发酵设备与反应器
生物反应器
生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。
生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率（转化率）和能耗有密切关系。
生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容，也是生物化学工程的重要组成部分。
分类从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。
另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。
发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分，可有：嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。
其中嫌气发酵罐最为简单，生产中不必导入空气，仅为立式或卧式的筒形容器，可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。
若以操作方式区分，有分批操作和连续操作两种。
前者一般用釜式反应器，后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。
好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分，可有：①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍，称为通用式发酵罐。
所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器，它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。
若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮，搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。
②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出，通过外循环管返入罐内。
在循环管顶端再接上液体喷嘴，使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。
③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌，同时进行通气的气升发酵罐。
目前，世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐，它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m，高为60m，总容量为 2300m□，自上至下有5000～8000个喷嘴进料。
目前，还有些发酵产品，如固体曲等，使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。
生产甲烷（沼气）用的是嫌气发酵罐，也称消化器或沼气发生器，这种发酵罐装有搅拌器，顶部有的有浮顶。
第六章 通风发酵设备 第一节对通风发酵设备的要求
3.搅拌通风装置使之气液充分混合，保 证发酵液一定的溶解氧。
4.足够的冷却面积。 5.尽量减少死角。 6.轴封严密。 7.维修操作检测方便
（二）发酵罐的结构
好气性机械搅拌发酵罐是密闭式受压设 备，主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、 打泡器、中间轴承、空气吹管（或空气 喷射管），挡板、冷却装置、人孔等
对通风发酵设备的要求
（4）有良好的热量交换性能，以适应灭 菌操作和使发酵在最适温度下进行；
（5）尽量减少泡沫的产生或附设有效的 消沫装置，以提高装料系数；
（6）附有必要的可靠检测及控制仪表。
1. 发酵罐的结构
一机械搅拌通用式发酵罐 （一）发酵罐的基本条件 原理：利用机械搅拌器的作用，使空
优点和缺点
3°不需要调整。动环由于密封流体压力和弹 簧力等推向静环方向，密封面自动保持紧密接 触，因此不需要调整。
