生物工程设备教案
生物科学与工程学院
2010年9月
课时分配表
章节 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 合计 内容 课时 1 5 3 4 7 6 4 3 6 3 3 3 3 51 绪论 物料处理和输送设备 空气净化除菌设备 培养基的制备设备 通风发酵设备 厌氧发酵设备 植物细胞和动物细胞反应器 生物反应器的比拟放大 过滤、离心、膜分离设备 离子交换分离原理和设备 蒸发与结晶设备 干燥设备 蒸馏设备
第一章绪论
【教学目的与要求】了解课程的目的和任务，掌握生化反应的目的，掌握生化反应器的分类，了解生化反应器设计基础内容。
【教学重点与难点】生化反应的目的，生化反应器的分类，设计基础。 【教学方法】讲授 。 【教学时数】1学时
一、 课程介绍 生物工程设备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体 生物反应过程的组成，课程的内容
按各种设备的共性，密切结合发酵生产的特征，重点阐述设备的结构、原理、特点、设计计算、选型及保养。包括整个发酵生产过程中所需要用到的物料的处理和输送设备，培养基的制备设备，无菌空气系统，生物反应器，过滤、结晶、干燥、蒸馏及冷却设备。
课程目的和任务：了解生物工程设备掌握常用生物工程设备的类型、性能、设备 二、生化反应的目的
重点 生化反应的目的：1.生产细胞：2.细胞的代谢产物： 3.直接用酶催 化的产物。
三、生化反应器的分类
重点 根据细胞或组织生长代谢的要求可分为：.厌氧生物反应器、通风生 物反应器、光照生物反应器、膜生物反应器。
其他分类方式：
根据反应器的结构、物料的混合方式。 四、生化反应器设计基础内容： 细胞动力学（菌体生长规律、产物代谢的规律、基质浓度产物浓度对发酵的影响等）、质量传递（气-液传质、液体-微生物）、能量传递、环境对发酵的影响、剪切力的影响等
总之，生化反应器的设计是以生物体的代谢为核心，除考虑传质、传热的因素外，还需要考虑对环境条件的要求，确保这些条件的落实。同时为提高传质和传热的效率需配置搅拌装置，同时需考虑剪切力对菌体生长的影响。发酵过程纯种培养，无菌条件的要求。
【思考题】
1. 生化反应的目的？ 2. 生化反应器的分类？
【作业】
生化反应器的分类方式
【参考书目】
《生物工程设备》梁世中主编，中国轻工业出版社2002年
【教学效果追记】
本章内容中有反应器的分类等简单的总体知识，要求学生在理解的基础上加以掌握。
【预习】第二章物料处理和输送设备
第二章 物料处理和输送设备
【教学目的与要求】了解发酵工厂物料处理和输送的方法，掌握机械输送设备的特点及选型；掌握气力输送的原理和流程及简单管道的计算。
【教学重点与难点】掌握机械输送设备和气力输送设备的特点及选型，气力输送流程的比较和管道计算。
【教学方法】讲授、自学与多媒体等直观教学手段相结合。 【教学时数】5学时
第一节 固体物料的处理与粉碎设备
一、固体物料的筛选除杂设备
杂物分三类： 纤维性较长的物质
颗粒状的 铁磁性物质
啤酒厂生产过程：
大麦——粗选——精选——分级——浸泡———发芽——干燥——粉碎——糖化 ——过滤——煮沸——冷却分离沉淀——前发酵——后发酵——过滤——灌装—— 杀菌——冷却成品
1.谷物原料的粗选设备
⑴大麦粗选机（平摇振动筛）结构图 ⑵磁力除铁器
a固定形磁钢装置图
b永磁滚筒 CXY—25型永磁滚筒的结构图 2.大麦的精选及分级设备
目的:精选目的除去圆形杂粒,特别是半粒大麦和草籽。
分级目的为了在浸渍和发芽过程保持均匀一致，提高麦芽质量和出芽率。 ⑴大麦精选机
a滚筒精选机 结构图 讲解操作过程 b碟片式精选机 结构图 讲解操作过程 ⑵大麦分级设备
a平板分级筛 结构图 讲解操作过程 b圆筒分级筛 结构图 讲解操作过程 二、固体物料的粉碎设备 1.物料粉碎的力学分析重点
挤压破碎、冲击破碎、研磨破碎、剪切破碎、劈裂破碎，分别举例说明 2.物料的粉碎度（粉碎比）
粉碎比：重点物料粉碎前后平均粒径之比。以x表示 x= D1/D2
D1 D2 粉碎前、后物料的平均粒径mm
粉碎比选择应恰当合理，如：山东某酒精厂，原来采用一级粉碎，电机功率为17KW，后改为二级粉碎，在原电机前加粗粉碎，新增电机2.8KW，产量增加1倍。
3.粉碎机械
⑴锤式粉碎机: 用于原料的中碎和细碎 a 结构如图 讲授粉碎过程。
锤式粉碎机作用力主要是冲击力 b..锤式粉碎机的生产能力
圆孔筛：一个圆筛孔排出 产品容量Vo(m3)
Vo=0.785.Do2.d.μ (m3)
式中： Do—筛孔直径,m d— 产品粒度m μ—排料不均匀系数 每h排出的产品量体积V：
V=60× 0.785.Do2.d.μ.Z.k.n . （ m3/h ） Z — 筛孔总数 k— 锤刀排数 n—转速r/min 每h排出的产品量（质量）Q
Q=V.γ=15π Do2.d.Z.k.n .γ（t/h）
对于方孔筛：
每h排出的产品量体积V：
V=60L. c.d. μ. Z.k.n （m3/h ）
Z — 筛孔总数 k— 锤刀排数 n—转速r/min 每h排出的产品量（质量）Q：
Q=V.γ= 60L. c.d. μ. Z.k.n.γ（t/h） 也可按经验公式计算：Q=k.D1 L.ρ（kg/h） 式中： D1 —转子的工作直径m
L —转子的轴向长度m ρ—粉碎产品的密度kg/m3
k —系数，大米瓜干大麦取80~100
c.粉碎机的功耗N：按经验公式估算:
N=k.D12 L.n (kW) L—转子的轴向长度m n—转子的转数 r/ min
k—系数,与原料的性质和粉碎度有关k约为0.1~0.2 ，粉碎比大时取大值
⑵对辊粉碎机
a对辊粉碎机的构造原理 操作的参数及过程 主要作用力是挤压力
常用两辊、四辊、五辊、六辊。结构图 b.辊式生产能力：理论生产能力
Q=60πD1.n.b.L.ρφ（kg/h）
Φ —松散系数 大麦芽取0.5~0.7，与物料性质和操作均匀度有关。 轧辊长度100mm每小时 粉碎大麦芽：
双辊粉碎机 150~200kg/h 四辊式 200~300kg c功率估算：经验公式：
N=0.735kG/（d.ω）（kW） 也可按下式计算：
N=（0.8~1.06）k Lυ（kW）
式中： k— 系数 k=0.6D1/D2+0.15
D1、 D2 — 进料、卸料粒度 L — 轧辊长度 m
υ — 轧辊的圆周速度 m/s 通常取2.5~5
