第四章 物料输送设备

1、发酵机械与设备l徐徐 明明 芳芳 博博 士士l教教 授授l暨暨 南南 大大 学学 生生 科科 院院l2015-10-16目录目录绪论绪论第一篇第一篇 生物质原料处理设备生物质原料处理设备第二篇第二篇 生物反应设备生物反应设备第三篇第三篇 产物分离设备产物分离设备第四篇第四篇 其他设备其他设备第一篇第一篇 生物质原料处理设备生物质原料处理设备l第四章第四章 原料（物料）输送设备原料（物料）输送设备生物反应器生物反应器检测控检测控制仪表制仪表培养基培养基（）经加工经加工原料原料酶酶细胞细胞生物催化剂生物催化剂（游离或固定化）（游离或固定化）机械能机械能除除菌菌空气空气产品提取纯化产品提取纯化副产品

2、副产品产品产品废物废物热能热能营养物营养物典型工业生物技术过程典型工业生物技术过程培养基制备工艺过程：培养基制备工艺过程： - 啤酒发酵设备啤酒酿造工艺培养基制备工艺过程：培养基制备工艺过程： - 本章内容本章内容思考题思考题2、3、根据离心泵的选择条件，按照物料的特性请选着离心泵根据离心泵的选择条件，按照物料的特性请选着离心泵（下次交）（下次交）5、20406080100120140101418222630 4B离 心 泵 n=2900r.p.mH,m4812 图 12-3 4B-20型 离 心 泵 的 特 性 曲 线Q， m/h3N思考题思考题1、离心泵装置、结构与工作原理2、离心泵包括哪

3、些主要性能参数？如何计算有效功离心泵包括哪些主要性能参数？如何计算有效功率与轴功率率与轴功率3、物料的输送包括哪几类？液体、固体物料的机械输送设备主要有？能用于垂直输送的设备是？固体物料气力输送的原理？垂直管道中实现气力输送的必要条件？压送式、吸送式气力输送装置流程图？主要部件的功能？压送式、吸送式气力输送装置中闭风器的安装位置及作用？概述-输送分类输送分类1. 原材料状态原材料状态 固体、气体和液体输送固体、气体和液体输送2.2. 输送方式输送方式 气力和机械输送气力和机械输送l1. 概述概述l2.离心泵离心泵l3. 往复泵往复泵l4. 其它类型泵其它类型泵一、一、 液体输送机械概述液体输送

4、机械概述一、一、 液体输送机械概述液体输送机械概述液体输送机械的要求液体输送机械的要求(1)满足工艺上对流率和能量的要求。满足工艺上对流率和能量的要求。(2)结构简单，重量轻，投资费用低。结构简单，重量轻，投资费用低。(3)运行可靠，操作效率高，日程操作费用低。运行可靠，操作效率高，日程操作费用低。(4)能适应被输送流体的特性能适应被输送流体的特性，其中包括粘性、，其中包括粘性、腐蚀性、毒性、可燃性、爆炸性、含固体杂质腐蚀性、毒性、可燃性、爆炸性、含固体杂质等。等。古典液体输送设备：水车古典液体输送设备：水车按其工作原理，泵分为：按其工作原理，泵分为：(1)动力式：动力式：利用高速旋转的叶轮使

5、流体的机械能增利用高速旋转的叶轮使流体的机械能增加，典型的是离心式、轴流式输送机械：加，典型的是离心式、轴流式输送机械：离心泵离心泵(2)容积式：容积式：利用活塞或转子运动改变工作室容积而利用活塞或转子运动改变工作室容积而对流体作功。典型的是对流体作功。典型的是往复式、旋转式输送机械：往往复式、旋转式输送机械：往复泵、旋转泵复泵、旋转泵(3)其它类型：其它类型：如利用另外一种流体作用的如利用另外一种流体作用的喷射式喷射式等。等。离心泵由于其适用范围广、操作方便，便于实现自动离心泵由于其适用范围广、操作方便，便于实现自动调节和控制而在化工生产中应用调节和控制而在化工生产中应用最为普遍最为普遍。二

