡一增大一气体以很大的速度上升一液体受重力作用沿气泡边缘下滑。

e.液体下降较多一大个柱状汽泡则被液层截断。

f.气泡的上升速度激增一未蒸发的浓缩液体被高速气流拖带上升；

g.靠高速蒸汽气流对液层的拖带而形成的环形流液体上升的现象称为“爬膜”现象。

h.汽速进一步增加；雾沫夹带进一步严重一一加热管上的液膜将会出现局部被干燥、结

疤、结垢、结焦等现象。

3、升膜蒸发器优点：浓缩物料时间短，适宜处理蒸发量较大，热敏性，粘度不大及易

起泡的溶液。

缺点：不适宜粘度大和受热后易积垢及浓缩后产生结晶的物料。

4、环形流:蒸气占据了整个管子中部空间，液体只能分布于管壁形成液膜，这时称为“环

形流”。

5、爬膜的条件:a维持在爬膜状态下的温度差；b加热蒸汽维持一定压力，采用蒸汽自动

稳压装置。

五、降膜式蒸发器结构：与升腴式不同的关键是分配器；

分配器的类型有：齿形分配掷、导流棒、旋液导流沸、分配筛板

六、双效降膜式真空浓缩蒸发器

优点：蒸汽用量很省，每蒸发1kg水分仅用0.44kg的新蒸汽

（其中15为加热灭菌管，作用是节约蒸汽量、物料可被浓缩至14%以上）

七、热泵蒸发：用机械泵或蒸汽喷射泵将低压蒸汽重新压缩成较高压力的蒸汽的方法。

热泵的形式：机械泵、蒸汽喷射泵

蒸发系统的节能措施：多效蒸发、热泵蒸发

八、境界膜：包裹在晶核周围的溶质质点性质比较稳定的一层溶液。

九、1结晶：物质自溶液中形成晶体析出的过程。

2结晶的速度与过饱和溶液的浓度差，结晶时的温度、溶液粘度、境界膜厚度等有关。

3不稳定区浓度的溶液能自然起品。

4晶核形成是由于溶液中各质点间的吸引力。

十、形成伪晶的原因：外界高能质点多，未经排列直接重新结合形成新的小晶体：表面结

晶速度小于溶质质点扩散速度时会形成伪晶。

十一、起晶方法：自然起品法、刺激起晶法、晶种起晶法

晶体生长的两个阶段：溶液中溶质的扩散、溶质在晶核晶格上排列。

十二、卧式结晶箱结构：半圆底的卧式长槽或敞口的卧式圆筒长槽

冷却夹套7填料轴封3螺条形搅拌桨口I•两组5、6

十三、真空煮晶锅结构：

1二次蒸汽排出管；2汽液分离器；3清洗孔；4视镜；5吸液管；6人孔；7压力表孔;

8蒸汽进口管；9锚式搅拌器：6〜15r/min；10排料阀；11填料函轴封；12搅拌轴

十四、交换剂对不同的离子具有不同的亲和力。

（1）在常温下低浓度离子的水溶液中，阳离子价数较高的将优先被交换吸附。

Thv>La3+>Ca*>N£

（2）同族碱金属和碱土金属离子，原子序数越大，交换能力越强。

BaJ，>Sr2>Ca'>Mg'

（3）常见阳离子的离子交换次序为：Fo">Al"〉Ca2'>Mg2'〉K>Na・〉Li'

弱酸性树脂对H.有较高的选择性。

3

(4)阴离子交换能力的一般顺序为:P0.>S0/->N03>Cr>HCO3>HSiO3

弱碱性树脂对OH一有较高的选择性。

十五、离子交换操作循环

(1)交换：交换剂溶胀一均匀装柱一离子交换

(2)反洗：清水反向对床层冲洗

(3)再生：目的是恢复交换剂的交换能力。一定浓度的再生液

(4)正洗：正向淋水

十六、阳离子交换树脂

强酸性：磺酸型树脂。其活性基团是强酸性的磺酸基-SO-H,包括固定阴离子SO,-和可交

换的阳离子H'。

弱酸性:-COOH和-0H等弱酸性基团。

十七、阴离子交换树脂

强碱性：季胺基如-N'GHJQI.

