最新生物反应工程基础知识生物反应工程

生物工程与设备课程设计.doc

山东xxx学院 《生物工程与设备》课程设计说明书 学院：食品与生物工程学院 班级：xxx 学号：xxx 姓名：xxx 指导老师：xxx xxx 设计日期:2011年12月21日至2011年12月28日

一、前言 1、课程设计的性质 通过本次设计使同学对《生物工程与设备》的理论知识有更深刻的理解，生物工程与设备课程设计为必修课。同时也为将来走上设计岗位的同学打下良好的基础。 2、课程设计目的与任务 任务：年产6万吨味精厂谷氨酸机械搅拌通风发酵罐设计。 目的：通过课程设计，使同学对工艺参数确定，物料恒算、发酵罐体积及尺寸确定、罐体机械强度、搅拌功率、搅拌轴及搅拌浆叶强度等计算能力得到锻炼。掌握工程设计基本程序及内容，熟练掌握电脑绘图及绘图质量。 二、设计参数 1、 糖酸转化率60% 2、 发酵产酸水平11% 3、 发酵周期32小时 4、 发酵罐充满系数为0.7 5、 味精分子式187.13（C5H8NO4Na ）.H2O 6、 谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4) 7、 谷氨酸密度取1.553g/cm3 8、 残还原糖0.8%，干菌体1.7% 9、 谷氨酸提取率97.5% 10、谷氨酸生产味精精制率为125% 11、取01L P V （kw ） 12、空罐灭菌压力0.25MPa 13、年工作日安330天计算 三、物料衡算 1、发酵罐总容积计算 发酵罐总容积，决定于年工作日、每天生产谷氨酸量、发酵产酸水平、谷氨酸发酵周期、谷氨酸提取率、谷氨酸精制味精得率等。 （1）年谷氨酸的产量=年味精产量÷125% =60000/1.25=48000T （2）每天的谷氨酸产量=年谷氨酸的产量÷330 =48000/330=145.45T

生物反应工程期末总结

绪论 1.生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成？ （1）原材料的预处理； （2）生物催化剂的制备； （3）生化反应器及其反应条件的选择和监控； （4）产物的分离纯化。 2.什么是生化反应工程,生化反应工程的研究的主要内容是什么? 定义：以生化反应动力学为基础，运用传递过程原理及工程学原理与方法，进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计、放大、操作控制等综合边缘学科。 主要内容：生物反应动力学和生物反应器的设计，优化和放大 3. 生物反应过程的主要特点是什么？ 1.采用生物催化剂，反应过程在常温常压下进行，可用DNA重组及原生质体融合技术制备和改造 2.采用可再生资源 3.设备简单，能耗低 4.专一性强，转化率高，制备酶成本高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液杂质较多，给提取纯化带来困难。 4. 研究方法 经验模型法、半经验模型法、数学模型法；多尺度关联分析模型法（因次分析法）和计算流体力学研究法。 第1章 1. 酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催化特性？谈谈酶反应专一性的机制。 催化共性:降低反应的活化能，加快生化反应的速率；反应前后状态不变. 催化特性:高效的催化活性;高度的专一性; 酶反应需要辅因子的参与;酶的催化活性可被调控;酶易变性与失活。 机制：锁钥学说；诱导契合学说 2. 什么叫抑制剂？ 某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能与酶分子上的某些必需基团（主要是指活性中心上的一些基团）发生化学反应，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速率降低，能引起这种抑制作用的物质称为抑制剂。 3. 简单酶催化反应动力学（重点之重点） 4．酶动力学参数的求取方法(L-B法、E-H法、H-W法和积分法) L-B法: E-H法： H-W法： 积分法： S S ) (1) S c mI s m s s I I m i K C K ↓ ?++

《生物工程设备》课程教学大纲

《生物工程设备》课程教学大纲 课程名称：生物工程设备 课程类型:（必修课） 总学时：45讲课学时：36 学分：2.5学分 适用对象:生物工程专业、生物技术专业、 先修课程：微生物学，生物化学，化工原理，生物工程工艺学原理，化工设备机械基础； 一、课程性质、目的和任务 《生物工程设备》课程是生物工程等专业本科生的专业必修课程，为学生在具备了必要的微生物学基础、酶学基础、生物工程专业基础知识之后的必修专业课程。该课程是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体，是一门实践性很强的学科。 课程主要介绍生物工程产业界常见的工业生产设备及生物工程研究领域的主要设备的基本原理、结构、特点、设计选用计算方法：物料预处理与培养基灭菌流程与设备；发酵设备设计及放大方法、计算；空气净化系统工艺计算与设备设计；物料过滤与离心设备原理与计算；萃取、吸附、层析设备介绍、离子交换流程与设备计算、干燥流程与设备设计计算；制冷工艺流程与设备设计计算、发酵工厂车间设计简介。举例说明工厂设备设计的方法与内容，进行小设计。 本课程既有一定基础理论，又有较强的工程实际应用，使本专业学生成为能在生物技术与工程领域从事产业化设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。 二、教学基本要求 学生在学过上述先修课的基础上，通过本课程的学习，要求学生了解和掌握在生产过程中各个单元操作所使用的设备工作原理及设计计算方法，懂得如何应用这些基本理论去分析和解决生产过程中的具体问题，改造原有生产过程使其更符合客观规律，实现发酵过程的优化，提高生产效率，创造更大的经济效益和社会效益，

