生物工程设备重点
第一章
1生物工程设备的五个发展阶段
传统经验制造技术——天然发酵阶段
纯种培养技术的成熟——初级代谢产物生产阶段
通气搅拌技术的成熟——好氧培养阶段
代谢控制发酵技术的成熟
基因重组技术的成熟——现代生物技术阶段
2生物工程设备的特点
①对于所有微生物或动植物细胞来讲，提供必要和足够的营养和能量，才能维持其生命代谢
活动。
②培养基原料的预处理不仅影响细胞代谢生长，而且对于培养基原料成本大小和是否造成环
境污染等具有决定性影响。
③如何合理的设计种子培养系统，以及各级种子培养时间和接种比例，达到种子系统与生产
培养过程合理配套，获得最大的得率。
④生物反应过程中的细胞培养一般都是纯种培养过程。
⑤如何保证足够的氧气供给，又尽可能节省能量，是好氧培养过程的重要组成部分。
⑥从培养液中得到所需产品的合适、高效、低成本的分离纯化方法，是决定生产成败的关键。3生物工程的硬件-设备系统
①为顺利实现工艺流程所制定的各项工艺指标, 各种生物工程支撑设备系统必不可少。
②一套较完整的生物工程设备系统包括：生物反应器、蒸汽系统、制冷系统等。
第二章
4通风发酵罐的基本要求
1.结构严密，耐灭菌，耐腐蚀；
2.良好的气-液-固接触和混合性能，高效的热量、质量、动量传递性能；
3.易于放大
4.满足生物反应要求下，尽量降低能耗
5.良好的热量交换性能
6.良好的检测与控制设备
5. 通风发酵罐的类型
类型：机械搅拌式，气升环流式，鼓泡式，自吸式
6.机械通风发酵罐的基本要求
①发酵罐应具有适宜的径高比。
②发酵罐能承受一定压力。
③发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合保证发酵液必需的溶解氧。
④发酵罐应具有足够的冷却面积。
⑤发酵罐内应尽量减少死角，避免染菌。
⑥搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。
7.机械通风发酵罐的结构、主要部件的类型（如搅拌叶）及其工作原理；
罐体：在发酵工业中，微生物需要进行纯培养，罐体为微生物的纯培养提供了一个密闭无菌的环境。
传动与搅拌系统：通过电机驱动减速皮带轮，使搅拌叶快速的旋转，搅拌叶将通入罐底的空气充分打散，从而促进氧气在液体与微生物细胞之间的传递。搅拌叶类型：一般分为六平叶、六弯叶、六箭叶。
冷却列管：冷却水在列管里循环，通过液-固- 液传递将发酵过程产生的热量持续不断地带
走，从而达到控制温度目的。
8.机械通风发酵罐的主要尺寸大小及比例
①罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐高度与直径之比一般为~左右。
②发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的2-5倍。对于大型发酵罐以及液体深度较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器通常与风管出口较接近为好，与罐底的距离一般等于搅拌器直径
7.气升式发酵罐的特点、主要类型及其工作原理
特点：反应溶液分布均匀
溶氧效率高
传热性好
结构简单
能耗小
不易被污染
维修容易
剪切力小
常见类型：气升环流式、空气喷射式、鼓泡塔
工作原理：利用空气喷嘴喷出高速的空气，空气以气泡形式分散于液体中，通气的一侧，液体平均密度下降，不通气的一侧，液体密度较大，因而产生密度差形发酵罐内液体的环流。
8.自吸式发酵罐的特点、主要类型与其工作原理
特点：
优点：
1.不需要空压机和附属设备，节省设备投资和厂房投资
2.溶氧速率、效率高，能耗低
3.设备自动化、连续化，降低劳动强度，减少劳动力。
4.设备结构简单，操作方便。
5.生产效率高、经济效益好
缺点：发酵罐是负压吸入空气，罐压低，容易污染。可过滤前加鼓风机给空气适当的压力，降低污染，增加风量，提高溶氧系数。
?类型：机械搅拌自吸发酵罐喷射自吸发文氏管发酵罐酵罐伍式发酵罐溢流喷射自
吸发酵罐
工作原理：不需要空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或者液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质。
9.通风固相发酵设备的类型及主要结构
组成：曲室、架子和曲盘。
类型：浅盘式、旋转式、厚层式
第三章
10酒精发酵罐的主要结构特点
①酒精发酵罐筒体为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形的
立式金属容器
②罐顶装有废气回收管，压力表、各种测量仪等
③大型发酵罐为了方便维修和洁，往往在罐底也装有人孔
④身上下部装有取样口和温度计接口
11现代啤酒发酵设备的主要类型
锥形罐
朝日罐
联合罐
不锈钢罐
12圆筒体锥底发酵罐的主要结构特点
①筒体常为拱形盖锥形底，筒体外壁装有各种形式的冷却夹套
②筒体的直径和告诉是主要参数
③发酵罐锥底角通常取73~75°
④贮酒罐锥底角通常为120~150°
13圆筒体锥底发酵罐的优缺点
优点：发酵速度快
厂房投资节省
冷耗节省
可依赖CIP自动程序清洗消毒卫生更容易保证
缺点：酵母泥使用代数一般比传统低
贮酒时，澄清比较困难，过滤必须强化；
短期贮酒不能保证温度一致。
第四章
14植物细胞培养反应器的主要类型
悬浮细胞培养反应器
---机械搅拌式反应器
---非机械搅拌式反应器
固定化细胞生物反应器
---填充床反应器
---流化床反应器
---膜反应器
15动物细胞培养方法有哪几种
贴壁培养
悬浮培养
固定化培养
16.动物细胞培养反应器的主要类型
通气搅拌式细胞培养反应器
气升式动物细胞培养反应器
中空纤维细胞培养反应器
微囊培养系统
大载体系统
微载体系统
17.笼式通气搅拌细胞培养反应器的工作原理和优缺点
原理：反应器运转时，圆筒转动，由于离心力的作用，搅拌器中心管内产生负压，使搅拌器外培养基流入中心管，沿管螺旋上升，再从导流筒口排出，从搅拌器外沿下降，形成循环流动。在气腔内气体由分布管鼓泡，气体溶于液体中，依靠气腔丝网外液体的循环流动及扩散作用，使溶于液体中的气体成分均匀地分布到反应器内。
优点：避免向培养基直接通气时气泡损伤细胞
没有移动部件
密封好
氧转换率较高
便于放大。
缺点：氧传递系数小，不能满足高密度培养的耗氧
气路系统不能就地灭菌
18何谓微载体培养系统，它的优点是什么
原理：
用固体小颗粒作为载体，细胞在载体的表面附着，通过连续搅拌悬浮于培养液中，并形成单层生长、繁殖。随着细胞附着面的扩大，细胞能充分利用生长空间和营养液，提高细胞生产效率和产量。
优点：
具有较高的表面积体积比
生长环境均一，条件易于控制，放大容易；
兼具贴壁培养和悬浮培养的优势，而且是均相培养；
取样和细胞汁数简单；
细胞和培养液易于分离；
大规模培养只需对微生物搅拌式或气升式培养系统稍加改进即可
适合于培养原代细胞、二倍体细胞株，它对生产重组产品来说是必不可少的有效方法。第五章
19 生化过程主要检测的参数有哪些
物理参数
温度、压力、通气量等
化学、生物参数
氧化还原电位、碳源、氮源、金属离子等
20生物反应器的温度、体积流量（液体和气体）、pH、溶氧的在线测量仪表有哪些
（温度：半导体热敏电阻、玻璃温度计、热电偶
体积流量：电磁流量计、漩涡流量计、液体质量流量计
Ph：复合电极
溶氧：溶氧电极、氧气分析仪）
在线分析仪器设备：
高压液相分析系统
