发酵工程设备复习题纲答案版.docx
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发酵工程设备复习题纲答案版
《发酵工程设备》复习题纲
1.发酵工程的定义,由哪几部分组成?
发酵工程定义:
指采用工程技术手段,利用生物(主要是微生物)和有活性的离体酶的某些功能,为人类生产有用的生物产品,或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。
发酵工程组成(Fermentationengineering)
广义上,由三部分组成:
上游工程、发酵工程、下游工程。
2.发酵设备的基本要求。
传质、传热;
容纳培养基,完成发酵过程;
便于原料出入,便于清洗;
卫生、密封防杂菌;
容器不参与任何化学和生物反应;
能够实现主要参数控制:
温度、pH、浓度、菌数、糖度等所需测参数的测量与调控,搅拌、补料…;
传感器、自控系统;
强度、刚度、耐腐蚀……。
3.带式输送机中输送带的类型,特点及应用场合。
输送带(又称环状带)
a)对带的要求:
强度大;挠性好;耐磨性好;重量轻;延伸率小;耐腐蚀;均匀性好。
b )带的种类与特点:
橡胶带、钢丝带、布带、活板带、钢板带、塑料带。
橡胶带:
橡胶+纤维织品
复盖层:
连接衬布,防止衬层受损伤及运载物料的磨损。
衬层:
赋予带机械强度和用来传递动力
标准带宽:
200~500(每50mm加)、650、800、1000、1200、1600
国产橡胶带的品种及宽度可查机械设计手册(GB523-74)
钢丝带
透水性好、强度高、耐高温,应用于一边输送,一边冲洗或烘烤。
如油炸方便面的输送带采用不锈钢钢丝带
布带
具有挠性好,抗冲击性好特点。
多用于饼干冲压成型机械中。
接缝常采用棉线和人造纤维线缝合。
活板带
用于输送瓶子或灌装生产线中。
钢板带
用厚度少于1mm钢板做,用于温度高场合。
4.橡胶带的连接方法及其特点。
橡胶带连接方法:
a)卡子连接法:
强度低,只有原来的35%~40%。
b)缝线硫化法:
接缝强度可达带本身强度的90%。
c)皮线缝纽法
d)胶液冷粘缝纽法:
接头强度可接近带自身的强度
5.带式输送机中张紧装置的目的,作用及类型。
目的:
使输送带紧边平坦,提高其承载能力,保持物料运行平稳。
作用:
①便于在安装时张紧输送带;
②补偿因输送带伸长产生的松驰现象,避免打滑。
类型:
螺旋式(拉力螺杆和压力螺杆)、重锤式和弹簧式。
6.带式输送机生产能力的计算。
带式输送机带速与生产能力计算
a)带速在1.0~3.5(m/s)选择,窄带取小值;宽带取大值。
b)生产能力
7.螺旋输送机的工作原理,输送螺旋的类型及应用场合。
原理:
在一个圆形或半圆形槽里有一螺旋,利用螺旋的挤压力,把物料从一端输送到另一端。
螺旋种类与特点
实体螺旋:
多用于输送干燥流动性好的粉、粒状物料,也可用于水分偏大物料的输送。
带状螺旋:
输送块状或粘滞性物料。
叶片式螺旋:
输送有韧性或可压缩物料,完成混合或搅拌等工艺操作。
齿型螺旋:
与叶片式螺旋功能一样。
但齿形可以成片滚压成型。
8.螺旋输送机生产能力的计算。
其中:
D—螺旋直径;d—螺旋轴直径;s—螺距;n—转速;F—输送截面积;y—充填系数;r—物料堆积密度;j0—倾斜系数
9.斗式提升机的工作原理,料斗的类型,装料及卸料方式的分类。
工作原理:
物料放入料斗里,斗与环形带相连,环状带作运动时,带动料斗从一个地方输送到另一个地方。
料斗:
是提升机的承载构件。
料斗后壁固接在牵引带(或链条)上。
根据料斗形状可分为深斗、浅斗、尖底斗。
装料方式
(1)挖取式:
适用于粉末状、散粒状等磨损性较小的物料,输送速度较高,可达2m/s,料斗间隔排列。
(2)撒入式:
适用于输送大块和磨损性较大的物料,输送速度较低(<1m/s),料斗呈密接排列。
卸料方式
(a)离心式(b)重力-离心式(c)重力式
10.气力输送的流程常见有几种,各自的特点如何,要求能画图说明。
典型气力输送流程有三种:
吸送式、压送式、吸压送式
吸送气流输送流程的特点
①系统处于负压状态,粉尘不会飞扬;
②适宜于物料从几处向一处集中输送;
③适用于堆积面积广或存放在低、深处物料的输送(如仓库、货船等散粮的输送)。
④喂料(即供料)方式简单
⑤要求在气密条件下排料,对卸料器和除尘器的密闭性要求高;
⑥输送量和输送距离受限制,动力消耗高。
压送气流输送流程与特点
特点:
①适合于大流量、长距离输送;
②卸料方式简单;
③能够防止杂质进入系统;
④易造成粉尘外扬,输送条件受限制
吸压送气流输送流程的特点
①兼有吸送式和压送式的特点,可多处吸料和压送至较高、较远的地方;
②排入大气的含尘空气少,能减少物料损失和大气污染;
③可减少尾气净化设备;
④需将物料从压力较低的吸送段转入压力较高的压送段,使得装置结构复杂;
⑤风机工作条件差。
11.物料颗粒在垂直和水平管道中的运动状态与气流速度的关系如何?