6、二. 离心泵离心泵 l2.1 2.1 离心泵装置及其结构离心泵装置及其结构l离心泵主要、和和组成组成。l（1）由叶轮、泵壳等组成叶轮、泵壳等组成，由若干弯曲叶片组成的叶弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴轮紧固在泵轴上，安装在蜗壳形的泵壳内；l泵壳中央的吸入口与吸入管路相连，l侧旁的排出口与排出管路连接。 离心泵离心泵图12-1 离心泵装置54351221681-叶轮；2-泵壳；3-吸入管；4-底阀；5-滤网；6-逆止阀；7-调节阀；8-排出管l2.2 2.2 离心泵工作原理离心泵工作原理：l 真 空 表压 力 表流 量 计图 1 2 - 2 测 定 离 心 泵 性 能 参 数 的 装 置l2.3 离

7、心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数l反映离心泵工作特性的参数称为性能参数，主要有。l离心泵的，其性能参数通常在离心泵的铭牌或样本说明书中标明。l1.压头压头l压头压头指离心泵对所提供的，又称为，用H表示，单位为m。qQQTTeNN理论流量实际流量100QQ%100TeVm ： 由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的。 。 gHQNe/gHQN 之间是有一定联系并有内部规律的。之间是有一定联系并有内部规律的。l通常把表示泵的主要性能参数间的内部规律的曲线通常把表示泵的主要性能参数间的内部规律的曲线称为称为，由泵的生产部门提出，以，由泵的生产部门提出，以便于设计、使用部门选择

8、和操作时参考。便于设计、使用部门选择和操作时参考。l在在。它反映泵的基本性能的。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为变化规律，可做为。4B-20型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线 20406080100120140101418222630 4B离 心 泵 n=2900r.p.mH,m4812 图 12-3 4B-20型 离 心 泵 的 特 性 曲 线Q， m/h3Nl2.4 离心泵的类型 。 分类方式：水泵水泵耐腐蚀泵耐腐蚀泵油泵油泵杂质泵杂质泵单吸泵单吸泵双吸泵双吸泵单级泵单级泵多级泵多级泵2.5 离心泵的选择根据输送液体性质以及操作条件来选定泵类型。液体性质：密度、粘度、腐蚀性等密度、粘

9、度、腐蚀性等操作条件：压强影响压头操作条件：压强影响压头三、三、 往复泵往复泵l往复泵是一种典型的。l主要部件：泵缸、活塞、泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀活塞杆、吸入阀和排出阀(均为单向阀均为单向阀)。与传动机械相连，带动。l活塞与阀门间的空间称为工作室。l分为。 图 12-6 往 复 泵 装 置1-泵 体 2-活 塞 3-活 塞 杆 4-吸 阀 5-排 出 阀5432工作原理：单动泵工作原理：单动泵 活塞一侧装有，活塞自左向右移动时，液体进入泵缸，直至活塞移至最右端。 活塞由右向左移动，而，将液体以高压排出。活塞移至左端，则排液完毕，完成了一个工作循环，周而复始实现了送液目的。l因此往复

10、泵是依靠其工作容积改变对液体进行做功。l在一次工作循环中，其。l活塞往复非等速，故。 流量时间图12-7 单动泵的流量曲线流量时间图12-9 双动往复泵的流量曲线流量时间图12-7 单动泵的流量曲线流量时间图12-9 双动往复泵的流量曲线工作原理：双动泵工作原理：双动泵为此采用三台双动泵并联工作，其送液量较均匀。每个泵连接曲柄角度相差120。四、四、 隔膜泵隔膜泵l其结构特点是借弹性薄膜将被输送弹性薄膜将被输送液体与活柱隔开，从而使得活柱和液体与活柱隔开，从而使得活柱和泵缸得以保护。泵缸得以保护。l适于：定量输送剧毒、易燃、易爆、：定量输送剧毒、易燃、易爆、腐蚀性液体和悬浮液腐蚀性液体和悬浮液

