生物工程設(shè)備課件復(fù)習(xí)點總結(jié).doc

生物工程設(shè)備復(fù)習(xí)點總結(jié) 生化反應(yīng)器的設(shè)計是以生物體的代謝為核心，除考慮傳質(zhì)、傳熱的因素外，還需要考慮對環(huán)境條件的要求，同時為提高傳質(zhì)和傳熱的效率需配置攪拌裝置的要考慮剪切力對菌體生長的影響。發(fā)酵過程純種培養(yǎng)，要求無菌條件。 生化反應(yīng)的目的可分為三類：1.生產(chǎn)細(xì)胞：菌體細(xì)胞，單細(xì)胞蛋白、活菌制劑等；2.細(xì)胞的代謝產(chǎn)物：酒精、氨基酸、抗生素等；3.直接用酶催化的產(chǎn)物：淀粉糖（果葡糖漿、葡萄糖、飴糖等）；大豆蛋白低分子肽等。機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：它是通過外加壓力(空氣壓縮機(jī))將空氣通入發(fā)酵罐，并利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。自吸式發(fā)酵罐：利用特殊的機(jī)械攪拌裝置或液體噴射吸氣裝置或溢流噴射器吸入無菌空氣并同時實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。毋須另外提供壓縮空氣。氣升式發(fā)酵罐：氣升式生物反應(yīng)器是利用氣體的噴射動能和液體的重度差引起氣液循環(huán)流動，從而實現(xiàn)發(fā)酵液的攪拌、混合和溶氧。通用罐的基本條件（1）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。罐身越高，氧的利用率較高。常Ho /D =2。（2）發(fā)酵罐能承受一定的壓力。（3）要保證發(fā)酵液必須的溶解氧。 （4）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。（5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，能滅菌徹底，避免染菌（6）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，防雜菌污染和泄漏。熱交換裝置夾套式換熱裝置：多用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐；夾套的高度比靜止液面高度稍高即可，無須進(jìn)行冷卻面積的設(shè)計。 優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單；加工容易，罐內(nèi)無冷卻設(shè)備，死角少，容易進(jìn)行清潔滅菌工作，有利于發(fā)酵。 其缺點是：傳熱壁較厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時降溫效果差。豎式蛇管換熱裝置：安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組或八組不等，容積5m3以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。 優(yōu)點：冷卻水在管內(nèi)的流速大；傳熱系數(shù)高。這種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區(qū)，水的用量較少。 不足：氣溫高的地區(qū)，冷卻用水溫度較高，則發(fā)酵時降溫困難，發(fā)酵溫度經(jīng)常超過40C，影響發(fā)酵產(chǎn)率，應(yīng)采用冷凍鹽水或冷凍水冷卻，增加了投資及生產(chǎn)成本。此外，彎曲位置比較容易蝕穿。豎式列管(排管)換熱裝置：是以列管形式分組對稱裝于發(fā)酵罐內(nèi)。優(yōu)點：加工方便，適用于氣溫較高，水源充足的地區(qū)。缺點：傳熱系數(shù)較蛇管低，用水量較大。軸封：作用是使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。常用的軸封有兩種：填料函式軸封和端面式軸封（又稱機(jī)械軸封）。填料函式軸封的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，主要缺點是：死角多，很難徹底滅菌，容易滲漏及染菌；軸的磨損情況較嚴(yán)重；填料壓緊后摩擦功率消耗大；壽命短，經(jīng)常維修，耗工時多。端面式軸封的優(yōu)點：清潔；密封可靠無死角；使用壽命長；摩擦功率耗損??；軸或軸套不受磨損；缺點：結(jié)構(gòu)比填料密封復(fù)雜，裝拆不便；對動環(huán)及靜環(huán)的表面光潔度及平直度要求高。 軸承：為了減少震動，中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有底軸承，而大型發(fā)酵罐裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。罐內(nèi)軸承不能加潤滑油，應(yīng)采用液體潤滑的塑料軸瓦(如聚四氟乙烯等)，軸與軸承的接觸處可加一個軸套。通氣發(fā)酵罐（好氧性發(fā)酵罐）主要包括機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐、氣升式發(fā)酵罐及自吸式發(fā)酵罐。發(fā)酵罐中的攪拌器：作用有混合、傳質(zhì)、傳熱、溶氧（打碎氣泡）。類型可分為軸向（如螺旋槳）和 徑向（如渦輪式）。圓盤平直葉渦輪攪拌器：設(shè)有圓盤阻擋大的氣泡，避免氣泡從軸部的葉片空隙上升，使氣泡更充分地分散。具有很大的循環(huán)輸送量和功率輸出，適用于各種流體，包括粘性流體、非牛頓流體的攪拌混合。圓盤彎葉渦輪攪拌器的攪拌流型與平直葉渦輪的相似，但前者造成的液體徑向流動較為強(qiáng)烈，因此在相同的攪拌轉(zhuǎn)速時，前者的混合效果較好。但由于前者的流線葉型，在相同的攪拌轉(zhuǎn)速時，輸出的功率較后者的為小。因此，在混合要求特別高，而溶氧速率相對要求略低時，可選用圓盤彎葉渦輪。圓盤箭葉渦輪攪拌器：其攪拌流型與上述兩種相近，但軸向流動較強(qiáng)烈，在同樣轉(zhuǎn)速，造成的剪率低，輸出功率也較低。圓盤的作用：若無圓盤阻擋，則從攪拌器下方空氣管進(jìn)入的無菌空氣氣泡就會沿著軸部的葉片空隙上升，不能被攪拌葉片打碎，致使氣泡的總表面積減少，溶氧系數(shù)降低；同時氣泡大，上升速度快，走短路，傳質(zhì)效果差。而安一個圓盤，大的氣泡受到圓盤的阻擋只能從圓盤中央流至其邊緣，從而被圓盤周邊的攪拌漿葉打碎、分散，提高了溶氧系數(shù)。渦輪式攪拌器的流型：上述三種渦輪攪拌器的攪拌流型基本相同，各在渦輪平面的上下兩側(cè)形成向上和向下的兩個翻騰。如不滿足全擋板條件，軸中心位置都有凹陷的旋渦。螺旋槳式攪拌器形成軸向的螺旋流動，混合效果較好，但造成的剪率較低，對氣泡的分散效果不好。一般用在藉壓差循環(huán)的發(fā)酵罐中，以提高其循環(huán)速度。常用的螺旋槳葉數(shù)Z=3。罐中心裝垂直螺旋槳攪拌器的攪拌流型：罐中心垂直安裝的螺旋槳，在無擋板的情況下，在軸中心形成凹陷的旋渦。如在同一罐內(nèi)安裝46塊擋板，液體的螺旋狀流受擋板折流，被迫向軸心方向流動，使旋渦消失（適當(dāng)安排冷卻排管也可）。