一、發(fā)酵設(shè)備
1、實(shí)罐滅菌 P4 P5 P7 定義 大罐攪拌軸功率配置注意點(diǎn) 操作過程 判斷標(biāo)準(zhǔn) 升溫階段滅菌效應(yīng) 滅菌過程熱量計(jì)算例1-3
A.實(shí)罐滅菌：
   將培養(yǎng)基配置在發(fā)酵罐里，用飽和蒸汽直接加熱，以達(dá)到預(yù)定滅菌溫度并保溫維持一段時(shí)間，然后再冷卻到發(fā)酵溫度，這種滅菌過程稱作培養(yǎng)基實(shí)罐滅菌或稱培養(yǎng)基分批滅菌（實(shí)消）。
B.大罐攪拌軸功率配置注意點(diǎn)
一般發(fā)酵罐上的電機(jī)在無特殊要求時(shí)，都是按發(fā)酵罐通空氣狀態(tài)下的軸功率配置的，這類發(fā)酵罐若采用實(shí)罐滅菌工藝很好的辦法是采用變頻調(diào)速電機(jī)，這樣可以既保證實(shí)罐滅菌時(shí)物料需攪拌的要求，也能保證正常發(fā)酵過程攪拌功率的要求。
C.操作過程：Ⅰ—間接加熱階段,培養(yǎng)基由室溫加熱至80-90℃；Ⅱ—直接蒸汽加熱階段,培養(yǎng)基由80-90 121℃；
           Ⅲ—保溫階段，121℃；Ⅳ—冷卻階段，121℃ 培養(yǎng)溫度 （見P5 圖1-1、1-2）               
    ①把配制好的培養(yǎng)基泵入發(fā)酵罐內(nèi)，密閉發(fā)酵罐后，開動(dòng)攪拌。
    ②稍開閥門15和9，引入蒸汽進(jìn)夾套預(yù)熱培養(yǎng)基至75~90℃，保持夾套壓強(qiáng)表的表壓50~100kPa.
    ③培養(yǎng)基預(yù)熱到75~90℃后，開閥門1和4，排盡蒸汽管道中的冷凝水后，再開閥門2，從空氣管道引入蒸汽進(jìn)發(fā)酵罐。關(guān)閥門15，并停止攪拌。
    ④開閥門5，稍開閥門7，排盡蒸汽管道里的冷凝水后，開閥門6，從取樣管道引入蒸汽進(jìn)發(fā)酵罐。
    ⑤開閥門13，稍開閥門11，排盡蒸汽管道里的冷凝水后，開閥門10，由出料管引入蒸汽進(jìn)發(fā)酵罐。
    ⑥分別稍開閥門16、17、18，排出活蒸汽，調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥門和排汽閥門的開度使灌壓保持在表壓105kPa，溫度恒定在121℃，維持20~25min。
    ⑦完成保溫時(shí)間后，關(guān)一路排汽，再關(guān)一路進(jìn)汽，最后三路排汽與三路進(jìn)汽全部關(guān)閉。
    ⑧開閥門3和2引入無菌空氣。
⑨開閥門8，關(guān)閥門9，開閥門14，夾套引入冷卻水，開攪拌，冷卻降溫到發(fā)酵工藝要求的溫度。
注意點(diǎn)：凡與培養(yǎng)基接觸的管道都要進(jìn)整齊，凡不與培養(yǎng)基接觸的管道都要排氣
D.質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：
    培養(yǎng)基滅菌后達(dá)到無菌要求；營養(yǎng)成分破壞少；培養(yǎng)基滅菌后體積與進(jìn)料體積相符；泡沫少。
E.升溫階段滅菌效應(yīng)
實(shí)罐滅菌的發(fā)酵罐體積較大（60-100m3）,這樣培養(yǎng)基的加熱升溫階段時(shí)間較長，為了不使培養(yǎng)基受熱時(shí)間長，營養(yǎng)成分破壞過多，應(yīng)該考慮加熱升溫階段的滅菌效應(yīng)。反之，發(fā)酵罐體積在40m3 以下可以不考慮。
F.*實(shí)罐滅菌傳熱及操作時(shí)間的計(jì)算：
  1.升溫階段傳熱及操作時(shí)間的計(jì)算

• 間接加熱傳熱及操作時(shí)間的計(jì)算

     加熱蒸汽用量     （Q'熱損失為加熱蒸汽用量的5%-15%）   
G：培養(yǎng)基重量（kg）          C：培養(yǎng)基比熱（kJ/kg· ℃ or kcal/kg℃ ）       S：蒸汽耗量（kg）     
i：蒸汽的熱熱焓量（ kJ/kg or kcal/kg ）     r：蒸汽的汽化潛熱（ kJ/kg or kcal/kg ）  
t1：開始加熱時(shí)培養(yǎng)基的溫度（℃）
t2：加熱結(jié)束時(shí)培養(yǎng)基的溫度（℃）
加熱時(shí)間的計(jì)算   
τ：加熱所需的時(shí)間（h）         K：加熱過程中的平均傳熱系數(shù)（ kJ/m2·h·℃ or kcal/m2·h·℃ ）
F：夾套或盤管的傳熱面積（m2）   tS：加熱蒸汽溫度（℃）

1. 直接蒸汽加熱傳熱及操作時(shí)間的計(jì)算

     加熱蒸汽用量       （Q'熱損失為5%-15%）
     加熱時(shí)間的計(jì)算   
d1、d2、d3：分別為各進(jìn)氣管直徑（m）   ν：加熱蒸汽比容（m3/kg）   ωS：蒸汽在管內(nèi)的流速（m/s）
 
