生物工程设备期末复习完整版
生物工程设备期末复习 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】 13级生物工程设备期末总复习提纲 2013级生物工程 游琳娜 第二章 1.空气除菌有几种方法？
1) 热杀菌:可用蒸汽或电来加热空气，以达到杀菌的目的；利用空气被压缩时所产生的热量对空气进行加热保温杀菌，在生产上具有重要意义。 2) 辐射杀菌：α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波等从理论上讲都能起到杀菌作用。但紫外线杀菌效率低，时间长。一般要结合甲醛蒸汽或苯酚喷雾来保证无菌室的高度无菌。 3) 静电杀菌：利用静电引力吸附带电粒子以达到除菌除尘目的。 4) 介质过滤除菌法：采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气所含的微生物，从而获得无菌空气。 2. 请具体说明介质过滤除菌的机理（空气介质相对过滤除菌基本原理）。
微粒随空气流动通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流的前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，这些改变引起微粒对过滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸附等作用把微粒滞留在纤维表面。 1) 惯性冲击滞留作用机理：（气流速度较大时） 由于微粒直冲到纤维表面，因摩擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上，这称为惯性冲击滞留作用。 2) 拦截滞留作用机理：（气流速度较小时） 在滞流区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留。这就是拦截捕集作用。 3) 布朗扩散作用机理 在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机会，从而被捕集。（直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的运动，称为布朗运动） 4) 重力沉降作用机理 当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就发生沉降现象（大颗粒比小颗粒作用显着）。微粒的沉降作用提高了拦截捕集作用。 5) 静电吸附作用机理 干空气对某些非导体的物质——如纤维和树脂处理过的纤维，作相对运动摩擦时，会产生静电现象。悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电荷。这些带电荷的微粒会被带相反电荷的介质所吸附。 第三章 1.自吸式发酵罐 自吸式发酵罐概念：自吸式发酵罐是一种不需另行通入压缩空气，而依靠特殊的吸气装置自行吸入无菌空气并同时完成液体和气体的混合对流实现溶氧传质的发酵罐。 自吸式发酵罐根据吸气装置不同分类：机械搅拌自吸式、喷射自吸式、溢流喷射自吸式 自吸式发酵罐特点： 优点：⑴节约设备（压缩机)投资，减少厂房面积。 ⑵溶氧速率和溶氧效率高；能耗较低。 ⑶生产效率高，经济效益好（酵母和醋酸的发酵）。 缺点：(1)由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。 (2)必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统。 自吸式发酵罐的主体结构包括： （1）罐体（2）自吸搅拌器及导轮；（3）轴封；（4）换热装置；（5）消泡器 机械搅拌自吸式发酵罐 (1)构造：自吸式发酵罐的主要的构件是自吸搅拌器及导轮，简称为转子及定子。 转子由箱底向上升入的主轴带动。当转子转动时，其框内的液体被甩出，形成局 部真空而由导气管吸入空气。转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶 轮等，叶轮均为空心形。 (2)原理：它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮中形成负压， 从而将罐外的空气吸到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成细小的气泡分散在 液体之中，气液混合流体通过导轮流到发酵液主体。 