2022年生物工程设备知识点总结 .pdf

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1、名师精编优秀资料体积溶氧系数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=0.330.45 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

2、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：v7.5m/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：=F/A=(du/dy)= 为剪应力， Pa或 N/m2 ；F为切向力， A 为流体面积；为流体黏度Pas，为剪切速率 （速度梯度， s1 )；非牛顿型流体精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 20 页名师精编优秀资料（2）宾汉

3、塑性流体=0+s0 为屈服应力，Pa; s 为表观黏度 ,Pas; 如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性和涨塑性流体=Kn K：均匀系数，稠度系数，Pasn；n：流体状态特性指数，拟塑性：0n1 涨塑性：n1 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， 功热转化率，取=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

4、：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： 400600 kJ/(m3h )；适应： 5m3 发酵罐；竖式蛇管46 组换热系数高： 12004000 kJ/(m3h)；要求水温较低；竖式列（排）管传热

5、推动力大，用水量大；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 20 页名师精编优秀资料机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积标准发酵罐的几何尺寸H/D=1.74 d/D=1/21/3 W/D=1/81/12 B/D=0.81.0 (s/d)2=15 H0/D=2 公称体积指罐的筒身（圆柱）体积与底封头体积之和。椭圆形封头体积：V1=D2hb/4+D2ha/6 ha：椭圆封头的直边高度，m；hb：椭圆短半轴长度，标准椭圆hb=D/4；罐的全体积：V0= D2(H0+2(hb+D/6)/4 D2 /4+0.15D3 （m3）气升式发酵罐(

6、ALR) 工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔以250300m/s 的速度喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用使气泡碎裂，同时形成的气液混合物由于密度较低向上运动，而气精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 20 页名师精编优秀资料含率小的发酵液则向下运动，形成循环流动，实现混合与传质。优缺点：结构简单，冷却面积小；无搅拌传动设备，节约动了约50，节约钢材；操作无噪音；料液可充满达8090，而不需加消泡剂；维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低；类型：气升环流式、鼓泡式、

7、空气喷射式；气升环流式反应器的特点发酵液分布均匀：基质均匀分散； 避免液面形成稳定的泡沫层；使淀粉类易沉降的物料悬浮分散；较高的溶氧速率和溶氧效率剪切力小，对细胞损伤小：适合植物细胞和组织培养；传热良好：液体综合循环速率高；便于在外循环管路上进行换热；结果简单，易于加工制造：无搅拌器，不需安装结构复杂的搅拌系统；容易保证密封；加工制造方便，设备投资较低；易于放大制造大型反应器；操作维修方便自吸式发酵罐原理： 不需要空气压缩机提供压缩空气，依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，同时实现混合搅拌与氧传质的发酵罐。特点：节约空压机及其附属设备冷却器、油水分离器、空气贮罐、过滤器等

8、，减少占地面积，减少设备投资约30左右；溶氧效率高，能耗低；设备便于自动化、连续化，用于酵母和醋酸生产具有生产效率高优点；缺点：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。自吸式发酵罐的构件主要是自吸搅拌器和导轮，又称转子及定子；喷射自吸式发酵罐原理：发酵液通过文氏管或液体喷射装置时，在收缩段流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现氧传质。类型：（ 1）文氏管自吸式发酵罐；（2）液体喷射自吸式发酵罐。主要用于酵母培养溢流喷射自吸式发酵罐原理： 液体溢流通过溢流喷射器形成抛射流，液体表面层与相邻的气体进行动量传递，使精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总

9、结 - - - - - - -第 4 页，共 20 页名师精编优秀资料边界层的气体具有一定的速率，从而带动气体进入发酵罐；溢流喷射自吸式发酵罐类型：单层、双层。主要用于酵母培养其他类型的通风发酵设备：固定床生物反应器，卧式转盘反应器，中空纤维生物反应器，机械搅拌光照发酵罐嫌气发酵设备传统酒精发酵罐采用圆柱形筒体，蝶形或锥形封头温度控制： 中小型罐采用罐外喷淋冷却；大型罐采用罐内蛇管或与罐外喷淋相结合的冷却方式清洗方式：人工清洗、机械清洗水力清洗装置：喷水管两头弯成一定的弧度并装有喷嘴，管上开有小孔， 当喷嘴以一定的速度喷出水时， 反作用力使喷水管旋转，从而达到对罐内各个部位水力洗涤的目的。缺点