四、课程的重点和难点 绪论： 重点：是生物工程设备在生产中的重要地位。 第一章物料预处理与培养基基灭菌设备 重点：物料粉碎、筛分设备结构及工作原理；培养基连连续灭菌流程、设备。 难点：培养基灭菌工艺计算 第二章空气除菌工艺流程及设备 重点：空气除菌流程及设备作用。 难点：空气净化流程空气状态变化的计算。 第三章生物反应器与发酵参数检测元件 重点：不同型式发酵罐的结构及其工作原理、发酵罐的设计。 难点：设备的放大设计计算 第四章：固-液分离设备 重点：各种固液分离方法、设备工作原理、生产能力的计算。 难点：分离设备生产能力的计算。 第五章：萃取设备 重点：萃取设备的结构与原理。 第六章层析设备和离子交换设备

生物反应工程复习资料

生物反应工程原理复习资料 生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。 生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。 酶和酶的反应特征 酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。 酶的来源：动物、植物和微生物 酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶 酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。 2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等 固定化酶的性质 固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。 与游离酶的区别： 游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用） 固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性） 固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化 单底物均相酶反应动力学 米氏方程 快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以 破坏这个平衡 稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即 P E ES S E k k k +→+?-2 1 1 P E ES +←ES S E ?+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES

生物工程设备课程设计样本3

课程设计 课程名称: 生物工程设备设计课程设计 设计题目: 乳酸发酵车间工艺设计 学院(直属系) : 生物工程学院 年级、专业: 09级生物二班 学生姓名: 杨帆 学号: 312009081801204 指导教师: 张良 开始时间: 2012 年 6 月 26 日完成时间:年月日

目录 摘要 (1) 设计任务书 (2) 1.1概述 (3) 1.1.1产品概述 (3) 1.1.2 乳酸的命名与分子结构 (3) 1.1.3乳酸的性质 (3) 1.1.4乳酸的用途 (4) 1.1.5乳酸的生产方法 (5) 1.1.6乳酸生产方法的比较 (6) 1.1.7国内外生产情况 (7) 1.2设计概述 (7) 1.2.1技术条件 (7) 1.2.2设计内容 (7) 1.3乳酸发酵常用菌种及选择 (8) 1.4发酵原料的选择 (8) 1.4.1根霉三角瓶孢子的制备 (8) 1.4.2发酵培养基 (8) 1.5生产流程简述 (8) 1.6物料衡算 (9) 1.6.1发酵设备选择及各部件尺寸 (9) 1.6.2发酵罐总容积计算 (9)

1.6.3发酵罐个数的确定 (9) 1.6.4发酵罐的直径及罐体高度计算 (9) 1.6.5发酵罐壁厚计算 (11) 1.6.6搅拌器类型选择及设计 (11) 1.6.7搅拌器参数计算 (11) 1.6.8多只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算 (12) 1.7 搅拌轴直径计算 (12) 1.7.1轴的刚度计算 (12) 1.7.2轴的刚度计算 (13) 1.8冷却面积计算 (13) 致谢 (13) 参考文献 (13)

摘要 乳酸是一种极具发展潜力的精细化学品。目前全世界的产量为10 万吨。我国占世界产量的10 %。由于聚乳酸产品的研究和开发,乳酸将有可能代替目前困扰世界各国的白色热塑污染产品,成为名副其实的“绿色”环保制品。乳酸可通过生物发酵法和化学合成法生产制造。采用生物发酵法制得的L - 乳酸是目前乳酸生产的重点,但要同热塑产品在价格上形成竞争,乳酸发酵生产的成本必须大幅度下降,生产规模要扩大。本设计说明书拟就设计乳酸发酵车间工艺设备设计。 关键词: 乳酸发酵; 聚乳酸；机械搅拌发酵罐