文氏管吸气自吸式发酵罐原理：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。 溢流喷射自吸式发酵罐原理：液体溢流时形成抛射流，由于液体的表面层与其相邻的气体的动量传递，使边界层的气体有一定的速率，从而带动气体的流动形成自吸作用。 2．气升式发酵罐 机械搅拌发酵罐不足：（采用气升式发酵罐可以克服以下的缺点） (1)设备构造比较复杂 (2)动能消耗较太 (3)轴封易泄露和染菌 工作原理 ⑴把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎； ⑵同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含量小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。 ⑶反应器内液体混合均匀，因不用机械搅拌器，减少了剪切作用对细胞的损伤。 类型： 常见：气升环流式反应器、气液双喷射气升环流反应器、设有双层板的塔式气升发酵罐 根据结构特点：内循环式和外循环式 特点（无需搅拌器，定向循环流动，故有许多优点）： ⑴ 反应溶液分布均匀； ⑵有较高的溶氧速率和溶氧效率； ⑶剪切力小，对生物细胞损伤小； ⑷传热良好； ⑸结构简单，易于加工制造。 ⑹操作和维修方便。 主要结构及操作参数 1)主要结构参数： （1）反应器的高径比 h/D=5-9 （2）导流筒径与罐径比 DE/D=（3）空气喷嘴直径与反应器直径比D1/D以及导流筒上下面到罐顶及罐底的距离均对发 酵液的混合和流动、溶氧等有重要作用 2) 操作特性 (1)平均循环时间tm 发酵液必须维持一定的环流速度以不断补充氧，使发酵液保持一定的溶氧浓度，适应微生物生命活动的需要。 循环周期：发酵液在环流管内循环一次所需要的时间。(循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。) （2）液气比R 定义：发酵液环流量Vc和通风量VG之比。 (3) 气升式反应器的溶氧传质 取决于发酵液的湍流及气泡的剪切细碎状态。 计算题：一气升环流式发酵罐中发酵液体积为10m3，导流筒半径为200mm，导流筒内发酵液的平均流速为s，若通风量为1m3/min。试计算发酵液的环流量VC（m3/min）、平均循环时间tm（s）及液气比R。 对气升式发酵罐的看法： 对于“节能”观念很强的现今社会，再加上发酵行业的开始迅猛发展，气升式发酵罐会逐渐成为生物反应器的“罐中之王”．由于其结构简单，易于制造，操作和维修简便，有较高的溶氧速率与溶氧效率，传热良好，剪切力小，对生物细胞损伤小，更重要的是它与机械搅拌式发酵罐相比节电70%-80%，降低成本，且无菌操作可靠性 更高，给发酵行业带来更多的利润．但是发酵液在环流管内循环一次的时间，需根据培养的微生物种类及其耗氧的速率 而定，且若控制不当，会严重影响微生物的活力及减少发酵产率．
3. 酒精发酵的原理： (1)酿酒酵母是兼性厌氧菌，利用此类微生物生产酒精、啤酒等的发酵过程，无需通入空气，所用的设备是厌氧发酵设备。 (2)在无氧情况下，丙酮酸经脱羧酶脱羧生成乙醛，再在乙醇脱氢酶还原下，将乙醛转化为乙醇，并产生少量能量。 4.啤酒发酵过程： 前发酵（主发酵）：酵母繁殖、大部分可发酵性糖类代谢及发酵产物形成的阶段； 后发酵：残糖进一步分解，形成二氧化碳，溶于啤酒中，啤酒进一步得到成熟和澄清。 5. 啤酒发酵罐的CIP清洗系统流程 CIP清洗系统是在密闭环境下，不拆动设备零部件或管件，对设备系统进行清洗及消毒的过程。 啤酒发酵罐的CIP清洗系统流程：用清水冲至无泡→用%~%碱液循环清洗30min→用水冲至pH为中性→用消毒剂循环杀菌10min以上。 6. 微藻培养反应器
7.固态发酵生物反应器 固态发酵定义：是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程，因此固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程。 固态发酵与深层液体发酵的区别： (1) 固态发酵需要维持培养空间湿度的恒定或者补水，而液体发酵则不需要。 (2) 微生物生长方式不同。 (3) 传质特点不同。 (4) 固态发酵散热性能差。（最大的缺点） (5) 固态发酵是非均匀相反应。 几种固态发酵生物反应器 浅盘式生物反应器：浅盘发酵是在无搅拌、无强制通风的状态下进行的发酵。传统的操作，一般是将蒸煮后的物料运到一个洁净的接种室，经冷却后和菌种混匀，装入浅盘。