11、。 电动隔膜泵工作原理电动隔膜泵工作原理: 。 吸入腔吸入腔压出腔压出腔泵壳泵壳5、齿轮泵、齿轮泵 。 吸入腔吸入腔压出腔压出腔泵壳泵壳六、螺杆泵六、螺杆泵l由泵壳和一根或几根螺杆构成。一根螺杆：螺杆和泵壳形成的空隙排送液体。两根螺杆：与齿轮泵类似，利用互相啮合的螺与齿轮泵类似，利用互相啮合的螺杆排送液体。杆排送液体。适于在高压下输送粘稠性液体高压下输送粘稠性液体。流量调节时用旁路(回流装置)调节。螺杆泵螺杆泵螺杆泵螺杆泵七、七、 旋涡泵旋涡泵 7 旋涡泵旋涡泵 ； 。l用途：v气体输送（气体输送机械）气体输送（气体输送机械）v产生高压气体产生高压气体-压缩气体（压缩空气）压缩气体（压缩空气）

12、v产生真空产生真空：l低压空气压缩机、低压空气压缩机、l通风机和通风机和l鼓风机等鼓风机等v气体输送机械的特点气体输送机械的特点：对一定质量的气体，由于气体的密度小，体积流量就大，对一定质量的气体，由于气体的密度小，体积流量就大，因而因而气体输送机械的体积大气体输送机械的体积大。气体在气体在要要，输送同样质量，输送同样质量流量的气体时，流量的气体时，其其，因而需要提高，因而需要提高的压头也大。的压头也大。由于由于，变化时其变化时其同时发同时发生变化，因而生变化，因而、有一定有一定特殊要求。特殊要求。v分类分类按结构与工作原理分：按结构与工作原理分：v离心式离心式 v往复式往复式v选择式选择式v

13、流体力学作用式流体力学作用式v工作原理：同离心泵 Pc-泵出口压力，Pa； uc-出口气体流速，m/s 22cctuPP风压风压的表达式如下：的表达式如下：1000/tQPN Q-实际风量，实际风量，m3/h； Pt-风压，风压，Pa； -全压效率，一般约为全压效率，一般约为7090。 ，kW12000105009000750060004500300015000265319363422481530579637686745794834D=500mmn=800r/min=1.2kg/m7654321N/KWQ/m h图12-17 离心通风机的性能曲线5.34.02.641.23N-l(1)计算输送

14、系统计算输送系统,根据生产任务规定值换算为进口状态根据生产任务规定值换算为进口状态计的气体流量；计的气体流量；l(2)根据被根据被输送气体的性质与风压输送气体的性质与风压的范围的范围；l(3)根据根据Q和和HT从风机样本中选择合适的从风机样本中选择合适的型号，所选型号，所选；l(4)特别当气体密度与特别当气体密度与实验条件下密度相差大时。实验条件下密度相差大时。三、离心式鼓风机三、离心式鼓风机四四.空气压缩机空气压缩机l概述：生物工程工业中的生物工程工业中的好氧培养需要向好氧培养需要向发酵罐中通入发酵罐中通入0.20.3MPa的压缩空气的压缩空气l常用空气压缩机（涡轮空压机或往复式空常用空气压

15、缩机（涡轮空压机或往复式空压机）作为供气设备压机）作为供气设备1 涡轮式空压机涡轮式空压机l一般由电动机通过增速装置直接带动涡轮高速增速装置直接带动涡轮高速旋转旋转，将空气吸入并使之获得较高的离心力，甩向叶轮外圆周，部分，由。l特点：供气量大特点：供气量大，出口压强稳定，输出的压缩输出的压缩空气不含油雾；空气不含油雾；功率消耗较小，结构紧凑，占地面积较小。 l用于抗生素发酵的是低压涡轮空压机，其出口压强为0.250.55mPa (表压)，容量一般都大容量一般都大于于100m3/min 1 涡轮式空压机涡轮式空压机2 往复式空压机往复式空压机。2 往复式空压机往复式空压机往复式空压机往复式空压机