最新生物反应工程期末总结

L-B 法: E-H法：H-W r p 1 r p 1 K m r max r max 1 C s C s C s r K m K r max r s C s 绪论 1.生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成？ （1）原材料的预处理； （2）生物催化剂的制备； （3）生化反应器及其反应条件的选择和监控； （4）产物的分离纯化。 2.什么是生化反应工程 , 生化反应工程的研究的主要内容是什么 ? 定义：以生化反应动力学为基础，运用传递过程原理及工程学原理与方法，进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计、放大、操作控制等综合边缘学科。主要内容：生物反应动力学和生物反应器的设计，优化和放大 3.生物反应过程的主要特点是什么？ 1.采用生物催化剂，反应过程在常温常压下进行，可用DNA重组及原生质体融合技术制 备和改造 2.采用可再生资源 3.设备简单，能耗低 4.专一性强，转化率高，制备酶成本高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液杂质较多，给提取纯化带来困难。 4.研究方法经验模型法、半经验模型法、数学模型法；多尺度关联分析模型法（因次分析法）和计算流体力学研究法。 第1章 1.酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催化特性？谈谈酶反应专一性的机制。 催化共性: 降低反应的活化能，加快生化反应的速率；反应前后状态不变. 催化特性:高效的催化活性; 高度的专一性; 酶反应需要辅因子的参与; 酶的催化活性可被调控; 酶易变性与失活。 机制：锁钥学说；诱导契合学说 2.什么叫抑制剂？ 某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能与酶分子上的某些必需基团（主要是指活性中心上的一些基团）发生化学反应，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速率降低，能引起这种抑制作用的物质称为抑制剂。 3.简单酶催化反应动力学（重点之重点） 4．酶动力学参数的求取方法（L-B 法、 E-H法、 H-W法和积分法）

生物反应工程考试试卷标准答案

生物反应工程考试试卷标准答案 一、名词解释(10分) 流加式操作：先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取出反应物料的操作方式。 能量生长偶联型：当有大量合成菌体材料存在时，微生物生长取决于ATP 的供能，这种生长就是能量生长偶联型。 返混：不同停留时间的物料的混合，称为返混。 搅拌器轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的转速回转时，用以克服介质的阻力所需用的功率，简称轴功率。它不包括机械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不是电动机的轴功率。 酶的固定化技术：是指将水溶性酶分子通过一定的方式如静电吸附、共价键等与载体结合，制成固相酶的技术。 二、请列出下列物理量的数学表达式 (10分) 停留时间：f V = τ 呼吸商：22/O CO Q Q RQ = 稀释率：V F D = Da 准数： m m N r Da = 转化率：0 0S S S t -= χ 三、判断题(10分) 1、单罐连续培养稳态下，D=μ。( √ ) 2、流加培养达到拟稳态时，D=μ。( √ ) 3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。( ) 4、Da 准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da 准数越大，外扩散效率越高。( ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。( )

四、图形题（15分） 图1为酶促反应1/r ~1/S 曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。图2为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体类型。 图1 图2 图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率D crit 和最大生产强度下的稀释率D m 。图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？ 图3 4 S crit 如图所示。 若S

过程设备课程设计

目录 一、课程设计任务书---------------------------------------------3 1、题目-----------------------------------------------------------------3 2、设计参数及要求--------------------------------------------------3 3、设计任务-----------------------------------------------------------4 二、夹套好氧发酵罐的结构------------------------------------------4 1、夹套好氧发酵罐的功能和用途--------------------------------4 2、发酵罐的反应条件-----------------------------------------------4 三、计算及说明----------------------------------------------------4 1、罐体和夹套的设计-----------------------------------------------4 （1）罐体和夹套的设计结构-----------------------------------4 （2）罐体几何尺寸计算-----------------------------------------5 （3）夹套几何尺寸计算-----------------------------------------5 （4）罐体及夹套的强度计算及稳定性校核-----------------6 （5）水压试验校核-----------------------------------------------8 2、搅拌器的设计-----------------------------------------------------8 （1）搅拌器的类型及应用场合--------------------------------9 （2）搅拌器的计算-----------------------------------------------9 3、发酵罐的传动装置----------------------------------------------10 （1）电机的选取-------------------------------------------------11 （2）减速机选择-------------------------------------------------11 （3）选择凸缘法兰----------------------------------------------11

生物反应工程复习 ()

生物反应工程原理复习资料 生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。 生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。 酶和酶的反应特征 酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。 酶的来源：动物、植物和微生物 酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶 酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常 数。 2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性 和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等 固定化酶的性质 固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。 与游离酶的区别： 游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用） 固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性） 固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化 单底物均相酶反应动力学 米氏方程 快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡 稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的 形成不会降低CS （2）不考虑 双倒数法（Linewear Burk ）： 对米氏方程两侧取倒数 得 以 作图 得一直线，直线斜率为 ，截距为 根据直线斜率和截距可计算出Km 和rmax 抑制剂对酶反应的影响： 失活作用（不可逆抑制） 抑制作用（可逆抑制 ）：竞争抑制 、反竞争抑制 、非竞争抑制 、 混合型抑制 竞争抑制反应机理： 非竞争抑制反应机理： 可逆抑制各自的特点：P37 多底物均相酶反应动力学 (这里讨论：双底物双产物情况 ) 强制有序机制 S m C r K r r 111max max +=S C r 1~1Q P B A +→+P E ES +←ES S E ?+P E ES +→0=dt dC ES