   2.保溫階段傳熱及操作時(shí)間的計(jì)算
加熱蒸汽用量    
F：蒸汽排出口的總面積（cm2）  τ：蒸汽排出的時(shí)間（min）    P：罐內(nèi)蒸汽的絕對(duì)壓力（kg/m·s2） 
  ν：加熱蒸汽比容（m3/kg）
   加熱蒸汽用量（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算）    S＝（30%~50%）·S（直接加熱蒸汽用量）
        小于5m3發(fā)酵罐取50%，大于5m3發(fā)酵罐可取30%左右
   保溫時(shí)間的計(jì)算    
 
   3.冷卻階段傳熱及操作時(shí)間的計(jì)算
   冷卻時(shí)間的計(jì)算                
τ：冷卻所需時(shí)間（h）         W： 冷卻水的流量（kg/h）        C1：培養(yǎng)基比熱（ kJ/kg℃ or kcal/kg℃ ）
C2：冷卻水比熱（kcal/kg℃ or kJ/kg℃）   t1S：培養(yǎng)基開始冷卻時(shí)的溫度（℃）    
t1f：培養(yǎng)基冷卻結(jié)束時(shí)的溫度（℃）        t2S：冷卻水進(jìn)口溫度（℃）   t1：培養(yǎng)基冷卻過程中的任一溫度（℃）      t2：培養(yǎng)基在t1溫度時(shí)冷卻水的出口溫度（℃）
 

• 連續(xù)滅菌  P10 P16 優(yōu)點(diǎn)  流程設(shè)備 噴射加熱器工作原理 維持管操作特點(diǎn) 冷卻設(shè)備類型

A.培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌有以下優(yōu)點(diǎn)：
   （1） 采用高溫、快速滅菌，物料受熱時(shí)間短、營養(yǎng)成分破壞少，培養(yǎng)基連消后質(zhì)量好，發(fā)酵單位高（2）滅菌時(shí)間短，發(fā)酵罐的利用率高（3）蒸汽負(fù)荷均衡，鍋爐利用高（4）適用于自動(dòng)控制（5）減低勞動(dòng)強(qiáng)度 
（連消飽和蒸汽壓強(qiáng)要求：≥0.5MPa）            
B.流程設(shè)備
培養(yǎng)基連續(xù)滅菌系統(tǒng)設(shè)備由配料罐（池）、送料泵、預(yù)熱罐、連消泵、加熱器、維持罐和冷卻器7個(gè)關(guān)鍵設(shè)備組成（見P10 圖1-3）
    流程：原材料在配料罐內(nèi)配制成液體培養(yǎng)基，經(jīng)送料泵至預(yù)熱罐。在預(yù)熱罐內(nèi)蛇管把培養(yǎng)基加熱至75~90℃后，由連消泵連續(xù)打入加熱器內(nèi)，要求在20~30s或更短的時(shí)間內(nèi)將培養(yǎng)基加熱至130~140℃。維持設(shè)備起保溫滅菌的作用，使加熱后的培養(yǎng)基在維持設(shè)備中保溫停留一段時(shí)間，以達(dá)到滅菌的目的。培養(yǎng)基在完成滅菌后，要求快速冷卻到發(fā)酵工藝規(guī)定的溫度。
C.噴射加熱器工作原理
當(dāng)被加熱物料通過噴射式混合加熱器的噴嘴時(shí)，壓力降低，流速增加，在噴嘴的出口處形成低壓區(qū)，蒸汽在此區(qū)域進(jìn)入加熱器內(nèi)，與被加熱物料進(jìn)行混合，蒸汽在物料中凝結(jié)放熱，汽、水之間進(jìn)行能量、動(dòng)量和質(zhì)量的交換，然后進(jìn)入混合室進(jìn)一步均勻混合，最后進(jìn)入擴(kuò)壓室使物料的流速降低，壓力升高，完成加熱物料的過程。
D.維持管操作特點(diǎn)
在培養(yǎng)基連續(xù)滅菌工藝中維持設(shè)備起保溫滅菌作用，使加熱后的培養(yǎng)基在維持設(shè)備中保溫停留一段時(shí)間，以達(dá)到滅菌目的。要求該設(shè)備內(nèi)物料返混要小，外壁要用保溫材料進(jìn)行保溫，設(shè)計(jì)中實(shí)際停留時(shí)間應(yīng)為理論滅菌保溫時(shí)間乘上3-5倍。培養(yǎng)基在管式維持器中的流速可取0.3-0.6m/s，要保證培養(yǎng)基在管式維持器中流動(dòng)處于活塞流狀態(tài)。
E.冷卻設(shè)備類型：
真空冷卻器（在真空下，水分立即汽化，使溫度下降廣泛應(yīng)用于大型酒精發(fā)酵企業(yè)）、噴淋冷卻器（底端進(jìn)，上端出，放在通風(fēng)場所）、螺旋板換熱器（是大型工業(yè)化發(fā)酵企業(yè)節(jié)能，節(jié)水有效方法）。
 

• 壓縮空氣預(yù)處理 P20 P22 P27發(fā)酵用無菌空氣質(zhì)量指標(biāo) 空氣預(yù)處理目地 沿程冷卻設(shè)計(jì)方案 除水過程計(jì)算例2-2、3、4設(shè)備流程及節(jié)點(diǎn)設(shè)備功能原理 總過濾器濾芯 分過濾器濾芯及過濾精度
• 發(fā)酵用無菌空氣質(zhì)量指標(biāo)：

