推荐）生物工程设备复习大纲

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1、11生物反应器设计基础1、发酵罐数的确定。可参考课件作业12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

2、）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

3、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）。非通气状态：通气状态：13嫌气发酵罐1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。2、酒精发酵罐的计算。3、啤酒发酵罐的计算及设计中涉及的问题（如压力、真空、发酵液混和及对流）等。4、新型啤酒发酵设备的优缺点。答：圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐 ）的优点在于能缩短发酵时间,而且具

4、有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要求。朝日罐的优点：可加速啤酒的成熟。发酵时罐的装量达96，提高设备利用率，减少了排除酵母时发酵液的损失。 缺点：动力消耗大。 5、CIP在位清洗。预冲洗-碱预洗-中间清洗-固定喷头喷洗-碱喷洗-清水冲洗-酸冲洗6、连续发酵与间歇发酵的优缺点。答： 连续发酵：培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，发酵周期短，设备利用率和生产效率高，易于自动化生产。缺点：微生物的突变，污染杂菌，混合均匀度不理想，丝状菌的输送困难。间歇发酵：操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。141动物细胞培养反应器1、动物细胞培养的特点。答：1. 细胞生长缓慢，易受微生物污染，

5、培养时需要抗生素；2. 动物细胞较微生物大得多，无细胞壁，机械强度低，适应环境能力差；3. 培养过程需氧量少，且不耐受强力通风与搅拌；4. 在机体中，细胞相互粘连以集群形式存在；5. 培养过程产物分布于细胞内外，成本高，产品价格昂贵；6. 大规模培养时，不可套用微生物反应的经验；7. 原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡。2、动物细胞培养反应器的分类。答：1. 通气搅拌式细胞培养反应器 2. 气升式细胞培养反应器 3. 中空纤维细胞培养反应器 4. 实验室水平的微囊细胞培养反应器 5. 工业化水平的大载体细胞培养反应器 6. 微载体细胞培养反应器 7. 活体生物反应器142植物细胞培养反应器1

6、、植物细胞培养反应器的分类。答：2、植物细胞培养与微生物培养的区别。答：细胞的大小 细胞块的形状 培养液的黏度 需氧量 Kla 值比微生物培养的Kla值小得多 对剪切力敏感 需CO2和光照143微藻细胞培养反应器1、微藻细胞培养的特点及反应器种类。答： 特点：（1）需要足够的光照；（2）需要供应大量的CO2和排放大量的O2；（3）混合均匀，防止细胞沉降，且使细胞受光均匀；（4）微藻的培养基多采用海水配制，除淡水藻外。 种类：1.敞开式培养反应器 2.密闭式培养反应器 3.管道式光培养反应器 4.浅层溢流光培养反应器 15生物反应器的检测与控制1、生物工程对传感器的要求。答：（1）传感器能经受高

7、压蒸汽灭菌；（2）传感器及其二次仪表具有长期稳定性；（3）最好能在过程中随时校正；（4）探头材料不易老化，使用寿命长；（5）探头安装使用和维修方便；（6）解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞问题；（7）价格合理，便于推广使用。2、生物传感器及其组成。答：生物传感器将生物体的成份（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。 组成：敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件3、生化过程各参数控制图的绘制。答：温度的控制 pH的控制 溶氧的控制 泡沫的控制4、PID控制。16生物反应器的比拟放大1、生物反应器放大的目的。答：应用理论

8、分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。 2、放大的内容。答：罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放大问题，这些内容都有一定的相互关系。3、经验放大中常用的两种方法答：因次分析放大方法-就是在放大过程中，维持生物发酵系统参数构成的无因次数群（称为准数）恒定不变。 数学模拟法-是根据有关原理和必要的试验结果，对实际的过程用数学方程的形式加以描述，然后用计算机进行模拟研究、设计和放大。该法的数学模型根据建立方法不同可分为由过程机理推

9、导而得到的“机理模型”、由经验数据归纳而得的“经验模型”和介于二者之间的“混合模型”。211生物反应物料处理设备1、 固体物料的筛选除杂设备具体包括哪些。答：谷物原料粗选设备 1.大麦粗选机2.磁力除铁器 大麦的精选设备 1.滚筒精选机2.碟片式精选机 大麦的分级设备 1.平板分级筛2.圆筒分级筛2、原料粉碎的方式，具体设备。答：湿法粉碎和干法粉碎。 设备：锤式粉碎机 双转子锤式粉碎机 辊式粉碎机 (对辊粉碎机) 多辊粉碎机 球磨、圆盘钢磨3、物料粉碎的力学分析。答：固体物料的粉碎按其受力情况可分以下几种：挤压破碎(a)、冲击破碎(b)、研磨粉碎(c)、剪切破碎(d)、劈裂粉碎(e)。4、 锤