4°摩擦功率损耗小。由于密封端面的面积小、 摩擦系数小，故摩擦阻力小，功率消耗小。其 损耗功率仅为填料函密封的10～15％。
5°轴与轴套不受磨损。 6°结构紧凑，安装长度较短。由于不需要调
罐身：冷却水进出管，进空气管，温度 计管和测控仪表接口。排气管应尽量靠 近封头的轴封位置。
2.搅拌装置
目的：有利于液体本身的混合及气液、 气固之间的混合，
质量和热量的传递，特别是对氧的溶解 具有重要的意义，
加强气液之间的湍动，增加气液接触面 积及延长气液接触时间。
搅拌器结构
搅拌器可以使被搅拌液体形成轴向或径向的液 流。
填料函密封和机械密封（或称端面密封）
1.填料函密封
填料箱本体固定在发酵罐顶盖的开口法 兰上，将转轴通过填料函，然后放置有 弹性的密封填料，然后放上填料压盖， 拧紧压紧螺栓，填料受压后，产生弹性 变形堵塞了填料和轴之间的间隙，转轴 周围产生一定的径向压紧力，从而起到 密封介质压力的作用。
微课在_发酵工程_课程教学改革探索的应用_林标声
第33卷第5期2015年10月龙岩学院学报JOUＲNAL OF LONGYAN UNIVEＲSITY Vol．33No．5October 2015高校教学研究微课在《发酵工程》课程教学改革探索的应用林标声1，2，沈绍新1，尹会方1，2，杨小燕1，2（1．龙岩学院福建龙岩364000；2．福建省预防兽医学与兽医生物技术重点实验室福建龙岩364000）摘要：微课是现代信息技术高速发展的产物，是未来课程教学改革的方向，将其引入到《发酵工程》的课程教学，情景性、趣味性、实践性增强，有利于解决《发酵工程》课程教学现状中存在的问题，有利于满足不同学生个性化学习的需求，也有利于发挥教师各自的特长、促进专业水平的提高．通过分析《发酵工程》教学现状及亟待解决的问题，探索将微课引入到《发酵工程》教学的优越性和可行性，以期将微课成为《发酵工程》等系列课程重要的教学手段和学习模式．关键词：微课；发酵工程；教学改革；探索中图分类号：G64文献标识码：A 文章编号：1673－4629（2015）05－0117－05微课（micro－lecture ）是“微型视频网络课程”的简称，是美国学者最早在2008年提出的新概念［1］．随着时代的发展，微课课程研究的不断深化和课程实践经验的总结提升，微课的概念、内容也发生了不断的变化．如今，微课的概念被定义为：按照新课程及教学实践内容，将教学中某单个知识点（一般是重点、难点）刻录成5 10min 的视频，教师通过这个视频的载体展示精彩教学活动的过程［2］．微课是现代信息技术高速发展的产物．学生可以在课堂接受课程知识，也可以在零碎的时间、短暂的时间在手机、平板电脑、MP4等移动终端设备上自主、随时随地地学习．因而，学生学习效率高、知识的接收程度也大幅提高［3］．《发酵工程》是高校生物技术、生物工程等专业高年级重要的专业课程，内容涉及微生物学、生物化学、化工原理、高等数学等课程的相关基础知识，内容多、涉及面广，重点、疑难点多，实践性强，与实际工业生产联系紧密［4］．因此，《发酵工程》课程对教师的授课、学生新知识学习和掌握、课程理论知识实践应用关联等都具有较大的难度和较高的要求．微课视频短小、精湛，课程知识点重难点突出，实验实践生动形象，适合于应用在《发酵工程》课程的授课与学习［5］．笔者经过一年多的课程教学实践，现将微课应用于《发酵工程》课程改革探索的经验进行总结．1微课的特点微课的最大特点就是“短小精悍”，即很短的时间内，以几兆到几十兆的小视屏容量，精练某一特定的知识点，展现出广泛的资源学习面，满足不同对象、不同学习场景随时、随刻学习的需求［6］．相对于传711收稿日期：2015－05－20作者简介：林标声，男，福建连城人，龙岩学院生命科学学院讲师，主要研究方向：微生物发酵工程．通讯作者：杨小燕，女，福建龙岩人，龙岩学院生命科学学院教授，主要研究方向：预防兽医学．基金项目：龙岩学院第三批教学改革项目（2014JY47）；福建省教育厅精品课程（闽教高［2008］48号）；福建省本科高校“专业综合改革试点”项目（闽教高［2012］41号）；教育部“本科教学工程”地方高校第一批本科专业综合改革试点项目（教高司函［2013］56号）．统课程45min长度视屏资源来说，微课视频时间更短、内容更精练、知识点更突出，更有利于抓住学生的注意力和耐心．