擋板的作用：是改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體劇烈翻動，增加溶解氧。 發(fā)酵液中因含蛋白質(zhì)等發(fā)泡物質(zhì)，發(fā)酵過程中易產(chǎn)生泡沫，發(fā)泡嚴(yán)重時會使發(fā)酵液隨排氣而外溢，且增加染菌機(jī)會。在通氣發(fā)酵生產(chǎn)中有兩種消泡方法：1.加化學(xué)消泡劑：如豆油；2.機(jī)械消泡：耙式消泡器、渦輪式消泡器、旋風(fēng)離心和葉輪離心式消泡器、碟片式消泡器、刮板式消泡器。攪拌器輸入攪拌液體的功率：是指攪拌器以既定的速度旋轉(zhuǎn)時，用以克服介質(zhì)的阻力所需的功率，簡稱軸功率。它不包括機(jī)械傳動的摩擦所消耗的功率，因此它不是電動機(jī)的軸功率或耗用功率。發(fā)酵罐液體中的溶氧速率以及氣液固相的混合強(qiáng)度與單位體積液體中輸入的攪拌功率有很大關(guān)系。 攪拌器所輸入攪拌液體的功率取決因素有：葉輪和罐的相對尺寸、攪拌器的轉(zhuǎn)速、流體的性質(zhì)、擋板的尺寸和數(shù)目。機(jī)械通風(fēng)發(fā)酵罐的溶氧1氧在液體中的溶解 1.1 溶氧速度，雙膜理論的基本前提：（1）氣泡和液體之間存在界面，兩邊分別有氣膜和液膜，均處于層流狀態(tài)，氧分子只能借濃度差以擴(kuò)散方式透過雙膜，（2）在雙膜之間的界面上，氧氣的分壓強(qiáng)與溶于液體中的氧的濃度處于平衡關(guān)系。（3）傳質(zhì)過程處于穩(wěn)定狀態(tài)，傳質(zhì)途徑上各點的氧濃度不隨時間而變。根據(jù)雙膜理論假說，氧在液體中的溶解速率關(guān)健在于氣液接觸面上氧的傳遞速率，而單位接觸面上氧傳遞速率決定于傳遞動力與阻力之比，動力為氣液兩相之間的氧濃度或氧分壓差，阻力則來自氣膜和液膜。1.2影響體積氧傳遞系數(shù)KLa的因素：攪拌、空氣流速、空氣分布管、發(fā)酵罐內(nèi)液柱的高度、發(fā)酵液的性質(zhì)、泡沫和消泡劑、菌體濃度。其中，環(huán)形空氣分布管的分布裝置：噴孔向下，噴孔的總截面積約等于通風(fēng)管的截面積。1.3 影響傳質(zhì)推動力的因素：溫度（氧在水中的溶解度隨溫度的升高而降低 ）。溶液的性質(zhì)：鹽和糖的存在降低了氧的溶解度。在電解質(zhì)溶液中，由于發(fā)生鹽析作用，使氧的溶解度降低。提高氧分壓的一個方法就是提高氣泡總壓力。 2、 微生物的耗氧單位體積發(fā)酵液每小時的耗氧量叫做耗氧速率。25100m mol氧/（Lh）；微生物呼吸開始受到影響的溶氧濃度稱為臨界溶氧濃度。3、溶氧濃度的測量和控制用耐高溫的復(fù)膜電極在線測量：將陰極、陽極和電解質(zhì)溶液裝入殼體，用能透過氧分子的高分子薄膜封閉起來，并使陰極緊貼薄膜，就成了極譜型復(fù)膜電極。氣升式發(fā)酵罐：機(jī)械攪拌發(fā)酵罐其通風(fēng)原理是罐內(nèi)通風(fēng)，靠機(jī)械攪拌作用使氣泡分割細(xì)碎，與培養(yǎng)基充分混合，密切接觸，以提高氧的吸收系數(shù)；設(shè)備構(gòu)造比較復(fù)雜，動能消耗較大。采用氣升式發(fā)酵罐可以克服上述的缺點。1.氣升式反應(yīng)器的類型：氣升環(huán)流式、空氣噴射式、鼓泡式。2.氣升式反應(yīng)器工作原理：通過噴嘴或噴孔將空氣噴射進(jìn)發(fā)酵液中，通過氣液的湍流作用面使氣泡分割細(xì)碎，同時由于形成的氣液混合物密度減小而向上升，而氣含率小的發(fā)酵液因密度較大而下降，從而實現(xiàn)混合和溶氧傳質(zhì)。3.氣升式反應(yīng)器的特點：1）反應(yīng)溶液分布均勻。2）較高的溶氧速率和溶氧效率。3）剪切力小，對生物細(xì)胞損傷小。4）傳熱良好。5）結(jié)構(gòu)簡單，易加工。6）操作和維修方便。自吸式發(fā)酵罐：如機(jī)械、噴射、溢流自吸式發(fā)酵罐。自吸式吸氣原理：此類發(fā)酵罐吸氣的主要構(gòu)件是吸氣攪拌葉輪及導(dǎo)輪，也被稱為轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子的葉輪是中空的，當(dāng)其轉(zhuǎn)動時，腔內(nèi)的液體被甩出而形成局部真空從而從中空的轉(zhuǎn)軸吸入空氣，通過導(dǎo)輪均勻地分布于發(fā)酵液中。特點：節(jié)約設(shè)備、不需附屬設(shè)備、減少廠房占地面積；溶氧速率高，能耗低；因負(fù)壓吸氣而較易染菌，要過濾空氣。1.機(jī)械自吸式發(fā)酵罐的吸氣原理：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，其框內(nèi)液體被甩出而形成局部真空而吸入空氣。2.噴射自吸式發(fā)酵罐如文氏管發(fā)酵罐的吸氣原理：泵將發(fā)酵液送入文氏管中，由于收縮段中流速增加，形成真空，將空氣吸入，并使氣泡分散，與液體混合均勻，提高發(fā)酵液的溶解氧。3.溢流自吸式發(fā)酵罐吸氣原理:是液體溢流時形成拋射流，由于液體的表面層與其相鄰的氣體的動量傳遞，使邊界層的氣體有一定的速率，從而帶動氣體的流動形成自吸氣作用。酒精發(fā)酵設(shè)備一、酒精發(fā)酵原料：生產(chǎn)酒精主要用淀粉質(zhì)原料，如甘薯干、玉米等；糖質(zhì)原料常用的有糖蜜、甘蔗、甜菜和甜高梁等。二、與酒清發(fā)酵有關(guān)的微生物：用于水解淀粉生產(chǎn)糖化曲的主要是曲霉和根霉。在實際生產(chǎn)中用于酒精發(fā)酵的幾乎全是酒精酵母，俗稱酒母。利用淀粉質(zhì)原料的酒母在分類上叫啤酒酵母。三、酒精發(fā)酵工藝：常用淀粉質(zhì)原料和糖質(zhì)原料的酒精發(fā)酵工藝。(1) 淀粉質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝分為原料預(yù)處理、原料蒸煮、糖化劑制備、糖化、酒母制備、乙醇發(fā)酵和蒸餾等工藝如圖1.原料預(yù)處理(1)原料的除雜 (2)原料的粉碎：目的主要是增加原料受熱面積,有利于淀粉顆粒的吸水膨脹、糊化,縮短后續(xù)熱處理時間,提高熱處理效率。另外,粉末原料加水混合后容易流動輸運(yùn)。原料粉碎方法主要分為干粉碎和濕粉碎兩種:設(shè)備大多采用錘式粉碎機(jī)。2.蒸料：淀粉質(zhì)原料吸水后在高溫高壓下蒸煮，可以破壞植物組織和細(xì)胞，使淀粉徹底糊化、液化，使蒸煮物料成為均一的糊化醪，為進(jìn)一步的淀粉轉(zhuǎn)化為糖創(chuàng)造良好的條件；其次蒸料還有滅菌的作用。3.糖化曲制備：糖化曲分固體曲和液體曲，用麩皮為主原料制成的固體曲叫麩曲，用液體深層通風(fēng)培養(yǎng)的稱為液體曲。連續(xù)糖化工藝：根據(jù)蒸煮醪冷卻(前冷卻)和糖化醪液冷卻(后冷卻)的方法不同，可將連續(xù)糖化工藝分成混合冷卻連續(xù)糖化、真空冷卻連續(xù)糖化和三級真空冷卻連續(xù)糖化三大類。4.乙醇發(fā)酵工藝有間歇發(fā)酵、半連續(xù)式發(fā)酵和連續(xù)式發(fā)酵三類。過程可分為前發(fā)酵期、主發(fā)酵期和后發(fā)酵期三個階段。前發(fā)酵期：一般為前10h，酵母數(shù)量少，糖分消耗慢，酒精和CO2產(chǎn)生少，發(fā)酵醪表面較平靜。發(fā)酵溫度不超過30。