生物工程设备(2)(1)(1).doc

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1、临界溶氧浓度:满足微生物呼吸最低限度的溶解氧浓度。 全挡板条件:“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。过饱和溶解度曲线:由于固体物质的溶解度随温度变化而变化,随温度一定而一定,当溶液达到饱和以后,向溶液中加入这种溶质,溶质不再溶解,这种变化可以用过饱和溶解度曲线来表示。我们用纵坐标表示过饱和溶解度,横坐标表示温度,绘出固体物质的溶解度随温度变化的曲线,这种曲线叫做过饱和溶解度曲线。自由沉降速度:又称终端速度。指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰时,在等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度。即加速阶段终了时颗粒相对于流体的

2、速度。 比生长速率:每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率。 生物转化:是指外源化学物在机体内经多种酶催化的代谢转化。生物转化是机体对外源化学物处置的重要的环节,是机体维持稳态的主要机制。对数死亡定律:活菌数逐渐减小,即微生物死亡速率与任一瞬间残存的活菌数成正比。 非牛顿流体:指不满足牛顿黏性实验定律的流体,即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。 薄膜蒸发:使液体形成薄膜而进行的蒸发称为薄膜蒸发。 预敷:在待过滤的悬浮液中加入适量的硅藻土预涂层,用以保护支持介质的毛细孔道不被滤饼层中固体粒子堵塞。气流的输送速度:利用气流的能量,在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料的速度。

3、搅拌器的轴功率:泵在一定流量和扬程下,原动机单位时间内给予泵轴的功。 对数穿透定律:过滤效率就是过滤器滤层所滤去的微粒数与空气中原有微粒数的比值。 液相进塔:粗镏塔发生的撒气先冷凝成液体然后再进入精馏塔(多一次排醛机会)。气相进塔:指两塔连续蒸馏时,粗酒精蒸气气相进精馏塔流程。三塔式蒸馏:是指由粗镏塔、排醛塔、精馏塔三个塔组成的可以将液固液混合物分离成较纯或近千纯态组分的化工单元操作。 离心机的分离因数:离心分离机转鼓内的悬浮液或乳浊液在离心力场中所受的离心力与其重力的比值,即离心加速度与重力加速度的比值。 爬膜现象:环形流液体的上升是靠高速蒸汽流对液层的拖带而形成。贴壁生长:动物细胞比微生物

4、细胞需要更多的营养,且大多数哺乳动物细胞需依附着在固体或半固体的表面才能生长。旋转培养:反应器搅拌柔和,培养液可以连续地通过旋转的不锈钢或陶瓷过滤器从反应器中流出。功率准数:液体受到外力与惯性力的比值。雷诺系数:液体惯性力与粘滞力的比值。比拟放大:增加发酵生产的规模,如从实验室规模到中试规模,或者从中试规模到生产规模。比拟缩小:模拟工业生产条件进行实验室或中试试验。离心沉降:借惯性离心力的作用使连续介质中的分散质产生沉降运动的分离。离心过滤:滤液借惯性离心力作用迅速穿过滤饼及过滤介质而固体颗粒被截留的分离。沉降器:用重力沉降实现分离的设备。晶体:纯的,化学均一性的固体,同一晶体内各个不同部位的

5、成分和结构是相同的。轴封作用:对灌顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封,防止泄露和污染杂菌。公称容积:发酵罐的圆柱部分和底封头容积之和。调节稀释率:在开放式单级均匀混合非循环连续发酵系统中,通过人为调节新鲜培养液流入发酵器的速度。泡沫:气体被分散在液体中的一种胶体体系,气液之间被一层液膜隔开。1.培养基及其制备原料的预处理:除尘、除杂、筛选、分级。预处理的必要性、预处理的方法及意义:培养基的预处理可改变发酵液(培养液)的物理性质,以利于固液分离,还能去除发酵液(培养液)中部分杂质及杂菌以利于后续各步操作。发酵液的预处理的方法:(1)加热;(2)凝聚与絮凝;(3)加入盐类;(4)调节pH;(5)加入助