流动注射式分析系统
映像在线监控系统
21生物反应器的温度、pH、溶氧是如何实现自动调节的
温度：控制器使用温度探头感应反应器内的温度，当温度大于设定值时，将电加热器关闭，通入的冷水很快使温度降低。当温度低于设定值时，控制仪打开电加热器，使温度升高。
Ph：pH控制系统是一开关控制系统，控制器根据pH偏差信号计算出开关阀门开关周期和开与关的时间长短，来控制输入的氨水的量，从而达到控制pH的目的。
溶氧：通过控制发酵罐压力、空气流量及搅拌转速的方法来控制。提高发酵压力，使发酵中二氧化碳的溶解度也增加，这不仅会改变发酵液的pH值，而且会影响氧的溶解度。
第六章
22原料的粗选、精选、分级设备哪些试举例说明。
粗选：大麦粗选机、力除铁器
精选：碟片式精选机、筒精选机
分级：平板分级筛、圆筒分级筛
23原料干式粉碎机有的主要类型
锤片式粉碎机
辊式粉碎机（对辊粉碎机）
圆盘钢磨
钢片式磨粉机
球磨机
24湿法粉碎的优点有哪些
消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗
粉碎过程中，淀粉已开始膨胀，提高了蒸煮效果
提高了蒸汽的利用率
由于粉碎在有水的情况下运转，使得机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。
25糖蜜的连续稀释设备包括哪些类型
间歇式稀释器
连续稀释器
水平式连续稀释器
立式稀释器
错板式稀释器
胀缩式糖蜜连续稀释器
变管径式连续稀释器
26淀粉质原料的罐式蒸煮糖化流程包括哪些主要设备
蒸煮设备
真空冷却器
糖化设备
27啤酒的四器组合方式主要包括那些设备，各有什么作用
糊化锅：糊化锅是用来加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，
使淀粉液化和糊化。
糖化锅：啤酒糖化锅的用途是使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。
过滤槽：获得澄清麦汁的一个关键设备。
麦汁煮沸锅：用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发掉，使麦汁达到要求浓度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质。还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。
28常用连续灭菌设备有哪些
连消塔加热的连续灭菌流程
喷射加热的连续灭菌流程
薄板换热器的连续灭菌流程
29 连续灭菌的优点
采用高温短时灭菌，培养基中营养成分破坏较少
蒸汽负荷均衡，操作方便，产品质量较易控制
设备利用率高，产量高
降低了劳动强度，适用于自动控制。
第七章
30滤设备主要有哪些类型
?板框式压滤机
?板式压滤机
?自动板框压滤机
?真空过滤机
31.转筒真空过滤机工作原理（图示）
32.离心分离设备主要有哪些类型（工业离心机类型及图示管式、碟片式离心机主要分离原理）
工业离心机：
管式离心机
碟片式离心机
螺旋式离心机
离心过滤机
33膜分离设备必需具备哪些条件
膜面切向速度快，以减少浓度差极化
单位体积中所含膜面积比较大
容易拆洗和更换
保留体积小，且无死角
具有可靠的膜支撑装置
34.膜分离设备主要有哪些类型
板式膜过滤器
管式膜过滤器
中空膜纤维过滤器
螺旋卷式膜分离器
第八章
35.萃取的混合主要设备包括哪些其结构特点如何
混合罐
混合管
喷射式混合器
泵
结构特点：体积小
36萃取的分离主要设备类型其结构特点如何
萃取分离基本原理
管式超速离心机
碟片式高速离心机
三相倾析式萃取机
原理
利用物质在互不混溶的两相（有机相和水溶液相）中溶解度的不同，依据分配定律，提取和分离物质的一种方法。
37离子交换设备主要类型及其结构特点如何
离子交换基本原理
常用离子交换罐
反吸附离子交换罐
混合床交换罐
连续离子交换设备
结构特点
设备材料
大型设备：多采用钢板内衬橡胶
小型设备：有机玻璃或硬聚氯乙烯
实验室：玻璃筒
管道：硬聚氯乙烯
阀门：塑料不锈钢或橡皮隔膜阀
装有观察玻璃短管
原理：离子交换设备中的阴阳离子交换树脂按照不同的比例进行搭配，组成离子交换阳床系统、离子交换阴床系统和离子混床系统三种。混床系统能够对水中的阴阳离子进行置换。
38色谱分离设备有类型及其结构特点如何
色谱分离基本原理
设备：玻璃色谱分离柱、带热夹套分离柱、反转式分离柱
原理：
亲和力小的组分，移动速度快，最先从柱中流出，亲和力大的组分，移动速度慢，最后从柱中流出
1.列举生物工业常用干燥方法
2.常压干燥设备有哪些类型
3.真空干燥设备有哪些类型
4.绝热干燥设备有哪些类型
5.长管气流干燥的关键设备是什么
6.喷雾干燥的原理与特点
7.图示喷雾干燥器的主要流程
8. 喷雾干燥器有哪些主要类型主要依据是什么
9.流化床干燥原理及特点
10.冷冻干燥原理与特点
11.冷冻干燥设备组成
12.微波干燥的特点
1.蒸馏的原理是什么粗馏塔和精馏塔在酒精蒸馏
中起什么作用
2.酒精蒸馏流程主要有哪几种，各有什么特点
3.粗馏塔的塔板有哪些类型
4.精馏塔塔板有哪些类型
1.发酵对空气无菌程度的要求
2.空气除菌方法的方法有哪些
3.什么是绝对过滤
4.请简述介质除菌过滤的基本原理
5.空气除菌流程类型有哪些
简述两级冷却、分离、加热的空气除菌流程。
6.空气过滤器的结构类型有哪些请举例说明。
7.空气调节的原理与主要设备有哪些
1.固体物料输送设备有哪些主要类型
2. 固体物料气流输送原理是什么它的流程分为哪几类
3.固体物料气流输送的除尘设备有哪几类
4.液体物料输送设备有哪些试举例说明！
清洗系统及设备
2.发酵罐及容器的灭菌
3.空气过滤器的杀菌
1.常用水的过滤装置有哪些类型
2.水的软化及脱盐装置有哪些类型
3.水的杀菌方法和设备有哪些类型
4.了解供水和供电系统基本组成。
5.制冷系统设备主要由哪些部分组成
简述清洁生产的最新进展并举例说明如何实现清洁生产
生物工程设备习题及答案总
1. 常用的两种磁选设备的原理 （1）固定形磁钢装置（平板式磁分离器） 将永久磁钢根据需要的数量组合起来，可分散装置在谷粒经过的加料斜槽或在 加工设备之前集中装置。 工作时，原料以薄层经过磁性部分时，铁块被吸住而除去，原料自由通过。（2）永磁滚筒（旋转式磁分离器） 由转动的外筒和其中固定不动的磁铁芯（ 170 °的半圆形芯子）两部分组成。 工作时，原料经过磁性部分时，铁块被吸住，转动到盛铁盒掉落而除去，原料 自由通过。 2. 筛选分级的原理 利用物料粒度、形状不同，利用一层或数层运动或静止的筛面而达到清理的目的。 3. 振动筛的工作原理 原料大麦进入后经控料闸（控制进料量）首先经过风道进行第一次风选除去轻 的杂质和灰尘（进入沉降室），落入初清筛面，去掉除去大杂质，接着通过筛 孔落入第二级筛面，除去稍大于麦粒的中级杂质，再通过筛孔进入第三级筛面，除去细杂，得到粗糙的原料大麦，最后进行第二次风选，除去三级筛选中的杂 质（进入沉降室），得到原料大麦。 4. 精选机的工作原理 精选是按籽粒长度和形状不同进行分选 精选机是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离。 5. 常用的大麦精选机有哪两种？各有何特点? （1）碟片式精选机 碟片式精选机的主要构件是一组同轴安装的圆环形铸铁碟片，碟片的两侧工作 面制成许多特殊形状的袋孔。
