生物工程设备复习.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date生物工程设备复习实罐灭菌：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。1. 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。2.搅拌雷诺准数 ：雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比,即,而在搅拌容器中,液体的代表速度 u= n Di

2、 ,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 3.全挡板条件：在一定转速下，再在搅拌罐内增加挡板或其他附件，搅拌功率保 持不变而漩涡基本消失。能达到消除液面漩涡的最低条件即全挡板条件。D-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数 4. 连续灭菌（连消）：连续灭菌也叫连消，就是将将配制好的并经预热的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使其在短时间内达到灭菌温度。然后进入维持罐（或维持管），使在灭菌温度下维持57分钟后再进入冷却管，使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌（空罐灭菌）过的发酵罐内。5. 生物技术的四大支柱：基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程。6. 生物催

3、化剂：如果是酶，通常叫酶反应过程；如果是生物细胞，则叫做发酵过程。7. 专业设备：只用在生物工程专业上，如：、生物反应器（发酵罐、种子罐）、液化、糖化设备、连消设备。 通用设备：除在本专业上使用外，在其他工业上也使用，如：泵、风机、粉碎机、管件、阀门、过滤、换热设备。8. 气流输送流程有几种方式？根据设备组合不同，气流输送装置可分为真空输送（吸入式）、压力输送和压力真空输送（混合式）。 9.画出旋风分离器的设备结构示意图，并标出各部位名称，简述其工作原理及适用范围.（1）工作原理：含尘气流由切向进入筒体，沿内壁螺旋式向下旋转，粉尘在离心力的作用下甩向器壁，并在重力作用下落入灰斗。已净化气体由中

4、心管排出。（2）适用范围：除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴。适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。10. 离心泵的工作原理是什么？答：液体注满泵壳，叶轮高速旋转，液体在离心力作用下产生高速度，高速流体经过逐渐扩大的泵壳通道，动压头转化为静压头。11. 机械粉碎的5种粉碎力：挤压、冲击、研磨、劈裂和剪切。12.淀粉质原料蒸煮糖化的目的：（1）使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态变成可溶性淀粉(糊化) （2）同时对进料进行灭菌；（3）排除原料中的一些不良成分及气味。采用的方法是用加热蒸汽加热蒸煮。蒸煮方式有连续和间歇 13.连续蒸煮糖化设备有罐式(低温长时间)、管式

5、(高温短时间)和柱式(中温)三种形式。14. 糖化设备 四器组合：糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅15. 水力喷射泵工作原理：工作时由水泵将冷水压入喷射泵，经泵中喷嘴高速(1530m/s)喷射造成真空，被抽吸的气体与水混合进入下水管，水可以循环使用。16. 培养基在灭菌过程中，活菌数逐渐减少，其减少量随活菌数的减少而递减，即微生物的死亡速率与任一瞬时残留的活菌数成正比，由对数残留定律计算灭菌时间为：17.灭菌时间的计算例：有一发酵罐，内装培养基40m3，在131的温度下进行连续灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2107个，在131 时的灭菌速率常数为0.25s-1。试求灭菌失败的机率为0.

6、001所需的时间。18. 糊化锅用球形锅底的好处：促进液体循环；利于清洗；利于排料。19. 两级冷却、分离、加热的空气除菌流程20. 介质过滤除菌机理：当气流通过滤层时由于滤层纤维网格的层层阻碍，迫使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，从而导致微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸附等作用而把微生物滞留在纤维表面。21. 空气过滤除菌的机理 （介质过滤除菌的机理）(1)使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的(2)微生物粒子：0.52m；深层过滤常用的过滤介质如棉花的纤维直径：1620m； 棉花纤维所形成网格的空

