生物工程设备酒精发酵的计算
酒精发酵
酒精发酵一、实验目的1．了解淀粉水解酶、糖化酶和活性干酵母活化的方法；2．掌握双酶法糖化淀粉的方法；3．掌握酵母发酵糖化液制取酒精的方法；4．了解糖浓度和酒精含量的测定方法。
5．通过实验让学生理解糖的无氧酵解途；二、实验原理1．在无氧的培养条件下，酵母菌(或细菌)利用葡萄糖发酵生成酒精和二氧化碳，此过程即为酒精发酵，反应式为：C6H12O6 2C2H5OH ＋2CO2通过对发酵醪液酒精含量的测定，可以判断酒精发酵的程度。
酵母菌在有氧和无氧条件下的糖代谢的产物不同（好氧条件下生成水和二氧化碳），无氧条件下产生酒精和CO2，所以在酒精发酵时要杜绝氧气，否则酒精产率下降。
三、实验材料及仪器1．实验材料：大米粉、玉米粉或甘薯粉等淀粉质原料，自来水，耐高温活性干酵母，耐高温α-淀粉酶，糖化酶，蔗糖，氯化钙，硫酸铜，亚甲基蓝，酒石酸钾钠，沸石。
2．实验仪器：铝锅，恒温培养箱，高压灭菌锅，酒精蒸馏装置，恒温水浴锅，蒸馏烧瓶，酒精计，糖度计，滴定管，温度计，pH计，三角瓶，容量瓶，石棉网等。
四、实验过程1、实验步骤（1）取自来水2000mL，按照1：4的料水比称取大米粉（500g），一起加入铝锅中，调节pH值5.5-6.0（用HCl），保持沸腾状态1h。
注意不要煮糊，可适当补水，但补水不宜过多，以免局部骤然降温，产生老化现象。
此过程中，请2个同学做淀粉酶的活化，2个同学做干酵母活化所需蔗糖溶液及吸管（10根）的灭菌，以及活化糖化酶所需的无菌水。
（2）加入CaCl2 0.01mol/L（酶的保护剂）冷却到85℃，按10U/g大米粉的比例加入活化好的淀粉酶酶液，80℃-85℃水浴保温，使其DE值在15-20之间。
（3）将醪液定容到2000ml，若是大于2000，则加热使其浓缩。
用盐酸调节上述醪液至pH4.0-4.5，分装到8个250ml三角瓶中，装液量为150ml。
121℃灭菌20分钟，冷却到手温，按150U/g大米粉的比例加入活化好的糖化酶酶液，及活化好的酵母液10ml。
生物工程设备思考题---------答案
生物工程设备思考题名词：对数残留定律：在灭菌过程中，活菌数逐渐减少，其减少量随着活菌数的减少而递减，即微生物的死亡速率与任一瞬时残留的活菌数成正比。
纳滤：（NF）是介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术，是一个能从溶液中分离出相对分子质量为300-10000的物质的膜分离过程。
错流过滤：在泵的推动下料液平行于膜平面流动，与死端过滤不同的是料液流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平双水相萃取：双水相系统形成的两相均是水溶液，它特别适用于生物大分子和细胞粒子，不同的高分子溶液相互混合可产生两相或多相系统，如葡聚糖和聚乙二醇，按一定的比列与水混合，溶液混浊，静置平衡后，分成互不相溶的两相，上相富含PEG,下相含葡聚糖。
超临界萃取：利用超临界流体，即其温度和压力略超过或靠近临界温度和临界压力，介于气体和液体之间的流体为萃取剂，从固体或液体中萃取出来某种高沸点或热敏性成分，以达到分离和提纯的目的。
动物细胞培养生物反应器：是一类模拟培养物在生物体内的生长环境，具有较低的剪切效应，较好的传递效果和力学性质的设备。
中空纤维细胞培养法：细胞能在中空纤维上不断地从流动的培养液中获得营养物质，细胞代谢产物和培养物又可随培养液的流动而流走。
微囊化培养技术：是用固定化技术将细胞包裹在微囊里，在培养液中悬浮培养。
酶反应器:以酶为催化剂进行生物反应所需的设备。
1.粉碎的粒径范围如何划分？原粒径成品粒径粗碎 40-1500mm 5-50mm中细碎 5-50mm 0.5-5mm微粉碎 5-10mm <100um超微粉碎 0.5-5mm <25um2.机械粉碎的5种形式（5种粉碎力）挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、劈碎和剪碎。
3.影响灭菌的因素是什么？微生物的热阻和相对热阻；培养基成分与其物理状态、其氢离子浓度；其微生物数量；微生物细胞含水量；微生物细胞菌龄；微生物的耐热性；空气排出情况；搅拌；泡沫。
淀粉质原料酒精发酵（生物工程）
发酵工程综合实验——淀粉质原料酒精发酵一、实验目的：根据发酵工程原理，学习和掌握淀粉质原料酒精发酵生产工艺，熟悉酒精生产的实际操作过程。
二、实验原理：将淀粉质原料经双酶法液化糖化，使其变成可发酵性糖，再接种经活化扩培的活性干酵母菌种进行发酵，使其生成酒精，通过蒸馏分离，最后得到酒精产品。
双酶法液化糖化是新型生产工艺，免去原料高温蒸煮，既可节省蒸煮用汽，又可省去冷却用水，同时降低高温蒸煮过程糖损失，提高原料出酒率。
三、实验材料：玉米粉（颗粒为1.5mm）、耐高温α-淀粉酶、糖化酶、酒精活性干酵母、葡萄糖、1mol/LNa2CO3溶液、1mol/LH2SO4溶液、纱布。
四、实验仪器与设备：250mL、500mL三角烧瓶，100mL、500mL、1000mL 烧杯，糖度计，10L全自动发酵罐，酒精蒸馏装置（500mL蒸馏烧瓶、加热套、冷凝器、100mL容量瓶），酒精计，pH试纸，水浴锅、恒温振荡培养箱、电炉及常规玻璃仪器。
五、实验方法：1.工艺流程水α-淀粉酶糖化酶↓↓↓玉米粉→调浆→液化→糖化→扩培←活化←干酵母水α-淀粉酶糖化酶↓↓↓玉米粉→调浆→液化→糖化→发酵→蒸馏→酒精2.实验操作要点（1）干酵母活化扩培：称玉米粉18g，加水100mL，搅拌调匀，用1mol/L Na2CO3或1mol/L H2SO4溶液调pH在6.0~6.5，加耐高温α-淀粉酶30u/g玉米粉，搅拌加热至85~90℃，液化60min。
冷却液化醪至60℃，用1mol/L H2SO4溶液调pH在4.0~4.5，加糖化酶250u/ g玉米粉，保温糖化60min，即得酒母糖化醪。
用糖度计测糖度。
