生物工程设备复习习题(答案版)

生物工程设备习题

一、简答及看图题

1、压缩空气的预处理流程及压缩空气预处理设备的作用p58

要点：①掌握几种流程②流程的应用场合③流程中各设备起的作用

（1）压缩空气的预处理流程：

两级冷却、分离、加热空气预处理流程（潮湿地区）；冷热空气直接混合式空气预处理流程（中等含湿地区）；利用热空气加热冷空气流程；高效前置过滤空气预处理流程。

①两级冷却、分离、加热空气预处理流程：对各种气候环境条件都能适应；

油、水分离效率较高，并能使空气在达到较低的相对湿度时进行过滤，提高了过滤效率。适用于潮湿地区，其他地区可根据当地的情况，对流程中的设备做适当的增减。

特点：两次冷却、两次分离（好处：能够提高热导率，从而节约冷却水，使油水分离的较为完全）及适当加热。（加热至50℃左右，需使其相对湿度减低至50-60%的程度）

旋风分离器：经过第一冷却器冷却（30-35℃）之后，大部分的油、水物质都接近或达到露点温度，已经结成较大的颗粒，并且雾粒浓度较大。

丝网分离器：第二冷却器（20-25℃）使空气进一步冷却后析出一部分较小雾粒。（能够发挥丝网分离较小直径的雾粒和分离效率高的能力。

②冷热空气直接混合式空气预处理流程

特点：可省去第二次冷却后的分离设备和空气加热设备，流程较为简单可行，利用压缩空气来加热处理后的空气，冷却水用量较少。适用于中等含湿地区，但不适用合于空气含湿量高的地区。（没有经过冷却处理后的那部分压缩空气的油水怎么办？）

③利用热空气加热冷空气流程

利用压缩后热空气合冷却后的冷空气进行热量交换，从而使冷空气升温的过程，以达到减低相对湿度的目标。

④高效前置过滤空气预处理流程

特点：在压缩机前设置一台高效过滤器，采用泡沫塑料（即静电除菌）、超细纤维纸为过滤介质，并串联使用，使空气过滤后再进入空气压缩机。

（2）压缩空气预处理设备的作用：采风设备、粗过滤器、空气

压缩机、空气储罐、气液分离器等。

1）采风设备：

①采风塔（吸风塔）：越高越好，至少10m，设计气流速度8m/s左右。建在上风口。

②采风室：直接建在空压机房的屋顶上面，以节约占地面积和空间。

2）粗过滤器：前过滤器，安装在空压机吸入口前。（要求粗过滤器过滤效率高，阻力小，灰尘容量大）

①布袋式过滤器：滤布结构情况和能过滤的面积（因素）。滤布需要定期加以清洗，以减少阻力损失，可提高过滤效率。

②油浴洗涤装置：空气进入装置后通过油层进行洗涤，空气中的微粒由于被油黏附而逐渐沉降于油箱底部进而除去。

优点：除菌效果好，阻力较小，但是经过处理的空气中夹带油沫较多，对空气的质量影响很大，目前大型生物工厂已不在使用。

③水雾除尘装置：空气从设备底部空气入口处进入，经装置上部高压水喷下的水雾洗涤，将空气中的灰尘、微生物颗粒黏附沉降，从装置底部排出，而带有水雾的洁净空气，则经过上部的过滤网过滤之后进入空气压缩机。

④高效前置预过滤器：

3）空气压缩机：往复式空气压缩机（最常用、设备成本低，但出口空气压强不稳定，有脉动，需要用油降温，所以有油雾夹带）、离心式涡轮空气压缩机（最理想，流量大，出气均匀，不夹带油雾，不用设置空气储罐。其安装和维修保养要求高，适合大中型生物工厂使用）、螺杆式空气压缩机（整机安装，占地面积小，排气平稳，不含油雾，对设备的检修保养技术要求及维修费用高，一般是新型发酵工厂使用）。

