第二章物料处理与培养基制备1

第二章物料处理与培养基制备§1固体物料处理(筛选与粉碎)生物工厂一般利用农副产品作为生产原料，原料中常混有铁屑、石块、稻草、麻绳及塑料等杂质，需要用特定设备将杂质除去，否则会影响生产正常进行。一、筛选除杂设备1、磁力除铁器[原料入口处]原理：原料成薄层状通过磁铁分离器，铁屑及磁性杂质被吸附，原料可顺利通过。永久磁铁：结构简单、不耗电，但磁力弱，易退化电磁铁：结构复杂，耗电能，但磁力稳定，性可靠常用类型：平板式、永磁转筒两种除铁器磁力除铁器2、筛选与分级设备原理：利用筛孔直径大小不同，将粒度不同的原料进行除杂与分级。孔径大小用“目”表示：筛面上每一平方英寸面积上小孔的个数。例：60目-----孔径0.4mm。A、大麦粗选机:由风选、筛选两部分轻质物由吸风道进入沉降室，大麦进入三层振动筛1#：2.5×20,550或ø12~16,6º;筛宽500~1600mm2#:7×20,1433或3.5×20,10º;长1515,12º.3#:ø2或2.0x20矩形孔,振动筛轴转数350~450r/min,偏心距25~30mm,振幅25~30;吸尘效果与风道风速有关,一般调节进口4~6m/s;出口4~7m/s.大麦粗选机筛选机B、大麦精选机作用：除去截面积相同，长度不同的杂粮；原理：物料进入滚筒或蝶片上后，长粒因不能进入袋孔重心在外，先掉下来，短粒进入袋孔落入指定位置，将长短粒分离开。滚筒式特点：分离的杂质中大麦粒较少，但袋孔利用率低，产量小，工作面磨损不能修复。蝶片式特点：碟片两侧均为工作面，转速高，产量大，碟片损坏可更换。大麦精选机（碟片式）C、大麦分级机:滚筒式平板式圆筒分级筛二、原料粉碎目的：增加原料表面积，有利于与水、微生物、酶等进行生化反应，加快反应速度。方法：干法~、湿法~粉碎的作用力及粉碎比：原料受力有挤压力、冲击力、研磨力、剪切力以及劈裂粉碎。粉碎比：原料粉碎前后平均颗粒直径之比。粉碎对粉碎机的要求：颗粒大小均匀；碎料易排出；易损件易更换；粉尘要少；自动化、能耗低锤式粉碎机；☆粉碎机械类型辊式粉碎机；圆盘磨机钢片式磨粉机胶体磨超微粉碎机气流粉碎机1、锤式粉碎机的结构原理P169A：结构原理：粉碎机壳内镶有锯齿性的冲击板。主轴上有钢制圆盘或方盘，盘上装有可自由摆动的锤刀。当轴高速[800~2500r/min]旋转时，锤刀借离心力作用而张开，并将物料击碎，未被粉碎的物料撞到冲击板上，再此粉碎，被粉碎的物料穿过底部筛孔排出，如遇过硬杂质，锤刀摆动让开，不致损坏机器。锤式粉碎机的结构原理图B：优缺点：结构简单、紧凑，可以粗碎、细碎，拆装维修方便，生产能力大，单位产品能耗低。锤刀磨损大。C：主要易损件：筛网：ø1.2~1.5，锤刀与筛网间距5~10mm。锤刀：矩形、带角矩形、斧形、环形等耐磨高锰钢大小：40×125~180×6~7mm另外：双转子锤式粉碎机，能较好克服物料在机壳内环行引起的冲击力下降，造成的能耗高等弊端，打破了原锤式粉碎机的基本模式。双转子锤式粉碎机D：有关计算生产能力：V=60×[π/4]×d20dφzkn[m3/h]粒度d=d0/3~6；φ充满系数取0.7；z：筛孔数,k：锤刀排数n：r/min功率消耗：经验公式：N=kD2Ln[kw]k：系数，取0.1~0.2;L:转子轴向长度.N∝D2,功率与转子直径的平方呈正比,为降低能耗,一般采用小型锤式粉碎机,每台2.1~2.9t/h,功率消耗最低7kw/t.2、辊式粉碎机A]结构原理：两个直径相同的圆柱性辊筒，以相反的方向旋转，产生挤压力、剪切力将物料粉碎。两个辊筒，一个轴承固定，另一个可调且装有弹簧，物料从辊间隙加入，小于开度的颗粒从空隙排出。辊筒：光辊、丝辊辊式粉碎机B]类型：对辊~、四辊~[2组对辊，1组振动筛]五辊粉碎机：前3个光辊组成两个磨碎单元，后2个丝辊，通过调整辊间距，各种质量麦芽，均能得到较好的效果。