碟片上袋孔的大小、形状，可根据籽粒长度的粒度曲线来确定。 碟片精选机的优点是工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；而且各种不 同的袋孔可用于同一机器中；碟片损坏可以更换。 缺点是碟片上的袋孔容易磨损。 （2 ）滚筒精选机 根据滚筒转速差别分为快速滚筒精选机和慢速滚筒精选机。 按其作用有荞子滚筒、大麦滚筒和分级滚筒之分。 滚筒精选机的特点是它分离出来的杂粒中含大麦较少； 其主要缺点是袋孔的利用系数低，产量也较低，且工作面磨损后不能修复。 6. 圆筒分级筛的工作原理和特点？ 根据物料分级的要求，在圆筒筛上布置不同孔径的筛面。原料进入后在传动装 置作用下运动并接触筛面而进行筛分。 优点：设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。 缺点：筛面利用率小，仅为整个筛面的 1/5 1.物料的粉碎度（粉碎比） 物料粉碎前后平均直径之比，称为粉碎度或称粉碎比。 X=D1/D2 式中 D1 ——粉碎前物料的平均粒径， mm ；D2——粉碎后物料的平均粒径， mm 。粉碎度表示粉碎操作中物料粒度的变化比例。 2.对粉碎机的要求 （1 ）粉碎后的物料颗粒大小要均匀。 （2）已被粉碎的物块，应立即从轧压部位排除。
特种设备种类简表
特种设备种类简表 代 码 种类项目内容 100 0锅炉 含义 指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数， 并对外输出热能的设备，其范围规定为容积≥30L的承压蒸汽锅炉；出口 水压≥0.1MPa（表压），且额定功率≥0.1MW的承压热水锅炉；有机热载 体锅炉。 类别承压蒸汽锅炉；承压热水锅炉；有机热载体锅炉；锅炉部件；锅炉材料。 200 0压力容 器 含义 指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工 作压力≥0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积≥2.5MPa·L的气体、液 化气体和最高工作温度≥标准沸点的液体的固定式容积和移动式容器； 盛装公称工作压力≥0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积≥1.0MPa·L 的气体、液化气体和标准沸点≤60°C液体的气瓶；氧舱等。 类别 固定式压力容器；移动式压力容器；气瓶；氧舱；压力容器部件；压力 容器材料。 800 0压力管 道 含义 指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为 最高工作压力≥0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、 易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度≥标准沸点的液体介质，且公称 直径>25mm的管道。 类别 长输（油气）管道；公用管道（燃气，热力）；工业管道（工艺，动力， 制冷）。 700 0压力管 道元件 类别 压力管道管子；压力管道管件；阀门；法兰；补偿器；压力管道支撑件； 压力管道密封元件；压力管道特种元件；压力管道材料。 300 0电梯 含义 指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级（踏 步），进行升降或者平行运送人、货物的机电设备，包括载人（货）电 梯、自动扶梯、自动人行道等。 类别 乘客电梯；载货电梯；液压电梯；杂物电梯；自动扶梯；自动人行道； 电梯部件。 400 0起重机 械 含义 指用于垂直升降或者垂直升降并水平移动重物的机电设备，其范围规定 为额定起重量≥0.5t的升降梯，额定起重量≥1t，且提升高度≥2m的起 重机和承重形式固定的电动葫芦等。 类别 桥式起重机；门式起重机；塔式起重机；流动式起重机；铁路起重机； 门座起重机；升降机；缆索起重机；桅杆起重机；旋臂式起重机；轻小 型起重设备；机械式停车设备。 900 0客运索 道 含义 指动力驱动，利用柔性绳索牵引箱体等运载工具运送人员的机电设备， 包括客运架空索道、客运缆车、客运拖牵索道等。 类别客运架空索道、客运缆车、客运拖牵索道；客运索道部件。 600 0大型游 乐设施 含义 指用于经营目的，承载乘客游乐的设施，其范围规定为设计最大运行线 速度≥2m/s的载人大型游乐设施。 类别 观览车雷；滑行车类；架空游览车类；陀螺类；飞行塔类；转马类；自 控飞机类；赛车类；小火车类；碰碰车类；电池车类；水上游乐设施； 无动力游乐设施；游乐设施部件。 500 0场（厂） 内专用 机动车 辆 含义 指除道路交通、农用车辆以外仅在工厂厂区、旅游景区、游乐场所等特 定区域使用的专用机动车辆。 类别 场（厂）内专用机动工业车辆；场（厂）内专用旅游观光车辆。
生物工程设备
1.生物质原料的粉碎的设备：锤式、辊式、湿式、超细、纳米粉碎机、球磨机、切片机。 2.连续灭菌流程：加热、保温（湿）、冷却。 3.啤酒生产中麦芽汁的制备设备：糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅、糖化醪过滤槽。 4.糊化锅的作用：用于煮沸大米粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。 5.氧传递模型：双膜理论、渗透扩散、表面更新理论。 6.常用通风式（固态）生物反应器种类：填充床、流化床、转鼓式、浅盘式、搅拌生物反应器和压力脉动固态发酵生物反应器。 7.生物反应器的放大方法：经验放大法、因次分析法、时间常数法、数学模拟法。 8.经验放大法原则：几何相似放大、以单位体积液体中搅拌功率相同放大、以单位培养液体积的空气流量相同的原则进行放大、以空气线速度相同的原则进行放大、以kLa相同的原则进行放大、搅拌器叶尖速度相同的准则、混合时间相同的准则。 9.液液萃取设备：混合设备、分离设备、兼有混合和分离两种功能的设备。 10.蒸发器组成：加热室、分离器。 11.固体输送设备：带式输送机、斗式提升机、螺旋输送机。 12.垂直管中气力输送设备流程：粒子向下加速运动；粒子相对静止；粒子向上加速运动。 13.生物除菌方法：辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌。 14.空气过滤除菌流程：两级冷却、加热除菌流程；高效前置过滤空气除菌流程。 15.过滤除菌效率与空气流速关系：当气流速度较大时，v↑η↑，此时惯性冲击起主要作用；当气流速度较小时，v↑η↓，此时扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留起主要作用；如果气流速度过大，除菌效率又下降，则是由于重新污染。1.GMP：药品生产质量管理规范，指在药品生产全过程中运用科学的原理和方法来保证生产出优质产品的一整套科学管理办法。 2.冷冻干燥：将物料冷冻至水的冰点以下，并置于高真空的容器中，通过供热使物料中的水分直接从固态冰升华为水汽的一种干燥方法。 3.渗透平衡：两溶液过一段时间后的分压相同，相当于进入半透膜的水与出半透膜的水相同，就会达到渗透平衡。不管是什么溶液体系给够足够时间后一定能达到渗透平衡。 4.渗透：渗透是水分子经半透膜扩散的现象。