发酵设备（共6篇）
发酵设备 篇1
吉林60万t/年燃料乙醇装置是目前国内最大的燃料乙醇生产装置, 其发酵过程需要高品质的压缩空气供给, 以保证发酵过程的连续、稳定。
1 发酵工艺用压缩空气质量要求
(1) 质量要求:无油, 露点≤-45℃、尘≤1μm。
(2) 压力要求:0.38MPa (表压) 。
(3) 气量要求:30～35m3/min, 8 000h/年连续运行。
(4) 压缩机排气温度:≤40℃。
2 设备选型要注意的问题
2.1 设备技术性能对比
能够满足上述要求的空压机种类较多, 但有两点值得注意:一是压缩空气必须无油, 否则会造成发酵罐内的物料染菌而产生异常发酵, 影响产品质量;二是该装置的发酵工艺是国外引进技术, 设备处理能力大, 容器较高, 液位达18m, 考虑罐顶气相压力和气路阻力等因素后, 供气压力要求要保证在0.35MPa左右, 压缩机出口压力在0.38～0.42MPa。该压力段是各类型通用空压机理论上的一个断档, 采用一段压缩, 供气压力达不到要求;两段压缩, 压缩机能力过剩, 设备实际工况偏离设计值, 工况不理想且存在功率浪费。
能够较好满足此工艺要求的空气压缩机有无油活塞式压缩机、无油螺杆压缩机和离心式压缩机等。从设备来源看, 有进口设备、合资设备和国产设备。由于国产螺杆式压缩机和离心式压缩机起步较晚, 大部分为引进技术, 制造工艺尚不完善, 性能不太稳定, 可靠性不高, 因此该项目未过多考虑;而无油活塞式压缩机虽能满足工艺要求, 但从性能的稳定性、可靠性及维护检修费用来分析, 不能满足发酵工艺长周期、平稳和高效运行的要求。主要缺点是结构较复杂、易损件多、可靠性较差、故障频率高、检修频繁且检修难度大、检修时间长及日常维护保养工作量大, 而且设备体积庞大, 安装费用高, 工作噪声大, 对环境影响较大, 不能很好的满足使用要求。进口螺杆压缩机和离心式压缩机, 技术先进, 工作平稳可靠, 能够长期稳定运行, 可以选用。
但选用螺杆压缩机, 还是选用离心式压缩机, 成为选型的焦点。从现代的设备管理理念出发, 设备的选型至关重要。在进行设备选型时, 不单要考虑技术上的先进性, 选用的设备能够很好地满足生产工艺, 还要重视设备的一次性投资、设备的维护检修费用和能耗等所有因素, 即设备的终生价值。只有从设备一生的全过程进行综合考虑, 实现设备在技术上的先进性与经济上的合理性的和谐统一, 才能达到获得最大投资效益的目的。在空压机的选型上, 我们就努力遵循这一原则。我们对两种类型的空压机进行了考察和技术对比。找出了各类型压缩机的技术特点, 从而掌握了各类压缩机对乙醇发酵工艺的适应性和各自的优缺点。
由表1可知:无油螺杆压缩机和离心压缩机可以较好的满足工艺要求, 喷油螺杆压缩机由于压缩后的空气中带有微量的油, 需要配置精密的除油过滤器才能达到发酵工艺用风要求, 运行时要定期更换油滤芯, 但喷油螺杆压缩机的排气压力较高, 一般单段喷油螺杆压缩机排气压力大于0.7MPa, 使用时压力过剩, 设备运行工况不理想, 不能较好的满足生产需要, 因此不宜选用。
离心式压缩机的优点是供气量大 (一般大于80Nm3/min) , 压缩空气质量好;缺点在于小流量 (小于50Nm3/min) 的压缩机叶轮制造较为困难, 设备价格偏高;当压缩机出口压力变化较大时, 易发生“喘振”的现象, 造成设备事故, 后果严重。所以开、停机和调节流量时要特别谨慎, 给日常操作带来不便。
无油螺杆压缩机, 供气质量好, 无需后处理装置, 气源压力稳定, 流量调节方便, 运行平稳。压缩机配上先进的PLC智能控制系统, 功能更加完备。选型的关键在于选择好工况压力。无油螺杆压缩机供货有两种, 分单段低压机[0.343MPa (3.5kgf/cm2) 以下]和两段高压机[0.686MPa (7kgf/cm2) 以上]。
低压机的最高工作压力为0.343MPa (3.5kgf/cm2) , 正常工作为0.245MPa (2.5kgf/cm2) 。可以在0.343MPa (3.5kgf/cm2) 压力下工作。
螺杆压缩机的压缩比和压力差是影响螺杆压缩机的尺寸、质量和性能的主要参数。特别是无油螺杆压缩机的转子之间不能直接接触, 阴阳转子是通过高精度的同步齿轮驱动的, 为了减小由于热膨胀产生的不均匀的变形, 必须重视压缩机压缩比的选择。
低压螺杆机属单段螺杆压缩机。单段合理的压缩比在2～3之间, 如果压缩比过高, 会产生很高的压缩热, 将破坏螺杆转子的工作环境, 影响螺杆机的使用寿命, 故单段螺杆压缩机的压缩比一般应选在2～3, 而要达到3.5～4.0的压缩比从制造技术上讲有很大难度。技术不成熟, 因此, 从设备的稳定运行方面考虑, 选用工作压力为0.343MPa (3.5kgf/cm2) 的低压、单段螺杆机存在较大风险。