生物工程设备部分题型和答案

生物工程设备部分题型和答案 为什么发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法？ 湿热灭菌是利用高饥寒和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白量变性进行灭菌的一种方法。工业发酵培养基灭菌的特点是数目多；含有良多固体物质；灭菌后要有利生产菌的成长；便利易行及价格廉价。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。影响因素：培养基成分、起泡水平、造就基颗粒大小、罐内空气消除、搅拌混合匀称等。 连续消毒灭菌法：当时将筹备好的空罐消好，而后把配制好的培育基经由专用的消毒装备，用泵连续进前进料消毒，冷却的灭菌方式叫持续消毒灭菌法。特点：连续性强，倏地灭菌消毒，培养基养分成分损坏少，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，因而染菌机遇增长，染菌面波及普遍。操作要害：（1）连消设备无泄露，无梗塞，无死角，保障在管路消毒进程中总管，支管灭菌彻底；（2）打料过程中严格控制打料流速及打料温度，严格控制开冷却水时间；（3）打料结束后避免物料长时间在管路中滞留，要及时压出或及时接种。 试述高温短时灭菌的原理：用直接高温蒸汽灭菌，蒸汽在冷凝时释放大量的潜热，蒸汽具有强大的穿透力，蒸汽的湿热破坏菌体蛋白质和核酸的化学键，使酶失活，微生物代谢阻碍而死亡。并分析连续消毒灭菌特点：1提高产量，设备利用率高。2与分批灭菌比较，培养液受热时间短，培养基营养成分破坏少。3产品质量易控制，蒸汽负荷均衡，操作方便。4降低劳动强度，适用于自动控制。 从工程水平考虑，怎样提高供氧速率？ 提高空气流量；改变搅拌桨情势；提高搅拌转速和桨径；提高氧分压；改革培养基性质。 试述旋风分离器的工作原理，至少列举其两种用途。 旋风分离器是一种利用离心力沉降原理自气流中分离出固体颗粒的设备。从进口进入含有物料的气流，沿内壁一面做旋转运动，一面下降，达到圆锥底部后，旋转直径逐渐减小，根据动量守恒定律，旋转速度逐渐增加，使气流中的离子受到更大的离心力。离子由于离心力的作用，使它从旋转气流中分离。沿着旋风分离器的内壁面下落而被分离。气流到达圆锥部下端附近就开始反转，在中心部逐渐旋转上升，最后从上出口排出。 旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。 生物反应器根据能量传递方式可以分为那些类别？通过机械搅拌输入能量的搅拌式发酵罐、利用气体喷射动能的气升式发酵罐和利用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发酵罐等。 发酵罐：罐体，搅拌器，挡板，消泡器，变速装置，联轴器和轴承，空气分布装置，轴封。 罐体：盛装物料；冷却管：冷却物料；搅拌轴：带动搅拌器旋转；搅拌器作用：使气泡

生物反应工程(A考)

1. 在一间歇操作的搅拌反应器中进行脲酶催化尿素分解为氨和二氧化碳的反应，要求底物的转化率为0.8。底物的初始浓度为0.1mol/L，反应器中酶浓度为 =0.0266mol/L，最大反应速0.001g/L。在等温反应条件下的动力学常数为，K m 率为1.33mol/(L·s)，相应此最大反应速率的酶浓度约为5g/L。求完成反应所需的时间。如果要求其生产过程的底物处理量为1000mol/h，每个操作周期所需的辅助时间为10min，试计算反应器的有效体积。 2.某一均相酶催化反应，其动力学方程为： 若进样流量为25L/min，反应底物s在反应器出口转化率 为95%，底物初始浓度为2mol/L时。 =？(2)若采用一个CPFR反试求:(1)若采用一个CSTR反应器时，反应器体积V R 应器时，反应器体积V =？ R