①壓強(qiáng)：控制在0.2-0.35MPa
②空氣流量：根據(jù)發(fā)酵工廠或發(fā)酵車間的總體發(fā)酵罐容量來確定
③溫度：一般控制進(jìn)發(fā)酵罐壓縮空氣的溫度比發(fā)酵溫度高出10℃
④相對(duì)濕度：60%-70%
⑤潔凈度：通過除菌處理后壓縮空氣中含菌量降低到零或達(dá)到潔凈度100級(jí)的潔凈空氣
B.壓縮空氣預(yù)處理目的:保證總過濾器內(nèi)的過濾介質(zhì)干燥，不應(yīng)因壓縮空氣中夾帶的水滴、油滴受潮引起介質(zhì)的結(jié)團(tuán)變形而失效。預(yù)處理包括：降溫、除水、除油 、除塵                
C.沿程冷卻設(shè)計(jì)方案：把原安置在空氣壓縮機(jī)車間旁的換熱器搬遷到發(fā)酵車間周邊，壓縮機(jī)輸出的高溫壓縮空氣經(jīng)大口徑鋼管的輸送過程中沿程即向大氣散發(fā)熱量，到達(dá)換熱器時(shí)接近1/3-1/2的熱量即已發(fā)散，可使列管換熱器的冷卻水量大大減少。
D.除水過程計(jì)算
相對(duì)濕度： （%）；      （%）；
空氣中濕含量：     [kg/kg(水氣/干空氣)]；
空氣中的水汽分壓：   （Pa）；
   PS：與空氣同溫度的水的飽和蒸汽壓，Pa；    P：為空氣的總壓強(qiáng)，Pa。
若空氣的濕含量x和溫度t不變，空氣的壓強(qiáng)愈大相對(duì)濕度也愈大，因此壓縮空氣在預(yù)處理過程中無相變，即X1=X2，下式成立：   
    式中1和2分別是壓縮前后空氣的相對(duì)濕度，%；   pS1和pS2分別是對(duì)應(yīng)壓縮前后空氣溫度的飽和蒸汽壓，Pa；
        P1、P2分別是壓縮前后空氣的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa。
空氣經(jīng)過壓縮其濕含量不變，溫度大大提高，因而相對(duì)濕度就變小，當(dāng)其冷卻時(shí)，相對(duì)濕度會(huì)慢慢增大，直到冷卻到露點(diǎn)，=100%，當(dāng)>100%即有水析出。
E.設(shè)備流程及節(jié)點(diǎn)設(shè)備功能原理
吸風(fēng)塔→前置過濾器→空氣壓縮機(jī)→空氣貯罐→第一冷卻器→旋風(fēng)分離器→第二冷卻器→旋風(fēng)分離器→絲網(wǎng)除沫器→空氣加熱器→總過濾器→進(jìn)入車間發(fā)酵罐上空氣過濾器
前置過濾器：捕捉較大灰塵顆粒，防止壓縮機(jī)手磨損，同時(shí)減輕總過濾器的負(fù)荷
空氣貯罐：①穩(wěn)定壓強(qiáng)消除空氣脈動(dòng)②讓高溫的空氣在貯罐里停留一定時(shí)間，起到空氣的部分殺菌作用③利用重力沉降作用分離部分油霧
水滴分離器：出去水滴，防止空氣中夾帶水滴進(jìn)入總過濾器，是過濾介質(zhì)失效
F.總過濾器濾芯：
    過濾介質(zhì)采用涂層式過濾材料組裝的濾芯，常用的濾芯是DMF(聚四氟乙烯聚合膜)或者DGF（玻璃纖維復(fù)合氈）。
  分過濾器濾芯：
   （1）耐高溫高分子膜材（聚偏氟乙烯微孔膜、硼硅酸涂氟微孔膜、聚四氟乙烯微孔膜等，過濾精度0.01um）
   （2）金屬燒結(jié)膜材（鎳制微孔膜、不銹鋼微孔膜等,過濾精度0.2um）。均為絕對(duì)過濾膜材。

• 發(fā)酵罐 P36 P39 P40 P41 P44定義及分類 公稱容積/總體積 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu) 主要幾何尺寸 結(jié)構(gòu)件類型及其功能原理 全擋板條件 機(jī)械密封與應(yīng)用 發(fā)酵熱計(jì)算（平均溫差計(jì)算）  
• 定義：通常將進(jìn)行大規(guī)模懸浮培養(yǎng)微生物的反應(yīng)器統(tǒng)稱為發(fā)酵罐