浅盘内物料层的厚度对发酵温度有直接影响，物料层厚度越大，微生物的浓度越低。浅盘内物料层的厚度不宜超过5cm 填料床式生物反应器：采取强制通风方式，具有一定压力、温度和湿度的空气从底部通入，通过物料层，再从顶空排出。通风的目的不仅是供氧，更重要的功能是去除代谢热。由于强制通风，故发酵热的去除主要靠对流热和蒸发水分散热。主要操作参数：通风量、进口空气的温度、环境温度。底部通风、顶部排气的填充床反应器，空气入口处温度最低，随物料层高度的升高，物料温度渐增，顶部出口空气温度最高。 流化床式生物反应器；是通过向上流动的气流使颗粒或粉粒物料维持在悬浮状态形成流化床而培养微生物的装置。可用于絮凝微生物、固定化酶、固定化细胞反应过程以及固体基质的发酵。（优点、缺点P89） 转鼓式生物反应器：把固体培养基质装在一转鼓式容器内，可通风并维持恒温，随着转鼓的旋转，物料依靠自身的重力下落，从而实现翻料的装置。由于经典的转鼓式反应器装料系数较低，且耗能较大，在此基础上开发了内筒体旋转的转鼓式反应器和弯叶式挡板倾斜式转鼓反应器。 搅拌式生物反应器；搅拌式生物反应器的最高温度比填料床的低。典型代表是圆盘制曲机。圆盘制曲机或多层圆盘制曲机是在箱式发酵装置上发展起来的。圆盘制曲机也可以设计成集杀菌（或蒸料）与制曲培养与一体，在发酵容器内设置蒸汽加热系统对物料进行灭菌或汽蒸。 压力脉动固态发酵生物反应器；利用无菌空气对密闭恒温的低压容器的气相压力施以周期性脉动，强制实现气体扩散，然后通过瞬时排气泄压，松动培养基固体颗粒，从而实现供氧和搅拌的装置。 反应器 (1) 反应器的搅拌翻料方式：完全静止发酵、间歇搅拌发酵、连续搅拌发酵 (2) 反应器通风换气方式：自然对流通风、强制通风 8.植物细胞培养特性及培养方式 植物细胞培养特性：植物细胞培养具有周期长、细胞抗剪切能力弱、易团聚等特点。植物细胞培养反应器的设计不仅要考虑有利于细胞生长，还要考虑有利于产物的积累和分离。总体上，适合植物细胞培养的反应器应具有适宜的氧传递、良好的流动性和较低的剪切力。
生物工程设备2
⽣物⼯程设备2⽣物⼯程设备期末复习⼀.名词解释1.过滤效率：过滤效率就是滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的⽐值，它是衡量过滤设备的过滤能⼒的指标；η=（N1-N2）/N1=1-N2/N1。
2.热泵蒸发：是指⽤机械泵或⽤蒸汽喷射泵将低压蒸汽压缩成较⾼压⼒的蒸汽，重新利⽤加热蒸汽的办法3.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，这叫做实罐灭菌，⼜称分批灭菌。
4.CIP：CIP:Clean In Place, 意即内部清洗系统，在不拆卸设备零部件的条件下，设备内部和管道的清洗⽅法。
5.搅拌雷诺准数ReM ：6冷冻⼲燥：冷冻⼲燥是将湿物料（或溶液）在较低温度下（-10—-50℃）冻结成固态，然后在⾼度真空（130～0.1Pa）下，将其中固态⽔分直接升华为⽓态⽽除去的⼲燥过程，也称升华⼲燥。
冷冻⼲燥也是真空⼲燥的⼀种特例。
7.沸腾⼲燥：沸腾⼲燥是利⽤流态化技术,即利⽤热的空⽓流体使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使粒⼦中的⽔分迅速汽化，达到⼲燥⽬的。
8.对数穿透定律：表⽰进⼊滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之⽐的对数是滤层厚度的函数；公式为：lg（N2/N1）=-KL9.过滤效率：过滤效率就是滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的⽐值，它是衡量过滤设备的过滤能⼒的指标；η=（N1-N2)/N1=1-N2/N1 10.介质过滤除菌：使空⽓通过经⾼温灭菌的介质过滤层，将空⽓中的微⽣物等颗粒阻截在介质层中，⽽达到除菌的⽬的。
11.境界膜：处于晶核附近的不稳定⾼能质点，受到晶体质点的引⼒，放出能量，排列到晶核上以后，晶体周围的溶液就是⼀些溶质质点⽐较稳定的溶液，这些溶液好象⼀层膜⼀样包围着晶核，通常称这层膜为境界膜。
12.热泵蒸发：⽤机械泵或⽤蒸汽喷射泵将低压蒸汽压缩成较⾼压⼒的蒸汽，重新利⽤加热蒸汽的办法。
13．多效蒸发：将⾼能⼆次蒸汽⽤作加热介质去蒸发另外的物料⽽本⾝也被冷凝。
生物工程设备期末考试模拟试题(二)(可打印修改)
