第三章__培养基的制备与灭菌设备

1、第三章第三章 培养基的制备设备培养基的制备设备 培养基的灭菌设备培养基的灭菌设备 原料的蒸煮与糖化设备原料的蒸煮与糖化设备 麦芽汁的制备设备麦芽汁的制备设备 淀粉水解制糖设备淀粉水解制糖设备掌握培养基的分批灭菌计算、连掌握培养基的分批灭菌计算、连 续灭菌流程和设备的结构及设计续灭菌流程和设备的结构及设计 了解培养基制备设备的结构和设计了解培养基制备设备的结构和设计 第一节第一节 培养基的灭菌设备培养基的灭菌设备 一、灭菌的基本理论一、灭菌的基本理论二、分批灭菌过程与计算二、分批灭菌过程与计算三、连续灭菌流程与设备三、连续灭菌流程与设备一、灭菌的基本理论一、灭菌的基本理论（一）灭菌目的（一）灭菌

2、目的1.1. 避免生物反应的基质或产物，因杂菌的避免生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产消耗而损失，造成生产转化率转化率的下降的下降2.2. 杂菌的代谢物质，会使所要产物的提取杂菌的代谢物质，会使所要产物的提取和分离变得困难，造成和分离变得困难，造成收得率收得率降低或使降低或使产品质量下降产品质量下降3. 3. 有些杂菌会分解产物，或有些杂菌会分解产物，或噬菌体裂解生噬菌体裂解生产菌细胞，使生产产菌细胞，使生产失败失败 灭菌：灭菌：射线灭菌、药物灭菌、热灭菌射线灭菌、药物灭菌、热灭菌分离：分离：离心沉淀、介质过滤离心沉淀、介质过滤（三）加热灭菌方式（三）加热灭菌方式培养基培养基加

3、热升温加热升温维持保温维持保温冷却降温冷却降温发酵发酵分批灭菌：分批灭菌：三个过程在一个设备内完成三个过程在一个设备内完成连续灭菌：连续灭菌：三个过程分别在不同的设备内完成三个过程分别在不同的设备内完成（四）灭菌要求（四）灭菌要求v达到无菌程度达到无菌程度v尽量减少营养成分损失尽量减少营养成分损失v降低能量消耗降低能量消耗（二）灭菌方法（二）灭菌方法上式积分上式积分0dd0kNNSNN（五）理论灭菌时间（五）理论灭菌时间微生物的受热死灭过程属于一级反应微生物的受热死灭过程属于一级反应kNNdd式中：式中： 受热时间受热时间 N N活菌个数活菌个数 k k反应速率常数，随反应温度变化反应速率常数

4、，随反应温度变化式中：式中： 理论灭菌时间，理论灭菌时间，s SSNNkNNk00lg303. 2ln1对数残留定律对数残留定律RTEAek式中：式中： E活化能活化能 T加热温度加热温度 R气体常数气体常数 A常数常数N0灭菌前，杂菌个数（浓度），个灭菌前，杂菌个数（浓度），个/mL Ns灭菌后，残存活菌个数（浓度），个灭菌后，残存活菌个数（浓度），个/mL 通常通常Ns103 k菌死亡的反应速率常数，菌死亡的反应速率常数，s1 与微生物的种类和加热温度有关与微生物的种类和加热温度有关 细菌死亡的活化能与培养基营养成分破坏的活化能细菌死亡的活化能与培养基营养成分破坏的活化能细菌死亡细菌死亡(

5、kJ/mol)酶、蛋白质或维生素破坏酶、蛋白质或维生素破坏葡萄糖破坏葡萄糖破坏活化能活化能E4.187(50100)4.187(226)4.18724v细胞死亡的活化能比培养基中营养成分破坏的活化能大得多细胞死亡的活化能比培养基中营养成分破坏的活化能大得多v当温度升高时，细菌的死亡速率的增加要比营养成分的破坏当温度升高时，细菌的死亡速率的增加要比营养成分的破坏 速率的增加大得多，而所需灭菌时间大大缩短速率的增加大得多，而所需灭菌时间大大缩短v采用高温短时间的灭菌方法，可以减少营养成分的损失采用高温短时间的灭菌方法，可以减少营养成分的损失（六）灭菌温度（六）灭菌温度加热温度和受热时间与灭菌程度和

6、营养成分的破坏都有关系加热温度和受热时间与灭菌程度和营养成分的破坏都有关系例例1：有一发酵罐，内装培养基：有一发酵罐，内装培养基40m3，在，在121的温度的温度下进行实罐灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢下进行实罐灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2107个，在个，在121 时的灭菌速率常数为时的灭菌速率常数为0.0287s-1。试求灭菌失败的几率为试求灭菌失败的几率为0.001所需的时间。所需的时间。解：解：(min)9 .23ln1)(0287. 0(001. 0)(10810210400114760SSNNktskNN个）个例例2：有一发酵罐，内装培养基：有一发酵罐，内装培养基40

7、m3，在，在131的温度的温度下进行连续灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢下进行连续灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2107个，在个，在131 时的灭菌速率常数为时的灭菌速率常数为0.25s-1。试求。试求灭菌失败的几率为灭菌失败的几率为0.001所需的时间。所需的时间。解：解：(min)7 . 2ln1)(25. 0(001. 0)(10810210400114760 SSNNktskNN个个）个个二、分批灭菌过程与计算分批灭菌过程与计算 ( (实罐灭菌或实消实罐灭菌或实消) )v升温：升温：将培养基置于将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热发酵罐中用蒸汽加热v保温：保温：达到预定灭菌达到预定

