生物工程设备习题集

生物工程设备习题集

一. 单项选择题: (每题1分)

1. 目前啤酒厂的糖化锅中利用_____D_____进行搅拌。

A.圆盘平直叶涡轮搅拌器

B.螺旋浆式搅拌器

C.醪液内二氧化碳的密度梯度

D. 二折叶旋桨式搅拌器

2. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是______A_______。

A.分离油雾和水滴

B.分离全部杂菌

C.分离二氧化碳

D.分离部分杂菌

3. 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

4. 无论是种子罐或发酵罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是________C__________，只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。

A.高温瞬时(133℃，15秒钟)

B.同实罐灭菌一样(115℃，8-15分钟)

C.高温长时(127℃，45分钟)

D.间歇灭菌(100℃，30分钟，连灭三次)

5. 机械轴封的动环的硬度比静环___B__。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。

A.大，碳化钨钢，铸铁

B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯

C.小，聚四氟乙烯，不锈钢；

D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。

6. 溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是____D_____。

A.物料进口处或出口处采用浮头管板

B.蒸发器壳体应有膨胀圈

C.物料在加热管内有足够的浓缩倍数，一般为七倍

D.加热的蒸气与物料之间有足够的温度差，一般为20-35℃

7. 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

8. 空气过滤系统中空气加热器的作用是______B______。

A.对空气加热灭菌

B.升高空气温度，以降低空气的相对湿度

C.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份

D.升高空气温度，杀灭不耐热的杂菌

9. 机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____C____搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。

A.小于一个

B.大于一个小于两个

C.等于一个

D.等于两个

10. 自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此___C___轴封。

A.应该用填料函

B.应该用单端面机械

C.应该用双端面机械

D.无需

11. 安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是______D______。

A.将空气过滤为无菌空气

B.过滤分离空气中的油雾

C.过滤分离空气中的水滴

D.减轻总空气过滤器的过滤负荷

12. 外循环空气带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

13. 为了减轻空气过滤系统的负荷空气压缩机最好选用____D____空气压缩机。

A.往复式

B.离心式

C.高压

D.无油润滑

14. 培养基连续灭菌流程中选用管道维持器，应该使培养基在管道的流速达到__C__，才能保证先进先出。

A.过渡流

B.层流

C.活塞流

D.湍流

15. 塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用_____C____与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。

A.蒸气

B.冷凝水

C.酒精

D.热水

16. 冷冻升华干燥主要是升华_____B____。

A.游离水

B.结构水

C.冷凝水

D.气态水。

二. 多项选择题: (每题1分)

1. 好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是

_ABD_。

A.给培养微生物提供氧气

B.也能起一定的搅拌作用，促进菌体在培养基中不断混合，加快生长繁殖速度

C.打碎泡沫，防止逃液

D.保持发酵过程的正压操作

2. 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。

A.乙二醇

B.乙醇

C.氨

D.冷凝水

3. 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__BC__封头。

A.锥形

B.椭圆

C.蝶形

D.球形

4. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，是用____ABC___使真空煮晶锅达到一定的真空度

A.往复式真空泵

B.蒸汽喷射泵

C.水力喷射泵

D.高压水泵

5. 味精厂等电罐在低温等电点操作时,罐中蛇管内可用_ AC _使罐内的等电点液

降温。

A.冰盐水

B.自来水

C.氨

D.冷凝水

6. 空气过滤系统中丝网分离器的作用是分离_____AC_____。

A.油污

B.全部杂菌

C.水滴

D.部分杂菌

7. 通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是___AD___。

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

8. 生产中使用的酒精发酵罐是受压容器,因此上下封头一般选用__ACD__封头。

A.锥形

B.球形

C.蝶形

D.平板

9. 贮气罐的作用是____AC_____。

A.利用重力沉降作用分离部分油雾。

B.降低罐内空气温度。

C.防止由于往复式空压机所产生的脉冲而引起的压力波动。

D.升高罐内空气温度，使相对湿度下降。

10. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是____ABC_____。

A.分离油雾。

B.分离泡沫和水汽。

C.分离水滴。

D.分离部分杂菌。

11. 喷射自吸式发酵罐的优点是___ABC___。

A.空气吸入量与液体循环量之比较高

B.无需搅拌传动系统

C.气液固三相混合均匀

D.适用好氧量较大的微生物发酵

12. 气升式动物细胞培养反应器与搅拌式动物细胞反应器相比，气升式反应器中＿＿ABCD＿；反应器内液体循环量大，细胞和营养成分能均匀分布于培养基中。Ａ．产生的湍动温和而均匀，剪切力相当小，Ｂ．无泡沫形成，装料系数可以达到95% Ｃ．无机械运动部件，因而细胞损伤率比较低；Ｄ．反应器通过直接喷射空气供氧，氧传递速率高；

三. 是非选择题: (每题1分)

1. 安装在空气压缩机前的前置空气过滤器的主要作用是将空气过滤除菌，减轻总空气过滤器的过滤负荷。×

2. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，可用水力喷射泵使真空煮晶锅达到一定的真空度√

3. 溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是物料进口处和出口处应

采用浮头管板，或者蒸发器壳体应有膨胀圈。×

4. 空气过滤系统中空气加热器的作用是降低空气相对湿度。√

5. 气升式发酵罐(空气带升式发酵罐)是用多孔环管将空气引入发酵罐。×

6. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，采用的是自然起晶法。×

7. 100 M 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm 之间，所用变速装置为无极变速器，以调整搅拌转速。×

8. 外循环空气带升式发酵罐的优点之一是无需空气过滤净化系统。×

9. 啤酒厂过滤槽的搅拌转速在15 rpm 左右，而且轴是从罐下方进入罐内，因此应该用填料函轴封。×

10. 进行沸腾造粒干燥生产时，以自我造粒形成的产品，质量最好。×

11. 通用式机械搅拌发酵罐的高径比一般为1.7-2.5 √

12. 一个10 吨左右的通用式机械搅拌发酵罐往往采用夹套作为传热装置。×

13. 柠檬酸溶液结晶时，只要使柠檬酸浓度大于其饱和溶解度就会有柠檬酸晶体析出。×

14. 空气压缩机出口的压缩空气温度一般是187-198℃，大大高于空气的露点，因此进入贮气罐后，空气中的水分不会析出，空气的相对湿度低，这样就保证了空气过滤介质不致受潮。×

15. 空气带升式发酵罐中循环周期越长越有利于供氧。×

16. 啤酒厂糖化锅的搅拌器一般搅拌转速在30 rpm以下,所用变速装置为三角皮带轮变速。×

17. 自吸式发酵罐搅拌转速在600-900 rpm 左右，而且轴是从罐下方进入罐内，因此应该用双端面机械轴封。√

18. 自吸式发酵罐的转子的作用之一是吸入连续灭菌后的培养基。×

19. 将溶液浓缩至过饱和就会有晶体析出。√

20. 通用式机械搅拌发酵罐中搅拌器的作用是打碎泡沫,促使二氧化碳从醪液中排出。×

21. 100 M 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm 之间,所用变速装置多为三角皮带轮变速。√

22. 溢流喷射自吸式发酵罐中循环周期越长越有利于供氧。×

23. 贮气罐的作用之一是防止下列情况：突然停电，致使空气压缩机停止工作，造

成发酵罐内压力高于空气过滤器的压力，醪液倒流，污染空气过滤器。√

24. 棉花活性炭空气过滤器中所用的棉花为灭菌的脱脂棉。×

25. 在α-淀粉酶发酵生产中,发酵罐内使用的是单管式空气分布器,空气气泡的直径与通风量有关,而与管口直径无关。√

26. 碟片式酵母离心机起动后随着转速增大，振动也增大，当达到某一值后，转速愈大，振动愈小。√

27. 氧溶于发酵液属于气膜控制过程。√

28. 设计空气预处理流程要求进过滤器的空气标准是ψ<60%，T=40℃。√

29. 空气进罐的最后一个阀门往往采用安全阀，这是防止由于操作失误造成的发酵液倒流入空气过滤系统。×

30. 反渗透中的浓差极化增加了溶质透过膜的阻力。√

31. 比较涡轮式搅拌器的三种形式，以平叶式所消耗功率最小。×

32. 目前啤酒厂的糊化锅中不用搅拌器而是靠锅内形成的密度梯度进行自然循环。

33. 离心分离机的作用是分离两种不同重度的液体。√

34. 味精厂等电罐在低温等电点操作时,罐中蛇管内可用制冷剂NH3 使罐内的等电点液降温。√

35. 酒精厂连续灭菌设备是由加热、维持、降温三部分组成的整体。√

36. 目前我国大多数味精厂常用的总过滤器为棉花活性炭过滤器。过滤器内的填装方法自下而上大致如下：

孔板- 金属丝网- 麻布织品- 棉花-麻布织品-活性炭-麻布织品- 棉花- 麻布织品- 金属丝网- 孔板。√

37. 离心喷雾干燥工段的排风机比送风机的功率大,目的是使离心喷雾干燥塔内形成负压。√

38. VVM 的含意是在发酵温度时罐内压力为0.2 MPa(绝对)下,每单位液体体积的气体体积流量。(1/min) √

四.填空题

2. 好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是__保持发酵过程的正压操作___；______给微生物提供氧气______；___起一定的搅拌作用，促进菌体在培养基中不断混合，加快生长繁殖速度__。

3. 圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用____乙醇__、或______乙二醇______或______氨________与啤酒发酵醪进行热交换。

4.

味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，可以选用__往复式真空泵_、或____蒸汽喷射泵___、或_____水力喷射泵_____使真空煮晶锅达到一定的真空度

5. 空气过滤系统中贮气罐的作用是__消除压力波动，保证输出气流的连续性__、__储存一定数量的压缩空气。调节用气量或以备发生故障和临时需要应急使用_、__进一步分离压缩空气中的水分和油分 __

6.

空气过滤系统中旋风分离器的作用是__分离油雾、分离泡沫和水汽、分离水滴_。

7.

好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前应该安装__止回__阀，以确保安全。

8.

