生物工程与设备复习总结

《生物工程与设备复习总结》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物工程与设备复习总结（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、复习提纲复习提纲 第三章 各种生物反应器 通风搅拌式发酵罐 1、 在立式圆筒形的搅拌式发酵罐中，流体的搅拌流型主要有哪几种？其中，什么流型对混合起重要作用？ 答：径向流型、轴向流型，轴向流型对混合起重要作用。 2、 机械搅拌式通风发酵罐通常采用的换热装置有哪几种？ 答：换热夹套、竖式蛇管、竖式列管 3、 从吸气原理的角度来讲，机械搅拌自吸式发酵罐的主要结构是什么？ 答：吸气搅拌叶轮及导轮，也称作转子和定子。 4、 什么是径向流流体？什么是轴向流流体？ 答：径向流动：径向流动：流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向下流动， 再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下二

2、个循环流动。 轴向运动轴向运动：流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推动，使流体向下流动，遇到容器底面再向上翻，形成上 下循环流。 切向流切向流是无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会形成漩涡，混合效果很差 5、 常见的径向流搅拌器有哪几种？其混合特点是什么？ 答：Rushton 涡轮、半圆管圆盘涡轮 CD-6、弧叶圆盘涡轮 BT-6 流式搅拌器的优势优势是气体分散能力强,但是其功耗较大,作用范围小 6、 常见的轴向流搅拌器有哪些种？其混合特点是什么？ 答：四宽叶螺旋式叶轮、机翼螺旋式叶轮、四斜叶开启涡轮 轴向流搅拌器的轴向混合性能较好,功耗低,作用范围大,但是其对气体的控制能

3、力弱 7、 为了计算发酵罐所需的换热面积必须对发酵过程的热量进行衡算。发酵过程的热量计算可采用哪些方法？ 答：生物合成热计算法、冷却水带出热量计算法。 8、 通用式机械搅拌发酵罐的关键结构尺寸关系是怎样？如高径比、搅拌器直径与发酵罐直径之比、搅拌器安装位 置等等。 9、 气升式反应器特点特点有哪些？ 答：反应溶液均匀分布；较高的溶氧速率和溶氧效率；剪切力小，对细胞损伤小；传热良好；结构简单，易于 加工制造；操作和维修方便 10、 上伸轴、下伸轴搅拌式发酵罐如何定义？ 答：上伸轴搅拌式发酵罐： 下伸轴发酵罐： 11、 自吸式反应器特点特点有哪些？ 答：无需空气压缩机, 设备投资少, 占地面积小；

4、溶氧速率和效率高, 能耗低；尤其适合酵母单细胞生产和醋 酸的生产, 经济效益高；较易产生杂菌污染 12、什么是全挡板条件？ 答：全挡板条件全挡板条件是达到消除液面旋涡的最低条件。 13、什么是公称体积？ 答：所谓的公称体积公称体积是指罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和。 14、画出通用式机械搅拌发酵罐的示意图，并指出主要部件的名称及用途？ 搅拌器的作用：混合与传质。 挡板的作用：改变被搅拌液体的流动方向，使之产生纵向运动，从而消除液面中央部分产生的下凹旋涡。 轴封的作用：防止染菌与泄漏。 空气分布器：向发酵罐内通入空气，保证菌体生长所需溶氧。 夹套：降低罐体内的温度，是罐体内的温度维持在一定

5、的范围内。 15、叙述气升式发酵罐的工作原理？ 答：工作原理工作原理是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， 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，实现混合与溶氧的 传质。 16、计算题：如何计算发酵罐的冷却面积？ 1电动机 12载热介质出口 2减速机 13挡板 3机架 14螺旋导流板 4人孔 15轴向流搅拌器 5密封装置 16径向流搅拌器 6进料口 17气体分布器 7上封头 18下封头 8筒体 19出料口 9联轴器 20载热介质进口 10搅拌轴 21气体进口 11夹套 17、计算题：如何计算机械搅拌式发

6、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？其基本结构是怎样的？ 答：圆筒体锥底罐圆筒体锥底罐、联合罐、朝日罐联合罐、朝日罐 3、 什么是 CIP 清洗系统？ 答：所谓 CIP CIP (Clean In Place)清洗系统清洗系统，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

7、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优缺点

8、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

9、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、

10、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 有体积，使反应器内的总体积不变。 连续式连续式：细胞维持持续指数增长；可控制衰退期与下降期（在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器 连续添加新鲜培养基（防止衰退期出现） ；

