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20min③用水冲洗10min④酸洗中和，用2%-3%浓度的HNO3清洗，约20min⑤再用清水冲洗10min⑥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。