空气过滤系统中空气加热器的作用是__降低空气相对湿度_。 9. 自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此应该用_双端面机械_轴封。 10. 塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用___酒精__与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。

五.名词解释: (每题3分)

1. 蒸发过程的必要条件

①充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量。②保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。③一定的热交换面积，以保证传热量。

2. 搅拌器轴功率

是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。

3. 搅拌器输入搅拌液体的功率

是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。也称搅拌器的轴功率。

4. 深层过滤的对数穿透定律

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。

21

ln N KL N =-

5. 搅拌雷诺准数

雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比,即Re du ρ

μ=,而在搅拌容器中,液体的代表速度

u= n Di ,并以搅拌器直径 Di 代替管径 d,此时的雷诺准数称为搅拌雷诺准数2Re i nD m ρ

μ=

6. 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。

7. 离心澄清机

藉离心沉降速度的不同将固液两相分开的离心机称作离心澄清机

8. 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：

(0.1~0.12)0.5b D n n D D

?=?= D-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数

9． 气体截留率

在通风液体中由于充气而导致的体积增加率。通风前液体体积为 V L ,通风时体积的增加量为 V g ,则气体截留率

g

L g

V V V ε=+ 11． 流化床的体积随着气体流速的增加而增大，流化床体积与固体床体积之比称为

膨胀率。

12． 热敏性物料一一一对热过程敏感，受热后会引起产物发生化学变化或物理变化而影响产品质量的物料。 K n V K V =

六.画图题: (每题5分)

1.画出喷射液化器的示意图，并注明所画设备名称和各个部件名称。

2.画出水力喷射泵的示意图，并注明所画设备名称和各个部件名称。

3.3．画出蒸汽喷射泵的示意图，并注明所画设备名称和各个部件名称。

4.画出蒸汽加热器的示意图，并注明所画设备名称和各个部件名称。

5.画出通用式机械搅拌发酵罐(20 M3以上)的示意图，并至少注明十个部件的名

称。

6.画出培养基连续灭菌的流程图，并注明各个设备的名称。

7.画出柠檬酸厂4 M3通用式机械搅拌种子发酵罐的示意图，并至少注明十个部

件的名称。

8．画出酒精连续发酵的流程图，并注明各个设备的名称。

七. 问答题: (每题7分)

1.叙述喷射自吸式发酵罐的工作原理。

答: 喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液送入文氏管中,由于文氏管的收缩段中流速增加,即动压力增加,静压力减小,形成负压,将无菌空气吸入,并被高速流动的液体打碎、分散,与液体均匀混合,提高发酵液中的溶解氧，这是溶氧阶段。当发酵液从上升管进入发酵罐后，微生物耗氧，同时发酵液向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入上升管，开始下一个循环。

2.酒精发酵罐由于操作失误就可能造成罐内真空甚至被吸瘪，叙述造成上述事故

的原因，以及预防和修复(被吸瘪)的方法。

答：酒精发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下转罐或进行内部清洗时造成的。由于大型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快，有可能造成一定的负压。另外，即便罐内留存一部分CO2气体，在进行清洗时，由于清洗溶液中含有碱性物质，与CO2进行中和反应，除去了CO2也可能使罐内形成真

空。如果不即时进气，在外界压力作用下发酵罐就会被压瘪。所以大型发酵罐应设防止真空装置，在罐顶安装一个真空安全阀。真空安全阀的作用是当罐内出现真空时，阀门开启，允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平

衡。如果出现上述事故（发酵罐被吸瘪），可以用高压水涨法使其复圆。

3.圆筒锥底啤酒发酵罐上为什么要安装真空安全阀?祥细解释它的作用。

答：筒锥底啤酒发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下转罐或进行内部清洗时造成的。由于大型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快，有可能造成一定的负压。另外，即便罐内留存一部分CO2气体,在进行清洗时,由于清洗溶液中含有碱性物质,与CO2进行中和反应,除去了CO2也可能使罐内形成真空。所以大型发酵罐应设防止真空装置。真空安全阀的作用是当罐内出现真空时，阀门开启，允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平衡。

4.叙述空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。

答：以外循环为例来说明空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。在罐外装设上升管，与发酵罐构成一个循环系统，在上升管的下部有空气喷嘴，空气以250~300米/秒的高速度喷入上升管，借喷嘴的作用而使空气泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复循环，在上升管提供微生物所需要的溶解氧，使发酵正常进行。

5.叙述喷射液化器的工作原理，它适用于哪些地方(工序)。

答：喷射液化器主要由喷嘴、吸入室、扩大管和调节手轮组成。当带有压力的物料以高速进入喷射液化器经过其内部的喷嘴时，它的动能增大，静压能变小，造成吸入室内出现负压，将蒸汽吸入，并在吸入室内与物料接触，高速流向扩大管，物料与蒸汽在扩散管的喉部充分混合，物料被蒸汽加热，在瞬时将物料加热到所需的温度（80～105℃）。在扩散段内由于管径逐渐增大，物料流速逐渐降低，动能又转化为静压能，压力随之升高，从出口排出。

喷射加热器适用于对物料进行连续液化，如在味精厂、制药厂等的糖化工段(工序)等。

6.叙述喷射加热器的工作原理,它适用于哪些地方(工序)。

答：喷射加热器主要由喷嘴、吸入室和扩大管组成。当物料以高速经过喷嘴时,它的动能增大，静压能变小，造成吸入室内出现负压，将蒸汽吸入室内，物料与蒸汽在扩散管的喉部充分混合,物料被加热，在扩散段内速度逐渐降低，压力随之升高，动能又转化为静压能，从出口排出。

喷射加热器适用于连续加热物料的地方(工序),如连续灭菌等。

7.叙述自吸式发酵罐的工作原理。

答: 自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器(转子)和导轮(定子),空气管与定子相连接,在转子启动前,先用液体将转子浸没,然后启动马达使转子转动,由于转子高速旋转,液体或空气在离心力的作用下,被甩向叶轮外缘,在这个过程中,流体便获得能量,若转子的转速愈快,旋转的线速度也愈大,则流体的动能也愈大,流体离开转子时,由动能转变为压力能也愈大,排出的风量也越大。

当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子的转速愈大，所造成的负压也愈大，由于转子的空膛用管子与大气相通，因此空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过定子而使气液均匀分布甩出。由于转子的搅拌作用，气液在叶轮的外缘形成强烈的混合流（湍流），使刚刚离开叶轮的空气立即在不断循环的发酵液中分裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中，因此转子同时具有搅拌和充气两个作用。

8.叙述溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理。

答: 溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液体由于自重通过溢流管向发酵罐跌落，形成抛射流，由于液体表面层作用，使靠近流体表面的无菌空气气体边界层具有一定的速率，从而形成气体的流动和自吸作用，并被高速流动的液体打碎、分散,与液体均匀混合,使氧溶解在发酵液中的，这是溶氧阶段。发酵液进入发酵罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化碳和其它气体不断地从发酵液中分离并排出，发酵液的比重变大向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入循环管，开始下一个循环。

9.通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘?

答：通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大，上升速度

快，走短路，传质效果差。而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻挡，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。

10.什么是轴封？机械轴封与填料函轴封相比有什么优缺点？

答：轴封是安装在旋转轴与设备之间的部件，它的作用是阻止工作介质（液体、气体）沿转动轴伸出设备之处泄漏。

机械轴封与填料函轴封相比优点是:

a. 密封可靠，在一个较长的使用期中不会泄漏或很少泄漏。清洁，无死角，可以防止杂菌污染。

b. 使用寿命长，正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用２～５年，最长有用到９年。

c. 维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。

d. 轴或轴套不受磨损。

e. 摩擦功率耗损少，一般约为填料函密封的10～50％

f. 机械轴封对轴的精度和光洁度没有填料函要求那么严格，对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感，对轴的震动敏感性小。

g.适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种转速以及各种腐蚀性、磨蚀性、易燃、易爆、有毒介质的密封。

其缺点是：结构复杂，需要一定的加工精度和安装技术。

11. 发酵罐实罐灭菌为什么要“三路进汽”? 实罐灭菌的进汽和排气原则是什么?

答： 所谓发酵罐实罐灭菌的“三路进汽”就是在对培养基灭菌时，让蒸汽从空气进口、排料口、取样口进入罐内，使培养基均匀翻腾，达到培养基灭菌之目的。这是因为这三个管都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形成灭菌死角。实罐灭菌的进汽和排气原则是“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。

12. 在培养基的灭菌过程中是否能做到绝对无菌？为什么？发酵生产中对培养基的

灭菌的无菌程度是多少？

答:

若要求灭菌后绝对无菌，即Ns=0，从上面公式可以看得出灭菌时间将等于无穷大，这对生产来说是不可能，所以培养基灭菌后，在培养液中必然还产残留一定的活菌。工程上通常以Ns=10-3个/罐来进行计算，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，这就可以满足生产的要求了。 s

N N log k 12.303τ

13.什么是离心分离机?叙述离心分离机分离两种不同重度液体的原理。

答: 藉离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离机。

离心分离机机的转鼓内有数十只(50-80)形状和尺寸相同的碟片,碟片按一定间距(0.5-1.2mm)叠置起来组成碟片组，每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几个对称分布的圆孔许多这样的碟片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂直的通道。两种不同重度液体的混合液进入离心分离机后，通过碟片上圆孔形成的垂直通道进入碟片间的隙道，并被带着高速旋转，由于两种不同重度液体的离心沉降速度的不同，重液的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，轻液的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，两种不同重度液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。

14.在饲料工厂从发酵醪中分离酵母应该选用什么离心机?叙述该机分离酵母的原

理。

答: 在饲料工厂从发酵醪中分离酵母应该选用离心澄清机。

离心澄清机的转鼓内有数十只(50~80)形状和尺寸相同的碟片,碟片按一定间距(0.5~1.2mm)叠置起来组成碟片组。含有酵母的发酵醪液进入离心澄清机后，从碟片组外缘进入各相邻碟片间的薄层隙道，这时发酵醪也被带着高速旋转，由于固体和液体的离心沉降速度的不同，在碟片间的隙道中被分开，固体(酵母)的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，液体的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，酵母和液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。

15.在工厂中要将奶油(酯)从新鲜牛奶中分离出来应该选用什么离心机?叙述该机分

离奶油的原理。

答: 在工厂中要将奶油(酯)从新鲜牛奶中分离出来应该选用离心分离机，它能藉离心沉降速度的不同将互不溶解的两种液体分开。

离心澄清机的转鼓内有数十只(50-80)形状和尺寸相同的碟片,碟片按一定间距

(0.5-1.2mm)叠置起来组成碟片组，每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有

几个对称分布的圆孔许多这样的碟片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂直的通道。两种互不溶解的混合液进入离心分离机后，通过碟片上圆孔形成的垂直通道进入碟片间的隙道，并被带着高速旋转，由于互不溶解的两种液体重度不

同，离心沉降速度也不同，重液（奶）的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，轻液（酯）的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，奶油(酯)和奶就在碟

