生物工程设备复习总结中学教育高考中学教育中学课件.pdf

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1、一、名词解释 1、离心分离因数：是指离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值。即 f=FP/mg=rn2/900 或 f=vT2/gr 2、CIP 清洗：就地清洗简称 CIP，又称清洗定位或定位清洗。就地清洗是指不用拆开或移动装置，即采用高温、高浓度的洗净液，对设备装置加以强力作用，把与食品的接触面洗净的方法。3、对数穿透定律：表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函数。lg(N2/N1)=-KL 4、对数残留公式：2.303lgNo/Ns=kt lnNo/Ns=kt 5、全挡板条件：是指在一定的转速下，再增加罐内附件，轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件

2、必须满足下式要求：（b/D）n=（0.1-0.12）D/Dn=0.5 6、通气强度：每立方米发酵液每分钟通入的空气量 7、溶氧传递速率：是指单位体积发酵液单位时间溶氧量。OTR=Kla(c*-c)mol/(m3.h)8、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。并不断返回于溶液中，当这一返回速度低于大分子溶质在膜表面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成高浓度的溶质层，这就是浓差极化。9、溶氧传递系数（Kla）:10、贴壁培养：是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式，主要适用于贴壁细胞，也适用于兼性贴壁细胞。11、公称体积：是指罐的筒身（圆柱）体

3、积和底封头体积之和。12、连续发酵：连续不断地流加培养液，同时又连续不断地排除发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，（或静止期），从而缩短发酵周期。二、填空题 1、目前植物细胞培养主要采用悬浮培养和固定化细胞系统 2、悬浮培养生物反应器主要包括机械搅拌式反应器和非机械搅拌式反应器 3、固定化细胞生物反应器主要包括填充床反应器、流化床反应器和膜反应器 4、生物反应器放大的目标是在大规模培养中能获得小规模条件下的研究结果 5、植物组织培养反应器主要包括发状根大规模培养和小规模的大规模快速繁殖 6、动物细胞培养方法有贴壁培养、悬浮培养和固定化培养 7、深层培养可分为分批式、流加式、半连续式

4、、连续式和灌注式 8、分批培养过程中，细胞的生长可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期 9、动物细胞大规模培养反应器包括机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、中空纤维生物反应器、一次性生物反应器、空间生物反应器、大载体系统以及波浪反应器 10、目前膜分离设备主要有 4 种形式：板式、管式、中空纤维式和螺清洗定位或定位清洗就地清洗是指不用拆开或移动装置即采用高温高浓度的洗净液对设备装置加以强力作用把与食品的接触面洗净的方法对数穿透定律表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函式要求通气强度每立方米发酵液每分钟通入的空气量溶氧传递速率是指单位积发酵液单位时间

5、溶氧量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中当这一返回速度低是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式主要适用于贴壁细胞也适用于兼性贴壁细胞公称体积是指罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和连续发酵连续不断地流加培养液同时又连续不断地排除发酵液使发酵罐中的微生物一旋卷式 11、谷物原料粗选设备有大麦粗选机和磁力除铁器 12、谷物原料精选设备有碟片式精选机和滚筒精选机 13、谷物原料的分级设备有平板分级筛和圆筒分级筛 14、谷物原料的粉碎方法有干式粉碎和湿式粉碎，其中，干式粉碎设备有锤式粉碎机和辊式粉碎机以及圆盘钢磨 15、生物反应器的放

6、大方法有理论方法、尝试法、半理论方法、因次分析法及经验规则 16、机械搅拌通气发酵罐的经验放大法包括以体积溶氧系数 Kla 相等为基准的放大法、以 Po/Vl 相等的准则进行反应器放大、以搅拌叶尖线速度相等的准则进行放大和以混合时间相等的准则进行放大 17、空气除菌方法主要包括热杀菌、辐射杀菌、静电除菌和过滤除菌法 18、常用的干燥方法有对流干燥（固定床干燥、流化床干燥、气流干燥和喷雾干燥）、冷冻升华干燥、真空干燥等 19、发酵罐的类型有机械搅拌通气发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐，其中，自吸式发酵罐又包括机械搅拌自吸式发酵罐、喷射自吸式发酵罐和溢流喷射自吸式发酵罐 20、通气发酵罐分为：机