而对于教师来言，微课就是一场个人“秀”，在极短的时间内，展现自己的教学理念、教学风采和教学手段，作为高科技的教学辅助手段，应用到实际教学中，能提供更多、更好的教学素材，展现出传统课题难以展现的教学手段和方法；对学生而言，微课就是“翻转课堂”［7］，学生利用现代信息科技技术，重新安排课程的课前、课中、课后学习，课程知识点课外学习，课中再学习、再讨论，课后师生、生生的再互动、再巩固深化，实现课前、课中、课后三位一体的关联学习，课程知识的传递、内化和巩固颠倒安排，实现了传统教学中课题知识学习和师生角色的翻转．2《发酵工程》课程教学现状存在及亟待解决的问题虽然全国各个高校中生物技术等专业均有开设《发酵工程》课程，但由于各自的教学目的、人才培养的定位、师资力量、学生基础、教学条件等不同，各高校《发酵工程》课程教学存在着一定的差异，教学效果也不尽相同，但目前均还存在着一些共同的、急需亟待解决的问题［8］．（1）理论课时少．国内大部分高校已将学时压缩到51 54学时，但课程中光不同产品的发酵工艺如酿造酒、乳酸产品、发酵酶制剂、抗生素等就有10 15个不同类型需要介绍，“填鸭式教学”严重．（2）学生学习的热情、积极性激发不够．主要体现在课程的“发酵工程原理”的教学环节，该部分内容理论性强、难度大，教师单一的教学很难激发学生的学习热情和兴趣．（3）教学和实践结合不紧密．作为实践性非常强的一门学科，发酵工程产品的设备、技术的进步日新月异，理论教学往往落后于实践生产；学生缺乏必要的实践场所和机会，实践技能锻炼少，不能满足培养社会急需的生物工程人才的需求．（4）教学视频应用问题．现有的《发酵工程》教学视频资料大部分时间长、内容多、针对性差．如“发酵设备－啤酒发酵罐”这一教学视频，介绍的啤酒发酵罐类型多、结构复杂，且有许多是在生产实践中早已被淘汰的产能低、耗能高的设备．教师不加整理在课堂整堂播放，成为了录像放映者，而学生也缺乏吸引力，时间长易疲劳，主观能动性差．3微课教学解决《发酵工程》课程教学存在问题的优势微课教学有PPT式微课和授课式微课，两种微课都有自己独特的优势［9］，均能较好地引导学生如何学、怎样学、学得好，解决原有《发酵工程》课程教学存在的问题．如前所述，微课教学在“发酵设备－啤酒发酵罐”这一章节的教学中就具有较好的优势．（1）情景性强．授课式微课的制作不仅可以讲授啤酒发酵罐的类型、结构和应用等理论内容，还能按类型放置相对应的、实际生产企业所拍摄的啤酒发酵罐实物，针对性强、情景性强，能更好地激发学生的学习积极性，学以致用．教师可按教学内容在当地啤酒企业进行模块化拍摄，如发酵罐种类、发酵罐内部构造、发酵罐清洗等模块，各模块所拍摄的视频再经后期再加工剪辑完善，如加上配音、文字说明等，然后穿插到讲授的视频中．此外，如无条件拍摄实地视频，也可以单独为某一个模块制作PPT式微课，如朝日罐微课，从朝日罐的历史发展、系统组成、优缺点等做10张左右的PPT，后加以重点问题解释、图片说明、配音等录制成视频，学习的情景性也较强．相对于传统的30min左右长时间的“啤酒发酵工艺流程”视频，模块化微课，短小精悍，更有利于讲解重点，吸引学生注意力．学生学习时也不再是被动接受课本的文字、图片介绍，充分提高了学习的积极性和学习效果．教师在制作微课的过程中，也能掌握啤酒发酵罐的最新设备和啤酒生产技术，知识与时俱进，不再照本宣科．（2）趣味性强．微课视频中除了教学内容外，还可以加入优美动听的音乐、生动灵巧的动画等，特别是适当的诙谐、幽默的语言说明，有助于学生提高注意力，在愉悦、轻松的氛围中掌握相关的知识．如介绍啤酒发酵罐引题时就可以加入“喝啤酒”这一稍作夸张的动画视频，再配音“啤酒这么好喝，那啤酒是哪里生产出来的呢？”，启发式教学再配合视频动画，不仅吸引了学生的注意力，也能增加教学的趣味性．课811堂愉悦性增加，同时相关课程知识也能寓教于乐中．再比如，在学习完发酵原材料处理的内容之后，给学生播放到啤酒糖化车间模块微课视频，带领学生领略啤酒酿造原料糊化、糖化和麦芽汁过滤的操作，掌握“三锅两槽”的布局、功能，必要时还可以将整个糖化的工艺流程制备成3D动画，配置到微课视频中，使学生在观影中能轻松地、直观地掌握课本枯燥、易混的问题，寓教于乐．该类视频适合选用制作成PPT式微课，PPT软件自带的某些动画功能，能很好地完成既定的效果．（3）实践性增强．《发酵工程》理论性深、实践性强，许多的课程内容如仅通过教师课堂语言讲解，很难让学生掌握和应用．如讲述麦汁冷却进入发酵罐过程中的充氧操作，其中牵扯到气瓶减压操作．