生物工程 通风搅拌反应器习题参考答案
第1，2章通风搅拌反应器
一、单项选择题
1、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前___C___，以确保安全。
A.应该安装截止阀
B.应该安装安全阀
C.应该安装止回阀
D.不应该安任何阀门
2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___A___反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。
A.小于一个或等于一个
B.大于一个小于两个 D.等于两个
C.以上答案都不对
3、塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。
A. 蒸气
B. 酒精
C. 冷凝水
D. 热水
4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_____C_____。
A.圆盘平直叶涡轮搅拌器
B.螺旋浆式搅拌器
C.无搅拌器
D.锚式搅拌器
5、气升式发酵罐的优点是无需 B 。
A. 空气过滤系统
B. 搅拌器
C. 空气喷嘴
D. 罐外上升管6．机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是：( A ) A．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降
B．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升
C．与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变
D．通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降
7．对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：( C ) A．与通风量有关，与空气喷嘴直径有关
B．与通风量无关，与空气喷嘴直径有关
C．与通风量有关，与空气喷嘴直径无关
D．与通风量无关，与空气喷嘴直径无关
8. 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。
A.空气过滤系统
B.搅拌器
C.空气喷嘴
D.罐外上升管
二、多项选择题
1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用__ABC_____封头。
A.锥形
B.椭圆
C.蝶形
D.球形
2、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是__ACD___。
A.提高醪液湍流程度，有利于传质
B.增加发酵罐罐壁的机械强度
C.改变液流方向，由径向流改变为轴向流
D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率
3、气升式发酵罐的特点有BD
A. 高径比(H/D)比机械搅拌通风发酵罐的小
B. 无需机械搅拌
C. 无需空气压缩机
D. 溶氧速率较高
4、圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用ABC 与啤酒发酵醪进行热交换。
A. 乙二醇
B. 乙醇
C. 氨
D. 冷凝水
5、生产中使用的酒精发酵罐是受压容器，因此上下封头一般选用__ACD_封头。
A. 锥形
B. 球形
C. 蝶形
D. 平板
6. 喷射自吸式发酵罐的优点是。
A. 空气吸入量与液体循环量之比较高
B. 无需搅拌传动系统
C.
气液固三相混合均匀 D. 适用好氧量较大的微生物发酵
三、填空题
1 、目前，常用的通风发酵设备有、、和
等，其中应用最多的是。
2 、通风发酵罐的消泡装置有、、和
等。
3 、通风发酵罐的主要结构有、、
和等。
4 、嫌气发酵设备包括和等，酒精发酵罐的全体积公式为。
5、通用式发酵罐是典型机械搅拌通风发酵罐，其罐的传热装置有、
和等几种。
6．体外培养的动物细胞有两种类型,一种是________________，来源于血液、淋巴组织的细胞，许多肿瘤细胞（包括杂交瘤细胞）和某些转化细胞属于这一类型，可采用类似微生物培养的方法进行悬浮培养。另一种是________________，大多数动物细胞，包括非淋巴组织的细胞和许多异倍体细胞属于这一类型，它们需要附着于带适量正电荷的固体或半固体表面上生长。
7. 植物细胞悬浮培养所用生物反应器主要有和 。 8、植物细胞培养反应器的固定化细胞培养反应器有
、
和 等类型。 四、判断题
（×）1、100 m 3 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm 之间，所用变速装置为无极变速器，以调整搅拌转速。
（√）2、通用式机械搅拌发酵罐的高径比一般为1.7-2.5
（×）3、一个 10 吨左右的通用式机械搅拌发酵罐往往采用夹套作为传热装置。 （√）4、在发酵罐排气系统中安装的碟式消泡器的工作原理与离心分离机基本相同。
（×）5、用通用式机械搅拌发酵罐进行糖化酶（黑曲霉）发酵时，在维持搅拌功率不变的前提下，减少搅拌器直径Ｄ，增加其转速ｎ，有利于提高溶氧系数，因此在糖化酶（黑曲霉）发酵罐设计时，采用小Ｄ高ｎ，对发酵有利。
（×）6、通用式机械搅拌发酵罐中搅拌器的作用是打碎泡沫,促使二氧化碳从醪液中排出。
（√）7、100 m 3通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm 之间,所用变速装置多为三角皮带轮变速。
（×）8、空气进罐的最后一个阀门往往采用安全阀，这是防止由于操作失误造成的发酵液倒流入空气过滤系统。
（×）9、比较涡轮式搅拌器的三种形式，以平叶式所消耗功率最小。
五、概念
1. 搅拌器的轴功率
是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。
2. 全挡板条件
是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：
(0.1~0.12)0.5b D n n D D
?=?= D-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数
3. 气体截留率
在通风液体中由于充气而导致的体积增加率。通风前液体体积为 V L ,通风时体积的增加量为 V g ,则气体截留率
g
L g V V V ε=+
六、问答题
1. 以外循环为例来说明空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。
答：在罐外装设上升管，与发酵罐构成一个循环系统，在上升管的下部有空气喷嘴，空气以250~300米/秒的高速度喷入上升管，与上升管的发酵液密切接触，使上升管内的发酵液密度较低，加上压缩空气的喷流动能，因此上升管的液体上升入罐。罐内液体下降而进入上升管，形成反复循环，在上升管提供微生物所需要的溶解氧，使发酵正常进行。
2. 通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘?
答： 通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低。而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻挡，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。
3． 啤酒发酵罐由于操作失误就可能造成罐内真空甚至被吸瘪，叙述造成上述事故的原因,以及预防和修复(被吸瘪)的方法。
答：啤酒发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下转罐或进行内部清洗时造成的。由于大型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快，有可能造成一定的负压。另外，即便罐内留存一部分CO 气体,在进行清洗时,由于清洗溶液中含有碱性物质,与CO2 进行中和反应,除去了CO2 也可能使罐内形成真空。如果不即时进气，在外界压力作用下发酵罐就会被压瘪。所以大型发酵罐应设防止真空装置，在罐顶安装一个真空安全阀。真空安全阀的作用是当罐内出现真空时，阀门开启，允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平衡。
如果出现上述事故（发酵罐被吸瘪），可以用高压水涨法使其复圆。
4. 什么是轴封？机械轴封与填料函轴封相比有什么优缺点？
答：轴封是安装在旋转轴与设备之间的部件，它的作用是阻止工作介质（液体、气体）沿转动轴伸出设备之处泄漏。
机械轴封与填料函轴封相比优点是:
密封可靠，在一个较长的使用期中不会泄漏或很少泄漏。清洁，无死角，可以防止杂菌污染。
使用寿命长，正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用２～５年，最长有用到９年。
.维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。
轴或轴套不受磨损。
摩擦功率耗损少，一般约为填料函密封的10～50％
机械轴封对轴的精度和光洁度没有填料函要求那么严格，对旋转轴的振摆和
轴对壳体孔的偏斜不敏感，对轴的震动敏感性小。
适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种转速以及各种腐蚀性、磨蚀性、易燃、易爆、有毒介质的密封。
其缺点是：结构复杂，需要一定的加工精度和安装技术。
七、画图题
1. 画出通用式机械搅拌发酵罐(50 M 3
以上)的示意图，并至少注明十个部件
的名称。
2. 画出柠檬酸厂 5 M 3通用式机械搅拌种子发酵罐的示意图，并至少注明十个
部件的名称。 八、计算题（第1、2题可任选一题）
1．某味精厂需新建50M 3种子罐,装料系数为60%,已计算出主发酵期生物合成热Q 1=7.0×105kj/h ，搅拌热Q 2=8.5×104kj/h,查有关资料可知汽化热Q 3=1×
104kj/h ，醪液的比重为ρ=1.04×103kg/M 3，发酵温度为32℃，冷却水进口温度为15℃，出水温度为26℃，冷却水的平均比热Cp=4.186kj/(kg.℃)，罐内采用不锈钢盘管冷却，其规格为 53/60 (mm),壁厚3.5mm ，其导热系数λ=188 kj/(M ?h ?℃)，根据生产经验数据可取传热系数α1和α2分别为2700 kj/(M 2?h ?℃)和
1.45×104kj/(M 2?h ?℃)，另外管壁水垢层的热阻取 1/16750 M 2