10、是水压不大时， 水力喷射强度和均匀度都不理想。可在原有水力喷射装置的基础上，安装一根直立的喷水管，管上钻有小孔洗涤效果可大大提高。新型大容量酒精发酵罐采用斜底或锥底，顶部为锥顶，夹套冷却由于罐太大，中心部位降温和底部循环困难。可采用两种不同的措施：1、采用中心降温水柱对罐中心醪液进行降温，或采用罐外螺旋板换热器循环来降温；2、侧搅拌或连通器加泵循环来改善混合和滞留问题；酒精发酵罐的计算（一）发酵罐结构尺寸的确定容积： V=V0/V0进入发酵罐的发酵液量（m3）装液系数，取0.85-0.9 若采用锥形封头，则：V= D2（H+h1/3+h2/3 ）/4 （m3）H圆柱部分高度（m）D罐的直径（

11、m）h1 封底高度（ m）h2 封顶高度（ m）尺寸关系： H =1.1-1.5D h1 =0.1-0.14D h2 =0.05-0.1D (二 ) 罐数的确定N=nt/24+1 ( 个) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 20 页名师精编优秀资料n 每 24 小时内进行加料的发酵罐个数t 一次发酵周期所需时间（h）(三) 发酵罐冷却面积计算F=Q / K tm (m2) 1、总的发酵热Q = Q1 -（ Q2 + Q3 ）Q1：生物合成热、Q2：蒸发热损失、Q3：罐壁向周围的散热。（1） Q1 计算有两种计算方法a、按发

12、酵旺盛期糖度下降的百分值计算：Q1=GSq q=418600J/kg b、根据冷却水来计算：Q1= WCp（t2-t1 ）（ 2） 蒸发热 Q2 Q2=5%-6% Q1 （3）罐壁向周围散热Q3 Q3 =F c(tW-tB) tW罐壁最高温度tB所在地区夏季平均温度2、对数平均温度差tm 的计算tm= t1、t2分别为冷却水进出口温度tF 主发酵时的发酵温度（四）、冷却水耗量的计算W= QB / Cp (t2-t1) (kg/h) Cp 冷却水的比热J/(kg ) t2、t1分别为冷却水进出口温度QB冷却水带走的热量(J/h) 代谢终产物抑制消除方法：真空发酵、萃取发酵、吸附法发酵、二氧化碳气

13、提发酵等1、真空发酵：原理：发酵过程中保持一定的真空度，发酵液处于沸腾状态，酒精被蒸馏出来。主要设备有发酵罐、发酵蒸发器、总凝器、分凝器、收集器、真空泵。优点：糖浓度提高 3 倍，发酵时间缩短1/3 ；酒糟、水、蒸汽都有减少；生产能力、设备利用率提高；酒精浓度可达33%。缺点：能耗大、费用高、真空操作负荷大、容易引起杂菌污染。2、萃取发酵：具有能耗低、操作简便易行的优点。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 20 页名师精编优秀资料发酵和萃取在同一反应器中进行：采用固定化细胞技术，选择合适的萃取剂。发酵和萃取分开进行：（1）

14、膜萃取： 将发酵液取出， 三聚磷酸丁酯为萃取相，在中空纤维膜反应器中萃取。（2）二氧化碳超临界萃取：发酵液逆向通过超临界二氧化碳萃取柱，富含酒精的超临界流体通过活性炭柱吸附分离酒精。3、吸附法将吸附剂直接加到发酵液中或让发酵液循环通过一个疏水性的分子筛吸附柱来吸附酒精。一般可采用疏水性硅沸石作为吸附剂，采用这种方法发酵时间可缩短30%。4、透析膜法采用对酒精有选择性透过的多孔性膜，分离发酵液中的酒精来降低发酵液中的酒精浓度。5、二氧化碳气提法利用发酵过程中产生的二氧化碳，通过循环压缩机加压后，送回发酵罐气提发酵产生的酒精，在 0冷却饱和了酒精和水蒸气的二氧化碳，再由活性炭填充柱吸附酒精，纤维素