7、隙：2050m。依靠气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而导致微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力和静电引力等作用，从而把微生物截留、捕集在纤维表面上，实现过滤目的。22. 深层过滤的对数穿透定律：（1）进入滤层的微粒数与（2）穿透滤层的微粒数之比的（3）对数是滤层厚度的函数。（4）23. 机械搅拌通风发酵罐中搅拌器的类型及各自的特点。搅拌器类型：蜗轮式、推进式、Lightnin式。（1）蜗轮式优点：结构简单、传递能量高、溶氧速率高。缺点：主要产生径向液流，轴向混合较差，搅拌强度由轴心向外逐渐减弱。罐内液流分成上下两个

8、循环区。（2）推进式将液体向前或向后推进，使流体形成螺旋状圆柱流，混合效果好，对流体剪切作用较小。对气泡的分散效果不够理想，一般用在循环发酵罐中增加液体的循环量，或用在对已经将气泡分散的发酵液中，仅起混合效果的作用。（3）轴向型不存在分区循环，能使全罐达到良好的循环状态，对增强罐内物料循环，增加溶氧，提高产酸以及降低能耗有利。反应设备搅拌器能产生切向流的典型搅拌器是框式。能产生轴向流动的典型搅拌器是推进式。.24. 气升式发酵罐的优点是无需搅拌器。25. 溶氧传递速率OTR= kLa(c*c) OTR：mol/(m3s) kLa：氧体积传递系数 c*：相应条件下氧的饱和浓度c：发酵液中的溶氧浓

9、度26. 发酵罐有几种消泡方式？ (1) 加入化学消泡剂；(2)使用机械消泡装置27. 图为机械搅拌式生物反应器的结构简图,标出1-4各部件的名称,并分别阐述其作用.（1）消泡装置：安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置，从而达到消泡的目的。（2）搅拌器：打碎气泡，使氧溶解于发酵液中，混合传质。 （3）挡板：改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。通常挡板宽度取(0.10.12)D，装设46块即可满足全挡板条件。（4）空气分布器：吹入无菌空气，并使空气均匀分布28. 通气强度（VVm）：指单位时间内通入

10、单位体积发酵液的空气量， m3空气/(minm3液体)。29. 嫌气发酵产品的典型代表是酒精和啤酒。（1）好气发酵产品：谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素（2）嫌气发酵产品：酒精、啤酒、丙酮30. 糖蜜酒精发酵工艺过程包括前处理、酒母制备、乙醇发酵和蒸馏四个工序。31.发酵罐的冷却装置：中小型发酵罐采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却；大型发酵罐罐内装有冷却蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置。即大型酒精发酵罐的冷却装置有罐内冷却盘管和罐外喷淋水32. 罐的耐压要求考虑CO2的回收。就必须使罐内的CO2维持一定的压力，所以大罐就成为一个耐压罐，就有必要设立安全阀。罐的工作压力根据其不同的发酵工艺而有所不

11、同。作为前酵和贮酒两用就以贮洒时CO2含量为依据，所需的耐压程度要稍高于单用于前酵的罐。根据英国设计法则规定：大罐的工作压力为x磅平方英寸，则设计时用的罐压力是x(1十10)。当压力达到罐的设计压力时，安全阀应开始开启。安全阀最大的工作压力是设计压力加1033. 嫌气发酵设备与通风发酵设备在结构方面有何区别？ 嫌气发酵设备不需要大功率通风设备和管道，设备简单，一般不会产生污染。34 .植物细胞培养反应器：（1.）悬浮培养：用于细胞增殖，不利于固定产物积累悬浮培养反应器：机械搅拌式反应器、非机械搅拌式反应器、组合式反应器、光反应器反应器（2）.固定化细胞生物培养：适用于产物为此生代谢产物，细胞生

12、长缓慢 固定化细胞生物培养反应器：填充床反应器、流化床反应器、膜反应器。（3） 动物细胞养器的搅拌速度比微生物细胞培养器的搅拌速度要慢。35. 动物细胞培养反应器的要求： （1）搅拌要柔和，在保证低剪切力的同时，要保证营养物质及时传递给细胞和代谢物质及时从细胞体内传出。（2）通气装置要保证氧气和二氧化碳的供给，但是不能产生大量气泡，以免气泡破碎伤害细胞。（3）要具备在线的检测和控制体系。（4）对贴壁生长的细胞，要保证足够的面积供细胞生长。（5）反应器要容易放大。36. 植物细胞反应器有几类？悬浮：机械搅拌、非机械搅拌、组合式、光生物反应器固定化：填充床、流化床、膜反应器37. 悬浮培养适用于非