主發(fā)酵期：前發(fā)酵期之后的12h左右，酵母已大量增殖并逐漸停止繁殖而主要進(jìn)行乙醇發(fā)酵。使糖分迅速下降，酒精量逐漸增多，醪液產(chǎn)生大量CO2，有很強(qiáng)的CO2泡沫響聲。此期間發(fā)酵醪溫度上升快，應(yīng)控溫在3034。后發(fā)酵期階段：經(jīng)主發(fā)酵期，醪液的大部分糖分已被耗掉，發(fā)酵弱，產(chǎn)熱少，發(fā)酵醪溫度漸降，應(yīng)控制在3032。5、 酒精蒸餾與精餾，蒸餾設(shè)備后面學(xué)習(xí)。 (二) 糖質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝：糖質(zhì)原料制酒精不必要糖化及之前的操作，工藝較簡單。例如糖蜜酒精發(fā)酵工藝過程包括前處理、酒母制備、乙醇發(fā)酵和蒸餾四個工序。 前處理包括的內(nèi)容有：稀釋糖蜜。糖蜜常缺乏酵母必需的營養(yǎng)，需添加一些氮源、營養(yǎng)鹽(如硫酸銨、硫酸鎂、磷酸鹽等)以及生長因子(如酵母菌自溶物)等。五、酒精發(fā)酵罐1.酒精發(fā)酵罐筒體為圓柱形，低蓋和頂蓋均為碟形或錐形。為了回收CO2及其帶出的部分酒精，發(fā)酵罐宜采用密閉式。2.冷卻裝置：中小型酒精罐采用罐頂噴淋于罐外壁進(jìn)行膜狀冷卻；而大型酒精發(fā)酵罐則采用罐頂噴淋與罐內(nèi)冷卻蛇管相結(jié)合。為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體底部沿罐體四周裝有集水槽。3.洗滌裝置:發(fā)酵罐水力洗滌裝置由一根兩頭裝有噴嘴，上開有噴孔的灑水管和一根供水管組成，它們通過一活接頭連接。灑水管兩端彎曲，它是靠兩端噴嘴噴水時形成的反作用力而使噴水管產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。啤酒發(fā)酵設(shè)備添加酒花：麥芽汁煮沸過程中分34次加入啤酒釀造工藝 （1）工藝流程：原料大麥清選分級浸漬發(fā)芽干燥麥芽及輔料粉碎糖化過濾麥汁煮沸麥汁沉淀麥汁冷卻接種酵母繁殖主發(fā)酵后發(fā)酵過濾包裝殺菌貼標(biāo)成品。 （2）技術(shù)要點。 接種與酵母增殖。冷卻麥芽汁入酵母繁殖槽，接種6代以內(nèi)回收的酵母泥5（或擴(kuò)大培養(yǎng)的種子液），控制品溫68，好氧培養(yǎng)1224h，待起發(fā)后入發(fā)酵池（罐）進(jìn)行主發(fā)酵。 主發(fā)酵，也稱前發(fā)酵，可分四個時期：起泡期、 高泡期、落泡期、泡蓋形成期。 后發(fā)酵。后發(fā)酵的主要作用是使殘?zhí)抢^續(xù)發(fā)酵，促進(jìn)CO2在酒液中飽和；同時利用酵母內(nèi)酶還原雙乙酰； 后處理。后發(fā)酵結(jié)束，酒液經(jīng)過過濾、裝瓶、熱殺菌（60 30min）處理，稱為熟啤酒，而不經(jīng)熱殺菌的稱為鮮啤酒。發(fā)酵液的對流主要依靠發(fā)酵生成的CO2之作用。在整個錐形罐的發(fā)酵液中形成一個CO2含量的梯度。比重較小的發(fā)酵液具有上浮的提升力。而且在發(fā)酵時上升的CO2氣泡對周圍的液體具有一種拖曳力，由于拖曳力和提升力結(jié)合后所造成的氣體攪拌作用，促進(jìn)發(fā)酵液的循環(huán)傳質(zhì)及混合相熱交換。冷卻操作時啤酒溫度的變化也會引起罐的內(nèi)容物的對流循環(huán)。（3）、新型啤酒發(fā)酵設(shè)備圓筒體錐底發(fā)酵罐：簡稱錐形罐，可單獨(dú)用于前發(fā)酵或后發(fā)酵，還可以將前、后發(fā)酵合并在該罐進(jìn)行（一罐法）。設(shè)備的外型特點 筒體蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。筒體直徑(D)和筒體高度(H)是主要特性參數(shù)。對單釀罐一般是D：H1：12。對兩罐法的發(fā)酵罐D(zhuǎn)：H1：34。 發(fā)酵罐錐底角，取排出角為7375，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利(一定體積沉降酵母在錐底中占有最小比表面積時摩接力最小)，對于貯酒罐，因沉淀物很少，主要考慮材料利用率常取錐角為120150 。 啤酒循環(huán)的目的是為了回收酵母，降低酒溫，控制酒母濃度和排除啤酒中的生味物質(zhì)。CIP (Clean In Place)清洗系統(tǒng)，是指設(shè)備（罐體、管道、泵、過濾器等）及整個生產(chǎn)線在無需人工拆開或打開的前提下，在一個預(yù)定時間內(nèi)，將一定溫度的清潔液通過密閉的管道流速對設(shè)備表面進(jìn)行噴淋循環(huán)而達(dá)到清洗目的設(shè)備裝置。原理：由貯罐完成配制加熱清洗液，經(jīng)氣動控制閥與增壓泵、回流泵來完成清洗液的輸送及回流循環(huán)清洗、排放、回收整個清洗過程。CIP 使用的清洗劑：清洗過程一般首先需要將污物從被清洗表面分離, 再將此污物在清洗液中分散形成一種穩(wěn)定的懸浮狀態(tài), 并防止污物重新沉淀在被清洗物的表面上。中性清洗劑（如水）；酸性清洗劑（常使用的無機(jī)酸為硝酸、磷酸、硫酸; 有機(jī)酸為醇酸、葡萄糖酸和檸檬酸, 乳酸和酒石酸）是用以溶解設(shè)備表面礦物質(zhì)沉積物, 如鈣鎂的沉積物、硬水積石、啤酒積石、牛乳積石和草酸鈣等；堿性清洗劑，食品工廠使用最廣泛，堿與脂肪結(jié)合形成肥皂，與蛋白質(zhì)形成可溶性物質(zhì)而易于被水清除，最常用的堿為NaOH、KOH等, NaOH 的缺點是難過水, 過水沖洗時間長；但NaOH 的清洗效果好。CIP 過程的消毒劑：如次氯酸鹽、碘化物、穩(wěn)定性二氧化氯、酸性陰離子表面活性劑等，消毒前要徹底清洗。動、植物細(xì)胞培養(yǎng)與微生物培養(yǎng)區(qū)別：動物細(xì)胞無細(xì)胞壁，且大多數(shù)哺乳動物細(xì)胞附著在固體或半固體的表面才能生長；對營養(yǎng)要求嚴(yán)格，除氨基酸、維生素、鹽類、葡萄糖或半乳糖外，還需有血清。動物細(xì)胞對環(huán)境敏感，包括pH、溶氧、溫度、剪切應(yīng)力都比微生物有更嚴(yán)的要求，一般須嚴(yán)格的監(jiān)測和控制。 一、植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器1、 懸浮培養(yǎng)有機(jī)械攪拌反應(yīng)器和非機(jī)械攪拌反應(yīng)器；機(jī)械攪拌反應(yīng)器：優(yōu)點是獲得高的溶氧系數(shù)，而主要問題是剪切力問題和無菌密封問題（機(jī)械攪拌需攪拌軸）。非機(jī)械攪拌反應(yīng)器通常為氣體攪拌反應(yīng)器，主要有鼓泡式反應(yīng)器（又分內(nèi)、外循環(huán)式）和氣升式反應(yīng)器。優(yōu)點：剪切力小，對植物細(xì)胞損傷??；因沒有攪拌軸而更易保持無菌；操作費(fèi)用低。 不足：因氣體攪拌強(qiáng)度低，高密度培養(yǎng)時混合不夠均勻，須靠大量的通氣輸入動量和能量；過量的通氣易排除培養(yǎng)液中的CO2和乙烯，對細(xì)胞生長有阻礙作用；過高的溶氧對植物細(xì)胞合成次級代謝產(chǎn)物不利。2、固定化細(xì)胞生物反應(yīng)器包括填充床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、膜反應(yīng)器。