生物工程设备实验指导书.doc

目 录 试验一、发酵罐的构造及初步设计——发酵系统的组成及发酵罐几何结构计算与初步设计 1 一、目的要求 1 二、基本原理 1 三、试验用小型发酵系统的基本组成 1 四、发酵罐几何结构计算与初步设计 2 五、简要说明发酵系统的基本组成及各自功能。 5 实验二、生物工程通用设备结构和原理——板框过滤实验 6 一、实验目的 6 二、基本原理 6 三、实验装置 7 四、实验步骤 8 五、实验结果 8 六、实验过程中应注意的问题 9 七、问题与思考 10 实验三、干燥设备结构和生物材料干燥方法——喷雾干燥实验 11 一、实验目的 11 二、实验装置及原理 11 三、实验材料：鸡蛋等。 12 四、操作步骤 12 五、测试结果 13 实验四、生物工程典型生产线构成——乳制品生产线 15 一、实验目的 15 二、参观实习内容 15 三、实验报告要求 15 说明：生物工程设备实验指导书可作为食品与生物工程学院生物技术、生物工程等相关专业的生物工程设备、发酵工程及设备、发酵工程等专业课程的实验指导用书。 试验一、发酵罐的构造及初步设计—— 发酵系统的组成及发酵罐几何结构计算与初步设计 一、目的要求熟悉和掌握发酵罐的基本结构和工作原理。 二、基本原理 发酵罐是进行液体发酵的特殊设备。生产上使用的发酵罐容积大，均用钢板或不锈钢板制成；实验室使用的小型发酵罐，其容积可从约1L至数百升或稍大些。一般来说，10L以下是用耐压玻璃制作罐体，10L以上用不锈钢板或钢板制作罐体。发酵罐配备有控制器和各种电极，可以自动地调控试验所需要的培养条件，是微生物学、工程、医药工业等科学研究所必需的设备。各厂家生产的发酵罐有所差别，但基本原理是相同。现以镇江东方生物工程设备技术有限责任公司L罐为例，说明 发酵系统通常由罐体、搅拌、、、pH控制系统过程变量的测量灭菌系统罐体为一不锈钢圆筒，底端用不锈钢板用不锈钢板及橡胶垫圈密封构成容积为10 L，顶盖上有个孔口(图)，分别是加料及接种口、补料口、放置DO(溶解氧)电极口、放置pH电极口、放置搅拌器口。罐体夹套、加热器pH控制系统过程变量的测量灭菌系统报警灯 当发酵过程中，电路上发生故障，超出测定值，则报警。5万柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为14%(W/V)，提取总收率90%(W/W)，年生产日期为300天，发酵周期为96小时，冷却水的初、终温分别为20℃和25℃，发酵罐壁最高温可达到40℃，生产厂区夏季平均温度为33℃。发酵罐采用蛇管进行冷却（冷却管规格为53/60mm，管壁厚3.5mm），发酵液传给冷却蛇管的传热系数为1450 kJ/m2·h·℃，主发酵时的温度为36℃。主发酵期每小时糖降为发酵液量的0.5%糖分消耗中发酵占80%，呼吸占20%，1kg糖发酵时产生的呼吸热为15660KJ（或产生的发酵热为4860KJ）采用3 ，粘度μ= 2×10-3 Pa?s，发酵罐的装液系数为85%，发酵罐的公称容积为250米3。 1．发酵罐个数的计算 根据该规模和发酵水平计算该厂每日所需发酵液的量，再根据这一数据确定每日所需要的发酵罐的容积及所需要的发酵罐总数。 2．结构尺寸的计算 根据已确定的发酵罐容积计算的近似公式及常见机械通风搅拌发酵罐几何尺寸比例，可由下式计算发酵罐圆柱体的直径D，罐身高H，罐高H0，搅拌叶轮直径Di，挡板宽度B，下搅拌叶与罐底距离C及相邻两个搅拌叶间距S。 3.搅拌功率计算（取D/Di = 3.5） 搅拌器叶端圆周线速度取值范围一般在3-8m/s，取7.5m/s，则搅拌转速 发酵液密度ρ=1080kg/m3 ，粘度μ= 2×10-3 Pa?s， 则雷诺准数为 若Rem104，属湍流状态，查表六弯叶涡轮搅拌器的K=4.8，故单层搅拌功率 校正系数为， 三层搅拌器时的搅拌功率为： 若通风量：，则通风准数Na为： 所以： 考虑传动部分功率损失及端面轴封增加功率损耗等因素，则所需电机功率为 4.冷却面积和冷却装置的计算 Q1=msq；Q2=3600Pgη；Q3=0.2×Q1；Q4=AKC(TW-TB) ；； 一般取，中代表管壁厚，为钢管的传热系数取188 kJ/m2·h·℃ 5.根据上述计算结果按比例绘出发酵罐结构示意图，并标注罐圆柱体的直径D，罐身高H，罐高H0，搅拌叶轮直径Di，挡板宽度B，下搅拌叶与罐底距离C及相邻两个搅拌叶间距S的具体数值，及冷却装置和挡板示意图。 五、简要说明发酵系统的基本组成及各自功能。 实验二、生物工程通用设备结构和原理——板框过滤实验 （适用于生物技术专业） 一、实验目的（板书标红部分） 1.了解板框过滤机的构造和操作方法； 2.测定恒压过滤方程式中的过滤常