与发酵工艺用气条件相比较, 常规两段高压机设计工况点的压力过高, 需降压使用, 这样设备效率会明显下降, 造成浪费, 而且设备运行时长期偏离设计工况点, 易造成故障或设备损坏, 影响生产, 故在选择设备时, 特别是招标的技术文件中, 一定要明确技术条件, 以便设备制造厂按使用条件合理分配两段压缩比, 设计生产符合发酵工艺的无油螺杆压缩机。
从以上分析看, 若采用单段无油螺杆压缩机, 设备将长期在极限工作状态下运行, 对设备产生不利影响, 会影响工艺用风的稳定, 存在一定风险。而根据工艺条件, 合理设计的两段螺杆压缩机将能很好的满足乙醇发酵工艺的需要。
2.2 设备经济性对比
空压机经济性评估要考虑下列因素:
(1) 初期投资:包括设备购置、厂房建设和安装调试等费用。
(2) 运行费用:包括动力、润滑油、冷却水消耗费用和操作人员费用。
(3) 维修费用:包括备品配件, 维修人员费用。
(4) 完全因维修压缩机带来的生产损失费用。
具体评估方法可采用平均年消耗费用评估, 即
式中:Fa为平均年消耗费用, Mpa为每年初投资折旧费;N为设备使用年限;fa为按年复利i计算的提成因子;Mm为设备购置费;Mp为厂房建造费;Mi为机器设备安装费;Mo为年操作运行费;me为每小时动力费;mw为每小时水费;mo为每小时润滑油费;h为年运行小时数;M1为运行人员工资数;Mr为每年修理费;Ms为配件更换费;M2为维修人员费;ML为专门由于压缩机检修造成的年生产经济损失。
如果选用无油螺杆压缩机或离心压缩机, 考虑各自的设备特点和主要投资因素将有两种设备组合方案进行对比分析, 见表2。
分析结果, 同样选择2台压缩机, 按一开一备方案对比, 选择2台无油螺杆压缩机比离心机可节省一次性投资114万元, 可节约运行维护费用58万元/台年。按10年平均年消耗费用估算, 2种设备平均年消耗费用相差56万元/台。
可见, 无油螺杆压缩机能很好的满足发酵工艺要求, 而且从设备购置、安装、运行和维护等经济因素上考虑, 也是最经济最合理的。
3 实际效果
燃料乙醇空压站按上述无油螺杆压缩机方案已投入运行, 并达到了预期效果, 不但满足了工艺要求, 而且得取得了良好的经济效益。
从这一设备选型案例中可以看出, 做好设备前期管理工作的重要性, 而设备的选型又是设备前期管理工作的一项重要内容, 一旦出现失误将会造成损失, 且难以弥补。设备的选择要在满足工艺参数的同时, 还要对各类型的设备充分考察, 做好技术和经济上的对比分析, 只有这样才能充分利用好有限的资金, 为工程项目选择到技术上先进, 经济上合理的设备。
摘要：根据燃料乙醇发酵工艺用空气的要求和特点, 对螺杆空压机和离心式空压机设备的技术特性和经济性做了对比分析, 结合这一实例探讨了设备选型时应注意的问题, 不但要做好技术论证, 还要做好经济对比, 保证设备投资的经济合理。
关键词：燃料乙醇,发酵,压缩机
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发酵设备 篇2
1 发酵设备故障特征分析
发酵工业生产均为流程型生产, 其生产设备一般由各种反应罐、储罐、计量罐和输送物料用的泵、阀和管道以及各种各样的分离设备和换热设备组成, 所有这些设备按照生产工艺线路组合在一起构成某种类型的发酵生产设备。
1.1 发酵过程对设备运行的要求
1.1.1 密封性要求
发酵生产实质上是通过生物技术获得一种菌体的代谢物。例如抗生素的生成过程实际上就是某种菌体的繁衍和生长过程。所以, 在发酵工业生产过程中要避免其他杂菌的污染。由于发酵生产的无菌要求, 用于发酵生产的设备都必须具有一定程度的密封性。又由于用于生成品提取的各种溶媒一般都具有易燃易爆性和有毒有害性, 同样对盛装溶媒的设备有密封性的要求。保证设备所有密封点的可靠性和防止出现各种漏点是设备维修的一项重要任务。
1.1.2 连续性要求
发酵生产是流程型生产, 整个生产是连续型的, 主要设备是一天24 h连续运行。以红霉素发酵罐为例, 7天为一个生产周期, 要求保证发酵罐在160 h左右的时间内稳定运行, 不能发生诸如搅拌不能运转或冷却管泄漏等严重功能故障。否则, 整罐料液或被污染或菌体停止生长而被迫放掉, 将造成上万元的经济损失, 同时也严重污染厂区周围环境。为此, 红霉素生产车间一般对每台发酵罐都是每7天检查修理1次。同时在发酵罐运行时, 维修人员通过耳听、眼看、手摸等, 检查发酵罐的振动、密封和转动部件温升情况, 据此发现发酵罐的潜在故障, 再有计划性地安排检查和修理。
1.1.3 抗腐蚀性要求
发酵生产所用原料大部分具有酸碱性, 对生产设备具有较强的腐蚀性。 (1) 设备在设计制造的时候尽量采用耐腐蚀性的材料或采用耐腐蚀性的结构设计; (2) 在设备使用阶段对易腐蚀部位或部件进行定期检查, 及时发现设备的潜在故障, 有计划性地采用修补技术或进行更换, 避免潜在故障发展到功能故障。
1.1.4 压力容器规范进行维护的要求