但即使是这样简单的充气操作程序，如果仅通过课本文字和教师语言讲解，学生还是很难理解和掌握实际操作的．因此，将实践操作拍摄制备成“发酵罐充氧”微课讲授视频，让学生“百闻不如一见”，经过反复观赏微课视频再结合将来实践课程的短期培训，就能让学生对“发酵罐充氧”理论原理、操作规范与事故处理等均能轻松掌握．此外，发酵工程中的许多实践操作，如接种、调pH值、镜检等看似简单的操作，也可以通过相应的微课讲授视频中教师的详细讲解和纠错，帮助学生关注细节、减少失误．形象、直观、紧凑的微课视频，能很好地激发学生的学习兴趣，吸引学生的注意力，弥补课堂教学和实训实验的不足．（4）共享性、兼容性、自主性强．已有的长时间视频，容量大，几百兆、几G的容量，学生下载、存储、观看都受到一定的限制．微课视频几兆到几十兆的容量，可以在手机、平板电脑、MP4等多种移动终端设备上共享、学习，且其采用wmv、flv、rm等视频格式也支持在线播放，学生甚至可以将小视频储存在自己的QQ个人邮箱中或微信文档中，随时通过手机邮件下载、微信关注等方式转发给他人共享、讨论进行在线学习，非常方便．如啤酒发酵罐中高径比计算、发酵热计算、发酵液流变特性等较难问题均可通过模块微课视频疑难问答、在线讨论的方式学习、掌握．在有限的教学学时内，教师通过提前发布、共享微课视频，学生课前、课中、课后的自主参与度提高，学习热情提高，教师的教学效率也能得到较大的提高．甚至更进一步，教师可让学生参与制作微课视频，让易懂易学的知识性内容留给学生自学，培养学生的自主学习能力．如制作“朝日罐”PPT式微课，可以让学生在PPT中自己画出朝日罐的各部分管道，并加以文字说明和配音，并自行上传至网络与师生共享、讨论，这样既节约了课堂教学时间，学生对所学内容的理解和印象也更深，且其心得收获和内心成功的快感也是不言而喻的．4《发酵工程》微课课程建设的设计为了完成既定的教学目标，微课课程的内容同样需要精心设计，体现出教学内容和教学目标的关联性，更要考虑到每个微课教学内容和整体课程的统一性，还要兼顾学生的学习积极性和学习兴趣，在此基础上，微课课程内容才能较好地展开．《发酵工程》课程本身的知识点多，且几乎每个知识点都能设计成一个微课，因此，将整体教学内容分割出一个个知识点或一个亟待解决的基础问题为单元，将教学内容分解成“整课—各章—各节—知识点”的结构是一个比较合理的结构分级．对于《发酵工程》整个课程的微课设计总结如下．4.1选题微课制作首先选题要突出，要选各章、各节的重点、难点和易错点，并对所选择的知识点进行科学的分析和处理，使其更符合教学规律，达到教与学事半功倍的效果．例如，《发酵设备与反应器》这一章中，重点是“好氧发酵罐”这一节，而“发酵液的流变特性”就是其中的疑难知识点，选择该知识点制备微课，知识点细、重点突出且能在5 10min之内将其讲解透彻，突破了本节课程的难点，是一个很好的微课题材的知识点选择．9114.2针对选题选择微课类型微课的类型按教学方法可分为：讲授类、演示类、问答类、讨论类、实验类、练习类．按教学的主要环节可分为：新课导入类、课题知识点学习类、习题巩固类、总结知识点类等．不管哪种类型均可按实际需要、自身技术水平制作成PPT微课或者是授课式微课，具体在设计每个微课前，根据所要讲解的知识点选择适当的微课类型，有助于提高微课堂的效果．比如在“发酵设备－啤酒发酵罐”这一章节，在新课导入时，以“喝啤酒”的夸张动画及问答的配音，可以制作出问答类或讨论类的讲授式微课视频；在具体讲授啤酒发酵罐内部结构及高径比计算、发酵热计算、发酵液流变特性等较难知识点时，适宜制作PPT的讲授类视频和习题巩固类视频；啤酒发酵罐操作时，适宜制作演示类的视频．总之，建设者可在实际教学中不断探索与完善，制作成自己擅长的、高质量的微课视频．4.3设计优秀的微课设计，要有创意，如果照本宣科，学生不喜欢．微课视频要能充分创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境，为教师教学的顺利实施提供形象的表达工具，能有效地突破教学难点，激发学生的学习兴趣，真正改变传统教学单调模式，使乐学落到实处．一个优秀的微课视频必须具备以下几个要素：有美感、动静结合、信息量安排合理、容易操作．例如前述“发酵设备－啤酒发酵罐”导入微课中加入的“喝啤酒”的夸张动画及问答的配音，与日常生活紧密联系，能激发学生的兴趣，吸引学生的注意力、调动了学生的学习积极性、主动性，让学生能主动参与课程的学习中．