15、填充柱吸附水。生产能力提高27%。啤酒发酵设备：趋于向大型化、露天化、联合的方向发展。（一）前发酵设备前发酵槽为方形开口式或密闭式设备，均置于室内，材料内涂保护层。冷却方式：蛇管或排管冷却，冷却面积0.2m2/m3 发酵液， 0-2冰水冷却。密闭式 : 具有回收二氧化碳、减少前发酵室内耗冷量及减少杂菌污染机会的优点。室内采用空调制冷，实施冷风再循环。开口式：室内装二氧化碳排除装置，排管冷却，补充10%新鲜空气的再循环方式。发酵室：四周墙壁和顶棚采用较好的绝热材料，地面有一定的坡度，顶棚应建成倾斜或光滑弧面，空间不应太高。（三）后发酵设备贮酒罐主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促进啤酒稳

16、定、 澄清和成熟。后发酵温和，产生热量少，无须装冷却装置，热量借室内低温带走。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 20 页名师精编优秀资料金属的圆筒形密闭容器，有卧式和立式两种。由于罐内需饱和二氧化碳，故应制成耐压容器。新型啤酒发酵设备（一）圆筒体锥底发酵罐用于上面及下面啤酒发酵，前后酵可合并在该罐内进行。室外放置，节省投资。优点：能缩短发酵时间，生产灵活。长圆筒形， H/D=4，上部是碟形封头，下部是锥形底。封头上有：压力安全阀、真空安全阀、二氧化碳回收，排气、CIP共用一个进口，由一根管道通到操作间再分支。锥底有：取样管

17、、啤酒出口、二氧化碳通气管。筒体上有冷却带、温度探头，外包保温层。冷媒采用乙二醇、酒精溶液或液氨。罐的容量与糖化能力相匹配，以12-15 小时内满罐为宜。由于后酵要进行二氧化碳饱和，因此应做成耐压罐，利用压力及真空安全阀来保证安全受压。压力过大是由于麦汁进罐时未将排气口打开，导致罐内气体排不出去；发酵过程中产生大量的二氧化碳也排不出去。真空产生的原因：放罐时未开排气阀；CIP 清洗时，罐内二氧化碳与清洗剂NaOH反应，造成罐内真空；清洗后罐内温度太高，蒸汽较多，突然采用冷水清洗，蒸汽冷凝，造成罐内真空。利用发酵过程中产生的二氧化碳以及不同高度上的温度差，可引起罐内液体的对流和热交换。锥形罐的冷

18、却夹套分为2-4 段，当酵母沉降性能差时，锥底部分也应有冷却夹套夹套有多种形式：扣槽钢、扣角钢、扣半管、蜂窝夹套、环行冷却带等。1、圆筒锥底发酵罐优点：缩短发酵时间；较大灵活性；适合各种类型啤酒生产；冷却介质：乙二醇、酒精、液氨；使用夹套冷却，分为24 段；2、联合罐精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 20 页名师精编优秀资料一种具有较浅锥底大直径发酵罐，H/D=1.1-1.3，罐内设置有机械搅拌，并具有冷却装置。由薄层竖直圆筒体、拱形顶和有足够斜度以除去酵母的锥底组成。多数用不锈钢制作。特殊的基础保证经受10 级地震。冷却

19、带采用一段位于罐中上部的双层冷却板，罐外用聚尼烷作保温层。3、朝日罐由不锈钢制作的斜底圆柱形发酵罐，H/D=1-2。外设冷却夹套包围罐身和罐底。内设带转轴的可移动排液管，可保证酒液中二氧化碳均一。特点：利用离心机回收酵母，利用薄板冷却器降温，利用循环泵将发酵液抽出再送回。这样可缩短发酵时间，解决酵母沉降慢的缺点，提高设备利用率，酒损可减小，但动力消耗大。CIP清洗系统原位清洗， 不分解生产设备，又可用简单操作方法安全自动的清洗系统。不仅能清洗机器，而且还能控制微生物固定式 CIP系统由清水罐、酸罐、碱罐、废碱罐、泵、加热器组成。通过罐顶的CIP喷头喷出高压水柱来对罐内进行清洗。有固定式和旋转式