7、械搅拌式、气升环流式、鼓泡式、自吸式、喷射式、溢流式 三、问答题 1、机械搅拌自吸式发酵罐工作原理：清洗定位或定位清洗就地清洗是指不用拆开或移动装置即采用高温高浓度的洗净液对设备装置加以强力作用把与食品的接触面洗净的方法对数穿透定律表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函式要求通气强度每立方米发酵液每分钟通入的空气量溶氧传递速率是指单位积发酵液单位时间溶氧量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中当这一返回速度低是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式主要适用于贴壁细胞也适用于兼性贴壁细胞公称体积是指

8、罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和连续发酵连续不断地流加培养液同时又连续不断地排除发酵液使发酵罐中的微生物一 转子启动前将液体浸没，转子启动后，流体被甩向边缘，中心处形成负压。转速愈大其中的液体和气体的动能越大，造成的负压就越大，故吸气量也越大，通过导向叶轮使气液均匀分布甩出，使空气在发酵液中分裂成细微的气泡，湍动扩散，在搅拌的同时完成充气的作用。定子 将吸入的空气与发酵液混合导向四周罐壁分散，经挡板折流涌向液面 2、喷射自吸式发酵罐工作原理：用泵将发酵液送入文氏管吸气装置，由于液体在文氏管的收缩段中流速增加，形成真空而将空气吸入，并使空气分散与液体均匀混合，实现溶氧传质。3、溢流喷射自吸式发酵

9、罐工作原理 液体溢流时，形成抛射流，由于液体的表面层与其相邻的气体的动量传递，使边界层的气体有一定的速率，从而带动气体的流动，形成自吸气作用。4、旋风分离器工作原理：从进入含有物料的气流，切线进入沿内壁一面做旋转运动，一面下降，到达圆锥底部后，旋转直径逐渐减小，速度增加，由于离心力的作用，粒子从内壁面上落下而被分离，气体则折转由上部吸出。适用于气固、气液分离 5、固体原料的预处理需要哪些过程？固体原料的预处理主要包括以下过程：固体物料的筛选、分级。清洗定位或定位清洗就地清洗是指不用拆开或移动装置即采用高温高浓度的洗净液对设备装置加以强力作用把与食品的接触面洗净的方法对数穿透定律表示进入滤层的空

10、气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函式要求通气强度每立方米发酵液每分钟通入的空气量溶氧传递速率是指单位积发酵液单位时间溶氧量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中当这一返回速度低是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式主要适用于贴壁细胞也适用于兼性贴壁细胞公称体积是指罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和连续发酵连续不断地流加培养液同时又连续不断地排除发酵液使发酵罐中的微生物一固体物料的粉碎。其中筛选分级又分为粗选和精选，如大麦粗选机、磁力除铁器、碟片式精选机、滚筒精选机、平板分级筛和圆筒分级筛等。粉碎设备主要有干式

11、粉碎机械中的锤式粉碎机、辊式粉碎机、圆盘钢磨和湿法粉碎中的砂轮磨等。6、喷射加热器的结构和工作原理：当被加热水通过喷射加热器的喷嘴时，压力降低，流速增加，在喷嘴的出口处形成低压区，蒸汽在此区域进入加热器内，与被加热水进行混合，蒸汽在水中凝结放热，汽、水之间进行能量、动量和质量的交换，然后汽水混合物进入混合室进一步均匀混合，最后进入扩压室使水的流速降低，压力升高，完成加热水的过程、作为热媒介质的蒸汽。可以使用新蒸汽，也可以使用回收的废蒸汽，进入喷射加热器的蒸汽压力可以高于进口水的压力，也可以低于进口水的压力。如果采用凝结水产生的二次蒸汽或回收的废蒸汽作为加热热源，节能效益更为显著。7、连续灭菌的