12.离心泵的工作原理,如何正确选用离心泵?
工作原理:
泵壳内叶轮上有若干弯曲的叶片,叶片之间形成液体流道。
启动前壳内灌装被输送液,启动后叶片带动其间液体一道转动。
在离心力作用下,使液体从叶片间沿半径方向甩向叶轮外缘,并在此过程中液体获得了能量,流速加大,静压提高,达到输送目的。
当液体甩向轮缘时,轮中心形成一定真空度,与液体吸槽产生压力差,在压强差的作用下,液体不断被吸入。
只要叶轮不断转动,液体便不断地吸入和排出。
选择泵的注意事项
a)根据泵的特性曲线(H~Q、N~Q、~Q)使所选泵最高效率点在泵的工作点附近。
b)可拆卸性、结构合理性。
13.容积泵的类型及应用特点。
容积泵:
依靠作往复运动或旋转运动部件挤压作用对流体作功。
(1)往复运动容积泵(活塞泵)
以作往复运动部件的容积泵压头高,流量大,但需要复杂的曲柄连杆机构和传动机构,在酒精行业应用较多。
(2)旋转运动容积泵
①齿轮泵:
可输送黏稠液体以至膏状物料。
但不能输送带有颗粒物料,噪音较大。
②螺杆泵特点:
能均匀连续地输送物料,流量和压力脉动小;
运转平稳,无振动和噪声;
能自吸,改变转速可改变流量;
排出压力与螺杆长度有关(螺杆越长,螺距越多,压头升高就越大)。
螺杆的螺旋面加工要求高。
适用含固体颗粒和高粘度料液。
③转子泵
转子泵又称为万用输送泵,从食品饮料类、水果浓缩物到糊状类物料均可输送。
特点:
a)结构简单,易于拆洗;b)流量可精确控制;c)可输送粘度很高的物料;d)转速较低;e)成本高。
f)适宜长距离或高阻力定量输送;
4.滑片泵
14.振动筛的筛面运动形式及筛面结构怎样?
振动筛的筛面运动形式:
静止倾斜筛面:
物料靠自重力沿筛作单向直线滑动,筛程短,效率低。
往复振动筛面:
物料沿筛面作往复滑动,筛程长,用于流动性好而杂物细小的物料筛选。
高速振动筛面:
物料在筛面上作微小跳动,筛孔不易堵塞,适于流动性差的细颗粒。
平面回转筛面:
物料作螺旋运动,筛程长,自动分层效果明显,效率高。
用于流动性差,自动分层难。
滚动旋转筛面:
物料在筛筒内作翻滚运动,效率低,生产能力低,常用于初清。
15.水平糖蜜稀释器的主要结构及作用。
主体:
圆筒水平管
特点:
管内装有若干隔板和筛板,将其分成若干空段,以改善糖液的流动形式,使糖蜜与水很好地混合。
隔板固定在两根水平杆上,拆卸、清理方便,无搅拌器。
16.淀粉质原料进行蒸煮和糖化的目的是什么?