片间的隙道流动的过程中被分开。

16.以超滤或反渗透为例讲述膜分离原理。

答：以反渗透为例讲述膜分离原理如下：

假设有一个仅能透过溶剂而不能透过溶质的半透膜，将纯溶剂（比如纯水）和浓溶液分别置于膜两侧，因施加在溶液上方的压力不同，表现出三种情况如下图所示。

无外界压力作用时，由于纯溶剂（水）的化学位U1大于溶液中溶剂的化学位U2，引起纯溶剂（水）透过膜向溶液侧迁移，这就是渗透，如图A。

对溶液施加压力，提高其化学位，就降低了膜两侧溶剂的化学位差，从而降低了纯溶剂向溶液渗透的透过速率。当施加在溶液上的压力恰好使溶剂的化学位与纯溶剂（纯水）的化学位相等，于是系统达到渗透平衡，此时溶液承受的压力称为渗透压Δπ，如图B。

对溶液施加的压力超过渗透压Δπ时，溶液中溶剂的化学位高于纯溶剂（水）的化学位，于是溶液中溶剂（水）以压力差为推动力，透过膜向纯溶剂（水）侧迁移，实现了从溶液中分离出溶剂（水）。由于此时溶剂的迁移方向与渗透方向相反，故称为反渗透，如图C。

17.什么是超滤过程中的浓差极化现象，如何降低浓差极化现象。

答：待分离液从膜面一侧流过时，靠近膜面的液体处于层流状态；同时，当水及小分子溶质透过膜面时，大分子的溶质在靠近膜面处被阻留。被阻留分子从膜面返回液体主流的速度受其通过层流区的扩散速度所控制，当这一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就必然会在膜面的一侧逐渐形成一高浓度的被阻留溶质层。这就是浓差极化。

随着浓缩倍数的提高，浓差极化现象越来越严重，膜的透过通量也越来越低。

提高液流的雷诺准数，可以减小层流区的厚度，增大被阻留分子返回液体主流的速度，这是削弱浓差极化的重要措施。但其些酶在高的剪切应力下，容易丧失其部分酶活力，因此不能无限提高液体流速（提高液流的雷诺准数方

法之一）。提高液温也是削弱浓差极化常用的方法，但也受被浓缩液及膜的耐热性的限制。

18.用膜分离(超滤和反渗透)技术分离化工产品有什么特点?

答：膜分离(超滤和反渗透)技术分离化工产品特点是：

①. 膜分离过程中不发生相变化,与有相变化的分离法和其他分离法相比,能耗要

低。

②. 膜分离过程是在常温下进行的,因而特别适用于对热敏性物质的分离、分

级、浓缩和富集。例如用于果汁、酶、药品生产中。

膜分离技术不仅适用于有机物和无机物、病毒、细菌的分离，而且还适用于许多特殊溶液体系的分离，如将溶液中大分子与无机盐的分离，一些共沸物或近沸物系的分离等。

由于只是用压力作为超滤和反渗透的推动力，因此分离装置简单，操作方便，易于自动控制，易于维修。

19.什么是真空蒸发浓缩？祥细叙述升膜式蒸发器的工作原理。

答：溶液在真空状态，较低的温度下即沸腾、溶剂汽化，这称之为真空蒸发浓缩。

升膜式蒸发器的工作原理。溶液在加热的管子里由下而上运动时，在管壁的液体受热温度上升，密度下降，而管子中心的液体温度变化较小，这就使管内液体产生如图a所示的自然对流运动。温度升得越高对流越激烈，当温度升到相应沸腾温度时，溶液便开始沸腾，产生蒸汽气泡分散于连续的液相中。

由于蒸汽气泡的密度小故气泡通过液体而上升，如图b所示。液相因混有蒸汽气泡，使液体静压头下降，液体继续受热，温度不断上升，气泡大量增加。

蒸汽气泡相互碰撞，小气泡就聚合成大气泡于管子中部上升，气泡增大，气体上升的速度则加快，如图c所示。当气泡继续增大形成柱状，占据管子中部的大部分空间时，气体以很大的速度上升，而液体受重力作用沿气泡边缘下滑，如图d所示。液体下降较多时，大个柱状气泡则被液层截断，如图e所示。若液体温度继续上升，溶液的蒸发速度继续增加，气泡的上升速度激增，蒸汽的密度也增大，由于重力作用，滑流下来的液体很快受热蒸发，未蒸发的浓缩液体也被高速气流带着上升，气泡断层不能形成，蒸汽占据了整个管子中部空间，液体只能分布于管壁，开始形成液膜，如图f所示，这时称

为环形流。环形流液体的上升是靠高速蒸汽气流对流层的拖带而形成，称之为“爬膜”现象。这时液膜沿管壁上升不断受热蒸发，浓度不断增大，最后与蒸汽一齐离开，管子越高则上升蒸发时间越长,溶液浓缩越大。

20.在味精生产过程中（包括麸酸）使用了哪些结晶设备？采用真空煮晶锅进行味

精的精制,其优点是什么？

答：在味精生产过程中（包括麸酸）使用了三种结晶设备，立式结晶箱（也称等电罐），卧式结晶箱（也称育晶槽），真空煮晶锅。

采用真空煮晶锅进行味精的精制,其优点是可以控制溶液的蒸发速度和进料速度，以维持溶液一定的过饱和度进行育晶，同时采用连续通入未饱和液来补充溶质的量，使晶体长大。

真空煮晶锅内的真空度可用蒸汽喷射泵、水力喷射泵或真空泵来产生。

21.什么是沸腾干燥，叙述沸腾干燥的原理。

答: 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，当气流速度与颗粒沉降速度相等，压力降与流动层单位面积的重量达到平衡时（此时压力损失变成恒定），粒子就在热气体中呈悬浮状态，粒子中的水分迅速汽化，达到干燥目的。

22. 简述冷冻干燥原理，实现真空冷冻干燥的必要条件是什么？

根据热力学原理，当压力降到某一数值时，水的沸点与冰点相重合，固态冰就可以不经液态而直接转化为气态。这时的压力称为三相点压力，数值为609.3Pa，其相应的温度称为三相点温度，数值为+0.0098℃。如图所示，当压力低于三相点压力时，固态的冰经加热后直接转化为气态的水蒸汽。实现真空冷冻干燥的必要条件是干燥过程的压力应低于

操作温度下冰的饱和蒸汽压。常控制在相应温度下冰的饱和蒸气压的11

~

24

。如-40℃

时干燥，操作压力应为2.7～6.7Pa。

23．冷冻干燥特点

（1）干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥，如抗生素类、生物制品等活性物质的干燥。又系在真空下操作，氧气极少，物料中易氧化物质得到了保护，因此，制品中的有效物质及营养成分损失很少。

（2）能保持原物料的外观形状。物料在升华脱水前先进行预冻，形成稳定的固体骨架。

干燥后体积形状基本不变，不失原有的固体结构，无干缩现象。

（3）冻干制品具有多孔结构，因而有理想的速溶性和快速复水性。干燥过程中，物料中溶于水的溶质就地析出，避免了一般干燥方法中因物料水分向表面转移而将无机盐和其他有效成分带到物料表面，产生表面硬化现象。

（4）冷冻干燥脱水彻底（一般低于2％～5％），质量轻，产品保存期长，若采用真空密封包装，常温下即可运输、保存，十分简便。

但冷冻干燥需要较昂贵的专用设备，干燥周期长，能耗较大，产量小、加工成本高。24．气流干燥的特点

（1）干燥强度大。由于气体在干燥管内流速大，一般为10～20m/s，气一固间存在一定的相对速度，因而固体物料与空气之间产生剧烈的相对运

动，使物料表面的气膜不断更新，大大降低了传热和传质的气膜阻力。一

般干燥器全管平均体积传热系数为4200～1300kj/(m3·h·℃)。

（2）干燥时间短。物料在干燥管内仅停留1～5s即可达到干燥要求。因此对于热敏性物料仍可采用较高的介质温度。如用140℃的热空气干燥赤霉

素，130℃热空气干燥四环素均能获得优质产品。

（3）适用性广。可使用于各种粉粒状、碎块状物料的干燥，粒径范围约

为O.l～10mm。湿含量可大至3O％～4O％。

（4）设备结构简单。占地面积小，生产能力大，能连续操作，可实现自

动控制。

气流干燥对物料有一定的磨损，因此不适合于对晶形有一定要求的物料，

且热能利用程度较低，一般热利用率仅为3O％左右。

25．喷雾干燥的特点

（1）干燥速度快、时间短，一般为3～3Os，由于料液雾化成20～60μm的雾滴，其表面积相应高达200～5O00m2／m3，物料水分极易汽化而干燥。

（2）干燥温度较低。虽然采用较高温度的热空气，但由于雾滴中含有大量水分，其表面温度不会超过加热空气的湿球温度，一般为5O～60℃，加之物料在干燥器内停留时间短，因此物料最终温度不会太高，非常适合于热敏性物料的干燥。

( 3）制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。但喷雾干燥的容积干燥强度小，放干燥室体积大，热量消耗多，一般蒸发1kg水分约需6000kJ热量，相当于消耗2.5～3.5kg的蒸汽。

26．流化床干燥原理

流化床干燥（也称沸腾干燥）是利用流态化技术，即利用热空气流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。流化床干燥中，热空气的流速与颗粒的自由沉降速度相等，当压力降近似等于流动层单位面积的质量时，床层便由固定态变化流化态，床层开始膨胀，颗粒悬浮于气流中，并在气流中呈沸腾状翻动，但仍保持一个明确的床界面，颗粒不会被气流带走。干燥过程处在稳定的流态化阶段。

27．流化床干燥的特点

1．传热传质速率大。由于颗粒在气流中自由翻动，颗粒周围的滞流层几乎消除，气一固间的传热效果优于其他干燥过程。体积传热系数一般都在

4200OkJ／（m3·h·℃）以上，是所有干燥器中体积干燥强度最大的一种。

2．干燥温度均匀，易于控制。由于物料在干燥器中的停留时间可以控制，可使物料的最终含水量降到很低水平，且不易发生过热现象。

3．连续化、自动化操作。干燥与冷却可连续进行，干燥与分级可同时完成，有利于连续化、自动化操作，且设备结构简单，生产能力高，动力消耗小。

28. 流化床干燥操作过程中可能出现的几种不正常现象及原因：

(1)沟流和死床气速虽然已超过临界流速umf，但床层仍不流化，某些部

分被气流吹成一条“沟道”，气体由此穿过床层，这种现象称为“沟流”，未流化部分称为“死床”。也有可能出现局部沟流和局部死床，见图

(a)(b)。产生沟流时，床层压力降低于Δp，其差值正好表明沟流的严重程

度。

气—固接触不良，使传热传质过程不能很好进行，降低产品质量和设备的生产效能；而死床部分容易产生产品的“烧结”现象。

研究表明，颗粒性质、床层高度、设备结构、气体流速等因素，都会导致沟流的产生，例如，床层很薄；颗粒很细、太湿、易粘合成团块、物料颗粒带静电，易产生“抱团”；气速过低或气流分布不均匀；分布板结构不合理，如开孔率大小不合适，床内构件阻碍气体流动等。