?h ?℃/kj ，试求发酵罐冷却面积、盘管总长度和冷却水耗量。
参考公式： ；2
1
21lg 303.2)()(t t t t t t t t t F F F F m -----=?； ； 解:
1.总的热量
Q=Q 1+Q 2-Q 3=7.0×105+8.5×104-1×104 =7.75×105(kJ/h)
2.冷却水耗量 )/(1068.1)
1526(186.41075.7)(35
12h kg t t C Q W p ?=-??=-=
δλαα111121+++=S K )(12t t C Q W p -=m t ??=K Q A
3.对数平均温度差
4.K 值的计算
5.冷却面积
取整为38 M 2。
6.冷却蛇管总长度
2某抗菌素厂需新建30M 3种子罐，装料系数为60%，已计算出主发酵期生物合成热Q 1=4.4×105kj/h ，搅拌热Q 2=7.2×104 kj/h ，查有关资料可知汽化热Q 3 =1×104
kj/h ，醪液的比重为ρ=1.04×103 kg/M 3，发酵温度为32℃，冷却水进口温度为16℃，出水温度为25℃，冷却水的平均比热Cp=4.186 kj/ (kg · ℃)， 罐内采用竖式蛇管冷却，蛇管为水煤管，其规格为 53/60 (mm)，壁厚 3.5mm ，其导热系数λ=188 kj/ (M · h · ℃)，根据生产经验数据可取传热系数α1和α2分别为2.7×103 kj/(M 2 · h · ℃)和 1.45×103kj/(M 2 · h · ℃)，另外管壁水垢层的热阻取 1/16750 M 2 · h · ℃/kj ，试求发酵罐冷却面积、竖式蛇管总长度和冷却水耗量。
参考公式： ；2
1
21lg 303.2)()(t t t t t t t t t F F F F m -----=?； ；
解:
1.总的热量
Q=Q 1+Q 2-Q 3
=4.4×105+7.2×104-1×104
δλαα111121+++=S K )(12t t C Q W p -=m t ??=K Q A 6
)(6.10lg 303.2)()(2121C t t t t t t t t t o F F F F m =-----=?)C)/(J (011.9321675011880035.014500127001111112321????=+++=+++=h m k S K δλαα)(M 86.376
.1019321075.7t 25m =??=??=
K Q A )(1.2140565
.014.338m d A L =?==π
=5.02×105(kJ/h)
2.冷却水耗量
=1.33×104 (kg/h)
3.对数平均温度差
4.K 值的计算
= 1.932×103 kJ/(M 2 ·h·℃)
5.冷却面积
根据生产实际情况取整A=25M
2
6.竖式冷却蛇管总长度 0565.014.325?= =140.92 (M)
)(12t t C Q W p -=)1625(186.41002.55-??=)(9.10lg 303.2)()(2121C t t t t t t t t t o F F F F m =-----=?δλαα111121+++=S K 1675011880035.0145001270011+++=
m t ??=K Q A )(85.239
.1019321002.525
M =??=d
A L π=
3．有一50m 3的发酵罐，装料系数为0.7,罐的直径为3m,采用三层六弯叶涡轮搅拌器进行搅拌,搅拌桨直径为1m,搅拌器转速为130转/分,罐内装有4块档板,通气量为25m 3/min,罐压为0.05Mpa(表压),培养温度为28℃,发酵液的粘度为1.96×10-3Pa ·s,密度为1050kg/m 3,封头直边高度为0.04m,封头凸出高度为(1/4)D 求:液柱高度H L 及H/D?
不通气时的搅拌功率为多少?
通气时搅拌功率为多少?
解：
1） 求液柱高度H L 及H/D
从安全的角度，把50m 3的发酵罐认为是公称容积计算是很安全的，但罐的使用效率不高，从准确和有效利用的角度，将50m 3认定为全容积也是可行的，这里由于装料系数只有0.7,可以看作是全容积.
实际装料V=50×0.7=35m 3 下封头的体积为：3
222221815.3)6304.0(3434
13604.03464m h D h D V a b =+?=???+??=+=ππ
π
π
π
筒体实际装料为：V2=V-V1=35-3.815=31.185m 3
筒体装料高度 m D V H 414.43785.0185.314
2221=?==π 则液柱高度H L =4.414+0.04+0.75=5.2m
m D V V H H D V V 63785.0815.3250424222
121≈??-=-=+
=π
π总总 故高径比H/D=6/3=2
2）求不通气时的搅拌功率
由于具有4块档板，假定满足全档板条件，则
6322
1016.11096.11050160130?=???==-μρnd R eM ﹥104 P=Kn 3d 5ρ K=N P
对六弯叶涡轮，查表N P =5
P= Kn 3d 5ρ=5×(130/60)3×15×1050=53.4KW
由于H/D=2≠3
需进行校正
816.03
23)/(===d H f L P*=0.816×53.4=43.57KW
对多层搅拌器
Pm=P*(0.4+0.6m)=43.57×(0.4+3×0.6)=95.85KW
3) 求通气时的搅拌功率
发酵液黏度及密度符合范围，采用Michel 法求解：
d/D=1/3时，C=0.157
kW Q nd P C P g
g 87.37)25113085.95(157.045.0)(56.03
256.032=??== 采用通气准数法计算：
2615
.02
.5108.910505.0)05.01013.0(1013.0)27328273(6025105.0)1013.0(1013.0)273273(
660=????++?+?=??++?+=--L t g H g P t Q Q ρ 通气准数 12.0160
1302615.033=?==nd Q Na g
﹥0.035时, Pg/P=0.62-1.85N a
Pg=(0.62-1.85N a )P=(0.62-1.85×0.12)×95.85=38.15KW
第一章 培养原料预处理
1.
一般说来, 容器回转式混合器多为间歇式操作。√ 2.
锥形混合机是一种悬臂螺旋混合器。√ 3.
双锥形混合机是一种容器固定型。× 4.
植物性原料一般采用筛分原理分级机械设备。× 5.
滚筒式分级机的进料端的筛孔最小。√ 6.
利用空气做工作介质的气流式粉碎机可以产生抵消粉碎发热的效应。√ 7.
球磨机由电动机通过固定在筒体上的大齿圈带动转动。√ 8. 球磨机是指借助于 运动 状态、具有 形状和尺寸 的研磨介质所产生的 冲
击 、摩擦 、 剪切 、 研磨 等作用力使物料颗粒破碎的研磨粉碎机。其粉
碎效果受磨介的 研磨介质的形状、尺寸、配比运动形式 、 物料充满系数 、 及原料的 原料粒度 影响。
9. 粉体物料混合设备，从运动方式上分有 容器固定式混合设备 和 容器回转式混
合设备 两类形式。从操作方式上分有 间隙式混合设备 式和 连续式混
合设备 式两种。只有 容器固定 式混合设备才能实现连续操作 。
10. 容器固定式粉体物料混合器采用 A 结构作混合件。
A. 螺旋
B.涡轮
C.锚式
D.框
11．容器回转式粉体物料混合器 D 。
A. 混合均匀度易控制
B. 只能间歇操作
C. 可用真空进料
D. A 、B 、和C
第二章 培养基制备与灭菌设备
一、选择题
1、连消工艺流程中，物料中的杂菌主要在哪个设备中被灭活（D ）
A 连消塔
B 喷射加热器
C 喷淋冷却器
D 维持管
2 无论是种子罐或发酵罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，称为空罐灭菌，对空罐灭菌的温度和时间的要求是（C ）
A 高温瞬时（133℃，15s ）
B 同实罐一样（115℃，8~15min ）
C 高温长时（127℃，45min ）
D 间歇灭菌（100℃，30min ，连灭三次）
3、在连续蒸煮糖化流程中，真空系统的作用是（AC ）
A 除去蒸煮醪多余的水分；
B 进一步加热杀菌；
C 冷却蒸煮醪
D 维持整个系统真空度
二、判断：（）
1、高温瞬时灭菌对营养成分保存有利（√ ）
2、连消塔中蒸汽对培养基加热是直接加热。（ × ）
3、蒸煮设备中后熟器不再通入加热蒸汽。（ √ ）
三、问答题
1、在培养基的灭菌过程中是否能做到绝对无菌？为什么？发酵生产中对培养基灭菌的无菌程度是多少？
答:
若要求灭菌后绝对无菌，即Ns=0，从上面公式可以看得出灭菌时间将等于无穷大，这对
生产来说是不可能，所以培养基灭菌后，在培养液中必然还产残留一定的活菌。工程上
通常以Ns=10-3个/罐来进行计算，即杂菌污染降低到被处理的每1000罐中只残留一个活
菌的程度，这就可以满足生产的要求了。
2、分批灭菌为什么要“三路进气”，分别是那三路进气，实罐灭菌的进气和排气的原则是什么？
答： 所谓发酵罐实罐灭菌的“三路进汽”就是在对培养基灭菌时，让蒸汽从空气进口、s
0N N log k 12.303
τ
排料口、取样口进入罐内，使培养基均匀翻腾，达到培养基灭菌之目的。这是因为这三
个管都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形成灭菌死角。实罐灭菌的进汽和排气原则
是“非进即出”，就是说所有进入发酵罐的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定要进
行排气，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通过，得以灭菌。不能有既不进汽也不排
汽的管道（死角）存在。
3、试画出连消塔加热灭菌流程图，并简述其结构特点及培养基连续灭菌的优点。
四、计算题
1． 一台连续灭菌设备，培养基流量 Q = 18 M 3／h ，发酵罐装料容积 75 M 3 ，培养基的原始污染程度为 105 个／ml ，发酵工艺要求因培养基灭菌原因引起的倒罐率为0.1%，即 Ns= 10-3个／批，灭菌温度 T = 398 K ，查图得此时的反应速度常数为 k=11分-1，维持段采用无缝钢管公称直径 Dg = 150 mm 。试求培养基连续灭菌过程中维持时间τ以及维持管的长度 L 约需多少。 解: N 0=75×103×103×105=7.5×1012
代入对数残留定律：
(min)32.310105.7log 111303.2log 1303.23
12
0=?==-s N N k τ根据实际情况取 6 分钟。 计算维持管的体积：38.160
61860m Q V =?