简答题1、冷冻干燥的原理是什么？蛋白质药物制剂为何采用此方法？冷冻干燥是将湿物料冷到冰点以下，其中水分先变成固态冰，再置于较高真空下，将冰直接升华除去采用此法的原因在于：蛋白质高热敏性不能用高温干燥，而冷冻干燥温度很低，能保持生物活性，避免微生物、酶类污染，挥发性成分损失少，性状、体积变化少，外观好，复水性好2、无菌气体的质量指标，以及湿度要求？质量指标：温度、压力、流量、空气相对湿度、空气无菌度相对湿度控制在≤60%是保证空气过滤器的过滤效率及过滤器的使用寿命过低，空气预处理能耗大，且在发酵培养过程中蒸发带出的水分也越多过高，会影响过滤效力，减短使用寿命3、变速搅拌的优点？能适应发酵过程中不同生长期对搅拌转速的不同要求，可节约搅拌所费电能，并使一个发酵罐能适用于多种产品生产，同时在培养基采用实罐灭菌工艺时，低转速搅拌可避免电机因无通气下，搅拌电流超标，导致电机烧掉4、离心机的特性指标是什么？管式、碟片式、螺旋卸料式离心机的适用范围、粒径要求以及料液固液相浓度的要求，分离原理？离心机的用处：萃取液液分离、液固分离，工程菌收集，结晶与母液分离等特性指标：离心分离因素 分离原理：液液或液固间密度的不同管式离心机适用于(大肠杆菌工程菌)菌体收集，固液两相密度差>10kg/m3，固相浓度<5%的难分离悬浮液及液液两相密度差较小的乳浊液分离，粒径0.1~100μm碟片式离心机适用于高度分散(非均相)的液固、液液或液液固及密度相近的液体所组成的乳浊液或含细小固体颗粒的悬浊液分离，粒径螺旋卸料式离心机适用于固体产品收集、活性污泥脱水等固液分离、粒度分级、液相澄清、液液固/固固液三相分离，成品半成品澄清液，培养液细胞收集，病毒颗粒回收等粒径0.005~2mm5、生物制药行业所用的干燥方法及设备有哪些？冷冻干燥器、真空干燥器、喷雾干燥器、气流干燥器、沸腾干燥器干燥目的：减体积便于储运；降水分保持生物产品的生物活性。
生物工程设备复习大纲
1．1生物反应器设计基础1、发酵罐数的确定。
可参考课件作业1．2通风发酵罐1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。
答：1. 机械搅拌发酵罐(TRC) 工作原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供氧。
优点：高生产效率，高经济效益。
2. 气升式发酵罐(ALR) 工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，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，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动， 实现混合与溶氧传质。
特点： 1）反应溶液分布均匀 2）较高的溶氧速率和溶氧效率3）剪切力小4）传热良好5）结构简单6）能耗小 7）不易染菌8）操作和维修方便3. 自吸式发酵罐 工作原理： 不需空气压缩机提 供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射 吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的 发酵罐。
优点： (1)不必配备空气压缩机及其附 属设备，节约设备投资，减少厂房面积；(2)溶氧速率 高，溶氧效率高，能耗较低； (3)生产效率高、经济bp t t t +=pt C tP V ∆=/效率高(4)设备便于自动化、连续化。
缺点： 较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效 空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40％。
4. 通风固相发酵罐 优点：设备简单，投资省。
2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件 作用及原理。
1－轴封 ； 2、20－人孔； 3－梯； 4－联轴； 5－中间轴承； 6－温度计接口； 7－搅拌叶轮； 8－进风管； 9－放料口； 10－底轴承； 11－热电偶接口； 12－冷却管； 13－搅拌轴； 14－取样管； 15－轴承座； 16－传动皮带； 17－电机； 18－压力表； 19－取样口； 21－进料口； 22－补料口； 23－排气口； 24－回流口； 25－视镜；3、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算（非通气状态和通气状态注意参数单位）。