辊式粉碎机麦芽粉碎机粉碎机大米辊式粉碎机辊式粉碎机C]计算：生产能力Q=bLυφ=bL[2πrn/60]φ×3600=60πDnLbφ[kg/h]功率：N=0.735kG/d粒nk=100~110;φ=0.5~0.7(麦芽)G：t/h或N=（0.8~1.06）kLυk=0.15+0.6d1/d2d1、d2进料、卸料粒度。3、圆盘磨粉机:粉碎小麦\玉米\大豆\大米等单转盘圆盘钢磨\双转盘圆盘钢磨2个带沟槽的圆盘,一个随轴转动,另一个固定在机壳上,物料由料斗进入圆盘中心,靠研磨、剪切作用被粉碎.4、微粉粉碎机主要部件由粉碎机、风选机、电控部分组成。特点：负压输送，能及时带走热量，适于热敏物料粉碎，粒度可达320目，且内装分级机，可以使粉碎、分级一次完成。4500rpm。5、超微粉碎机主要部件、特点同微粉碎机：适于热敏物料粉碎粒度可达1400目，粉碎、分级一次完成。WFJ-15型微粉碎机，总功率13.7kWCWFJ-15型超微粉碎机，总功率18.67kW6、超音速气流粉碎机利用7~10kg/cm2空气压力通过物料引射器，使自动加料器下来的粉体（60目以上）均匀连续进入粉碎机。同时，压缩气体通过粉碎室外围的粉碎喷嘴产生高速气流喷入粉碎室，高压气体使颗粒间互相碰撞、摩擦将物料粉碎。分级管把较粗颗粒分出来，返回粉碎室再次粉碎，超微颗粒大部分从旋风分离器下部被收集，部分更细颗粒进入袋滤器被收集，气体透过滤袋排出。超音速气流粉碎机（77、78、79）超音速气流粉碎机超音速气流粉碎特点适于超微粉碎，易得1~10μ粒子；内部装有闭路分级机构，粒子直径均匀易控；粉碎时间短，结构简单，维修方便，占地小，噪音低，无振动；效率高，能连续粉碎。湿法粉碎：将固体物料和水一起加入粉碎机中进行粉碎。粉尘少，锤刀磨损少，但粉碎原料不宜久存，能耗也高。从发展趋势来看：湿法粉碎具有良好的前景。§2液体培养基的制备及杀菌设备培养基制备包括淀粉质原料的液化、糖化、过滤及培养基的调配等操作。根据原料、菌种、产品和生产规模不同，配制和灭菌工艺有所不同，设备上也存在差异，应根据具体情况来考虑。原料不同、菌种不同，培养基的制备也不同，若某菌种可直接分解淀粉，则不需要进行液化、糖化操作，同时还要兼顾后处理的难易，糖化液是否进行过滤操作。液体培养基的制备及杀菌设备一、糖蜜原料的稀释与澄清p178糖蜜是制糖厂的副产物，糖的结晶母液，含50%的可发酵糖，还含大量的生物素等营养物质，可作糖源或生物素添加剂。糖蜜做酒精因需进行稀释、酸化、灭菌和加营养盐等处理过程。糖蜜稀释器：间歇式~、连续式~液体培养基的制备及杀菌设备1、间歇稀释器采用敞口带搅拌装置的容器，搅拌一般有通风管和搅拌桨叶两种，适于小规模生产。体积：V=5~20m3，H:D=1.1，φ=0.8~0.85液体培养基的制备及杀菌设备2、连续式稀释器A、水平式稀释器主体为长圆筒形水平管，略倾斜，沿管长安装若干隔板和筛板，分成若干空段，隔板上的孔上下交错布置，以改变糖液的流向，使糖蜜、水进行良好混合。同时设有调节水、营养盐和酒精液的进口管。无搅拌，动力消耗低。水平稀释器液体培养基的制备及杀菌设备B立式稀释器主体结构为圆筒形，糖蜜和水从容器下底部进入，经混合装置并添加营养盐后从容器上顶部流出。有三种：通用型、胀缩型、变管径型也有从上部进料、下部出料的错板式，圆筒内安装交错排列的圆缺性倾斜挡板10~15块，强化糖、水混合。液体培养基的制备及杀菌设备B立式稀释器设计稀释器时应注意的参数：上流式稀释器糖蜜流速控制0.035m/s；稀释器内流速控制0.03~0.05m/s；进水流速控制1.5m/s；立式稀释器液体培养基的制备及杀菌设备3、酸化澄清桶作用：对糖蜜进行灭菌，使灰渣沉淀。酸化筒总体积：V总=Qτ/φ0.8~0.85酸化筒的数量：N=V总/V需酸化的糖液量,m3/h每次酸化时间,h每个筒的体积，m3二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备以淀粉质原料生产酒精传统采用蒸煮糖化工艺；生产氨基酸及现代酒精工艺采用液化糖化工艺；有机酸发酵先只液化，在发酵中边糖化边发酵。