=?=τ 计算维持管的长度：m D V L 10215.048.142
2=?==ππ
第三章 分离设备
一、选择
1. 降低超滤过程中的浓差极化现象的手段可有 ABD
A. 采用错流操作
B. 提高液体的湍流程度
C. 降低过滤液体流速
D.升高液体温度
2. 超滤、反渗透两种膜分离技术的优点是 ACD
A. 分离过程中不发生相变化,与有相变化的分离法和其他分离法相比，能耗
要低。
B. 膜使用方便，不需洗涤与后处理操作，节约时间。
C. 由于只是用压力作为超滤和反渗透的推动力，因此分离装置简单，操作
方便。
D. 分离过程是在常温下进行的,因而特别适用于对热敏性物质的分离、浓
缩。
二、判断
1（×）板框式过滤机中，由滤布与滤板围成的空腔是容纳滤饼的空间。
2 （×）反渗透中的浓差极化增加了溶质透过膜的阻力。
3 （√）连续逆流离心萃取机中，重液由转鼓中心进入，逐层向外流动，而轻液是由转鼓外缘进入，逐层向内流动，在鼓中心排出。
4 （×）板框式过滤机的过滤与洗涤液在设备内通过的路径一样。
5 （×）离心分离因数是指离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值，它与转速成正比。
三、填空
1．在离心分离设备中膜分离设备有板式膜分离设备、管式膜分离设备、中空纤维管膜分离设备和螺旋卷式等几种形式。
2．离心分离因数表示离心机分离特性，是离心机离心加速度和重力加速度的比值。
四、问答题
1．工厂中要将奶油(酯)从新鲜牛奶中分离出来应该选用什么离心机？叙述该机分离奶油的原理。
答: 在工厂中要将奶油(酯)从新鲜牛奶中分离出来应该选用离心分离机，它能藉离心沉降速度的不同将互不溶解的两种液体分开。
离心分离机机的转鼓内有数十只(50-80)形状和尺寸相同的碟片，碟片按一定间距(0.5-1.2mm)叠置起来组成碟片组，每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几个对称分布的圆孔，碟片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂直的通道。（2分）两种不同重度液体的混合液进入离心分离机后，通过形成的垂直通道进入碟片间的隙道，并被带着高速旋转，由于互不溶解的两种液体重度不同，离心沉降速度也不同，重液（奶）的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，轻液（酯）的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，奶油(酯)和奶就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。
2．什么是超滤过程中的浓差极化现象，如何降低浓差极化现象？
答：待分离液从膜面一侧流过时，靠近膜面的液体处于层流状态；同时，当
水及小分子溶质透过膜面时，大分子的溶质在靠近膜面处被阻留。被阻留分子从膜面返回液体主体的速度受其通过层流区的扩散速度所控制，当这一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就必然会在膜面的一侧逐渐形成一高浓度的被阻留溶质层。这就是浓差极化。
随着浓缩倍数的提高，浓差极化现象越来越严重，膜的透过通量也越来越低。错流操作，和提高被滤液体的雷诺准数，都可以减小层流区的厚度，增大被阻留分子返回液体主体的速度，这是削弱浓差极化的重要措施。其中后者在操作上常通过提高流速和提高液温来实现。
3．离心机的分离因素其含义是什么？为什么高速离心机往往采用小直径高转速？
离心分离因数是指离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值。
f值越大，即离心力越大，越有利于分离，提高转速n比增大d对f有利得多4．叙述转筒真空过滤机的主要结构及工作过程。
见教材或课件
5．提高过滤速度的措施有那些？（不要求）
6.简述碟片离心澄清机、碟片离心分离机的概念，两者结构有何差异？
藉离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心机称作离心澄清机。藉离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离机。
在碟片固定位置开孔并形成垂直方向的分离通道结构的离心分离设备，碟片不开孔为离心澄清机。
萃取与离子交换设备
一、填空
1. 超临界流体萃取的工艺流程有ABD
A. 变压法萃取
B. 变温法萃取
C. 逆流萃取
D. 吸附萃取
2. 纯水的制备工艺中要用到下列哪些设备类型ACD
A. 膜分离设备
B. 连消设备
C. 离子交换设备D过滤设备3．离子交换设备中的反吸附离子交换罐，溶液流向是：( C )
A．上下相向流动B．自上而下C．自下而上D．不在所选之列二、名称解释：
萃取：分为液液萃取；固-液萃取以及超临界萃取，液-液萃取利用待萃取物（目标产物）在两个互不相溶的液相中溶解度的不同，从而达到分离的目的。
三、简述：
1．固体物料间歇式CO2超临界萃取的工作原理及主要设备构成；
超临界萃取：以介质温度和压力略超过或靠近临界温度和临界压力，介于气体和液体之间的流体作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分，再通过变温变压操作，萃取剂从超临界状态到气态，分离出目标产物。
主要设备：萃取器、分离器、压缩机（加压泵）、换热器、过滤器等。2．离子交换分离的机理及分离过程。
参见课件
3.层析设备由哪几个部分组成？
输液泵、进样器（阀）、色谱柱、检测器、分部收集器等组成。
4. 层析柱的作用是什么？常见有哪些层析柱？
充填层析介质（填料），实现分离过程。
玻璃柱、护套柱、径向柱等、不锈钢柱。
5.正向吸附和反向吸附离子交换器有何差异？反吸附离子交换罐中液体的流速是如何考虑的？
正向吸附为固定床，反向吸附为流化床；
结构上的差异比较：
料液的流动方向的差异比较：
液体的流速应使树脂沸腾但不能被带出
浓缩、结晶及干燥设备
一、单项选择题：
1. 真空煮晶锅的结晶过程是下列哪种原理 C 。
A. 采用降温来降低溶解度使溶液进入过饱和区结晶
B. 采用调pH到等电点来降低物料溶解度至过饱和区结晶
C. 蒸发溶剂，使浓缩溶液进入过饱和区起晶
D. 以上皆不正确
2.溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是__D___。
A.物料进口处或出口处采用浮头管板
B.蒸发器壳体应有膨胀圈
C.物料在加热管内有足够的浓缩倍数，一般为七倍
D.加热的蒸气与物料之间有足够的温度差和传热强度。
3.味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，是用___C_______使真空煮晶锅达到一定的真空度
A.往复式真空泵
B.蒸汽喷射泵
C.水力喷射泵
D.高压水泵
4. 水分含量高的浆状物料的干燥可选用以下的哪种干燥设备C
A 气流干燥器
B 流化床干燥器
C 喷雾干燥器
D 固定床干燥器
5. 冷冻升华干燥主要是升华______A_____。
A.游离水
B.结构水
C.冷凝水
D.气态水。
6. 真空冷冻干燥器的干燥室中，操作参数（温度、压力）在水相图的 A
A. 三相点之下
B. 三相点之上
C. 临界点之上
D. 临界点之下
7.沸腾造粒干燥器中，为使不同大小颗粒能在床层中分级，其形状设计为：C
A. 圆柱形
B. 圆锥形
C. 倒圆锥形
D. 长管状
8．热敏性的生物材料干燥最不适合的干燥设备是：( C )
A. 真空干燥设备
B. 冷冻干燥设备
C. 微波干燥设备
D. 喷雾干燥设备
二、多项选择题
1. 下列哪些设备内部是负压ACD
A升膜式蒸发器B机械搅拌通风发酵罐 C 离心泵 D 转鼓过滤设备
2. 下列哪些设备或流程中，同时需要加热以及冷却装置的有：ABCD
A 真空冷冻干燥设备
B 空气过滤系统
C 培养基的连消系统
D 淀
粉质原料的糖化流程
三、判断题：
1（√）结晶设备中的放料阀，为防止晶体堵塞多采用流线型直通式(Y形阀)，有时还加保温层。
2. （×）结晶时搅拌可使晶体与溶液产生相对运动而降低境界膜的厚度，促进溶质分子扩散来提高晶体长大速度，故搅拌速率越大越好。
3.√味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，可用水力喷射泵使真空煮晶锅达到一定的真空度
4.×溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是物料进口处和出口处应采用浮头管板，或者蒸发器壳体应有膨胀圈。
5.×味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，采用的是自然起晶法。
四、名词解释：
3.沸腾干燥
沸腾干燥是利用流态化技术,即利用热的空气流体使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使粒子中的水分迅速汽化，达到干燥目的。
2．冷冻干燥
冷冻干燥是将湿物料（或溶液）在较低温度下（-10—-50℃）冻结成固态，然后在高度真空（130～1.3Pa）下，将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程，也称升华干燥。冷冻干燥也是真空干燥的一种特例。
五、问答题
1. 蒸发过程的必要条件
①充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量。②保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。③一定的热交换面积，以保证传热量。
2. 简述冷冻干燥原理，实现真空冷冻干燥的必要条件是什么？
根据热力学原理，当压力降到某一数值时，水的沸点与冰点相重合，固态冰
就可以不经液态而直接转化为气态。这时的压力称为三相点压力，数值为609.3Pa，其相应的温度称为三相点温度，数值为+0.0098℃。如图所示，当压力低于三相点压力时，固态的冰经加热后直接转化为气态的水蒸汽。实现真空冷冻干燥的必要条件是干燥过程的压力应低于操作温度下冰的饱和蒸
汽压。常控制在相应温度下冰的饱和蒸气压的11
~
24
。如-40℃时干燥，操
作压力应为2.7～6.7Pa。