在35~42℃的20mL 2%葡萄糖液中添加干酵母活化，活化时间20~30min。
酵母添加量为0.2g。
酒母糖化醪冷却至28~30℃,将活化的酵母接入酒母糖化醪，放入恒温振荡培养箱30℃培养，时间12~15h，即得发酵用酒母。
（2）调浆液化：称玉米粉100g，加水400mL，搅拌调匀,用1mol/L Na2CO3或1mol/L H2SO4溶液调pH在6.0~6.5，加耐高温α-淀粉酶30u/g玉米粉，搅拌加热至85~90℃，液化60min 。
生物工程设备知识点考点整理
生物工程设备知识考点整理●一、物料粉碎和液体培养基制备●1. 简述锤式粉碎机工作原理及优点。
●工作原理：●1、作用力主要为冲击力●2 、物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击力而被击碎●3、小于弧形筛面筛孔直径的微粒，逐步被筛面筛分，落入出料口●4、大于筛孔直径的颗粒，在受到锤刀冲击后，由于惯性力的作用而高速四散、散落，有的撞击到棘板上被撞成碎块，小的逐渐被筛分，稍大颗粒再次弹起，又被高速旋转的下排锤刀所冲击，逐步使大颗粒变小●5、没有撞击到棘板上的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击●6、如此反复，直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口●优点：●构造简单、紧凑，物料适应性强，粉碎度大（粗、细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠●2. 简述辊式粉碎机的工作原理、工作过程及适应何种性质物料的粉碎？●原理：●1、挤压、剪切（当两辊速不同时）●2、由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住啮入两辊之间，物料受到挤压力而被压碎●工作过程：●1、两辊的圆周速度一般在2.5~6m/s之间●2、许多粉碎机，将两个辊子的转速安排成有一定的转速差，一般可达2.5：1，或者是两只辊子的表面线速度具有5％~30％的速差，提高对物料的剪切力，增加破碎度●3、两个辊子中，一个是固定的，一个是可以前后移动的，用以调节两辊筒的间距，控制粉碎粒度●适用范围：●脆性、硬度较小物料的粉碎，如：麦芽、大米等●3.简述酒精厂淀粉质原料蒸煮糖化过程及目的。
●目的：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●3、部分糖化（组织破裂、糊化、灭菌、部分糖化）●流程：罐式、柱式、管道式●蒸煮（加热）、后熟（保温、最后一罐气液分离出二次蒸汽并使之降温）、冷却、糊化、冷却●4.以淀粉质原料为培养基时，多采用罐式连续蒸煮糖化流程来处理这些原料，该糖化流程中的蒸煮设备有那些，简述它们各自的作用及特征？●蒸煮罐●作用：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●特征●1、长圆筒与球形或蝶形封头焊接而成●2、罐顶装有安全阀和压力表，顶部中心的加热醪出口管应伸入罐内300~400 mm，使罐顶部留有一定的自由空间●3、罐下侧有人孔，用于焊接罐体内部焊缝（该罐应采用双面焊接）和检修内部零件●4、在靠近加热位置的上方有温度计插口，以测试醪液加热温度●5、为避免过多的热量散失，蒸煮罐须包有保温层●6、直径不宜太大，直径过大，醪液从罐底中心进入后会发生返混，不能保证进罐醪液的先进先出，致使受热时间不均而造成部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有局部醪液过热而焦化●加热器：●作用：●器汽液接触均匀，加热比较全面，在很短的时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度●特征：●1、由三层直径不同的套管组成●2、内层和中层管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接●3、粉浆流经中层管，高压加热蒸汽从内、外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中喷射●后熟罐：●作用：●增加蒸煮时间，使过程连续。
完整版生物工程设备有关概念
1.发酵：用于描述果汁或麦芽浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生二氧化碳所引起的“沸腾”现象。
2.发酵工程：应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
3.无菌空气：是指通过除菌处理使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降低至极小，一般按染菌的概率为10－3来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1次染菌。
4.深层过滤的对数穿透定律：Lg（N2/N1）=-K’L，它表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层的函数。
5.过滤效率：就是滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值，它是衡量过滤器过滤能力的指标。
6.溶氧传质系数：L k a，即液膜传质系数与单位体积发酵液的气液界面面积的乘积，决定反应结构的最相关的参数。
7.全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变，要达到全挡板条件必须满足下式要求：(b/D)n=[(0.1～0.12)D/D]n=0.5，其中，D表示发酵罐直径，b表示挡板宽度，n表示挡板数。