3.某一均相酶反应在CPFR 中进行，其动力学方程为： 若进料流量为25L/min ；反应底物S 在反应器出口已转化了95%，底物初始浓度为2mol/L 时，所需反应器有效体积为多大？如改用CSTR ，所有条件同上，计算所需反应器有效体积为多大？ 题解： S S S C 2C 2.0r +=） （则：L 986V min)/L (46.39)]C C (C C ln K [r 1r dC V V R S 0S S 0S m max C C S S 0R S 0S ==-+=-=? ） （则：L 5.4987V min)/L (5.199)]C C (C C C K [r 1r C C V V R S 0S S S 0S m max S S 0S 0R ==-+-=-= 4. 以相同的酶和载体做成三种体积相等而形状不同的固定化酶颗粒，一种为球形；另一种为高与直径相等的圆柱体；还有一种为高与直径相等而壁厚为直径1/3的圆环体。 催化剂颗粒体积均为0.1cm3，颗粒表观密度为1.2g/cm3，所进行的酶催化反应可作为一级不可逆反应处理。 在反应条件下,反应速率常数为50cm3/（s ·g 颗粒）,催化剂微孔内的有效扩散系数为0.01cm2/s 。在该反应体系中，单位体积液相中含有的固定化酶量为20g/L 。已知液相中底物浓度为0.1mol/L ，并且可不考虑外扩散阻力和分配效应等因素的影响。 2 231063261263dCO O cH N O H bC aNH O O H C ++→++

生物工程设备课程设计

生物工程设备课程设计 单批次发酵 60m3 谷氨酸的发酵工艺设计 院系：生命科学学院 专业：生物工程 班级：122 学号：2012031202 姓名：陈志强 指导老师：张艳梅 日期：2015年6月28日

目录 第1章概述 (1) 1.1发酵罐设计前景 (1) 1.2微生物生物反应器的研究与应用概述 (1) 1.3微生物反应器的研究和应用进展 (2) 第2章设计依据 (3) 2.1、本次设计内容 (3) 2.2、基本参数 (3) 2.2.1 发酵罐的型式 (3) 2.2.2 发酵罐的用途 (3) 2.2.3冷却水及冷却装置 (4) 2.2.4设计压力 (4) 第3章通用发酵罐的系列参考尺寸 (5) 3.1.通用发酵罐的系列尺寸 (5) 3.2 发酵罐主要设计条件 (6) 第4章谷氨酸生产工艺流程简介 (7) 4.1谷氨酸发酵工艺技术参数 (7) 4.2谷氨酸生产原料及处理 (7) 4.3谷氨酸生产工艺流程图 (10) 第5章发酵罐选型及工艺计算 (11) 5.1 发酵罐的设计与选型 (11) 5.1.1 发酵罐的选型 (11) 5.1.2 生产容积的确定 (11) 5.2主要尺寸的计算 (11) 5.3 冷却面积的确定 (12) 5.4 搅拌器设计 (13) 5.5 、搅拌轴功率的确定 (15) (15) 2.5.1 计算Re m 5.5.2不通气条件下的轴功率计算 (16) 5.5.3 通气发酵轴功率计算 (16) P (17) 5.5.4 求电机功率 电 5.6设备结构的工艺设计 (17) 5.7 竖直蛇管冷却装置设计 (18) 5.8备材料的选择 (21) 5.9 发酵罐壁厚的计算 (21) 5.10 接管设计 (23) 第6章设计结果与讨论 (25)

发酵设备课程设计

年产15万吨木薯干酒精工厂的设计 附：设计依据及设计范围 （1）、设计依据原始数据如下： 生产要求：年产150，000吨医药酒精，酒精含量%（V） 生产原料：木薯干片年生产天数：300天 厂址选择：南方某城市（符合建厂条件） 气候条件：良好 最高气温：38℃最低气温：4℃平均气温：20℃最高湿度：95% 平均湿度：78% 主导风向：冬季东北风夏季东南风 河水温度：最高30℃最低10℃ 深井水温度：最高25℃最低：20℃ 自来水温度：最高31℃最低：14℃ （2）、设计范围： ○1. 工艺流程的选取与论证 ○2. 全厂水、电、汽及原料耗用量的平衡计算 ○3. 设备的设计与计算 ○4. 安全防火、经济核算、三废处理途 ○5. 绘制重点车间设计施工图 ○6. 编写设计说明书 设计说明书前有中、英文摘要各一份。 重点车间：原料蒸煮车间 重点设备：糖化罐 绘图内容： ○1.重点车间工艺、设备流程图（带自动控制点） ○2．重点车间设备平面布置图 ○3.重点设备装配图