3．简述沸腾干燥原理及特点、可能出现的不正常现象
流化床干燥（也称沸腾干燥）是利用流态化技术，即利用热空气流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。流化床干燥中，热空气的流速与颗粒的自由沉降速度相等，当压力降近似等于流动层单位面积的质量时，床层便由固定态变化流化态，床层开始膨胀，颗粒悬浮于气流中，并在气流中呈沸腾状翻动，但仍保持一个明确的床界面，颗粒不会被气流带走。干燥过程处在稳定的流态化阶段。
1．传热传质速率大。2．干燥温度均匀，易于控制。3．连续化、自动化操作。且设备结构简单，生产能力高，动力消耗小。
(1)沟流和死床。(2)腾涌；（3)层析现象
4．喷雾干燥的特点
（1）干燥速度快、时间短，一般为3～3Os，由于料液雾化成20～60μm的雾滴，其表面积相应高达200～5O00m2／m3，物料水分极易汽化而干燥。
（2）干燥温度较低。虽然采用较高温度的热空气，但由于雾滴中含有大量水分，其表面温度不会超过加热空气的湿球温度，一般为5O～60℃，加之物料在干燥器内停留时间短，因此物料最终温度不会太高，非常适合于热敏性物料的干燥。
3）制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。但喷雾干燥的容积干燥强度小，放干燥室体积大，热量消耗多，一般蒸发1kg水分约需6000kJ热量，相当于消耗2.5～3.5kg的蒸汽。
5．气流干燥的特点
（1）干燥强度大。由于气体在干燥管内流速大，一般为10～20m/s，气一固间存在一定的相对速度，因而固体物料与空气之间产生剧烈的相对运动，使物料表面的气膜不断更新，大大降低了传热和传质的气膜阻力。一般干燥器全管平均体积传热系数为4200～1300kj/(m3·h·℃)。
（2）干燥时间短。物料在干燥管内仅停留1～5s即可达到干燥要求。因此对于热敏性物料仍可采用较高的介质温度。如用140℃的热空气干燥赤霉素，130℃热空气干燥四环素均能获得优质产品。
（3）适用性广。可使用于各种粉粒状、碎块状物料的干燥，粒径范围约为O.l～10mm。湿含量可大至3O％～4O％。
（4）设备结构简单。占地面积小，生产能力大，能连续操作，可实现自动控制。
气流干燥对物料有一定的磨损，因此不适合于对晶形有一定要求的物料，且热能利用程度较低，一般热利用率仅为3O％左右。
蒸馏设备习题
简述蒸馏分离的原理、蒸馏设备由哪些设备构成以及主要的蒸馏流程。
第三篇第1章空气预处理及除菌设备练习
一、选择题
1、空气过滤系统中旋风分离器的作用是_____A_________。
A.分离油雾和水滴
B.分离全部杂菌
C.分离二氧化碳
D.分离部分杂菌
2、空气过滤系统中空气加热器的作用是____B_________。
A.对空气加热灭菌
B.升高空气温度，以降低空气的相对湿度
C.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份
D.升高空气温度，杀灭不耐热的杂菌
3、安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是____D__________。
A.将空气过滤为无菌空气
B.过滤分离空气中的油雾
C.过滤分离空气中的部分水滴
D.减轻总空气过滤器的过滤负荷
4、贮气罐的作用是______AC_______。
A.利用重力沉降作用分离部分油雾。
B.降低罐内空气温度。
C.防止由于往复式空压机所产生的脉冲而引起的压力波动。
D.升高罐内空气温度，使相对湿度下降。
5. 好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是ABD___
A.给培养微生物提供氧气
B.也能起一定的搅拌作用，促进菌体在培养基中不断混合，加快生长繁殖速度
C.打碎泡沫，防止逃液
D.保持发酵过程的正压操作
6、为了减轻空气过滤系统的负荷空气压缩机最好选用____B_____空气压缩机。
A.往复式
B.离心式
C.高压
7、空气过滤系统中丝网分离器的作用是分离________AC______。
A.油污
B.全部杂菌
C.水滴
D.部分杂菌
8. 某空气净化流程中空气流经下列各设备的顺序排列哪个正确：D
A. 总过滤器--空压机--贮罐--一级冷却器--二级冷却器--旋风分离器--丝网分离器--加热
器--粗过滤器
B. 总过滤器--空压机--贮罐--一级冷却器--旋风分离器--二级冷却器--丝网分离器--加
热器--粗过滤器
C. 粗过滤器--空压机--一级冷却器--旋风分离器--二级冷却器--丝网分离器--加热器--
贮罐--总过滤器
D. 粗过滤器--空压机--贮罐--一级冷却器--旋风分离器--二级冷却器--丝网分离器--加热
器--总过滤器
9 表面冷却器进行空气调节时，湿空气的变化将是：（D ）
A 降温、等湿
B 降温、增湿C降温、增湿或减湿D降温、等湿或减湿
10 采用喷水室进行空气调节，空气调节过程是：（D ）
A 等温减湿B升温减湿C升温增湿D降温增湿
二、是非判断题
1、安装在空气压缩机前的前置空气过滤器的主要作用是将空气过滤除菌，减轻总空气过滤器的过滤负荷。错
2、空气过滤系统中空气加热器的作用是降低空气相对湿度。对
3、空气压缩机出口的压缩空气温度一般是 187-198℃，大大高于空气的露点，因此进入贮气罐后，空气中的水分不会析出，空气的相对湿度低，这样就保证了空气过滤介质不致受潮。错
4、贮气罐的作用之一是防止下列情况：突然停电，致使空气压缩机停止工作，造成发酵罐内压力高于空气过滤器的压力，醪液倒流，污染空气过滤器。错5. 空气进罐的最后一个阀门采用安全阀，这是为防止由于操作失误造成发酵液倒流入空气过滤系统。错
6. 设计空气预处理流程应考虑进总空气过滤器的相对湿度ψ越大越好。错
7. 目前我国大多数味精厂常用的总过滤器为棉花活性炭过滤器。过滤器内的填装方法自下而上大致如下：
孔板- 金属丝网- 麻布织品- 棉花-麻布织品-活性炭-麻布织品- 棉花- 麻布织品- 金属丝网- 孔板。对
三、填空题
1.空气过滤除菌机理包括：惯性冲击、直接拦截、扩散、重力沉降、和静电吸附。
2. 空气过滤系统中贮气罐的作用是___利用重力沉降作用分离部分油雾、防止由于往复式空压机所产生的脉冲而引起的压力波动、_保温灭菌。
3. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是分离空气中的油雾、水滴_。
4. 空气过滤系统中空气加热器的作用是__适当加热降低空气相对湿度。
四、名称解释
4.深层过滤的对数穿透定律
采用相对介质过滤空气，进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤
激流式生物反应器
在培养液和工艺未优化情况下 细胞悬浮培养密度可达 2.5 X 107cells/ml 一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间！ 20-40ml 模拟反应器系统用于工艺优化研究。 https://www.360docs.net/doc/7111375912.html, 激流式灌注反应器 激流式灌注反应器配合激流式生物反应器使用，采用新型外循环式纸片灌注培养工艺，以纸片作为载体，利用激流式细胞培养器控制溶氧、pH、温度等细胞生长条件。
◆ 激流式灌注反应器细胞生长数据 ● 蛋白抗体生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量 细胞名称5L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量150克）50L灌注系统（细胞数/克载体× 载体总重量1200克） 150L灌注系统（细胞数/克载体 ×载体总重量3600克） CHO-K1 13.7×108cells/g×150g 16.4×108cells/g×1200g 正在进行中 CHO-S 21.0×108cells/g×150g 25.0×108cells/g×1200g 18.0×108cells/g×3600g 结论：一个150L纸片载体灌注系统连续灌注和丰收一个月的体积产量相当于一个国际水平的1500L的大型流加悬浮 培养罐。 优势：一次性使用纸片灌注系统，工艺简单，细胞生存活力特别稳定，适合于发展中国家大规模蛋白质和抗体药物生产。 ● 疫苗生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量 细胞名称 5L灌注系统（细胞数/克载体 ×载体总重量150克） 50L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量1200克） 150L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量3600克） VERO（人） 6.0×108cells/g×150g 6.5×108cells/g×1200g 正在进行中 MDCK（人） 5.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 Marc145（兽） 3.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 ST1（兽） 4.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 DF-1（鸡） 2.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 CIK（鱼） 1.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 EPC（鱼） 1.2×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 结论：1、一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间，特别适合于大规模人用、兽（包括鸡和鱼）疫苗生产。同时，也是适合烈性传染病（例如禽流感和SARS）国家和军队的疫苗应急生产方法。 2、低成本、一次性使用，适合于发展中国家大规模疫苗生产的全部中国制造的高端生物反应器。 优势：1、由于一次性使用纸片灌注系统细胞密度特别高，所以细胞之间生长的相互支持力度大，生存活力特别强。 2、与使用转瓶和微载体冲洗和酶消化的接种方法相比，一次性使用纸片灌注系统细胞容易冲洗和酶消化，所 以解决了逐级放大的接种问题。 3、实现DO、pH、温度等培养条件的自动控制 ◆ 激流式灌注反应器的优势 ● 系统无气升装置、鼓泡或搅拌器，使剪切力最小化。 ● 培养液以一定流速流过纸片，供给贴壁依赖性细胞所需养分，在细胞周围形成稳定的流体轨道，可提供细胞生 长、交流和形成的三维结构。 ● 新型纸片适用于多种细胞系，可提供传统培养模式（转瓶等）无法比拟的细胞吸附面积，更利于细胞吸附和生 长。 ● 可解决贴壁培养放大问题，且空间占用少、操作简便、条件要求低。 ● 一次性纸片灌注培养系统用后就弃，可避免交叉污染、缩短批间处理周期，无需清洗、消毒、验证，极大地提 高工作效率。 ● 灌注袋事先经过γ射线照射，即拆即用。灌注袋也适用于5L,50L,150L激流式反应器。 激流式灌注反应器培养体系能力比一般反应器高出20倍，是细胞商业化培养、疫苗工业大规模生产的首选。