  分類：按能量輸入方式可分為：機(jī)械攪拌式、氣升式、外部液體循環(huán)式

1. 公稱容積/總體積

  公稱容積：V0=筒體容積+底封頭容積=Vc+Vb
              
； ； ； ； ； 
H：發(fā)酵罐筒身高，m;     D：發(fā)酵罐內(nèi)徑，m;     d： 攪拌器直徑，m;              W：擋板寬度，m
HL：液位高度，m;        S： 兩攪拌器間距，m;  S1：上層攪拌器與液面間距，m;    B：下攪拌器距底間距，m
   總體積： 
裝料系數(shù)：   (VL——罐中實(shí)際裝料量)
C.標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)件類型及其功能原理
通用式發(fā)酵罐是密閉受壓設(shè)備，主要部件有罐體、攪拌裝置、消泡器、軸封、傳動(dòng)裝置、傳熱裝置、擋板、人孔、視鏡、通氣裝置、進(jìn)出料管、取樣管等。（罐體、攪拌裝置、擋板、通氣裝置）
攪拌器的作用：①產(chǎn)生強(qiáng)大的總體流動(dòng)，將流體均勻分布于容器各處，以達(dá)到宏觀均勻②產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，使液體、氣體、固體微團(tuán)尺寸減小
擋板的作用：改變被攪拌液體的流動(dòng)方向，使之產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)，從而消除液面中央部分產(chǎn)生的下凹旋渦。
通氣裝置的作用：供氧
傳熱裝置的作用：及時(shí)轉(zhuǎn)移發(fā)酵過程中由生物氧化產(chǎn)生的熱量和機(jī)械攪拌產(chǎn)生的熱量
消泡器的作用：減少發(fā)酵泡沫
D.主要幾何尺寸：
P36 圖3-4  H-筒身高度；D-罐徑；W-擋板寬度；HL-液位高度；d-攪拌器直徑；S-兩攪拌器間距；B-下攪拌器距底間距；S1-上攪拌器至液面間距
H/D=1.7~3  d/D=1/2~1/3  W/D=1/8~1/12  B/d=0.8~1.0  S/d=1.5~2.5  S1/d=1~2 
E.全擋板條件：
    指罐內(nèi)加了擋板使漩渦基本消失，或者說是指達(dá)到消除液面漩渦的最低擋板條件。
F.機(jī)械密封
上伸軸：機(jī)械單端面軸封
下伸軸：機(jī)械雙端面軸封
G.發(fā)酵熱計(jì)算（平均溫差計(jì)算）
   通常稱發(fā)酵過程中產(chǎn)生的凈熱量為"發(fā)酵熱"。
   Q發(fā)酵= Q生物+ Q攪拌- Q空氣- Q輻射
式中，Q生物為生物體生命活動(dòng)中產(chǎn)生的熱量；Q攪拌為當(dāng)攪拌器攪動(dòng)液體時(shí)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能時(shí)的熱量；Q空氣為通入發(fā)酵罐內(nèi)的空氣由于發(fā)酵液中水分蒸發(fā)及空氣溫度上升所帶走的熱量；Q輻射為發(fā)酵罐外壁和大氣間的溫度差引起的熱量傳遞,Q輻射=0.08F外壁（t壁-t空）。
在實(shí)驗(yàn)測量中，維持培養(yǎng)液溫度恒定不變的情況下，
式中，Q發(fā)酵為發(fā)酵熱，kJ/(m3·h)；W為冷卻水流量，kg/h；c為冷卻水比熱容，kJ/(kg·℃)；t1、t2為冷卻水進(jìn)出口溫度，℃；V為發(fā)酵液體積，m3。
也可測出發(fā)酵罐傳熱系數(shù)K值：
式中，F(xiàn)為發(fā)酵罐的傳熱面積，m2； tm為發(fā)酵液與冷卻水間的平均溫度差，K。
 
5、攪拌功率計(jì)算 P55 P59攪拌雷諾數(shù) 牛頓條件通氣攪拌功率計(jì)算例3-1、2 VVM 表觀粘度 P73 生物反應(yīng)器檢測參數(shù)與傳感器
A.攪拌雷諾數(shù)：攪拌情況下的雷諾準(zhǔn)數(shù)：
    n:攪拌器轉(zhuǎn)速，r/min；   d：攪拌器直徑，m；    ρ：液體密度，kg/m3；    μ：液體黏度，Pa·s
B.牛頓條件通氣攪拌功率計(jì)算
 
 
 
C.表觀黏度：
      非牛頓流體沒有確定的黏度值，通常把某時(shí)刻一定切變率下剪切應(yīng)力與剪切率之比稱為表觀黏度。
D.生物反應(yīng)器檢測參數(shù)與傳感器
（1）檢測參數(shù)
       需要檢測的參數(shù)及操作特性，按其性質(zhì)特點(diǎn)，可分為三大類：物理量、化學(xué)量和生物量。（如表所示）
   物理參數(shù)：在生化反應(yīng)過程中需隨時(shí)檢測和控制的參數(shù)有溫度、壓力、通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速、補(bǔ)料用量和泡沫高度。
   化學(xué)參數(shù)：常用的在線檢測和控制的參數(shù)是pH值、溶氧濃度和尾氣CO2濃度。
   生物量：一般難于在線檢測。需檢測的參變量：前體濃度、細(xì)胞活度、酶活性和細(xì)胞生長速率。
   較多的參數(shù)采用取樣或離線檢測等方法取得，有些參數(shù)還需通過間接計(jì)算取得。
（2）傳感器
生物反應(yīng)器的傳感器可將生理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而提供了生化反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)臺(tái)信息。
用于生化反應(yīng)過程參數(shù)檢測的傳感器分為在線檢測和離線檢測。
一般用于生物反應(yīng)器的傳感器有以下要求：
       (1)用于罐內(nèi)的傳感器必須能耐熱，經(jīng)受高溫滅菌。(2)使用的傳感器能抵抗菌體對(duì)其性能的影響。
       (3)抗罐內(nèi)氣泡干擾。(4)傳感器的結(jié)構(gòu)必須嚴(yán)密、無泄露，并要求避免滅菌死角。
6、固液分離原理 P86 P89固液分離設(shè)備原理分類 離心分離因素及離心機(jī)分類 板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部件的功能 管式離心機(jī)、碟片式離心機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)

1. 固液分離設(shè)備原理分類：

分過濾和沉降
過濾原理：在推動(dòng)力（重力、壓強(qiáng)、離心力）作用下，利用液-固微粒的重度或顆粒尺度的差異使懸浮液通過某種多孔性過濾介質(zhì)，固體顆粒被截留，濾液則穿過過濾介質(zhì)流出，從而實(shí)現(xiàn)液-固兩相的分離過程。
沉降原理：利用液-固間的密度差異，在重力場或離心力場中的速度差而實(shí)現(xiàn)液-固分離的過程。
兩者區(qū)別：有無過濾介質(zhì)。

1. 離心分離因素：

對(duì)象所受離心力與重力的比值或在離心力場中的離心加速度與重力加速度的比值以f表示。
  離心機(jī)分類：
①被處理料液的進(jìn)入方式分為：連續(xù)流離心機(jī)和分批流離心機(jī)
②按分離因素大小分為：常速離心機(jī)、高速離心機(jī)、超速離心機(jī)
③處理目的不同分為：液-固分離和液-液分離
④被分離對(duì)象：(動(dòng)物)細(xì)胞離心機(jī)和菌體（微生物）離心機(jī)
C.板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部件的功能：
由機(jī)架、壓緊機(jī)構(gòu)和過濾機(jī)構(gòu)組成。