它由高水分子区域（即低浓度溶液）渗入低水分子区域（即高浓度溶液），直到细胞内外浓度平衡（等张）为止。水分子会经由扩散方式通过细胞膜，这样的现象，称为渗透。 5.离子交换法：应用合成的离子交换剂作为吸附剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在交换剂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物质从交换剂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。 6.湿热灭菌：指用饱和水蒸气、沸水或流通蒸汽进行灭菌的方法，以高温高压水蒸气为介质，由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，最终导致微生物的死亡。 7.双水相萃取：一些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统。 8.超临界流体：温度和压力均在本身的临界点以上的高密度流体，具有和液体同样的凝聚力、溶解力。 9.体积传质系数：是决定反应器结构的最相关的参数，它是质量传递的比速率，是指在单位浓度差下，单位时间、单位界面面积所吸收的气体。
生物工程设备复习题
生物工程设备复习题 一、选择题 1、目前啤酒厂的糖化锅中利用__B__进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器 2、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 3、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 4、机械轴封的动环的硬度比静环___B____。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。 A.大，碳化钨钢，铸铁 B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。 5、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 6、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____A______搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。 A.小于一个 B.大于一个小于两个 C.等于一个 D.等于两个 7、自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此____C____轴封。 A.应该用填料函 B.应该用单端面机械 C.应该用双端面机械 D.无需 8、培养基连续灭菌流程中选用管道维持器，应该使培养基在管道的流速达到___C___，才能保证先进先出。 A.过渡流 B.层流 C.活塞流 D.湍流 9、把干玉米原料从多处集中送到一处，原则上应选择：( D ) A ．带式输送机 B ．压送式气力输送装置C．斗式提升机 D ．吸送式气力输送装置 10、压送式气力输送装置的闭风器应装在：( A ) A ．加料口处 B ．卸料口处 C ．中间部位 D ．无论哪里 11、直接向空气中喷100 ℃蒸汽，此过程对湿空气来说将近似是：( B ) A ．等湿升温 B ．等温加湿 C ．加湿升温 D ．等温等湿 12、垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学条件是:( A ) Ａ . 气流速度大于悬浮速度 B. 气流速度小于悬浮速度 C. 气流速度等于悬浮速度 D. 不能确定
生物工程设备习题答案
生物工程设备习题集 一. 单项选择题: (每题1分) 1.目前啤酒厂的糖化锅中利用_____D____进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器 2.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 3.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 4.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，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是____C____，只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。 A.高温瞬时(133℃，15秒钟) B.同实罐灭菌一样(115℃，8-15分钟) C.高温长时(127℃，45分钟) D.间歇灭菌(100℃，30分钟，连灭三次) 5.机械轴封的动环的硬度比静环___B__。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。 A.大，碳化钨钢，铸铁 B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。 6.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，一般为20-35℃ 7.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 8.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 9.机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____C____搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下米(大罐)。 A.小于一个 B.大于一个小于两个 C.等于一个 D.等于两个 10.自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此___C___轴封。 A.应该用填料函 B.应该用单端面机械 C.应该用双端面机械 D.无需 11.安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是______D______。
特种设备分类(细分)
特种设备的分类 一、锅炉的分类 1、按用途分类 (1)电站锅炉(2)工业锅炉(3)生活锅炉(4)机车锅炉(5)船舶锅炉 2、按容量分类 (1)大型锅炉(额定蒸发量≥100 t／h) (2)中型锅炉(额定蒸发量为20~100 t／h) (3)小型锅炉(额定蒸发量≤20 t／h) 3、按出口介质压力分类 (1)低压锅炉(额定蒸汽压力≤2.45MPa) (2)中压锅炉(额定蒸汽压力为3.83MPa) (3)高压锅炉(额定蒸汽压力为9.81MPa) (4)超高压锅炉(额定蒸汽压力为13.7MPa) (5)亚临界压力锅炉(额定蒸汽压力为16.7MPa) (6)超临界压力锅炉(额定蒸汽压力≥22.1 MPa，一般为25.5 MPa) (7)超超临界压力锅炉(额定蒸汽压力为30.0MPa) 4、按安全技术监察规程分类： A级锅炉 A级锅炉是指额定工作压力P(表压，下同)≥3.8MPa的锅炉，包括： (1)超临界锅炉，P≥22.1MPa的锅炉； (2)亚临界锅炉，16.7MPa≤P＜22.1MPa；