发酵工业生产中用到的设备常用具有较高压力的过热蒸汽进行灭菌, 在蒸汽灭菌时容器处于承受较高温度和较高压力的负荷状态。从安全性方面考虑, 发酵生产设备一般要求以压力容器的规范进行设计、制造和维保, 要求做到定期对生产设备进行检验及进行可靠性评价。
1.2 发酵设备故障模式分析
1.2.1 泄漏
在发酵工业生产中, 各种容器出现泄漏是经常性的。一条月产30 t四环素原料的生产线, 其静密封点数在30 000个左右, 各密封点都有可能出现泄漏, 因此在这样一个生产线上的某段时间内很可能随机地出现数个泄漏点。在一个设备管理工作做得较好的生产线上, 每30 000个静密封点的月均泄漏点数可以控制在10个以下。
1.2.2 磨损
磨损也是发酵工业设备的一种常见故障, 主要出现在设备转动轴的约束部位, 如轴承、套、轴封等处。磨损开始以潜在故障出现, 但如不能及时发现和处理, 将会导致功能故障, 如发酵罐搅拌转不起来, 物料输送泵打不上压, 或各种轴封泄漏等。对于单台设备转动轴的某一约束部位来说, 其磨损具有周期性, 但对整条生产线来说, 磨损这种功能故障的出现是随机的。
1.2.3 腐蚀
由于发酵生产所用物料的酸碱性, 其生产设备经过一定时间的使用后, 某些部位或部件甚至整体将被物料腐蚀。在整个生产线投入运行的前期, 腐蚀故障也不会出现, 由于每台设备的影响因素不同, 设备出现腐蚀的时间有差异, 但对被腐蚀设备如果能及时进行更换, 其整个生产线设备的腐蚀故障率是呈递增无限接近于某一个常数的趋势, 而常数的大小取决于生产所用物料的酸碱性大小及设备所用材料的抗腐蚀性。
1.2.4 疲劳
疲劳常发生于设备的受力部位, 是由于受力部位材料性能发生劣化, 其出现具有突然性。表现形式是断裂, 后果较严重, 或导致生产流程的中断, 或导致安全性事故。应将此故障的概率控制在可接受的范围之内, 但现有的故障诊断技术水平不能预测疲劳故障发生。因此, 对于重要设备的受力部件应进行定期的更换或修补, 其时间间隔可根据历史数据或设备制造单位提供的试验数据进行计算。
1.2.5 堵塞
堵塞是由于物料在设备通道中结块, 或混入物料的其他异物造成, 在发酵工业生产中经常发生, 其故障后果虽然不是很严重, 但也影响生产的正常秩序。堵塞的出现和设备本身没有关系, 是在生产中间由于操作不当或清洗不彻底造成的。堵塞的出现与设备的使用时间无关, 其往往在一段时间内出现的概率是固定的。概率大小和该段时间内操作人员责任心大小相关。
1.2.6 变形
在发酵工业生产中, 设备变形虽然很少发生, 但其故障后果非常严重, 往往造成整台设备报废, 甚至发生人身伤亡的安全性事故, 因此在生产中应严格防范。设备变形往往是由于超负荷运行引起的, 是由于人为因素造成的, 其发生与设备本身的可靠性等无关, 是一种偶然和随机的现象, 对于给定的设备外部环境因素, 从长期来看, 故障率是一个常数。
1.2.7 修理质量
质量包括两方面, 一是由于维修方法错误或者维修工责任心不强引起的维修质量问题;二是由于修理所用材料或备件存在质量问题。在发酵工业生产设备中约有三分之一故障是由于维修质量引起的。
1.3 发酵设备故障率分析
以可靠性为中心的设备维修管理思想对设备故障的研究是从宏观上把握规律性, 采用概率统计和随机过程的数学方法进行统计分析, 找出故障发生和发展的规律, 从而实现对故障的宏观控制。对故障的研究是从故障发生的概率上寻找规律性, 是基于设备低层次构件某种故障模式发生具有一定的规律性。这是由于以可靠性为中心的设备维修管理思想, 主要是从民航业发展起来的, 飞机构件故障模式较为单一, 机械转动构件故障模式主要是磨损, 承载构件主要是断裂。对于发酵工业设备来说, 故障发生具有多样性, 其故障发生的规律性就更为多样和不确定。
由于发酵工业生产对设备要求的特殊性及发酵工业生产设备影响因素的多样性, 使得发酵生产设备从整体到部件故障发生的规律具有特殊性。将以可靠性为中心的设备维修管理思想应用于发酵生产设备维修管理中, 应利用以可靠性为中心的设备维修管理思想, 寻找抗生素生产设备发生故障的特殊规律性。一个构件发生故障, 其故障模式可能有多种, 比如物料管道出现故障, 可能是由于疲劳、堵塞、腐蚀、磨损等多种模式引起。而每种故障模式的发生都具有其规律性。所以说, 发酵生产设备构件故障率曲线是由多种故障模式曲线叠加起来的。将故障的发生比作冰山, 如图1所示。以可靠性为中心的设备维修管理理论要从宏观上把握水面上“故障”的规律性, 就要研究水下部分各种故障“模式”发生的规律。
对于发酵生产设备的某一构件来说, 其某一次的故障可能由于疲劳、腐蚀、磨损、阻塞、变形、泄漏6种故障模式的1种引起。其长期故障率曲线是由这6种故障模式出现的概率密度函数决定的, 这6种故障模式概率密度函数曲线如图2所示。