消除沟流与死床的办法有：加大气速；若物料太湿，可进行预先干燥；分布板开孔率大小不合适时，可应用小型试验进行检验确定。

(2)腾涌流化床内的气泡汇合长大，当其直径接近床层直径时，把以上的

颗粒物料像活塞一样向上托起，达到一定高度以后崩裂，颗粒被抛出很高，

然后纷纷落下。这种现象称为“腾涌”，又称活塞流等，见图(c)所示。

产生腾涌时，床层压降剧烈波动。此时床层极不均匀，传质传热很难进行，固体颗粒严重磨损和带出，设备零件被冲击而损坏。

颗粒性质、床层高度和气速等，都会引发腾涌产生，例如，床高H0与床径D之比值H0/D较大时，大颗粒比小颗粒更易产生腾涌；H0/D较大而气速又较高，也易产生此现象，一般当H0/D<1、设备比较大(D>1m)以及床层内加设内部构件等，均可防止腾涌。

(3)层析现象在气固系统中，往往因为固体颗粒大小相差较大或密度不

同，在操作过程中会产生层析现象。如卧式沸腾干燥箱的操作过程中，细颗粒或粉末状的物料被气体带出，一般中等颗粒的物料能逐渐向卸料口接近而卸出，而大颗粒的物料由于层析现象沉降于床层底部，造成无法流化或结疤现象。在生产中经常有此现象，最后用人工取出。装有往复推料器时能全部自动出料，避免了此现象的发生．

29. 流化床干燥中的返料

在流化床干燥中料液一边雾化，一边加入晶核，在操作上称为返料，开始操作时必须预先在干燥器内加入一定量的晶核（称底料）才能喷入料液，以防止喷入的料液黏壁。加入晶核颗粒大小与产品粒度有关，晶核大者，产品颗粒大，返料量小时，则产品颗粒大，因此，可用调节返料量来控制床层的粒度分布。

30. 试述超临界流体萃取的工作原理

超临界流体的密度接近于液体，密度越大，溶解能力越高。而其粘度μ接近于气体，自扩散系数比液体大约100倍。这说明超临界流体具有接近液体的密度和类似液体的溶解能力，具有接近气体的粘度和扩散速度。这就意味着超临界流体有很高的传质速率和很快达到萃取平衡的能力，这就是超临界流体萃取比溶液萃取分离效果好的主要原因。

在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加,极性增大,利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可

能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减

压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理。

31．试述分子蒸馏的基本原理

从分子运动平均自由程的公式可以看出，不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，其平均自由程也不相同。

分子蒸馏技术是利用不同种类分子逸出液面后平均自由程不同的性质实现

的。在一个高真空的设备中，放置一个加热面和一个冷凝面，加热面冷凝面之间的距离小于轻分子的平均自由程而大于重分子平均自由程。混合液从加热面上过并被加热获得能量，轻分子的平均自由程大，可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝面而被捕集、冷凝，从而破坏了轻分子的动态平衡，混合液中的轻分子不断逸出，并在冷凝面上被捕集、冷凝，而重分子的平均自由程小，因达不到冷凝面而很快趋于动态平衡，不再从混合液中逸出，而在原来液面并被收集，这样，便达到了混合物分离的目的。

八.计算题

1．一台连续灭菌设备，培养基流量Q = 18 M3／h，发酵罐装料容积72 M3，培养基的原始污染程度为105个／ml，发酵工艺要求因培养基灭菌原因引起的倒罐率为0.1%，即N s= 10-3个／批，灭菌温度T = 398 K，查图

得此时的反应速度常数为k=11 分-1，维持段采用无缝钢管公称直径Dg = 150 mm 。试求培养基连续灭菌过程中维持时间τ以及维持管的长度L 约需多少。

2．某丙酮丁醇厂需新建100 M3丙酮丁醇发酵罐,已计算出主发酵期生物合成热Q1 =4×105kj/h,蒸发热损失Q2为Q1的5%,查有关资料可知罐向周围环境散失的热损失Q3 =1.2×104kj/h,醪液的比重为ρ=1.082×103kg/M3，发酵温度为

30 ℃，冷却水进口温度为20 ℃，出水温度为25 ℃，冷却水的平均比热

Cp=4.186 kj/(kg.℃),罐内采用蛇管冷却,冷却蛇管为水煤管,其规格为53/60 (mm),壁厚3.5mm，其导热系数λ=188 kj/(M.h.℃),根据生产经验数据可取传热系数α1和α2分别为2700 kj/(M2.h.℃)和1.45×104kj/(M2 .h.℃),另外管壁水垢层的热阻取

1/16750 M2 .h.℃/kj,试求发酵罐冷却面积、蛇管总长度和冷却水耗量。

解:1. 总的热量Q=4×105-5%×4×105-1.2×104=3.68×105(kJ/h)

2. 冷却水耗量W =

Q

C t t

p

()

21

-=

36810

41862520

5

.

.()

?

?-= 17600 (kg/h)

3. 对数平均温度差Δt m=()()

.lg

t t t t

t t

t t

F F

F

F

---

-

-

12

1

2

2303

= 7.2 (℃)

4. K =

1

111

16750

12

ααλ

+++

S

=

1

1

2700

1

14500

00035

188

1

16750

+++

.

= 1931 kJ/(M2·h·℃)

5. 冷却面积F =

Q

K??t

m=

36810

193172

5

.

.

?

?= 26.5 M2

答:..._

3．设计一台通风量为50M3/min的棉花活性炭空气过滤器，空气压力为0.4 MPa(绝对压力)，已知棉花纤维直径d=16 微米，填充系数α= 8%，空气线速度为0.1 M/sec，若进入空气过滤器的空气含菌量是5000 个/M3，要求因空气原因引起的倒罐率为0.1%，发酵周期100 hr。工作温度为40℃，平均气温为20℃，计算空气过滤器的尺寸(过滤介质厚度和过滤器直径)。

表1 纤维直径d=16 微米，填充系数α= 8% 时棉花纤维的K'值

空气流速v0(M/sec) 0.05 0.10 0.50 1.0 2.0 3.0

生物工程设备复习题

生物工程设备复习题 一、选择题 1、目前啤酒厂的糖化锅中利用__B__进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器 2、空气过滤系统中旋风分离器的作用是____A_____。 A.分离油雾和水滴 B.分离全部杂菌 C.分离二氧化碳 D.分离部分杂菌 3、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 4、机械轴封的动环的硬度比静环___B____。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。 A.大，碳化钨钢，铸铁 B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。 5、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 6、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____A______搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。 A.小于一个 B.大于一个小于两个 C.等于一个 D.等于两个 7、自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此____C____轴封。 A.应该用填料函 B.应该用单端面机械 C.应该用双端面机械 D.无需 8、培养基连续灭菌流程中选用管道维持器，应该使培养基在管道的流速达到___C___，才能保证先进先出。 A.过渡流 B.层流 C.活塞流 D.湍流 9、把干玉米原料从多处集中送到一处，原则上应选择：( D ) A ．带式输送机 B ．压送式气力输送装置C．斗式提升机 D ．吸送式气力输送装置 10、压送式气力输送装置的闭风器应装在：( A ) A ．加料口处 B ．卸料口处 C ．中间部位 D ．无论哪里 11、直接向空气中喷100 ℃蒸汽，此过程对湿空气来说将近似是：( B ) A ．等湿升温 B ．等温加湿 C ．加湿升温 D ．等温等湿 12、垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学条件是:( A ) Ａ . 气流速度大于悬浮速度 B. 气流速度小于悬浮速度 C. 气流速度等于悬浮速度 D. 不能确定

生物工程设备

1.生物质原料的粉碎的设备：锤式、辊式、湿式、超细、纳米粉碎机、球磨机、切片机。 2.连续灭菌流程：加热、保温（湿）、冷却。 3.啤酒生产中麦芽汁的制备设备：糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅、糖化醪过滤槽。 4.糊化锅的作用：用于煮沸大米粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。 5.氧传递模型：双膜理论、渗透扩散、表面更新理论。 6.常用通风式（固态）生物反应器种类：填充床、流化床、转鼓式、浅盘式、搅拌生物反应器和压力脉动固态发酵生物反应器。 7.生物反应器的放大方法：经验放大法、因次分析法、时间常数法、数学模拟法。 8.经验放大法原则：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、以空气线速度相同的原则进行放大、以kLa相同的原则进行放大、搅拌器叶尖速度相同的准则、混合时间相同的准则。 9.液液萃取设备：混合设备、分离设备、兼有混合和分离两种功能的设备。 10.蒸发器组成：加热室、分离器。 11.固体输送设备：带式输送机、斗式提升机、螺旋输送机。 12.垂直管中气力输送设备流程：粒子向下加速运动；粒子相对静止；粒子向上加速运动。 13.生物除菌方法：辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌。 14.空气过滤除菌流程：两级冷却、加热除菌流程；高效前置过滤空气除菌流程。 15.过滤除菌效率与空气流速关系：当气流速度较大时，v↑η↑，此时惯性冲击起主要作用；当气流速度较小时，v↑η↓，此时扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留起主要作用；如果气流速度过大，除菌效率又下降，则是由于重新污染。1.GMP：药品生产质量管理规范，指在药品生产全过程中运用科学的原理和方法来保证生产出优质产品的一整套科学管理办法。 2.冷冻干燥：将物料冷冻至水的冰点以下，并置于高真空的容器中，通过供热使物料中的水分直接从固态冰升华为水汽的一种干燥方法。 3.渗透平衡：两溶液过一段时间后的分压相同，相当于进入半透膜的水与出半透膜的水相同，就会达到渗透平衡。不管是什么溶液体系给够足够时间后一定能达到渗透平衡。 4.渗透：渗透是水分子经半透膜扩散的现象。它由高水分子区域（即低浓度溶液）渗入低水分子区域（即高浓度溶液），直到细胞内外浓度平衡（等张）为止。水分子会经由扩散方式通过细胞膜，这样的现象，称为渗透。 5.离子交换法：应用合成的离子交换剂作为吸附剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在交换剂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物质从交换剂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。 6.湿热灭菌：指用饱和水蒸气、沸水或流通蒸汽进行灭菌的方法，以高温高压水蒸气为介质，由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，最终导致微生物的死亡。 7.双水相萃取：一些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统。 8.超临界流体：温度和压力均在本身的临界点以上的高密度流体，具有和液体同样的凝聚力、溶解力。 9.体积传质系数：是决定反应器结构的最相关的参数，它是质量传递的比速率，是指在单位浓度差下，单位时间、单位界面面积所吸收的气体。