(3)超高压锅炉，13.7MPa≤P＜16.7MPa； (4)高压锅炉，9.8MPa≤P＜13.7MPa； (5)次高压锅炉，5.3MPa≤P＜9.8MPa； (6)中压锅炉，3.8MPa≤P＜5.3MPa。 B级锅炉 (1)蒸汽锅炉，0.8MPa＜P＜3.8MPa； (2)热水锅炉，P＜3.8MPa并且额定出水温度t≥120℃； (3)有机热载体锅炉的气相有机热载体锅炉，额定热功率Q＞0.7MW；液相有机热载体锅炉，额定热功率Q＞4.2MW。 C级锅炉 (1)蒸汽锅炉，P≤0.8MPa并且设计正常水位水容积V＞50L； (2)热水锅炉，P＜3.8MPa并且额定出水温度t＜120℃； (3)有机热载体锅炉的气相有机热载体锅炉，0.1MW＜额定热功率Q≤0.7MW；液相有机热载体锅炉，0.1MW＜额定热功率Q≤4.2MW。 D级锅炉 (1)蒸汽锅炉，P≤0.8MPa并且30 L≤设计正常水位水容积V≤50L； (2)汽水两用锅炉(注1)，P≤0.04MPa并且额定蒸发量D≤0.5t/h的锅炉； (3)仅用自来水加压的热水锅炉，并且额定出水温度t≤95℃； (4)有机热载体锅炉的气相有机热载体锅炉，0.01MW＜额定热功率Q≤0.1MW；液相有机热载体锅炉，0.01MW＜额定热功率Q≤0.1MW。 注：其他汽水两用锅炉按照出口蒸汽参数和额定蒸发量分属以上各级锅炉。二、压力容器的分类
生物工程设备
生物工程设备 教学大纲 生物科学与工程学院 生物工程教研室编2009年9月第三次修改
编写说明 生物工程设备是生物工程专业的专业核心课程之一，在我系的专业课教学中占有特别重要的地位。生物工程设备是专门研究生物工厂设备的一门学科，是生物工程专业的专业课，在学过的生物工艺，化工原理，生物化学的基础上开设的。生物技术是以基因工程为先导，结合发酵工程、酶工程和生化工程等技术，构成现代生物技术。生物工程设备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体。具体内容包括：生化反应器、生化反应物料处理及产物分离纯化设备和辅助系统设备的原理和设计及计算。通过本课程的学习使学生能够了解和掌握发酵工厂常用的发酵设备、分离提取原理及设备。并为学习其他工艺学奠定基础。 为了规范教学，提高我系的生物工程专业课的教学质量，特编写此大纲。 生物工程设备教学大纲，全面系统的介绍发酵工艺的内容，结合本学科的最新成果组织编写。本大纲的内容有：教学目的与要求、教学重点与难点、教学内容、并提供了思考题、教学参考书及课时分配表等。 本大纲由李树立老师编写，教研室集体审定。 生物工程教研室 2009年9月
课时分配表
目录理论教学部分： 第一章概述 第二章物料处理和输送设备 第一节固体物料的处理与粉碎设备 第二节固体物料输送设备 第三节液体物料的输送设备 第三章空气净化除菌设备 第一节空气净化除菌的方法与原理 第二节空气过滤除菌设备及计算 第四章培养基的制备设备 第一节糖蜜原料的稀释与澄清 第二节淀粉质原料的蒸煮糖化设备 第三节啤酒生产麦芽汁的制备 第四节培养基的灭菌 第五章通风发酵设备 第一节机械搅拌通风发酵罐 第二节气升式发酵罐(ALR) 第三节自吸式发酵罐 第四节通风固相发酵设备 第五节其他类型的通风发酵反应器简介第六章嫌气发酵设备 第一节酒精发酵设备 第二节啤酒发酵设备 第三节连续发酵 第七章植物细胞(组织)和动物细胞培养反应器第一节植物细胞(组织)培养反应器 第二节动物细胞培养反应器 第三节微藻培养反应器 第八章生物反应器的比拟放大 第一节生物反应器的放大目的及方法 第二节通气发酵罐的放大设计 第九章过滤、离心与膜分离设备 第一节过滤速度的强化 第二节过滤设备 第三节离心分离设备 第四节膜分离设备 第十章离子交换分离原理及设备 第一节离子交换树脂 第二节离子交换分离原理 第三节离子交换设备 第十一章蒸发与结晶设备 第一节常压与真空蒸发设备
生物工程设备考试知识点必看
生物工程设备 第一章绪论 ●生物工程设备(bioengineering equipment)：就是生物工程类工 厂或实验室为生物反应提供最基本也是最主要的能够满足特定生物反应工艺过程的专门技术装备或设施。即为生命体完成一定反应过程所提供的特定环境。 ●生物工程设备是现代生物技术的基本原理与工程学原理相交叉的 应用性学科，是将生物技术成果产业化的桥梁。 ●吕文虎克发明显微镜、柯赫建立了微生物分离纯化和纯培养技术、 弗莱明发现了青霉素，并确认青霉素对伤口感染更有疗效 ●通风搅拌发酵技术的建立标志着实现了真正意义的生物工程设 备； 代表：青霉素 ●对通气搅拌生物反应器进行了改造，发展了气升式反应器，设备 向着大型化、自动化发展 ●20世纪70年代基因重组技术诞生； 代表产物是胰岛素 第二章原料处理及灭菌设备 ●目前常用的处理方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法 ●预处理包括：筛选去杂、磁力除铁、精选分级、原料粉碎
●筛分机械原理：根据颗粒的几何形状及其粒度，利用带有孔眼的 筛面对物料进行分选的机器，具有去杂、分级两个功能 ●网目：以每英寸长度内的筛孔数表示，称为网目数，简称网目， 以M表示 ●振动筛：发酵工厂应用最为广泛，带有风力除尘功能的筛选设备， 多用于清除物料中小或者轻的杂质。 ●滚筒筛分类有 1.并列式：颗粒直径分布均匀；2,串联式：小颗粒 含量较多的；3.同轴式：大颗粒含量不多的物料 ●重力分选原理：干重重力分选、湿重重力分选 ●湿重重力分选利用不同密度的颗粒在水中受到的浮力及下降阻力 的差异进行分选的。 ●典型重力分选机械粒状原料密度去石机采用干法重力分选块根原 料除石机该设备通常采用湿法重力分选 ●精选设备常用的有滚筒式精选机、碟片式精选机、螺旋球度精选 机 ●螺旋球度精选机从长颗粒中分离出球形颗粒 ●粉碎的理论模型（a）体积粉碎模型（b）表面粉碎模型（c）均一 粉碎模型 ●粉碎：粉碎是固体物料尺寸由大变小的过程，是利用机械力来克 服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作。 ●实际粉碎过程中受到两个因素的影响：原料性质和粉碎设备结构
特种设备的分类