16、往复式空压机往复式空压机3 螺杆式空压机螺杆式空压机3 螺杆式空压机螺杆式空压机3 螺杆式空压机螺杆式空压机3 螺杆式空压机原理螺杆式空压机原理： 螺杆式空压机压缩原理 ，其空间大，当转子的进气侧端面转离了壳之进气口时，。：l在吸气结束时，主、从转子齿峰与机壳形成的封闭容积随着转子角度的变化而减少，并按螺旋状移动，此为“”。l在输送过程中，容积不断减少，同时，因气压差而变成雾状的，从而达到压缩、降低温度密封和润滑的作用。3 螺杆式空压机工作详情（自学）螺杆式空压机工作详情（自学）螺杆空压机的工作过程详细分析之进气过程：，阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时，因在排气时齿沟的

17、气体被完全排出，排气完成时，齿沟处于真空状态，当转至进气口时，外界气体即被吸入外界气体即被吸入，沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。当气体充满了整个齿沟时，转子进气侧端面转离机壳进气口，在。螺杆空压机的工作过程详细分析之压缩过程：，此时气体在齿沟内不再外流。其啮合面逐渐向排气端移动。啮合面与排气口之间的齿沟空间渐渐件小，齿。螺杆空压机的工作过程详细分析之排气过程：，直至齿尖与齿沟的啮合面移至排气端面，此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为0，即完成排气过程，在此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，进气过程又再进行。l。目录目录绪论绪论第一篇第一篇 生物质原料处理设备生物质原料处

18、理设备第二篇第二篇 生物反应设备生物反应设备第三篇第三篇 产物分离设备产物分离设备第四篇第四篇 其他设备其他设备第一篇第一篇 生物质原料处理设备生物质原料处理设备l第四章第四章 原料（物料）输送设备原料（物料）输送设备生物反应器生物反应器检测控检测控制仪表制仪表培养基培养基（）经加工经加工原料原料酶酶细胞细胞生物催化剂生物催化剂（游离或固定化）（游离或固定化）机械能机械能除除菌菌空气空气产品提取纯化产品提取纯化副产品副产品产品产品废物废物热能热能营养物营养物典型工业生物技术过程典型工业生物技术过程培养基制备工艺过程：培养基制备工艺过程： - 啤酒发酵设备啤酒酿造工艺培养基制备工艺过程：培养基制

19、备工艺过程： - 本章内容本章内容1.斗式提升机斗式提升机2.带式输送机带式输送机3. 螺旋输送机螺旋输送机4. 气力输送设备气力输送设备思考题思考题1.23、4、能用于垂直输送的设备是哪些？5.固体物料气力输送的原理？垂直管道中实现气力输送的必要条件？一、生物反应物料输送设备一、生物反应物料输送设备 适用范围适用范围 垂直提升固体物垂直提升固体物料，适用于料，适用于。 斗式提升机结构斗式提升机结构装置和原理装置和原理 2- 3-4- 5- 6-7-外壳 8-把物料从下面的，随着，绕过， 斗式提升机将。的传动带一般采用，装在下或上面的传动滚筒和上下面的改向滚筒上。一般装有两条平行的传动链，上或

20、下面有一对传动链轮，下或上面是一对改向链轮。l斗式提升机一般都，以防止斗式提升机中粉尘飞扬。斗式提升机工作原理动画斗式提升机工作原理动画lhttp:/ 一、斗式提升机（斗式运输机）斗式提升机（斗式运输机）；1.适用物料：松散型、小颗粒物料。松散型、小颗粒物料。2.构造和原理 用胶带或链条做牵引件，将料斗用螺钉固定在牵料斗用螺钉固定在牵引件上引件上，牵引件再由鼓轮张紧并带动运行。（1）分为浅斗、深斗和尖角形斗浅斗、深斗和尖角形斗。（2）：即牵引带牵引带。胶带由若干层帆布组成的具有较强的牵引力。生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 有有三种类型。三种类型。深度小，斗口宽，易卸料，可用于深度大、