4.4与课堂教学的整合微课教学在整个课堂教学中应有突出的地位，能与课堂的教学目标、内容有机结合成为一体．一个完整的微课课堂教学应包括以下步骤：①知识点回顾；②微课导入，自主先学；③师生互动、知识点提炼；④学生探究、学生精讲、教师指导；⑤自检自测、反馈训练．例如在《发酵液的流变特性》的微课课程教学中，教师先通过回顾了好氧发酵罐结构、发酵热、通气、搅拌、消泡等内容，引题到了发酵液的构成和对发酵的影响，提出了“流变学特性”的概念，然后通过播放5 10min的微课视频，让学生自主学习，而后教师提问学生互动，归纳要掌握的两个知识点牛顿型流体和非牛顿性流体．接下来教师指导学生精读、探究牛顿型流体和非牛顿性流体剪切力和剪切率之间的关系和计算公式．最后是通过习题的练习，让学生自检自测知识点的掌握情况，并向教师反馈学习的效果．5小结微课视频应用于《发酵工程》课程建设，有利于该课程的改革和探索，对教师授课和学生学习都将产生重要的影响和作用．（1）直观性增强．《发酵工程》课程中的一些抽象的、实践性强的内容，如“啤酒的发酵生产”等均可以通过微课的视频或动画来模拟，结合教师的讲解，为学生提供不受季节、不受课时影响的学习条件．（2）有利于发挥教师各自的特长、促进专业水平的提高．不同教师可利用自身专长制作优质的微课视频，教师之间互相学习、取长补短．短小精悍微视频的制作也有利于革除教师偷懒直接网上下载超长视频直接播放的弊端．如制作“啤酒的发酵生产”微课，实践经验丰富的教师可以在生产企业现场录制视频素材而提供给擅于美化、编辑的教师，制作成精品微课后再由该章节理解最深刻的、表述能力最强的教师讲授．此外，教师在制作微课PPT、视频的过程中，肯定对课程内容会有新的理解和领悟，这也有利于促进教师专业水平的发展和提高、促使教师再学习、再思考．（3）有利于满足不同学生个性化学习的需求．不同的学生由于自身水平的差异，其学习欲望、思维方式、学习能力、学习的目的也大不相同，微课视频的在线共享、讨论有利于满足不同学生个性化学习需求，达到因材施教的目的．如有志于将来从事啤酒生产工作的学生，对“啤酒的发酵生产”微课肯定就有浓厚的兴趣，对教师发布的微课共享视021频就能做到课前、课中、课后充分地预习、学习、巩固、讨论，甚至将来走上工作岗位了仍能使用该视频达到一定的学习、使用目的．总之、微课的发展将对未来课堂的学习带来革命性的变化．在微课中，教师不再仅是一个授课者，而变成了一个引导者、参与者和组织者；教师更不只是长时间视频的播放着，而是视频的制作者和维护者，教师的主要任务变成了布置课程的学习目的和学习方法，课程的答疑者和讨论的组织者．学生也不仅是被动的学习者，而是可以“翻转课堂”，变成课程的参与者和讨论者，学生可以自主选择同一课程内容不同的微课视频进行学习、讨论，且借助于先进的移动终端设备，使得这种学习不局限于课堂，而是全方位、不同时间、不同地点的学习［10］．微课涉及面广、资源丰富、风格多样、形式新颖、制作简便，是信息化技术高速发展的产物，是将来课程改革发展的方向之一，相信在广大师生的共同探索和努力下，微课将不断完善、改进，将成为不同课程必不可少的教学手段和学习模式［11］．参考文献：［1］梁裕芬，韦俊彬，陈海英，等．微课应用于人体寄生虫学教学的初步探讨［J］．中国病原生物学杂志，2014（9）：862－864．［2］胡铁生，黄晓燕，李民．我国微课发展的三阶段及其启示［J］．远程教育杂志，2013（4）：36－43．［3］张业霞．微课与视频反馈在微生物学检验实验教学中的应用［J］．菏泽医学专科学校学报，2014（3）：79－82．［4］任晓莉，赵润柱，粱保红．发酵工程课程的教学改革与实践［J］．微生物学通报，2011（1）：127－130．［5］刘慧霞，马建伟，阎秀英，等．微课在高职高专生理学教学中的应用［J］．高校医学教学研究电子版，2012（4）：14－16．［6］王波．例谈微课在生物教学中的应用［J］．中学生物学教学，2014（4）：22－23．［7］刘锐，王海燕．基于微课的“翻转课堂”教学模式设计和实践［J］．现代教育技术，2014（5）：27－32．［8］穆晓清，王栋，徐岩．“发酵工程”课程教学改革的探索与实践［J］．中国轻工教育，2012（4）：69－71．［9］胡铁生．微课的内涵理解与教学设计方法［J］．广东教育，2014（4）：33－35．［10］李玉平．微课程—走向简单的学习［J］．