生物工程设备复习思考题2013-12要点说明

生物工程设备复习思考题

一、选择题

1、对于补料分批发酵的特点，你认为不对的是 B 。

A、与传统的分批培养比：可解除反馈调节，防止通风搅拌设备与生物需氧量不匹配。

B、增加菌体生成量，提高有用产物的转化率，可用于细胞质量的控制及理论研究，可实现自动和最优控制。

C、避免在培养基中积累有毒代物，即代阻遏。

D、与连续培养比：无需严格无菌条件，不会产生菌体的老化和变异，使用围广。

2、机械搅拌发酵罐的基本要求 B

A、发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧。

B、发酵罐应具有夹套。

C、发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌。

D、搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏

3、一个具体的搅拌器所输入搅拌液体的功率主要取决于下列因素，除了 C

A、叶轮和罐的相对尺寸

B、搅拌器的转速

C、通氧速度

D、挡板的尺寸和数目

4、酒精发酵罐结构中应该没有的附件是 B

A、二氧化碳回收管、进料管

B、搅拌器

C、排料口和排污口

D、测量仪表接口管

5、发酵过程中一类是可以直接采用特定的传感器监测的参数有 D 。

A、温度、压力、搅拌功率、细胞生长速率

B、泡沫、发酵液粘度、呼吸商、pH

C、离子浓度、产物合成速率溶解度、溶氧浓度

D、转速、浊度、基质浓度、发酵液粘度

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、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

E、吸送式气力输送装置

8、目前啤酒厂的麦芽汁煮沸锅采用___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

9、空气过滤除菌机理中不包括_ C _

A、惯性冲击滞留机理

B、拦截滞留机理

C、离子交换机理、

D、重力沉降滞留机理

10、含尘气体的分离系统最合理的流程是 C

A、袋滤器旋风分离器重力沉降室

B、旋风分离器重力沉降室袋滤器

C、重力沉降室旋风分离器袋滤器

D、袋滤器重力沉降室旋风分离器

11、下面哪个设备不属于酒精蒸馏车间 C

A、热交换器

B、储存罐

C、酒精发酵罐

D、除醛塔

12、在无菌空气制备中作为空气过滤除菌介质的有 D

A、棉花

B、微孔滤膜

C、聚乙烯醇过滤板

D、以上都可以

13、设备杀菌过程中，下面哪种叙述不正确 D

A、容器的气密性实验，打开所有的冷凝水排除阀，开启进蒸汽阀

B、一定压强后，打开排空气阀，把容器中原有的空气排净

C、当罐压升至0.1Mpa(121oC),计灭菌时间,杀菌过程中不断排除蒸汽管路及罐蒸汽冷凝水

D、结束灭菌操作时,先打开无菌空气进口阀, 关蒸汽进口阀,然后关闭所有的排污阀和排气阀,以确保罐压(0.1-0.15MPa)