• 機(jī)架：是壓濾機(jī)的基礎(chǔ)部件，兩端是止推板和壓緊頭，兩側(cè)的大梁將兩者鏈接起來，大梁用以支撐濾板、濾框和壓緊板。
• 壓緊機(jī)構(gòu)：板框的壓緊方式有手動(dòng)壓緊、機(jī)械壓緊和液壓壓緊。均是將濾板壓緊。
• 過濾機(jī)構(gòu)：由濾板、濾框、濾布、壓榨隔膜組成。

D.管式離心機(jī)、碟片式離心機(jī)應(yīng)用特點(diǎn):
管式離心機(jī)：分為GF和GQ兩種，GF適用于乳濁液的分離，GQ適用于含固量小于1%的懸浮液澄清分離，特別適合于固相濃度小、粘度大、固相顆粒細(xì)、固液兩相密度差較小的固-液分離
    特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高、離心分離因素大，能分離液固；密度差小的物料；可用于液液、液固分離；處理含固量?。?lt;5%）的液體；分批式出渣，不適合于密閉要求的場合。
碟片式離心機(jī)：分離因素高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，可以用間歇或連續(xù)的方式運(yùn)行。常用于高度分散（非均相）的液-固、液-液或液-液-固分離，密度相近的液體組成溶液的分離或含有細(xì)小固體顆粒的懸浮液分
7、膜分離 P108 定義 表征膜性能參數(shù) 膜分離的特點(diǎn) P112超濾流程

1. 膜分離：

   借助于膜的孔徑，在推動(dòng)力作用下，把大于標(biāo)示膜孔徑的物質(zhì)分子加以截留，以實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的分離、分級(jí)和濃縮的過程。常見的膜分離過程有反滲透、微濾、超濾等。優(yōu)點(diǎn)：干凈、效率高、投資小、易驗(yàn)證、連續(xù)操作、易于放大。

1. 表征膜性能參數(shù)

    表征膜性能參數(shù)有通量[單位時(shí)間通過單位面積膜的料液體積流量，L/(m2·h)]和截留率（一定截留孔徑下透過膜的溶質(zhì)占原液中的溶質(zhì)百分?jǐn)?shù)，%）。

1. 膜分離的特點(diǎn)

干凈（比萃?。?、效率高（比薄膜蒸發(fā)濃縮）、投資?。ū却笮碗x心機(jī)）、易驗(yàn)證（比有機(jī)溶劑沉淀）、連續(xù)操作、易于放大等優(yōu)點(diǎn)。膜分離過程一般是在常溫下操作，整個(gè)過程完全是物理過程、無相變化。
膜的材質(zhì)：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚砜（PES）、纖維素、尼龍、聚丙烯（PP）

1. 超濾流程

 
 

• 萃取設(shè)備 P113 萃取設(shè)備組成
• 混合設(shè)備（包括混合罐、混合管、噴射萃取器、泵）：要求將溶媒及料液進(jìn)行充分的混合，使之能在較短時(shí)間

                                                    內(nèi)接近于相平衡。
（2）分離設(shè)備（管式離心機(jī)、碟片式離心分離機(jī)）：將經(jīng)過萃取后的萃取相（溶媒相）和萃余相（水相）進(jìn)行分離。
 

• 離子交換 P137  P143 交換罐結(jié)構(gòu) P143 離交罐放大
• 離子交換罐結(jié)構(gòu)

具有多孔支持版的離子交換罐：視鏡、進(jìn)料口、手孔、液體分布器、樹脂層、多孔板、尼龍布、出液口。
具有塊石支持層的離子交換罐：進(jìn)料口、視鏡、液位計(jì)、樹脂層、卵石層、出液口。
B.離交罐放大
①根據(jù)單位樹脂床體積中所通過溶液的體積流量相同的原則進(jìn)行放大
②根據(jù)單位樹脂床體截面積上所通過溶液的體積流量相同的原則進(jìn)行放大

• 蒸發(fā)設(shè)備 P144 P145 P152 蒸發(fā)設(shè)備組成 膜式真空蒸發(fā)器的分類 升膜式蒸發(fā)器定義及工作過程 傳熱計(jì)算公式 例題7-1
• 蒸發(fā)設(shè)備組成：

主要是由蒸發(fā)器、冷凝設(shè)備、氣—液分離器（又稱除沫器）、真空系統(tǒng)等組成。

1. 膜式真空蒸發(fā)器的分類：

①單流長管膜式蒸發(fā)器：升膜式長管蒸發(fā)器、降膜式長管蒸發(fā)器、升降膜式長管蒸發(fā)器
②循環(huán)式薄膜蒸發(fā)器
③刮板式薄膜蒸發(fā)器
④離心式薄膜蒸發(fā)器

1. 升膜式蒸發(fā)器：

    定義：
工作原理：物料從加熱器下部進(jìn)入，在加熱管內(nèi)被加熱蒸發(fā)拉成液膜，濃度液在二次蒸汽帶動(dòng)下一起上升，從加熱器上端沿汽液分離器筒體的切線方向進(jìn)入分離器，濃縮液從分離器底部排出，二次蒸汽進(jìn)入冷凝器。
長管內(nèi)液膜的形成過程：a~h（見P146）
    特點(diǎn)：加熱管長，混合油經(jīng)預(yù)熱后由下部進(jìn)入加熱管內(nèi)，迅速沸騰，產(chǎn)生大量蒸氣泡并迅速上升。
D.傳熱計(jì)算公式
     換熱面積：
F:換熱面積，m2；Q：為蒸發(fā)器熱負(fù)荷，kJ/h：  t為傳熱溫度差，，如近沸點(diǎn)進(jìn)料，；K為總傳熱系數(shù)，是傳熱熱阻的倒數(shù)，kW/(m2·℃)
   

