生物工程设备

生物质原料预处理设备1.振动筛是原料加工中应用最广的一种筛选与风选结合的清理设备，多用于清楚小及轻的杂质。

振动筛主要由进料装置，筛体，吸风除尘装置和支架等部分组成。

2.珠磨机的工作原理：珠磨机筒体内装有研磨体。

筒体回转时，其中的物料与研磨体在摩擦力和离心力作用下，贴在筒体内壁上与筒体一起回转。

当提升到一定高度后，由于重力作用，研磨体发生自由卸落或抛落的现象，从而对桶内物料进行才、冲击，研磨和挤压，物料逐渐被粉碎。

当达到粉磨要求后，将物料有研磨机排除。

3.固体粒子在混合器内混合时，会发生对流，剪切，扩散三种不同运动形式，形成三种不同的混合；混合设备有两种，一是可以转动的回旋型混合机，二是不能转动的固定型混合机。

4.工程师，通常要求达到Nt=10-3个/罐，即杂菌污染降低到被处理的每1000罐中只残留一个活菌的程度。

5.当温度升高时，虽然营养物质的受热破坏也要增大，但是微生物的死亡速率的增加，要比前者大得多。

因此，可采用一种既能达到规定的灭菌程度，同时又能尽量减少营养物质的损失程度的方法---高温，瞬时灭菌法-------HTST灭菌法。

6.由于灭菌过程是加热，保温和冷却的过程，所以灭菌流程的组成设备并非是固定不变的。

常用的设备流程有—连消塔-喷淋冷却流程，喷射加热-真空冷却流程，板式换热器灭菌流程。

7.维持罐是灭菌系统中的维持设备，主要是使加热后的培养基在维持设备中保温一段时间，已达到灭菌的目的，也称保温设备。

其一般不需要加热，但必须在设备周围用绝热材料进行绝热。

8.糖化—将可溶性淀粉，糊精转化为糖的过程。

淀粉原料通过蒸煮后，把颗粒状态的淀粉变成了溶解状态的淀粉，如果此时还不能被细胞直接利用，则需加入糖化剂，将醪液中的淀粉，糊精转化为可发酵性糖等物质，作为生物发酵的碳源。

9.啤酒生产过程中麦芽汁的制作设备：啤酒锅：用于煮沸大米粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。

糖化锅：使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化，多为不锈钢。

过滤槽：用于过滤糖化后的麦醪，使麦汁和麦醪分开而得到清亮的麦芽汁。

生物反应设备1.生物反应器设计的主要目的是最大限度的降低成本，用最少的投资最大限度的增加单位体积的产率。

设计原理是基于强化传质，传热等操作，将生物体活性控制在最佳状态，降低总的操作费用。

2.体积传质系数 Kla：决定反应器结构最相关的参数，是质量传递的比速率，指在单位浓度差下，单位时间，单位界面面积所吸收的气体。

由质量传递系数Kl（取决于系统的物理特性和靠近流体表面的流体动力学）和气液比表面积a组成。

测量方法：亚硫酸盐法，动态法，定态法。

3.格局反应器所需的混合与能量输入方式，生物反应器可分为：通过机械搅拌输入能量的搅拌式发酵罐，利用气体喷射动能的气升式发酵罐，利用泵对液体的喷射作用是液体循环的喷射环流式发酵罐。