淀粉质原料的蒸煮糖化设备1、蒸煮糖化工艺A】目的：借助蒸煮的高温高压，破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使内容物释放出来，变成可溶性淀粉；借助蒸煮的高温高压的作用进行灭菌。将淀粉分解为可发酵性糖类。淀粉质原料的蒸煮糖化设备B】蒸煮流程调浆——升温——维持——降温——糖化C】蒸煮设备有间歇蒸煮设备（已淘汰）连续蒸煮设备2、罐式连续蒸煮流程温度可控，设备简单，保证醪液先进先出，煮透且防止局部过热，瓜干4~5个，玉米5~6个罐。2蒸煮糖化蒸汽制液曲冷却接种发酵调浆罐蒸煮罐后熟器气液分离器罐式蒸煮流程淀粉质原料的蒸煮糖化设备3、蒸煮糖化设备A】调浆罐(拌料罐)带搅拌系统的立式罐，下部椭圆形或锥型封头，上部平顶或开口，利用工字钢支撑搅拌系统。H:D=1一般设2个，轮流使用，一般罐顶有绞龙进行料水混合。B】蒸煮罐H：D=3~5：1，蒸汽与粉浆入口对吹间距200mm，罐内压力0.3~0.35MPa，罐顶设糊化醪出口[入罐300~400mm]、安全阀、压力表，温度检测。预煮醪（70℃）糊化醪淀粉质原料的蒸煮糖化设备C】蒸汽喷射泵将粉浆加热的设备，可代替蒸煮罐。当物料流过喷射泵时，在喷嘴处产生的真空将外来的蒸汽吸入，对物料进行加热混合，经扩大管后，动能转变为压强能，属于一种混合加热设备。若吸入气体来自容器，容器减压，故又称喷射真空泵。淀粉质原料的蒸煮糖化设备D】后熟器（维持罐）：结构同蒸煮罐，无蒸汽加热，直径不宜大。蒸汽喷射泵喷射加热器核心件：喷嘴直径宜≥10mm计算：G=F×ψ√2g△pρ喷嘴截面积喷嘴系数0.95△p=物料进口压强-蒸气室蒸汽的压强算出F，即可求出喷嘴直径。喷嘴直径d1.4d进料口蒸汽进口经扩大管动能转变为压强能16.5d淀粉质原料的蒸煮糖化设备E】气液分离器糊化醪随着流动，压力降低，产生大量二次蒸汽，从最后一个后熟器排出，因此得名。液位一般控制50%，有利于分离二次蒸汽。计算：蒸煮罐与后熟器体积相同则：单位时间蒸煮的醪液量=蒸煮罐+后熟器体积即：V1τ=V2[N-1]+V2φφ充满系数取0.5V2=V1τ/[N+φ-1]τ一般2h或更长，V1为含蒸汽冷凝水在内的糊化醪量工厂一般使用加热器、后数器、气液分离器流程.淀粉质原料的蒸煮糖化设备冷却器F】真空冷却器喷射器糊化醪100℃，固形物多黏度大，用间壁换热时间长，冷凝器耗水量大，多用真空冷却器。真空冷却器结构：圆筒锥底罐，切线入口，H：D=1.5~2：1，因器内70~80kPa[60~65℃]真空，醪液自蒸发，产生大量二次蒸气，其上升速度＜1m/s，液体下降0.5~0.8m/s,不宜过大,否则流不出造成很大震动.醪液流出管俗称大气腿,锅以上10m左右.水真空冷却装置图喷射器冷凝器冷水进口若用水力喷射抽真空，可省去冷凝器设计参数二次蒸汽在器内上升速度0.8m/s，二次蒸汽排出管的速度≤10m/s培养基：流出速度0.2~0.3m/s进口速度0.5~1m/s真空冷却器H/D=1.5G】连续糖化的糖化设备圆筒性6~8，球形或锥形底8~10，水若冷却不够，锅内需设冷却蛇管糊化醪进口U管，开工时先注水防止破坏真空；设1~2挡搅拌[蜗轮、旋浆、平浆式]转速45~90r/min，一般设2个锅，每天杀菌一次，杀菌用蒸汽，罐底、罐侧设蒸汽入口。计算：1]容积：V=υτ/60φφ=0.75~0.85τ:糖化时间30~40min,υ:醪量[糊化醪+曲乳+水]m3/h几何:球底时V=π/4*D2H+1/3*πh2[3r-h]h:球底高;r:底的曲率半径.结构尺寸:H=0.35~0.8D,h=0.1~0.2D,r=[D2+4h2]/8h2]搅拌功率:与搅拌器结构、大小、转速、密度、黏度、醪液高度和浆叶直径等有关：N=0.01Ad4.56n2.78ρ0.78μ0.22[kw]A:常数，浆叶成90度双浆式搅拌器A=8.3；成45度A=5.15μ:黏度[kgs/m2]，约0.00