20、。主要步骤有： CO2回收、水冲、通空气、接入CIP系统、水洗、废碱洗、碱洗、水洗、酸洗、水洗、杀菌水冲。酒精连续发酵1、九罐连续糖蜜发酵工艺：酒母和糖蜜同时加入第一个罐，并依次流入各罐，最后从第九个罐流出。 在第一个罐中通入空气，并维持第一罐中一定的酵母数。二氧化碳气体由各罐顶部进总汇集管，到综合利用车间。连续发酵周期可达20 天，发酵只需32 小时， 酒精浓度达9-10%。2、印度 Biostil 连续发酵工艺：用一个发酵罐，六台酵母离心机，酵母回流发酵罐，但从粗馏塔出来的醪液没有回流发酵罐，而是全部直接排放(废液用来制沼气) 3、真空连续多级发酵：在多级发酵流程中，设置了多个发酵罐及发酵

21、蒸发器，并公用表面浓缩器、酒精捕集器、真空泵，形成了酒精的多级真空提取。多级真空发酵设备配置能够提高发酵液的起始浓度达6573干物，并得到设计浓度的酒精和成熟的发酵液。因此，这种发酵生产能力与浓度为3640一级真空发酵相比增加了30，同时，酿造用水和能耗都有所降低。啤酒连续发酵精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 20 页名师精编优秀资料1、塔式连续发酵：启动时，加入无菌麦汁及酵母，麦汁在塔内一边上升，一边发酵，直至满塔。经培养达到要求的酵母浓度梯度后，以低速泵入麦汁，一周后全速操作，并经常通入二氧化碳来疏松酵母柱。流出的嫩啤

22、酒经酵母分离器和薄板换热器后送入贮酒罐，充入二氧化碳，贮存4 天即可包装。定期排除部分老酵母，减少酵母自溶。塔体采用三段夹套或盘管冷却，塔顶的圆柱体膨大部分是沉降酵母的离析器装置，减少酵母流失，保持塔内酵母浓度梯度。2、多罐式连续发酵三罐式连续发酵流程：麦汁通过柱式供氧器，流向两个带有搅拌器发酵罐的第一个，控制三分之二的糖在第一个罐中发酵，温度21，再借位差溢流入第二罐。第二个罐中发酵温度24。再流入第三个酵母分离罐，罐内被冷却到5，也可用酵母离心机代替酵母分离罐，成熟啤酒溢流到贮酒罐。四罐式连续发酵流程：在三罐式的基础上最前面增加一个酵母繁殖罐，即为四罐式。多罐式连续发酵的特点：带有搅拌装置

23、，能耗大，同时酵母易被带走，无法保持发酵罐内的酵母浓度。植物细胞（组织）和动物细胞培养反应器植物细胞（组织）培养反应器1、植物细胞培养液的性质：植物细胞比微生物细胞要大很多；细胞培养时，细胞形态将发生明显变化；培养液黏度随细胞浓度增加而显著上升2、植物细胞培养采用：悬浮培养机械搅拌反应器、非机械搅拌反应器固定化细胞培养系填充床反应器、流化床反应器、膜反应器（1）机械搅拌式反应器：混合性能好、传氧效率高、操作弹性大、可用于细胞高密度培养、但剪切力大（2）非机械搅拌反应器：产生的剪切力较小，结构简单。其主要类型有鼓泡式反应器、气升式反应器等气体搅拌式反应器固定化植物细胞培养的优点：1）可克服植物细

24、胞培养中细胞遗传和生理的高度不稳定性2）防止因为细胞间的不一致性，而造成的在培养过程中的高产细胞系出现的低产率和产生其他代谢产物的情况精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 20 页名师精编优秀资料3）有利于消除和减弱流质流动所引起的切变力4）细胞在一个限定的范围内生长可导致一定程度的分化发育，促进次级代谢产物的产生（1）填充床反应器细胞固定于支持物表面和内部，支持物颗粒堆叠成床，培养基在床层中流动。床中单位体积细胞较多，混合效果不好；床内氧的传递，气体排出，温度和PH控制较为困难；支持物颗粒破碎还易使填充床堵塞（2）流化床反

