密度1360~1840kg/m，增加10m/s；再大，由实验确定。
⑵混合比 ：重点
定义：每kg空气所能提升的物料的质量，或输送的物料流量(kg/h)与空气流量(kg/h)之比。μ
G μ值越大，单位kg空气输送的 ??物 物料越多。 G气选择：根据物料特性和输送系统。一般，松散物料选择大的混合比，潮湿、粉状、小； ⑶输送空气量的计算 ：选择风机、真空泵
m物3
Q气?(m/h) ??Q---- 空气输送用量m3/h ； m物---- 被输送的物料量，kg/h ； ρ气---- 空气密度 kg/m3 ； μ ---- 混合比。
实际空气用量可比计算值大10% ~20% ；防止漏气和其他因素。
⑷输送管径(内径)的计算和选择 ：
? 已知气流速度时v气 ：
Q气?D23600v气 4 4Q气Q气D??0.0188?m? 3600?v气v气
3
用此公式计算空气管直径：一般空气管气速取6~14m/s，
压缩空气管路取6~10m/s，低压或负压管路取10~14m/s。 空气管管材：应有足够的强度和耐磨性
无缝钢管、普通水煤气管、不锈钢管、硬质聚氯乙烯管。
计算出管径，根据国家管径的规格圆整，选用标准管径。公称直径Dg表示。 管件的公称直径是指与它们相配的管子的公称直径。
⑸压力损失计算： （管网阻力）选择风机
输送流程中，风机的出口压力或入口真空度必须大于管网系统的总的压力降。
包括：
a、 空气管的压力损失△P1 直管、弯管 b、加速段的压力损失△P2
c、输料管的压力损失△P3垂直管、水平管、弯管 d、分离器（卸料器）输料管的压力损失△P4 f、空气进出口的压力损失△P5
总压损： △P=△P1+△P2+△P3 +△P4+△P5
⑹风机的计算和选型
风机选型两个参数： 风量、 风压
为保险起见，理论计算基础上，加10~20%。 根据国家风机的系列选取。常用风机：
往复式真空泵、SZ型水环式真空泵、离心式风机、罗茨风机
例：某酒精厂采用吸入式流程一级输送瓜干。每小时输送量为4545kg/h，输送的水平距离30m，垂直距离15m，90°大弯管(r/D=6)2个，空气管长度10m， 90°弯管(r/D=2)3个，瓜干从沉降式卸料器排出，气流再经旋风分离器、袋滤器后由风机抽出排空。要求⑴画出工艺流程草图⑵计算输料管径⑶计算风机风量风压功耗。
解：⑴画出工艺流程图 介绍如何画
此值不符合国家管道标准，查化工手册圆整 选用无缝钢，公称直径150，壁厚4.5。 若选用塑料管，可查塑料管标准 答：
第三节液体物料的输送设备
生物工厂液体物的输送多采用： 离心泵、 往复泵、 螺杆泵
一、泵的选型计算
㈠、离心泵：离心泵叶轮部分必须充满液体。重点 1、离心泵的压头 （扬程）重点 压头：泵传给1kg液体的能量。
?P
H??Z??HL不要误解扬程就是升举高度△Z ?2、离心泵的流量：重点
离心泵在单位时间内输送入管路系统的液体量。与泵的结构、尺寸（叶轮直径宽度）和转速有关
3、离心泵的特性曲线
主要压头H、流量Q、效率η、轴功率P 不同种类曲线不同， 共同点：
压头随流量变化，流量增加压头降低 重要特性。 功率随流量增大上升，流量为0功率最小。启动
效率随流量增大上升，达到一定值流量增加效率降低。在一定转速下有一个最佳点（设计点）操作应在设计点附近，最高效率对应的流量和压头下工作最经济。
4、其他条件影响
黏度：越大，泵的能量损失越大；
压头、流量减小，效率降低，轴功率增加； 转速：转速改变，Q、H、P都变化， 离心泵的压头与液体的重度无关。 5、吸上高度和汽蚀现象
吸上高度不能超过当地大气压所相当的液柱高度。 液体到泵的入口。叶轮入口不可能达到绝对真空。 有其允许吸上高度
汽蚀现象：叶轮入口的绝对压强与液体的饱和蒸汽压相等，液体沸腾，产生大量蒸汽泡，严重影响叶轮的工作。
⑵输料管径：
选定风速： 吸入式风速取v气=22m/s，一级真空输送 混合比取μ=3 常温常压空气的密度ρ=1.2kg/m3 风机风量：空气裕量10%
1.1m物1.1?4545Q气???1388.75(m3/h)??3?1.2Q1388.75D?0.0188气?0.0188?0.1494?m?v气22
HQ?6、轴功率计算
P?(kW) 电机功率 取1.1~1.2倍轴功率。 102?