8、灭菌温度后维持一定时间温度后维持一定时间v降温：降温：冷却到发酵温冷却到发酵温度后接种发酵度后接种发酵（一）分批灭菌操作过程（一）分批灭菌操作过程加热升温阶段加热升温阶段v间接加热：间接加热：打开各打开各排气阀，将蒸汽引排气阀，将蒸汽引入夹套或蛇管进行入夹套或蛇管进行间接加热，待罐温间接加热，待罐温升至升至80809090，将排，将排气阀逐渐关小气阀逐渐关小v直接加热：直接加热：将蒸汽将蒸汽从进气口、排料口、从进气口、排料口、取样口直接通入罐取样口直接通入罐中，使罐温上升到中，使罐温上升到118118120120维持保温阶段维持保温阶段实罐灭菌的进汽和排汽原则实罐灭菌的进汽和排汽原则u“非进即

9、出非进即出”，所有与发酵，所有与发酵罐连接的管道在灭菌过程罐连接的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定中如果不进入蒸汽就一定要进行排汽，使所有管道要进行排汽，使所有管道都被加热蒸汽（或二次蒸都被加热蒸汽（或二次蒸汽）经过而实现热灭菌汽）经过而实现热灭菌v进汽：进汽：凡开口在培养基液凡开口在培养基液面以下的各连接管道及冲面以下的各连接管道及冲视镜管道都应进汽视镜管道都应进汽v排汽：排汽：凡开口在液面之上凡开口在液面之上者均应排汽者均应排汽v“三进四出三进四出”、“三进五三进五出出”冷却降温阶段冷却降温阶段v关汽：关汽：关闭各排汽、关闭各排汽、进汽阀门进汽阀门v通水：通水：向罐夹套或向罐夹套或蛇管

10、中通入冷却水蛇管中通入冷却水降温降温v送气：送气：向罐内送入向罐内送入无菌空气，降温不无菌空气，降温不降压降压（二）分批灭菌特点（二）分批灭菌特点 u优点：优点：不需要专门的灭菌设备，投资少；对不需要专门的灭菌设备，投资少；对 设备要求简单，对蒸汽的要求也比设备要求简单，对蒸汽的要求也比较较 低；操作简单易行，灭菌效果可靠低；操作简单易行，灭菌效果可靠u缺点：缺点：占罐时间长，发酵罐的利用率低；灭占罐时间长，发酵罐的利用率低；灭 菌所需时间较长，使培养基中营养菌所需时间较长，使培养基中营养成成 分破坏较多；用汽不平衡分破坏较多；用汽不平衡u适用：适用：生产规模较小或极易发泡、粘度较大生产规模较

11、小或极易发泡、粘度较大 难以连续灭菌的培养基灭菌难以连续灭菌的培养基灭菌（三）分批灭菌的计算（三）分批灭菌的计算v确定灭菌操作的时间和所需加热及冷却介质用量确定灭菌操作的时间和所需加热及冷却介质用量 1 1、灭菌操作时间、灭菌操作时间 v加热升温阶段加热升温阶段( (先间接加热，后直接加热先间接加热，后直接加热) )v维持保温阶段维持保温阶段（维持灭菌温度到灭菌时间）（维持灭菌温度到灭菌时间）v冷却降温阶段冷却降温阶段（间接冷却到发酵温度）（间接冷却到发酵温度）v2 2、加热和冷却介质用量、加热和冷却介质用量v加热蒸汽用量加热蒸汽用量（热量衡算）（热量衡算）v保温蒸汽用量保温蒸汽用量（估算）（

12、估算） 冷却水用量冷却水用量 （冷却水流量和冷却时间）（冷却水流量和冷却时间）1 1、灭菌操作时间、灭菌操作时间传热速率：传热速率：)(ddtTkFQ培养基：培养基：dtGCdQ1上式积分：上式积分：2111t -Tdt0ttKFGCd)(ddGC1tTkFt两式合并：两式合并：TG t蒸汽蒸汽冷凝水冷凝水v 加热升温阶段加热升温阶段( (先间接加热，后直接加热先间接加热，后直接加热) )v间接加热时间：间接加热时间：（不稳定传热）（不稳定传热）式中：式中：1间接加热时间，间接加热时间，h G培养基的质量，培养基的质量，Kg C1培养基的比热，培养基的比热，kJ/kg. K总传热系数，总传热系

13、数， kJ/m2.h. F传热面积，传热面积，m2 T加热蒸汽温度，加热蒸汽温度， t1加热前培养基的温度，加热前培养基的温度， t2加热后培养基的温度，加热后培养基的温度，间接加热时间：间接加热时间：2111lntTtTKFGCv维持保温阶段维持保温阶段（维持灭菌温度到灭菌时间）（维持灭菌温度到灭菌时间）v维持保温时间维持保温时间：不考虑升、降温阶段的灭菌作用时：不考虑升、降温阶段的灭菌作用时：计算升温阶段的灭菌作用时：计算升温阶段的灭菌作用时：pmNNkp0ln1pmkpeNN0式中：式中：p升温时间，升温时间，h （一般是指从（一般是指从100到灭菌温度的时间）到灭菌温度的时间）SSNN

14、kNNk00lg303. 2ln12 保温时间：保温时间：（灭菌时间）（灭菌时间）kmp阶段的平均灭菌速率常数，阶段的平均灭菌速率常数，s-12121TTkdTkTTm近似计算：近似计算：)4(6121中kkkkm式中：式中：k1T1（ 100）时灭菌速率常数，）时灭菌速率常数，s-1 k2T2（ 灭菌温度）时灭菌速率常数，灭菌温度）时灭菌速率常数，s-1 K中中(T1T2)/2时灭菌速率常数，时灭菌速率常数，s-1保温时间：保温时间：SpSpNNkNNklg303. 2ln12v 冷却降温阶段冷却降温阶段（间接冷却到发酵温度）（间接冷却到发酵温度）v冷却降温时间：冷却降温时间：（双变量不稳定