特种设备的分类 、锅炉的分类 1、按用途分类 (1) 电站锅炉(2)工业锅炉(3)生活锅炉(4)机车锅炉(5)船舶锅炉2、按容量分类 (1) 大型锅炉(额定蒸发量≥100／t h) (2) 中型锅炉(额定蒸发量为20~100 t／h) (3) 小型锅炉(额定蒸发量≤20 ／t h) 3、按出口介质压力分类 (1) 低压锅炉(额定蒸汽压力≤2.45MPa) (2) 中压锅炉(额定蒸汽压力为3.83MPa) (3) 高压锅炉(额定蒸汽压力为9.81MPa) (4) 超高压锅炉(额定蒸汽压力为13.7MPa) (5) 亚临界压力锅炉(额定蒸汽压力为16.7MPa) (6) 超临界压力锅炉(额定蒸汽压力≥22.1 MP，a 一般为25.5 MPa) (7) 超超临界压力锅炉(额定蒸汽压力为30.0MPa) 4、按安全技术监察规程分类： A 级锅炉 A 级锅炉是指额定工作压力P(表压，下同) ≥3.8MP的a 锅炉，包括： (1) 超临界锅炉，P≥22.1MPa的锅炉； (2) 亚临界锅炉，16.7MPa ≤ (3) 超高压锅炉，13.7MPa ≤ 体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收的气体。 影响kLa的因素：物系的性质——粘度，扩散系数，表面张力 操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数 反应器的结构——反应器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力的作用 1、增加质量与热量传递速率 2、对微生物，动植物细胞的培养造成影响 机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性 1、搅拌叶轮尺寸与类型 ●叶轮尺寸与罐直径比 Di/D=0.33~0.45 选用较大的叶轮或Di/D： 多糖发酵， 动物细胞培养； ●叶轮类型的选择 功率准数、混合特性， 产生的液流作用力的大小 2、搅拌叶尖速度与剪应力 ●细胞与剪切作用 损害程度： 细胞特性、搅拌力的性质、强度、作用时间； 定性关系： 球状和杆状细胞：耐受力强， 丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切的反应器设计准则 以搅拌叶尖线速度v为基准： v≤7.5m/s 3、发酵液的流变特性 液体流变特性的影响： 传质、传热、混合； 发酵罐设计与运转； ●发酵液流变特性的类型： （1）牛顿型流体 黏度不随搅拌剪切速率和剪应力而改变（粘性定律）； 剪应力与剪切速率的关系： τ=F/A=μ(du/dy)=μγ τ为剪应力，Pa或N/m2； F为切向力，A 为流体面积； μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )； 非牛顿型流体 （2）宾汉塑性流体 τ=τ0+μsγ τ0为屈服应力，Pa; μs为表观黏度,Pa·s; 如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性和涨塑性流体 τ=Kγn K：均匀系数，稠度系数，Pa·sn； n：流体状态特性指数， 拟塑性：0﹤n﹤1 涨塑性：n﹥1 如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖； 机械搅拌通风发酵罐的的热量传递 1、发酵过程的热量计算 ●生物反应热的计算 Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散 Q搅拌： 与搅拌功率Pg有关， η功热转化率，取η=0.92； Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0.2 Q生物； ●冷却水带出的热量计算 发酵过程的最大放热： Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)] W:冷却水流量，kg/h； c：水的比热容，kJ/(kg·℃)； T1、T2:冷却水进出口温度，℃； VL：发酵液体积，m3; ●发酵液温升测量计算 旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水， 30min后测定发酵液的温度： Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)] w1、w2：发酵液和发酵罐的质量，kg； c1、c2：发酵液和发酵罐的比热容，kJ/(kg·℃)； △T：30min内发酵液的温升，℃； 2、发酵罐的换热装置 ●换热夹套 换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)； 适应：5m3发酵罐； ●竖式蛇管 4~6组 换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)； 要求水温较低； ●竖式列（排）管 传热推动力大，用水量大； 名词： 连续灭菌：指配制好的培养基在向发酵罐输送的同时进行加热保温冷却三个过程 介质过滤：使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中达到除菌目的冷冻粉碎：是利用冷冻与粉碎两种技术相结合使物料在冻结状态下进行粉碎制成干粉的技术深层过滤效率：滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值=1-穿透率 端面轴封：靠弹簧和液体的压力，在作相对运动的动环和静环的接触面产生适当的的压紧力，使两端面紧密贴合，端面间维持一层薄液膜达到密封目的。 UASB升流式厌氧污泥床 生物反应产物分离纯化是指从生物反应培养体系中提取、分离、纯化和精制所需产品的过程流化床生物反应器：通过流体的上升运动使固体颗粒维持在悬浮状态进行反应的装置 填空： 锤式粉碎机→冲击力 气体输送流程：吸引式输送流程、压送式输送流程 介质过滤的机理：惯性冲击滞留，拦截滞留，布朗扩散，重力沉降，静电吸附作用机理 动环采用硬质合金：碳化钨钢，高硅铸铁。静环采用软质耐磨材料：不透性石墨，聚4乙醚按操作原理不同对离心机的分类：1.过滤式离心机2.沉降式过滤机3.分离式离心机 简答： 一．固体物料的粗选需要哪些设备？它们是如何除去杂质的 1.筛选设备：是根据颗粒的几何形状及其粒度不同，利用带有孔眼的筛面对物料进行分选 2.重力分选机械：干法重力分选（干法重力分选以散粒体的自动分层为基础，利用物料因密度及表面状态而产生的流动性差异进行分选）和湿法重力分选（利用不同密度的颗粒在水中的浮力及下降阻力的差异大于气流中的差异进行分选） 3.磁力分离器：利用磁力将原料中磁性金属杂质分离 二．精选设备有哪几种 1.碟片式精选机：主要构件是一组同轴圆环状铸铁碟片，在金属碟片的平面上制成许多袋形凹孔 2.滚筒精选机：由滚筒、短粒收集槽、调节装置，输送螺旋、搅动器和传动机构等组成 3.螺旋球度精选机：由进料斗、放料闸门及围绕在同一垂直轴上的斜面螺旋面所组成 三．介质过滤除菌的概念和作用机理有哪些 介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌目的。工厂中：经济性，可操作性，有效性等反面考虑，生产用这种方法四．空气预处理设备的作用 1.除尘器：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机损坏，同时可减轻总过滤器负荷 2.空气压缩机:为生产用的空气提供压力 3.贮气罐：消除压缩机排出空气的脉冲,维持整个发酵系统稳定的正压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾 4.气液分离器：将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去（旋风、填料） 五．传统酒精发酵罐特点 酒精发酵罐筒体为圆柱形，底盖和顶盖均为蝶形或锥形。为回收二氧化碳和部分酒精，发酵罐宜采用密闭式，罐顶有人孔、视镜、进料管、接种管、压力表、测量仪表接口管以及二氧化碳回收管。罐底装有排料口和排污口。罐身上下装有取样口和温度计接口。大型发酵罐往往在近罐底也装有人孔。采用灌顶喷水淋于罐外表面或装置冷却蛇管进行冷却，近年来，酒精发酵罐已逐步采用水力喷射洗涤装置，从而改善劳动环境和提高操作效率。 六．