8.自吸式发酵罐：是一种不需要空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气并同时实现混和搅拌与溶氧传质的发酵罐。
9.细胞固定化：是指将游离的细胞包埋在多糖或多聚化合物制备成的网状支持物中、培养液呈流动状态进行无茵培养的一门技术。
10.生物反应器过程的放大：就是指以实验室或中试反应设备所取得的试验数据为依据，设计制造大规模的反应系统，以进行工业规模生产。
11.实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，又称分批灭菌。
12.下游加工过程:发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得。
从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程13.超临界流体：随着向超临界气体加压，气体密度增大达到液态性质，这种状态的流体称为超临界流体。
年产100000吨酒精发酵罐的设计
《生物工程设备》课程设计说明书100000t/a酒精发酵罐的设计年产100000吨酒精发酵罐的设计摘要发酵设备是发酵工厂中的主要设备，发酵设备必须具有适宜微生物生长和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之能在低耗能下获得较高产品。
因此发酵设备必须具备微生物生长的基本条件。
发酵主要分为嫌弃发酵和好气发酵两大类，根据发酵微生物的不同特性我们可以选择与之相对应的不同的发酵设备来进行所需要的发酵过程。
酒精发酵属于嫌弃发酵过程，所以酒精发酵罐也需设计制造成嫌弃发酵罐来进行发酵。
酒精发酵罐除了满足微生物生产和代谢的基本条件外，发酵微生物热的释放和冷却设备及发酵废液的排放等一系列工艺条件也必须满足。
本次设计的酒精发酵罐为年产100000吨，95%的酒精，针对500m3的锥形酒精发酵罐的基本尺寸进行设计的。
关键字：锥形，酒精，发酵罐，设计目录1 前言------------------------------------------------------------------------3 1.1 酒精发酵罐设计的目的和意义----------------------------------------------41.2 技术背景----------------------------------------------------------------52 基本工艺条件----------------------------------------------------------------7 2.1 生产规模----------------------------------------------------------------72.2 物料参数----------------------------------------------------------------73 设备设计计算及说明----------------------------------------------------------8 3.1 发酵罐罐数的确定--------------------------------------------------------8 3.2 发酵罐几何尺寸的确定----------------------------------------------------8 3.3 酒精发酵罐的换热装置设计------------------------------------------------9 3.4 设备材料的选择----------------------------------------------------------11 3.5 发酵罐的壁厚计算--------------------------------------------------------11 3.6 接管设计----------------------------------------------------------------113.7 支座的选择--------------------------------------------------------------124 附录------------------------------------------------------------------------15主体设备化工设备图（或设备流程图）5 参考文献--------------------------------------------------------------------161 前言酒精学名乙醇，是由碳、氢、氧3种元素组成的化合物，结构是C H OH,相对分子质量为46.酒即是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料，又是可再生的清洁能源。
生物工程通风搅拌反应器习题参考答案
第1，2章通风搅拌反应器一、单项选择题1、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前___C___，以确保安全。
A.应该安装截止阀B.应该安装安全阀C.应该安装止回阀D.不应该安任何阀门2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___A___反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。
A.小于一个或等于一个B.大于一个小于两个 D.等于两个C.以上答案都不对3、塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。