中国信息技术教育，2012（11）：15．［11］张俊飞．“微课”一种新的教学形态［J］．福建电脑，2014（1）：210－213．〔责任编辑：黄素华〕Application of Micro－lectures in TeachingＲeform and Explorationof Fermentation Engineering CourseLIN Biaosheng，SHEN Shaoxin，YIN Huifang，YANG XiaoyanAbstract：Micro－lecture is a product of modern information technology and it may serve as a direction for future teaching reform．With micro－lectures introduced to the course of Fermentation Engineering，the course can become more situational，interesting and practical，which can help solve some problems currently existing in the teaching of this course，meet different personalized needs of students and make full use of teachers’professional abilities．In view of the teaching status and burning issues of Fermentation Engineering course，micro lectures are brought into the course of Fermentation Engineering and the superiority and feasibility are studied and it is expected that micro lectures will become an indispensable teaching method and learning model in the series courses of Fermentation Engineering．Key words：micro－lecture；fermentation engineering；teaching reform；exploration121。
第二章 通风发酵设备
（3） 挡板 挡板的作用：
a. 改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增 加溶解氧。 b. 防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌器露在料液以上，起不 到搅拌作用。 挡板宽度：（0.1～0.12）D，装设4～6块即可满足全挡板条件。 挡板与罐壁之间的间隙：（1/8～1/5）D，避免形成死角，防止物料与菌 体堆积。
全挡板条件：条件是达到消除液面旋涡的最低条件（在搅拌发酵罐中增 加挡板或其他附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失）。 （2-3）
(4) 轴封 定义：运动部件与静止部件之间的密封叫作轴封。如搅拌轴 与罐盖或罐底之间。
作用：防止泄漏和污染杂菌。
形式：填料函和端面轴封两种。
填料函式轴封是由填料箱体、填料底 衬套、填料压盖和压紧螺栓等零件构成， 使旋转轴达到密封的效果。 端面式轴封又称机械轴封。密封作用 是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力 使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密 的相互贴合，并作相对转动而达到密封。
(2)机械搅拌通气发酵罐的溶氧系数
对通气发酵系统的氧溶解过程通常用溶氧系数（kLa）表示，有多种经验公式。
'
Pg ' k L a K ' vs VL
Pg V 或 k L a K '' G VL VL
B、竖式蛇管换热装置