6、滤剂。原料的输送以及气流输送的基本流程:沉降速度、悬浮速度、气流的输送速度2.培养基及设备的灭菌培养基灭菌的目的、要求和方法;目的:使生化反应过程在没有杂菌污染的情况下进行。方法:化学试剂灭菌法、电磁波、射线灭菌法、 热灭菌法 (干热、湿热和火焰灭菌法)、过滤除菌法 (阻留微生物,达到除菌的目的)。湿热灭菌的理论基础:芽孢或孢子的热阻要比生长期营养细胞的热阻大得多,这是由于芽孢或孢子内吡啶二羧酸含量对热阻的增加有关。另外,芽孢中蛋白质含水量较营养细胞低(特别是游离水分少),也是芽孢耐热强的一个原因。3.对数死亡定律、利用阿累尼乌斯方程推导解释高温短时间的理论依据微生物受热死亡的主要原因是高热能

7、使蛋白质变性,这种反应可认为是单分子反应,死亡速率可视为一级反应,即反应(微生物死亡)速率与残存的微生物数量成正比。4.培养基间歇灭菌过程中应注意的问题:利用反复多次的流通蒸汽加热,杀灭所有微生物,包括芽孢。方法同流通蒸汽灭菌法,但要重复3次以上,每次间歇是将要灭菌的物体放到37孵箱过夜,目的是使芽孢发育成繁殖体。若被灭菌物不耐100高温,可将温度降至7580,加热延长为3060分钟,并增加次数。适用于不耐高热的含糖或牛奶的培养基。连续灭菌的基本流程;加热、保温、冷却。连续灭菌与间歇灭菌的比较;影响灭菌的因素:1培养基成分:培养基中脂肪、糖分和蛋白质的含量越多,微生物的热死速率越慢;2培养基的

8、物理状态:固体培养基和液体培养基的导热方式不同;3培养基的pH:大多数微生物在酸性或碱性溶液中,比在中性溶液中容易受热死亡;4泡沫:泡沫具有隔热作用,传热很差;5搅拌:保持发酵罐中培养基均匀,不至于局部过热与局部温度过低。5.空气除菌的工艺和设备空气中微生物的分布:空气中微生物的含量和种类,随地区、季节和空气中灰尘粒子多少,以及人们的活动情况而异。1干燥寒冷的北方空气中的含菌量较少,而潮湿温暖的南方则含菌量较多;2人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多;3地面又比高空的空气含菌量多。6.发酵工业对空气无菌程度的要求:各种不同的发酵过程,由于所用菌种的生长能力强弱、生长速度的快慢它的分泌物的性质、

9、发酵周期的长短、培养物的营养成分和pH值的差异,对所用的无菌空气的无菌程度有不同的要求。一般按染菌机率为103来计算,即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许12次染菌。空气除菌的方法:过滤除菌、热杀菌、静电除菌、辐射杀菌等。7.介质过滤除菌的机理:1惯性碰撞-滞留作用;2阻拦滞留作用;3布朗扩散作用;4重力沉降作用;5静电吸附作用;6筛分作用。绝对过滤介质:介质的孔隙小于微生物,利用阻留作用进行除菌。深层过滤介质:介质的孔隙大于微生物。利用拦截、颗粒的惯性冲击、布朗运动、颗粒与介质的静电引力和重力等作用进行除菌。8.对数穿透定律:研究空气过滤器的过滤规律时为了简化做了4个假设条件下:(1)流

10、经过滤介质的每一纤维的空气流态并不因其他临近纤维的存在而受影响;(2)空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附,不在被气流卷起带走;(3)过滤器的过滤效率与空气中的微粒无关;(4)空气中微粒在滤层中的递减均匀,即每一纤维层出去同样百分率的微粒数。在这些假定条件的前提下发现,空气通过单位滤层后,微粒下降的浓度与进入空气的微粒浓度成正比。即对数穿透定理。9.空气过滤除菌流程的分析:(组成、设备作用):(1)将吸入的空气先经前过滤;(2)再进空气压缩机,从压缩机出来的空气先冷却至适当的温度,经分离除去油水,再加热至适当的温度,使其相对湿度为50%60%(一般用相对湿度在60%的压缩空气进行过滤除菌,不会