14、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℃

15、尾级杂质的挥发性比乙醇低，它们的沸点多数比乙醇高，故亦称高沸点杂质。如 A

A、杂醇油

B、乙醛

C、异戊酸乙酯

D、乙酸异戊酯

16、以下产品发酵生产不用通风发酵设备的是 B

A、柠檬酸生产

B、乳酸生产

C、味精生产

D、抗生素生产

17、单只涡轮在不通气条件下输入搅拌液体的功率的计算中，下面哪种叙述正确 A

A、与液体的密度成正比；涡轮直径成正比；涡轮转数（转/秒）成正比。

B、与液体的密度成反比；涡轮直径成正比；涡轮转数（转/秒）成正比。

C、与液体的密度成反比；涡轮直径成反比；涡轮转数（转/秒）成正比。

D、与液体的密度成反比；涡轮直径成反比；涡轮转数（转/秒）成反比。

18、涉及搅拌装置的设计，下面叙述哪种正确 D

A、传动装置的设计；搅拌轴的设计；联轴器的选取。

B、搅拌器的设计；密封装置的选取；轴承的选取及其轴承寿命的核算

C、搅拌器的设计、搅拌轴的临界转速；轴承的选取及其轴承寿命的核算。

D、以上都对。

19、是一个优良的培养装置不一定具有 B 条件。

A、严密的结构

B、有较高的溶氧效率。

C、高的传质和传热速率

D、灵敏的检测和控制仪表

20、啤酒发酵罐结构中可以没有的附件是 C

A、人孔、视镜

B、排料口和排污口

C、搅拌器

D、测量仪表接口管

21、发酵过程中一类是不可以直接采用特定的传感器监测的参数有 C 。

A、搅拌功率

B、发酵液粘度

C、呼吸商

D、溶氧浓度

22、如果是放大通风搅拌发酵罐，一般基于因数比拟放大除了 B

A 、 以体积溶氧系数a k L ；

B 、 以单位培养液体积（V ）相等；

C 、 以搅拌涡轮尖端线速率（

D n ）；

D 、 以混合时间（M t ）相等

23、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

25、把干玉米原料从一处集中送到多处，原则上不应选择： 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

26、真空煮晶锅中目前多采用___D_______。

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

27、下面哪个设备会出现在酒精蒸馏车间 A

A 、热交换器

B 、煮沸锅

C 、煮晶锅

D 、降膜蒸发器

28、保证管路彻底灭菌的设计要求中，下面哪种说法不妥 C

A 、尽可能的减少或简化罐路,尽可能少用弯头管件和阀门.

B 、尽可能减少最高点和最低点,且每个最高点安装蒸汽进管,在最低点均装冷水阀.

C 、每个罐和管道尽可能一起灭菌,这样才能保证蒸汽杀菌的严密性与稳定安全性.

D 、管道应有一定的斜度,通常取1/100或更大

29、下面哪些条件对结晶析出不利 A

A 、升温

B 、降温

C 、pH

D 、加盐

30、贮气罐的作用之一是防止下列情况： D

A、突然停电，致使空气压缩机停止工作

B、造成发酵罐压力高于空气过滤器的压力

C、醪液倒流，污染空气过滤器

D、以上都是

31、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

二、判断

1、发酵过程中产生泡沫会降低了发酵罐的填料系数；降低微生物菌群的非均一性；增加了污染杂菌的机会；大量起泡引起“逃液，导致产物损失。（×）

2、用若干个小旋风分离器并来代替一个大旋风分离器，不能提高分离效率。（×）

3、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。（×）

4、升膜蒸发器、降膜蒸发器和刮膜蒸发器都属于真空蒸发设备。（ ）

5、等电点结晶罐、真空煮晶锅等结晶设备常用在谷氨酸钠、柠檬酸提取生产中。（×）

6、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（130～0.1Pa）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。（ ）

7、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。（ ）

8、介质过滤效率与介质纤维直径关系很大，在其他条件相同时，介质纤维直径越大，过滤效率越高。（×）

9、为了管道灭菌彻底，蒸汽直接从通风、取样和出料口进入罐直接加热，直到所规定的温度，并维持一定的时间。这就是所谓的“三路进气”。（ ）

10、一般把输送液体的机械通称为泵，离心泵就是利用高速旋转的叶轮给流体提供动能。（ ）

11、温度除了直接影响发酵过程中各种反应速率外，还会通过改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成，但不会影响生物合成或代调节的方向和最终产物（×）

12、板框过滤过程中，在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。（ ）

13、由于分离器各部分的尺寸都是旋风分离器圆筒直径的倍数，所以只要进口气速相同，不

管多大的旋风分离器，其压力损失都相同。（ ）

14、碟式离心机主要分离乳浊液中轻、重两液相。在离心力作用下，轻液沿着每个碟片的斜面沉降，并向转鼓壁移动，由出口连续排出。而重液沿着每个碟片的斜面向上移动，汇集后由出口排出。（×）

15、将升、降膜蒸发器两个浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比，减低设备高度，以进一步提高降膜蒸发的传热系数。（ ）