① 结构及形式，以蛇管的形式分组安装于发酵罐内，有四组、六组或 八组不等，根据管的直径大小而定，容积5 m3以上的发酵罐多用这种换 热装置。 ② 优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。适用于冷却用水温度 较低的地区，水的用量较少。
0.4
vs 0.5n0.5
《发酵工程原理与技术》习题集
《发酵工程原理与技术》习题集问答题1、发酵工业有何特点？简述发酵生产过程的主要环节。
2、工业用微生物的要求在哪些？试举例说明微生物要工业中的应用。
3、工业生产中使用的微生物为什么会发生衰退？菌种衰退表现在哪些方面？防止菌种衰退的措施有哪些？4、在菌种扩大培养中，就注意哪些事项？5、影响种子质量的因素有哪些？如何控制种子的质量？6、配制发酵培养基时应注意哪些问题？本着什么原则进行配制？7、发酵培养基的碳氮比对菌体的生长和产物的生成有何影响？8、请列出适用于发酵培养基灭菌的方法，并比较其各自的优缺点。
9、某制药厂现有一发酵罐，内装80t发酵培养基，在121℃温度下进行实罐灭菌。
如果每毫升培养基中含有耐热的芽孢数为2*107个，121℃时灭菌速度常数为0.0287S-1.请部灭菌失败概率为0.001时所需的灭菌时间是多少？10、请列出空气除菌的方法，并比较各种方法的优缺点。
11、影响空气过滤除菌效率的因素有哪些？12、比较两级冷却除菌流程、冷热空气直接混合除菌流程、高效前置过滤除菌流程的优缺点和适用场合，并分析原因。
13、解释氧在发酵液中的传质阻力和气体溶解过程的双膜理论。
14、说明影响氧传递速率的主要因素和效果。
15、比较酵母菌的酒精发酵和细菌的酒精发酵之异同。
16、说明初级代谢和次级代谢的关系及次级代谢产物的特征。
17、抗生素产生菌的主要代谢调节有哪几种方式？说明各种抗生素的生物合成机制。
18、阐述菌体生长速率、基质消耗速率、产物生成速率及意义。
19、发酵动力学如何分类？20、试比较不同发酵方法的优缺点。
叙述生物反应器（发酵设备）的功能和分类。
21、设计反应器时要本着哪些原则？反应器必须具备什么条件？22、机械搅拌发酵罐有哪些主要组成部分，它们各有怎样的功能或作用？23、发酵过程中温度升高对微生物生长和产物的形成有什么影响？什么原因造成温度升高？24、生产中为什么要控制pH？怎样调节和控制pH？25、发酵过程中哪些因素引起的pH上升和下降？26、泡沫的实质和形成原因是什么？它对发酵生产有什么影响？27、发酵生产中消除泡沫的方法有哪些种？各有什么优缺点？28、基质浓度对发酵有什么影响？说明补料分批发酵的优点和作用。
第五章通风发酵设备
（一）带升式发酵罐
带升式发酵罐的优特点：结构简单，冷却面积较 小；不需搅拌设备，节省动力约50%；装料系数 达 80~90%；维修、操作及清洗简便，减少杂菌 感染。 但对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。
带升式发酵罐的工作 机理
就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 以 205 ～ 300m/s 的 高速度喷入上升管，使空气 分割细碎，与上升管的发酵 液密切接触。由于上升管内 的发酵液比重较小，加上压 缩空气的动能，使液体上升， 罐内液体下降进人上升管， 形成反复的循环。结构有内 循环及外循环两种。
气升环流发酵罐
气升环流发酵罐的型式较多，常 用的有高位，低位及压力发酵罐 几种。
右图 是联邦德国 Hoechst公司 的石蜡培养酵母用的发酵罐，罐 的高度增大可以提高氧的传递能 力，增大对液流的驱动力。
驱动力的调节通过气体流量控制。 罐的结构简单，易于放大。
图 5-6 是 具 有 外 循 环 冷 却 的 空气提升环流式发酵罐，通 气管与罐底的距离是通气管 直径的0.5～1.5倍，气体经 多孔板送入罐内，多孔板之 下是气液分离带，此处回流 培养液的气泡率降至10%以 下。从罐底引出培养液，用 离心泵输送到热交换器后从 上部回流入罐内。
美国LH发酵有限公司的系列产品容积为1～2、30、 80、100、150L。
气升压力循环发酵罐如右图所示。 设备是以甲醇为原料培养嗜甲基杆 菌，容积达1500m3。上升管在下降 管之内或在下降管之外，可以是同 心圆，也可用挡板相隔。上升管可 以一个或两个以上。顶部与底部相 连接，上升管截面积为下降管截面 积3～8倍。上升管截面为上部的 3～8倍。下部高度是总高的 30～ 60％。发酵罐总高在30m以上，以 40～60m为宜。此时氧的传递量为 8～12kgO2/m3，对微生物生长较为 合适。