蒸煮目的:
(1)糊化借助高温高压作用,破坏原料中淀粉颗粒的外皮,使其内容物流出,呈溶解状态变成可溶性淀粉,以便糖化剂作用,使淀粉变成可发酵性糖。
(2)灭菌借助蒸汽的高温高压作用,杀灭存在于原料中的微生物,保证发酵过程中原料无杂菌污染,使酒精发酵能顺利进行。
糖化目的:
淀粉糊化成为溶解状态,但不能直接被酵母菌利用。
在发酵前必须加入一定量的糖化剂,使溶解状态的淀粉,变为酵母能够发酵的糖类,这一过程称为糖化。
糖化过程是淀粉酶或酸水解的作用,把淀粉糖化变成可发酵性糖。
17.喷射加热器的结构及工作原理。
工作原理:
料液经喷嘴高速喷出,带动周围气体运动,真空室内形成负压,使蒸气吸入,在混合室内混合,使物料瞬间达到蒸煮所需的温度,后经扩大管排出,以达到加热目的。
优点:
蒸汽与料液混合时间极短,减少了营养物质破坏。
18.水力喷射泵和蒸汽喷射泵的工作原理。
水力喷射泵工作原理:
工作时由水泵将冷水压入喷射泵,经泵中喷嘴高速(15~30m/s)喷射造成真空,被抽吸的气体与水混合进入下水管,水可以循环使用。
蒸汽喷射泵的工作原理:
蒸汽以极高的速度进入蒸汽喷射泵,并从喷嘴高速喷出,使真空室产生负压;混合室内蒸汽与吸入的二次蒸汽和不凝性气体混合,经扩大管排出。
19.机械搅拌通风发酵罐的结构,安装搅拌器和挡板的作用怎样?
通用的机械搅拌通风发酵罐主要部件:
罐体,搅拌器和挡板,消泡器,联轴器及轴承,变速装置,空气分布装置,轴封,冷却装置。
搅拌器作用:
打碎空气气泡,增加气-液接触界面,以提高气-液间的传质速率。
其次是为了使发酵液充分混和,液体中的固形物料保持悬浮状态。
挡板的作用:
加强搅拌强度,促使液体上下翻动和控制流型、消除涡流。
冷却列管也可起挡板的作用。
20.发酵罐壁厚和封头壁厚的计算。
21.机械搅拌通风发酵罐中搅拌器的类型及各自的特点。
搅拌器类型:
蜗轮式、推进式、Lightnin式。
蜗轮式
优点:
结构简单、传递能量高、溶氧速率高。
缺点:
主要产生径向液流,轴向混合较差,搅拌强度由轴心向外逐渐减弱。
罐内液流分成上下两个循环区。
推进式
将液体向前或向后推进,使流体形成螺旋状圆柱流,混合效果好,对流体剪切作用较小。
对气泡的分散效果不够理想,一般用在循环发酵罐中增加液体的循环量,或用在对已经将气泡分散的发酵液中,仅起混合效果的作用。
轴向型
不存在分区循环,能使全罐达到良好的循环状态,对增强罐内物料循环,增加溶氧,提高产酸以及降低能耗有利。
22.端面轴封的原理。
端面轴封又称机械轴封,指两块密封元件垂直于轴线的光洁而平直的表面上相互贴合,并作相对转动而构成密封的装置。
原理:
动环与静环之间的密封:
是靠弹性元件(弹簧、波纹管等)和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面(端面)上产生一适当的压紧力(比压)使两个光洁、平直的端面紧密贴合;端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。
这层膜具有液体动压力与静压力,它起着平衡压力和润滑端面的作用。
两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件,这是相对旋转密封。
23.气升式发酵罐的原理及类型。
原理:
将无菌空气通过喷嘴或喷孔射进发酵液中,通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎。
由于上升管内气液混合物密度降低,加上压缩空气的喷流动能使液体上升;罐内液体气含率小则下沉,形成循环流动,实现混合与溶氧传质。
气升式发酵罐类型:
气升环流式、鼓泡式、空气喷射式。
24.自吸式发酵罐的工作原理及特点。
工作原理:
当发酵罐内充有液体,启动电机,使转子高速旋转,液体或空气在离心力的作用下被甩向叶轮外缘,流体便获得能量,若转速愈快,则流体(其中还含有气体)的动能也愈大,当流体离开转子时,由动能转变为静压能也愈大,在转子中心所造成的负压也越大,因此空气不断地被吸入,甩向叶轮的外缘,通过定子而使气液均匀分布甩出。
由于转子的搅拌作用,气液在叶轮的外缘形成强烈的混合流(湍流),使刚刚离开叶轮的空气立即在不断循环的发酵液中分裂成细微的气泡,并在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中,因此转子同时具有搅拌和充气两个作用。
与机械搅拌通风发酵罐相比,自吸式发酵罐具有如下的优点:
(1)不必配备空气压缩机及其附属设备。
(2
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