生物工程设备习题及答案总

1. 常用的两种磁选设备的原理 （1）固定形磁钢装置（平板式磁分离器） 将永久磁钢根据需要的数量组合起来，可分散装置在谷粒经过的加料斜槽或在 加工设备之前集中装置。 工作时，原料以薄层经过磁性部分时，铁块被吸住而除去，原料自由通过。（2）永磁滚筒（旋转式磁分离器） 由转动的外筒和其中固定不动的磁铁芯（ 170 °的半圆形芯子）两部分组成。 工作时，原料经过磁性部分时，铁块被吸住，转动到盛铁盒掉落而除去，原料 自由通过。 2. 筛选分级的原理 利用物料粒度、形状不同，利用一层或数层运动或静止的筛面而达到清理的目的。 3. 振动筛的工作原理 原料大麦进入后经控料闸（控制进料量）首先经过风道进行第一次风选除去轻 的杂质和灰尘（进入沉降室），落入初清筛面，去掉除去大杂质，接着通过筛 孔落入第二级筛面，除去稍大于麦粒的中级杂质，再通过筛孔进入第三级筛面，除去细杂，得到粗糙的原料大麦，最后进行第二次风选，除去三级筛选中的杂 质（进入沉降室），得到原料大麦。 4. 精选机的工作原理 精选是按籽粒长度和形状不同进行分选 精选机是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离。 5. 常用的大麦精选机有哪两种？各有何特点? （1）碟片式精选机 碟片式精选机的主要构件是一组同轴安装的圆环形铸铁碟片，碟片的两侧工作 面制成许多特殊形状的袋孔。

碟片上袋孔的大小、形状，可根据籽粒长度的粒度曲线来确定。 碟片精选机的优点是工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；而且各种不 同的袋孔可用于同一机器中；碟片损坏可以更换。 缺点是碟片上的袋孔容易磨损。 （2 ）滚筒精选机 根据滚筒转速差别分为快速滚筒精选机和慢速滚筒精选机。 按其作用有荞子滚筒、大麦滚筒和分级滚筒之分。 滚筒精选机的特点是它分离出来的杂粒中含大麦较少； 其主要缺点是袋孔的利用系数低，产量也较低，且工作面磨损后不能修复。 6. 圆筒分级筛的工作原理和特点？ 根据物料分级的要求，在圆筒筛上布置不同孔径的筛面。原料进入后在传动装 置作用下运动并接触筛面而进行筛分。 优点：设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。 缺点：筛面利用率小，仅为整个筛面的 1/5 1.物料的粉碎度（粉碎比） 物料粉碎前后平均直径之比，称为粉碎度或称粉碎比。 X=D1/D2 式中 D1 ——粉碎前物料的平均粒径， mm ；D2——粉碎后物料的平均粒径， mm 。粉碎度表示粉碎操作中物料粒度的变化比例。 2.对粉碎机的要求 （1 ）粉碎后的物料颗粒大小要均匀。 （2）已被粉碎的物块，应立即从轧压部位排除。

贵州大学14年生物工程设备复习题

生物工程设备 填空题：（共30分，每小空1分） 1、离子交换树脂的主要理化性能有颗粒度、交换容量、机械强度、膨胀度、含水量、密度。孔结构 2、我们可以通过设计生物反应器来实现生物反应的三个目标：生产细胞、收集细胞的代谢产物、直接用酶催化得到所需产物。 3、反应器内产率可根据：质量守恒定律和能量守恒定律进行计算。 4、大型发酵罐设计主要考虑因素：罐的耐压要求、罐的内部清洗、罐内的对流与热交换。 5分批培养细胞可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期、衰退期五个生长阶段。 6按操作压强可将蒸发分为：加压、常压、减压。 7真空干燥设备一般由密闭干燥室、冷凝器、真空泵三个部分组成。 8固体物料粉碎按受力情况可分为挤压、冲击、磨碎、劈碎。 9糖蜜利用之前，需要进行稀释、酸化、灭菌和增加营养盐。处理。 10啤酒发酵设备向着大型、室外、联合方向发展。 11常见的通风发酵罐类型：机械搅拌式、气升环流式、鼓泡式、自吸式。 12板框过滤机的操作步骤：装合、过滤、洗涤、卸渣、整理。 13影响恒速干燥的主要因素空气流速、空气湿度、空气温度。 14液-液萃取设备包括混合设备、分离设备、溶剂回收设备 三个部分。 15影响传质推动力的主要因素：温度、溶液的性质、氧分压、发酵罐内液柱的高度 16常见的防腐措施：低温、缺氧、干燥、高渗、高酸度、防腐剂。 名词解释题（共16分，每小题2分） 富氧通风：通气发酵罐通常使用的是普通空气。当需要提高相应的饱和溶氧浓度时，除了升高操作罐压外，更有效的方法是用富氧空气或直接通入氧气。 离子交换法: 离子交换分离法是通过试样离子在离子交换剂（固相）和淋洗液（液相）之间的分配（离子交换）而达到分离的方法。分配过程是一离子交换反应过程。

生物工程设备期末复习题

生物工程设备期末题 1．根据工艺操作，发酵生产设备类型分为 发酵设备和 发酵设备。 2．小型发酵罐罐顶和罐身采用 连接，材料一般为不锈钢。 3．罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为 左右。 4．挡板的作用是防止液面中央形成 流动，增强其湍动和溶氧传质。 5．消泡器的作用是 。 6．大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用 使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 7．为了防止发酵液泄漏和杂菌污染，搅拌器轴与罐顶或罐底连接处需要密封，即 。 8．一个发酵罐的圆柱部分体积为80 L ，上下封头的体积分别为10 L ，如果装料系数为80%，则罐的总容积为 L ，罐的有效容积为 L ，公称容积为 L 。 9．CIP 清洗系统整个清洗程序分7个步骤：预冲洗、 、中间清洗、清水喷冲、碱喷冲、清水冲洗、 。 10．细胞培养的操作方式有 、流加式操作、半连续式操作、 连续操作和 。 11．笼式通气搅拌反应器由两大部分组成： 和 。搅拌笼体由 和其顶端的 以及套在笼体外面的 组成。 二、名词解释 1. 连续发酵。2．在线检测。3．净化工作台。4．公称容积。5．流加式操作 三、简答题 1. 机械搅拌发酵罐的基本要求是什么？2．机械搅拌通风发酵罐中搅拌器的作用是什么？3．圆柱锥底啤酒发酵罐上为什么要安装真空安全阀？4．朝日罐生产啤酒的优缺点是什么？ 1. 试论述传感器应满足哪些条件？2．以四器组合为例说明啤酒生产中麦汁的制备设备包括哪几种，每种设备的用途是什么？ 六、计算题（10分×1 = 10 分） 一个年生产12万t 赖氨酸的发酵工厂，发酵产酸水平为18％，提取总收率为85％，年生产时间为300d ，发酵周期为60 h ，洗罐准备时间为12 h ，设发酵罐的装罐系数为80％，发酵罐的容积为450 m3。问：1、该工厂每日产量是多少(t/d)？2、每日所需要的发酵液量是多少？3、每日所需要的发酵罐容积为多大？4、生产12万t 赖氨酸需要发酵罐的总数是多少？(每步计算请标清楚单位,小数点后保留一位有效数字) 一、名词解释 1、 菌体的率 YX/S 对基质的细胞得率Yx/s 2、半连续式操作 又称反复分批式培养或换液培养，是指在分批式操作的基础上，不全部取出反应系剩余部分重新补新的营养成分，再按分批式操作的方式进行培养，这是反应器内培养液的总体积保持不变的操作方式。 3、Ka 4、发酵稀释比D:补料速度与反应器体积的比值（h-1），在稳定状态下，细胞的生长速率等于稀释速率 5、过滤效率被捕捉的粉尘量与原空气中粉尘量之比。 6、装料系数：发酵罐存在持气与起泡问题，必须在充入培养液后留有一定的空间。 式中 V —发酵罐的代表容积（m 3）；V 0—进入发酵罐的发酵液量（m 3）ψ —装液系数 7、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。 8、升膜式蒸发器：真空蒸发设备，主要由加热室和汽液分离器组成，在真空状态下溶液在蒸发器的加热表面形成液膜，很快受热升温、汽化、浓缩。液膜与蒸发的二次气流方向相同称为升膜式蒸发器。 S x x ?-?=＝消耗基质的质量生成细胞的质量/s Y ?0V V =

生物工程设备

生物工程设备 教学大纲 生物科学与工程学院 生物工程教研室编2009年9月第三次修改

编写说明 生物工程设备是生物工程专业的专业核心课程之一，在我系的专业课教学中占有特别重要的地位。生物工程设备是专门研究生物工厂设备的一门学科，是生物工程专业的专业课，在学过的生物工艺，化工原理，生物化学的基础上开设的。生物技术是以基因工程为先导，结合发酵工程、酶工程和生化工程等技术，构成现代生物技术。生物工程设备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体。具体内容包括：生化反应器、生化反应物料处理及产物分离纯化设备和辅助系统设备的原理和设计及计算。通过本课程的学习使学生能够了解和掌握发酵工厂常用的发酵设备、分离提取原理及设备。并为学习其他工艺学奠定基础。 为了规范教学，提高我系的生物工程专业课的教学质量，特编写此大纲。 生物工程设备教学大纲，全面系统的介绍发酵工艺的内容，结合本学科的最新成果组织编写。本大纲的内容有：教学目的与要求、教学重点与难点、教学内容、并提供了思考题、教学参考书及课时分配表等。 本大纲由李树立老师编写，教研室集体审定。 生物工程教研室 2009年9月