生物工程设备复习大纲
1．1生物反应器设计基础1、发酵罐数的确定。
可参考课件作业1．2通风发酵罐1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。
答：1. 机械搅拌发酵罐(TRC) 工作原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供氧。
优点：高生产效率，高经济效益。
2. 气升式发酵罐(ALR) 工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，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，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。
特点： 1）反应溶液分布均匀2）较高的溶氧速率和溶氧效率3）剪切力小4）传热良好5）结构简单6）能耗小7）不易染菌8）操作和维修方便3. 自吸式发酵罐 工作原理： 不需空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
优点： (1)不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积；(2)溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低； (3)生产效率高、经济效率高(4)设备便于自动化、连续化。
缺点： 较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40％。
4. 通风固相发酵罐 优点：设备简单，投资省。
2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件作用及原理。
1－轴封 ； 2、20－人孔；3－梯； 4－联轴；5－中间轴承； 6－温度计接口；7－搅拌叶轮； 8－进风管；9－放料口； 10－底轴承；11－热电偶接口； 12－冷却管；13－搅拌轴； 14－取样管；15－轴承座； 16－传动皮带；17－电机； 18－压力表；bp t t t +=pt C tP V ∆=/19－取样口； 21－进料口；22－补料口； 23－排气口；24－回流口； 25－视镜；3、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算（非通气状态和通气状态注意参数单位）。
生物工程设备期末知识点——小字版
第二章物料输送过程与设备离心泵：①原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力的作用下液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。
液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体送到工作地点。
同时，叶轮入口中心形成低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间产生了压差。
洗液罐中的液体在这个压差的作用下不断吸入管路及泵的吸入室，进入叶轮中心。
气蚀：离心泵工作时，叶轮中心处产生真空形成低压而将液体吸上，在真空区发生大量汽化气泡。
含气泡的液体挤入高压区急剧凝聚破裂产生局部真空。
周围的液体以极高的速度流向气泡中心，产生巨大的冲击力。
把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，叫做气蚀。
气缚：离心泵启动时，如泵内有空气，由于空气密度很小产生离心力。
因而液体中心产生低压不足以吸入液体，这样虽然启动离心泵也不能完成输送任务的现象。
往复泵：①原理：活塞自左向右移动时泵缸内形成负压，液体吸入电动往复泵阀进入缸内。
当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大。
由排出阀排出。
活塞往复一次则各吸入和排出一次液体，这成为一个工作循环。
②结构：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀漩涡轮：①特点：流量小。
压强大。
②原理：叶轮旋转时，液体进入流道，受旋转叶轮的离心力作用，被甩向四周环形流道并转动，叶轮内侧液体受离心力的作用大，而在流道内受到离心力作用小，由于所受离心力大小不同，因而引起液体作纵向漩涡运动。