16、真空浓缩是真空度越高、沸点温度越低，在高度真空（130～0.1Pa）下，将其中固态水分直接升华为气态而除去，就成为冷冻干燥了。（ ）

17、蒸馏基本原理就是利用混合液中各组分在不同温度，压力下利用其具有在相同蒸汽压的性质、采用多次反复汽化与冷凝的手段、使混合液中各组份分别浓集、而得到分离的方法。（×）

18、降低液体的湍流程度是降低超滤过程中的浓差极化现象的手段。（×）

19、VVM 的含意是在发酵温度时罐压力为 0.2 MPa(绝对)下，每单位液体体积的气体体积流

量。（√）

20、为了管道灭菌彻底，蒸汽直接从通风、取样和出料口进入罐直接加热，直到所规定的温

度，并维持一定的时间。这就是所谓的“三路进气”。（ ）

三、填空题

1、通风发酵罐中，挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧

2、机械搅拌发酵罐常用轴封有填料函和端面轴封两种。

3、影响体积氧传递系数Kla的因素有搅拌；空气流速；空气分布管；发酵罐液柱的高度；发酵液的性质；泡沫和消泡剂。

4、发酵过程中的热量来源包括微生物的生物合成热和搅拌热。

5、在发酵与酿造过程中，固体物料处理常用的粉碎设备有锤式粉碎机、辊式粉碎机。

6、板框式压滤工作时，滤饼留在滤框，滤液由滤板流出。

7、蒸发器主要由_____加热器_______和______分离器_____两部分组成

8、离心机分离因数是物料所受离心力与重力的比值，是反映离心机分离能力的重要指标。

9、沸腾造粒干燥时，影响干燥产品颗粒大小的因素有 ____晶种大小_________、___热空气流速__和___停留时间__

10、空气除菌的方法有__过滤除菌____、___热杀菌____、__静电除菌____、__辐射杀菌____。

11、通风发酵罐的类型有机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐、伍式发酵罐等。 12、通气液体机械搅拌功率的大小与液体的密度成正比；涡轮直径成正比；涡轮转数成正比。 13、如果是放大通风搅拌发酵罐，则要基于因数比拟放大以体积溶氧系数a k L ；以单位培养液体积搅拌功率（V P 0）相等；以搅拌涡轮尖端线速率（D n π）；以混合时间（M t ）相等

14、在碟式离心机工作时，固体颗粒向 .鼓壁（外） 沉降，澄清液向 转鼓中心（） 被排出。

15、工业上使用的典型液体过滤设备：板框压滤机（间歇操作）；转筒真空过滤机（连续操作）；过滤式离心机

16、过滤分离因数是离心分离机转鼓的悬浮液或乳浊液在离心力场中所受的离心力与其重力的比值，即离心加速度与重力加速度的比值。

17、离心泵的主要性能参数包括：扬程、流量、功率和效率。

18、通气发酵罐中所谓全挡板条件是指_在一定转速下增加罐附件而轴功率不改变，消除漩涡的最低条件。

19、味精生产中，谷氨酸溶液结晶提取用了 等电点结晶罐、真空煮晶锅结晶设备。

20、深层过滤的对数穿透定律进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。21

ln N KL N =- 四、看图及简答

1、.判断下图为何种生物反应器？请简述其操作原理。

参考答案：.文式管自吸式发酵罐

工作原理：用泵4使发酵液从下部抽出，流入上部，中途要经过文式管吸气装置，由于液体在文式管的收缩段流速增加，故而形成真空，

将从管7过来的无菌空气吸入，并使气泡分散，与液体混合均匀，实现溶氧传质。

2、请判断下图设备属什么反应器，标出各部件名称。

参考答案：1-电机；2-变速器；3-填料轴封；4-加热夹套；5-锅体；6-液位指示剂；7-上封头；8-导液管； 9-二次蒸汽排出管；10-帽罩；11-人孔

3、请判断这是什么蒸发器，然后叙述其工作原理及特点。

参考答案：升膜式蒸发器。（4分）二次蒸汽将溶液拉成薄膜，沿管壁迅速向上运动。由于

沸腾传热系数与液体流速成正比，随着升膜速度的增加，传热系数不断增大。再者，由于管不是充满液体，而是汽液混合物，因液体静压强所引起的沸点升高所产生的温差损失几乎完全可以避免，增加了传热温度差，传热强度增加。