从发酵工业设备故障模式概率密度函数曲线, 可得到发酵工业设备故障特殊的浴盆曲线, 如图3所示。
从浴盆曲线可以看到, 发酵工业设备某一构件的故障率在寿命周期内是逐渐增加的, 超过一定使用时间t1时, 其故障率急剧加大, 此时就须对其进行更换。
对于发酵生产设备来说, 有构件较多的复杂设备, 也有简单的几个构件的设备, 对于整个发酵生产线设备来说, 有更多的构件。每个构件故障率到达λ1的时间不一样, 更换的时间也不一样, 如果每个构件在λ1时都能得到更换, 则整个生产线设备故障率将趋于常数。如图4所示。
设备构件故障率曲线叠加构成设备故障率曲线, 设备故障率曲线叠加构成生产线设备故障率曲线, 发酵生产线设备一般由数量超过百台的设备组成, 其符合德雷尼克定律复杂设备的条件, 整个发酵生产线设备在正常的维护下, 其故障率曲线趋于常数。常数的大小取决于维修的技术水平和维修管理水平以及投入的维修费用。水平愈高, 故障率愈低, 同时维修费用也愈低。要达到更低的故障率 (维持更高水平的可靠度) , 就必须通过增加维修费用实现。
2 发酵设备维修的经济性分析
发酵生产线设备属于复杂设备, 在一定的维修水平下, 生产线设备故障率趋于常数, 其可靠度维持在一定的水平下。维修费用投资偏低, 生产线设备可靠度随之偏低, 生产损失费用相应的就偏大, 维修费用投资增大, 生产线设备可靠度随之增大, 生产损失费用相应的就降低。但是, 生产线设备可靠度增加到一定的水平, 如果要继续增加, 难度将无限增大, 这就意味着维修费用将大幅增大。因此, 如何选择一个合理的维修费用水平, 是发酵生产线设备保持在一定可靠度水平的关键。生产线设备可靠度、维修费用曲线、生产损失费用曲线和总费用曲线关系如图5所示。
生产线设备可靠度为R1时维修费最低, 但此时生产损失费用偏高, 总费用水平不是最低。生产线设备可靠度为R2时, 维修费用曲线和生产损失费用曲线相交, 此时生产损失费和设备维修费相等。但由于生产线设备可靠度超过R1时, 预防性维修费和检测费将导致维修费用大幅上升, 此时可靠度为R2时, 总费用也不是最低。总费用最低点Rm应该在R1和R2之间, 和总费用最低点对应的可靠度Rm就是发酵生产线设备对应的最经济的可靠度。
从图5可以看到:总费用最低点Rm应介于R1和R2之间。而随药品和原料市场价格上升等外部环境因素的影响, Rm向R2接近。因此, 随着价格上升因素的影响, 应逐年增加生产线设备维修费用水平。
生产线可靠度为Rm时, 设备维修应是最优的, 与Rm对应的生产线故障率λm应是最合理的。在给定的技术水平和市场环境等条件下, 要生产线故障率λ低于λm, 就造成过度维修, 如果生产线故障率λ达不到λm, 就可能造成维修不足。设备维修管理的主要任务就是合理地利用资源, 使得生产线设备运行的总费用达到最低。在短时期内, λm是相对固定的, 但是从长期来看, λm是随着技术水平和市场环境等条件的变化而变化。因此发酵生产线设备维修管理从长期来看是一种动态的管理。
3 结语
发酵工业生产的流程性, 决定了其生产线包含几百个功能和结构不同的单台设备, 设备之间以各种不同规格的管道相接。要保证发酵生产安全、经济运行, 就要确保生产线设备的运行保持在一定故障率水平上, 为此要研究特定发酵生产线设备的故障特点, 找出生产线设备故障规律。针对不同的生产线设备故障率水平, 在对应的外部环境因素下, 投入合理的维修费用, 从而使得生产线设备运行在一定的可靠度水平上。
我们将以可靠性为中心的设备维修现代管理思想应用到西安某大型制药公司抗生素发酵设备管理中, 取得了非常好的安全性、经济性和环境性效果。实践和理论证明, 为了提高发酵工业设备维修管理水平, 要不断地研究生产线设备故障特点, 找出生产线设备故障发生的规律性, 促使企业以可靠性为中心建立动态的维修制度, 从而取得利于企业发展和社会进步的经济效益。
摘要：基于发酵工业对生产设备的要求, 分析了发酵工业设备故障特征, 提出了发酵工业设备故障率曲线。并且根据发酵工业对设备的可靠性要求, 对发酵工业设备维修进行了经济性的分析, 提出了确定发酵工业设备维修费用的以可靠性为标准的依据。
关键词：发酵工业设备,故障特征,故障曲线,维修费用,可靠性
参考文献
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[5]涂忆柳, 李晓东.维修工程管理研究与发展综述.工业工程与管理, 2004.9 (4)
发酵设备 篇3