• 結(jié)晶設(shè)備 P155 結(jié)晶過程 常用結(jié)晶設(shè)備結(jié)構(gòu)
• 結(jié)晶過程

    結(jié)晶是從均一的溶液相中析出固相晶體的一個(gè)重要化工單元操作。
結(jié)晶過程包括三個(gè)過程：（1）形成飽和溶液；（2）晶核形成；（3）晶體成長。
溶液達(dá)到過飽和是結(jié)晶的前提，過飽和度則是結(jié)晶的推動(dòng)力。

1. 常用結(jié)晶設(shè)備結(jié)構(gòu)

帶攪拌的結(jié)晶罐，罐體上附有夾套，以便根據(jù)工藝需要改變罐內(nèi)溫度。攪拌器的形式有板框式攪拌器、直葉式攪拌器、螺旋式攪拌器等。攪拌器形式和攪拌轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)視溶液的性質(zhì)和晶體大小而定，一般趨向于采用大直徑攪拌槳葉、較低的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
結(jié)晶設(shè)備分類：
①冷卻結(jié)晶器：自然冷卻敞開式結(jié)晶器、攪拌結(jié)晶器、連續(xù)式結(jié)晶器
②蒸發(fā)結(jié)晶器：攪拌蒸發(fā)結(jié)晶器、循環(huán)式結(jié)晶器
③真空結(jié)晶器：攪拌真空結(jié)晶器、循環(huán)式連續(xù)真空結(jié)晶器

• 干燥設(shè)備 P158 P162 P177干燥設(shè)備分類 影響干燥速度的因素 氣流干燥的定義、設(shè)備流程及應(yīng)用特點(diǎn) 沸騰干燥定義 噴霧干燥流程及其霧化器形式 沸騰造粒器停留時(shí)間影響因素
• 干燥設(shè)備分類

    氣流干燥設(shè)備、沸騰干燥設(shè)備、噴霧干燥設(shè)備、沸騰造粒干燥器、真空干燥設(shè)備、冷凍干燥設(shè)備

1. 影響干燥速度的因素

干燥條件（熱空氣溫度）、濕含量、流量、流速、物料本身含水量及所含水分的性質(zhì)。

1. 氣流干燥

   利用高速熱氣流將物料在流態(tài)化輸送過程進(jìn)行干燥的操作。   
    特點(diǎn)：①由于物料在氣流中呈懸浮狀態(tài)，氣-固間的接觸面積很大，而且在氣-固間存在一定的相對(duì)速度，一次傳熱效果很好②由于物料在干燥管中停留時(shí)間很短，而且氣-固相是并流操作，因此可采用較高溫度的空氣作為干燥介質(zhì)，這樣增大了氣-固間的平均溫度差③設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，占地面積小，能連續(xù)操作，適合用于制動(dòng)控制，但干燥管一般較高，多廠房建筑有一定要求④實(shí)用性廣，可適用于各種粉粒狀、碎塊狀以至泥狀物料的干燥⑤對(duì)物料有磨損，不適用對(duì)晶形有嚴(yán)格要求的產(chǎn)品，同時(shí)對(duì)黏性很大的物料也不適用氣流干燥。

1. 沸騰干燥定義

利用熱空氣流使置于篩板上的顆粒狀濕物料或粉狀濕物料呈沸騰狀態(tài)的干燥過程。  
特點(diǎn):1.傳熱傳質(zhì)速率高；2.干燥溫度均勻，控制容易；3.結(jié)構(gòu)簡單，可連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。

1. 噴霧干燥流程

噴霧干燥是借熱空氣將高度分散的溶液或懸浮液進(jìn)行干燥的過程。
風(fēng)機(jī)→初濾器→電除塵→蒸汽加熱器→電加熱→高效過濾器→噴霧干燥塔→旋風(fēng)分離器→袋濾器→風(fēng)機(jī)→廢氣處理器→卸料器                                                  出料
霧化器形式：
    氣流式噴霧器、機(jī)械式噴霧器/、離心式霧化器。
F.沸騰造粒器停留時(shí)間影響因素 
①停留時(shí)間影響因素
    物料性質(zhì)、造粒核粒度和加入量、成品顆粒的大小以及所需干燥時(shí)間等。
②顆粒大小影響因素
    停留時(shí)間、摩擦?xí)r間、干燥溫度、返料量和晶核大小
二、發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)
1、基本建設(shè)程序 P5 定義
基本建設(shè)程序：基本建設(shè)項(xiàng)目在整個(gè)建設(shè)過程中各項(xiàng)工作必須遵循的先后順序。是基本建設(shè)的客觀規(guī)律
 

• 設(shè)計(jì)階段 P10 劃分

按工程規(guī)模的大小、工程的重要性、技術(shù)的復(fù)雜性、設(shè)計(jì)條件的成熟程度以及設(shè)計(jì)水平的高低，總的分為三階段設(shè)計(jì)（初步設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)，施工圖設(shè)計(jì)）、兩階段設(shè)計(jì)（擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)，施工程設(shè)計(jì)）和一階段設(shè)計(jì)（施工圖設(shè)計(jì)）三種情況。
 