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固态发酵 概述
内涵 特点 分类 反应器
固态发酵 设备
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3.2 固态发酵的形式
• 固态发酵可以以许多不同的形式进 行，按照使用的微生物的情况和形 成的产品条件不同，固态发酵可分 为自然富集固态发酵、强化微生物 混合固态发酵、限定微生物混合固 态发酵和单菌固态纯种发酵。
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2、固态发酵的特点
• 基质：可被微生物降解或不被降解 的多孔固体基质，气固表面积大 （ 103-106m/cm2 ） ， 有 利 于 微 生 物生长。
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4.1 实验室固态发酵反应器、中试固态发酵 反应器与工业级固态发酵反应器
按照固态发酵反应器所承载的固体物料多少 不同，可将固态发酵反应器分为三大类：
• 第一类是实验室固态发酵反应器 可进行 克级规模固体物料的固态发酵实验；
• 由于是非均相反应，发酵参数的测 定和控制比较困难，大多发酵过程 依赖经验。
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2.1主要影响参数
水活度 温度 通气与传质 pH值
固态发酵 2.1.1 水活度（aw）
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由于固态发酵的最大特点就是无 游离水，因而底物含水量的变化，
必然会对发酵过程产生影响。
连续发酵
a. 恒浊器法(turbidostat) 通过自控仪表调节输入料液的流量, 以控制培养液中 的菌体浓度达到恒定值. b. 恒化器法(chemostat) 与 a 相似之处是维持一定的体积, 不同之处是菌体浓 度不是直接控制的,而是通过恒定输入的养料中某一种生长限制基质的浓 度(共余组分均为过量)来控制.产生菌的生长最终便由生长限制因素所决定 .
x: 单位时间内单位体积培养液中菌体的增长量, g / L･h;
情况1, 如: 料液是新鲜培养基 则: X 0 = 0 当整个系统达到平衡时, dX/dt = 0, 前式 V(dX/dt) = FX0 + xV - FX 就为:
xＶ= FX;
体积的分数;
F/V = x/X
这里, F/V = D 稀释度, (ｈ-1 )含义是单位时间内新进入的培养基体积占罐内培养液总
如 D小于μ: 则dX/dt是正数, 培养液中菌体浓度将随时间而增加; 如 D大于μ: 则dX/dt是负数, 菌本浓度因培养物被“洗出”罐外而减少; 如 D = μ: 则dX/dt = 0, 培养物中的菌体浓度不随时间而变化, 培养液达到稳 定状态。 (2) 稀释速率对菌体与培养液中限制基质浓度的关系: 在连续培养中基质的物料平衡关系为: V(dS/dt) = FS0 - FS - Vs (基质浓度的变化) (输入) (输出) (消耗度)
Ｘ= YG {S0 - Ks D/(μm- D)}
根据式C dS/dt = DS0 - DS - s = DS0 - DS - Xμ/ YG
当 D 增大, dS/dt 为正数, 即 S 随之上升。
一个说明 D, X, S 之间关系的例子 （见下页）
设: μm = 1.0 h -1; YG = 0.5; Ks =0.2 g/L; S0 = 10g/L; 如: D = 0.5 h -1; 根据 平衡时 D =μ 以及公式 (莫诺方程) μ=μm S /( Ks +S) 得:μ= D =μm S /( Ks +S) = 0.5 = 1 S / (0.2 + S) S = Ksμ/μm- μ = 0.2･0.5/1.0 - 0.5 = 0.2g/L 根据 Ｘ= YG (S0 - S) 得:Ｘ= YG (S0 - S) = 0.5 (10 - 0.2) = 4.9 g/L 以不同的D代入, th 则得到不同的 S, X值; (如图所示)