工业规模的微生物细胞反应器多为搅拌式发酵罐。

4.搅拌式发酵罐搅拌的主要作用是混合和传质。

搅拌器大多采用涡轮式。

常用的涡轮式搅拌器有平叶式，弯叶式，箭叶式三种。

发酵罐内设挡板的作用是防止液面中央形成漩涡流动，增强湍动和溶氧传质。

全挡板的条件是达到消除液面漩涡的最低条件，在一定的转速下，增加罐内附件而轴功率保持不变。

轴封的作用是防止染菌和泄露。

5.发酵罐中使用最普遍的动密封：填料函密封和机械密封。

填料函密封具有结构简单，拆装方便的优点。

机械密封是靠弹性元件及密封介质在两个精密的平面间产生压紧力，并相对旋转运动而达到密封。

主要作用是将较易泄漏的轴面密封，改变为较难渗漏的端面密封。

6.机械密封同填料函密封相比，优点有：1.泄漏量极少。

泄漏量约为填料函的1%。

2.使用工作寿命长。

3.较少需要调整。

4.摩擦功率损耗小。

5.轴与轴套不受磨损。

6.结构紧凑，安装长度较短。

7.气升式生物反应器是在鼓泡塔反应器的基础上发展起来的，它是利用空气的喷射功能和流体重度差造成反应液循环流动，来实现液体的搅拌，混合和氧传递。

其结构简单，易于清洗，维修，不易染菌，能耗低，溶氧效率高，以内循环气升式反应器已广泛应用于好氧发酵。

8.带升式发酵罐特点：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，减少细菌污染。

其实在罐外装设上升管，上升管两端与罐底及上部相连接，构成一个循环系统。

在上升管的下部装设空气喷嘴，空气以25-30m/s的高速喷入上升管，使空气分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。

9.气升及外循环发酵罐：空气从罐底进入，利用气体分布器使空气分散与液体充分混合上升，经下降管回流返回罐底部，下部的发酵罐经循环泵，热交换器送至灌顶的喷淋器。

喷淋器起消泡的作用。

10.膜生物反应器工艺设计考虑因素：生物因素（反应器中底物的降解，反应器尺寸V），膜有关的因素（莫才俩的选择，膜的孔径，膜组件，膜性能，膜的清洗），水力学因素（膜面流苏与浓度差极化和凝胶层形成，膜通量与有效压力）11.动物细胞培养反应器：气升式反应器，中空纤维罐生物反应器，流化床生物反应器，搅拌罐生物反应器，堆积床生物反应器，一次性生物反应器，载体细胞培养系统。

12.流化床生物反应器传质性能好，并在循环系统中采用膜气体交换器，能快速提供高密度细胞所需要的氧，同时排出代谢产物；反应器中液体流速足以使细胞微粒悬浮而不损坏脆弱的细胞。

该反应器满足了高密度细胞培养，使高产量细胞长时间停留在反应器中，优化了细胞生长与产物合成的环境等细胞培养的要求。

该反应器可以用于贴壁依赖性细胞和非贴壁依赖性细胞的培养。

另外，流化床反应器放大也比较容易，放大效应小，已成功从0.5L放大到10L，用于培养单克隆抗体。

13.搅拌罐生物反应器主要优点：能满足高密度的细胞培养。

其中既可培养悬浮生长的细胞，又能培养贴壁生长的细胞。

14.笼式通气搅拌反应器优点：1.在缓慢的搅拌速率下，由于吸管搅拌叶的作用，液体在罐体能形成从下到上的循环，罐内液体在比较柔和的搅拌情况下达到比较理想的搅拌效果，罐内给出营养物质比较均匀，有利于营养物质和细胞产物在细胞营养液之间的传递，剪切力对细胞的破坏降低到比较小的程度，比较好的搅拌速率为20-225r/min.2.由于搅拌器内单独分出一个区域供气液接触，而在此区域里由于笼壁的作用只允许液体进出，细胞被挡在外边，气体进入时鼓泡产生的剪切力不会伤害到细胞。

3.反应器的气道也可以用于通入液体营养液，与出口滤网配合进行细胞的营养液置换培养，增加了反应器的功能。

缺点：虽然气体混合效率比不通气仅靠搅拌的气体混合效率提高10倍，但，比直接通气搅拌要小，大约是50%左右，此外，其只能培养悬浮生长细胞或进行微载体细胞的培养。

15.植物细胞培养生物反应器：机械搅拌式生物反应器，非搅拌式生物反应器，光生物反应器，亲和层生物反应器，固定化植物细胞反应器培养，植物细胞固定化反应器。

16.物细胞培养是指在离体的条件下，将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行震荡培养，得到分散成游离的细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。