15、传热）（双变量不稳定传热）冷却水：冷却水：)(dd12ttWCtkFQmtTtTtttTtTtTtTtm1111lnln)()(平均温度差：平均温度差：tG Tt1冷却水冷却水mtttWCKF12移项：移项：tTtTtttWCKFm1ln12tTtTeWCKF12tTtTeAWCKF12设设AtTTt1则则两式合并：两式合并：培养基：培养基：dTGCdQ1)(121tAtTTWCAtTtTWC112)()11)(12AtTWC)(ddGCd121ttWCTdQ11d1GCd111GC2121tTTAAWCtTTAWCd2113d1GC210TTtTTAAWCd上式积分：上式积分：1211213

16、ln1GCtTtTAAWC式中：式中： T1培养基冷却前的温度，培养基冷却前的温度， T2培养基冷却后的温度，培养基冷却后的温度，冷却降温时间：冷却降温时间：ITTGCS)(1211加热蒸汽用量：加热蒸汽用量：式中：式中：I I加热蒸汽的焓，加热蒸汽的焓，kJ/kg 冷凝水的焓，冷凝水的焓，kJ/kgPFS2219. 1保温蒸汽用量：保温蒸汽用量：式中：式中：F排汽口的面积，排汽口的面积，m2 P罐内蒸汽压力，罐内蒸汽压力，atm 蒸汽比容，蒸汽比容，m3/kg2 2、加热和冷却介质用量、加热和冷却介质用量ACKFWln2121113ln1lnGCtTtTAAAKF冷却水用量：冷却水用量：12

17、113lnGCln11tTtTKFAAAl要求要求3时间完成冷却，试差求时间完成冷却，试差求A计算冷却时间计算冷却时间3和冷却水用量和冷却水用量 Q= W 3l已知冷却水流量已知冷却水流量W，计算，计算A2WCKFeA计算计算W和和Q分批灭菌讨论：分批灭菌讨论：v对于工业规模的灭菌操作，完成整个灭对于工业规模的灭菌操作，完成整个灭菌周期一般约需菌周期一般约需3h3h5h5h，其各阶段对灭，其各阶段对灭菌效果贡献大致如下：菌效果贡献大致如下： NN加加/N/N总总=20% =20% N N保保/N/N总总=75%=75% N N冷冷/N/N总总=5%=5%习题：习题：有一发酵罐，内装培养基有一发

18、酵罐，内装培养基18.5m3，于，于121下进行实下进行实罐灭菌。若每毫升培养基中含耐热芽孢杆菌罐灭菌。若每毫升培养基中含耐热芽孢杆菌2107个，个，灭菌失败几率是灭菌失败几率是103，试求，试求v不计升、降温阶段的灭菌作用，灭菌所需时间？不计升、降温阶段的灭菌作用，灭菌所需时间？ （logK14854/T+36.127）v其它条件不变，培养基体积增大一倍，灭菌时间是多其它条件不变，培养基体积增大一倍，灭菌时间是多少？少？v若已知升降温阶段培养基从若已知升降温阶段培养基从100升至升至121共需共需15min，那么升温结束时，培养基中残存芽孢数及在，那么升温结束时，培养基中残存芽孢数及在121

19、保温时间？保温时间？v若发酵罐的传热面积为若发酵罐的传热面积为25m2，则用，则用2kg/cm2（表）的（表）的蒸汽间接加热使培养基由蒸汽间接加热使培养基由25升至升至90，所需时间？，所需时间？（K=4.187400KJ/m3h 、 =1000kg/m3）若用若用10的冷却水，冷却灭菌后的培养基，将其从的冷却水，冷却灭菌后的培养基，将其从121降至降至30。已知当培养基降至。已知当培养基降至80时，冷却水出时，冷却水出口温度为口温度为30，求冷却水用量及冷却时间？，求冷却水用量及冷却时间？三、连续灭菌流程与设备三、连续灭菌流程与设备1、特点、特点连续灭菌（连续灭菌（连消连消）：）：将培养基连

20、续加热升温、将培养基连续加热升温、 保温灭菌、冷却降温保温灭菌、冷却降温 优点：优点：u 提高产量，设备利用率高提高产量，设备利用率高u 培养基受热时间较短，所含培养基受热时间较短，所含 营养成分破坏较少营养成分破坏较少u 蒸汽负荷均衡，操作方便蒸汽负荷均衡，操作方便u 降低了劳动强度，适宜自动降低了劳动强度，适宜自动 控制控制 缺点：缺点：需要专门设备，投资较大需要专门设备，投资较大 设备较多，染菌机会也相应较多设备较多，染菌机会也相应较多 .加热设备：加热设备：加热加热均匀均匀， 快速升温到灭菌温度快速升温到灭菌温度u（温度一致）（温度一致）.维持设备：维持设备：使培养基按使培养基按顺序顺

21、序流动，维持灭菌流动，维持灭菌温度达到灭菌时间温度达到灭菌时间u（时间一致）（时间一致）.冷却设备：冷却设备：传热速率高，传热速率高，尽快冷却到发酵要求尽快冷却到发酵要求温度，温度，密封密封性好，性好，回回收收热能热能2、要求、要求时间(min)温度图2-3 培养基连续灭菌过程中温度的变化20s20s2-3min144273、流程、流程.连消塔加热喷淋冷却连续灭菌流程连消塔加热喷淋冷却连续灭菌流程 图2-4 连续灭菌设备流程示意图1-配料罐（拌料罐）2-蒸汽入口 3-连消塔 4-维持罐 5-培养基出口 6-喷淋冷却 7-冷却水1234567v 培养基用泵打入培养基用泵打入连消塔连消塔与蒸汽直与