螺纹杆泵：①特点：流量稳定、压强高、作为连消塔进料泵。
②原理：利用螺杆的回转来吸排液体。
压缩比：P出口/P进口（绝对压强）7.涡轮式空压机：①犹如一台多级串联的离心泵压缩机。
②特点：动气量大、出口压强大③③型号：DA型和SA型“D”---单吸“S”---双吸“A”—涡轮压气机往复式空压机：①缺点：气量不稳、空气中夹带油。
②原理：气罐并联。
吸入阀和排气阀具有止逆作用，使缸内气体数量保持一定，活塞移动使气体的压力升高，当达到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便开始顶开排气阀的弹簧进入出口管，不断排出。
生物工程设备复习大纲
1．1生物反应器设计基础1、发酵罐数的确定。
可参考课件作业1．2通风发酵罐1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。
答：1. 机械搅拌发酵罐(TRC) 工作原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供氧。
优点：高生产效率，高经济效益。
2. 气升式发酵罐(ALR) 工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，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，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。
特点： 1）反应溶液分布均匀2）较高的溶氧速率和溶氧效率3）剪切力小4）传热良好5）结构简单6）能耗小7）不易染菌8）操作和维修方便3. 自吸式发酵罐 工作原理： 不需空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
优点： (1)不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积；(2)溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低； (3)生产效率高、经济效率高(4)设备便于自动化、连续化。
缺点： 较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40％。
4. 通风固相发酵罐 优点：设备简单，投资省。
2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件作用及原理。
1－轴封 ； 2、20－人孔；3－梯； 4－联轴；5－中间轴承； 6－温度计接口；7－搅拌叶轮； 8－进风管；9－放料口； 10－底轴承；11－热电偶接口； 12－冷却管；13－搅拌轴； 14－取样管；15－轴承座； 16－传动皮带；17－电机； 18－压力表；19－取样口； 21－进料口；22－补料口； 23－排气口；24－回流口； 25－视镜；b p t t t +=3、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算（非通气状态和通气状态注意参数单位）。
非通气状态： 通气状态：1．3嫌气发酵罐1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。
生物工程设备复习
罐的洗涤：大型罐：灌顶喷洒洗涤；喷射洗涤设备：球形静止喷洒器和旋转式喷洒器洗涤剂一次性使用、重复利用、多次利用的CIP系统发酵罐及容器的杀菌过程：容器的气密性试验，打开所有的冷凝水排除阀，开启进蒸汽阀；一定压强后，打开排空气阀，把容器中原有的空气排除干净；当罐内压强升至0.1MPa(121℃)，计灭菌时间，杀菌过程中不断排除蒸汽管路及罐内的蒸汽冷凝水；结束灭菌操作时，先关闭所有排污阀及排气阀，然后关蒸汽进口阀，打开无菌空气进口阀，以确保罐内压强。
三路进汽：在对培养基灭菌时，直接蒸汽从通风、取样和出料口进入罐内直接加热，直到所规定的温度，并维持一定的时间,达到培养基灭菌之目的。
实罐灭菌的进汽和排气原则:“非进即出”，就是说所有进入发酵罐的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定要进行排气，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通过，得以灭菌。
不能有既不进汽也不排汽的管道（死角）存在。