固定化細(xì)胞 ：將具有一定生理功能的生物體（如微生物、植物細(xì)胞、動物細(xì)胞或組織、細(xì)胞器等），用物理或化學(xué)方法使其與適當(dāng)載體相結(jié)合，作為固體催化劑利用。1）填充床反應(yīng)器優(yōu)點：單位體積細(xì)胞多，受剪切力小。缺點：由于其混合效果低，對必要的氧傳遞，pH值、溫度控制和氣體產(chǎn)物(如C02)的排除造成了困難。再者支持物顆粒破碎易堵塞填充床。2）流化床反應(yīng)器：利用液體或氣體的流動使支持物顆粒處于懸浮狀態(tài)。優(yōu)點：良好的傳質(zhì)特性。缺點：剪切力和顆粒碰撞會損壞固定化細(xì)胞，同時，流體動力學(xué)的復(fù)雜性使之難以放大。3）膜反應(yīng)器如中空纖維反應(yīng)器（細(xì)胞保留在管外，基質(zhì)走管內(nèi)）和螺旋式卷繞反應(yīng)器（將固定有細(xì)胞的膜卷成圓柱狀）。優(yōu)點是可重復(fù)使用，易放大，且能提供更均勻的環(huán)境條件；膜有選擇性，易分離產(chǎn)品。缺點是構(gòu)建膜反應(yīng)器的成本高。二、植物組織培養(yǎng)及反應(yīng)器1.發(fā)狀根的大規(guī)模培養(yǎng)：發(fā)根是整體植株或其某一器官、組織(包括愈傷組織)、單細(xì)胞甚至原生質(zhì)體受發(fā)根農(nóng)桿菌的感染所產(chǎn)生的一種病理現(xiàn)象(形成多分枝的不定根)。 2.小植物的大規(guī)?？焖俜敝硟蓷l途：1、形成不定芽途徑；2、形成胚狀體途徑。動物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器一、動物細(xì)胞培養(yǎng)方法：非貼壁依賴性細(xì)胞和貼壁依賴性細(xì)胞。1、 貼壁培養(yǎng)是指必須貼附在固體介質(zhì)表面生長的細(xì)胞培養(yǎng)。大多數(shù)動物細(xì)胞有貼壁依賴性，如成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞。2、懸浮培養(yǎng)是指細(xì)胞在培養(yǎng)器中自由懸浮生長的過程，主要用于非貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)，如雜交瘤細(xì)胞等。3、固定化培養(yǎng)：微載體培養(yǎng)：采用葡聚糖等微小的顆粒讓細(xì)胞貼附其上進(jìn)行培養(yǎng)。大載體培養(yǎng)：采用海藻酸鈉在鈣液中形成的的網(wǎng)絡(luò)狀凝膠珠做為細(xì)胞的吸附載體進(jìn)行培養(yǎng)。包埋和微囊培養(yǎng)：將動物細(xì)胞包裹在凝膠載體或微囊內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，對兩類細(xì)胞都適用，細(xì)胞生長的密度高，抗剪切力和抗污染能力強(qiáng)。對非貼壁依賴性細(xì)胞常用海藻酸鈣包理；對貼壁依賴性細(xì)胞常用膠原包理。 結(jié)團(tuán)培養(yǎng)：利用有些貼壁依賴性細(xì)胞有集結(jié)成團(tuán)的特點，以細(xì)胞本身做為基質(zhì)，相互吸附后，再用懸浮的方法進(jìn)行培養(yǎng)。二、動物細(xì)胞培養(yǎng)的操作方式(1)分批式(Batch) 將細(xì)胞和培養(yǎng)液一次性裝入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，反應(yīng)后將整個反應(yīng)系取出。(2)流加式(Fedbatch) 一次培養(yǎng)多次加入原料，反應(yīng)終止時取出整個反應(yīng)系。(3)半連續(xù)式：在分批式操作的基礎(chǔ)上，不全部取出反應(yīng)系，剩余部分重新補(bǔ)充新的營養(yǎng)成分，再按分批式操作方式進(jìn)行。(4)連續(xù)式(Continuous) 是指將細(xì)胞種子和培養(yǎng)液一起加入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，一方面新鮮培養(yǎng)液不斷加入反應(yīng)器內(nèi)，另一方面又將反應(yīng)液連續(xù)不斷地取出，使反應(yīng)條件恒定。如果細(xì)胞不被取出，例如微載體培養(yǎng)系統(tǒng)，則又稱為灌注培養(yǎng)。三、動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)反應(yīng)器1、 通氣攪拌式細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器2、氣升式動物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器：剪切力小，器內(nèi)沒有機(jī)械運(yùn)動部件，因而活細(xì)胞損傷率比較低；直接噴射空氣供氧，氧傳遞速率高，供氧充分；液體循環(huán)量大，使細(xì)胞和營養(yǎng)成分能均勻地分布于培養(yǎng)基中。3、中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器用于培養(yǎng)懸浮生長的細(xì)胞和貼壁依賴性細(xì)胞。4、微載體懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)用微珠作載體， 使單層動物細(xì)胞生長于微珠表面，可在培養(yǎng)液中進(jìn)行懸浮培養(yǎng)。優(yōu)點：比表面積大；生長條件易控制且易放大，兼貼壁與懸浮培養(yǎng)的優(yōu)勢，取樣方便；易于分離。 5、微囊培養(yǎng)系統(tǒng)：技術(shù)是將生物活性物質(zhì)、完整的活細(xì)胞或組織包在薄的半透膜內(nèi)。先將細(xì)胞懸浮于海藻酸鈉溶液,再將細(xì)胞懸浮液滴入CaCl2溶液,后用半透膜和長鏈聚合物氨基酸包被，形成堅韌多孔的可通行的外膜。6、大載體系統(tǒng)培養(yǎng)：大載體由海藻酸鈉構(gòu)成。7、流化床反應(yīng)器既可培養(yǎng)貼壁依賴性細(xì)胞，也可培養(yǎng)非貼壁依賴性細(xì)胞。傳質(zhì)性能好，循環(huán)系統(tǒng)采用膜氣體交換器，能快速供給高密度細(xì)胞所需的氧，同時排除代謝產(chǎn)物如CO2。其液體流速足以使細(xì)胞微粒懸浮，卻不會損壞脆弱的細(xì)胞。8、無泡攪拌反應(yīng)器采用多孔的疏水性的塑料管裝配成通氣攪拌槳。用于實驗室研究和中試工業(yè)生產(chǎn)。9、陶質(zhì)矩形通道蜂窩狀生物反應(yīng)器微藻大規(guī)模培養(yǎng)反應(yīng)器（一）、微藻培養(yǎng)反應(yīng)器的條件：1足夠的光照； 2合適的溫度；3合適的碳源；4合適的pH值；5充分的混合；6避免污染；7氧的析出與供給。（二）、微藻大規(guī)模培養(yǎng)反應(yīng)器：1、敞開式培養(yǎng)反應(yīng)器：池或天然湖泊。優(yōu)點：成本低、建造容易、操作簡便易生產(chǎn)。缺點：培養(yǎng)效率低；條件難控制；易受雜藻、水生動物、大氣灰塵等污染；水分易蒸發(fā)；光能利用率低，難實現(xiàn)高密度培養(yǎng)。