25、应器利用流体（液体或气体）的能量使支持物颗粒处于悬浮状态混合效果好但流体的切变力和固定化颗粒的碰撞常使支持物颗粒破碎，流体动力学的复杂使其放大困难（3）膜反应器采用一定孔径和选择透性的膜固定植物细胞动物细胞（组织）培养反应器一、非贴壁依赖性细胞：来源于血液。淋巴组织的细胞，肿瘤细胞和某些转化细胞二、贴壁依赖型细胞：大多数动物细胞，非淋巴组织的细胞，异倍体的细胞贴壁依赖性细胞：需要附着于带适量正电荷的固体或半固体表面上才能正常生长1、贴壁培养：成纤维细胞和上皮细胞培养方式：滚瓶系统，微载体系统2、悬浮培养：非贴壁依赖性细胞：杂交瘤细胞等细胞在培养器中自由悬浮生长培养方式：转瓶或滚瓶培养，发酵罐3

26、。固定化培养：适合于两种细胞，非贴壁依赖性细胞用海藻酸钙包埋。贴壁依赖性细胞用胶原包埋优点：细胞生长密度大、抗剪切力、抗污染能力强深层培养： 分批式，流加式，半连续式，灌注式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 20 页名师精编优秀资料1、分批式操作：将细胞和培养液一次装入反应器内培养，细胞不断生长，产物不断形成，经过一段时间反应后，将整个系统取出。A、在分批式发酵过程中细胞生长的环境在不断变化；B、细胞所处环境并非最优2、流加式培养：将一定量的培养液装入反应器，在适宜条件下接种细胞，进行培养，细胞不断生长， 产物也不断形成

27、，随着细胞对营养物质的不断消耗，新的营养成分不断补充至反应器内，使细胞进一步代谢。到反应终止时取出整个反应系。无反馈控制流加、有反馈控制流加能够调节环境中营养物质的浓度：1）避免某种营养成分初始浓度过高而出现的底物抑制现象； 2）能防止限制性营养成分被消耗而影响细胞的生长和产物的形成由于新鲜培养液的加入，整个过程中反应体积是变化的。3、半连续式流加：反复分批式培养或换液培养，在分批培养的基础上，不全部取出反应系，剩余部分重新补充新的营养成分，再按分批式操作的方式进行培养特点：反应器内培养液的总体积保持不变适用于基因工程动物细胞分泌有用产物和病毒培养4、灌注培养：细胞接种后， 一方面新鲜培养液不

28、断加入反应器，另一方面反应液连续不断的取出，但细胞留在反应器内，使细胞处于一种不断的营养状态大大提高细胞密度，有助于产物的表达和纯化。连续操作： 适用于培养非贴壁依赖性细胞将细胞种子和培养液一起加入反应器中进行培养。一方面新鲜培养液不断加入反应器中。另一方面将反应液连续不断的取出，使反应条件处于一种恒定状态优点：细胞所处环境状态可长期保持稳定、可研究细胞生理和代谢规律、能连续不断的收获产物、且提高细胞密度动物细胞培养反应器1、通气搅拌式细胞培养反应器一般常用笼式通气搅拌器特点：可避免向培养基中通气时气泡直接损伤细胞采用微载体系统时，微载体不会被通气所产生的泡沫滞留在气液界面中2、 气升式动物细

29、胞培养反应器：湍动温和而均匀、剪切力小、反应器内无机械运动部位，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 20 页名师精编优秀资料细胞损伤率低、 直接喷射空气传氧，氧传递速率高、反应器内液体循环量大，细胞和营养成分分布均匀在气升式反应器内，溶氧可通过自动调节通入空气的速率来实现pH 可通过加入二氧化碳或氢氧化钠来控制在气升式反应器内从底部中央内管通入的气体：1）一部分从顶部溢出2）一部分沿培养器内缘下降，到培养器底部和新吸入的气体混合再度上升3、中空纤维细胞培养反应器：可用于贴壁依赖和非依赖性细胞的培养特点： 1)让每根纤维的管

30、内成为内室，灌注无血清培养液2）管与管之间的间隙为外室，细胞黏附在外室管壁上3）细胞从内室获得营养物，并从外室获得血清4）血清和胞外产物停留在外室5）代谢废物为小分子量物质能渗入内室可从内室排出4、微囊培养系统：1）细胞密度大2）产物单位体积浓度高3）分离纯化操作经济简便4）抗体活性，纯度好5、大载体系统：将海藻酸钠滴入钙溶液中形成优点： 操作控制简单，可随机取样检测；人工增加附着细胞密度高；消耗用品价格低廉，产物收率高；6、微载体培养系统利用固体小颗粒为载体，细胞在载体的表面附着，通过连续搅拌悬浮于培养液中，并形成单层生长，繁殖微藻生物技术：特点： 富含蛋白质等营养物质和多种生理活性成分；具