17..机械搅拌式生物反应器：混合程度高，适应性广，能获得很高的溶氧系数kla,在大规模生产中广泛使用。

光生物反应器：在低转速下仍有较高的混合程度，而且剪切力较小。

亲和层析生物反应器：用于分离收集培养产生的目标蛋白。

用ACBR培养植物细胞，可以解除降解的影响，去除了引起产物抑制途径的蛋白。

固定化植物细胞反应器培养：若细胞生长较为缓慢，利于此生代谢产物的积累，易于控制化学环境，收获次生代谢产物，细胞经包埋后使所受的剪切力损伤减小；利于进行连续培养和生物转化。

18.酶生物反应器：超过滤式膜式反应器，扩散型膜式酶反应器，接触式多相膜式酶反应器，动态膜分离式酶反应器19.动态膜分离式酶反应器：超滤膜式反应器的一种，酶以游离态直接与原料液混合，能方便德使酶反应连续进行，酶得到反复的高效利用，产率提高而操作成本下降，是酶的固定化的一种。

与填充床，流化床式反应器相比，膜的选择性透过作用可使产物透过膜，而基质被截留在膜的另一侧，从而使反应平衡向生成产物的方向移动。

而对有产物抑制的酶反应，产物透过膜孔不断分离解除了抑制，使反应向正方向进行，提高转化率。

20.酒精发酵设备：罐体，换热装置，洗涤装置对发酵罐的要求：1.及时移走热量，2.有利于发酵液的排除 3.便于设备的清洗，维修，4.有利于回收二氧化碳。

换热装置：对于中小型号发酵罐，多采用罐顶喷水淋管外壁面进行膜状冷却，对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置。

为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐底部沿罐体四周装有集水箱。

21.固态发酵中，缺乏可流动的水，液相也没有宏观混合，因此通气是氧传递的主要途径。

减小颗粒直径，可以增加氧传递的界面面积，也是增强传递的手段之一，湿润程度对氧传递也有影响，湿度太大会影响气体的通透性。

22.填充床生物反应器比浅盘式更易控制发酵参数。

在大的浅盘式生物反应器会出现中心缺氧和温度过高的问题，而在填充床反应器可以通过通气部分解决这些问题，但在空气出口仍会出现温度过高的问题。

23.流化床生物反应器：通过流体的上升运动使固体颗粒维持在悬浮状态进行的装置。

其中固体颗粒与流体的混合比较充分，传热传质性能好，床层压力降低，但是固体颗粒的磨损程度大。

24.压力脉冲固态发酵生物反应器：脉冲发酵系统由两部分组成。

一部分为空气调节系统，主要通过换热器及水雾化处理装置对压缩空气的温度和湿度进行调节，再通过流量计和膜过滤器对压缩空气进行计量和除菌，使进入压力脉冲发酵罐的空气达到相对无菌，二部分是发酵罐系统，它是由夹套，隔板，压力表以及压力延时释放控制系统，温度控制等组成，同时设有蒸汽通道，以便进行实罐灭菌，减少原料杂菌污染。

压力脉冲对固体培养基是静态的，但对气相则是动态。

其作用：1.在单颗粒水平上边分子扩散为对流扩散，以达到菌体周围小尺度上的温度，湿度的控制与均匀性，加强供氧与排除co2的速率2.在泄压操作中，因突然快速排气，颗粒间的气相因减压膨胀，对周围颗粒起松动作用，为菌丝体的大量繁殖扩充了空间。

25.生物反应器的放大方法：经验放大法（几何相似放大，以单位体积液体中搅拌功率相同放大，以单位培养液体积的空气流量相同的原则进行放大，以空气线速度相同原则进行放大，以kla相同的原则进行放大，搅拌器叶尖速度相同，混合时间相同原则）其他放大方法（因次分析法，时间常数法，数学模拟法）。