2、封閉式光培養(yǎng)反應(yīng)器封閉式光培養(yǎng)反應(yīng)器的優(yōu)點：培養(yǎng)效率高；培養(yǎng)條件易控制；污染少；生產(chǎn)周期長；合于所有藻類的培養(yǎng)。設(shè)計原則：高光照表面積與體積比；較高氣液交換率；適合的循環(huán)方式；改善光的傳播途徑、分配和質(zhì)量；防止有害代謝產(chǎn)物的積累；較易實現(xiàn)培養(yǎng)條件的優(yōu)化控制；盡量降低生產(chǎn)成本。類型有管道式光培養(yǎng)反應(yīng)器、圓筒型光培養(yǎng)反應(yīng)器、扁平箱式光培養(yǎng)反應(yīng)器、淺層槽式反應(yīng)器、光纖光培養(yǎng)反應(yīng)器。（三）生物反應(yīng)器的檢測及控制在線檢測：儀器的電極等可以直接與反應(yīng)器內(nèi)的培養(yǎng)基接觸或可連續(xù)從反應(yīng)器中取樣分析測定。取樣測定（離線測量）：從反應(yīng)器中取樣出來，然后用儀器分析或化學(xué)分析等方法進(jìn)行檢測。1、 pH計原理：玻璃電極與參比電極浸泡于某一溶液時具有一定的電位。2、溫度的測定原理：熱電阻利用物質(zhì)在溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度。3、 溶氧濃度的測定：氧分子透過膜，在溶氧電極的陰極上被還原，產(chǎn)生電流，所產(chǎn)生的電流量與被還原的氧量成正比。4.細(xì)胞濃度的測定在一定的細(xì)胞濃度范圍，全細(xì)胞濃度與光密度值呈線性關(guān)系?？蓽y定全細(xì)胞濃度的范圍是0-200g/l 。適合于游離的細(xì)胞，不適合絲狀細(xì)胞。5.液體流量計6.氣體流量計：金屬浮子流量計的流量檢測元件是由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上下移動的浮子組所組成。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應(yīng)關(guān)系。如圖：7、壓強(qiáng)的測定隔膜式壓力表的工作原理： 隔離膜片在被測介質(zhì)壓力P的作用下產(chǎn)生變形，壓縮內(nèi)部充填的工作液形成一個相當(dāng)于P的壓力P。經(jīng)工作液的傳導(dǎo)，使壓力儀表中的彈性元件自由端產(chǎn)生相應(yīng)的變形，并按與之相配接的類別壓力儀表指針顯示出被測的壓力值。8、尾氣測定：CO2濃度傳感器和高精度氧氣傳感器。 9、粘度計：粘度是流體內(nèi)部抵抗流動的阻力，用對流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之比表示。Brookfield黏度計可調(diào)整不同的轉(zhuǎn)速， 經(jīng)由一個沉浸入樣品中的轉(zhuǎn)子可以測得扭力。此轉(zhuǎn)子是由一個馬達(dá)彈簧所帶動， 此彈簧的偏離由指針?biāo)@示。物料處理一、預(yù)處理的必要性：在生產(chǎn)前，須先將原料中混雜的小鐵釘、雜草、泥快和石頭等雜質(zhì)除去，保證后續(xù)工序順利進(jìn)行。二、預(yù)處理的方法（方式）：1.原料除雜、篩選、風(fēng)選、磁力除鐵。2、原料的精選及分級設(shè)備：有些原料經(jīng)過除鐵除雜后就可（如玉米原料生產(chǎn)酒精）。有些還需要進(jìn)一步的精選和分級，生產(chǎn)啤酒的主要原料大麥，在除鐵和粗選后，還需要進(jìn)行精選和分組。大麥在發(fā)芽之前進(jìn)行精選，主要目的是要除去一些圓形雜粒，特別是斷裂的半粒大麥（傷麥）和草子，傷麥在發(fā)芽時容易生霉；草子則會給麥汁和啤酒帶來不良草味。三 固體物料的粉碎設(shè)備。粉碎方法干粉碎、濕粉碎。1.濕法粉碎設(shè)備包括：輸料裝置、加料器、粉碎機(jī)和加熱器等。2、砂輪磨：原料需除雜和硬物，操作時先加水再開機(jī)。如我國的豆制品制作。3、常用的粉碎機(jī)械：錘式粉碎機(jī)（特別適用于脆性物料，被粉碎的物料含水量不應(yīng)超過10%15%，如粉碎瓜干、高粱、玉米等）；輥式粉碎機(jī)（麥芽、大米）；圓盤鋼磨（小麥、大豆、大米等）；鋼片式磨粉機(jī)。 培養(yǎng)基的制備和殺菌設(shè)備1、 糖蜜原料的稀釋與澄清設(shè)備 糖蜜的濃度大，酵母不直接利用，在利用糖蜜作原料生產(chǎn)酒精時必須進(jìn)行稀釋，同時加營養(yǎng)鹽；之后進(jìn)行酸化澄清，滅菌、等處理過程。糖蜜稀釋有間歇式糖蜜稀釋器：稀釋罐內(nèi)附有攪拌器。如果工廠原有糖化鍋設(shè)備，一般都利用糖化鍋作稀釋設(shè)備。糖蜜連續(xù)稀釋器：目前我國糖蜜酒精工廠多采用連續(xù)稀釋法。糖蜜酸化、澄清：糖液酸化是在糖液中加入硫酸，防止雜菌的繁殖,加速糖蜜中灰分與膠體物質(zhì)沉淀, 同時調(diào)整稀糖液酸度以達(dá)到發(fā)酵的需要。糖蜜酸化在酸化桶進(jìn)行。二、淀粉質(zhì)原料的蒸煮糖化設(shè)備直鏈淀粉在7080可溶于水，溶液粘度較小，遇I2呈純藍(lán)色；支鏈淀粉在高溫水中可溶，溶液粘度大，遇I2呈蘭紫色。水-熱處理的目的：淀粉原料經(jīng)水熱處理，使淀粉從細(xì)胞中游離出來，并轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)，以便淀粉酶系統(tǒng)進(jìn)行糖化作用。膨脹：淀粉是一種親水膠體，遇水加熱后，水分子滲入淀粉顆粒的內(nèi)部，使淀粉分子的體積和重量增加，該現(xiàn)象稱膨脹。 糊化：在溫水中，當(dāng)?shù)矸垲w粒無限膨脹形成均一的粘稠液體的現(xiàn)象，稱為淀粉的糊化。此時的溫度稱為糊化溫度。溶解或液化：淀粉糊化后，如果提高溫度至 130，由于支鏈淀粉的全部（幾乎）溶解，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)徹底破壞，淀粉溶液的粘度迅速下降，變?yōu)榱鲃有暂^好的醪液，這種現(xiàn)象稱為淀粉的溶解或液化。糖化原因：薯類和谷類以及野生植物原料經(jīng)過加壓蒸煮，淀粉糊化成為溶解狀態(tài)，但還不能直接被酵母菌利用，發(fā)酵生成酒精。因此，經(jīng)過蒸煮以后的糊化醪，在發(fā)酵前必須加入一定量的糖化劑，使溶解狀態(tài)的淀粉，變?yōu)榻湍改軌虬l(fā)酵的糖類，這一個由淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑倪^程，稱為糖化。糖化過程是淀粉酶或酸水解的作用，把淀粉糖化變成可發(fā)酵性糖。糖化：以無機(jī)酸或酶為催化劑，在一定溫度下使淀粉水解，將淀粉全部或部分轉(zhuǎn)化為葡萄糖等可發(fā)酵性糖的過程。糖化劑 ：糖化過程中所用的催化劑。包括無機(jī)酸和酶。目的：將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖。淀粉的水解反應(yīng)過程：粉分子內(nèi)-1,4和-1,6葡萄糖苷鍵斷裂，逐漸變小，依次變?yōu)楹?、低聚糖、麥芽糖和葡萄糖。糊精是若干種分子大于低聚糖的碳水化合物，有旋光性，還原性，能溶于水，不溶于酒精。