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10生物工程设备
生物工程设备复习
第一章 通风发酵设备(P30-65)
1.生物反应器的分类(催化剂,操作方式,能量输出,结构特征)
(1) 按照使用的生物催化剂的不同,分酶催化反应器和细胞生物反应器。
(2) 根据反应器的操作方式,分间歇式生物反应器,连续式生物反应器和半间歇式生物反应器。
(3) 根据反应器的结构特征,分釜式、管式、塔式、膜式等。它们之间的差别主要反映在外型和内部结构的不同。
(4) 根据反应器所需的能量的输入方式,分通过机械搅拌输入能量的机械搅拌式,利用气体喷射动能的气升式和利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器。
(5) 根据生物催化剂在反应器中的分布方式,分生物团块反应器和生物膜反应器。生物团块反应器按催化剂的运动状态又分为填充床、流化床、生物转盘等。
(6) 根据反应物系在反应器内的流动和混合状态,分全混流型和活塞型生物反应器。
2.机械搅拌式发酵罐的结构(主要结构识别),什么是发酵罐的公称体积
发酵罐公称体积:是指罐的筒身(圆柱)体积和底封头体积之和。
3.搅拌的作用
通风发酵设备搅拌的作用为混合和传质,它使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合,使气泡破碎以增大气-液界面,获得所需的溶氧速率,并使细胞悬浮分散于发酵体系中,以维持适当的气-液-固(细胞)三相的混合与质量传递,同时强化传热过程。
4.挡板的作用,全挡板条件(概念)
挡板作用:(1)防止液面中央产生漩涡;(2)促使液体激烈翻动,增加溶解氧;(3)改变液流的方向,由径向流改为轴向流。
全挡板条件:在搅拌发酵罐中增加挡板或其他附件时,搅拌功率不再增加,而旋涡基本消失。
5.轴封的作用,端面轴封的原理及结构(钝化)
轴封作用:防止泄漏和染菌。端面轴封的原理:是靠弹性元件(弹簧、波纹管)的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表 面紧密地相互贴合,并作相对转动而达到密封。
6.发酵罐有几种消泡方式,列举任意五种机械消泡方式
分为机械消泡和化学消泡:(1)罐内机械消泡 耙式消泡桨 (2)旋转圆板式消泡装置(3)液体吹入式机械消泡 (4)气体吹入管内吸引消泡(5)冲击反射板机械消泡(6)超声波消泡(7)碟片式消泡器的机械消泡 (8)罐外机械消泡(9)离心力消泡(10)旋风分离器消泡(11)转向板消泡。
7.气升式发酵罐的工作原理,,平均循环时间的计算
工作原理:空气--喷嘴口--高速喷入--环流管--气泡分散于液体,借助与环流管内气-液混合物的密度与反应主体之间的密度差,使管内气-液混合物连续循环流动。
8.气升式发酵罐的六个特点
(1)反应溶液分布均匀;(2)较高的溶氧速率和溶氧效率;(3)剪切力小,对生物细胞损伤小;(4)传热良好;(5)结构简单,易于加工制造;(6)操作和维修方便。
9.机械搅拌自吸式发酵罐的吸气原理
叶轮快速旋转形成负压空气吸到罐内,与液体形成气泡,气液混合流体通过导轮流到发酵液主体。
10.文式管的吸气原理(喷射加热)
用泵使发酵液通过文式管吸气装置,由于液体在文式管的收缩段流速增加,形成真空而将空气吸入,并使气泡分散与液体均匀混合,实现溶氧传质。
11.机械通风固体菌发酵设备中,废气是否可以循环,为什么
原因:废气适度循环,可以提高进入空气的CO2a确定罐数;b每个罐的容积;c要冷却面积;d冷却装置尺寸;e冷却水的耗量
例题:某酒精工厂,每发酵罐的进料量为24t/h。每4h装满一罐,发酵周期为72h,冷却水的初、终温分别为20℃和25℃,若罐内采用蛇管冷却,试确定发酵罐的结构尺寸、罐数、冷却水耗量、冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。(糖化醪密度为1076kg/m3)
解:(1)确定发酵罐个数
(2)确定发酵罐体积及结构尺寸
发酵罐体积
发酵罐几何尺寸
选取结构尺寸比例:H = 1.2D,h1= h2=0.1D
则
发酵罐表面积(圆柱体表面积A1和罐底、罐顶表面积A2、 A3)
(3)冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
①总的发酵热Q
②冷却水耗量
③对数平均温度差△Tm
④传热总系数K值
⑤ 冷却面积
⑥ 冷却装置主要结构尺寸
列管总长度L
每圈蛇管长度l
蛇管总圈数
蛇管总高度
2.啤酒设备大型化的目的
(1)由于大型化,使啤酒质量均一化;
(2)由于啤酒生产的罐数减少,使生产合理化,降低了主要设备的投资。
3.目前使用的大型立式发酵罐有哪些(列举三种)奈坦罐、联合罐、朝日罐等。
4.什么是一罐法,什么是前发酵,后发酵,以及降低发酵时的冷耗量措施有哪些
一罐法:锥形罐可单独用于前发酵或后发酵,还可以将前、后发酵合并在该罐进行。前发酵:主发酵又称“前发酵”,是啤酒发酵的主要过程,在这个过程中,酵母完成了增殖、厌氧发酵及其沉淀回收等,消耗了大部分可发酵性糖和可同化
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