31、有抗肿瘤， 抗真菌，防止心血管等疾病三种藻类：螺旋藻，小球藻，杜氏藻优点： 1）光能利用率高；2)是非微管植物，无复杂的生殖器官，生物量易收获加工利；3）经诱导后能产生高浓度有商业化价值的化合物；4）无有性生殖，只有简单的细胞分裂周期，能在很短的时间内完成细胞循环微藻大规模培养的特点：1） 要有足够的光照； 2）培养过程中必须提供大量的二氧化碳，并将氧气及时排出；3)培养基的混合要满足气液传递，液固传递，防止细胞沉降，且细胞在精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 20 页名师精编优秀资料反应器的表面垂直方向上要能充分混合；4

32、）培养机多用海水配置微藻培养反应器须满足的条件：1）足够光照2）合适温度。 3）合适的无机碳源 （即其它无机营养物质）4）合适的 pH5）充分混合 6）避免污染） 7）氧的析出和供给类型： 敞开式培养反应器、封闭式光培养反应器、管道式光培养反应器、浅层溢流光培养反应器生物反应器的放大过程比拟放大： 把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大，而是以相似论的方法进行放大放大的方法：经验放大法、因次分析法、时间常数法、数学模拟法因次分析放大： 放大过程中， 维持生物发酵系统参数构成的无因次数群（准数）恒定不变的放大方法。生物质原料处理设备1、生物质原料筛选与

33、分级设备1.1 磁力除铁器1.2 精选机精选目的： 除杂粒， 除去伤残粒，因为大麦发芽时伤粒易生霉。精选机适用于颗粒状物料，按颗粒长度分级。精选机理： 利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒物料，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离。类型：碟片精选机（一组同轴安装的圆环形铸铁碟片）、滚筒式精选机（表面开有袋孔的旋转圆筒）1.3 筛选分级设备：振动筛和转筒筛2、生物质原料的粉碎粉碎：大块固体物料破碎成小块物料，或小块物料进一步破碎成粉末状物料。粉碎的必要性：溶解、混合和反应机械粉碎的5 种形式（ 5 种粉碎力）：挤压、冲击、研磨、劈力和剪切。粉碎设备：锤式粉碎机、盘磨机、球磨机、超微粉碎

34、机械（超微粉碎振动磨、胶体磨、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 20 页名师精编优秀资料冲击式超微粉碎机）3.生物质原料固体间的混合固体混合依靠机械作用，粒状成分在混合的同时，因为性质差别，同时伴以分离过程，所以，这种混合只能达到总体的均匀而不能达到局部的均匀性。（1） 固体混合的机理对流混合：固体粒子的循环流。剪切混合：粒子间相互滑动和撞击产生。扩散混合：存在状态不同而产生的局部混合作用。（2）混合设备：回转型混合机（V 型混合机）、固定型混合机（搅拌槽式混合机、回转圆盘型混合机、锥形混合机、）物料输送设备分类1. 原

35、材料状态：固体、气体和液体输送2. 输送方式：气力和机械输送一、液体输送机械为了将液体从一处送到另一处，不论是提高其位置高度或增加其压强，还是克服管路的沿程阻力， 都需要向液体施加外部机械能。液体体输送机械就是向流体作功以提高其机械能的装置。为液体提供能量的输送机械称为泵，如离心泵、往复泵、旋涡泵等。其工作原理，泵分为：(1)动力式：利用高速旋转的叶轮使流体的机械能增加，典型的是离心式、轴流式输送机械：离心泵(2)容积式：利用活塞或转子运动改变工作室容积而对流体作功。典型的是往复式、旋转式输送机械：往复泵、旋转泵(3)其它类型：如利用另外一种流体作用的喷射式等。离心泵由于其适用范围广、操作方便