蒸汽灭菌可能出现的问题及对策：发酵设备灭菌出现的两类问题：①灭菌设备或管路在灭菌过程未达到设定温度；②发酵过程发现染菌。
对于第一类问题，或是整个加热灭菌系统均未达到所要求的温度，或是局部未达到规定的温度。
发现杂菌污染时，所采取对策：1发酵系统的蒸汽灭菌处理是否正常，有否出现灭菌温度不足或时间不够长？2上批发酵放罐排料后，空置时间是否延长，若空置太久，则下一批的灭菌时间必须延长，以保证生长繁殖的杂菌的彻底杀灭。
3重新进行气密性测试，最好能进行24h的检漏测试，以查出渗漏的所在，并进行维修。
维修后再检测直至无渗漏为止。
4重点检验阀门的隔膜、阀座等是否符合质量要求，检测所有O 型密封圈等密封件。
固体物料的输送设备：斗式提升机垂直提升固体物料，适用于松散型、小颗粒物料料斗类型有深斗、浅斗和尖角形三种类型装料方式分掏取式和喂入式两种卸料方式重力卸料：适用干燥松散且磨损小的物料；离心卸料：适用黏度较大或较重不易甩出的物料。
皮带运输机适用物料：松散干湿物料、谷物颗粒及成件制品。
生物工程与设备复习总结
17、计算题：如何计算机械搅拌式发酵罐的搅拌功率？ 嫌气发酵设备 1、 大型的圆筒锥底发酵罐安装真空安全阀的目的是什么？ 答：真空安全阀的作用是允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平衡。 2、 新型啤酒发酵设备主要有哪些？其基本结构是怎样的？ 答：圆筒体锥底罐、联合罐、朝日罐 3、 什么是 CIP 清洗系统？ 答：所谓 CIP (Clean In Place)清洗系统，是指设备（罐体、管道、泵、过滤器等）及整个生产线在无需人工 拆开或打开的前提下，在一个预定时间内，将一定温度的清洁液通过密闭的管道流速对设备进行喷淋循环而达到清 洗目的设备装置。特别适合卫生要求较高的生物制药、乳品饮料、啤酒等行业系统清洗。 第四章 动植物细胞发酵设备 1、 植物细胞培养常用哪些方式？其中固定化细胞培养反应器有哪几种？固定化反应器的优势是什么？ （1）植物细胞培养反应器：悬浮培养生物反应器（机械搅拌式生物反应器和非机械搅拌式生物反应器） 固定化细胞生物反应器（填充床反应器、流化床反应器和膜反应器） （2）优势：有助于克服植物细胞的遗传和生理不稳定；细胞包埋于支持物内，使其免受剪切力的影响；利于连续 发酵。 2、 动物细胞的大规模培养主要有哪些方式？ 贴壁培养、悬浮培养、固定化培养 3、 采用机械搅拌式反应器培养植物细胞的优缺点分别是什么？主要问题是什么？ （1）优点：容易满足植物培养的好氧需求； （2）缺点：植物细胞对剪切力耐受差，需合理设计搅拌叶轮形状（桨形板搅拌器） ，减小剪切力；由于大多数 植物细胞并不需要太高的溶氧系数， 而在较低的 kLa 值时机械搅拌式反应器单位体积的消耗功率比非机械搅拌反应 器高；机械搅拌器的搅拌轴给无菌密封带来困难 主要问题是：植物细胞的细胞壁对剪切的耐受力差。 4、 气升式反应器用于动物细胞的悬浮培养，其特点是什么？ 罐内液体流动温和均匀，产生剪切力小，对细胞损伤较小；可直接喷射空气供氧，因而氧传递率较高；液体循 环量大，细胞和养分都能均匀分布于培养液中；结构简单，利于密封并降低了造价。 5、 中空纤维细胞培养反应器用于动物细胞培养，其特点是什么？ 占地空间少；细胞产量高，细胞密度可达 109 数量级；生产成本低，且细胞培养维持时间长，适用于长期分泌 的细胞。用途较广，既可用于悬浮细胞的培养，又可用于贴壁细胞的培养。 6、 微载体培养系统用于动物细胞培养，其特点是什么？ 表面积/体积（S/V）大，因此单位体积培养液的细胞产率高；把悬浮培养和贴壁培养融合在一起，兼有两者的 优点； 可用简单的显微镜观察细胞在微珠表面的生长情况； 简化了细胞生长各种环境因素的检测和控制， 重现性好； 培养基利用率较高；放大容易；细胞收获过程不复杂；培养系统占地面积和空间小 7、 动物细胞培养的操作方式有哪些？其主要特点是什么？ 分批式：操作简单，培养周期短，染菌和细胞突变的风险小；直观反映细胞生长代谢的过程；可直接放大 流加式：避免某种营养成分的初始浓度过高而出现底物抑制现象；能防止某些限制性营养成分在培养过程中被 耗尽而影响细胞的生长和产物的形成；整个过程中反应体积是变化的 半连续式：在细胞增长和产物形成过程中，每间隔一段时间，从中取出部分培养物，再用新的培养液补足到原
【精品】生物工程设备课件复习点总结
生物工程设备复习点总结生化反应器的设计是以生物体的代谢为核心，除考虑传质、传热的因素外，还需要考虑对环境条件的要求，同时为提高传质和传热的效率需配置搅拌装置的要考虑剪切力对菌体生长的影响。