檢驗液化：是否有淀粉，用碘液，是否呈藍(lán)色；檢驗糖化：是否水解完全測定還原糖；用無水酒精檢驗有無糊精。3、 啤酒生產(chǎn)中麥芽汁的制備設(shè)備后熟器不再通入蒸汽，前幾個后熟器是溫度維持段，起保持高溫度真正后熟作用。最后一個后熟器也叫汽液分離器，分離出來的二次蒸汽可供粉漿罐預(yù)熱粉漿。連續(xù)蒸煮設(shè)備：如圖真空冷卻：物料在一定真空度下蒸發(fā)部分水所需要汽化潛熱取自料液本身，因而料液很快被冷卻到真空相應(yīng)的溫度，稱為真空冷卻。欲保持真空冷卻器中真空度，一般要借助于真空泵、水力噴射泵或蒸汽噴射泵，連續(xù)地抽去真空冷卻器中的二次蒸汽。工作原理：料液以切線進(jìn)入，由于真空冷卻器內(nèi)為真空，醪液產(chǎn)生自蒸發(fā)，產(chǎn)生大量的二次蒸氣，醪液在器內(nèi)旋轉(zhuǎn)被離心甩向周邊沿壁流下，從錐底排醪液口排出。二次蒸氣從器頂進(jìn)入進(jìn)入冷凝器，在冷凝器內(nèi)與水直接接觸而被冷凝，不凝性氣體由真空泵或蒸氣噴射泵抽走，造成器內(nèi)真空。糊化鍋作用是用來加熱煮沸麥芽粉和輔助原料醪液，使其淀粉液化和糊化。糊化鍋底制成球形能夠促進(jìn)液體循環(huán)，因而可節(jié)省攪拌動力，還有便于清洗的優(yōu)點。糖化鍋用途是使麥芽粉與水混合，并保持一定溫度使蛋白質(zhì)分解和淀粉糖化。其外形結(jié)構(gòu)材料與糊化鍋同，但約大一倍。煮沸鍋用于麥汁煮沸和濃縮，使麥汁達(dá)到要求濃度，并加酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物質(zhì)，還起到滅菌，滅活酶的作用。煮沸鍋結(jié)構(gòu)與糊化鍋相同，但容積要大。四、液體培養(yǎng)基的滅菌設(shè)備(一)分批滅菌設(shè)備，在發(fā)酵罐中進(jìn)行滅菌間歇滅菌又稱實罐滅菌：將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其它容器，通入蒸氣將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起滅菌的操作過程。 (1)升溫:先夾套預(yù)熱到80左右，再從培養(yǎng)基中直接通入蒸汽加熱到121 ，直接通蒸汽升溫時間控制在40min左右。(2)保溫:控制蒸汽進(jìn)出量，維持121 ，30min后，關(guān)閉進(jìn)汽閥，通無菌空氣。(3)冷卻:保溫結(jié)束后，在夾套內(nèi)通冷卻水進(jìn)行冷卻。要點是三路進(jìn)汽：直接蒸汽從通風(fēng)口、取樣口和出料口進(jìn)入罐內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定的溫度，并維持一定的時間。發(fā)酵罐實罐滅菌為什么要“三路進(jìn)汽”? 實罐滅菌的進(jìn)汽和排氣原則是什么? 所謂發(fā)酵罐實罐滅菌的“三路進(jìn)汽”就是在對培養(yǎng)基滅菌時，讓蒸汽從空氣進(jìn)口、排料口、取樣口進(jìn)入罐內(nèi)，使培養(yǎng)基均勻翻騰，達(dá)到培養(yǎng)基滅菌之目的。這是因為這三個管都是插入到發(fā)酵醪中，若不進(jìn)蒸汽就會形成滅菌死角。實罐滅菌的進(jìn)汽和排氣原則是“非進(jìn)即出”，就是說所有進(jìn)入發(fā)酵罐的管道在滅菌過程中如果不進(jìn)入蒸汽就一定要進(jìn)行排氣，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通過，得以滅菌。不能有既不進(jìn)汽也不排汽的管道（死角）存在?？展逌缇阂卜Q空消。無論是種子罐、發(fā)酵罐、還是尿素（或液氨）罐、消泡罐，當(dāng)培養(yǎng)基（或物料）尚未進(jìn)罐前對罐進(jìn)行預(yù)先滅菌。為了殺死所有微生物特別是耐熱芽孢，空罐滅菌要求溫度高，時間長。常在 127-133 ， 30-60分鐘。(二)培養(yǎng)基連續(xù)滅菌連續(xù)滅菌也叫連消，就是將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外，連續(xù)不斷進(jìn)行加熱、維持和冷卻，然后進(jìn)入發(fā)酵罐的過程。連續(xù)滅菌系統(tǒng)是由加熱（連續(xù)消塔）、維持（維持罐）與冷卻（噴淋室）三部分組成的整體；維持罐的保壓保溫與維持一定時間才能保證滅菌的徹底。相關(guān)設(shè)備有料液罐、連消泵、連消塔、維持罐和噴淋冷卻器。過濾、離心與膜分離設(shè)備一、過濾方式 實現(xiàn)過濾操作的外力有重力、壓力、離心力，由此過濾有常壓、加壓、真空及離心過濾不同的形式，生物工程中應(yīng)用最多的是加壓過濾和真空過濾，壓力過濾又可分為恒壓過濾、恒速過濾、加壓變速過濾。根據(jù)過濾介質(zhì)形式可分為深層過濾和濾餅過濾。深層過濾，深床過濾(deep bed filtration)，過濾原理：顆粒尺寸介質(zhì)通道尺寸，顆粒通過細(xì)長而彎曲的孔道，靠靜電和分子的作用力附著在介質(zhì)孔道上；濾餅過濾(cake filtration)，餅層過濾注意：所選過濾介質(zhì)的孔道尺寸一定要使“架橋現(xiàn)象”能夠過發(fā)生。二發(fā)酵液預(yù)處理：目的是增大懸浮液中固體粒子尺寸，除去高價無機(jī)離子和雜蛋白質(zhì)，降低液體黏度，實現(xiàn)有效分離。1、加熱：使蛋白質(zhì)變性凝固，改善發(fā)酵液操作特性。2、凝聚和絮凝技術(shù)：能有效地改變細(xì)胞、菌體蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài)，使它們聚集，從而顆粒變大，便于分離。3、加入鹽類：除去高價無機(jī)離子（去除無機(jī)離子） 形成絡(luò)合物,促進(jìn)蛋白質(zhì)沉淀 。4、調(diào)節(jié)pH：調(diào)節(jié)pH到蛋白質(zhì)的等電點,蛋白質(zhì)變性。5、加入助濾劑(硅藻土、珍珠巖粉、石棉粉、纖維素、白土等),助濾劑可以作為膠體粒子的載體，均勻的分布在濾餅層，改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)，減少可壓縮濾餅的過濾阻力。加入方法有預(yù)涂和將助濾劑混在濾漿中一起過濾。三、過濾設(shè)備1.板框壓濾機(jī)由濾板、濾框、濾布等構(gòu)成。濾板的作用是支持濾布和提供濾液流出的通道； 濾框的作用是與濾布圍成容納濾漿及濾餅的空間。板框壓濾機(jī)為間歇操作，每個操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌、卸餅、清理5個階段組成。過濾時：懸浮液在指定壓強(qiáng)下經(jīng)濾漿通路由濾框角上的孔道并行進(jìn)入各個濾框，濾液分別穿過濾框兩側(cè)的濾布，沿濾板板面的溝道至濾液出口排出。顆粒被濾布截留而沉積在濾布上，待濾餅充滿全框后，停止過濾。洗滌時：先將洗滌板上的濾液出口關(guān)閉 ，洗滌水經(jīng)洗水通路從洗滌板角上的孔道并行進(jìn)入各個洗滌板的兩側(cè)。洗滌水在壓差推動下先穿過一層濾布及整個框厚的濾餅，然后再穿過一層濾布，最后沿濾板板面溝道至濾液出口排出。稱為橫穿洗滌法，特點是洗滌水穿過的途徑正好是過濾終了時濾液穿過途徑的二倍。