动物细胞体外培养的特点：1贴壁依赖型2非贴壁依赖型3兼性贴壁型 特种设备安全基础知识 一、特种设备 （一）特种设备的种类和分类，特种设备安全性工作原理及特点，特种设备的安全强度概念及承压设备用材料、焊接安全特点，承压设备承载介质安全特点； 特种设备种类和分类：有锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施等共七类。其中锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道属于承压类，电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施等属于机电类。 特种设备安全性工作原理及特点：锅炉的安全工作特性： (1)爆炸的危害性。 (2)易于损坏性。 (3)使用的广泛性。 (4)连续运行性。 压力容器的安全工作特性：和锅炉有相似之处，例如因承受高温高压而有爆炸危险和易损坏性。此外，还可能由于介质易燃、有毒或腐蚀性，当发生泄漏时，可引发火灾、大面积中毒等严重事故。 电梯的安全工作特性：电梯可能发生的危险一般有：人员被挤压、剪切、撞击和发生坠落；人员被电击、轿厢超越极限行程 发生撞击；轿厢超速或因断绳造成坠落；由于材料失效、强度丧失而造成结构破坏等。起重机械的安全工作特性：起重机械包括轻小型起重设备、起重机、升降机三类，其工作特点可概括为以下7点：(1)起重机械通常具有庞大的结构和比较复杂的机构，能完成一个起升运动、一个或几个水平运动。 (2)所吊运的重物多种多样，载荷是变化的。 (3)大多数起重机械，需要在较大的范围内运行，活动空间较大。 (4)有些起重机械，需要直接载运人员在导轨、平台或钢丝绳上做升降运动(如电梯、升降平台等)，其可靠性直接影响人身安全。 (5)暴露的、活动的零部件较多，且常与吊运作业人员直接接触(如吊钩、钢丝绳等)，潜在许多偶发的危险因素。 (6)作业环境复杂。 (7)作业中常常需要多人配合，共同进行一个操作。上述诸多危险因素的存在，决定了起重伤害事故较多。大型娱乐设施和客运索道：由于载人且运动范围较大，任何电气或机械故障导致的运动状态变化都可能造成人员伤亡事故。承压设备用材：钢材，按化学成分可分成碳素钢和合金钢，按金相组织分可分成珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁素体钢。 体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收得气体。 影响kLa得因素：物系得性质——粘度，扩散系数，表面张力 操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数 反应器得结构——反应器得结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力得作用 1、增加质量与热量传递速率 2、对微生物，动植物细胞得培养造成影响 机械搅拌通风发酵罐得搅拌与流变特性 1、搅拌叶轮尺寸与类型 ●叶轮尺寸与罐直径比 Di/D=0、33~0、45 选用较大得叶轮或Di/D： 多糖发酵， 动物细胞培养； ●叶轮类型得选择 功率准数、混合特性， 产生得液流作用力得大小 2、搅拌叶尖速度与剪应力 ●细胞与剪切作用 损害程度： 细胞特性、搅拌力得性质、强度、作用时间； 定性关系： 球状与杆状细胞：耐受力强， 丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切得反应器设计准则 以搅拌叶尖线速度v为基准： v≤7、5m/s 3、发酵液得流变特性 液体流变特性得影响： 传质、传热、混合； 发酵罐设计与运转； ●发酵液流变特性得类型： （1）牛顿型流体 黏度不随搅拌剪切速率与剪应力而改变（粘性定律）； 剪应力与剪切速率得关系： τ=F/A=μ(du/dy)=μγ τ为剪应力，Pa或N/m2； F为切向力，A 为流体面积； μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )； 非牛顿型流体 （2）宾汉塑性流体 τ=τ0+μsγ τ0为屈服应力，Pa; μs为表观黏度,Pa·s; 如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性与涨塑性流体 τ=Kγn K：均匀系数，稠度系数，Pa·sn； n：流体状态特性指数， 拟塑性：0﹤n﹤1 涨塑性：n﹥1 如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖； 机械搅拌通风发酵罐得得热量传递 1、发酵过程得热量计算 ●生物反应热得计算 Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散 Q搅拌： 与搅拌功率Pg有关， η功热转化率，取η=0、92； Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0、2 Q生物； ●冷却水带出得热量计算 发酵过程得最大放热： Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)] W:冷却水流量，kg/h； c：水得比热容，kJ/(kg·℃)； T1、T2:冷却水进出口温度，℃； VL：发酵液体积，m3; ●发酵液温升测量计算 旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水， 30min后测定发酵液得温度： Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)] w1、w2：发酵液与发酵罐得质量，kg； c1、c2：发酵液与发酵罐得比热容，kJ/(kg·℃)； △T：30min内发酵液得温升，℃； 2、发酵罐得换热装置 ●换热夹套 换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)； 适应：5m3发酵罐； ●竖式蛇管 4~6组 换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)； 要求水温较低； ●竖式列（排）管 传热推动力大，用水量大； 生物工程设备 Revised as of 23 November 2020 第一章1.为什么发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法 湿热灭菌是利用高温饱和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白质变性进行灭菌的一种方式。工业发酵培养基灭菌的特点是数量多，含有很多固体物质；灭菌后要有利于生产菌的生长；方便易行及价格便宜。 由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具有很强的穿透力，灭菌效果好； 蒸汽来源及控制操作条件方便，适用于工业发酵培养基的灭菌。 2.实罐消毒灭菌操作过程的要点 A发酵罐及附属阀门无泄漏，无死角，无堵塞；B灭菌时罐内蛇管和夹层冷却部位的冷水彻底排除干净；C控制培养基颗粒大小；D罐内空气排除；E搅拌混合均匀;F液面以下与培养基接触的管道都要进蒸汽；G液面以上不与培养基接触的管道都要排气； 3.