第二章培养基制备(生工102)培训课件

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1、物料,磁铁,输送带,磁铁,物料,物料,第二章培养基制备及杀菌设备,第一节：固体物料的粉碎设备 粉碎机的基本要求： 1 粉碎后的颗粒均匀， 2 已被粉碎的物料能立即从轧压部位排出， 3 操作自动化， 4 易磨损部件容易更换， 5 产生粉尘少， 6 发生故障时能自动停车， 7 单位产品消耗的能量小。,按工作原理粉碎机的类型如下： （1）挤压粉碎机 （2）冲击粉碎机 （3）磨碎 （4）劈碎 （5）剪碎 固体物料粉碎粒度的标注： （1）粗碎：401500550，粉碎比约为26； （2）中、细碎：5500.15，粉碎比约为550； （3）微粉碎：510mm小于100um： （4）超微粉碎：0.55mm小

2、于25um。 可用粉碎比表示粉碎操作中物料粒度变小的比例。,一、锤式粉碎机 主轴上有钢质圆盘，盘上装有可拆换的锤刀。当圆盘随主轴高速旋转时，锤刀借离心力的作用而张开，将物料击碎，如遇过硬物料，则可以摆动让开，而不致损坏机器。,主要构造：锤刀、转子、筛底、机壳,当物料进入粉碎机后，被飞速旋转的锤刀击碎，细粉通过底部筛孔排出，较大的颗粒继续被锤刀击碎，物料直至粉碎到一定细度后，从筛孔排出。粉碎靠旋转的锤刀冲击破碎，筛底保证了粉碎物料的一定细度。,构造组成： 锤刀，高碳钢片 筛网，铁板冲制，作用是控制物料的粒度， 孔径1.52.5mm，圆形（细）或长条形（粗）， 锤刀与筛网的间隙510mm ，影响产

3、品的粒度。 机壳,工作原理是冲击粉碎，适合各种中等硬度的物料粉碎（瓜干、玉米等）的粗碎、中碎等，脆性物料更好效果。 优点：构造简单，能粉碎不同的物料，粉碎比1050大，生产能力高。 缺点：机械磨损较大。 提高粉碎机效率的方法： （1）采用密闭循环法 （2）增加吸风装置 （3）采用鳞状筛代替平筛 （4）采用湿式粉碎（适合含水分高的料的粉碎）,锤式粉碎机的生产能力可按半经验公式计算： 圆形筛孔V=60v0KnZ V0一个筛孔中排出的产品体积， K锤刀排数， n-转子的转速 Z-筛孔总数 长条形筛孔V=lcdu L筛孔长度m C筛孔的宽度m D产品粒度m 排料系数,一般为0.7 动力消耗N（KW）按

4、经验公式估算： N=ADLn D-锤刀末端直径m，L-转子轴向长度m, A-系数，由试验确定。,二、辊式粉碎机 黏性和湿物料块的粉碎，啤酒厂的麦芽和大米都是。有两辊、四、五、六辊式。 1. 两辊式粉碎机 由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住进入两辊之间，物料受挤压而破碎。,2 四辊式粉碎机 由两对辊筒和一组筛子组成。,大麦芽,细粉,细粉,细粉,麦皮,六辊粉碎机示意图,细粉 细粉 麦皮 细粉,五辊粉碎机示意图,3 五辊式粉碎机 前三个辊筒为光辊，组成两个磨粹单元，后两个辊筒为丝辊，单独成为一磨碎单元。在前三辊之前和之后均配有筛选装置。,4.辊式粉碎机生产能力及功率计算 生产能力Q

5、（kg/h）=120DnLbr D-辊筒的直径m，n-辊筒的转速r/min，L-辊筒的长度m, b-两辊间隙=0.00010.0005m，r-物料的容量（干麦芽500kg/h） -填充系数（麦芽0.50.7），准确数据在生产实践中查得。 经验数据： 100mm长的两辊生产能力为150200kg/h，四辊式200300kg/h. 用于粉碎麦芽时功率计算公式： N=0.735KG/dn K-系数，为100110，G-粉碎机生产能力t/h， d-麦芽粒子腹径， n-辊筒的转速r/min.,粉碎能力计算公式看出：粉碎能力决定两辊间距、 转速、辊直径、辊长度。 生产中常用的辊径250mm，辊长L800-