理实一体教学模式是按“实用为主、够用为度”的原则, 以职业标准要求为培养目标, 以专业技能训练为核心, 确定所需的专业理论知识, 将理论教学与技能训练有机结合起来, 以切实提高学生的理论水平和操作技能为目标, 将教学场所设置在理实一体化实验室或实训车间, 并由“双师型”教师采用灵活多样的教学手段、方法组织教学, 实现“教学做合一”的新型教学理念。本文以《发酵生产设备的运行与维护》教学为例, 对理实一体化教学的应用进行探讨。《发酵生产设备的运行与维护》是生物制药专业的必修课程, 为了实现人才培养目标, 通过课程教学提高学生的专业知识和专业操作技能, 本校部分课程实施了以培养学生职业能力为主线的理实一体化教学模式, 师生双方边教边学, 边学边做, 理论与实训穿插进行。本文以真实的理实一体化课堂教学实例, 来探讨理实一体化教学中需要注意的一些问题。
1 理实一体化教学实例
课程项目:好氧发酵设备的运行与维护子任务:蒸汽灭菌设备的维护。
课前准备:班级人数35人, 根据教学内容, 配备蒸汽灭菌设备2台, 本课题内容要求4课时完成, 要根据教学内容、仪器设备及学生人数进行课程设计, 对教学组织要做到心中有数。对于学生要求事先做好完成任务的实施方案。
教学目的:能够正确利用蒸汽灭菌设备进行培养基的灭菌操作, 并对操作过程中出现的异常情况进行处理。
理论及示范教学 (1.5课时) :详细介绍湿热灭菌原理和影响灭菌的因素, 对照蒸汽灭菌设备讲解如何进行水、电、气、汽源检查以及异常情况的处理;示范完成空气管道消毒、空消、实消、参数设定及冷却操作, 让学生对整个蒸汽灭菌设备的使用过程有一定的了解。随后重点讲解灭菌过程中空气及蒸汽的管道走向, 各个阀门的作用以及操作过程中的安全注意事项。
巡回指导 (2.5课时) :示范讲解结束后, 对学生进行分组练习, 组员之间相互配合进行操作, 安装讲解示范的操作步骤, 具体方式是一个同学在进行操作时其他同学在旁边观看, 然后轮流进行操作。同时老师也要在这个过程中进行巡视, 如果发现学生有操作失误和不会操作的地方应该适当的加以引导, 并时刻提醒学生在操作过程中注意安全。老师应该充分调动起学生的学习积极性和主动性, 鼓励学生进行操作, 帮助学生掌握技能。
教学小结 (5分钟) :在下课之前应该对本节课进行一个小结, 回顾一下这堂课的重点和难点, 对于一些学生经常出错的地方应该进行重点强调, 同时为了保证学生的学习积极性和主动性, 应该表扬那些操作比较熟练的学生。并要求学生回去编写蒸汽灭菌设备标准操作规程, 以巩固本堂课所学内容。
2 理实一体化教学的优点
2.1 理论与实践有机结合
理实一体化课堂上, 教师将讲授、示范、观察、操作、指导、评价同步进行, 学生们一边接收着理论知识, 就可以一边进行实践, 通过这种方式, 理论知识一定可以得到巩固。把理论和实践有机结合起来, 使学生变成教学的主体, 不仅可以增强学生的学习兴趣, 也能够提高课堂的教学质量。
2.2 有利于学生自主学习能力的培养
理实一体化的教学模式是以学生为中心, 以需求为动因, 以问题为基础实施的, 教师在教学的过程中引导学生进行思考、分析、归纳和总结, 过去学生们是“要我学”, 在这种模式下学生们是“我要学”, 很大程度上的增加了学生的主动性, 学生们通过主动的学习不仅可以挖掘自身的潜力, 拓展自身的思维, 还能够培养科学态度和创新意识, 有利于学生自主学习能力的培养。
2.3 学生学习兴趣浓烈, 课堂气氛活跃
理实一体化的教学模式改变了传统的教学模式下学生被动接受知识的局面, 学生们向主动实践的方向发展, 这种“以学生为主体、以老师为主导”的新的教学理念, 增加了师生在教学过程中的互动成分, 把教学变成了“知识的处理转换和行为的引导”, 课堂气氛变得更加活跃了, 学生们的学习兴趣也更加浓烈了。
3 理实一体化教学应注意的问题
3.1 转变学习理念, 培养学生良好的学习习惯和学习行为
传统的教育模式下高职学生习惯于被动的接受知识, 不适应这种情境互动的理实一体化教学模式;一般来说, 高职院校的学生学习基础都比较差, 而且自我约束能力和自学能力也比较差, 很有可能会出现学生没有按时完成老师作业的情况, 一旦出现这种情况, 难免会影响到教学进度, 甚至造成教与学的恶性循环。所以, 教师需要转变学生的学习理念, 培养学生良好的学习习惯和学习行为, 进而提高教学的实效性。
3.2 转变教师教学理念, 培养双师素质的专业教师
在传统的教学模式下, 很多的教师都具备丰富的理论知识, 但是没有实践经验, 理实一体化教学需要教师准备贴近岗位、适合学生的教学设计, 如果没有实践经验是无法胜任这项工作的, 所以, 高职院校应该加强与对口工作单位的联系, 加快“双师型”教师的培养。同时转变传统的教学理念, 把以教师为主体的传统授课模式转变为以学生为主体、教师为主导的新型教学模式。
3.3 建立科学、公正的考核方式, 督促学生参与评价和自我评价
现有的考核方式没有与岗位紧密的结合在一起, 重视理论知识, 忽视实践。我们应该建立科学、公正的考核方式, 督促学生参与评价和自我评价, 比如增加学生的过程性考核;增加学生的小组学习考核等。通过建立合理的考核机制, 增强学生的学习主动性和参与意识。
3.4 建设理实一体化实训室, 丰富教学资源