4）空气储罐：

作用：消除压缩机排出空气时的脉动，维持稳定的空气压力；使高温空气在储罐里停留一定的时间，起到部分杀菌作用；利用重力沉降作用分离部分油、水。

5）空气的换热设备：加热设备和冷却设备，一般均采用列管换热器

6）析水除油设备

①旋风分离器（离心力）：结构简单、阻力较小、分离效果较高的气固或气液分离设备。

②丝网除沫器（p65）：属于填料过滤器，利用丝网的惯性拦截作用来分离空气中的油滴和水滴。

优点：具有比表面积大、自由体积大、重量轻、使用方便，除沫效率高及压降小。

缺点：在雾沫浓度很大的场所，会因为雾沫堵塞空隙而增大阻力损失。

2、新型连续喷射液化器的结构构成。传统液化加热器的弊端。汽槌现象产生的原因。P33 要点：①掌握新型连续喷射液化器各序号对应的名称②弊端：p33页1.2.3点，简答要点即可。③气槌原因：弊端中第一点部分内容自己总结。

（1）传统液化加热器的弊端：①会产生气槌现象（水锤效应），造成工作环境的低劣，对设备带来伤害，双向的反应物（蒸汽和冷液料）并没有变成单相的产物（热液料）。

②难于对高黏液料进行有效加热

③设备所占空间较大，蒸煮时间较长，耗用蒸汽量大。

（2）汽槌现象产生的原因：蒸汽本身带有较大的能量，当蒸汽与液料共存于金属管路或容器中时，高温蒸汽分子接触到相对低温的管壁立即冷凝成液体，造成瞬间的体积剧减。（这种瞬间的体积变化程度有如等量的水瞬间汽化爆炸，只是方向相反，也成为“内爆”。）

（3）新型连续喷射液化器的结构构成：

由针阀、进气口、液料进口及液料出口、水热器器身、喷嘴和协调管等部分组成。

3、培养基的连续灭菌流程p47

要点：了解三种流程及其特点。题型相对灵活。

（1）连消塔-维持罐-喷淋冷却器连续灭菌流程

特点：热效率高，无菌程度高，适用范围广；热和冷却水消耗大

（2）喷射加热连续灭菌流程

特点：蒸汽和物料密切混合，加热在瞬间内完成。

加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏少。可以采用高温灭菌，把温度升高到140℃而不至于引起培养基营养成分的严重破坏。设计合适的管道维持器能保持物质先进先出，避免了过热或者灭菌不彻底等现象。

（3）薄板换热器连续灭菌流程

特点：培养基在设备中同时完成预热、灭菌和冷却过程。虽然加热和冷却生培养液所需时间比使用喷射式连续灭菌稍长，但灭菌周期比分批灭菌小得多。由于生培养基的预热过程即灭

菌培养基的冷却过程，所以节约了蒸汽和冷却水的用量。

4、CIP清洗系统设备构成，啤酒发酵罐CIP清洗流程。CIP优点。P80

要点：①对照图2-3-3总结系统设备构成，②CIP清洗流程p80③优点：p80

（2）啤酒发酵罐CIP清洗流程

①直接用水冲洗

②加入占氢氧化钠的质量1%的耐碱性清洗助剂，然后在常温下用2%-4%浓度的碱溶液冲洗20min

③用水冲洗10min

④酸洗中和，用2%-3%浓度的HNO3清洗，约20min

⑤再用清水冲洗10min

⑥消毒，用1%的二氧化氯或双氧水冲洗10-15min以杀死微生物。

（3）CIP优点：

①能维持一定的清洗效果，保证产品的安全性

②节约操作时间、提高效率，以实现商业的最大利润

③节省劳动力，保证操作的安全性

④节省清洗用水和蒸汽

5、空罐灭菌的过程。P83

要点：p83第一段

（1）采用容器的气密性试验确证容器无渗漏，把所有的冷凝水排除阀打开后开启蒸汽进入阀，通入蒸汽升温

（2）当其内部有一定压强后，打开所有的排空气阀（注：排气阀上连接有空气过滤器，以保证发酵系统不受外界杂菌的污染，同时也防止生物反应系统内的生产菌株细胞进入环境中），以便把容器中原有的空气排除干净。