课时分配表

目录理论教学部分： 第一章概述 第二章物料处理和输送设备 第一节固体物料的处理与粉碎设备 第二节固体物料输送设备 第三节液体物料的输送设备 第三章空气净化除菌设备 第一节空气净化除菌的方法与原理 第二节空气过滤除菌设备及计算 第四章培养基的制备设备 第一节糖蜜原料的稀释与澄清 第二节淀粉质原料的蒸煮糖化设备 第三节啤酒生产麦芽汁的制备 第四节培养基的灭菌 第五章通风发酵设备 第一节机械搅拌通风发酵罐 第二节气升式发酵罐(ALR) 第三节自吸式发酵罐 第四节通风固相发酵设备 第五节其他类型的通风发酵反应器简介第六章嫌气发酵设备 第一节酒精发酵设备 第二节啤酒发酵设备 第三节连续发酵 第七章植物细胞(组织)和动物细胞培养反应器第一节植物细胞(组织)培养反应器 第二节动物细胞培养反应器 第三节微藻培养反应器 第八章生物反应器的比拟放大 第一节生物反应器的放大目的及方法 第二节通气发酵罐的放大设计 第九章过滤、离心与膜分离设备 第一节过滤速度的强化 第二节过滤设备 第三节离心分离设备 第四节膜分离设备 第十章离子交换分离原理及设备 第一节离子交换树脂 第二节离子交换分离原理 第三节离子交换设备 第十一章蒸发与结晶设备 第一节常压与真空蒸发设备

生物工程设备习题答案

生物工程设备习题集 一. 单项选择题: (每题1分) 1.目前啤酒厂的糖化锅中利用_____D____进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器 2.空气过滤系统中旋风分离器的作用是_____A____。 A.分离油雾和水滴 B.分离全部杂菌 C.分离二氧化碳 D.分离部分杂菌 3.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 4.无论是种子罐或发酵罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是____C____，只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。 A.高温瞬时(133℃，15秒钟) B.同实罐灭菌一样(115℃，8-15分钟) C.高温长时(127℃，45分钟) D.间歇灭菌(100℃，30分钟，连灭三次) 5.机械轴封的动环的硬度比静环___B__。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。 A.大，碳化钨钢，铸铁 B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。 6.溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是____D_____。 A.物料进口处或出口处采用浮头管板 B.蒸发器壳体应有膨胀圈 C.物料在加热管内有足够的浓缩倍数，一般为七倍 D.加热的蒸气与物料之间有足够的温度差，一般为20-35℃ 7.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 8.空气过滤系统中空气加热器的作用是______B______。 A.对空气加热灭菌 B.升高空气温度，以降低空气的相对湿度 C.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份 D.升高空气温度，杀灭不耐热的杂菌 9.机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____C____搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下米(大罐)。 A.小于一个 B.大于一个小于两个 C.等于一个 D.等于两个 10.自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此___C___轴封。 A.应该用填料函 B.应该用单端面机械 C.应该用双端面机械 D.无需 11.安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是______D______。

生物工程设备复习习题(答案版)

生物工程设备习题 一、简答及看图题 1、压缩空气的预处理流程及压缩空气预处理设备的作用p58 要点：①掌握几种流程②流程的应用场合③流程中各设备起的作用 （1）压缩空气的预处理流程： 两级冷却、分离、加热空气预处理流程（潮湿地区）；冷热空气直接混合式空气预处理流程（中等含湿地区）；利用热空气加热冷空气流程；高效前置过滤空气预处理流程。 ①两级冷却、分离、加热空气预处理流程：对各种气候环境条件都能适应； 油、水分离效率较高，并能使空气在达到较低的相对湿度时进行过滤，提高了过滤效率。适用于潮湿地区，其他地区可根据当地的情况，对流程中的设备做适当的增减。 特点：两次冷却、两次分离（好处：能够提高热导率，从而节约冷却水，使油水分离的较为完全）及适当加热。（加热至50℃左右，需使其相对湿度减低至50-60%的程度） 旋风分离器：经过第一冷却器冷却（30-35℃）之后，大部分的油、水物质都接近或达到露点温度，已经结成较大的颗粒，并且雾粒浓度较大。 丝网分离器：第二冷却器（20-25℃）使空气进一步冷却后析出一部分较小雾粒。（能够发挥丝网分离较小直径的雾粒和分离效率高的能力。

②冷热空气直接混合式空气预处理流程 特点：可省去第二次冷却后的分离设备和空气加热设备，流程较为简单可行，利用压缩空气来加热处理后的空气，冷却水用量较少。适用于中等含湿地区，但不适用合于空气含湿量高的地区。（没有经过冷却处理后的那部分压缩空气的油水怎么办？） ③利用热空气加热冷空气流程

利用压缩后热空气合冷却后的冷空气进行热量交换，从而使冷空气升温的过程，以达到减低相对湿度的目标。 ④高效前置过滤空气预处理流程 特点：在压缩机前设置一台高效过滤器，采用泡沫塑料（即静电除菌）、超细纤维纸为过滤介质，并串联使用，使空气过滤后再进入空气压缩机。 （2）压缩空气预处理设备的作用：采风设备、粗过滤器、空气 压缩机、空气储罐、气液分离器等。 1）采风设备： ①采风塔（吸风塔）：越高越好，至少10m，设计气流速度8m/s左右。建在上风口。 ②采风室：直接建在空压机房的屋顶上面，以节约占地面积和空间。

生物工程设备考试知识点必看

生物工程设备 第一章绪论 ●生物工程设备(bioengineering equipment)：就是生物工程类工 厂或实验室为生物反应提供最基本也是最主要的能够满足特定生物反应工艺过程的专门技术装备或设施。即为生命体完成一定反应过程所提供的特定环境。 ●生物工程设备是现代生物技术的基本原理与工程学原理相交叉的 应用性学科，是将生物技术成果产业化的桥梁。 ●吕文虎克发明显微镜、柯赫建立了微生物分离纯化和纯培养技术、 弗莱明发现了青霉素，并确认青霉素对伤口感染更有疗效 ●通风搅拌发酵技术的建立标志着实现了真正意义的生物工程设 备； 代表：青霉素 ●对通气搅拌生物反应器进行了改造，发展了气升式反应器，设备 向着大型化、自动化发展 ●20世纪70年代基因重组技术诞生； 代表产物是胰岛素 第二章原料处理及灭菌设备 ●目前常用的处理方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法 ●预处理包括：筛选去杂、磁力除铁、精选分级、原料粉碎

●筛分机械原理：根据颗粒的几何形状及其粒度，利用带有孔眼的 筛面对物料进行分选的机器，具有去杂、分级两个功能 ●网目：以每英寸长度内的筛孔数表示，称为网目数，简称网目， 以M表示 ●振动筛：发酵工厂应用最为广泛，带有风力除尘功能的筛选设备， 多用于清除物料中小或者轻的杂质。 ●滚筒筛分类有 1.并列式：颗粒直径分布均匀；2,串联式：小颗粒 含量较多的；3.同轴式：大颗粒含量不多的物料 ●重力分选原理：干重重力分选、湿重重力分选 ●湿重重力分选利用不同密度的颗粒在水中受到的浮力及下降阻力 的差异进行分选的。 ●典型重力分选机械粒状原料密度去石机采用干法重力分选块根原 料除石机该设备通常采用湿法重力分选 ●精选设备常用的有滚筒式精选机、碟片式精选机、螺旋球度精选 机 ●螺旋球度精选机从长颗粒中分离出球形颗粒 ●粉碎的理论模型（a）体积粉碎模型（b）表面粉碎模型（c）均一 粉碎模型 ●粉碎：粉碎是固体物料尺寸由大变小的过程，是利用机械力来克 服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作。 ●实际粉碎过程中受到两个因素的影响：原料性质和粉碎设备结构

生物工程设备习题(名词解释)

生物工程设备习题 一.名词解释: (每题2分) 1.搅拌器轴功率 是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。 2.酶反应器 酶反应器是根据酶的催化特性而设计的反应设备。根据酶催化剂类别的不同，酶反应器可分为游离酶反应器和固定化酶反应器 3.深层过滤的对数穿透定律 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。2 1ln N K L N =- 4.搅拌雷诺准数 雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比,即 R e du ρμ=,而在搅拌容器中,液体的代表速度 u= n Di , 并以搅拌器直径 Di 代替管径 d,此时的雷诺准数称为搅拌雷诺准数2R e i nD m ρμ = 5.滤饼过滤：当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼体积至一定厚度时就起到过滤作用，此时即可获得澄清的滤液。（即无过滤介质的过滤） 6.生物药物 是利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、生物分离与纯化技术和药学的原理与加工方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗疾病的物质 7.间歇操作：又称分批操作，采用此种操作方式的生物反应器又称间歇反应器。其基本特征是反应物料一次加入到反应器中，一次卸出，中间没有物料的加入和输出；反应物系的组成仅随时间变化。它是一个非稳态过程。需要有用于清洗、加料及卸料等辅助过程。适合于多品种、小批量和反应速率较慢的反应过程。 8?连续操作：采用此种操作方式的反应器叫作连续反应器。这种操作方式的特点是原料连续输入反应器，反应产物连续地从反应器中流出，反应器内任何部位的物系的组成不随时间变化，只在流经的长度方向上变化，故连续操作反应器多属于稳态操作。一般不需要辅助过程。适用于大批量的品种的生产，具有产品质量稳定、生产效率高及易实现自动化控制和生产。 9. 生物反应器 用于生物反应过程的容器总称。包括酶反应器(游离酶和固定酶反应器)、固定细胞反应器、各种细胞培养器、发酵罐和转基因动植物等。可用于制备或生产某些生物反应产物，有的可作为生物传感器。 10.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： (0.1~0.12)0.5 b D n n D D ?=?= D-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数 11.离心机分离因数 离心机在运动过中产生的离心加速度和重力加速度的比值,叫做离心机分离因素. 是反映离心机分离能力的重要指标。 12.萃取：将选定的某种溶剂加入到混合溶液中，因混合物中各组分在不同溶剂中的溶解度不同，将所需提取的组分分离出来的过程 13.澄清过滤：当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清。（即有过滤介质的过滤） 14.对数死亡规律 在培养基湿热灭菌时，其中微生物受热死亡的速率是与残存的微生物数 ? N ：培养基中的活菌个数 ? t ：时间 ? k ：热死死亡速率 （与菌种有关，也与温度有关） K 表明微生物耐热性的强弱。K 越大，微生物越容易热死