13、贴壁依赖型细胞，贴壁培养适用于贴壁依赖型细胞。除此之外还有一种固定化（包埋）培养对两类细胞都适用。38. 搅拌通气发酵罐的放大的准则 维持P0/V不变、维持kLa不变、维持搅拌器叶尖线速度不变、维持培养液溶氧浓度不变。39. 离心分离因素F=Rn2/900，是粒子在离心力场中所受到的离心力与重力之比f是反映离心机分离能力的重要指标，它表示在离心力场中，微粒可以获得比在重力场中大f倍的作用力。f 值愈大，表示离心力愈大，其分离能力愈强。 F=Rn2/90040.过滤的强化方法：p222（1）发酵液的预处理：方法：1.加热 2.凝聚和絮凝 3.加入盐类 4.调节pH 5.加入助滤剂（2）过滤介质选

14、择：1.织物介质(滤布)： 2.粒状介质：硅藻土3.多孔固体介质：多孔陶瓷41. 膜分离：（1）浓差极化：当溶液从膜一侧流过时，溶剂及小分子溶质透过膜，大分子的溶质在靠近膜面处被截留，并不断返回于溶液主流中，当这一返回速度低于大分子溶质在膜面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成高浓度的溶质层。为了减少浓差极化，通常采用错流操作或加大流速等措施（2）膜过滤方法简称：NF、MF、RO、UF板式膜分离器：滤板表面为凹凸形，以形成浓液流的湍流管式膜过滤器：内压式、外压式、单管和管束式，目前趋向采用管内流管束式装置膜组件：生物膜、膜过滤、膜生物反应器：42. 什么是膜分离过程中的浓差极化现象，如何降低浓差极

15、化现象？ 当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体液中的浓度，这种浓度差导致溶质自膜面反扩散至主体中，当这一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就会在膜面的一侧逐渐形成一高浓度的被阻留溶质层，这种现象称为浓差极化。切向流式过滤(错流过滤)和提高液流的雷诺准数可以有效克服浓差极化现象。43.常用的膜分离设备包括哪几种四种类型？板式、管式、中空纤维式和螺旋卷式44. MBR是膜生物反应器的简称。、45. 多级逆流萃取：（1）在多级逆流萃取中，在第一级中加入料液，并逐渐向下一级 移动，而在最后一级中加入萃取剂，并逐渐向前一级移动。（2）特点：只在最后一级中加入萃取剂，故与错流萃取

16、相比，萃取剂用量少，因而萃取液浓度低；萃取液溶质高；萃取完全。46. 离子交换分离：是利用带有可交换离子的不溶性固体与溶液中带有同种电荷的离子之间置换离子而使溶液得以分离。离子交换设备：1.常用离子交换罐2.反吸附离子交换罐3.混合床交换罐 离子交换装置及再生步骤：交换反洗再生水洗交换47. 溶剂萃取的原理是什么？利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂相）中竟争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作的。48. 超临界流体萃取系统由哪三个部分组成？包括高压泵及流体系统、萃取系统和收集系统三个部分 49. 什么叫双水相萃取技术？在生物产业中双水相萃取法常用于何种物质提取？

17、双水相萃取技术(Two-aqueous phase extraction,简称ATPS)是指亲水性聚合物水溶液在一定条件下可以形成双水相，由于被分离物在两相中分配不同,便可实现分离。 双水相萃取法常用于胞内酶提取。50. 真空冷冻干燥：过程分为两个阶段：升华和汽化。 冷冻干燥系统主要由四部分组成： （1）冷冻部分 （2）真空部分 （3）水汽去除部分 （4）加热部分 - 干燥室冷冻干燥能力的最大生产能力往往由冷凝器的最大负霜量来决定。51. 冷冻升华干燥原理：是将湿物料先冻结至冰点以下，使水分变成固态冰，然后在较高的真空度下，将冰直接转化成蒸汽而除去。52. 什么是冷冻干燥？将湿物料（或溶液）在