传统意义上的普通教室或多媒体教室已经不能满足理实一体化教学的需求, 必须要有与工作岗位相适应的硬件环境做保障, 以满足教学需要。
摘要：“理实一体化”教学作为高职院校专业课教学的一种新型的教学模式, 在教学场地、授课教师、教学方式、课堂管理、考核方式等方面都与传统教学模式有所不同, 本文就以《发酵生产设备的运行与维护》课程教学为例, 来探讨理实一体化教学过程中需要注意的一些问题。
关键词：理实一体化,发酵生产设备,教学
参考文献
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乙醇发酵废液的丁醇发酵研究 篇4
目前燃料乙醇的获得就是靠发酵法生产乙醇[5],然后经过蒸馏、脱水、变性,添加到汽油里面使用,每生产1t燃料乙醇就要产生10t左右高浓度的发酵废液。一般企业的发酵废液的处理采用物理-化学处理法[4]、生物处理法、浓缩煅烧法,其中生物处理法比较成功,如活性污泥法、厌氧甲烷发酵法等,但是这些方法都需要大量的投资和生产费用,得到的产品的附加值不是很高。
本实验结合河南天冠企业集团有限公司的实际情况,以乙醇发酵废液作为工艺水,添加适量的玉米粉或者木薯,作为丙酮丁醇菌种的培养基,生物发酵生产丙酮、丁醇,变废为宝,既节约了丙丁发酵的玉米粉和木薯的使用量,降低了成本,又节约了用水量。
1 试验机理
乙醇废液中含有2%左右的还原性糖,主要是葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和纤维二糖,其中酵母菌不能够利用木糖和阿拉伯糖,丙酮丁醇菌种能够利用这类糖;丙酮、丁醇发酵需要糖液浓度为6%左右和少量的氮源,乙醇废液中的酵母残体提供的氮源能够满足丙酮、丁醇发酵,那么能够节省1/3左右的原料和1/5左右的水资源。
1.1 实验材料和设备
乙醇发酵废液天冠集团
安捷伦1200高效夜相色谱安捷伦公司
安捷伦6890气相色谱安捷伦公司
所用化学试剂均为国产分析纯,气相色谱仪所用试剂为色谱试剂。
1.2 实验方法
1.2.1 原料预处理
1)发酵废液预处理
取适量的发酵废液,使用40%(M/V)的NaOH溶液将发酵液的pH调节到6.5左右。
2)发酵液中各种糖类测定
取50mL中和后的发酵废液,加入50mL的蒸馏水和5m L浓盐酸,100℃水浴45min,定容到250mL,过滤后取2mL溶液,15000转离心,送液相色谱检测。
3)玉米粉(木薯)中各糖类的测定
取2g玉米粉(木薯),加入100mL的蒸馏水和5ml浓盐酸,100℃水浴45min,定容到500mL,过滤后取2mL溶液,15 000转离心,送液相色谱检测。
单位:g
1.2.2 培养基的制备工艺
取适量的废液和一定量的玉米粉(木薯),混合拌匀后,在沸水中煮沸糊化,保持45min,分装500mL三角瓶,121℃蒸汽灭菌30min,提供接种使用,在培养基的制备过程中,总糖含量控制在60g/L。
2 实验方案的设计
2.1 玉米培养基中添加不同废液量对发酵结果的影响
废液的添加量是本实验的关键数据,实验过程中废液的添加量分别为50%、80%、100%,配比过程中保证废液中所含糖量不低于15g/L。接种后在培养箱中发酵48小时,使用色谱检测发酵废液中的各组分:单位:g/L
通过实验可以看出,酒精发酵后的发酵废液,经过再次制备培养基后,经过丙酮丁醇菌种的发酵,从原来的24.95g/L降低到3.6g/L,充分利用了废液中的大部分糖类,使废液中的糖类得到了新的转化。
2.2 酒精糟液中添加不同原料对发酵的影响
对玉米和木薯原料进行了发酵试验,经过试验发现玉米和木薯发酵结果不很相同,玉米原料的平均溶剂总量在18g/L~20g/L,木薯原料的平均溶剂总量在15g/L~17g/L,说明玉米的营养成分比木薯更适合丙酮丁醇菌种的生长。
2.3 氮源对发酵的影响
通过上面试验可知道,木薯原料发酵的效果不如玉米好,通过对二者的营养检测发现主要问题在于木薯的碳/氮比例不合理,氮源含量低,因此我们作了很多的氮源实验,主要包括醋酸铵、硫酸铵、硝酸铵、硝酸钠、尿素等无机氮源以及豆粕粉、玉米浆、麸皮等有机氮源。
有机氮源中玉米浆发酵效果不是很好;豆粕粉和麸皮作为添加原料,发酵结果比较理想(木薯用量保持培养基中含糖量为6%左右):
实验一:添加豆粕粉(单位:g/L)
通过试验证明薯类原料加入1.5%豆粕粉进行发酵能够达到纯玉米发酵的水平,并且丁醇含量也比较高。
实验二:添加麸皮实验结果
说明加入1%的麸皮用量能够改善原料的营养基础,使薯类作物完全被丙酮丁醇菌种利用,溶剂总量有很大提高,可能归根于麸皮里的蛋白质和各种氨基酸。
2.4 pH调节对提发酵的影响