21、装料多，适用于干燥、易撒落的颗粒物料。斗式提升机斗式提升机- 套筒滚子链套筒滚子链 生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 分分和和两种。两种。掏取式喂入式生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 重力卸料重力卸料：适用干燥松散且磨损小的物料；：适用干燥松散且磨损小的物料； 离心卸料离心卸料：适用黏度较大或较重不易甩出的物料。：适用黏度较大或较重不易甩出的物料。NE型斗式提升机 结构传动鼓轮、张紧鼓轮环形牵引带或链料斗机壳和装卸料装置等装料和卸料装料方式有喂入式和掏取式两种。卸料方式主要为重力卸料和离心力卸料两种重力卸料和离心力卸料两种。结构示意图结构示意图优点、缺点优点、缺点节省空间节省空

22、间提升高度大提升高度大产能大产能大能耗大能耗大。1、适用物料：、适用物料：松散状干湿物料及成件制品松散状干湿物料及成件制品。 由绕在由绕在两个鼓轮（主动轮和从动轮）两个鼓轮（主动轮和从动轮）上的封闭环上的封闭环形组成的形组成的运输系统运输系统，主动轮靠，主动轮靠摩擦力摩擦力带动环形带带动环形带运转，环形带再靠运转，环形带再靠摩擦力摩擦力带动上面的物料，达到带动上面的物料，达到运输的目的运输的目的。带式输送机带式输送机带式输送机带式输送机结构装置组成：结构装置组成：l（1）带：带：有等几种。橡胶带多用。l（2）托辊：托辊：目的为。分上下托辊，下一种。l（3）鼓轮：鼓轮：为，为，其作用是。： 传动

23、装置传动装置主要包括电动机和减速机电动机和减速机， 张紧装置张紧装置的作用是给胶带一定张力，。常用的张紧装置有重锤式重锤式和螺丝拉紧式两种和螺丝拉紧式两种。（：常用矩形漏斗式矩形漏斗式为好，加料较均匀。物料可在输送带末端自由落下，不需卸料器。也可用挡板在中途卸料。三、螺旋输送机（螺旋运输机）三、螺旋输送机（螺旋运输机）作用：既可的作用。适用于于，也可。螺旋输送机螺旋输送机 图图2：螺旋输送机工作原理示意图：螺旋输送机工作原理示意图生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 螺旋输送机螺旋输送机( (螺旋运输机螺旋运输机) ) ：松散的粉状或小颗粒状物料。：松散的粉状或小颗粒状物料。 ：螺旋输送机

24、螺旋输送机1-皮带轮（电机、减速器）2-螺旋3-外壳4-轴承5-轴生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 螺旋输送机螺旋输送机( (螺旋运输机螺旋运输机) ) 螺旋结构螺旋结构螺旋形状加热螺旋输送机和水平螺旋输送机加热螺旋输送机和水平螺旋输送机水平螺旋输送机水平螺旋输送机倾斜螺旋输送机倾斜螺旋输送机垂直螺旋输送机垂直螺旋输送机。3 3、可弯曲螺旋输送机可弯曲螺旋输送机 以挠性螺旋体作为构件，由电动机直接带动（或经减速后）旋转而输送物料。可以直线输送也可以弯曲输送。l结构简单、紧凑、外形小、可密封及中间卸料l能耗大、易磨损，短距离输送，混合l稀相气力输送系稀相气力输送系l密相高压气力输送系统密