夹套搅拌反应器设计(DOCX 30页)
夹套搅拌反应器设计(DOCX 30页)
夹套搅拌反应器设计 课程设计说明书设计题目夹套搅拌反应器设计 学生 学号 专业班级 指导老师耿绍辉 化工设备基础 Nefu.20121228
夹套搅拌反应器设计 目录 第一章设计方案简介 1.1反应釜的基本结构 1.2反应釜的机械设计依据 第二章反应釜机械设计的内容和步骤 第三章反应釜釜体的设计 3.1 罐体和夹套计算 3.2厚度的选择 3.3设备支座 3.4手孔 3.5选择接管、管法兰、设备法兰 第四章搅拌转动系统设计 4.1转动系统设计方案 4.2转动设计计算：定出带型、带轮相关计算 4.3选择轴承 4.4选择联轴器 4.5罐体搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计4.6电动机选择 第五章绘制装配图 第六章绘制大V带轮零件图 第七章本设计的评价及心得体会 第八章参考文献
夹套搅拌反应器设计 第一章设计方案简介 搅拌设备在石油、化工、食品等工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产或多或少地应用着搅拌操作，化学工艺过程的种种物理过程与化学过程，往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的，而带搅拌的反应器则以液相物料为特征，有液-液、液-固、液-气等相反应。 搅拌的目的是：1、使互不相溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液、强化传质过程；2、使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；3、制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或发生液-固化学反应；4、强化传热，防止局部过热或过冷。所以根据搅拌的不同目的，搅拌效果有不同的表示方法。 搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌时比较弱的，所以在工业生产，大多数的搅拌操作均是机械搅拌。本设计实验要求的就是机械搅拌搅拌器设备的设计遵循以下三个过程：1根据搅拌目的和物理性质进行搅拌设备的选型。2在选型的基础进行工艺设计与计算。3进行搅拌设备的机械设计与费用评价。在工艺与计算中最重要的是搅拌功率的计算和传热计算。 1.1反应釜的基本结构
反应工程期末考试试题
反应工程期末考试试题集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
化学反应过程 简答填空名词解释 1.任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料预处理，化学反应过程和产物 的后处理三个组成部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。 2.工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是：1，由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；2，由化学反应的热效应产生的传热过程； 3，多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。 3.化学反应和反应器的分类：1.按反应系统设计的相态分类分为：○1均相反应， 包括气相均相反应和液相均相反应；○2非均相反应，包括气-固相、气-液相、液-固相、气-液-固相反应。2.按操作方式分类分为：间歇操作，连续操作和半连续操作。3.按反应器型式来分类分为：管式反应器，槽式反应器和塔式反应器。4.按传热条件分为：等温反应器，绝热反应器和非等温绝热反应器。化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。 4.反应速率：单位反应体系内反应程度随时间的变化率。 5.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。 6.半衰期：反应转化率从0变成50%所需时间称为该反应的半衰期。 7.建立动力学方程的方法有：积分法、微分法、最小方差分析法。 8.反应器开发的三个任务：○1根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型 式；○2结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件；○3根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。 9.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热 量衡算方程式。
生物反应器
第三章生物反应器 1、何谓生物反应器？生物反应器可分成哪些类？ 答：生物反应器：指使用生物催化剂进行生物反应的设备，这类设备可满足和调控微生物、动物细胞、植物细胞和微藻细胞达到最适生长和最佳产物合成的环境，可大规模培养微生物、动物细胞、植物细胞和微藻细胞以获得其代谢产物或生物体，在生物反应过程中具有中心的作用。 生物反应器的分类：（1）按几何形状或结构特征：釜（罐）式、管式、塔式、膜式等（2）按生物催化剂类型不同：有酶催化反应器、细胞生物反应器（3）按供氧需求：厌氧、好氧（4）按所需混合与能量输入方式：机械搅拌式、气升式、喷射环流式（5）按操作方式：间歇式、连续式、半连续式（6）生物催化剂在反应器中分布方式：生物团块生物反应器、膜生物反应器（7）按生物催化剂在反应器的流动和混合状态：全混流型、活塞流型（8）按发酵培养基质的物流状态：液态生物反应器、固态生物反应器 2、搅拌装置有哪些类？如何配置搅拌装置才能达到比较理想的混合效果？ 涡轮式搅拌器、旋桨式搅拌器 目前普遍采用多层轴流型与径流型组合式搅拌器。一般在底层进气口附近设径向流型搅拌器，多采用平叶、半圆叶或弧叶以利于气泡粉碎，强化氧的传递。底层以上设轴向流型搅拌器，多采用四宽叶螺旋叶轮、箭叶、斜叶等以强化混合效果，以达到最佳搅拌效果。 3、自吸式生物反应器的特点是什么？ 答：自吸式发酵罐是一种不需另行通入压缩空气，而依靠特殊的吸气装置自行吸入无菌空气并同时完成液体和气体的混合对流实现溶氧传质的发酵罐。 4、试述机械搅拌自吸式生物反应器的吸气原理。 答：电动机启动前，搅拌器浸没在发酵液中，转子和定子内充满料液。启动搅拌点机后，搅拌轴带动转子高速旋转，液体、空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘；在转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造的负压也愈大，吸风量也越大。转子的搅拌在液体中产生的剪切力又使吸入的空气粉碎成细小的气泡，均匀分散在液体之中。、
搅拌反应釜的设计
1 绪论 1.1 反应釜概况 搅拌设备是一种在一定容积的容器中，借助搅拌器向液相物料中传递必要的能量进行搅拌过程的化学反应设备。反应釜就是其中比较典型的一种，它适用于多种物性（如粘度、密度）和多种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，是一种用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。 搅拌式反应釜有很大的通用性，由于搅拌可以把多种液体物料相混合，把固体物料溶解在液体中、将几种不互溶的液体制成乳浊液、把固体微粒搅浑在液体中制成悬浮液或在液相中析出结晶等，故搅拌反应釜可以在带有搅拌的许多物理过程中广泛的应用。同时在研究容器的结构方面，如容器形状、搅拌装置、传热部件等，搅拌式反应釜都具有代表性。在大多数设备中，反映釜是作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器，约占反应器总数的90%。其它如染料、医药、农药、油漆等设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备作了调查及功率测试，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因为搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围广，又能适用于多样化的生产。 搅拌式反应釜在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精致，汽油添加四乙基铅等添加物而进行混合，使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。因为在石油工业中大量使用催化剂、添加剂，所以对于搅拌设备的需求量比较大。由于物料操作条件的复杂性、多样性、对搅拌
化学反应工程复习题
《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器
1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。
生物反应器