12、流程 1连消塔加热的连续灭菌流程：套管式连消塔培养液由下部侧面进入，从内管和外管间向上运动，经加热后由外管上部侧面流出。汽液混合式连消塔培养液由下端进入，加热蒸汽由下端侧面进入后成环形加热料液，上升的培养液被圆形挡板阻挡，折转向四周上升，随后又被蒸汽二次加热，维持塔料液自下向上运动，由上部出料管流出。2、喷射加热的连续灭菌流程：灭过菌的培养基通过一段膨胀阀进入真空冷却器而急速冷却。3、薄板换热器连续灭菌流程：培养液在设备中同时完成预热、加清洗定位或定位清洗就地清洗是指不用拆开或移动装置即采用高温高浓度的洗净液对设备装置加以强力作用把与食品的接触面洗净的方法对数穿透定律表示进入滤层的空气微粒浓度

13、与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函式要求通气强度每立方米发酵液每分钟通入的空气量溶氧传递速率是指单位积发酵液单位时间溶氧量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中当这一返回速度低是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式主要适用于贴壁细胞也适用于兼性贴壁细胞公称体积是指罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和连续发酵连续不断地流加培养液同时又连续不断地排除发酵液使发酵罐中的微生物一热灭菌、维持及冷却过程。8、写出空气介质过滤实用化流程 空气介质过滤实用化流程为：空气压缩冷却过滤流出两级冷却、分离、加热的空气除菌流程前置高效过滤除菌

14、流程。流程中所包含的主要设备有压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤器以及旋风分离器。其作用分别为将料液压缩、贮藏、冷却、过滤及分离。9、端面轴封工作原理：轴封的作用是防止染菌和泄露，一般大型发酵罐的轴封为双端面轴封。当转轴转动时，动环随转轴旋转，并且动环密封圈也随之转动，避免发酵液沿转轴与动环之间的空隙上升，使酵液染杂菌，静环不随转轴转动，并和转轴有一定的间隙，避免转轴的磨损，同时静环密封圈也密封静环与座之间的空隙，达到轴封的作用，并保证长时间使用。10、通气发酵罐的经验放大准则有哪些？通气发酵罐的经验放大准则有以下 4 种放大方法：1、以体积溶氧系数 KLa（或 Kd）相等为基准的放大法 2、以

15、P0/VL 相等的准则进行反应器放大 3、以搅拌叶尖线速度相等的准则进行机械搅拌通风发酵罐的放大 4、以混合时间相等的准则进行放大 11、板框式压滤机的工作原理：过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打入框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。清洗定位或定位清洗就地清洗是指不用拆开或移动装置即采用高温高浓度的洗净液对设备装置加以强力作用把与食品的接触面洗净的方法对数穿透定律表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函式要求通气强度每立方米发酵液每分钟通入的空气量溶氧传递速率是指单位积发酵液单位时间溶

16、氧量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中当这一返回速度低是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式主要适用于贴壁细胞也适用于兼性贴壁细胞公称体积是指罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和连续发酵连续不断地流加培养液同时又连续不断地排除发酵液使发酵罐中的微生物一洗涤滤饼时，洗水经由洗水通道进入滤板与滤布之间。由于关闭洗涤板下部的滤液出口，洗水便横穿滤框两侧的滤布及整个滤框厚度的滤饼，最后由非洗涤板下部的滤液出口排出。洗涤结束后，旋开压紧装置并将板框拉开，卸出滤饼，清洗滤布，重新组装，进行下一循环操作。12、碟片式离心机工作原理：当悬浮液

17、在动压头作用下，经中心管流入高速旋转的碟片之间的间隙时，便产生了惯性离心力，其中密度较大的固体颗粒在离心力作用下向上层碟片的下边面运动，而后沿碟片下边面向转子周围下滑，又因液体分轻重液，轻液受离心力小沿中心向上流动，重液沿周围向下流动进入重液管而得到分离。13、生物工业中常用的干燥方法：1、对流干燥（固定床干燥、流化床干燥、气流干燥和喷雾干燥）2、冷冻升华干燥 3、真空干燥 14、真空冷冻干燥适用于何种物料，冷干设备有哪几个主要部分？简述冷干几粒 真空冷冻干燥适用于热敏性和在空气中易氧化物料的干燥。冻干设备主要由四部分组成，即冷冻装置、真空装置、水气去除装置和加热部分 冷干机理：冷冻干燥是将湿