为什么灭菌后先开空气再开冷却 防止形成真空设备吸瘪，倒吸引起染菌费用 4.实罐灭菌如要缩短冷却时间，采用何种方式比较经济合理 增加冷却面积，虽然设备投资费用增加，但降低了日常的操作费用 5.生物反应器换热面积设计计算的依据生物反应器换热冷却用水量计算依 据 生物反应器换热面积的确定一般按某个生产品种的发酵过程中某个时刻最大的发酵热作为设计计算的依据。但对一些发酵热并不大的品种，应根据反应的发酵热及培养基灭菌时的冷却方法、要求来综合考虑确定。 生物反应器换热冷却用水量计算通常按发酵热来计算。但对一些发酵热 并不大的生产品种，对培养基灭菌采用实罐灭菌的应根据反应的发酵热及培养基灭菌时的冷却要求来综合考虑确定。 6.连续灭菌系统设计如何考虑节能 系统设计根据配置培养基的工艺特性选择合理的灭菌流程及高效节能的设备，流程设计考虑冷热流体的交换。 7.连续消毒灭菌的特点是什么 连续性强，快速灭菌消毒，培养基营养成分破坏少，灭菌质量稳定，发酵设备利用率高，适用于大容积发酵罐物料的连续灭菌消毒。但由于附加设备多，操作环节多，因此染菌机会增加，不适合于含大量固体物料的灭菌，对蒸汽的要求高。 8.从工程上分析影响培养基湿热灭菌的因素有哪些 培养基成分、起泡程度、培养基颗粒大小、罐内空气排除，搅拌混合均匀等。 第二章 1. 生物发酵用的无菌空气的质量指标 压强、温度、流量、相对湿度和空气洁净度 2. 压缩空气预处理的目的 提高压缩前空气的洁净度；去除压缩后空气中的油和水；保证通气发酵用无菌空气的质量指标。 3. 生物发酵热净化空气的质量指标如何控制 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。 生物工程设备期末复习 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】 13级生物工程设备期末总复习提纲 2013级生物工程游琳娜 第二章 1.空气除菌有几种方法？ 1)热杀菌:可用蒸汽或电来加热空气，以达到杀菌的目的；利用空气被压缩时所 产生的热量对空气进行加热保温杀菌，在生产上具有重要意义。 2)辐射杀菌：α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波等从理论上讲 都能起到杀菌作用。但紫外线杀菌效率低，时间长。一般要结合甲醛蒸汽或 苯酚喷雾来保证无菌室的高度无菌。 3)静电杀菌：利用静电引力吸附带电粒子以达到除菌除尘目的。 4)介质过滤除菌法：采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气所含的微生物，从 而获得无菌空气。 2.请具体说明介质过滤除菌的机理（空气介质相对过滤除菌基本原理）。 微粒随空气流动通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流的前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，这些改变引起微粒对过滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸附等作用把微粒滞留在纤维表面。 1)惯性冲击滞留作用机理：（气流速度较大时） 由于微粒直冲到纤维表面，因摩擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上，这称为惯 性冲击滞留作用。 2)拦截滞留作用机理：（气流速度较小时） 在滞流区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留。这就是拦截捕集作用。 3)布朗扩散作用机理 在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大增加了微粒与纤 维的接触机会，从而被捕集。（直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种 不规则的运动，称为布朗运动） 4)重力沉降作用机理 当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就发生沉降现象（大颗粒 比小颗粒作用显着）。微粒的沉降作用提高了拦截捕集作用。 5)静电吸附作用机理 干空气对某些非导体的物质——如纤维和树脂处理过的纤维，作相对运动摩擦时，会产生静电现象。悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电荷。这些带电荷的微粒会被带相反电荷的介质所吸附。 第三章 第一章生物质原料预处理设备 1.固体物料的粉碎有可能受那些力作用引起的？ 挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、剪碎、劈碎 2.锤式粉碎机有哪些部件构成？它是如何粉碎物料的？ 工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。 （1）锤片 是粉碎机的主要工作部件。基本形状有8种，其中以矩形最多。 锤片的形状由被粉碎物料而定，锤片菱角多，粉碎力强，耐磨性差，尖角适合粉碎纤维性物料，环形锤片磨损均匀。锤片长度一般不超过200mm。 (2）筛板 筛板是锤式粉碎机的排料装置，一般用1-1.5mm厚的优质刚板冲孔制成。通常设在转子的下半周的位置，为了提高粉碎机的排料能力，可使筛板占整个粉碎室内周面积的3/4以上，或者是将筛板置于粉碎室侧面。 筛孔的形状和尺寸是决定粉料粒度的主要因素，对机器的排料能力也有很大的影响。筛孔的 形状一般是圆孔或长孔。直径分四个等级：小孔1-2mm，中孔3-4mm，粗孔5-6mm，大孔8mm 以上。 3.辊式粉碎机是如何粉碎物料？它有几类？ 原理：主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒，装在两辊之间的物料通过辊 筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。 两辊式、四辊式、五辊式、六辊式 4.简述湿法粉碎的优点. 1.消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗； 2.粉碎过程中，淀粉已开始吸水膨胀，提高了蒸煮效果； 3.粉碎后经预热，提高了蒸汽的利用率； 4.机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。 5.按筛面的运动规律不同，摇动筛可分为哪三种？ 直线摇动筛、平面摇晃筛和差动筛 6.影响筛分效率的因素有哪些？ （1）筛面上物料层厚度 （2）筛下颗粒百分含量、颗粒级配和形状 （3）物料含水量 此外，筛孔形状、筛面种类、筛分机械的运动方式、加料量的多少及均匀程度也直接影响筛 分效率。 7.球磨机粉碎时，粒度，研磨体的尺寸，装填量之间有什么样的关系？ 在粒度较大物料研磨时，研磨体的尺寸要大些，装填量少些，使冲力作用加强；反之，研磨体尺寸小些，装填量多些，则有利于小粒物料的研磨。 研磨体装填量、尺寸大小和转速的配合直接影响着球磨机的操作质量。研磨体（球体）装填量越少，筒体转速越大（在极限转速范围内），则研磨体的滑动也越小，故对物料的研磨作用也较小。生物工程设备知识点总结
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