11、将过滤器打湿而影响过滤效果);(3)再通过空气过滤器除菌,达到合乎要求的无菌空气。10.厌氧发酵设备(1)酒精发酵罐的结构及计算:啤酒发酵设备(C.C.T)及计算:(外型结构特点、主要部件):(2)发酵罐罐数的确定:对于间歇发酵,发酵罐罐数可按下式计算: N=nt/24+1式中N:发酵罐个数(个);n:每24小时内进行加料的发酵罐数;t:发酵周期(3)发酵罐冷却面积的计算:发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定,即:F=Q/(Ktm) F:冷却面积(米2);Q:总的发酵热(焦耳/小时);K:传热总系数(焦耳/米2.小时.C);tm:对数平均温度差(C)。11.某酒精工厂,每发酵罐的进料量

12、为24吨小时,每4小时盛满一罐,发酵周期为72小时,冷却水的初、终温分别为20C和25 C,若罐内采用蛇管冷却,试确定:发酵罐的结构尺寸?罐数?冷却水耗量?冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸?(糖化醪密度为1076公斤米3)。12.通风发酵设备通风发酵罐及结构:通风发酵罐又称好气性发酵罐,如谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等发酵用的发酵罐。好气性发酵需要将空气不断通入发酵液中,以供微生物所消耗的氧。 机械搅拌发酵罐:机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是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,以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。气升式发酵罐的基本结构以

13、及部件的作用;分为内循环和外循环两种。其主要结构包括:罐体、上升管、空气喷嘴。通气与搅拌:搅拌器轴功率的计算:P0:不通气时搅拌器输入液体的功率(瓦);:液体的密度(公斤/米3);:液体的粘度(牛.秒/米2);D:涡轮直径(米);N:涡轮转数(转/秒)。K,m:决定于搅拌器的型式,挡板的尺寸及流体的流态,是一个无因次数,可定义为功率13.氧的传递:步骤、影响氧传递速率的因素:根据经验公式 KLa = k(P/V)(vs)(app) (1)搅拌;(2)空气流速;(3)空气分布管;(4)发酵罐内液柱的高度;(5)发酵液的性质;(6)泡沫和消泡剂。14.计算举例某细菌醪发酵罐,罐直径T1.8(米),

14、圆盘六弯叶涡轮直径D0.60米,一只涡轮,罐内装四块标准挡板,搅拌器转速N168转分,通气量Q1.42米3分(已换算为罐内状态的流量),罐压P1.5绝对大气压,醪液粘度1.9610-3牛秒米2,醪液密度1020公斤米3,要求计算Pg?(1)计算ReM:ReM=5.25 104(2)由NP ReM查NP , NP =4.7(3)计算P0:P0=NPD5N3= 8.07(千瓦)(4)计算Pg15.过滤及离心过滤速度的强化:(1)发酵液的预处理;(2)过滤介质的选择;(3)过滤操作条件优化(改善悬浮液的物理性质,优化操作条件)。板框过滤机及真空转鼓过滤机的工作原理:连续式过滤机的一种。构造与转筒真空

15、过滤机相似,操作原理也相同。以负压作过滤推动力,过滤面在圆柱形转鼓表面的连续过滤机。这种过滤机最初用于制碱和采矿工业,后来应用扩展到化工、煤炭和污泥脱水等部门。16.离心分离机的工作原理和分离因数:原理:(1)离心过滤:悬浮液在离心力场下产生的离心压力,作用在过滤介质(滤网或滤布)上,使液体通过过滤介质成为滤液;而固体颗粒被截留在过滤介质表面,形成滤渣,从而实现液-固分离。(2)离心沉降:利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理,实现液-固(或液-液)分离。分离因数:离心分离机转鼓内的悬浮液或乳浊液在离心力场中所受的离心力与其重力的比值,即离心加速度与重力加速度的比值。离心过滤和离心澄清的区别:离心过滤仅是指滤饼层表面留有自由液层,即经过滤形成的滤饼层内始终充满液体的阶段;16.蒸发和结晶设备麦芽汁煮沸锅的结构特点:(1)锅体:麦芽汁煮沸锅锅体是一个近似球形的设备,因为球形可以用比较薄的材料做成体积比较大、又具有足够机械强度的容器,同时清洗方便,搅拌功率消耗比较小。(2)加热夹套结构:对于小型的煮沸锅,通常是在整个锅底装置加热夹套。但对于大型的煮沸锅,由于锅的直径大,若采用整体加热夹套,受力较差

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