以NaOH溶液处理，活性基团变为-NXCHDQH，就转变为OFT型阴离子交换树脂。

弱碱性：伯胺基-NH?、仲胺基如-NHCH：,、叔胺基如-N(C出)2等弱碱性基团。

这类树脂在水中溶胀发生水合作用，活性基团相应转变为-NHN),离解出可被交换的0FG

十八、离子交换设备构造：

1溢流排污口；2分布盘；3视镜；4树脂入口；5液位计；6支撑；7多孔假底；8出料口；

9树脂取出口；10进料口

第六章、干燥设备

一、气流干燥用途：除去潮湿状态的颗粒物料的水分。

二、气流干燥工作原理：当热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分接触时，气体

与固体物料之间充分进行传热与传质，从而使湿物料达到干燥的目的。

三、气流干燥的特点：

(D干燥强度大。

(2)对于热敏性物料仍可选择较高介质温度，物料不会发生变化。

(3)投资费用少，加工方便。

(4)可以把干燥、粉碎、输送、包装等组成一道工序，在密闭条件下进行，防止杂质污染,

改善产品质量，提高收得率。

(5)设备的缺点为对晶形磨损厉害；热能利用率较低。

四、气流干燥流程与设备

1、构造：1空气过滤器；2空气加热器；3鼓风机；4螺旋加料器；5料斗；6干燥管；

7缓冲罐；8旋风分离器：9振筛：10二级旋风分离器；11湿式除尘器；12排风机

废气

2、气流干燥流程：空气：1-2—3—6—7—8—10—11-12；物料：5—4—6-7-8-9

3、空气过滤器：过滤介质为铁丝网，中间夹上用豆油煮过的丝瓜囊或铁丝等，使尘埃容易

粘在上面。

4、空气加热器：螺旋翅片式，列管式的换热器，加热后空气温度为80-90℃。

5、干燥管必须有良好的保温层，干燥管与下降管的夹隹小于45度

6、力口料器：有螺旋加料器、文丘里管加料器等等，螺旋加料器：造成料封

五、1、固体颗粒一沸腾干燥液体一沸腾造粒干燥

2、沸腾干燥：利用流态化技术(热空气)使孔板上的粒状物料呈沸腾状态，使水分迅

速汽化达到干燥的目的。

3、沸腾造粒干燥：利用空气与料液间具有很高的相对气差，溶液进入沸腾床后迅速雾化成

液滴并与在床内的晶体结合蒸发水分达到干燥目的。

4、沸腾干燥原理：使气流速度与颗粒的沉降速度相等一粒子在气体中呈悬浮状态一稳定的

流态化状态一完成传热和传质一颗粒干燥

5、沸腾干燥的特点：a传热传质速率高。

b干爆温度均匀控制容易。

c有利于连续化和自动化。

d结构简单，设备生产能力高，而动力消耗少。

e缺点：干燥度不够均匀，对结晶物料有磨损作用。

6、在单层卧式单室的沸腾床上装有往复运动的推料■机构一一控制卸料速度以及避免卸料不

均匀而产生的结疤现象。

六、沟流：沸腾床内出现“沟”，大量气体从此沟内通过，在沟内及旁边的颗粒，由于气

流速度较高而先行流化，而其他部分仍处于固定状态。

1、沟流产生的原因：

a.气体分布不良，使气体在床层中走短路。影响气体分布的因素：床层深度、流化速度、

金属网板孔径的大小。

b.物料的粘性

2、层析现象产生原因：同体颗粒大小相差较大或密度不同

3、沸腾造粒干燥的二种形式：

a自我成粒，液滴接触种子之前，水分已完全蒸发；

b涂布成粒，液滴附在种子的表面后水分才完全蒸发，使种子颗粒长大；

c粘结成粒，液滴附着在种子表面.，还未完全干燥，即与其他种子碰撞时，有一部分可能

与其他种子粘在一起而成为大颗粒

4、沸腾造粒干燥过程中影响产品颗粒大小的因素：停留时间、摩擦、干燥过程温度

5、葡萄糖造粒干燥设备流程：

1排风机；2旋风分离器；3料斗（收集器）；4分级筛；5视镜、灯孔；6干燥塔；7喷嘴；

8空气加热器；9鼓风机；10过滤器：11进料口

6、喷嘴结构：三流式，中心管走压缩空气，内环隙走糖液，外管走压缩空气，内管与外管

间的环隙有螺旋线，即空气导向装置。

七、1、喷雾干燥方法：压力喷雾法、气流喷雾法、离心喷雾法

2、离心喷雾法：利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其高速甩出，

形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦，阻碍与撕裂等作用形成细雾。

用途：生产能制剂、酵母粉。

3、喷雾装置的型式：并流干燥、逆流干燥、混合流干燥

4、气流喷雾干燥流程

2.气流喷雾干燥流程

5、气流喷雾干燥过程：

a液体微粒化（压缩空气在喷嘴处形成低压区，吸引液体在内部或外部混合后，使之微粒化）

b热空气的进入与液滴的干燥。

空气加热器、过滤器、空气分配盘

空气一热风一一干燥塔的上部一一干燥塔一遇到微粒一干燥

c干燥后的物料由塔底部排出。

6、空气分配盘作用：使热空气形成旋流与雾滴接触，提高干燥效果。

有旋风扩散式、叶片旋风式两种

7、螺旋排风管作用：使气固两相分离。

8、喷雾干燥原理：喷雾干燥是利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成

具有较大表面积的分散微粒向热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分而干燥。

9喷距：从干燥塔的中心到有90—95%液滴微粒下落的距离

八、离心喷雾干燥

1、间歇卸料的生产酶制剂的离心喷雾干燥流程：

（1）预热：8%T0%的料液加热到50C

（2）成雾:通过3000-7000r/min的喷雾盘甩成雾

（3）成粒：与以旋转方式进入的热空气充分接触