• 工藝流程設(shè)計(jì) P41，44 設(shè)計(jì)步驟**

工藝流程的設(shè)計(jì)步驟：生產(chǎn)工藝流程示意圖，生產(chǎn)工藝流程草圖，生產(chǎn)工藝流程圖。
①生產(chǎn)工藝流程示意圖：在物料衡算前進(jìn)行，其主要作用是定性的表明原料變成產(chǎn)品的路線和順序，以及應(yīng)用的過程及設(shè)備。在設(shè)計(jì)時(shí)首先要弄清楚原料變成產(chǎn)品要經(jīng)過那些單元操作，其次要確定采用何種操作方式—連續(xù)或間歇
②生產(chǎn)工藝流程草圖：
兩個(gè)階段：第一階段，計(jì)算、確定計(jì)量和貯存設(shè)備的容積以及決定這些容積型設(shè)備的尺寸和臺(tái)數(shù)等；第二階段：解決生物反應(yīng)過程和化工單元操作的技術(shù)問題如過濾面積、傳熱面積等，對(duì)專業(yè)設(shè)備和通用設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)或選型
制圖要求：工藝流程草圖是由物料流程、圖例、設(shè)備一覽表以及必要的文字說明組成，一般是初步設(shè)計(jì)階段的草圖。
（1）應(yīng)表示出廠房各層樓面的標(biāo)高
（2）畫出設(shè)備示意圖，設(shè)備的尺寸大小應(yīng)適當(dāng)相稱且大致形似，并標(biāo)明其流程號(hào)
（3）畫出設(shè)備的物料及水、汽、真空、壓縮空氣、冷凍劑等管線和流動(dòng)方向，以及管線上的主要閥門及管路附件如過濾器、疏水器等、
（4）畫出必要的計(jì)量器具和控制儀表
（5）必要的文字注釋
（6）附注圖例，并按國家規(guī)定畫出圖鑒、圖框。
③生產(chǎn)工藝流程圖。
 

• 工藝計(jì)算 P57  P90 工藝計(jì)算的范圍 總傳熱系數(shù) P118平均溫度差
• 工藝結(jié)算的范圍

物料平衡計(jì)算，熱量平衡計(jì)算，水平衡計(jì)算，耗冷量計(jì)算，無菌壓縮空氣消耗量計(jì)算，抽真空量計(jì)算、

1. 總傳熱系數(shù)

     總傳熱系數(shù)：
               a1—空氣對(duì)壁面給熱系數(shù)，取11.6W/（m2·K）；a2—由內(nèi)壁面對(duì)物料的給熱系數(shù)；
               δ1、δ2和λ1、λ2等—各層材料厚度（m）和導(dǎo)熱系數(shù)
               

1. 平均溫度差

（P118 見例題中）
 
 

• 通用設(shè)備 P119 P126 泵的分類及使用 固體輸送設(shè)備 
• 泵的分類：

    往復(fù)式真空泵，水環(huán)式真空更，蒸汽噴射泵，水噴射泵，水噴射真空泵。泵時(shí)為了獲得低于大氣壓力而設(shè)計(jì)的。
    泵的分類：葉片式：離心式、軸流式、旋渦式。容積式：活塞式、日轉(zhuǎn)式。
①離心式清水泵：吸送清水以及物化性質(zhì)類似水的液體
②離心式單級(jí)、多級(jí)油泵：輸送不含固體顆粒的石油及其產(chǎn)品，介質(zhì)溫度-45~400
③離心式管道油泵：輸送汽油、煤油、柴油等石油產(chǎn)品，也可以輸送清水或其他無腐蝕性液體
④理性是耐腐蝕泵：輸送具有腐蝕性的不含固體顆粒的液體
⑤旋渦泵：輸送清水及其他不含固體顆粒的腐蝕性液體（粘度<6E）。介質(zhì)溫度-20~80度
⑥雙缸雙作用蒸汽直接作用往復(fù)泵：鍋爐給水或輸送105度一下無腐蝕性無固體顆粒的石油及石油產(chǎn)品
⑦單缸雙作用蒸汽活塞油泵：1QY型用于輸送-46~46度的丙烷、丁烷或丙丁烷混合物。1QYR適用于輸送320-400度非腐蝕性、無顆粒的易揮發(fā)石油或其他液體
⑧雙缸雙作用電動(dòng)往復(fù)泵：適用于是送無腐蝕性、無固體顆粒的液體，介質(zhì)溫度不超過60度
⑨比例泵：供定量輸送無腐蝕性石油石油產(chǎn)品及化學(xué)藥劑等，介質(zhì)溫度不超過80度
⑩手搖泵：供人工抽吸清水及其他不含固體顆粒的無腐蝕性介質(zhì)之用
⑾齒輪油泵：輸送60度以下、粘度在100E以下（50度）的石油、重油或其他類似液體
⑿螺桿油泵：輸送不含固體顆粒、粘度1.5~80oE溫度低于80度、無腐蝕性的潤滑油或燃料用油
B.固體輸送設(shè)備：
①機(jī)械輸送設(shè)備：帶式輸送設(shè)備、斗式輸送設(shè)備、螺旋輸送機(jī)、埋刮板輸送機(jī)
②流體輸送設(shè)備：氣流輸送設(shè)備、液體輸送設(shè)備

• 車間設(shè)計(jì) P145 發(fā)酵車間組成 車間布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容