6、1000mm,转速 200-300转/分。当辊径和转速、间距一定时，生产能 力与辊的长度成正比。 一般对辊100mm辊长每小时粉碎麦芽150-200kg，四辊每 小时粉碎200-300kg，五辊、六辊每小时粉碎450kg左右。 功率消耗，粉碎1吨麦芽2kw.,第二节 淀粉质原料的蒸煮糖化设备,一、 淀粉质原料蒸煮糖化的目的 以淀粉质原料生产酒精，淀粉必须先经过糖化剂中的淀粉酶作用变成可发酵性糖后，才能被酵母利用发酵生成酒精。 目的： 1.原料吸水后通过蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂,内容物流出，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。 2.将存在于原料中的大量微生物进行灭

7、菌，使酒精发酵能顺利进行。,二 蒸煮设备 蒸煮工艺： 分为间歇蒸煮工艺和连续蒸煮工艺，连续蒸煮工艺又根据所用设备不同主要有罐式、柱式和管式连续蒸煮设备。 根据蒸煮温度蒸煮工艺又分为高温、中温和低温蒸煮工艺，高温1350C1500C，中温1000C1080C，低温850C900C。,。,图为罐式连续蒸煮糖化流程，3为加热罐，后熟器4(也称为维持罐）不再进入蒸气，起保温作用。最后一个后熟器起汽液分离作用，使经加热、后熟的蒸煮醪分离出一部分二次蒸气并使之降温。,（一）调浆桶：分批投料，为满足连续蒸煮的要求一般应设为两只。搅拌桶的容积决定于操作周期的长短。 （n+1)Gt / 60 G酒精生产每小时投

8、料量m3/hr n加水比 t调浆桶操作周期30min 调浆后的密度 填满系数 调浆桶结构可开口，也可带盖开人孔，圆桶形。D:H=1:1, 底锥角1200，属于内压容器。壁厚计算按内压容器计算。此外还要计算搅拌功率。,（二）连续蒸煮的送料泵 对连续蒸煮的送料泵有三大要求： 1.压头大，须超过蒸煮的压力 2.流量稳定，保证过程稳定，满足工艺 条件的要求。 3.便于调节。 大多采用往复泵,（三）加热器多用三套管加热器 1.三套管加热气结构 图为三套管加热器，由三层直径不同的套管组成，内层和中层管壁钻有小孔，各层套管用法兰连接。两端锥形或球形（减阻）。 粉浆流经中层管，高压加热蒸气从内外两层进入，穿过

9、小孔向粉浆液流喷射。,。,三套管加热器,有效加热段：加热管壁上小孔分布区称为有效加段。 开孔的形式：平开，加工易。 向上斜开450，与粉浆对流，混料好， 但输送阻力大。 向下斜开450，与粉浆并流，降低 力，但汽料混合稍差。 多用平开和向下斜450角，孔径35mm，若干排，每排48个均匀分布，排距相等，前密后疏。 粉浆在有效加热段停留时间很短，1520s,流速0.1m/s。,2.三套管加热器的计算 计算内容： 有效加热段长度、各层管子的直径、 小孔直径及个数。 （1）有效加热段长度的计算（根据物料和热量平衡计算） 第一步：首先计算加热蒸汽的消耗量W 加热蒸汽的压力为PMPa(表压）。查饱和水蒸

10、气表、蒸汽温度t2、热焓I可定。粉浆流量为Gkg/hr，粉浆比热为c,温度为t1，加热粉浆最终温度为t2。,热量平衡：粉浆吸热蒸汽放热（冷凝放热） G（ t2 t1）W（IC水t2） 蒸汽消耗量W 可计算得出。 第二步：确定环形面积（醪液与蒸汽混合的空间截面） 加热后粉浆总量：G GW，体积流量V G/ 取粉浆的流速u为0.06m/s，（要求0.1m/s） 则粉浆流过的截面积为：S V/ u可计算出 第三步：选内、中管 内管、中管根据管件参数选定型。计算一下环隙截面积D2-d2与S 是否相同。同则合适，不同重选。,第四步：计算有效长度 假定粉浆在有效加热段定留时间为20s，则有效加热 段长度L

11、= V20 S 。 （2）外管直径d外的确定; 按外管与中管间环隙截面积内管截面积 （压力平衡） （d外2-d中2)=d内2， d内、d中已定，计算可得d外。 根据计算结果圆整选定无缝钢管。 （3）小孔直径及个数的确定： 加热蒸汽量已计算出，查饱和水蒸气表得所在表压下 蒸汽密度蒸汽，加热蒸汽体积V蒸汽W/ 蒸汽， 小孔直径为d孔，一般为48mm,蒸汽流速为20m/s，,小孔个数n=V蒸汽(3600200.25 d孔2) 内外管小孔个数相等为0.5n个。,喷射式加热器 根据工艺计算得到得料液的流量和蒸汽消耗量选型。,文丘管喷射加热器,连消加热器,1.喷射式加热器的结构 文丘管喷射式加热器的特点是