（3）当罐内温度升至121℃时，开始计算杀菌时间，注意在杀菌过程中，不断排出蒸汽管道和罐内的蒸汽冷凝水

（4）灭菌时间达到工艺规定的要求后，就结束灭菌操作，先关闭所有的排污阀和排气阀，然后关蒸汽进口阀，并且打开无菌空气进口阀，以确保罐内蒸汽冷凝后不致形成真空而导致杂菌污染，通常用无菌空气保压将罐内的压强控制在0.1MPa-0.15MPa之间。

6、 通用式发酵罐的基本结构p117

要点：p117页对照图4-1-1掌握通用发酵罐各序号对应的名称 7、 板框压滤机滤板、洗涤板、滤框的结构特点。过滤原理。P246

要点：①对照p246总结图7-2-4板和框的特点：三种板均为正方形，两侧有支耳，四个角开设小孔，左上角孔为洗液通道，右上角孔为料液通道。洗涤板左侧角孔有洗液进口，滤框右侧角孔有料液进口，过滤板下面的角孔为滤液或洗涤液出口，洗涤板下面的角孔仅为滤液出口。过滤板和洗涤板板表面有花纹，滤框中间是空的。②原理：p246页第二段

原理：工作时，预过滤的料液通过输料泵形成一定的压力，从固定端板的进料孔进入到各个滤室，固体物被截留在滤室中，并逐步在滤布上形成滤饼，直至充满滤室。穿过滤饼层的滤液，沿滤板凸出形成的沟槽流至滤板下方边角出口通道，集中排出机外。

8、 三级离心萃取机的工作原理p264

要点：p264页最后一段

工作时，被处理的原料液和萃取剂均由空心轴的顶部加入，重液沿着空心轴的通道下流至底部进入第三级的外壳内，轻液相由空心轴的流道流入第一级。在空心轴内，轻液与来自下一级的重液混合，再经空心轴上的喷嘴沿转盘最后被甩到外壳四周，靠离心力作用使两相分开。重液其流向为第三级经第二级再到第一级，然后进入空心轴的排出通道由顶部排出。轻液则由第一级经第二级再到第三级，然后进入空心轴的排出通道。

1. 电动机

2. 减速机

3. 机架

4. 人孔

5. 密封装置

6. 进料口

7. 上封头

8. 筒体

9. 联轴器 10. 搅拌器 11. 夹套 12. 载热介质出口 13. 挡板 14. 螺旋导流器 15. 轴向流搅拌器 16. 径向流搅拌器 17. 气体分布器 18. 下封头 19. 出料口 20. 载热介质进口 21. 气体进口

9、带式输送机的结构构成及特点p2

要点：①结合p2图1-1-1总结。②特点：p2第一段

主要构件：输送带、鼓轮、张紧装置、支架和托辊

特点（优点）：输送平稳，噪声小，输送中不损伤物料；连续输送能力强，动力消耗小，输送效率高；输送距离长（可达5000-10000m），工作速度范围广（每秒钟0.02-4m）；能倾斜和水平输送；结构简单，工作可靠，使用维修方便；能够向机身任何地方装、卸物料。

缺点：输送不密封，输送轻质粉状物料时易飞扬；设备成本高，输送带易磨损；不适于倾角过大的场合。

10、填料函轴封和机械轴封的优缺点p127

要点：p127页第二段、第三段

机械轴封

优点：

①清洁

②密封可靠。

③无死角。

④使用寿命长。

⑤摩擦功率耗损小。

⑥轴或轴套不受磨损。

⑦对轴的精度和光洁度没有填料函要求严格，对轴的震动敏感性小。

缺点：

①结构比填料密封复杂，装拆不便

②对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高，否则泄漏优点：

结构简单。

缺点：

①死角多，很难彻底灭菌，易渗漏和染菌

②轴的磨损较严重

③填料压紧后摩擦功率消耗大

④寿命短

填料函轴封：

11、机械搅拌通风发酵罐的优缺点p131

要点：P131自己总结

优点：

①pH和温度易于控制

②工业放大方法已规范化

③适合连续培养

④在搅拌桨的剪切力下，既强化流体的湍流，又对气泡具有良好的的破碎作用，降低了气泡的平均尺寸，提高了气液相界面积。两者有利于促进氧传递，使通气搅拌罐即使在发酵液黏度较高时也能满足细胞生长和代谢对氧传递的要求。