A. 蒸气B. 酒精C. 冷凝水D. 热水4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_____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5、气升式发酵罐的优点是无需 B 。
A. 空气过滤系统B. 搅拌器C. 空气喷嘴D. 罐外上升管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．对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：( C ) A．与通风量有关，与空气喷嘴直径有关B．与通风量无关，与空气喷嘴直径有关C．与通风量有关，与空气喷嘴直径无关D．与通风量无关，与空气喷嘴直径无关8. 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。
A.空气过滤系统B.搅拌器C.空气喷嘴D.罐外上升管二、多项选择题1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用__ABC_____封头。
A.锥形B.椭圆C.蝶形D.球形2、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是__ACD___。
A.提高醪液湍流程度，有利于传质B.增加发酵罐罐壁的机械强度C.改变液流方向，由径向流改变为轴向流D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率3、气升式发酵罐的特点有BDA. 高径比(H/D)比机械搅拌通风发酵罐的小B. 无需机械搅拌C. 无需空气压缩机D. 溶氧速率较高4、圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用ABC 与啤酒发酵醪进行热交换。
生物工程设备期末复习题
生物工程设备期末复习题一、填空题：1．某机械搅拌发酵罐内发酵液中的溶氧浓度为0.035mol/m3，此罐压下饱和溶氧浓度为0.315 mol/m3，此罐的k L a值为1000h-1，根据传质理论，计算此类发酵罐的供氧能力为280mol (O2)/(m3∙h)。
2．某酒精工厂，每发酵罐的进料量为22t/h，每3h装满一罐，糖化醪密度为1100Kg/m3，装料系数为0.8，计算此发酵罐的全体积为75m3。
3．啤酒发酵罐中发酵液的对流主要是依靠其中CO2的作用，另外冷却操作时啤酒温度的变化也会引起罐的内容物的对流循环。
4．CIP清洗系统是Clean In Place的简称，即内部清洗系统（在位清洗），进行大罐清洗工作的关键设备是喷射洗涤装置。
5．悬浮培养适用于非贴壁依赖型细胞，贴壁培养适用于贴壁依赖型细胞。
除此之外还有一种固定化（包埋）培养对两类细胞都适用。
6．酒精厂以玉米粮食为原料的生产中需要粗选机、除铁器等设备对原料进行预处理。
7．啤酒厂生产麦芽汁多采用四器组合，四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅。
糊化锅的作用是加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，使淀粉液化和糊化。
8．管式离心机转鼓直径小，转速高，一般为15000r/min，分离因数大，可达50000，因此分离强度高，可用于液-液分离和微粒较小的悬浮液的澄清。
10．膜分离过程的实质是小分子物质透过膜，而大分子物质或固体粒子被阻挡。
11．液-液萃取设备应包括3个部分：混合设备、分离设备、溶剂回收设备。
12．蒸发器主要由热交换器、蒸发室两部分组成。
13．结晶设备应有搅拌装置，使结晶颗粒保持悬浮于溶液中，并同溶液有一个相对运动，以成薄晶体外部境界膜的厚度，提高溶质质点的扩散速度，加速晶体长大。
14．沸腾造粒干燥过程中，影响产品颗粒大小的因素有停留时间、摩擦作用、干燥温度。
15．在用蒸汽加热灭菌时，要保证管道彻底灭菌，管路配置应能彻底排除冷凝水，故管路应有一定的斜度和装设排污阀门。
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酒精发酵罐数的确定：
某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24t/h ，每4h 装满一罐，发酵周期为72h ，冷却水的初、终温分别为20℃和25℃，若罐内采用蛇管冷却，试确定发酵罐的罐数、结构尺寸、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1076kg/m3)
解： (1) 确定发酵罐个数 n 为每24h 内进行加料的发酵罐数目
(2) 确定发酵罐体积及结构尺寸： 发酵罐体积
发酵罐几何尺寸
选取结构尺寸比例：H = ，h1＝ h2＝
发酵罐表面积(圆柱体表面积A1和罐底、罐顶表面积A2、 A3）
(3) 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸 ① 总的发酵热Q
② 冷却水耗量
③ 对数平均温度差△Tm
2464n ==Q 67211192424nt N ⨯∴=+=+=30V 2441000V 100(m )10760.9φ⨯⨯===⨯2122π11V ()4330.21000.785(1.2)3
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④传热总系数K 值
⑤ 冷却面积 ()0.8420.74.1861 1.77 1.4510D K A D R ρν⎛⎫∴=+=⨯ ⎪⎝⎭217600 1.12(m/s)236000.785(0.053)1000
w ==⨯⨯⨯⨯11932110.0035114500270018816750K ∴==+++5
23.681026.5(m )19327.2m Q A K T ⨯===∆⨯。