(生物科技行业)生物工程设备复习思考题

生物工程设备部分习题 复习思考题： 1、通风发酵设备比拟放大的基本概念，说明以k d 及 为基准的 比拟放大的程序。 2、机械通风发酵罐中挡板的作用及全档板概念。 3、机械通风发酵罐的换热装置常用的有哪几种形式，并简要说明其特点。 4、发酵过程的热量计算方法有几种，并列出简单算式。 5、气升式发酵罐的结构工作及原理及特点。 6、搅拌器常用的形式有哪几种？在发酵罐中选取的流型有何特点，功率准数N P 的选定。 7、什么是牛顿型流体，什么是非牛顿型流体，非牛顿型流体有哪几种各自特点如何？ 8、复述双膜理论，写出传氧速率与气、液溶氧浓度关系式。 9、兼气酒精发酵设备常用结构，冷却面积的计算方法及步骤。 10啤酒圆筒锥体发酵罐的特点，及设计时需要考虑哪几方面问题。 11、写出生化过程5个参变量的检测目的及常用检测仪器。 12、什么叫生物传感器？生物敏感材料常用哪几种？ 13、生物传感器主要由哪几部分组成及工作原理。 14、生物传感器敏感膜的成膜方法通常有几种？说出其中一种的制作过程。 15、生物传感器在发酵生产中有何重要意义，举例说明。 16、简述搅拌周线速度（πND ）搅拌液流速度H 搅拌循环量Q L 对发酵缸比拟放大的影响。 1 2 p v

计算题|： 1、某通风发酵罐直径=液柱高度=2m N=2.0/s=120r/min 螺旋浆搅拌D i=0.33D=0.66m 通风比=0.5m3/m3minρ=1000kg/m3μ=0.001 牛.秒/m2求pg 2、某细菌醪发酵罐——牛顿流体 罐径=1.8米 园盘六弯叶涡轮直径D=0.60m，一只涡轮 罐内装器块标准挡板 搅拌四转速N=168转/分 通气量Q=1.42m3/分（罐内状态流量） 罐压ρ=1.5绝对大气压 醪液粘度：μ=1.96×10-3牛·秒/㎡ 醪液密度：ρ=1020kg/m3 求：Pg 3、有一个5m3生物反应器，罐径为1.4m，装液量为4m3，液深 为 2.7m，采用六弯叶涡轮搅拌器，叶径为0.45m，搅拌转速N=190r/min，通风比为1：0.2，发酵液密度为1040kg/m3，发酵液粘度：1.06×10-3Pa·s，现需放大至50 m3罐进行生产，试求大罐尺寸和主要工艺条件（列表） 4、一台连续灭菌设备，培养液流量为18m3/小时，发酵罐装 料36m3，原始污染度为105个/ml，要求灭菌度Ns=10-3个/罐，灭菌温度为398开（此温度下K=11/分，求维持时间ι和维持罐容积）

生物工程设备知识点总结

体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收的气体。 影响kLa的因素：物系的性质——粘度，扩散系数，表面张力 操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数 反应器的结构——反应器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力的作用 1、增加质量与热量传递速率 2、对微生物，动植物细胞的培养造成影响 机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性 1、搅拌叶轮尺寸与类型 ●叶轮尺寸与罐直径比 Di/D=0.33~0.45 选用较大的叶轮或Di/D： 多糖发酵， 动物细胞培养； ●叶轮类型的选择 功率准数、混合特性， 产生的液流作用力的大小 2、搅拌叶尖速度与剪应力 ●细胞与剪切作用 损害程度： 细胞特性、搅拌力的性质、强度、作用时间； 定性关系： 球状和杆状细胞：耐受力强， 丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切的反应器设计准则 以搅拌叶尖线速度v为基准： v≤7.5m/s 3、发酵液的流变特性 液体流变特性的影响： 传质、传热、混合； 发酵罐设计与运转； ●发酵液流变特性的类型： （1）牛顿型流体 黏度不随搅拌剪切速率和剪应力而改变（粘性定律）； 剪应力与剪切速率的关系： τ=F/A=μ(du/dy)=μγ τ为剪应力，Pa或N/m2； F为切向力，A 为流体面积； μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )； 非牛顿型流体

（2）宾汉塑性流体 τ=τ0+μsγ τ0为屈服应力，Pa; μs为表观黏度,Pa·s; 如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性和涨塑性流体 τ=Kγn K：均匀系数，稠度系数，Pa·sn； n：流体状态特性指数， 拟塑性：0﹤n﹤1 涨塑性：n﹥1 如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖； 机械搅拌通风发酵罐的的热量传递 1、发酵过程的热量计算 ●生物反应热的计算 Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散 Q搅拌： 与搅拌功率Pg有关， η功热转化率，取η=0.92； Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0.2 Q生物； ●冷却水带出的热量计算 发酵过程的最大放热： Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)] W:冷却水流量，kg/h； c：水的比热容，kJ/(kg·℃)； T1、T2:冷却水进出口温度，℃； VL：发酵液体积，m3; ●发酵液温升测量计算 旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水， 30min后测定发酵液的温度： Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)] w1、w2：发酵液和发酵罐的质量，kg； c1、c2：发酵液和发酵罐的比热容，kJ/(kg·℃)； △T：30min内发酵液的温升，℃； 2、发酵罐的换热装置 ●换热夹套 换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)； 适应：5m3发酵罐； ●竖式蛇管 4~6组 换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)； 要求水温较低； ●竖式列（排）管 传热推动力大，用水量大；

生物工程设备习题

1、对辊式粉碎机中两辊的转速为何要有5%~30%的速差？ 答：两辊速度若相同，则辊筒对物料只有挤压作用；若有速差，则可同时产生挤压与剪切作用，从而增加粉碎度。 2、锤式粉碎机是如何粉碎物料的？使用时必须注意什么？ 答：锤式粉碎机是用途比较广泛的一种粉碎机械，主要构件为加料斗、转子、锤刀、筛板等。粉碎时，物料从上方料斗加入，在悬空状态下受到锤刀的冲击力而破碎，小于格栅网孔直径的物料被筛面筛分后落进出料口；而大于网孔直径的则被抛至冲击板上再次被高速旋转的下排锤刀冲击，直到撞碎成细小颗粒，从筛孔筛分落下进入出料口。 使用时一般应注意：①为避免物料堵塞筛孔，物料给水量不应超过15%；②锤刀片应严格准确对称安装，保证主轴具有动平衡性能，避免产生附加惯性力损伤机器和出现其他意外。 3、机械搅拌式发酵罐中挡板是否越多越好？在什么情况下需加挡板？什么叫全挡板条件？答：不是越多越好，一般只要4~6块。 只要存在液相的搅拌，就要考虑加装挡板，只有在加挡板困难时才不设挡板。如①在制作搪玻璃反应罐时若加挡板则会给在金属上均匀涂瓷釉带来困难，故不加挡板，而把防腐作为主要目的；②当设置的换热装置为列管或排管，并且数量足够多时，发酵罐内不另设挡板；而冷却管为盘管时，则应设挡板。③液体黏度越大，挡板的作用就越小。因为黏度液体与罐壁所产生的阻力，就相当于挡板所起的作用。因此当液体黏度高于50pa.s时就没有必要再用挡板。④另外，挡板只适用于搅拌器直径比罐径小很多的场合，即旋转式、桨式和涡轮式。锚式、框式、螺带式等搅拌器的外缘直径接近罐内径，不能安装挡板，这几种搅拌器常用于高黏度液体的搅拌。 所谓“全挡板条件”是指能达到消除液面旋涡的最低条件。即：在一定转速下再增加罐内挡板（或附件）数也不会改善搅拌效果。 4、简述机械搅拌反应器中搅拌器的强化措施。为什么常采用圆盘涡轮式搅拌器？ 答：强化搅拌器的作用，提高发酵液的混合效果，对搅拌器常采用以下强化措施：（1）提高搅拌器转速；（2）抑制搅拌罐内的“打旋”现象，在搅拌罐内安装挡板；（3）加设导流筒等。因为涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液-液分散、液-固悬浮。 平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低。而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻挡，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。所以常采用圆盘涡轮式搅拌器。 5、怎样保证搅拌输入功率并防止“打漩”现象？影响搅拌功率的因素有哪些？ 答：（1）工业上要尽量防止“打漩”流动，常用的方法大致有2种： ①在罐内加装挡板：在搅拌罐内壁安装挡板，可以大大增加液体作旋转流动的阻力，消除圆周向的旋转运动，是最常用的方法。装置挡板后，可使机械能明显增加。 ②改变搅拌器插入的位置：如将搅拌器偏心或偏心且倾斜安装，由于搅拌器的轴线与罐轴偏离一定的位置，可以避免圆周向流动，也不存在液面凹陷问题。 （2）影响搅拌功率的因素可分为几何因素、物性因素和操作因素。其中①几何因素包括叶轮直径；叶片数目、形状及叶片长度和宽度；容器直径；容器中液体的高度；叶轮距容器底部的距离；挡板数目及宽度等等，②物性因素主要有液体的密度、黏度，此外当液体表面有下凹现象时，必有部分液体被举到平均液面以上，这部分液体必须克服重力做功，因此重力加速度也是印象搅拌功率的物理因素之一，③操作因素主要是叶轮的转速等。 6、嫌气发酵设备与通风发酵设备在结构方面有何区别？ 答：嫌气发酵设备因不需要通入昂贵的无菌空气，因此在设备放大、制造和操作时，都比好