4、啤酒发酵罐基本上由哪4个部分组成？并指出它的结构名称

答：现代锥形发酵罐基本上由罐体、温度控制、操作附件、仪器仪表等四部分组成。具体外形见图所示。

1- 操作平台 2 -带有附件的罐顶 3- 带有绝缘的电缆管和排水管 4 -温度计（表）连接口 5、 6、8-冷却带 7- 保温层 9- 冷媒导入管 9a- 冷媒出口 10 -锥底冷却带 11- 带有人孔锁闭的锥底套管 12- 取样阀 13- 与罐顶连接的进管和出管（CO2、空气、CIP）

14- 保压装置 15- 容物容积测量装置、空罐探头。

5、请写出下面工艺流程图名称，并注明各个设备的名称。

参考答案：1-输送机 2-斗式提升机 3-贮料斗 4-锤式粉碎机 5-螺旋输送机 6-粉浆罐 7-泵 8-预热锅

9-近料控制阀 10-过滤器 11-泥浆泵 12-单向阀 13-三套管加热器 14-蒸煮管道

15-压力控制阀 16-后熟器 17-蒸汽分离器 18-真空冷凝器 19-蒸汽冷凝器 20-糖化锅

6、请写出下面工艺流程图名称，并注明各个设备的名称。

参考答案：

7、判断下图为何种生物反应器？请简述其操作原理。有何缺陷？如何在设计上改变这一缺陷？

参考答案：是在罐外装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的下部装设空气喷嘴，空气喷嘴以250～300（ m/s ）的高速度喷入上升管借喷嘴的作用而使空气泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管的发酵液轻。加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐的液体下降而进入上升管，形成反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使发酵正常进行。分循环和外循环两种。这是外循环式。

缺陷：在导流筒外环隙中，气含率往往低于导流筒，若循环速度太低，则气泡变大，环隙中气含率往往低下，环隙中发酵液易出现缺氧现象。

改变这一缺陷的方法：①沿罐高度可设计数块有下降区的筛板防止气泡合并为大气泡。

②顶部设气液分离部分。

8、机械搅拌发酵罐是微生物生长发酵的场所，请简要叙述对其基本要求。

参考答案：（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，保证发酵液必须的溶解氧。

（4）发酵罐应具有足够的冷却面积。

（5）酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌。

（6）搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。

9、在味精生产过程中（包括麸酸）使用了哪些结晶设备？采用真空煮晶锅进行味精的精制,其优点是什么？

参考答案：在味精生产过程中（包括麸酸）使用了三种结晶设备，立式结晶箱（也称中和罐），卧式结晶箱（也称育晶槽），真空煮晶锅。

采用真空煮晶锅进行味精的精制,其优点是可以控制溶液的蒸发速度和进料速度，以维持溶液一定的过饱和度进行育晶，同时采用连续通入未饱和液来补充溶质的量，使晶体长大。

真空煮晶锅的真空度可用蒸汽喷射泵、水力喷射泵或真空泵来产生。

10、流化床干燥原理是什么？

参考答案：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。

11、发酵过程中放出热量的计算方法有哪些？简要叙述。

①通过冷却水带走的热量进行计算：发酵液测得每米3发酵液每小时传给冷却器最大的热量通过以下公式计算。

参考答案：

②通过发酵液的温度升高进行计算：于气温最热的季节选择主发酵期产生热量最快最大的时刻，通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，关闭冷却水，观察罐发酵液在半小时上升的温度，再换算为一小时上升的温度，则可按下式计算出单位体积发酵液每小时放出最大热量的近似值。③通过生物合成热进行计算：发酵过程中的热量即为发酵过程散发热（即呼吸燃烧热）和搅拌热减去进、出口空气汽化热和辐射热。④通过燃烧热进行计算：根据赫斯定律：热效应决定于系统的初态和终态，而与变化的途径无关。反应的热效应，等于产物的生成热的总和减去作用物的生成热的总和。