18、较低温度下（-10-50）冻结成固态，然后在高度真空下，将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程。53. 蒸馏过程中粗馏和精馏有何不同。粗馏是相对于精馏而言的，就是对馏分沸点区分不是很细的蒸馏。精馏分离的依据是均相液体混合物中各组分挥发性的差异。54. 三塔流程包括三个塔，一是粗馏塔，二是排醛塔又称分馏塔，它安装在粗馏塔与精馏塔之间，它的作用是排除醛脂类头级杂质。三是精馏塔，它除有浓缩酒精提高浓度作用外，还继续排除杂质，使能获得精馏酒精。55. 精馏塔上的异常操作现象，如何控制。 （1）漏液 当气体通过塔板的速度较小时，气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会出现漏液现象

19、。控制措施：造成漏液的主要原因是气速太小和板面上液面落差所引起的气流分布不均匀。在塔板液体入口处，液层较厚，往往出现漏液，为此常在塔板液体入口处留出一条不开孔的区域，称为安定区。（2）液沫夹带 上升气流穿过塔板上液层时，必然将部分液体分散成微小液滴，气体夹带着这些液滴在板间的空间上升，如液滴来不及沉降分离，则将随气体进入上层塔板，这种现象称为液沫夹带。控制措施：影响液沫夹带量的因素很多，最主要的是空塔气速和塔板间距。空塔气速减小及塔板间距增大，可使液沫夹带量减小。 （3）液泛 当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，液体被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间充满气液混合物，最终使整个塔

20、内都充满液体，这种由于液沫夹带量过大引起的液泛称为夹带液泛。控制措施：影响液泛的因素除气液流量外，还与塔板的结构，特别是塔板间距等参数有关，设计中采用较大的板间距，可提高泛点气速。 56. 当精馏出现淹塔时，恢复正常的正确操作是：先停止收集馏分，然后降低塔釜温度。 57. 生物设备按流程分类，分为前处理设备、反应设备和后处理设备。58. 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_椭圆形或蝶形_封头59. 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_搅拌 ； 供氧 ； 罐压 60. 通风反应器比拟放大的关键性参数是：几何尺寸的放大 、 空气流量的放大、搅拌功率及

21、搅拌转速的放大。61. 啤酒发酵罐中发酵液的对流主要是依靠其中 CO2 的作用,另外冷却操作时啤酒 温度 的变化也会引起罐的内容物的对流循环 62.蒸发器主要由_热交换器_和_蒸发室_两部分组成。 63.结晶设备应有搅拌 装置,使结晶颗粒保持悬浮于溶液中,并同溶液有一个相对运动,以成薄晶体外部境界膜的厚度,提高溶质质点的扩散速度,加速晶体长大 64.自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此应该用_双单面机械_轴封 65. 精馏操作中，回流比是指（B）。A、塔顶返回塔内的回流液流量L与进料量F的比值 B、塔顶返回塔内的回流液流量L与塔顶产品流量D的比值，即R=L/D C、塔顶返回塔内的回流液流

22、量L与塔釜回流液体量W的比值 D、塔顶产品流量D与塔顶返回塔内的回流液流量L的比值66. 流体输送过程中，泵出口可以直接装置阀门调节流量的泵是（A）。A、离心泵 B、往复泵 C、隔膜泵 D、螺杆泵67. 生物反应器放大过程的核心问题是（D）。A、ORT B、搅拌功率 C、搅拌雷诺准数 D、传递过程68. .溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是_。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.加热的蒸汽与物料之间有足够的温度差，一般为20-35 69. 冷冻升华干燥主要是升华_。A. 游离水 B.结构水 C.冷凝水 D.气态水。70. 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_C_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-