22、蒸汽直接混合升温接混合升温流程流程：连消塔、维持罐、喷淋冷却器连消塔、维持罐、喷淋冷却器v 达到灭菌温度后达到灭菌温度后进入进入维持罐维持罐v 维持一定时间后维持一定时间后经经喷淋冷却喷淋冷却进入进入发酵罐发酵罐.喷射加热真空冷却连续灭菌流程喷射加热真空冷却连续灭菌流程图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程生培养液蒸汽喷射加热器维持管膨胀阀急聚蒸发室灭菌好的培养液真空 v培养基用泵打入培养基用泵打入喷射加喷射加 热器热器与蒸汽混合升温与蒸汽混合升温流程流程：喷射加热、管道维持、真空冷却喷射加热、管道维持、真空冷却v进入进入管道维持器管道维持器保温保温 一定时间一定时间v进入进入真空闪急蒸发室真空

23、闪急蒸发室 冷却降温冷却降温特点特点图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程生培养液蒸汽喷射加热器维持管膨胀阀急聚蒸发室灭菌好的培养液真空 时 间 (min)温度图 2-3 培 养 基 连 续 灭 菌 过 程 中 温 度 的 变 化20s20s2-3min14427v加热和冷却在瞬间完成，加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏最少营养成分破坏最少v管道维持器保证物料先管道维持器保证物料先进先出，进先出，缩短保温时间缩短保温时间v真空冷却器需要真空冷却器需要安装一安装一台出料泵，或将其置于台出料泵，或将其置于发酵罐发酵罐10m10m以上的高处以上的高处v真空冷却可能造成培养真空冷却可能造成培养基基重新污

24、染重新污染 .板式换热连续灭菌流程板式换热连续灭菌流程流程：流程：薄板换热器加热、薄板换热器加热、管道维持、管道维持、薄板换薄板换 热器冷却热器冷却图2-6 薄 板 换 热 器 连 续 灭 菌 流 程维 持 段蒸 汽加 热段热 回收 段水 冷却 段生 培 养 液冷 却 水灭 菌 好 的 培 养 液特点特点v在一台在一台薄板换热器薄板换热器中完成培养液的中完成培养液的预热、加热及预热、加热及冷却冷却三个过程三个过程v培养液的预热过程同时为灭菌后培养液的冷却过培养液的预热过程同时为灭菌后培养液的冷却过程，程，减少了加热蒸汽和冷却水的用量减少了加热蒸汽和冷却水的用量4、设备构造和计算、设备构造和计算

25、 图2-8 连消器的构造出料口排液口蒸汽进口进料口图2-7 连消塔的构造 培养液蒸汽培养液（1）连消塔）连消塔作用：作用：加热培养基至灭菌加热培养基至灭菌 温度温度要求：要求：在在20s20s30s30s或更短的或更短的 时间内将料液加热时间内将料液加热 至至130130140140类型：类型：套管式、混合式套管式、混合式结构结构图2-7 连消塔的构造 培养液蒸汽培养液u用用两根两根以上管子套合组成以上管子套合组成u内管壁内管壁上开有上开有4545向下倾向下倾斜的小孔，孔径一般为斜的小孔，孔径一般为6mm6mm，孔距应从上到下减少孔距应从上到下减少使用使用u培养基由培养基由塔底进入塔底进入，与

26、小，与小孔中喷出的蒸汽连续混合，孔中喷出的蒸汽连续混合，升温后从塔上部流出升温后从塔上部流出u培养基在塔内培养基在塔内停留时间停留时间一一般般20s20s30s30s；流动速度要求；流动速度要求小于小于0.1m/s0.1m/s设计设计式中：式中： S加热蒸汽流量，加热蒸汽流量， kg/h 蒸汽比容，蒸汽比容， m3/kg u汽汽蒸汽流速，蒸汽流速，m/s，通常采用，通常采用2540 G培养基流量，培养基流量，kg/h 培养基密度，培养基密度，kg/m3 u液液培养基流速，培养基流速，m/s，小于，小于0.1 汽uSd36004v内管直径内管直径 d：v外管直径外管直径 D：duGD236004

27、液式中：式中： u汽汽蒸汽喷孔的速度，蒸汽喷孔的速度，m/s，2540 汽uSF3600v蒸汽喷孔数蒸汽喷孔数 n：式中式中 ：n 喷孔数，个喷孔数，个 F 蒸汽喷孔的总面积，蒸汽喷孔的总面积，m2 d1喷孔直径，喷孔直径，m ，0.0040.008214dFnv 塔高塔高H：式中：式中： H连消塔高，连消塔高，m 加热时间，加热时间，s，2030 液uH（2）维持罐）维持罐作用：作用：维持加热到一定维持加热到一定 温度的培养基达温度的培养基达 到灭菌时间到灭菌时间要求要求u维持设备不需另行加维持设备不需另行加热，但必须在设备的热，但必须在设备的外壁用绝热材料进行外壁用绝热材料进行保温保温u使

28、培养基按使培养基按顺序流动顺序流动结构结构u维持罐为维持罐为长圆筒形长圆筒形，上下为，上下为球形封头球形封头u罐顶部罐顶部安装有压力表、排汽安装有压力表、排汽管、人孔管、人孔u圆筒圆筒上有温度计测温孔、进上有温度计测温孔、进出物料管接口出物料管接口使用使用u进料管由圆筒上部侧面伸入，进料管由圆筒上部侧面伸入，在罐内通至下部，使料液在罐内通至下部，使料液自自下向上流动下向上流动，至上部侧面接，至上部侧面接管流出管流出u停止操作时，料液由底部接停止操作时，料液由底部接管排尽管排尽计算计算 容积：容积： 60vV式中：式中：V维持罐容积，维持罐容积，m3 料液体积流量，料液体积流量，m3/h，(G+