自動板框壓濾機(jī)：板框壓緊、卸餅、清洗等操作自動完成。過濾時，懸浮液從板框上部兩個角孔形成的通道并行壓入濾框，濾液穿過濾框兩側(cè)的濾布，沿濾板表面的溝槽流入下部角孔形成的通道，濾餅則在濾框內(nèi)形成。洗餅完畢，油壓機(jī)將板框拉開，使濾框下降。開動濾餅推板，框內(nèi)濾餅以水平方向推出落下。傳動裝置帶動環(huán)形濾布繞一系列轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，達(dá)到洗濾布的目的。濾框復(fù)位，重新壓緊，完成一個操作周期。板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 2. 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)：是工業(yè)應(yīng)用最廣的一種連續(xù)操作的過濾設(shè)備。 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)工作原理：真空過濾設(shè)備采用大氣與真空之間的強(qiáng)差作為過濾操作的推動力。 結(jié)構(gòu)：設(shè)備的主體是一個能轉(zhuǎn)動的水平圓筒，圓筒表面有一層金屬網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布，筒的下部浸入濾漿中，圓筒沿徑向分割成若干扇形格，每個都有單獨(dú)的孔道通至分配頭上。圓筒轉(zhuǎn)動時，憑借分配頭的作用使這些孔道依次分別與真空管及壓縮空氣管相通，因而在回轉(zhuǎn)一周的過程中每個扇形格表面即可順序進(jìn)行過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項操作。離心分離離心機(jī)的構(gòu)造：由一個由電動機(jī)帶動作快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓。鼓壁可分為有孔或無孔，有孔的鼓壁一般復(fù)上濾布，當(dāng)鼓高速旋轉(zhuǎn)時，鼓內(nèi)液體靠離心力的作用，由濾孔鉆出，固體顆粒則留在濾布上離心過濾。 若鼓壁無孔，物料受離心力的作用，按比重的大小分層沉淀，比重較大的顆粒物料直接附在鼓壁上，比重較小的液體則靠近鼓的中央離心沉降。 離心機(jī)分類 按轉(zhuǎn)速分類 常速離心機(jī)轉(zhuǎn)速8000rpm以內(nèi)； 高速離心機(jī)轉(zhuǎn)速1000025000rpm以內(nèi)；超高速離心機(jī)轉(zhuǎn)速2500080000rpm以內(nèi)。 膜分離方法1)滲透：滲透是一個擴(kuò)散過程，在滲透中只有溶劑透過膜，溶質(zhì)及固體粒子被阻擋?？捎糜谌苜|(zhì)的濃縮。2) 反滲透：反滲透是利用反滲透膜選擇性地只能透過溶劑(通常是水)的性質(zhì)，對溶液施加壓力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而從溶液中分離出來的過程。反滲透可用于從水溶液中將水分離出來，應(yīng)用如海水和苦咸水的淡化。3) 透析：它是利用多孔膜兩側(cè)溶液的濃度差使溶質(zhì)從濃度高的一側(cè)通過膜孔擴(kuò)散到濃度低的一側(cè)從而得到分離的過程。目前主要用于制作人工腎，以除去血液中蛋白代謝產(chǎn)物、尿素和其它有毒物質(zhì)。4)電滲析：是基于離子交換膜能選擇性地使陰離子或陽離子通過的性質(zhì)，在直流電場的作用下使陰陽離子分別透過相應(yīng)的膜以達(dá)到從溶液中分離電解質(zhì)的目的，應(yīng)用：水溶液中除去電解質(zhì)(鹽水的淡化)、電解質(zhì)與非電解質(zhì)的分離和膜電解等。5) 超濾：應(yīng)用孔徑為10到200(110-10 m )的超濾膜來過濾含有大分子或微細(xì)粒子的溶液，使大分子或微細(xì)粒子從溶液中分離的過程稱之為超濾。與反滲透類似，超濾的推動力也是壓差，在溶液側(cè)加壓，使溶劑透過膜。6）微濾： 微濾與超濾的基本原理相同，利用孔徑大于0.02m直到l0m的多孔膜來過濾含有微?；蚓w的溶液，將其從溶液中除去，微濾應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊，目前的銷售額在各類膜中占據(jù)首位。7）納濾：是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術(shù)，其截留分子量在200-1000范圍內(nèi)，孔徑為幾納米，故稱納濾。8）氣體膜分離：氣體膜分離是利用氣體組分在膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散性能的不同，即滲透速率的不同來實現(xiàn)分離的技術(shù)，目前高分子氣體分離膜已用于氫的分離，空氣中氧與氮的分離等，具有很大的發(fā)展前景。9）滲透汽化膜分離特點：在常溫下進(jìn)行（熱敏性成分損失少，特別適合抗生素、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮）；無相態(tài)變化（能耗低，保持原有的風(fēng)味）；無化學(xué)變化（產(chǎn)品不受污染）；選擇性好（可達(dá)分子級）；適應(yīng)性強(qiáng)（規(guī)?？纱罂尚。僮鞣奖悖衫m(xù)可斷，工藝簡單，易自動化）。濃差極化現(xiàn)象 當(dāng)待分離液從膜面一側(cè)流過時，靠近膜面的液體處于層流狀態(tài)，水及小分子溶質(zhì)透過膜，大分子溶質(zhì)則被膜阻留。被阻留分子從膜面返回液體主流的速度，受分子通過層流區(qū)的擴(kuò)散速度所控制，當(dāng)這一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就逐漸在膜面上，行成一高濃度的被阻留的溶質(zhì)分子層。隨著濃差極化愈來愈嚴(yán)重，膜的濾出速度也愈來愈低。膜過濾方式：終端過濾、錯流過濾。蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備一、蒸發(fā)：將稀溶液通過加熱蒸發(fā)，使溶劑汽化或?qū)⑾∪芤和ㄟ^電滲析、離子交換等辦法將溶液提高濃度的過程。蒸發(fā)用于發(fā)酵濾液、樹脂洗脫液及各種提取液的濃縮，以利于后續(xù)工序的進(jìn)行。分類：按操作方式可以分為間歇式和連續(xù)式；按二次蒸氣利用否分單效、多效蒸發(fā)；按操作壓強(qiáng)分加壓、常壓或減壓（常用減壓，又稱真空蒸發(fā)）。蒸發(fā)裝置：熱交換器、蒸發(fā)室、冷凝器、抽氣泵。真空蒸發(fā)：溶液在減壓狀態(tài)下進(jìn)行蒸發(fā)。真空蒸發(fā)濃縮：溶液在真空狀態(tài)，較低溫度下即沸騰、溶劑汽化。熱敏性物料：對熱過程敏感，受熱后會引起產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)變化或物理變化而影響產(chǎn)品質(zhì)量的物料。薄膜蒸發(fā)：讓溶液在蒸發(fā)設(shè)備的加熱器內(nèi)以很薄的液層通過，溶液就會很快受熱升溫，汽化而濃縮，濃縮的溶液迅速離開加熱表面。