生物反应器 指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率（转化率）和能耗有密切关系。生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容，也是生物化学工程的重要组成部分。 分类从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。 发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分，可有：嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。其中嫌气发酵罐最为简单，生产中不必导入空气，仅为立式或卧式的筒形容器，可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。 若以操作方式区分，有分批操作和连续操作两种。前者一般用釜式反应器，后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分，可有： ①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍，称为通用式发酵罐。所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器，它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮，搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。 ②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出，通过外循环管返入罐内。在循环管顶端再接上液体喷嘴，使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。 ③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌，同时进行通气的气升发酵罐。目前，世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐，它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m，高为60m，总容量为 2300m□，自上至下有5000～8000 个喷嘴进料。目前，还有些发酵产品，如固体曲等，使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。 生产甲烷（沼气）用的是嫌气发酵罐，也称消化器或沼气发生器，这种发酵罐装有搅拌器，顶部有的有浮顶。 污水生物处理装置中，最简单的是曝气池，装有表面曝气叶轮。为了节省占地面积，开发了一种利用气升式发酵罐原理的深井式污水处理池或大至 20000m□的多循环管式曝气装置。此外，还有生物滤池和生物转盘等装置，把能降解污水中有害物质的菌或原生动物，以生物膜的形式附在填料或转盘上。 酶反应器可分游离酶及固定化酶反应器两大类。 ①游离酶反应器以水溶液状态与底物反应。若为分批釜式反应器，酶就不能回收；若用连续釜式反应器并附有一个能把大分子的酶留在系统内的超滤装置则可使酶连续使用。也可将酶液置于用超滤材料制成的U形管或中空纤维管中,并将其置于釜式或管式反应器进行操作，这样也可使酶连续使用。后者接近连续管式反应器。 ②固定化酶反应器除了和化学反应器类似的固定床反应器和流化床反应器外，还有多种特殊设计。例如：将酶固定在惰性膜片上，再卷成螺旋状置于反应器中,或将酶固定在中空纤维的内壁制成反应器；也可将固定化酶置于金属网框中进行酶反应。在反应中产气(如CO2)严重时，可考虑采用多层酶反应器。采用固定化细胞时的反应器，基本上和固定化酶反应器相同，但在好气培养时要便于空气导入和废气排出。
化学反应工程-模拟题三及答案
一、在体积为V 的反应器中进行液相等温反应P A →，已知反应速率为 2 A A kC r =-，求： （1）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则转化率为多少？（9分） （2）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分） 二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应A 2B →。反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，A 的转化率为90%。如果A 的摩尔进料流率减少一半，假设C 的进料流率保持不变，那么A 的转化率为多少？（18分） 三、有如下平行反应： 其动力学方程分别为：8 .15.02B A P C C k r =，3.01B A S C C k r =，其中121==k k ， （1）当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /1500==，均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.5时的瞬时选择性。（5分） （2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（10分） 四、假设某实验室有一非理想化学反应器，请问如何对这个反应器进行分析，如何求该反应器中反应物的转化率？（14分） 五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P A →，催化剂的粒径为 2.4mm ，气流主体中A 的浓度为1mol/m 3，测得单位床层表观反应速率 (－r A )obs ＝2.77×10-5 mol/(cm 3.s)，组分A 在颗粒内有效扩散系数为0.15cm 2/s ，外部传质系数为K G ＝30cm/s 。请问： （1）外扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（5分） （2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（10分） 六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据： B A +) (P 主反应) (S 副反应
新型气力搅拌式生物反应器的实验研究
第39卷第3期2011年3月化学工程 CHEMICAL ENGINEERING （CHINA ）Vol．39No．3Mar．2011 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51006047） 作者简介：闻建龙（1962—），男，教授，主要从事二相流动理论及应用的研究；赵松峰（1986—），男，硕士研究生，主要从事二相流研究， E-mail ：zhaosf123@126．com 。 新型气力搅拌式生物反应器的实验研究 闻建龙，赵松峰，张 星，张静文 （江苏大学能源与动力工程学院，江苏镇江212013） 摘要：为了研制培养微生物和动植物细胞或组织的生物反应器，采用微孔橡胶膜片装置使产生的搅拌剪切力较低，以满足溶氧需求较高、介质密度较高、同时具有较高黏度的液体介质的搅拌要求。实验过程中，对生物反应器进行了流动特性观察、 压力损失、反应器内含气率及溶氧质量浓度的测量等实验，选取了综合性能较好的微孔橡胶膜片。结果表明：这种生物反应器产生的气泡比较均匀， 供氧效率高，且具有较好的介质混合性能，对反应器内的液体介质无机械的剪切破坏。与传统机械式搅拌生物反应器相比，具有明显的优点，可应用于对介质剪切性能要求较高的中小型反应器。 关键词：气力搅拌；生物反应器；微孔橡胶膜片；含气率；混合性能中图分类号：TQ 021．1 文献标识码：A 文章编号：1005- 9954（2011）03-0059-04Experimental study on new pneumatic stirring bioreactor WEN Jian-long ，ZHAO Song-feng ，ZHANG Xing ，ZHANG Jing-wen （College of Energy and Power Engineering ，Jiangsu University ，Zhenjiang 212013，Jiangsu Province ，China ）Abstract ：In order to culture the cell of the microbe and flora or fauna ，a new membrane bioreactor was developed．The microporous rubber membrane was used for lowering the stirring shear force to meet the stirring demand for the fluid media with rich dissolved oxygen ，high density and high viscosity．In this experiment ，the flow characteristic ，pressure loss ，gas holdup and dissolved oxygen mass concentration for the reactor were investigated ，and the microporous rubber membrane with better comprehensive properties was selected．The result indicates that this kind of membrane bioreactor is featured by homogeneous air bubble ，high rate of oxygen supply ，good properties of blending and no mechanical shear damage on the liquid medium in the reactor．