广州大学生物工程设备试题(问答题)

问答题

1、画出机械搅拌式生物反应器的结构简图,标出各部件的名称,并分别阐述其作用。

a)主要部件：1.罐体，盛发酵液，发酵场所；2.搅拌器：混合液体和传质；3.挡板：

防治液面中央形成漩涡流动，增强其湍动和溶氧传质；4.轴封：防止染菌和泄露；

5.空气分布器：分布空气；

6.消泡装置：防止发酵液随气泡外溢

7.夹套：冷却

图见p23

2、根据气液传质理论，提出机械搅拌通风发酵罐增加氧传递速率的措施。★

答：由OTR=K l a(C＊-C)可知增大K l a或增大(C＊-C)来增加氧传递速率

增大(C＊-C)的方法：1.提高罐压2.富集氧气

由K l a=K(Pg/V L)^0.4Vs n^0.5可知增大K l a的方法：1.提高转速或增大搅拌叶轮直径，从而提高搅拌功率Pg；2.提高通气量；3.提高发酵罐的高径比，对提高溶氧速率和降低单位溶解氧功耗均有利，所以在设计时，应尽可能选择较大的高径比。

3、气升式发酵罐的工作原理。

工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低，故向上运动，而含气率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质

4、机械搅拌自吸式的工作原理。

工作原理：自吸式机械搅拌发酵罐的主要构件是吸气搅拌叶轮及导轮，简称转子及定子，当转子转动时，其框内液体被甩出而形成真空而吸入空气。通过导向叶轮而使气液均匀分布甩出，并使空气在循环的发酵液中分裂成细微的气泡，在湍流状态下混合、湍动和扩散

5、判断下图为何种生物反应器并标明图中6的名称，以及请简述该生物反应器工作原理。

文氏管自吸式发酵罐见p48

1-排管 2-罐体 3-换热夹套 4-循环泵 5-压力表 6-文氏管

工作原理：用泵使发酵液通过文氏管吸气装置，由于液体在文氏管的收缩段中流速增加，形成真空而将空气吸入，并使气泡分散，与液体均匀混合，实现溶氧传质

6、下图为一啤酒发酵生产系统，请指出图中1、3、5各为何设备，并简述该生产工艺的特点。

1-薄板换热器 3-酵母离心机 5-朝日罐

特点：1.三种设备互相组合，解决了前、后发酵温度控制和酵母浓度的控制问题，加速了啤酒的成熟。

2.使用酵母离心机分离发酵液的酵母，可以解决酵母沉淀慢的缺点

3.利用凝聚性弱的酵母进行发酵，增加酵母与发酵液接触时间，促进发酵液中乙醛和双乙酰的还原，减少其含量。

7、试述啤酒塔式连续发酵流程。

塔式连续发酵时，分批加入经处理过的无菌麦汁，麦汁在塔内边上升边发酵，直至满塔为止。培养并使其达到要求的酵母浓度梯度后，用泵连续加入麦汁。在发酵过程中，须经常丛塔底通入CO，以保持酵母柱的疏松度。流出的嫩啤酒，经过酵母分离器后，再经薄板换热器冷却至-1℃，然后送入贮酒罐内，经过充CO2后，贮存4d，即可过滤包装出厂

8、简述植物细胞培养的特点以及常用的培养器的类型及优缺点。

1.植物细胞培养液的黏度随细胞浓度的增加而显著上升

2.在k l a值高的操作条件通入一定量的CO2对细胞量的增大时有效的

9、请简述通气搅拌式、气升式、中空纤维、微囊、大载体和微载体动物细胞培养反应器的

原理和特点。

10、对于发酵生物反应系统中需控制的主要参变量有哪些？分别采取何种方法或仪器进行检

测？这些需控制的参变量与生物反应效能有何相关对应？

R

l r pF d dV +∆=

01μτ

11、请简述三种连续灭菌流程，并比较各流程优缺点。

（1）连消塔加热的连续灭菌流程：待灭菌料液由连消泵送入连消塔底端，料液在此被加热蒸汽立即加热到灭菌温度128－

132℃,由顶部流出，进入维持罐，维持8-25min ，后经喷淋冷却器冷却到生产温度进入发酵罐。

（2）喷射加热的连续灭菌流程：培养液在指定的灭菌温度下逗留的时间由维持段管子的长度来保证。灭过菌的培养基通过一膨胀阀进入真空冷却器而急速冷却。

（3）薄板换热器的连续灭菌流程：培养液在设备中同时完成预热、加热灭菌、维持及冷却的过程。

12、根据基本过滤方程，试述强化过滤速度的措施。★

由上式可知强化过滤速度的方法

一、降低滤饼比阻力r0，可以从增大毛细孔的直径或减少弯曲因子去降低

1．添加电解质、絮凝剂、凝固剂。这些物质能使悬浮的固形物质的粒度变大，硬度变高2．添加助滤剂，改变了滤饼结构，滤饼可压缩性下降了

3．调节pH。将pH调至滤液的等电点附近，使蛋白质积聚析出。或大幅度调节pH,使蛋白质变性凝固

4.加热。使蛋白质变性凝固

二、降低滤液的黏度

1）热处理能使蛋白质变性凝固，从而使过滤速度大提高。

2、降低悬浮液中固形物的浓度

三、提高过滤压力差ΔP

13、请简述板框压滤机的结构和工作原理。

结构：板框压滤机主要是由许多滤板和滤框间隔排列而成。板和框多做成正方形，角段均开有小孔，装合压紧后即构成供滤浆或洗涤水流通的孔道。框的两侧覆以滤布，滤板的两面制成沟槽，分别与洗水孔道和滤出口相通。

工作原理：过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打入框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止工作。

14、请简述转筒真空过滤机的结构和工作原理。

结构：由筛板组成的能转动的水平圆筒，表面为一层金属丝网，覆有滤布；圆筒内沿径向被筋板分隔成若干空间，每个空间都以单孔道通至筒轴颈端面的分配头，分配头内沿径向隔离成3室，分别与真空、压缩空气管路相通

工作原理：圆筒内下部的空间与料液相接触，由于在这个区中的空间与真空管连通，于是滤液被吸入筒内并经导管和分配头排至滤液贮罐中，而固体粒子则被吸附在滤布的表面形成滤饼层。当圆筒从从料浆槽中转出后，由喷嘴将洗涤水喷向圆筒面上的滤饼层进行洗涤，因此区也与真空道相通，于是洗涤水穿过滤饼层而被吸入筒内，并经分配头引至洗水贮罐中。经洗涤和脱水的滤饼层继续转进卸渣及再生区，这区与压缩空气管路连通，压缩空气从圆筒内向外穿过滤布而将滤饼层吹松，随后由刮刀将其刮除。刮掉滤饼后的滤布继续吹压缩空气，以吹净残余滤渣，使滤布再生

15、什么是离心机的离心分离因数,根据离心分离因数的大小不同，离心机可分为几类?

离心分离因数：离心力与重力的比值。或是离心加速度与重力加速度之比。

普通离心机：f <3000；高速离心机：f ＝3000－50000；超速离心机：f > 50000