目录 1 工艺流程的选取与论证 2 物料及热量衡算 3 酒母制造 4 液化罐与糖化罐设计 5 安全防火、三废处理

1 工艺流程的选取与论证 1.（1）原料预处理：木薯干片原料较大块，不易在一次粉碎达到要求，故采用二次粉碎以提高粉碎度[4]。 （2）调浆：采用一个冲量计进行粉水自动化调浆，实现了自动化生产过程，减轻了工人劳动强度。 （3）蒸煮工艺：采用带喷雾转盘的锅式低温常压连续蒸煮方法，生产条件温和，操作安全、简便，热利用率高，节省了蒸汽、能耗，提高了淀粉利用率和设备利用率。 （4）糖化酶的利用：该酶活性高，用量少，配制成溶液即可投入使用，不用进行高温蒸煮，节约了资金、能源，且快速、易操作。 （5）糖化工艺：采用真空前冷却的连续糖化法，使冷却用水用量大大减少，可将醪液在瞬间降低到相应的温度，冷却好的醪液连续进入糖化锅，锅内有搅拌器，冷却器，使糖化温度得以保证。 （6）发酵工艺：采用连续发酵，缩短了发酵周期，提高设备利用率，便于实现自动化、连续化，降低了生产成本。 （7）精馏工艺：采用两塔式蒸馏，粗馏塔采用泡罩塔，精馏塔采用浮阀塔，二塔间用气相过塔，从而节省加热蒸汽、冷却水，但要注意成品质量控制。 2.工艺及设备计算 （1）根据工艺流程草图逐步地进行物料衡算与热量衡算。 （2）计算单位基本是以每小时计，并尽量采用国际单位。 （3）计算中的物理化学参数基本来源一致。 （4）对于标准设备，直接根据生产能力进行选型，而对于非标准设备，则进行设计计算。 （5）对重点设备——糖化罐进行详细地设计计算。 （6）对于其他内容，如经济核算、安全防火、综合处理费用进行估算。

生物反应工程期末总结

生物反应工程期末总结 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

绪论 1.生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成 （1）原材料的预处理； （2）生物催化剂的制备； （3）生化反应器及其反应条件的选择和监控； （4）产物的分离纯化。 2.什么是生化反应工程,生化反应工程的研究的主要内容是什么 定义：以生化反应动力学为基础，运用传递过程原理及工程学原理与方法，进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计、放大、操作控制等综合边缘学科。 主要内容：生物反应动力学和生物反应器的设计，优化和放大 3. 生物反应过程的主要特点是什么 1.采用生物催化剂，反应过程在常温常压下进行，可用DNA重组及原生质体融合技术制备和改造 2.采用可再生资源 3.设备简单，能耗低 4.专一性强，转化率高，制备酶成本高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液杂质较多，给提取纯化带来困难。 4. 研究方法 经验模型法、半经验模型法、数学模型法；多尺度关联分析模型法（因次分析法）和计算流体力学研究法。 第1章 1. 酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催化特性谈谈酶反应专一性的机制。 催化共性:降低反应的活化能，加快生化反应的速率；反应前后状态不变. 催化特性:高效的催化活性;高度的专一性; 酶反应需要辅因子的参与;酶的催化活性可被调控;酶易变性与失活。 机制：锁钥学说；诱导契合学说 2. 什么叫抑制剂 某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能与酶分子上的某些必需基团（主要是指活性中心上的一些基团）发生化学反应，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速率降低，能引起这种抑制作用的物质称为抑制剂。 3. 简单酶催化反应动力学（重点之重点） 4．酶动力学参数的求取方法(L-B法、E-H法、H-W法和积分法) L-B法: E-H法：H-W法：

生物反应工程(知识点参考)

名词解释 1，返混:不同停留时间的物料的混合。 2，双膜理论:作为界面传质动力学的理论，该理论较好地解释了液体吸收剂对气体吸收质吸收的过程。一种关于两个流体相在界面传质动力学的理论 3，构象改变:在分子生物学里，一个蛋白质可能为了执行新的功能而改变去形状；每一种可能的形状被称为构象，而在其之间的转变即称为构象改变。 4，分配效应:分配的马太效应（Matthew Effect），是指好的愈好，坏的愈坏，多的愈多，少的愈少的一种现象。 5，酶的固定化技术:酶固定化技术是通过物理或化学的方法将酶连接在一定的固相载体上成为固定化酶，从而发挥催化作用。固定化后的酶在保持原有催化活性的同时，又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用，可在生产工艺上实现连续化和自动化，更适应工业化生产的需要。 6，结构模型:就是应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型. 7，固定化酶:水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水的但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。在催化反应中以固相状态作用于底物。 ￥ 8，停留时间:又称寄宿时间，是指在稳定态时，某个元素或某种物质从进入某物到离开该物所度过的平均时间。 9，恒化器：一种微生物连续培养器。它以恒定的速度流出培养液，使容器中的微生物生长繁殖始终低于最快生长速度。这种容器反映的是培养基的化学环境恒定。而恒浊器反映的是细胞浊度（浓度）的恒定。 10，恒浊器：一种连续培养微生物的装置。可以根据培养液中的微生物的浓度，通过光电系统观控制培养液的流速，从而使微生物高密度的以恒定的速度生长。11，生物反应工程：一个由生物反应动力学与化学反应工程结合的交叉分支学科。着重解决不同性质的生物反应在不同型式的生物反应器中以不同的操作方式操作时的优化条件 12，连续灭菌：就是将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加热,保温，降温的灭菌过程，也称连消。 13，间歇灭菌：在100℃条件下，灭菌30分钟，间隔24小时再重复操作三次。 14，有效电子转移：是指物质在氧化过程中伴随着能量释放所进行的电子转移。 15，能量生长偶联型：当有大量合成菌体材料存在时，微生物生长取决于ATP的供能，这种生长就是能量生长偶联型。 16，能量生长非偶联型：在ATP的供能充分，而合成细胞的材料受限制时，这种生长就是能量生长非偶联型。 、 17，不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团或活性部位以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶活力恢复的作用。18，流加式操作：能够任意控制反应液中基质浓度的操作方式。 19，代谢工程：通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径。 20，连续培养及稳态：又叫开放培养，是相对分批培养或密闭培养而言的。连续培养是采用有效的措施让微生物在某特定的环境中保持旺盛生长状态的培养方法. 生理学家把正常机体在神经系统和体液以及免疫系统的调控下，使得各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态，叫做稳态。