11、同时，含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出， 使反应条件处于一种恒定状态。 ） 灌注式灌注式：把细胞和培养基一起加入反应器后，在细胞增长和产物形成过程中，不断地将部分培养基取出，同时 又连续不断地灌注新的培养基。 第五章 生物反应器的检测和控制 1、 什么是生物反应器的在线监测在线监测？ 仪器的电极或探头可与培养基直接接触而连续的读取数据 2、 发酵过程中反应器系统常需检测的参数常需检测的参数有哪些？常用的检测仪器或方法检测仪器或方法有哪些？ （1）物理参数：温度、压强、页面、泡沫高度、培养基流加速度、通气量、发酵液粘度、搅拌功率、搅拌转速、 冷却介质流量与温度、加热蒸汽压强、湿度、酸

12、碱及消泡剂用量 化学参数：PH、溶氧浓度、溶解 CO2、氧化还原电位、排气的氧分压、排气的 CO2 分压、培养基浓度 产物浓度、底物浓度 生物量：细胞浓度、酶活性、细胞生长速率 （2）发酵液中 PH 的测定：复合 PH 电极 温度测定：玻璃温度计，热电偶，半导体热敏电阻温度计，电阻温度计 压强的检测：隔膜式压力表 培养基和液体流量的测定：液体质量流量计、电磁流量计、漩涡流量计、转子流量计 溶氧浓度的检测：一般使用电化学电极检测方法，有电流电极和极谱电极两种方法 氧化还原电位测定：使用复合电极测定，氧化还原电极使用前也需进行标定 溶解二氧化碳浓度的检测：二氧化碳测量电极 泡沫的检测：电容探头、电

13、阻探头、电热探头、泡沫检测转盘、超声探头 发酵液粘度的检测：振动式粘度计、毛细管粘度计、回转式粘度计、涡轮旋转流量计 搅拌器转速和搅拌功率的检测：磁感应、光感应、测速发电机 细胞浓度测定：全细胞浓度测定：湿重法、干重法、浊度法、湿细胞体积法 活细胞测定：利用 ATP 和 NADH 进行测定 培养液尾气分析：工业上进行分析的参数一般有尾气总流量、尾气中二氧化碳的含量，尾气中的氧含量 工业上常用转子流量计测量尾气的总流量，实验室一般采用质量流量计；尾气中二氧化碳含 量的测定常用非色散红外二氧化碳分析仪；测量尾气中氧气的含量一般用顺磁氧分析仪。 3、 什么是生物传感器？生物反应器的工作原理是什么？

14、生物传感器生物传感器：是利用酶、抗体、微生物等作为敏感材料，将所感受的生物体信息转换成电信号进行检测的传感 器。 工作原理工作原理：待测物质经扩散作用进入固定生物膜敏感层，经分子识别而发生生物学作用，产生的信息如光、热、 音等被相应的信号转换器变为可定量和处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，以电极测定其电流值或电压 值，从而换算出被测物质的量或浓度 4、 根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感材料不同，生物传感器如何分类？ 根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感材料可分为分为酶传感器、 微生物传感器、 免疫传感器、 组织传感器、 基因传感器、细胞及细胞器传感器。 第六章 生物反应器的比拟

15、放大 1、了解和掌握按几何放大及体积溶氧系数相等的原则对发酵罐进行比拟放大的思路 计算题计算题： 1、 某厂试验车间用枯草杆菌在 100 升罐中进行淀粉酶生产，获得良好效果，拟放大至 20 立方米罐。此发酵液为牛 顿型流体，黏度=2.25*10-3Pa，密度=1020kg/m3。试验管的尺寸为：直径 D=375mm，搅拌叶轮 Di=125mm， 高径比 H/D=2.4，液深 HL=1.5D，4 块挡板的 W/D=0.1；装液量为 60L，通气速率 1.0VVm，使用两档圆盘六直叶 涡轮搅拌器，转速 N=350r/min。通过实验研究，证明此发酵为高耗氧的生物反应，故可按体积溶氧系数相等的 原则

16、进行放大。 （P170） 求解步骤：求解步骤： （1）计算试验罐的 Kd 值； （2）按几何相似原则确定放大生产罐的尺寸； （3）确定放大生产罐的通气量； （4） 按 Kd 相等原则计算放大生产罐的搅拌转速和搅拌功率。 一、计算试验罐的 Kd 值： 思路：雷诺准数 Re不通气条件下的搅拌功率通气搅拌功率溶氧系数 雷诺准数 Re= =4.1310 4 故发酵系统属于充分湍流，功率系数 Np=6.0。故两组叶轮的不通气搅拌功率为： 通气搅拌功率为 = 39.5（W），其中，Q=VVm*VL 溶氧系数:, ,其中，其中， 二、按几何相似原则确定放大生产罐的尺寸 放大罐的有效装料体积仍取 60%，按照放大罐与小罐几何尺寸相同，即 ，计算放大罐的 D、H、 Di、HL。 三、确定放大生产罐的通气量 若维持通气强度（VVm）不变，则放大罐的通气量，则 可见，若按同时期强度不变，则放大罐的通气空截面气速相当于试验罐的6 倍。经验表明，这种气速太高。故可 折中取=150cm/min. 由此可计算放大罐的通气速率