缺点：

①搅拌功率消耗大。

②因罐内结构复杂，不易清洗干净，易被杂菌污染，此外，虽装有无菌密封装置，但在轴承处还会发生杂菌污染。

③机械搅拌桨叶的剪切力易使丝状菌菌丝被切断，细胞受损伤。

二、填空题

1、固体物料的输送方式主要有两种：一种是（机械输送），另一种是（气力输送）。P1

2、带式输送机的主要构件包括（输送带、鼓轮、张紧装置、支架和托辊）等。P1

3、斗式提升机是将物料连续地由低处提升到高处的运输机械。其所输送的物料为（粉末状、

颗粒状和块状）p2

4、斗式提升机的装料方法分（掏取式和喂入式）两种。P2

5、根据斗的提升速度不同，斗式提升机有（离心式、重力式和离心重力混合式）三种卸料

方式。

6、按输送气流的压力和设备组合不同，气流输送流程可分为（吸引式输送流程、压送式输

送流程、混合式输送流程）三种。P4

7、气流输送系统中空气除尘器的作用是（回收粉状物料，减少损失；净化排放空气；防止

尘粒损害真空泵）。一般在分离器后和风机入口前装设空气除尘器。空气除尘器的形式很多，常用的除尘器有（离心式除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器）p7

8、在生物工厂中，应用较广的是罗茨鼓风机。它主要由（一个椭圆形机壳和一对转向相反

的8字形转子）所组成。罗茨鼓风机通常作（输送气体和抽真空）使用。P8

9、当从几个不同的地方，向一个卸料点送料时，采用（吸入式气流输送）最合适。而从一

个加料点向几个不同的地方送料时，采用（压送式气流输送）最好。P9

10、一般来说，对于大麦、大米等松散的粒状物料，最适宜用（气流）输送。而较大的

块状物料或过细的粉状物料适宜用（机械）输送。P9

11、泵是工厂里常见的输送液体并提高其压力的通用设备，使用较多的是（离心泵、往

复泵、螺杆泵）等。P9

12、隔膜泵是容积泵中较为特殊的一种形式。它是依靠（一个隔膜片的来回鼓动而改变

工作室容积）来吸入和排出液体的。隔膜片要有良好的柔韧性和耐腐蚀性能，通常用（聚四氟乙烯、橡胶）等材质制成。P12

13、固体物料的分选可用（筛分、力学、光学、电磁学）等原理的设备进行。其中（筛

分式分级和选别）机械仍然是目前应用最广泛的分选机械。P13

14、精选是粗筛后进行较为精确的分选，常用的精选机有（滚筒精选机和碟片精选机）

两种。P15

15、除石机用于除去原料中的砂石。常用的方法有（筛选法和密度法）。其中密度除石

机去石筛面筛孔形状为（突起鱼鳞形）。筛孔的作用是（通风）。P20

16、物料粉碎前后的（平均直径（粒度）比）称为粉碎比。一般粉碎机的粉碎比在（4）

左右时操作效率最高。当工艺要求的粉碎比较大时，常常采用（多级粉碎）。P22