由于酒精发酵废液的pH值通常都很低,对于丙酮丁醇菌种来说pH的调节也很重要,pH值过低影响发酵,pH值过高,加入NaOH或者Ca(OH)2的量就比较大,投入的成本也就比较高,因此我们在pH值的调节上进行了发酵试验,通过实验可知,发酵废液的pH调节到6.0左右基本上能够满足发酵,通常进行调节的时候pH可控制在6.0~6.5之间从经济上和操作可行性上都能够满足要求。
3 结论
本实验在利用酒精发酵废液中所含糖的基础上,通过加入适量的新鲜淀粉原料,重新发酵得到新产品,该工艺的理论基础是:不同生物种群对于事物中所含有的物质的利用是不同的,某类物种生产的废物可以作为另一类物种的原料,该理论不仅仅适用于酒精发酵废物的再利用,也可以适用于一切发酵废物的再利用,只要我们找到两种适合的物种。
摘要：通常酒精发酵废液中含有2%左右的还原性糖,为了减少这些糖类损失,我们利用丙酮丁醇菌种能够发酵淀粉和糖蜜的特性,在原来的废液中加入适量的新鲜的淀粉原料,配制成培养基,发酵后得到乙醇、丙酮、丁醇等产品。该研究能够使发酵废液中的还原性糖从2%降低到0.3%,充分利用了废液中的糖类原料,降低了发酵成本和污水处理成本,同时又节约了水资源。
关键词：发酵废液,还原性糖,丁醇,发酵,木薯
参考文献
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[4]张毅.淀粉发酵废水处理技术进展[M].工业水处理,1987(3).
益生菌发酵秸秆的发酵条件研究 篇5
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 受试菌种
从黑龙江省农垦科学院畜牧特产所实验室保藏菌株中通过纤维素酶活力、产酸力、酯化力、菌种拮抗性等指标的筛选, 共选出5种优良菌株供该试验使用。受试菌株及培养基见表1。
1.1.2 供试发酵原料
供试原料为玉米秸秆和稻草, 产自于哈尔滨市近郊, 经风干、粉碎、过20目筛, 保存于密封器具中待用。原料主要营养成分见表2。
1.2 试验方法
1.2.1 发酵试验
将完好保存的受试原料加水拌匀后灭菌, 然后将培养好的5株受试菌株分别按表3、表4方案组合接种 (组合方案4因素3水平, 其中室温为20～26℃) 。测试玉米秸秆发酵培养基 (100g秸秆、0.05g硫酸镁、0.1g硫酸铵、0.2g尿素) , 测试稻草发酵培养基 (100g稻草、0.05g硫酸镁、0.1g硫酸铵、0.2g尿素) 。菌种采用玉米糖化液培养基进行液体发酵, 液体发酵结束后作为玉米秸秆发酵用种子液。摸索最佳的菌种添加量、试验条件及试验时间。
1.2.2 样品测定
粗蛋白测定采用凯氏定氮法, 纤维素测定采用GBT 20806-2006和NYT 1459-2007。
2 试验结果与分析
按试验设计方案, 不同发酵条件对玉米秸秆和稻草的影响测试结果见表5、表6。
2.1 对玉米秸秆的影响分析
%
从表5的数据可以看出随着含水量的增加, 纤维的含量在发酵后的变化变小, 可能因为过多的水分, 抑制了菌初期的成长。数据中试验8的数据较为理想, 故采用10%的接种量, 80%的含水量, 自然发酵7d。
2.2 对稻草的影响分析
%
从表6的数据可以看出蛋白和中性洗涤纤维在发酵后有一定变化, 但酸性洗涤纤维基本没有变化, 可见混合菌种处理稻草的能力不是很强。由数据得, 试验8的蛋白提高较多, 中性洗涤纤维降解的较多, 因此使用接种量10%, 含水量80%室温发酵即可。
3 结论
采用该试验选育的5株菌发酵玉米秸秆或稻草, 能在一定程度上提高饲用秸秆的蛋白含量, 玉米秸秆提高1.42个百分点, 稻草提高1.41个百分点;发酵后分解纤维素、木质素的效果明显, 玉米秸秆、稻草的中性洗涤纤维分别可以降解4.06、3.12个百分点。因此, 采用上述菌种发酵秸秆可以提高秸秆的饲喂性。
参考文献
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发酵设备 篇6
1 材料和方法
1.1 材料与试剂
瑞士乳杆菌黄河水院食品实验室;保加利亚乳杆菌黄河水院食品实验室;嗜热链球菌黄河水院食品实验室;脱脂乳粉市售;白砂糖市售;邻苯二甲酸氢钾国药集团化学试剂有限公司;无水乙醇上海化学试剂厂;氢氧化钠天津市化学试剂六厂;酚酞天津市化学试剂一厂。
1.2 仪器与设备
DGG101-1电热鼓风干燥箱天津天宇机电有限公司;AB204-N型电光分析天平梅特勒-拖利多仪器(上海)有限公司;LSY型电热恒温水浴锅北京医疗设备厂;T1000型电子天平美国双杰兄弟(集团)有限公司;PHSJ-4A型实验室pH计上海精密科学仪器有限公司;NDJ-79型旋转式黏度计同济大学机电厂;LRH-250-A型生化培养箱广东省医疗器械厂。
1.3 实验方法
1.3.1 pH值的测定
用经过标准缓冲溶液标定的实验室PHSJ-4A型pH计进行测定。
1.3.2 酸乳黏度的测定
酸乳的黏度选用NDJ79型旋转式黏度计测定,测定时选用×0.1的转子进行测定,剪切速率为2028s-1,室温下测定。
1.3.3 滴定酸度的测定[1]