A.發(fā)酵車間組成：①生產(chǎn)部分，包括原料工段，生產(chǎn)工段，成品工段，回收工段，控制室等。
  ②輔助部分：通風(fēng)空調(diào)時(shí)，變配電室，化驗(yàn)室。③生活行政部分：車間辦公室，會(huì)議室，更衣室等。
B.車間布置設(shè)計(jì)內(nèi)容：
①廠房的整體布置和輪廓設(shè)計(jì)
②設(shè)備的排列和布置
③車間附屬工程設(shè)計(jì)
④車間布置設(shè)計(jì)說明
⑤車間布置設(shè)計(jì)的圖紙
（每個(gè)點(diǎn)還有內(nèi)容，文字較多，具體見P146）
7、管道布置設(shè)計(jì) P175 P177公稱直徑 塑料管材 常用閥門類型 管道壓力降定義 管道熱補(bǔ)償器形式 管道涂色 發(fā)酵車間管道布置設(shè)計(jì)特點(diǎn) 
A.公稱直徑：將管子和管道用的零部件的直徑加以標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑   公稱壓力：就是通稱壓力，一般應(yīng)大于或等于實(shí)際工作的最大壓力。
B.塑料管材：60度以下，輸送輸送腐蝕性介質(zhì)?？捎糜簿勐纫蚁┕芑蚓勐纫蚁┕?。種類有：硬聚乙烯管、軟聚乙烯塑料、酚醛塑料、聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）、增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）和聚乙烯、尼龍1010管、聚四氟乙烯管等制成的管材。
C.常用閥門類型:旋塞、截止閥、閘閥、隔膜閥、球閥、針形閥、止回閥、安全閥、減壓閥、疏水器、蝶閥
旋塞：旋塞具有結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，啟動(dòng)迅速，操作方便，管道阻力損失小的特點(diǎn)。但不適于控制流量，不宜在壓力較高、溫度較高的流體管道和蒸汽管道中。選在可有用壓力和溫度較低的流體管道中，也適用于介質(zhì)中含有晶體和懸浮物的流體管道中。適用介質(zhì)：水、煤氣、油品、粘度低的介質(zhì)。
截止閥具有操作可靠，容易米粉，容易調(diào)節(jié)流量和壓力，耐最高溫達(dá)300度的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是阻力大，殺菌蒸汽不易排掉，滅菌不完全，不得用于含有晶體和懸浮物的管道中。常用于水、蒸汽、壓縮空氣、真空、油品介質(zhì)。
閘閥：阻力小，沒有方向性，不易堵塞，適用于不沉淀物料管線安裝用。一般用于大管道中作啟閉閥。適用介質(zhì)：水、蒸汽、壓縮空氣等。
隔膜閥：結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠，便于檢修，流體阻力小，適用于輸送酸性介質(zhì)和帶懸浮物質(zhì)的管道，特別適用于發(fā)酵工業(yè)，但所采用的橡皮隔膜應(yīng)耐高溫。
球閥：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，開頭迅速，阻力小，常用于發(fā)酵罐的配管中。
針形閥：能精確的控制流體流量，在發(fā)酵工廠中主要用于取樣管道上。
止回閥：止回閥靠流體自身的力量開閉，為不需要人工操作，起作用時(shí)阻止流體倒流。也稱止逆閥、單向閥。
安全閥：在鍋爐、管道和各種壓力容器中，為了控制壓力不超過允許數(shù)值，需要安裝安全閥。安全閥能根據(jù)介質(zhì)工作壓力自動(dòng)啟閉。
減壓閥：減壓閥的作用是自動(dòng)地把外來較高壓力的介質(zhì)降低到需要壓力。減壓閥適用于蒸汽、水、空氣等非腐蝕性流體介質(zhì)，在管道中應(yīng)用最廣。
疏水器：作用是排除加熱設(shè)備或蒸汽管線中的蒸汽凝結(jié)水，同時(shí)能阻止蒸汽的泄漏。
蝶閥：蝶閥又稱翻板閥。它的結(jié)構(gòu)很簡單，外形尺寸小，是用一個(gè)可以再管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤（或橢圓盤）來控制管道啟閉的。由于蝶閥不易和管壁嚴(yán)密配合，密封性差，只是用于調(diào)節(jié)流量，不能用于切斷管路。在輸送水、空氣和煤氣等介質(zhì)的管道中較常見，用于調(diào)節(jié)流量。
D.管道壓力降定義
管道壓力降：液體在管道中流動(dòng)時(shí)，遇到各種不同的阻力，造成壓力損失，以致流體總壓頭減小。
E.管道熱補(bǔ)償器形式

1. 自然補(bǔ)償：①L形補(bǔ)償②Z形補(bǔ)償
2. 補(bǔ)償器補(bǔ)償：①方形補(bǔ)償器②波形補(bǔ)償器③填料函補(bǔ)償器

F.管道涂色
水：綠；蒸汽：色；壓縮空氣：深藍(lán)；真氣：灰；排氣：黃；物料：紅；酸類：紅白圈；堿類：粉紅；
油類：棕；陰溝管：黑
G.發(fā)酵車間管道布置設(shè)計(jì)特點(diǎn) 論述（與化工車間的區(qū)別和特點(diǎn),什么情況下作什么連接）管道死角,4大特點(diǎn)
生物工程車間管道布置的特點(diǎn):

• 選擇恰當(dāng)?shù)墓懿暮烷y門：在發(fā)酵罐配管中，除了上下水外，盡可能采用無縫鋼管，輸送腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)時(shí)最好用不銹鋼管。

2、選擇正確的管道連接：除上下水管可以用螺紋連接外，其余管道以焊接和法蘭連接為宜。
3、合理布置管道：
  ①盡量減少管道，一方面節(jié)省投資，另一方面減少染菌機(jī)會(huì)。 ②保證蒸汽能夠達(dá)到所有需要滅菌的地方。
      ③各發(fā)酵罐的排氣管不能互相連接在一條總管道上。④避免冷凝水排入已滅菌的發(fā)酵罐和空氣過濾器中。
  ⑤在空氣過濾器和發(fā)酵罐之間應(yīng)裝有單向閥。⑥蒸汽總管道應(yīng)安裝分水罐、減壓閥和安全閥。
4、消滅管道死角：①管道連接的死角②種子罐放料管的死角③排氣管的死角。
    所謂死角是指滅菌使因某些原因使溫度達(dá)不到或不易達(dá)到的局部位置。管道中如有死角存在，必然會(huì)因死角內(nèi)潛伏的雜菌沒有殺死而引起連續(xù)染菌，影響正常生產(chǎn)。

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