12、简述酒精发酵罐的结构要求，可用简图表示。

参考答案：（1）满足工艺要求，圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形，从结构上有利于发酵液的排出。（2）有夹套或蛇管等冷却装置，及时移走在生化反应过程中将释放的生物热（3）在酒精发酸过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式

（4）罐顶或罐身装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。

13、气流输送的流程有哪些？各有什么特点？。

参考答案：气流输送的流程有：吸引式，压送式，混合式。特点：吸引式，负压输送，风机位于流程的最后，无需加料机，需要专门的卸料机，适合从多个地点向一个地点输送物料；压送式，正压输送，风机位于流程的最前端，无需卸料机，需要专门的加料机，适合从一个地点向多个地点输送物料；

混合式，风机位于流程的中间，风机前负压输送，风机后正压输送，适合从多个地点向多个地点输送物料。

14、离子交换过程包括5步：

1. A+自溶液扩散到树脂表面；

2. A+从树脂表面扩散到树脂部的活性中心；

3. A+在活性中心发生交换反应；

4. 解吸离子B+自树脂部的活性中心扩散到树脂表面；

5. B+从树脂表面扩散到溶液；

15、发酵罐实罐灭菌为什么要“三路进汽”? 实罐灭菌的进汽和排气原则是什么?

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、排料口、取样口进入罐，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。

五、计算

已知从汽液分离器排出的糊化醪量为1000kg/h，其比热为3.6kJ/kg·k，温度为100℃,要求冷却到65℃，试计算真空冷却器基本尺寸（直径D和高度H）。

注：①二次蒸汽在65℃时汽化潜热r=2343.4KJ/Kg;

②在65℃时蒸汽的密度为0.16kg/m3;

③取器二次蒸汽上升速度不超过1m/s;

④取真空冷却器径高比D:H=1:1.5。

参考答案：解：①糊化料液从100℃冷却到65℃放出热量：

Q=1000×3.6×（100-65）=126000（kg/h）（3分）

②真空冷却器产生的二次蒸汽量为：

③二次蒸汽的体积流量为：

④因故

2、年产1万吨谷氨酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为10%，提取总收率90%，年生产日期为300天，每发酵罐的进料量为24吨／小时，每4小时盛满一罐,发酵周期为48小时。请合理选择发酵罐的公称容积并计算所需要的发酵罐个数，发酵罐主要尺寸，发酵罐的实际容积。（发酵罐装液系数0.75，采用标准通风搅拌发酵罐尺寸,椭圆形封头直边高h b=0.1D;取发酵罐H:D=2:1）封头容积的计算公式如下

参考答案：解：发酵液体积V=[100*1/10]/90%=11.1 (吨)

N=(nt/24) +1; n=24/4=6

所需要的发酵罐个数N=(6*48)/24 +1 =13 (个)

发酵罐容积:

V = 11.1/0.75 =14.8 M3取整数值 15 M3

0.75---发酵罐装填系数

取发酵罐H:D=2:1; 椭圆形封头,圆柱体

V= V1+V2+V3 =2*[3.14/4 D2(O.1D +D/6)] +2*3.14*(D/2)*2D =15

解方程得D=1.6 M

H=1.6*2=3.2 M

椭圆形封头直边高h b=0.1D=0.16 M

1.3、某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24吨／小时，每4小时盛满一罐，发酵周期为

72小时，冷却水的初、终温分别为20oC和25 oC，若罐采用蛇管冷却，试确定：发

酵罐的结构尺寸，罐数，冷却水耗量，冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。(糖化醪密度为1076公斤／米3，总传热系数取1562KJ/m2.h. oC)。

解：1、发酵罐的个数和结构尺寸的确定

2，冷却面积和冷却装置主要结构尺寸的确定

发酵罐采用圆柱器身，底和顶为锥型盖，选取结构尺寸的比例关系如下

（2）冷却水耗量的计算

（3）对数平均温度差的计算

（4）传热总系数K值已知为1562KJ/m2.h. o C （5）冷却面积和主要尺寸的确定