17、闭路粉碎的优点是（成品粒度均匀，避免过度粉碎，生产效率高，功耗少）。P22

18、固体物料的粉碎通常分为（干法粉碎、增湿粉碎和湿法粉碎）三种。P22

19、锤式粉碎机的粉碎室由（机壳、齿板（冲击板）和筛板（筛网））组成。锤片是主

要的易损部件，为了提高使用寿命，除选用（低碳钢和优质钢）材料外，通常应进行（热处理）。P25

20、在啤酒生产中大麦芽的粉碎常采用（辊式粉碎机）设备。常用的设备形式有（两辊

式、四辊式、五辊式、六辊式）等。P27

21、啤酒厂糖化车间的四器组合由（糊化锅、糖化锅、过滤槽和煮沸锅）四种设备构成。

P38

22、对于小型罐，培养基分批灭菌操作采用间壁预热的目的是避免（直接导入蒸汽进罐

而产生大量的冷凝水使培养基稀释），还能防止（直接导入蒸汽造成的泡沫急剧上升而引起物料外溢）p46

23、培养基的连续灭菌设备流程有（连消塔-维持罐-喷淋冷却连续灭菌流程、喷射加热

连续灭菌流程、薄板换热器连续灭菌流程）三种形式，其中（薄板换热器连续灭菌流程）最节约蒸汽和冷却水的用量。P48

24、在培养基连续灭菌流程中，培养基加热设备有（套管式连消塔、汽液混合式连消塔

和喷射式连消器）等多种形式。P49

25、喷射式连消塔内设有折流帽的作用是（蒸汽和料液可碰撞挡板折流在扩大管进一步

混合均匀）。P50

26、培养基在维持设备内一般不需要补充加热，因为补充加热会（使培养基在维持设备

的壁上产生碳化、结焦等现象）。P52

27、板式换热器是由（一组长方形的波纹金属板）构成。板片表面压制成波纹形不但可

以（增加板的刚度，提高变形能力），还可以（增大传热面积及加强液体的湍动程度，提高传热速率）p55

28、生物反应器用无菌空气的制备系统包括（空气压缩、压缩空气的预处理和压缩空气

过滤）三个部分。P58

29、一般把（总空气过滤器）前面的工序称为空气预处理阶段。压缩空气预处理的目的

是（要保证空气过滤器中过滤介质的干燥，提高过滤介质的过滤效率）p58

30、压缩空气的预处理过程由（空气压缩、压缩空气的预处理和压缩空气过滤）三部分

组成。P58

31、按除菌机制不同，棉花与活性炭过滤器属于（深层介质）过滤，过滤除菌机理是（惯

性冲击、拦截、重力沉降、布朗扩散、静电吸附）。聚四氟乙烯微孔膜过滤器属于（绝对）过滤。P66

32、空气分过滤系统由（预过滤器、蒸汽过滤器、精过滤器）三部分组成。P70

33、空气精过滤器的开发经过了三个发展阶段，第一代为（微孔金属烧结膜材过滤器）

能滤除（0.3~0.5um）的微粒。第二代为（聚偏二氟乙烯膜过滤器和硼硅酸纤维涂氟膜过滤器），能滤除（大于0.01um）的微粒，第三代为（聚四氟乙烯膜过滤器）。P73