29、S)/ 维持时间，维持时间，min，取经验数据为，取经验数据为825 充满系数，取充满系数，取0.850.9 尺寸：尺寸：H:D=24:1（3）冷却设备）冷却设备作用：作用：将已灭菌的培养基冷却到发酵温度将已灭菌的培养基冷却到发酵温度类型：类型：喷淋冷却器、套管换热器、薄板换热喷淋冷却器、套管换热器、薄板换热 器、螺旋板换热器、真空冷却器器、螺旋板换热器、真空冷却器喷淋冷却器喷淋冷却器使用使用v培养基由排管培养基由排管下部进入下部进入，而由上部排出，而由上部排出v将水通过喷淋装置将水通过喷淋装置均匀均匀地淋在水平的排管地淋在水平的排管上，冷却管内的培养基上，冷却管内的培养基优点：优点：结构简单

30、结构简单缺点：缺点：传热系数小，需要较大的传热面积传热系数小，需要较大的传热面积 冷却水喷淋不均匀，耗水量较大冷却水喷淋不均匀，耗水量较大套管换热器套管换热器使用：使用：内管走热培内管走热培养基，内外管的间养基，内外管的间隙中走冷却水隙中走冷却水优点：优点：结构简单，易于维修和清洗结构简单，易于维修和清洗 适用于高温、高压流体，特别是小流量流体的换热适用于高温、高压流体，特别是小流量流体的换热缺点：缺点：流动阻力大，需要较多制造材料流动阻力大，需要较多制造材料构造构造u由一组由一组波纹金属板波纹金属板组成，组成， 板上有孔，供换热的两种板上有孔，供换热的两种 流体通过流体通过u金属板片安装在一

31、个侧面金属板片安装在一个侧面 有固定板和活动压紧板的有固定板和活动压紧板的 框架内，并用压紧螺杆压紧框架内，并用压紧螺杆压紧 薄板换热器薄板换热器组成部件：组成部件：换热板、密封垫片、压紧装置换热板、密封垫片、压紧装置v换热板换热板是用是用1mm1mm厚不锈钢板由水压机冲压成型厚不锈钢板由水压机冲压成型u改变改变刚度刚度，提，提高抗变形能力高抗变形能力u增大传热增大传热面积面积u加强液体的湍加强液体的湍动程度，提高动程度，提高传热传热速率速率v密封垫片密封垫片放置于放置于每片板的周边和每片板的周边和两个孔口，用于两个孔口，用于密封并分成两个密封并分成两个流体通道流体通道v调节密封垫片厚调节密封

32、垫片厚度可改变流体通度可改变流体通道大小道大小v压紧装置压紧装置将叠合将叠合在一起的各传热在一起的各传热板压紧，使密封板压紧，使密封垫片起到密封作垫片起到密封作用用特点特点1 1、传热系数大传热系数大（K K 5000kJ/h.m5000kJ/h.m2 2. . 15000kJ/h.m15000kJ/h.m2 2.）2 2、结构紧凑结构紧凑（250m250m2 2/m/m3 31000m1000m2 2/m/m3 3），占地），占地面积小面积小3 3、操作灵活性大操作灵活性大（传热面积可调，流体流程（传热面积可调，流体流程可变，可同时进行不同操作）可变，可同时进行不同操作）4 4、容易拆卸，清

33、洗方便，卫生条件较好容易拆卸，清洗方便，卫生条件较好5 5、允许操作、允许操作压力、温度压力、温度较低较低6 6、处理量处理量较小，适用于纯流体较小，适用于纯流体7 7、密封周边长，易、密封周边长，易泄漏泄漏T1t2T1t2T1t2T2t1T2t1T2t1流程流程1 1、并联流程：、并联流程：流流量大，温度变化量大，温度变化小小2 2、串联流程：、串联流程：流流量小，温度变化量小，温度变化大大3 3、混联流程：、混联流程：并并联满足流量要求，联满足流量要求，串联达到温度变串联达到温度变化要求化要求冷热流体不同流程冷热流体不同流程计算计算1 1、传热面积、传热面积F F：mQFKt2 2、薄板数

34、、薄板数Z Z：2FZf式中：式中：FF传热面积，传热面积，m m2 2 Q Q传热速率，传热速率，KJ/hKJ/h K K总传热系数，总传热系数，KJ/mKJ/m2 2.h.h. t tm m传热温度差，传热温度差， Z Z总板数总板数 f f单片板有效传热面积，单片板有效传热面积，m m2 2Gmb h u 3 3、每程并联流道数、每程并联流道数mm：4 4、流程数、流程数i i：12Zim 式中：式中：GG流体流量，流体流量，kg/skg/s 流体密度，流体密度，kg/mkg/m3 3 b b换热板宽，换热板宽，m m h h板间距，板间距，m m u u流体流速，流体流速，m/sm/s

35、12 miZ板式换热器规格型号表达方法板式换热器规格型号表达方法B板式换热器代号波纹代号组合形式总换热面积设计压力（Pa105）设计温度 （）单片板公称换热面积X斜波纹 R人字波纹 P平直波纹 J锯齿形波纹流程组合表达式流程组合表达式 式中： m1、 m2热流体第一、二程的流道数 n1、 n2 冷流体第一、二程的流道数 i i1 1、 i i2 2 热流体第一、二程 j1、 j2 冷流体第一、二程 .22112211jnjnimim第二节第二节 淀粉质原料的蒸煮与糖化设备淀粉质原料的蒸煮与糖化设备一、连续蒸煮糖化流程一、连续蒸煮糖化流程二、连续蒸煮糖化设备二、连续蒸煮糖化设备一、连续蒸煮糖化流

