生物工程设备实验指导书

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1、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

2、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。第16页共16页试验一、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、目的要求通过对实验用发酵系统的实物演示，初步认识发酵系统地基本组成；并结合对小型发酵罐结构的剖析，进一步熟悉和掌握发酵发酵罐的基本结构和工作原理；在此基础上尝试完成

3、在给定条件下的发酵罐几何结构计算与初步设计。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、发酵工程、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10L罐为例，说明发酵系统的基本组成和发酵罐的主要

4、结构及工作原理。三、试验用小型发酵系统的基本组成发酵系统通常由罐体、搅拌系统、空气供给系统、温度控制系统、pH控制系统、过程变量的测量和灭菌系统组成。罐体为一不锈钢圆筒，底端用不锈钢板与圆筒罐身焊接而成，顶端用不锈钢板及橡胶垫圈密封构成。容积为10L，顶盖上有几个孔口(如下图)，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、放置搅拌器口等。搅拌系统为平叶型涡轮式双搅拌，由位于灌顶的电机驱动，为增加溶氧传质效率，还增设有一定数目的挡板。空气供给系统由小型空压机提供高压空气，并由空气过滤系统进行过滤后，无

5、菌空气管从罐顶延伸至罐底后经由空气分布器后进入培养基中。第16页共16页温度控制系统，由罐体夹套、加热器及温度测量系统组成。pH控制系统，由pH测量系统和酸碱流加系统组成。过程变量的测量，主要包括温度、溶解氧、pH等的跟踪测量。灭菌系统组成，由电蒸汽发生器产生蒸汽提供给整个发酵系统进行灭菌。此外，通常还要设置报警灯系统当发酵过程中，电路上发生故障，或超出测量系统测设定的参数值，甚至测定值范围时，则出现报警信号。另外，小型或大型自动发酵罐通常还应该是自动和手动可相互切换的系统。四、发酵罐几何结构计算与初步设计基于上述对发酵系统

6、的基本认识，在下述给定条件下，对生产用机械通风搅拌用发酵罐几何结构进行初步计算，并画出相应比例的发酵罐结构图示。某年产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1450kJ/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

7、%，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），采用六弯叶圆盘涡轮式搅拌器，搅拌层数为3。设发酵液密度ρ=1080kg/m3，粘度μ=2×10-3Pa•s，发酵罐的装液系数为85%，发酵罐的公称容积为250米3。1．发酵罐个数的计算第16页共16页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

8、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=2×10-3Pa