生物反应工程-贾士儒试卷

生物反应工程考试试卷（2003年6月）班级姓名成绩 一、名词解释(10分) 流加式操作： 能量生长非偶联型： 返混： 搅拌器轴功率： 固定化酶： 二、请列出下列物理量的数学表达式(10分) 停留时间： 呼吸商： 稀释率： Da准数： 转化率：

三、判断题(10分) 1、单罐连续培养稳态下，D=μ。( ) 2、流加培养达到拟稳态时，D=μ。( ) 3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。( ) 4、Da 准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da 准数越大，外扩 散效率越高。( ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。( ) 四、图形题（15分） 图1为酶促反应1/r ~1/S 曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。图2为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体类型。 图1 图2 Ⅰ Ⅱ 1/r 1/S σ d ω /d γ 1 2 3 4曲线1： 曲线2： 曲线3： 曲线4： 曲线Ⅰ： 曲线Ⅱ：

图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率D crit 和最大生产强度下的稀释率D m 。图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？ 图3 图4 五、简答题 （25分） 1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ X DX X ，D X D μ S

2、CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。 3、何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区别？ 4、影响k L a的因素有哪些，如何提高k L a或N v？

5、如何进行流加培养的控制、优化？ 六、计算题（30分） 1、乙醇为基质，通风培养酵母，呼吸商RQ=0.6。反应方程为： C2H5OH+aO2+bNH3 c（CH1。75N0。15O0。5）+dCO2+ eH2O 求各系数a、b、c、d及菌体得率Y X/S。

生物工程设备课程设计

课程代码：1614100800 生物工程设备课程设计 Training of Bioengineering Equipment 学分：2 周数：2 一、课程设计目的 本课程是生物工程、生物技术等专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学习本课程的目的是使学生在完成相关课程后，尤其是在学完《生物工程设备》这门课程后，综合运用3年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。使学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。 本课程任务是： 1.撰写简要设计说明书1份，内容包括前言、工艺选择及论证、设备的初步设计与计算、选型及配置等(含原料处理、发酵、设备，及辅助系统设备等) 2.绘制产品工艺方案流程图一张。 二、基本要求 1．设计方案选择，对给定或选定的设计方案进行简要论述。 2．本设计工艺流程论证，按确定的设计方案设计出合理可行的工艺流程路线，对该工艺流程进行阐述论证，确定工艺过程的重要参数。 3．主要设备设计，在满足工艺条件的前提下，进行主要设备的机械设计。 4．工艺流程图，按工艺流程图绘制要求完成有一定控制点的流程详图，包括设备、物料管线、主要管件、控制仪表等内容。 5．通过课程设计，应训练学生提高以下几方面的能力：(1)搜集实际工业生产工艺数据，熟悉技术文献资料；(2)合理设计工艺路线，准确进行工艺过程计算和设备设计选型计算；(3)以精简的文字、清晰的图表来表达个人设计思想、设计结果；(4)树立科学、经济的设计思想，兼顾安全、劳保、环保等要求。 6、设计说明书要求，设计说明书应用统一纸张书写，内容包括设计任务书，所有论述、原始资料和数据、计算及结构表格等，编写顺序建议如下：（1）封面；（2）目录；（3）设计任务书；（4）设计方案简介；（5）工艺流程说明及论证，工艺简图及工艺计算或主体设备工艺计算及选型，辅助设备工艺计算及选型；（6）对本设计的简单评述；（7）参考文献。 三、先修课程 化工原理、工程制图、化工仪表与自动化、发酵工程学、生物工程设备等 四、课程设计内容 l.内容 (l)酒精工厂初步设计 (2)柠檬酸工厂初步设计 (3)味精工厂初步设计