发酵过程纯种培养，要求无菌条件。
生化反应的目的可分为三类：1.生产细胞：菌体细胞，单细胞蛋白、活菌制剂等；2.细胞的代谢产物：酒精、氨基酸、抗生素等；3.直接用酶催化的产物：淀粉糖（果葡糖浆、葡萄糖、饴糖等）；大豆蛋白低分子肽等。
机械搅拌通风发酵罐：它是通过外加压力(空气压缩机)将空气通入发酵罐，并利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。
自吸式发酵罐：利用特殊的机械搅拌装置或液体喷射吸气装置或溢流喷射器吸入无菌空气并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
毋须另外提供压缩空气。
气升式发酵罐：气升式生物反应器是利用气体的喷射动能和液体的重度差引起气液循环流动，从而实现发酵液的搅拌、混合和溶氧。
通用罐的基本条件（1）发酵罐应具有适宜的径高比。
罐身越高，氧的利用率较高。
常Ho/D=2。
（2）发酵罐能承受一定的压力。
（3）要保证发酵液必须的溶解氧。
（4）发酵罐应具有足够的冷却面积。
（5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，能灭菌彻底，避免染菌（6）搅拌器的轴封应严密，防杂菌污染和泄漏。
热交换装置夹套式换热装置：多用于容积较小的发酵罐、种子罐；夹套的高度比静止液面高度稍高即可，无须进行冷却面积的设计。
优点是：结构简单；加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行清洁灭菌工作，有利于发酵。
其缺点是：传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。
竖式蛇管换热装置：安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等，容积5m3以上的发酵罐多用这种换热装置。
优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。
这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区，水的用量较少。
不足：气温高的地区，冷却用水温度较高，则发酵时降温困难，发酵温度经常超过40˚C，影响发酵产率，应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，增加了投资及生产成本。
生物工程设备复习5
5. 用湿热灭菌的方法处理培养基，（7） 和（8） 成为灭菌工作中的主要矛盾， 合理设定和严格控制（9） 和（10） 是灭菌工作的关键。 6. 液体培养基灭菌时间的D值也称1/10衰减时间，为活的微生物（11） 所需的时间。 7. 连消塔用内外两根管子套合组成，培养基由（12） 进入，与小孔中喷出的蒸汽连续 混合后在（13） 流出。 8. 间歇蒸煮过程中物料和水的比例通常为（14） ，蒸煮锅装料量一般为（15） ， 糖化温度一般为(16) ℃，糖化后醪液糖度保持在（17） Bx之间。 9. 动物细胞的培养方法中，（18） 适用于非贴壁依赖性细胞，（19） 适用于贴壁依赖性细胞，除此之外还有一种（20） 培养，对两类细胞都适用。
6. 生物反应器常规在线测量和控制发酵过程的设定参数有 、 、 、 、 等。 ( ) A. 罐温、罐压 B. 通气量 C. 搅拌转速 D. 液位 7. 根据流体流动的特性，连续式操作的酶反应器可以分为 和 两大类。 ( ) A. 湍流式 B. 层流式 C. 活塞式流动 D. 全混式流动 8. 生物反应器设计放大的理论基础是建立及求解“三传”的平衡方程，即（ ）；以及“一反”的生 物学基础，即（ ），包括生物细胞、基质底物和代谢产物等各种反应的动力学方程。 A、质量传递 B、动量传递 C、热量传递 D、反应动力学 9. 机械搅拌通风发酵罐的换热装置主要有（ ）等多种类型，为了提高反应器的传热效能，可在发酵 罐的外部装设（ ），不仅强化了热交换，而且便于检修和清洗。 A、换热夹套 B、竖式蛇管 C、板式热交换器 D、竖式列管 10. 影响气升环流式发酵罐特性的主要参数包含①发酵罐高径比、②通气速率、③导流简高度与反应器高 度之比、④循环时间、⑤导流简直径与反应器直径比、⑥平均循环速度、⑦导流简顶部和底部与罐顶和 罐底的距离、⑧平均循环雷诺准数等。则结构参数为（ ）操作参数（ ）。 A、①③⑤⑦ B、②③⑥⑦ C、②④⑥⑧ D、①②④⑦