吸取10mL酸乳,置于150mL三角瓶中,加入40mL去CO2水,再加入0.5mL0.5%的酚酞乙醇溶液,0.1mol/L的氢氧化钠标准溶液滴定至微红色,在一分钟内不消失为止。消耗0.1mol/L氢氧化钠标准溶液的毫升数乘以10,即得酸乳得酸度。
1.3.4 乳酸菌发酵剂活力的测定[2]
取5g发酵剂,置于150mL三角瓶中,用40mL去CO2水稀释,加入3～5滴0.5%的酚酞指示剂,0.1mol/L的氢氧化钠标准溶液滴至微红色,1min内红色不消失为止,记下消耗的氢氧化钠标准溶液的体积,发酵剂的活力按下式计算。
活力(%)=消耗氢氧化钠的体积×0.009×100/发酵乳的质量/1.032
1.3.5 正交试验因素水平选择
实验取菌种配比、接种量、加糖量和脱脂乳含量作为考察的四个因素,每个因素取3个水平,设计L9(34)正交试验如表1。
2 结果与分析
2.1 发酵乳最佳接种量的确定[3]
在11%脱脂乳中加入8%的白砂糖,分别以1%、3%、5%、7%、9%的接种量培养,测定凝乳时间、凝乳pH值、黏度、酸度,结果如图1。
由图1可以看出,酸乳的凝乳时间在5.3～7.2h,pH值在4.1～4.5,黏度在5.3～5.8 mPa!s,酸度均在84～97!T之间,试验结果表明,接种量对凝乳的黏度和pH值基本没有影响,对凝乳的酸度影响也不是很显著。接种量对凝乳时间有一定影响,由图中可以看到,随着接种量的增加,凝乳时间在不断地减少,从7.2小时降至5.3h,可见适量增加接种量可以减少发酵时间,但接种量也不宜过多,否则会造成产酸过快而使乳清分离。综合考虑,瑞士乳杆菌的接种量以3%为宜,此时pH值为4.3,酸度为90.0!T。成品酸乳为乳白色,组织状态及发酵味良好,有极少量的乳清析出。
2.2 瑞士乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合拮抗试验
实验选用嗜酸性益生菌与酸乳生产中常用的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌作为酸奶发酵剂,如果发酵剂菌种之间有拮抗,将会使发酵剂失效,达不到预期的效果,所以应对发酵剂菌种进行拮抗试验。
将三种菌按1∶1∶1的比例接种于灭菌的脱脂乳培养基上,放入42℃的培养箱内培养至凝乳,进行镜检。油镜下观察凝乳中发酵剂菌状态发现,三种菌形态清晰,生长良好,并且三种菌基本保持了1∶1∶1的初始比例,这表明三种菌无拮抗,能够互利共生,可以混合作为酸乳发酵剂使用[4]。
2.3 正交试验设计及结果
记录各组的凝乳时间,将凝固后的酸乳放入4℃冰箱,熟24h后,测定凝乳的pH值、酸度和黏度,并进行感观评价,用SAS软件将评分结果作为考察的响应值进行分析,确定最佳工艺条件。
由表2可以看出,酸奶凝乳时间为3.3～4.5 h,短于单菌发酵凝乳时间;凝乳pH值4.0～4.3,酸度90.45～111.36!T,说明各组发酵剂生成酸有较大的差别,2号、3号、4号凝乳的酸度较高。经24h冷藏后,凝乳黏度差别明显,4号、7号、8号的黏度较大,几乎没有乳清析出;1号、2号、6号黏度小,凝乳较稀,有少量的乳清析出。感官评定5号得分最高,其次是7号和2号。
综合评价,5号比最佳设计组酸奶组织状态要好,并且香气更浓郁,所以酸乳的最佳发酵培养条件为
瑞士乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的配比为1∶2∶1,接种量为4%,加糖量为10%,脱脂乳浓度为9%。
3 结语
3.1采用瑞士乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌混合作为发酵剂，通过拮抗试验，无拮抗作用，可混合作为酸乳发酵剂。
3.2发酵酸乳的最优工艺条件为：瑞士乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的配比为1∶2∶1，接种量为4%，加糖量为10%，脱脂乳浓度为9%。
摘要：在酸奶中加入瑞士乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合做发酵剂,弥补单一的发酵菌发酵乳制品酸味重,风味欠佳的缺点,并对三菌混合发酵酸奶的工艺进行了优化设计。结果表明,瑞士乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌混合作为发酵剂无拮抗作用,可混合作为酸乳发酵剂。发酵酸乳的最优工艺条件为:最佳配比为1∶2∶1,接种量为4%,加糖量为10%,脱脂乳浓度为9%。
关键词：酸奶,瑞士乳杆菌,保加利亚乳杆菌,嗜热链球菌研究,发酵,培养条件
参考文献
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