34、蒸汽过滤器由金属外壳和（管式烧结滤芯）组成。P76

35、CIP清洗是英文（clean-in-place）的缩写，即（就地清洗（原位清洗））。P80

36、机械搅拌通风发酵罐常用的换热装置形式有（夹套和内盘管）。P118

37、当夹套加热用水蒸气作为工作介质时，进口管应靠近夹套（上）端，冷凝液从夹套

（底）部排出。P118

38、如果夹套冷却用液体作为工作介质时，则进口管应安装在夹套（底）部。P118

39、机械搅拌通风发酵罐整体夹套多用于容积小于（5m3）的发酵罐或种子罐，中大型

发酵罐一般采用（半圆管夹套和蜂窝夹套）。P119

40、发酵罐通气装置作用是（向发酵罐内吹入无菌空气，并使空气均匀分布）。通气管

的出口应位于（最下层搅拌器的正下方）。P120

41、空气分布装置通常有（多孔环形管和单管）两种结构。工厂常采用（单管）通气装

置。P120

42、通用发酵罐常用的搅拌器类型为（涡轮式和旋浆式）。P121

43、发酵罐若采用多层组合搅拌器，最下层通常采用（径向流型）搅拌器。P122

44、搅拌轴一般从罐顶伸入罐内，对于大容积的大型发酵罐，也可采用下伸轴。一般上

伸轴可用（机械单端面）轴封，下伸轴采用（机械双端面）轴封，并用（无菌空气进行防漏）和冷却。P127

45、机械消泡装置主要有（桨（耙）式消泡器、半封闭式涡轮消泡器、离心式消泡器、

刮板式消泡器）四种。P128

46、气升式反应器有多种类型，常见的有（鼓泡塔式、环流式和空气喷射式）等p131

47、机械搅拌自吸式发酵罐的搅拌轴采用（下）伸入罐内的方式，最关键的构件是（带

有中央吸气口的搅拌器和导轮），也被称为转子和定子。P146

48、酒精发酵罐的几何形状主要有（蝶形封头圆柱形发酵罐、锥形发酵罐、圆柱形斜底

发酵罐、圆柱形卧式发酵罐）。一般体积小于600m3的酒精发酵罐为（锥形发酵罐），超过600m3的酒精发酵罐为（圆柱形斜底发酵罐）p153

49、我国现在大型啤酒发酵罐主要采用（锥形罐）。P158

50、啤酒发酵罐的冷却方式包括（间接冷却和直接冷却）两种。P160

51、啤酒发酵罐间接冷却方式是以（乙醇或乙二醇与水的混合液）作为冷却剂，直接冷

却方式则以（液氨）作为冷却剂。P160

52、啤酒发酵罐冷却夹套一般柱体部分设（两段或三段），锥底部分设（一段），锥底部

分设置冷却夹套主要为了（便于酵母回收）p159

53、动物细胞贴壁培养反应器包括（滚瓶培养系统、中空纤维培养系统）p185

54、动物细胞悬浮培养反应器包括（通气搅拌式反应器、气升式动物细胞培养反应器、

中空纤维细胞培养反应器）p186

55、植物细胞悬浮培养反应器包括（机械搅拌生物反应器、气体搅拌生物反应器）p193

56、植物细胞固定化培养反应器包括（固定床植物培养反应器、流化床固定培养生物反

应器、膜反应器）p196

57、一般来讲（高压匀浆器）最适合酵母和细菌的破碎，（珠磨机）对真菌菌丝和藻类

破碎更合适。P244

58、按照过滤推动力来分类，板框压滤机属于（加压过滤机），转鼓真空过滤机属于（真

空过滤机）。P245

59、离心机的离心分离因数是（离心力和重力）的比值。根据离心分离因数不同，可将

离心机分为（常速离心机f＜3000，中速离心机f=3000~50000，高速离心机f≥50000，超速离心机f＞2x105）。P251

60、管式离心分离机分两种，一种是GQ型，用于（处理悬浮液而进行液固分离的澄清

操作）；另一种是GF型，用于（处理乳浊液而进行液液固分离操作）。P252

61、碟片式离心机是在（管式离心机）的基础上发展起来的。在转鼓中加入了许多重叠

的锥形碟片，目的是（缩短颗粒的沉降距离，提高分离效率）。P253

62、碟片式离心机进行液固两相分离的澄清操作采用的是（无孔）碟片。P253

63、碟片式离心机进行液液固三相的分离操作采用的是（有孔）碟片。P253

64、工业上应用的膜组件主要有（平板式、管式、中空纤维式、螺旋卷式）四种形式。

P257

65、溶剂萃取设备包括（混合设备、分离设备、溶剂回收设备）三个部分。P261

66、蒸发设备由（蒸发器和辅助设备）组成。P276

67、生物工厂常用的膜式蒸发器包括（升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、升-降膜式蒸发

器、刮板式薄膜蒸发器、离心式薄膜蒸发器）p277

68、蒸发器的辅助设备主要有（捕沫器（气液分离器）、冷凝器、真空装置）p281