36、程、连续蒸煮糖化流程淀粉质原料蒸煮目的淀粉质原料蒸煮目的u糊化：糊化：高温蒸煮使原料的淀粉细胞膜和植物组织高温蒸煮使原料的淀粉细胞膜和植物组织 破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使 其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性 淀粉，便于糖化剂作用，使淀粉变成可发淀粉，便于糖化剂作用，使淀粉变成可发 酵性糖酵性糖u灭菌：灭菌：高温蒸煮的同时也把存在于原料中的大量高温蒸煮的同时也把存在于原料中的大量 微生物进行灭菌微生物进行灭菌方式方式v分批（间歇）蒸煮糖化分批（间歇）蒸煮糖化v连续蒸煮糖化连续蒸煮糖化 罐式连续蒸煮糖化罐式连续蒸煮

37、糖化 管式连续蒸煮糖化管式连续蒸煮糖化 柱式连续蒸煮糖化柱式连续蒸煮糖化v罐式连续蒸煮糖化，蒸煮温度较低，可节罐式连续蒸煮糖化，蒸煮温度较低，可节省能耗，操作容易控制，设备结构简单，省能耗，操作容易控制，设备结构简单，制造方便，为大、中型工厂广泛采用制造方便，为大、中型工厂广泛采用二、蒸煮糖化设备二、蒸煮糖化设备 图2-13 蒸煮罐1-粉浆入口 2-加热蒸汽管 3-糊化醪出口 4-安全阀接口 5-压力表 6-制液体曲醪出口 7-罐耳 8-温度计测温口 9-人孔3215468791、蒸煮罐、蒸煮罐构造构造u立式长圆筒与球形封头立式长圆筒与球形封头 焊接而成焊接而成u加热蒸汽管口与粉浆管口加热蒸汽

38、管口与粉浆管口 之间的距离约为之间的距离约为200mm200mmu罐外装有保温层罐外装有保温层粉浆加热器粉浆加热器u三套管式三套管式u加热快速、均匀加热快速、均匀u可提高蒸煮温度可提高蒸煮温度u增加生产能力增加生产能力101015%15%图2-16 加热器粉浆粉浆蒸汽蒸汽2、后熟器后熟器 图2-14 最后一个后熟器（气液分离器）1-糊化醪入口 2-糊化醪出口 3-耳架 4-自控液位仪表接口5-压力表 6-二次蒸汽进口 7-人孔 8-安全线 9-液位指示器8756493412糊化醪u蒸煮时仅在粉浆加热蒸煮时仅在粉浆加热器或蒸煮罐底部通入器或蒸煮罐底部通入蒸汽，其后各罐不再蒸汽，其后各罐不再加入蒸

39、汽，而称为加入蒸汽，而称为后后熟器熟器u后熟器压力逐渐下降，后熟器压力逐渐下降，糊化醪产生二次蒸汽，糊化醪产生二次蒸汽，由最后一个后熟器分由最后一个后熟器分离出来，故最后一个离出来，故最后一个后熟器也称为后熟器也称为汽液分汽液分离器离器v作用作用: :维持蒸煮温度达到维持蒸煮温度达到要求时间，使糊化醪煮透要求时间，使糊化醪煮透 图2-14 最后一个后熟器（气液分离器）1-糊化醪入口 2-糊化醪出口 3-耳架 4-自控液位仪表接口5-压力表 6-二次蒸汽进口 7-人孔 8-安全线 9-液位指示器8756493412糊化醪v要求：要求：蒸煮罐或后熟器的蒸煮罐或后熟器的直径不宜太大，避免醪液直径不宜

40、太大，避免醪液出现出现返混运动返混运动，保证醪液，保证醪液先进先出先进先出v数量：数量：罐数过多则压力降罐数过多则压力降过大，后熟器压力过低，过大，后熟器压力过低，以致醪液压不到最后一个以致醪液压不到最后一个后熟器，宜采用后熟器，宜采用3 36 6个个v薯干类薯干类原料蒸煮压力较低，原料蒸煮压力较低，宜采用宜采用3 34 4个个v玉米类玉米类原料压力较高，可原料压力较高，可采用采用5 56 6个个式中：式中：V1包括加热蒸汽冷凝液的糊化醪量，包括加热蒸汽冷凝液的糊化醪量，m3/h 蒸煮时间，蒸煮时间，h V2蒸煮罐或每个后熟器的容积，蒸煮罐或每个后熟器的容积，m3 N 蒸煮罐和后熟器的数目蒸煮

41、罐和后熟器的数目 最后一个后熟器的充满系数，约为最后一个后熟器的充满系数，约为0.5122(1)VV NV121VVN容容 积：积：蒸煮罐和各后熟器采用相同容积蒸煮罐和各后熟器采用相同容积)1(2NV尺尺 寸：寸： D:H=1:353真空冷却器真空冷却器 原理原理u在一定的真空度下对应在一定的真空度下对应的的沸点温度低于醪液温沸点温度低于醪液温度度u醪液醪液自蒸发自蒸发产生大量二产生大量二次蒸汽次蒸汽u蒸发蒸发汽化潜热汽化潜热取自料液取自料液本身本身u醪液很快降温到与真空醪液很快降温到与真空度度相应的沸点温度相应的沸点温度 v冷却冷却时间短时间短v无传热面无传热面，适用于粘，适用于粘度大、含固