生物医学工程基础期末总结

什么是生物医学工程？ 是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学角度，在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的科学。 生物医学工程学的研究内容？ 生物力学，生物材料学，人工器官，生物医学图像技术，生物医学电子，生物医学信号检测，生物医学信号处理，生物医学测量，物理因子的生物效应及治疗作用，生物系统的建模与控制，医用仪表仪器，中医工程，生化工程，医学信息管理控制系统。 生物力学有哪些内容？ ①以人（高等哺乳动物）的生命活动为核心的生物力学——生物力学的主体。 ②绿色植物的生物力学。 ③生物技术与生物化学工程中的流体力学问题。 ④动物的运动。 生物力学的力学基础？ ①运动和力（牛顿三定律） ②刚体力学在生物力学中的应用 ③连续介质力学基础 ④生物流体力学基础。 硬组织，软组织，血管和关节软骨的力学性质有哪些表现？ 硬组织：（1）干骨变脆（无塑性变形）； （2）骨的应变很小，0.004~0.012； （3）在比例极限以下，密质骨可以看作是胡克弹性体：应力=E*应变，E为杨氏模量。 软组织：软组织力学性质的共同性： 在生理范围内，各种软组织都有应力—应变滞后环、应力松驰和蠕变现象，因而都 是粘弹性材料，而且是高度非线性的。 软组织力学性质的区别： 在无损伤条件下的各软组织的最大应变各不相同。超出各自的应变范围，组织将屈 服而被破坏。 血管：无规律性结论。 关节软骨：关节软骨是由少量细胞，固相基质和间质液（主要是水占75%）组成的。 [亦是多孔复合材料，（胶原纤维65%+蛋白聚糖25%+糖蛋白10%）。] 在应力作用下，液体可在基质中流出或流进，因此软骨的力学性质随基质内液体 含量的多少而变化。另外，环境化学条件（液体中的离子浓度等）对关节软骨的 力学性质也有影响。 红细胞特性，功能，易变性原因？ ①红细胞的几何形状：φ5－8μm ②红细胞沉降——血沉，静息时因重力而沉降，红细胞沉降与红细胞聚集伴生。③红细胞的可变形性（1）红细胞聚集→血浆生物化学性质改变，是血液流变性质的一个重要参数；（2）红细胞可变形性是血液流变性质的另一个重要参数。 红细胞的功能：把机体组织细胞代谢活动所必需的O2输送到机体各组织和器官，同时带走代谢的产物CO2，并在肺内排出CO2，吸取O2，从而使生命活动维持。 易变性原因：结构：红细胞无细胞核，由细胞膜和细胞质（主要是血红蛋白）构成。质中的血红蛋白是晶体，且为液晶。因此，红细胞的变形主要决定于细胞膜的

《生物工程设备与工艺设计》课程设计指导手册

生物工程设备与工艺设计课程设计指导手册 （第一版） 常州大学制药与生命科学学院 二O一四年

目录 一、《生物工程设备与工艺设计》课程设计教学大纲 (1) 二、课程设计封面 (3) 三、课程设计说明书格式要求 (5) 四、《生物工程设备与工艺设计》课程设计规范要求 (7) 五、《生物工程设备与工艺设计》课程设计答辩及考核工作条例 (9) 六、发酵工厂设计流程 (10) 七、《生物工程设备与工艺设计》课程设计任务书 (23)

一、《生物工程设备与工艺设计》课程设计教学大纲 1. 目的与任务 《生物工程设备与工艺设计》课程设计是发酵工程教学的一个重要环节，是生物工程专业学生在毕业设计（论文）前进行的一次综合训练。通过本课程设计培养学生综合运用所学知识解决工程问题的能力，为毕业设计（论文）打好应有的理论基础。通过课程设计，应培养学生的独立工作能力，培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作作风。 2. 要求、内容与进度安排 通过《生物工程设备与工艺设计》课程设计的训练，学生达到的基本要求如下： （1）进一步巩固加深所学《化工原理》、《发酵工程》、《生物工程设备与工艺设计》、《生物分离工程》等专业课程的基本理论和知识，使之系统化、综合化； （2）具备查阅资料，使用有关手册、图表和收集合适的数据及正确选用计算公式的能力；正确选择设计参数，具有从技术上可行和经济上合理两方面分析问题的工程观点和能力； （3）具有正确、迅速地进行主要设备及某些辅助设备计算的能力； （4）掌握发酵工厂初步设计的程序和方法，具有用简洁的文字和适当的图表来表达自己设计思想的能力。 《生物工程设备与工艺设计》课程设计的选题分两种基本类型： （1）生物工程设备的设计（设备型）：如生物反应器（发酵罐）、空气过滤器、水解锅（糖化锅）、结晶罐、离子交换柱、干燥器、蒸馏塔等等。 （2）生物工厂工段设计（工段型）：如原料气流输送、蒸煮、糖化、无菌空气制备、发酵、以及生物产品提取与精制的各种分离工序等。 具体选题由指导教师确定。 发酵工程课程设计进度安排如下： （1）设计方案的选定