12、蒸汽和物料迅速接触，充分混合、加热在瞬间内完成。蒸汽由侧面进入，物料由喷嘴喷出，在蒸汽室内被均匀混合加热。 连消加热器的喷嘴与一般喷嘴不同，料液由中央进入，蒸汽则在环隙中进入，同时在喷嘴出口处有一个扩大端，扩大端顶端上方设置一块弧形挡板，目的是增强蒸汽与料液出口管的混合加热效果。培养基在进入加热器时的流速约为1.2m/s，蒸汽喷口的环隙面积与料液出口管的内截面积相同，扩大端的直径与喷嘴外径之比为2，整个加热器高度在1m左右。这种加热器结构简单，性能稳定，噪声少，无振动，是目前微生物发酵企业采用较多的喷射加热器。,2.喷射式加热器的计算设计方法 喷射式加热器设计中，喷嘴的设计是关键。根据物料流量

13、按公式计算出喷嘴的直径后，按比例确定其它各部位尺寸。 根据资料，多喷嘴要比单喷嘴的换热效果好，但喷嘴直径太小会引起堵塞，一般应大于10mm。另外延长混合段的长度有利于蒸汽与物料的混合。 连消塔在生物制药行业（主要是抗生素）使用广泛，其打料量1214m3/h，塔身采用中273X7mm无缝钢管，加热器直筒高度800mm，椎体高度150mm，出料管Dg50,物料进口Dg50.,（四）蒸煮器（蒸煮锅、蒸煮柱） 1.结构：图为蒸煮罐，粉浆用往复泵由下端中心进料口压入罐内，被加热蒸气口2喷出的蒸气加热到蒸煮温度，经加热的醪液从管3流入后熟器。加热罐和后熟器的直径不宜太大，以保证醪液先进先出。 2。蒸煮锅的

14、计算确定锅及后熟器的容积。 柱式连续蒸煮计算内容是确定柱容积及有关尺寸。,粉浆通过加热器加热再进入后熟器，从后熟器进入汽液分离器，从分离器上部分离二次蒸汽，底部排出糊化醪。可以看出与连续灭菌流程设备基本一样，都有加热器，后熟器同高温维持设备一样，也有罐式、柱式、管道式，也是有35个串联在一起。不同的是，连续灭菌，从高温维持设备出来的物料，直接进换热器，而连续蒸煮，从后熟器出来的物料进入汽液分离器。高温维持设备和后熟器只是叫法不同，它们形式、工作状况一样，它们都属于压力容器，在顶部要安装压力表和安全阀。,1)锅式连续蒸煮，罐个数不宜太少，瓜干原料45个，玉米原料56个，汽液分离器醪液控制在50左

15、右的位置上。蒸煮罐和后熟器采用相同的设备，容积计算如下： v1t= v2（n-1） v2 v2 v1t/n+ -1 v1糊化醪流量（ m3/hr ）， t 蒸煮时间，工艺确定， 汽液分离器的填满系数50， n 蒸煮器和后熟器个数（包括汽液分离器） v2蒸煮罐和后熟器的容积m3， 按内压容器计算壁厚（化工机械基础）,2）柱式连续蒸煮，蒸煮柱容积及有关尺寸 一个流程一般设45个柱子，无缝钢管制成，直径一般为400500mm，壁厚1012mm。柱子高度视厂房高度和稳定性考虑，一般68m。 柱内部结构形式：空心、缩节、内设挡板柱。 柱总容积V总vt/600.85 v粉浆流量m3/hr，t 蒸煮时间，

16、0.85 柱填满系数。 可以确定个数，然后确定每个柱的几何尺寸。 也可确定每个柱几何尺寸，后确定个数。,二次蒸汽,高温维持设备 （又称蒸煮锅、后熟器）,加热器,蒸汽,糊化醪 （液化醪）,粉浆,汽液分离器,压力表,安全阀,酒精生产蒸煮流程,调浆罐 泵 缓冲罐 停留罐（维持罐） 暂存罐 泵,螺旋板换热器 糖化罐,2)高温维持设备 使加热灭菌的物料保持一定的灭菌时间，加热温度通过蒸汽阀调节进汽量，灭菌时间由高温维持设备体积决定。常用的高温维持设备有： 1）罐式 H/D=24 2）柱 式 H/D=710 3）管道式 L/D,衡量高温维持设备性能好坏，就是看物料的先进先出性；达到相同灭菌效果，尽量保证物料的先进先出性好（返混性差）。