42、体颗粒、度大、含固体颗粒、受热易结垢的物料受热易结垢的物料v需抽真空设备，需抽真空设备，动力动力消耗消耗多多v排料问题排料问题特点特点组成和结构组成和结构v组成：组成：真空冷却器、膜式塔、真空冷却器、膜式塔、真空泵或喷射器真空泵或喷射器v真空冷却器真空冷却器为圆筒形，圆筒为圆筒形，圆筒上有醪液切线进口，锥底上上有醪液切线进口，锥底上有出料口，顶部中心有二次有出料口，顶部中心有二次蒸汽排出口蒸汽排出口v二次蒸汽进入二次蒸汽进入膜式塔膜式塔，用冷，用冷水冷凝水冷凝v不凝性气体经不凝性气体经真空泵或喷射真空泵或喷射器器抽走，产生器内真空抽走，产生器内真空v若采用若采用水力喷射器水力喷射器抽抽真空，真

43、空冷却器可真空，真空冷却器可直接与水力喷射器连直接与水力喷射器连接，无需装置膜式塔接，无需装置膜式塔v真空冷却器和膜式塔真空冷却器和膜式塔必须必须安装在较高的位安装在较高的位置置，冷却的醪液和膜，冷却的醪液和膜式塔中的废水才能排式塔中的废水才能排出出123至糖化锅蒸汽空气混合气体料液冷水 图2-18 真空冷却器1-真空冷却器 2-膜式塔 3-喷射器计算计算v根据蒸煮醪所产生的二次蒸汽量和二次蒸汽流速根据蒸煮醪所产生的二次蒸汽量和二次蒸汽流速来确定真空冷却器的几何尺寸来确定真空冷却器的几何尺寸 （1）二次蒸汽量）二次蒸汽量kg/h 式中：式中：G 蒸煮醪流量，蒸煮醪流量，kg/h C 蒸煮醪的比

44、热，蒸煮醪的比热，kJ/kg. t1、t2蒸煮醪冷却前后的温度，蒸煮醪冷却前后的温度， r r二次蒸汽的汽化热，二次蒸汽的汽化热，kJ/kgrttGCW)(12式中式中: D 真空冷却器的直径，真空冷却器的直径，m W 蒸煮醪所产生的二次蒸汽量，蒸煮醪所产生的二次蒸汽量，kg/h 二次蒸汽的比容，二次蒸汽的比容，m3/kg u汽汽二次蒸汽的上升速度，二次蒸汽的上升速度，m/s，0.81.0（2）几何尺寸）几何尺寸汽uWD36004高度：高度：直径：直径：(1.52.0)HD例题：已知从汽液分离器排除顶糊化醪量为例题：已知从汽液分离器排除顶糊化醪量为12000kg/h,其其比热容为比热容为3.6

45、kJ/（kg.K）,温度为温度为100，要求冷却至，要求冷却至65，计算真空冷却器的基本尺寸。计算真空冷却器的基本尺寸。解：（解：（1）真空冷却器内产生的二次蒸汽量：）真空冷却器内产生的二次蒸汽量： hkJQ/1512000651006 . 312000查水蒸气表和二次蒸汽在查水蒸气表和二次蒸汽在65时的汽化潜热时的汽化潜热 r2343.4kJ/kg,故故真空冷却器内产生的二次蒸汽量为真空冷却器内产生的二次蒸汽量为 ：hkgW/2 .6454 .23431512000与与65相对应的真空度为相对应的真空度为76.3kPa（572mmHg）,在此温在此温度下蒸汽的密度为度下蒸汽的密度为0.161

46、1kg/m3,则二次蒸汽的体积流量为：则二次蒸汽的体积流量为： hmqv/40051611. 02 .6453hkg /8 .113542 .64512000器内排出的醪液量为经真空冷却后，从冷却（2）真空冷却器的直径和高度：取器内二次蒸汽的上升速度）真空冷却器的直径和高度：取器内二次蒸汽的上升速度不超过不超过1m/s，则真空冷却器的直径，则真空冷却器的直径D： muqDs2 .一般真空冷却器的径高比为：一般真空冷却器的径高比为：1: :1.52，现取，现取D: :H=1: :1.5，则真空冷却器的圆柱部分高则真空冷却器的圆柱部分高H：（3）醪液下降管（排醪管）的直径

47、：设糊化醪液密度）醪液下降管（排醪管）的直径：设糊化醪液密度1090kg/m3，取醪液在排醪管内下降为，取醪液在排醪管内下降为1m/s，则醪液下降，则醪液下降管管径管管径D: mD0607. 01109036008 .113544可选用可选用68mm4mm的无缝钢管的无缝钢管 （4 4）醪液下降管的长度：）醪液下降管的长度： mL77. 776057233.10选用选用L=8m mDH8 . 12 . 15 . 15 . 14糖化罐糖化罐 图2-19 连续糖化罐糊化醪进管 2-水和液体曲或曲乳或糖化酶进入 3-无菌压缩空气管 4-人孔 5-温度计测温口 6-杀菌蒸汽进口管 7-糖化醪出口 8-

48、搅拌器糊化醪无菌压缩空气糖化醪124 8 35676作用：作用：u将已降温至将已降温至60606262的的糊化醪，与液体曲或麸糊化醪，与液体曲或麸曲乳或糖化酶曲乳或糖化酶混合混合u在一定温度（在一定温度（6060）下）下维持维持一定时间（一定时间（303045min45min），使淀粉在酶），使淀粉在酶的作用下变成可发酵性的作用下变成可发酵性糖糖要求：要求：混合均匀混合均匀结构结构 图2-19 连续糖化罐糊化醪进管 2-水和液体曲或曲乳或糖化酶进入 3-无菌压缩空气管 4-人孔 5-温度计测温口 6-杀菌蒸汽进口管 7-糖化醪出口 8-搅拌器糊化醪无菌压缩空气糖化醪124 8 35676v圆筒