18、物料在较低温度下冻结成固态，然后在高真空度下，将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程，也成升华干燥。冷冻干燥也可将湿物料不预冻，而是利用高度真空时水分汽化吸收热量而将物料自行冻结.15、喷雾干燥器成雾方式、工作原理：喷雾干燥是利用不同的喷雾器，清洗定位或定位清洗就地清洗是指不用拆开或移动装置即采用高温高浓度的洗净液对设备装置加以强力作用把与食品的接触面洗净的方法对数穿透定律表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函式要求通气强度每立方米发酵液每分钟通入的空气量溶氧传递速率是指单位积发酵液单位时间溶氧量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

19、质在靠近膜面处被截留并不断返回于溶液中当这一返回速度低是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式主要适用于贴壁细胞也适用于兼性贴壁细胞公称体积是指罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和连续发酵连续不断地流加培养液同时又连续不断地排除发酵液使发酵罐中的微生物一将悬浮液或粘滞的液体喷成雾状，因此料液能形成很大的比表面积，使雾滴同热空气产生剧烈的热质交换，在几秒至几十秒内迅速排除物料水分而获得干燥。16、气升式发酵罐特点：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，对生物细胞损伤小 4、传热良好 5、结构简单。易于加工制造 6、操作和维修方便 17、管式降膜蒸发器的蒸发原理：原料

20、液由加热管顶部经分配器导流进入加热管，沿管壁成膜状下流。液体的运动是靠本身的重力和二次蒸汽运动的拖带力的作用，其下降速度比较快，因此成膜的二次蒸汽流速可以比较小，对粘度较高的液体也较易成膜，并被蒸发浓缩。气液混合物由加热管底部进入分离室，经气液分离后，二次蒸汽由分离器顶部逸出，完成液从底部排出。18、多效真空蒸发浓缩物的优点：1 沸点温度低，避免物料受高温变性 2 二次蒸汽可再度利用，可采用多效蒸发，节能 3 沸点低，蒸发器热损失少 4 沸腾温度降低，提高了热交换的温度差，增加了传热强度 19、发酵罐类型及工作原理 答：通气发酵罐分为：机械搅拌式、气升环流式、鼓泡式、自吸式、喷射式、溢流式 1

21、 机械搅拌通风发酵罐的工作原理：依靠通入的压缩空气和搅拌叶轮实现发酵液的混合、溶氧传质、热量的传递 2 气升式发酵罐的工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷空喷射进清洗定位或定位清洗就地清洗是指不用拆开或移动装置即采用高温高浓度的洗净液对设备装置加以强力作用把与食品的接触面洗净的方法对数穿透定律表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函式要求通气强度每立方米发酵液每分钟通入的空气量溶氧传递速率是指单位积发酵液单位时间溶氧量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中当这一返回速度低是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的

22、培养方式主要适用于贴壁细胞也适用于兼性贴壁细胞公称体积是指罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和连续发酵连续不断地流加培养液同时又连续不断地排除发酵液使发酵罐中的微生物一发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时形成的气液混合物的密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则向下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质 3 机械自吸式发酵罐：见上面 4 溢流喷射式发酵罐：见上面 清洗定位或定位清洗就地清洗是指不用拆开或移动装置即采用高温高浓度的洗净液对设备装置加以强力作用把与食品的接触面洗净的方法对数穿透定律表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函式要求通气强度每立方米发酵液每分钟通入的空气量溶氧传递速率是指单位积发酵液单位时间溶氧量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中当这一返回速度低是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式主要适用于贴壁细胞也适用于兼性贴壁细胞公称体积是指罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和连续发酵连续不断地流加培养液同时又连续不断地排除发酵液使发酵罐中的微生物一