薄膜真空蒸發(fā)器具有傳熱系數(shù)大，濃縮效率高的優(yōu)點，能保持產(chǎn)品原有的質(zhì)量、風(fēng)味和顏色，又可處理粘性大和易產(chǎn)生泡沫的溶液。（一）管式薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)：加熱蒸發(fā)管、二次蒸汽液沫導(dǎo)管、分離器和循環(huán)管。濃縮時間短，對粘度較小的熱敏性物料質(zhì)量影響少，但不適用于粘度較大的和受熱后易產(chǎn)生積垢的，或濃縮后有結(jié)晶析出的物料。分升膜式和降膜式2種。1、升膜式蒸發(fā)器 不適用于粘度較大的和受熱后易產(chǎn)生積垢的，或濃縮后有結(jié)晶析出的物料。升膜式蒸發(fā)操作的關(guān)鍵膜的形成：管壁加熱，近壁的液體向管中心自然對流；當(dāng)溫度升到相應(yīng)沸騰溫度時，溶液便開始沸騰，溫度繼續(xù)上升，氣泡大量形成，互相碰撞，小氣泡聚合成較大氣泡于管子中部上升，氣泡增大，氣體上升速度加快，最后形成柱狀；出現(xiàn)“爬膜”現(xiàn)象：當(dāng)蒸汽所產(chǎn)生的氣泡很多，流速很快，蒸汽占據(jù)了整個管子中部空間，液體只能分布于管壁，形成環(huán)形液膜，液膜上升是靠高速蒸汽對流層的拖帶而形成。如果液膜上升的速度趕不上溶液蒸發(fā)速度，加熱管上的液膜將會出現(xiàn)局部被干燥、結(jié)疤、結(jié)垢、結(jié)焦等現(xiàn)象 。升膜蒸發(fā)器正常操作的關(guān)鍵：形成爬膜。形成爬膜的必要條件：足夠的傳熱溫差和傳熱強(qiáng)度；產(chǎn)生的二次蒸汽量和蒸汽速度達(dá)到足以帶動溶液成膜上升的程度。2、降膜式蒸發(fā)器：溶液在器內(nèi)的停留時間短，適合于高熱敏或粘度較大的溶液。物料溶液從加熱管子上部進(jìn)入，經(jīng)分配器導(dǎo)流管分配進(jìn)入加熱管。液體的運(yùn)動是靠本身的重力和二次蒸汽運(yùn)動的拖帶力的作用，其下降的速度比較快，可以蒸發(fā)濃度、粘度較高的溶液，不適于易結(jié)晶、結(jié)垢的物料。其關(guān)健的問題是液料的分配，當(dāng)分配不夠均勻時，有些管子的液量多，液膜很厚，少的液膜薄，甚至沒有液體流過造成干壁現(xiàn)象?？刹捎貌煌姆峙淦髯屃弦悍峙渚鶆?。（2） 刮板式蒸發(fā)器是通過旋轉(zhuǎn)的刮板使液料形成液膜的蒸發(fā)設(shè)備。優(yōu)點是：對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，對高濃度，粘度大，熱敏性，易結(jié)晶、結(jié)垢的物料都能適用。缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力消耗大，傳熱面積小，物料處理量較少。（三）離心薄膜蒸發(fā)器是利用旋轉(zhuǎn)的離心盤所產(chǎn)生的力對溶液的周邊分布作用而形成薄膜。設(shè)備構(gòu)型是一杯形離心轉(zhuǎn)鼓。二 起晶方法：結(jié)晶是物質(zhì)自溶液中成晶體狀態(tài)析出，或從熔融狀態(tài)受冷凝結(jié)成晶的過程。當(dāng)溶解速度等于結(jié)晶速度時的溶液稱為飽和溶液。一定溫度、壓力等條件下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過該溫度、壓力下溶質(zhì)的溶解度，而溶質(zhì)仍不析出的現(xiàn)象叫過飽和現(xiàn)象，此時的溶液稱為過飽和溶液。把高溫飽和溶液緩慢冷卻，就有機(jī)會形成過飽和溶液，常見的過飽和溶液有碳酸水。介于飽和與過飽和之間的溶液，如果沒有晶核或振動等刺激因素存在，它還是比較穩(wěn)定，可保持一段時間不會結(jié)晶析出，這種狀態(tài)叫介穩(wěn)狀態(tài)，該濃度區(qū)域稱為介穩(wěn)定區(qū)。1 自然起晶法:將溶液用蒸發(fā)濃縮的方法排除大量溶劑，使溶液濃度進(jìn)入過飽和不穩(wěn)定區(qū)，溶液即自然起晶。（此法成晶顆粒小，溶液濃縮耗熱量大，蒸發(fā)時間長，故少用）2 刺激起晶法：將溶液用蒸發(fā)濃縮的方法排除部分溶劑，使溶液濃度進(jìn)入過飽和介穩(wěn)定區(qū)，然后將溶液放出，使溶液受到突然冷卻，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，而自然結(jié)晶生成晶核。（檸檬酸結(jié)晶）3 晶種起晶法：將溶液濃縮到介穩(wěn)定區(qū)的飽和濃度后，加入一定大小和數(shù)量的晶種，同時均勻攪拌，使晶體長大。保持不產(chǎn)生新晶核，適當(dāng)提高過飽和濃度來增加結(jié)晶速度，產(chǎn)品大小均勻，晶形一致，工業(yè)多用此法。（味精）三 結(jié)晶設(shè)備類型：濃縮結(jié)晶設(shè)備如煮晶鍋，冷卻結(jié)晶設(shè)備如結(jié)晶箱，等電點結(jié)晶設(shè)備。1.立式結(jié)晶箱常用于產(chǎn)量較小的檸檬酸結(jié)晶。2.真空煮晶鍋：對結(jié)晶速度比較快，易自然起晶，且要求結(jié)晶晶體較大的產(chǎn)品，多采用真空煮晶鍋。3.等電點結(jié)晶罐：攪拌是關(guān)鍵，其作用是保證晶種均勻懸浮，使谷氨酸結(jié)晶良好，并使加酸后溶液的pH值迅速均勻、增加傳熱系數(shù)、降溫速度，使溶液溫度一致。干燥干燥機(jī)理：濕物料干燥操作中的2個基本過程：傳熱過程；傳質(zhì)過程干燥介質(zhì)空氣即是載熱體又是載濕體；干燥過程是干燥介質(zhì)空氣與濕物料之間的傳熱傳質(zhì)過程。1.恒速干燥階段（表面汽化控件制階段）：這個階段由于空氣的溫度和濕度能保持恒定，傳熱全部用于水分氣化，干燥在恒定溫度下進(jìn)行，主要排除游離水。2.降速干燥階段（內(nèi)部擴(kuò)散控制階段）：傳熱一部分用于水分汽化，一部分用于物料升溫。屬升溫干燥，主要除去結(jié)合水。氣流干燥原理、特點及設(shè)備：利用熱空氣與粉狀或顆粒狀濕物料在流動過程中充分接觸，氣體與固體物料之間進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)，從而使?jié)裎锪线_(dá)到干燥的目的。干燥時間一般為- 5 秒。適合潮濕分散顆粒物料的干燥。對物料有磨損，不適用于晶體及強(qiáng)粘性的物料。例如長管式氣流干燥器（長度1020米），短管式氣流干燥器（長4米）， 旋風(fēng)氣流干燥器?？諝膺^濾器：過濾介質(zhì)為鐵絲網(wǎng)，中間夾上用豆油煮過的絲瓜囊或鐵絲等，使塵埃容易粘在上面。 空氣加熱器：采用螺旋翅片式，也可采用列管式換熱器作為空氣加熱器。噴霧干燥原理:噴霧干燥是利用不同的噴霧器，將懸浮液和粘滯的液體噴成霧狀，形成具有較大表面積的分散微粒同熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾十秒內(nèi)獲得干燥。霧化方式分為壓力噴霧法（機(jī)械噴霧法）、氣流噴霧法、離心噴霧法。離心噴霧干燥設(shè)備主要有噴霧室,噴霧機(jī)(包括噴盤)和熱風(fēng)盤。熱風(fēng)盤作用是使進(jìn)入噴霧室的熱空氣分配均勻，否則會造成局部黏壁。沸騰（流化床）干燥：利用流態(tài)化技術(shù)，即利用熱的空氣流體使孔板上的粒狀物料呈流化沸騰狀態(tài)，使水分迅速汽化達(dá)到