49、圆筒形外壳，球形或锥形底形外壳，球形或锥形底v罐盖罐盖有人孔，罐侧中部有温有人孔，罐侧中部有温度计测温口，在罐侧和罐底度计测温口，在罐侧和罐底有灭菌蒸汽接管口有灭菌蒸汽接管口v若进入的糊化醪未经冷却或若进入的糊化醪未经冷却或冷却不够，则糖化罐内需设冷却不够，则糖化罐内需设有有冷却管冷却管v罐内装有罐内装有搅拌器搅拌器1 12 2组，转组，转速为速为454590r/min90r/minv糖化罐一般在常压下操作，糖化罐一般在常压下操作，为减少染菌，可作成为减少染菌，可作成密闭密闭式式 计算计算v容积：容积： 式中：式中：V糖化罐容积，糖化罐容积，m3 糖化液流量，糖化液流量，m3/h 糖化时间，糖

50、化时间，min 充满系数，充满系数，0.750.8560Vv尺寸：尺寸： D:H=12:15.螺旋板换热器螺旋板换热器v螺旋形传热面螺旋形传热面构造构造v组成部件：组成部件：螺旋形传热板、螺旋形传热板、隔板、盖板、定距柱和连隔板、盖板、定距柱和连接管接管v由两张厚约由两张厚约2 26mm6mm的钢板的钢板平行卷制而成，构成一对平行卷制而成，构成一对相互隔开的同心相互隔开的同心螺旋通道螺旋通道v两板之间焊有两板之间焊有定距柱定距柱以保以保持两板间距和增加螺旋板持两板间距和增加螺旋板的刚度的刚度类型类型型型型型型型特点特点1 1、传热系数大传热系数大（K K4000400010000kJ/h.m1

51、0000kJ/h.m2 2.）2 2、结构紧凑结构紧凑，单位体积提供的传热面积大，单位体积提供的传热面积大3 3、流速较高流速较高(1(12m/s),2m/s),处理量较大处理量较大4 4、有自清刷能力有自清刷能力，因其介质呈螺旋形流动，因其介质呈螺旋形流动， 污垢不易沉积污垢不易沉积5 5、不易清洗，不能检修、不易清洗，不能检修6 6、允许操作压力、温度较低、允许操作压力、温度较低计算计算v传热面积传热面积F F：mQFKtv传热板长传热板长L L: :2FLa式中：式中：FF传热面积，传热面积，m m2 2 Q Q传热速率，传热速率，KJ/hKJ/h K K总传热系数，总传热系数，KJ/m

52、KJ/m2 2.h.h. t tm m传热温度差，传热温度差， L L一张传热板长，一张传热板长，m m a a板宽，板宽，m m，0.20.21.21.2，据流体性质而定，据流体性质而定第三节第三节 麦芽汁的制备设备麦芽汁的制备设备一、糊化锅一、糊化锅二、糖化锅二、糖化锅三、过滤槽三、过滤槽四、煮沸锅四、煮沸锅糖化车间工作任务糖化车间工作任务u辅助原料的辅助原料的糊化糊化u主辅原料的主辅原料的糖化糖化u糖化醪液的糖化醪液的过滤过滤u麦芽汁的麦芽汁的煮沸煮沸设备组合方式设备组合方式u两器组合：两器组合：糖化锅兼过滤槽、糊化锅兼煮沸锅糖化锅兼过滤槽、糊化锅兼煮沸锅u四器组合：四器组合：糊化锅、糖

53、化锅、过滤槽、煮沸锅糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅u六器组合：六器组合：在四器的基础上，增加一只过滤槽在四器的基础上，增加一只过滤槽 和一只煮沸锅和一只煮沸锅一、糊化锅一、糊化锅 图2-34 糊化锅大米粉进口 2-热水进口 3-搅拌器 4-加热蒸汽管进口 5-蒸汽冷凝水出口 6-糊化醪出口 7-不凝性气体出口 8-耳架 9-麦芽粉液或糖化醪入口 10-环形槽 11-污水排出口管 12-风门大米粉热水 污水糖 化 醪1234798121110作用：作用：加热煮沸加热煮沸 辅助原料辅助原料 使淀粉液化使淀粉液化构造：构造：锅底夹套间接加热锅底夹套间接加热 搅拌器靠近传热面搅拌器靠近传热面 弧形顶盖

54、接升气筒弧形顶盖接升气筒 环形集水槽环形集水槽二、糖化锅二、糖化锅作用：作用：使麦芽粉与水混合使麦芽粉与水混合 保持一定温度进行保持一定温度进行 蛋白质分解和淀粉蛋白质分解和淀粉 糖化糖化构造：构造：搅拌器靠近锅底搅拌器靠近锅底 弧形顶盖接升气筒弧形顶盖接升气筒 环形集水槽环形集水槽三、过滤槽三、过滤槽冷凝水出1/2蒸汽进1/2蒸汽进出料进料冷热水进口冷凝水出12345789101112131415 图2-38 糖化醪过滤槽1-油压缸 2-出槽口 3-减速箱 4-变速箱 5-耕槽装置 6-电动机 8-射水槽 9-槽体 10-入孔双拉门 11-入孔单拉门 12-槽盖 13 下粉筒 14 排汽管 15-筒形风帽6平底筛过滤槽平底筛过滤槽作用：作用：用于糖化醪用于糖化醪 液的过滤液的