36、， 便于实现自动调节和控制而在化工生产中应用最为普遍。离心泵精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 20 页名师精编优秀资料1 离心泵装置及其结构离心泵主要泵、吸入系统和派出系统组成。泵由叶轮、泵壳等组成，由若干弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴上安装在蜗壳形的泵内。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连，侧旁的排出口与排出管路连接。2 离心泵工作原理：离心泵启动前应在泵壳内灌满所输送的液体，当电机带动泵轴旋转时，叶轮亦随之高速旋转。叶轮的旋转迫使叶片间的液体在随叶轮作等角速旋转的同时，使受离心力的作用的液体向叶轮外缘作径向运动。在被甩出的

37、过程中，流体通过叶轮获得了能量，并以1525m/s的速度进入泵壳。在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的。当液体由叶轮中心流向外缘时， 在叶轮中心处形成真空。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置。只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出。3 离心泵的主要性能参数：转速、流量、压头、轴功率和效率4. 离心泵特性曲线离心泵的主要性能参数压头H，轴功率 N 和效率与流量Q 之间是有一定联系并有内部规律的。 通常把表示泵的主要性能参数间的内部规律的曲线称为离心泵的

38、特征曲线，由泵的生产部门提出，以便于设计、使用部门选择和操作时参考。在一定转速下，离心泵的压头、 功率、效率随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。5.气蚀： 工作时在叶轮入口处形成低压，当该处压强小于或等于输送温度下液体的饱和蒸汽压时， 液体将部分汽化，形成大量的蒸汽泡。这些气泡随液体进入叶轮后，由于压强的升高将受压破裂而急剧凝结，气泡消失产生的局部真空，使周围的液体以极高的速度涌向原气泡处，产生相当大的冲击力，致使金属表面腐蚀疲劳而受到破坏。由于气泡产生、凝结而使泵体、叶轮腐蚀损坏加快的现象，称为气蚀。气蚀会对泵造成严重损害。为了防止气蚀现象，就

39、要求泵的安装高度不超过某一定值，使泵入口处e 的压力 Pe 应高于液体的饱和蒸汽压Pv 。即气蚀余量h 大于泵刚好发生气蚀时的最小气蚀余量hmin 往复泵容积式输送机械。主要部件：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀(均为单向阀 )。活塞杆与传动机械相连，带动活塞在泵缸内作往复运动。活塞与阀门间的空间称为工作室。分为单动泵和双动泵。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 20 页名师精编优秀资料隔膜泵结构特点是借弹性薄膜将被输送液体与活柱隔开，从而使得活柱和泵缸得以保护。隔膜左侧与液体接触的部分均由耐腐蚀材料制造或涂一层耐腐蚀物

40、质；隔膜右侧充满水或油。 当柱塞作往复运动时，迫使隔膜交替地向两侧弯曲，将被输送液体吸入或排出。弹性薄膜采用耐腐蚀橡胶或金属薄片制成。适于：定量输送剧毒、易燃、易爆、腐蚀性液体和悬浮液。齿轮泵齿轮泵也是正位移泵。泵壳内的两个齿相互啮合。在泵的吸入口， 两个齿轮的齿向两侧拨开，形成低压将液体吸入。齿轮旋转时， 液体封闭于齿穴和泵壳体之间，被强行压至排出端。在排出端两齿轮的齿相互合拢，形成高压将液体排出。齿轮泵产生较高的压头但流量小，用于输送粘稠液体及膏状物，但不能输送含固体颗粒的悬浮液。螺杆泵由泵壳和一根或几根螺杆构成。一根螺杆：螺杆和泵壳形成的空隙排送液体。两根螺杆：与齿轮泵类似，利用互相啮合

41、的螺杆排送液体。特点：压头高，效率效率高，噪音小。适于在高压下输送粘稠性液体。流量调节时用旁路(回流装置 )调节。旋涡泵主要由叶轮和泵体组成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片呈辐射状排列(图 b)。叶轮旋转过程中泵内液体随之旋转，且在径向环隙的作用下多次进入叶片并获得能量。因而液体在旋涡泵内流动与在多级离心泵中流动相类似。泵的吸入口和排出口由与叶轮间隙极小的间壁分开。二、气体输送机械常用的气体输送设备：低压空气压缩机、通风机和鼓风机等结构与工作原理分：离心式、往复式、选择式、流体力学作用式按 p2 和 x 分：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵精选学习资料 - - - - - - - - -