Compared with the conventional mechanical string membrane bioreactor ，the reactor has obvious advantages and can be widely used in the medium-size and small-size reactors that have higher requirement for the shear properties of medium． Key words ：pneumatic stirring ；bioreactor ；microporous rubber membrane ；gas holdup ；mixed properties 生物反应器是实现生物技术产品的关键技术，是连接原料和产物的桥梁。生物反应器分为：通过机械搅拌输入能量的机械式生物反应器，利用气体喷射动能的气升式生物反应器和利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器。目前使用最广泛的仍是机械搅拌式生物反应器。机械式搅拌器存在能耗高、径向剪切力大、容易伤害菌体等局限性。随着生物技术的发展，为满足溶氧需求较高、介质密度较高、同时具有较高黏度的液体介质搅拌的要求，需要在较低的剪切力条件下培养微生物和动植物细胞或组织来获取生物制品的场合。以气体喷射动能的气力搅拌式生物反应器，能克服以上局限，用于细 胞培养、生物发酵等场合［1］ 。 1 反应器实验装置 实验采用橡胶膜片微孔气体分布器的生物反应 器（见图1），是一种新型的气力搅拌式反应器［2］ 。反应器结构简单，内部无运动部件。由压缩空气提供能量，依靠含气泡液体与纯液体的密度差造成的 升力使气液二相充分混合，实现均匀搅拌过程［3］ 。反应器的关键部件是橡胶膜片微孔气体分布器，本文对反应器进行了实验观察与测量，选取最佳开孔尺寸及方式的橡胶膜片（见图2）。使用添加剂，改变实验用水的动力黏度和表面张力，以模拟真实生
典型反应器练习题2
典型反应器练习题2 1． 在间歇操作的理想搅拌釜式反应器中，用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯，反应方程式为： CH 3COOH+C 4 H 9 OH CH 3 COOC 4 H 9 +H 2 O 反应物配比为：n (醋酸) ：n(丁醇)=1 ：4.97。假设反应前后物料密度不变，均为750 kg·m-3。当反应在373 K下进行，醋酸转化率达50％时需800 s，而加料、卸料、清洗等辅助时间为1200 s。现要求每天生产2400 kg醋酸丁酯， 试计算反应釜的容积（装料系数=0.75） 2． 在全混流反应器中进行二级反应A—→R，反应速度方程为(-r A)=kc，转化率为50％。若将反应器体积放大为原来的6倍，其它条件保持不变，试问转化率有何变化？ 3． 某一均相液相反应A—→R，其动力学方程为： (-r A)=kc A k=0.20 min-1 当该反应在一个间歇操作的理想搅拌釜式反应器中进行时，反应物A的起始浓度c A,0=4.0×103mol·m-3，最终转化率x A＝90％。该反应器有效容积为1.0 m3，每天只能处理3釜料液。 （1）现拟将搅拌釜由间歇操作改为连续操作，并使之达到全混流，试问每天处理物料液量将可增大多少倍？ （2）若改造后的全混流反应器，每天处理物料液量增大到36 m3，试问出口转化率将发生多大变化？A的出口浓度将会多大 4． 在体积为5×10-3 m3的连续操作理想搅拌釜中进行不可逆液相反应：A—→2R，反应物以c A,0=1×103 kmol·m-3的浓度加入。此反应的反应速度方程为： (-r A)=0.0036c A，mol·s-1·m-3试求：
生物反应器
生物反应器 生物反应器，是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。目前研究得最多的两种反应器是“升降机型反应器”和“土壤泥浆反应器”。升降机型反应器是通过水相的流动来提供适当的营养、碳源和氧气，从而达到降解土壤中污染物质的目的。与固相系统相比，生物反应器能够在更短的时间内将污染物进行有效降解。该生物反应器技术已经应用于有机污染土壤的生物修复中。通过研究生物反应器，我们可以了解到：可以知道为达到一定的生产目的需要多大的生物反应器，确定什么样的结构更好；其次，对已有的生物反应器进行分析，达到优化的目的；还有就是分析各种生物反应器的数据，从而对细胞的生长、代谢等过程有更加深入的理解，生物反应器是工程学的一部分也是化学工程的一个分支，加上成本低.、设备简单、效率高、产品作用效果显著、减少工业污染等优点使他能够在很多方面都有着重要的应用，如改良乳汁品质、生产药用蛋白、外源基因在动物体内的位点整合问题、.乳蛋白基因表达组织特异性问题、目的蛋白的翻译后修饰问题、转基因表达产物的分离和纯化问题、转基因的技术与方法问题、伦理道德问题等诸多方面。 生物反应器经历了三个发展阶段：细菌基因工程、细胞基因工程、转基因动物生物反应器。转基因动物生物反应器的出现之所以受到人们极大的关注，是因为它克服了前两者的缺陷，即细菌基因工程产物往往不具备生物活性，必须经过糖基化、羟基化等一系列修饰加工后才能成为有效的药物，而细胞基因工程又因为哺乳动物细胞的培养条件要求相当苛刻、成本太高而限制了规模生产。另外，转基因动物生物反应器还具有产品质量高、容易提纯的特点。一般把目的片段在器官或组织中表达的转基因动物叫做动物生物反应器。几乎任何有生命的器官、组织或其中一部分都可以经过人为驯化为生物反应器。从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳
全混流釜式反应器控制策略和最优操作方案.
·8·化学工业与工程技术 2000年第 21卷第 1期全混流釜式反应器控制策略和最优操作方案王国军熊洁羽常州技术师范学院化学工程系常州 213001 全混流釜式反应器是广泛用于化工、制药生产的流动反应器。对于此类反应器中所进行的反应过程开发 ,其主要问题是确定优选的操作方案 ,这将取决于开发方法和控制策略。通常采用逐级经验放大法进行反应过程的开发 ,由于逐级经验放大法放大效应欠佳 (放大过程中反应结果与小试指标之间出现未 曾预期的差异 ,或虽可预期但却无从控制的差异,且开发周期长 ,耗资大。本文采用数学模型方法 ,以不同控制策略对全混流釜式反应器的最优操作方案进行了研究。2未反应物不回收循环的单级全混流釜式反应器的最优反应率摘要本文采用数学模型方法 TQ053. 202文献标识码A文章编号1006 -7906 (2000 01 -0008 -04 ,以不同控制策略提出了全混流釜式反应器中进行不同类型反应的最优操作方案 ,可用于指导反应过程的开发设计。关键词化学反应器全混流控制策略最优化中图分类号 1引言正确选择最终反应率是单级全混流釜式 反应器开发设计的一个十分重要的环节 ,可以操作费用为控制目标确定其最优反应率。此系权衡在较大的反应器中 (高设备费用实现较高反应率 (低反应物成本,与 在较小的反应器中 (低设备费用的低反应率 (高反应物成本的问题。 2. 1简单反应在单级全混流釜式反应器中进行简单反应A+ B →R, rA= kv CA n ,则反应器小时操作总费用为 [1] : ＄t= V R＄m+ FA0＄A = kv Cn FR-xA n ·＄m+ xFAR ·＄A (1 A0 (1 【作者简介】王国军 (1956- ,男 (满族 ,黑龙江省哈尔滨人。 1982年大学毕业 ,副教授。现从事高校教学、科研和化工设计工作 , 主要研究方向为化工过程开发和工业催化。【收稿日期】 1999-10-21 据此得到反应器小时操作总费用最低的条件为 : kv Cn n -xA n+1 ·＄m = 1A2 ·＄A (2 A0 (1 x 由此条件即可求取最优反应率 ,进而确定反应器最优操作方案 : 进料速率 : FA0 = FR/ xAopt 反应器尺寸 : V R= kv CnFA0 xAopt A0 (1 -xAopt 单位产品成本 :＄t/ FR= V R＄m F+ RFA0＄A 对于其它类型的简单反应 ,可据此法确定其相应的最优操作方案。 2. 2竞争反应在单级全混流釜式反应器中进行竞争反应 1Q, rQ= k1 CA A,反应器小时操作总费用为 : 2 S, rs= k2 CA ＄t= V R＄m+ FA0＄A FQ( k1 +k2
搅拌釜式反应器课程设计
搅拌釜式反应器课程设计任务书 一、设计内容安排 1. 釜式反应器的结构设计 包括：设备结构、人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。 2. 设备壁厚计算及其强度、稳定性校核 3. 筒体和裙座水压试验应力校核 4. 编写设计计算书一份 5. 绘制装配图一张（电子版） 二、设计条件 三、设计要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。 四、设计说明书的内容 1.符号说明 2.前言 （1）设计条件； （2）设计依据； （3）设备结构形式概述。 3.材料选择 （1）选择材料的原则； （2）确定各零、部件的材质；
（3）确定焊接材料。 4.绘制结构草图 （1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图； （2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及 环向位置，以单线图表示； （3）标注形位尺寸。 5.标准化零、部件选择及补强计算： （1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN, 法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 6.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 7.主要参考资料。 【设计要求】： 1.计算单位一律采用国际单位； 2.计算过程及说明应清楚； 3.所有标准件均要写明标记或代号； 4.设计计算书目录要有序号、内容、页码； 5.设计计算书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更； 6.设计计算书要有封面和封底，均采用A4纸，正文用小四号宋体，行间距1.25倍，横向装订成册。
第三章-理想流动均相反应器设计题解