7、离心泵的选择：重点 查我国的泵样本、规格目录
选择时，Q以最大流量为准， H以系统最大Q的压头为准；没有刚好的，选Q H都稍大的一个；或选用在要求Q H下，效率最高的一个。 同一类泵，有系列特性曲线如图P448，
如选择流量20L/s，压头50m，查出型号、查性能 ㈡、往复泵 （属于容积泵）
液流有脉冲；其低压靠工作室的扩张形成，有自吸作用，可以吸进液体，所以开泵之前泵内可以不充满液体。与离心泵的不同点。
另外：其流量固定，泵出口不能加阀门。 流量与活塞面积、冲程和冲程数有关。
定义：重点冲程：活塞在缸内两端点移动的整个距离。 冲程数：每分钟往复的次数。效率：70%~90%
形式：重点 立式往复泵
卧式往复泵 磨损严重。
可输送粘稠、有颗粒的液体。
㈢、旋转泵 靠泵体内一个或几个转子的旋转来吸入或排除液体，又称转子泵 。 齿轮泵：压头高流量小，可输送粘稠膏状不含固体颗粒物料。 螺杆泵：靠泵内的螺杆旋转，挤压到排出口。输出压强大，单可达1MPa，三可达10MPa
可输送颗粒黏度的悬浮液 泥浆
泵的选择：定型产品
根据物料的性质、操作温度条件、扬程、流量等选择，注意选型号时，Q、H、吸上高度适当增加10%~20%富裕量。
二、输送管路、管件 1、管径的计算与选择
根据流量：管内径 根据流量的计算导出
Q?mm?v 可应用算图查出管径。再根据管道系列进行圆整，圆整后管内液体流速要符合流速规定的范围。也可按泵出口管径选择管道直径。
2、管道介质流速的选择
计算管径，关键是介质流速，流速大，管径小，节省管材，能耗增加；流速小，管径大，管材增加，投资大。
根据输送介质种类、性质、输送条件合理选择
参考教材P451表3-3-13管内流体常用的流速范围 3、管件：根据管道直径对应选择
【思考题】
1、解释概念：粉碎比、混合比、压头、冲程、
2、磁力除铁器有哪几种？大麦的精选和分级设备有哪些？ 3、粉碎机的类型及其主要作用力？
D?18.8
4、固体物料的单台输送设备有哪些？ 其适用输送物料和条件？ 5、气流输送的流程有几种？特点？比较各流程。 6、气流输送的设备组成？
7、生物工业常用的泵及适用物料范围
8、某啤酒厂真空输送麦芽。每天输送量20吨，操作4h，输送的水平距离50m，垂直距离25m，90°大弯管(r/D=6)2个，沉降式卸料器排料，后接旋风分离器、袋滤器再由真空泵排空，空气管长20m， 90°弯管(r/D=2) 4个。要求⑴画出工艺流程草图⑵计算风机风量⑶计算输料管管径 。
【作业】
思考题中的全部 【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 《发酵工程设备》 中国轻工业出版社 《生物工艺学》 中国轻工业出版社
【教学效果追记】本章内容是生物工厂普遍都使用的内容，要求大家能够学会设备的选型。
复习提问 ：磁力除铁器的种类？气力输送流程的比较
第三章 空气净化除菌设备
【教学目的与要求】了解常用空气净化流程及特点，掌握介质过滤除菌的机理、对数穿透定律及深层介质过滤器的设计计算。
【教学重点与难点】介质过滤除菌的机理、流程对数穿透定律及深层介质过滤器的设计计算。