42、名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 20 页名师精编优秀资料三、固体输送设备1、斗式提升机（斗式运输机）：用胶带或链条做牵引件，将料斗用螺钉固定在牵引件上，牵引件再由鼓轮张紧并带动运行。垂直提升物料；适用物料：松散型、小颗粒物料。装料方式有喂入式和掏取式两种。卸料方式主要为重力卸料和离心力卸料两种2、带式输送机（皮带运输机）：由绕在两个鼓轮（主动轮和从动轮）上的封闭环形组成的运输系统， 主动轮靠摩擦力带动环形带运转，环形带再靠摩擦力带动上面的物料，达到运输的目的。水平或斜向上提升物料。适用物料：松散状干湿物料及成件制品。3、螺旋输送机（螺旋运输机）：主要由外壳和一个旋转的

43、螺旋料槽和传动装置构成。当轴旋转时， 螺旋把物料沿料槽推动，在运动中物料以滑动形式依靠摩擦力沿着槽移动。可输送物料，又起到混合物料和加料的作用。适用于松散的粉状或小颗粒物料，也可输送粘稠物料。供水与制冷系统设备一、水的过滤表面过滤：水中粒子大于过滤层孔径时，粒子被阻挡在过滤层的表面的过滤。深层过滤： 水中粒子小于过滤层孔径时，粒子进入滤层深处，由于滤层弯曲且形状变化使小粒子被截留的过滤。水过滤过程：过滤与冲洗对过滤介质的要求：化学性能稳定，无害无毒；有足够的强度；含污能力大，产水能力高；有适宜的粒度分布和孔隙率。砂滤棒过滤器1、结构砂滤棒： 由硅藻土在高温下熔制而成或由硬质玻璃烧结而成。过滤器

44、外壳： 铝合金铸成消毒锅形的密闭容器2、操作过程操作时，水由泵打入容器内，在外力的作用下， 水通过砂滤棒的微小孔隙进入棒筒体内，水中粒子则被截留在砂滤棒的表面。3、滤出水质量：基本无菌。活性炭过滤器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 20 页名师精编优秀资料1、结构主体为一密闭圆柱体，过滤器底部装填0.2-0.3m 厚石英砂层作为支撑层，石英砂上面装 1-2m 厚的活性炭层筒体上有进出水管接口。2、操作过滤：水由顶部导入，顺流自然下降过滤，由底部排出。反洗：1）水洗， 2）吹洗， 3）淋洗（用NaOH 溶液）4）正洗二、水

45、的软化及脱盐软化：除去水中钙镁离子的过程。脱盐：除去水中所有阴、阳杂质离子的过程。软化及脱盐方法：离子交换法、电渗析法、反渗透法三、水的杀菌常用的方法：氯杀菌、臭氧杀菌及紫外线杀菌常用的氯杀菌试剂：活性二氧化氯、漂白粉、次氯酸钠供水方式1、直流供水：生产与非生产用水直接由水源得到2、循环用水：用过的水经处理后再循环使用3、连续供水：污染不严重时，不经处理直接供给其他车间再次使用制冷系统设备多采用压缩式单级制冷系统。1制冷过程压缩式制冷四个过程：压缩、冷凝、膨胀、蒸发过程：系统中的制冷剂饱和蒸汽被压缩机吸入压缩，在冷凝器内被冷凝为液体而放出热量。液体制冷剂经过膨胀阀后，压力降低，低压液体吸收周围

46、介质的热量而汽化为气体，气体又被压缩，压力升高，气体的热量传递给冷却水而冷凝为液体，形成一个反复循环过程，使周围介质的温度降低。制冷机工作原理：被冷却的物质为供热体，温度为T0，较周围介质的温度T 低，制冷机从被冷却的物体中取出的热量为Q0，完成循环所消耗的功为L，传递给周围介质的热量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 20 页名师精编优秀资料为 Q 2、提高效率的方法降低冷凝温度T，用较低温度的水；把冷凝后的制冷剂进行再冷却：气体冷凝 高温液体冷却 低温液体维持干冲程，即气体状态入压缩机，增加气液分离器系统要排油，增加排油装置系统要排不凝性气体，增加空气分离器设保温层，减少冷量损失。3、一般制冷方法：空气压缩制冷、蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷载冷剂 （冷媒） ：在间接蒸发式制冷系统中传递冷效应的介质。载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却然后再去冷却物料精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 20 页