生物工程设备考试题目

生物工程设备作业（1-4章） 绪论 1 为提高生产效应或降低生产成本，生物工程设备发展的趋势是什么？ （1）、设备材料越用越好：地缸、木桶——水泥池——碳钢、低合金钢——优质合金钢。（2）、发酵设备容积逐渐增大：由传统的木桶200-400L逐渐发展到现在:啤酒320m3、谷氨酸700m3、单细胞蛋白1500m3、喷雾干燥塔由蒸发能力50kg/h发展到5000kg/h。（3）、自动化程度越来越高：由手动及人工看罐，发展到温度、搅拌、风量、风压、PH、溶氧、消泡、补料全部可以进行自控，应用微机管理。 （4）、设备趋于标准化：由自行设计、加工发展到厂家可提供标准图纸及可订购加工。（5）、工艺流程更简单化：设备的整合使得单元操作合并，缩短了工艺流程；先进设备的应用，完全改变了原有复杂的工艺流程。 （6）、由分批生产向连续化生产过渡：连续化生产同分批生产相比较，具有优点：操作简单、生产能力大、设备利用率高（灭菌）、生产质量稳定、易实现自动化。目前，液化、糖化、连消、发酵、浓缩、干燥、结晶等单元操作都可进行连续操作。 2 为适应现代工业化生产的要求，生物工程设备技术改进的方向是什么？ 3 生物工业化的生产，对生物工程设备的要什么？ 掌握生物工程生产设备结构及工作原理。主要设备的设计计算及选型。掌握生物反应器发酵罐的设计。了解国外生物工程与设备的新技术、新设备及发展动向。初步具有独立分析和解决试验研究及工业生产上的工程设备问题的能力。 物料输送 1 在进行输送物料设备的选型时，一般考虑的主要因素是什么？ 2 斗式提升机的料斗类型和各自输送的对象是什么？ 深斗：深度大、装料多，较难卸料，适用于干燥、易撒落的颗粒物料。 浅斗：深度小，斗口宽，易卸料，可用于较湿和较黏物料的输送。 尖角形斗：侧壁延伸至板外成挡板，安装无间隙，侧壁相连成导槽，不易侧滚。 3 斗式提升机的喂料和卸料方式有哪些，分别适用那种类型的物料？ 喂料——掏取式：干燥松散的小颗粒、粉状物料，带速较高 喂入式：潮湿易结团或大颗粒物料，带速较低 卸料——离心式：适用干燥松散且磨损小的物料 重力式：适用黏度较大或较重不易甩出的物料 4 带式输送机的基本机构和输送的对象是什么？ 组成：输送带、托辊、鼓轮、传动装置、紧装置、加料装置、卸料装置 水平或倾斜输送粉状、颗粒状、块状、整件物料 5 螺旋输送机输送的特点？ 优点：构造简单，密封好，便于在若干位置进行中间装载或卸载。同时进行物料输送和混合缺点：动力消耗较大，物料易受损伤，螺旋叶及料槽也易磨损，输送距离短。 6 风力输送的方式有哪些？各自的输送特点是什么？ 1.吸引式输送特点：多点吸料送到一点、负压状态，物料不会泄漏、风机在运行时 不会污染物料、加料装置简单、物料造成风机磨损，输送动力有限，输送距离短，输送量小 2.压力输送特点：一点加料送到多点、输送动力大，输送距离长，输送量大、风机 工作环境较好、需要特殊加料装置；正压输送，粉料易泄漏；风机污染物料

生物工程设备知识点总结

体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收得气体。 影响kLa得因素：物系得性质——粘度，扩散系数，表面张力 操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数 反应器得结构——反应器得结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力得作用 1、增加质量与热量传递速率 2、对微生物，动植物细胞得培养造成影响 机械搅拌通风发酵罐得搅拌与流变特性 1、搅拌叶轮尺寸与类型 ●叶轮尺寸与罐直径比 Di/D=0、33~0、45 选用较大得叶轮或Di/D： 多糖发酵， 动物细胞培养； ●叶轮类型得选择 功率准数、混合特性， 产生得液流作用力得大小 2、搅拌叶尖速度与剪应力 ●细胞与剪切作用 损害程度： 细胞特性、搅拌力得性质、强度、作用时间； 定性关系： 球状与杆状细胞：耐受力强， 丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切得反应器设计准则 以搅拌叶尖线速度v为基准： v≤7、5m/s 3、发酵液得流变特性 液体流变特性得影响： 传质、传热、混合； 发酵罐设计与运转； ●发酵液流变特性得类型： （1）牛顿型流体 黏度不随搅拌剪切速率与剪应力而改变（粘性定律）； 剪应力与剪切速率得关系： τ=F/A=μ(du/dy)=μγ τ为剪应力，Pa或N/m2； F为切向力，A 为流体面积； μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )； 非牛顿型流体

（2）宾汉塑性流体 τ=τ0+μsγ τ0为屈服应力，Pa; μs为表观黏度,Pa·s; 如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性与涨塑性流体 τ=Kγn K：均匀系数，稠度系数，Pa·sn； n：流体状态特性指数， 拟塑性：0﹤n﹤1 涨塑性：n﹥1 如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖； 机械搅拌通风发酵罐得得热量传递 1、发酵过程得热量计算 ●生物反应热得计算 Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散 Q搅拌： 与搅拌功率Pg有关， η功热转化率，取η=0、92； Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0、2 Q生物； ●冷却水带出得热量计算 发酵过程得最大放热： Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)] W:冷却水流量，kg/h； c：水得比热容，kJ/(kg·℃)； T1、T2:冷却水进出口温度，℃； VL：发酵液体积，m3; ●发酵液温升测量计算 旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水， 30min后测定发酵液得温度： Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)] w1、w2：发酵液与发酵罐得质量，kg； c1、c2：发酵液与发酵罐得比热容，kJ/(kg·℃)； △T：30min内发酵液得温升，℃； 2、发酵罐得换热装置 ●换热夹套 换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)； 适应：5m3发酵罐； ●竖式蛇管 4~6组 换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)； 要求水温较低； ●竖式列（排）管 传热推动力大，用水量大；

生物工程设备

生物工程设备 Revised as of 23 November 2020

第一章1.为什么发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法 湿热灭菌是利用高温饱和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白质变性进行灭菌的一种方式。工业发酵培养基灭菌的特点是数量多，含有很多固体物质；灭菌后要有利于生产菌的生长；方便易行及价格便宜。 由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具有很强的穿透力，灭菌效果好； 蒸汽来源及控制操作条件方便，适用于工业发酵培养基的灭菌。 2.实罐消毒灭菌操作过程的要点 A发酵罐及附属阀门无泄漏，无死角，无堵塞；B灭菌时罐内蛇管和夹层冷却部位的冷水彻底排除干净；C控制培养基颗粒大小；D罐内空气排除；E搅拌混合均匀;F液面以下与培养基接触的管道都要进蒸汽；G液面以上不与培养基接触的管道都要排气； 3.为什么灭菌后先开空气再开冷却 防止形成真空设备吸瘪，倒吸引起染菌费用 4.实罐灭菌如要缩短冷却时间，采用何种方式比较经济合理 增加冷却面积，虽然设备投资费用增加，但降低了日常的操作费用 5.生物反应器换热面积设计计算的依据生物反应器换热冷却用水量计算依 据 生物反应器换热面积的确定一般按某个生产品种的发酵过程中某个时刻最大的发酵热作为设计计算的依据。但对一些发酵热并不大的品种，应根据反应的发酵热及培养基灭菌时的冷却方法、要求来综合考虑确定。 生物反应器换热冷却用水量计算通常按发酵热来计算。但对一些发酵热

并不大的生产品种，对培养基灭菌采用实罐灭菌的应根据反应的发酵热及培养基灭菌时的冷却要求来综合考虑确定。 6.连续灭菌系统设计如何考虑节能 系统设计根据配置培养基的工艺特性选择合理的灭菌流程及高效节能的设备，流程设计考虑冷热流体的交换。 7.连续消毒灭菌的特点是什么 连续性强，快速灭菌消毒，培养基营养成分破坏少，灭菌质量稳定，发酵设备利用率高，适用于大容积发酵罐物料的连续灭菌消毒。但由于附加设备多，操作环节多，因此染菌机会增加，不适合于含大量固体物料的灭菌，对蒸汽的要求高。 8.从工程上分析影响培养基湿热灭菌的因素有哪些 培养基成分、起泡程度、培养基颗粒大小、罐内空气排除，搅拌混合均匀等。 第二章 1. 生物发酵用的无菌空气的质量指标 压强、温度、流量、相对湿度和空气洁净度 2. 压缩空气预处理的目的 提高压缩前空气的洁净度；去除压缩后空气中的油和水；保证通气发酵用无菌空气的质量指标。 3. 生物发酵热净化空气的质量指标如何控制

生物工程设备复习题(完美打印版)

1、离子交换树脂的主要理化性能有：颗粒度、交换容量、机械强度、膨胀度、含水量、密度、孔结构等。 2、我们可以通过设计生物反应器来实现生物反应的三个目标：生产细胞、收集细胞的代谢产物、直接利用酶催化得到所需产物。 3、大型发酵罐设计主要考虑因素：罐的耐压要求、罐的内部清洗、罐内的对流与热交换。 4、常见的通风发酵罐类型：机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐、伍式发酵罐、文氏管发酵罐。 5、按操作压强可将蒸发分为:加压、常压或减压（真空蒸发）。 6、真空干燥设备一般由哪三个部分组成：密闭干燥室、冷凝器和真空泵。 7、影响恒速干燥的主要因素：空气流速、空气湿度、空气温度等外部条件。 8、液-液萃取设备包括哪三个部分：混合设备、分离设备和溶剂回收设备。 9、固体物料粉碎按受力情况分类：挤压；冲击；磨碎；劈碎。 10、糖蜜利用之前如何处理：稀释、酸化、灭菌和增加营养盐。 11、啤酒发酵设备发展方向：向大型、室外、联合的方向发展。 12、影响传质推动力的主要因素：温度、溶液的性质、氧分压、发酵罐内液柱的高度 二、名词解释题（共16分，每小题2分） 1、富氧通风：向发酵罐中通入富氧空气或直接通入氧气，提高相应的饱和溶氧浓度。 2、离子交换法：是通过试样离子在离子交换剂（固相）和淋洗液（液相）之间的分配（离 子交换）而达到分离的方法。分配过程是一离子交换反应过程。 3、悬浮培养：是指细胞在培养器中自由悬浮生长的过程，主要用于非贴壁依赖性细胞培养， 如杂交瘤细胞等。 4、液化：淀粉糊化后，如果提高温度至 130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状 结构彻底破坏，淀粉溶液的粘度迅速下降，变为流动性较好的醪液，此现象称为 淀粉的溶解或液化。 6、过滤：以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道， 而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。 7、灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的 措施。 8、萃取：利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。 9、流加发酵：补料分批发酵也叫半连续发酵、半连续培养，流加发酵，它是以分批培养为 基础，间歇或连续地补加新鲜培养基的一种发酵方法。 10、冻干技术：冷冻干燥技术(简称冻干技术)是将含水物质在低温下冻结，而后使其中的水 份在真空状态下升华的技术。 11、结晶：物质自溶液中成晶体状态析出，或从熔融状态受冷时成晶体状态凝结的过程。 12、离心分离因数：指离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值。K=Rω2/g 13、溶剂萃取：是将一种溶剂加入到料液中，使溶剂与料液充分混合，则欲分离的物质能够 较多地溶解到溶剂中，并与剩余的料液分层，从而达到分离的目的。 14、分子筛：具网状结构的天然或人工合成的化学物质。狭义上讲，分子筛是结晶态的硅酸 盐或硅铝酸盐