【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】3学时
第一节 空气净化除菌的方法与原理
一、生物工业生产对空气质量的要求 1.空气中的微生物分布
目的说明我们使用的空气，尽量洁净，减少设备负荷。 2.生物工业生产对空气质量的要求
生物工业生产使用的无菌空气是指通过除菌处理、空气中的含菌量降到零级或更低、 使污染的可能性降到极小。一般以染菌概率为10-3来计算。即1000次发酵周期所用的无 菌空气中只允许一次污染。
3.空气中含菌数的测定
采用光学法——粒子计数器，对直径0.3~5微米的微粒测量比较准确。 表311《洁净厂房设计规范》GB50073-2001规定 补充 采用的是国际标准ISO14611-1规定 二、空气净化除菌的方法及原理 1.空气除菌的方法：重点 ⑴辐射杀菌
X射线、β、γ射线、紫外线、超声波
常用的是紫外线，波长253.7~265nm杀菌力最强，杀菌强度与紫外线强度呈正比，与距离的平方成反比。常用于无菌室和医院的手术室、菌种室等空气对流不大的环境。
需配合甲醛熏蒸或苯酚喷雾。对霉菌甲醛效果稍差、一般采用硫磺熏蒸。
⑵热杀菌
热杀菌是有效、可靠的杀菌方法。但采用蒸汽电热加热空气杀菌，经济上不合理。 图热杀菌流程 介绍 ⑶静电除菌
静电除菌法利用静电引力吸附带电离子而达到除菌除尘的目的。除尘效率最佳条件下对1微米的微粒可达99%，一般在85%~99%，每1000立方米空气耗电0.2~0.8kW。压损小30~150Pa，设备不大。但设备维护安全技术措施要求高，一次性投资大。常用于洁净工作台、工作室空气预处理，再配合高效过滤器使用。
静电除尘装置 由两部分组成电离部分、除尘部分。如图 ⑷过滤除菌法
是生物工业常用的经济、实用的空气除菌方法。采用定期灭菌的干燥介质阻截流过的空气中所含的微生物颗粒，获得无菌空气。
过滤介质按孔隙大小分为两类： 一类介质间空隙大于微生物，需要一定厚度的介质滤层。二类是介质空隙小于细菌，含菌空气通过时，微生物被截留在介质上，达到无菌要求。前者有棉花、玻璃纤维、活性炭、烧结材料、微孔超滤膜等。后者有微孔膜（孔径0.22微米材料有聚四氟乙烯PTFE 、聚偏氟乙烯FVDF）、超细玻璃纤维。
2.介质过滤除菌机理重点
⑴惯性冲击滞留作用机理：如图，讲述机理 效率η=b/df
??c?pdp2vo18?df
c层流修正系数
vo 微粒空气的流速m/s df 纤维直径m dp 微粒直径m
ρp 微粒密度kg/m3 μ 空气黏度Pa.s
当空气流速降低，惯性力降低，b宽度小效率降低，降到一定程度，φ=1/16，η=0 此时的vo称为临界速度 vo与df、dp有关
⑵拦截滞留作用机理
当空气流速降到临界流速以下，微粒随气流靠近纤维，在纤维周围形成滞留层，层内气速更慢，被带到滞留层的颗粒慢慢靠近纤维和纤维接触而被黏附滞留。 其捕集效率可用经验式
?2?11?? 21?Rln(1?R)?1?R??????2(2.0?lnRe)?1?R??R=dp/df 气流的雷诺数Re?dfv??
微生物带正电荷与介质带的负电荷相反，通过时被吸附，再者空气通过介质，介质
表面感应出很强的静电荷，将微生物颗粒吸附，以树脂处理过的纤维最明显。
联想高中丝绸处理玻璃棒产生静电。