10、式粉碎机的工作原理。答：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。5、两辊式粉碎机的工作原理。答：由两个直径相同的钢锟相向转动，把放在钢锟之间的物料夹住入两锟之间，物料受到挤压力而被压碎。两个锟子中，一个是固定的，一个是可以前后移动的，用以调节两锟筒的间距，控制粉碎粒度。212液体培养基的制备及杀菌设备1、罐式连续蒸煮流程及蒸煮罐和后熟罐结构特点及作用。该流程中，蒸煮罐3是在加热，实际上应称为加热罐，后熟器4不在加入蒸汽，是保持温度，起到维持一定时间的后熟作用。最后一个后熟器主要起到气液分离作用，使经加热，后

11、熟的蒸煮醪分离出一部分蒸汽并使之降温。2、 真空冷却装置设备图及原理。1、真空冷却器 2、 冷凝器 3、喷射器 4、冷水进口 5、料液进口真空冷却：物料在一定真空度下蒸发部分水，需要汽化潜热，取自料液本身，因而料液很快被冷却到真空相应的温度。 真空冷却器中真空度产生：一般要借助于水力喷射泵或蒸汽喷射泵，连续地抽去真空冷却器中的二次蒸汽。 3、啤酒厂麦汁制备的四器组合答：四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁蒸煮锅；糖化锅：使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。麦芽汁煮沸锅：又称煮沸锅或称浓缩锅，用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发，使麦汁达到要求浓度，并加入酒花，浸出酒花

12、中的苦味及芳香物质；还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。4、液体培养基的灭菌方法及工业常用的方法。答：(1)化学试剂灭菌：常用试剂有甲醛、氯、高锰酸钾、环氧乙烷等；（2）射线灭菌：x-射线、 -射线、紫外线；（3）干热灭菌；（4）湿热灭菌；（5）过滤除菌培养基及发酵设备的灭菌：分批灭菌（实罐灭菌或实消） 空罐灭菌（空消） 连续灭菌（连消） 过滤器及管道灭菌5、 对数残留公式及理论灭菌时间。6、 实罐灭菌、连续灭菌及灭菌时间的计算。参考课件221过滤、离心与膜分离设备1、常压、加压和真空过滤具体设备。2、离心分离因数 3、常用的膜分离设备答：板式膜过滤器 管式膜过滤器 中空纤维式膜分离器 螺旋

13、卷式膜分离器222离子交换分离、色谱原理及设备1、离子交换的原理借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的,是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换是可逆的等当量交换反应。 2、常用的离子交换罐（具有多孔支持板的离子交换罐）结构图答：1-视镜 2-进料口 3-手口4-液体分布器 5-树脂层 6-多孔板 7-尼龙层 8-出液口23萃取分离设备1、溶剂萃取的方法答：1，单级萃取 2.多级错流萃取 3.多级逆流萃取2、双水相体系及常用于生物分离的双水相体系。答：双水相体系：某些有机物之间或有机物与无机盐之间，在水中以适当的浓度溶解后形成互不相溶的两相

14、或多相水相体系。常用生物分离的双水相体系：PEGDextran系列和PEG无机盐系列。24蒸发与结晶设备1、常压蒸发设备答：1. 夹套加热式麦芽汁煮沸锅2. 内置加热式麦芽汁煮沸锅 3. 外加热式麦芽汁煮沸锅2、真空蒸发的优点及设备答：1.物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温所产生的质变；2. 提高了热交换的温度差，增加了传热强度；3.为二次蒸汽的利用创造了条件，可采用双效或多效蒸发，提高热能利用率；4.蒸发器热损失减少。设备：1. 管式薄膜蒸发器 2. 降膜式蒸发器 3. 刮板式蒸发器 4. 离心式薄膜蒸发器3、升膜式蒸发器工作原理、降膜式蒸发器工作原理答：升膜式蒸发器工作原理：物料从加热器下部进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓度液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。降膜式蒸发器工作原理