25、相高压气力输送系统 生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 。F浮fFg颗粒在管道中的受力作用应用：。优点：设备简单，占地面积小，费用少，输设备简单，占地面积小，费用少，输送能力和输送距离的可调性大，管理简便，易送能力和输送距离的可调性大，管理简便，易于实现自动化。于实现自动化。缺点：动力消耗比较大，不适于输送潮湿的动力消耗比较大，不适于输送潮湿的和粘滞的物料。和粘滞的物料。稀相气力输送系稀相气力输送系l气力输送又称为固体颗粒气流输送、风力输送气流输送、风力输送。l一般垂直或水平输送物料垂直或水平输送物料。l 原理：。 颗粒在气流管中所受的三种力：重力，浮力和阻力，由三种力的大小关系而产生的

26、颗粒的三种运动方式； :粒子所受三力平衡时对应的气流速度。 垂直管中颗粒物料气流输送的流体垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学条件：力学条件： 垂直管中，垂直管中，。(浮力）（阻力）（重力）气流方向图12-25 颗粒受力情况FsWFa（2）颗粒在水平管中的悬浮）颗粒在水平管中的悬浮这是五种力作用的结果：可能发生的五种力，并不表示他们同时发生，比较复杂。（3）颗粒在输料管中的运动状态）颗粒在输料管中的运动状态l 气力输送的主要参量气力输送的主要参量: 粒子在静止流体中自由下落，最终达到匀速沉降时粒子的速度称为沉降速度。即作用于粒子的重力、浮力、阻力之和为零时的速度。 aassfCgdV34 ：粒子

27、在匀速气流中保持静止或悬浮状态时气流的速度称为悬浮速度 该粒子的悬浮速度。V V f。气力输送必要条件气力输送必要条件固体流态化固体流态化：颗粒物料与流动的流体接触，使颗粒物料呈类似于。优点优点l1、设备构造简单，制造、加工、安装都比较方、设备构造简单，制造、加工、安装都比较方便，控制费用少，建设时间短。便，控制费用少，建设时间短。l2、输送效率高，设备无回程运输。、输送效率高，设备无回程运输。l3、有利于实现散装运输有利于实现散装运输，节约包装材料，节省，节约包装材料，节省运输成本。运输成本。l4、劳动卫生条件好、劳动卫生条件好l5、在输送过程中，还可以只进行分选、干燥等在输送过程中，还可以

28、只进行分选、干燥等中间处理。中间处理。l6、可以输送处于加热状态的物料，并在输送过、可以输送处于加热状态的物料，并在输送过程中起到冷却的作用程中起到冷却的作用按输送气流的压力和设备组合不同可分为以下几种（1 1）生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 气流输送流程 根据设备组合不同，气流输送装置可分为根据设备组合不同，气流输送装置可分为。 真真空空输输送送 （低压）（低压）l稀相中、低真空吸送气力输送系统是，连续吸送物料的一种气力输送系统。连续吸送物料的一种气力输送系统。 输送强度较大，还可输送强度较大，还可输送潮湿物料输送潮湿物料。（空压机（空压机形式为气源）形式为气源） ） 生物反应物料

29、输送设备生物反应物料输送设备 气流输送流程如何选择压送式气力输送方式？如何选择压送式气力输送方式？ ；而较大的块状物料或过细的粉状物料，气流输送时困难较大。而较大的块状物料或过细的粉状物料，气流输送时困难较大。输送量少且是间歇操作的，不宜用气流输送。输送量少且是间歇操作的，不宜用气流输送。对对；。生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 气流输送流程气流输送流程生物反应物料输送设备生物反应物料输送设备 气流输送流程气流输送流程 压力输送压力输送 压力真空输送压力真空输送从几个不同地点，向一个送料点送料时，采用吸入式最从几个不同地点，向一个送料点送料时，采用吸入式最合适；合适；从一个加料点向几个不同的地方送料时，采用压送式最从一个加料点向几个不同的地方送料时，采用压送式最合适合适。移动式气力输送系统