第三章 理想流动均相反应器设计题解 1、[间歇反应器与全混釜恒容一级] 有一等温操作的间歇反应器进行某一级液相反应，13分钟后,反应物转化了70%.今拟将此反应转至全混流反应器,按达到相同的转化率应保持多大的空速? 解:㏑CA 0CA =kt, CA0CA CA0 - =0.7 ， C A =0.3C A0 间歇釜中∴㏑0.3=－13k ， k=0.0926 min -1 在全混釜中τ=VR V0=CA0 XA k CA =0.70.30.0926?=25.2 min -1 ∴空速S=1τ=125.2=0.0397min -1 2、[平推流恒容一级] 有一个活塞流管式反应器于555K,0.3MPa 压力下进行A →P 气相反应,已知进料中含30%A(mol)，其余70%为惰性物料.加料流量为6.3mol/s.该反应的动力学方程为r A =0.27C A mol/m 3 ·s,要求达到95%转化.试求⑴所需的空时? ⑵反应器容积? 解: τP =VR V0=1k ㏑CA 0CA =1 k ㏑PA0PA =1k ㏑ A0 A y y =1k ㏑1 1A x -=10.27㏑110.95-=11.1 S ∴V R =τP ·v 0=τP 00 A A F C 而C A0= A P RT =30.30.082555??=0.0198mol/L=19.8mol/m 3 V R =11.1s × 3 6.3/19.8/mol s mol m =3.53m 3 3、[平推流变容过程一级] 有一纯丙烷裂解反应方程式为C 3H 8→C 2H 4+CH 4.该反应在772℃等温条件下进行,其动力学 方程式为-dP A /dt=kP A ,忽略存在的副反应,并已知k=0.4h -1 反应过程保持恒压0.1MPa. 772℃和0.1MPa 下的体积进料量为800L/h,求转化率为0.5时所需的平推流反应器的体积. 解: ∵εA =21 2-=0.5 ∵k τP =－(1＋εA )㏑(1-ΧA )- εA ΧAf 0.4τP =－(1+0.5)㏑(1-0.5)-0.5×0.5 ∴τP =1.5ln 20.25 0.4-=1.974h V R =τP v 0=1.974×800=1579L=1.579 m 3 4、[间歇釜变容一级] 一级气相反应A →2R+S ,在等温等压间歇实验反应器中进行,原料中含75%A(mol),25%(mol)惰性气体,经8分钟后,其体积增加一倍.求此时达到了多大的转化率? 速率常数多大? 解: 膨胀因子 δA =3-11=2 膨胀率 εA =y A0δA =0.75×2=1.5
搅拌式反应器的模拟与优化设计
搅拌式反应器的模拟与优化设计 摘要 在综述了计算流体力学(CFD)技术在搅拌式反应器中的研究进展的基础上，着重讨论了搅拌式反应器中流场的模拟方法, 包括“黑箱”模型法、内外迭代法、多重参考系法和滑移网格法, 并指出了CFD技术的发展方向。在此基础上, 对反应器内流场的数学模型进行了介绍与评价。最后提出应用人工神经网络技术与遗传算法, 优化生物反应的工艺操作条件, 并结合CFD技术, 实现生物反应器的结构优化, 从而达到对生物反应系统整体优化的目的, 以指导实验与工业生产。 关键词计算流体力学，搅拌式反应器，数值模拟，人工神经网络，优化设计Simulation and optimization design of Stirred reactor Abstract： Base on the overview of computational fluid dynamics (CFD) technology in the stirred reactor research,we focused on the mixing reactor simulation of the flow field, including "black box" model of law, internal and external iteration, multiple reference frame method and the sliding mesh method, and pointed out the direction of development of CFD technology. On these basis,we described and evaluated the reactor flow mathematical model.We concludes with the application of artificial neural network and genetic algorithm to optimize the process operating conditions, biological response, and results combined CFD technology to achieve optimization of the structure of the bioreactor, so as to achieve overall optimization of the bioreactor system aims to guide experiments and industrial production. Keyword: computational fluid dynamics, stirred reactor, numerical simulation, artificial neural networks, optimization 第1章前言 搅拌式反应器( Stirred Tank Reactor, STR)因其结构灵活、操作方式多样
搅拌反应器毕业设计
搅拌反应器毕业设计 目录 1绪论 (5) 1.1研究目的及意义 (5) 1.1.1危害 (5) 1.1.2毒理学资料及环境行为 (5) 1.2研究内容 (6) 1.3国内外研究的状况 (6) 2．反应器桨叶的选择 (8) 2.1框式搅拌器 (8) 2.2三叶后掠式 (8) 3．反应器零部件的计算 (9) 3.1行星搅拌器 (9) 3.2搅拌功率计算 (9) 3.2.1框式搅拌器功率计算 (9) 3.2.1.1影响搅拌功率的因素 (10) 3.2.1.2行星轴自转叶轮功率 (10) 3.2.1.3搅拌功率的修正 (11) 3.2.2后掠式叶轮搅拌功率计算及转速...错误！未定义书签。 3.2.2.1搅拌功率的计算...............错误！未定义书签。 3.2.2.2循环特性的计算...............错误！未定义书签。 3.3轴径计算...............................错误！未定义书签。 3.3.1行星轴主轴计算.................错误！未定义书签。 3.3.1.1轴采用实心轴计算.............错误！未定义书签。 3.3.1.2扭矩和弯矩合成计算轴..........错误！未定义书签。 3.3.1.3刚度计算....................错误！未定义书签。 3.3.2行星轴轴径计算.................错误！未定义书签。 3.3.2.1轴采用实心轴计算.............错误！未定义书签。 3.3.2.2按扭矩和弯矩合成计算轴........错误！未定义书签。 3.3.2.3刚度计算....................错误！未定义书签。 3.3.3横轴径计算.....................错误！未定义书签。 3.3.3.1采用实心轴计算...............错误！未定义书签。 3.3.3.2按扭矩和弯矩合成计算轴........错误！未定义书签。
化学反应工程模拟题一及答案
一、在体积为2.5m 3的理想BR 反应器中进行液相等温一级基元反应A P →， k ＝2.78×10-3 s -1，进口摩尔流率F A0＝11.4 mol/s ，反应物A 初始浓度04/A C mol L =，求： （1）当反应器中A 的转化率为80％，求所需的时间？（6分） （2）若将反应移到CSTR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） （3）若将反应移到PFR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） 二、在一个等温活塞流反应器中进行气相反应：C B A →+2，该反应对A 和B 均是一级。反应器的入口体积流率为2.5L/min ，进料为等摩尔的组分A 和B 。入口温度和压力分别是727℃和10atm 。在此温度下的反应速率常数k ＝4L/mol ·min 。求： （1）反应器入口处（即X A =0时）A 的浓度？ （4分） （2）反应器入口处（即X A =0时）的反应速率？（4分） （3）当A 的转化率为40%时的浓度？（4分） （4）当A 的转化率为40%时的反应速率？（6分） 三、有如下平行反应： 其动力学方程分别为：3.01B A P C C k r =，8.15.02B A S C C k r =，其中121==k k ， （1）当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /2000==，A 和B 均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.9时的瞬时选择性。（6分） （2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（8分） 四、在非等温反应器操作过程中，可能出现多态现象，请问什么是多态现象？请判断下图所示中，哪些点是稳定操作点，哪些点是不稳定操作点，并分析其原因？（12分） 五、在实验室中用全混反应器等温下进行一级液相反应A →P ，当空时为25min 时，A 的转化率达62％。将反应器放大进行中试，反应器型式为管式，其停留时间分布的实测结果如表所示，反应器的平均停留时间为43 min ，方差为233min 2。 t,min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 E(t) 0 0 0.00693 0.03 0.0283 0.0182 0.0102 0.00497 0.00241 0.00105 0 求（1）停留时间小于40 min 的物料所占的分率约为多少？（6分） （2）在与小试相同的温度及空时下操作，分别采用多釜串联模型预测反应器出口A 的转化率。（12分） R(T),G(T)