生物工程设备总结.doc

第一章 生物质原料预处理设备1. 固体物料的粉碎有可能受那些力作用引起的？挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、剪碎、劈碎2. 锤式粉碎机有哪些部件构成？它是如何粉碎物料的？工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。（1）锤片 是粉碎机的主要工作部件。基本形状有8种，其中以矩形最多。锤片的形状由被粉碎物料而定，锤片菱角多，粉碎力强，耐磨性差，尖角适合粉碎纤维性物料，环形锤片磨损均匀。锤片长度一般不超过200mm。(2）筛板 筛板是锤式粉碎机的排料装置，一般用1-1.5mm厚的优质刚板冲孔制成。通常设在转子的下半周的位置，为了提高粉碎机的排料能力，可使筛板占整个粉碎室内周面积的3/4以上，或者是将筛板置于粉碎室侧面。筛孔的形状和尺寸是决定粉料粒度的主要因素，对机器的排料能力也有很大的影响。筛孔的形状一般是圆孔或长孔。直径分四个等级：小孔1-2mm，中孔3-4mm，粗孔5-6mm，大孔 8mm以上。3. 辊式粉碎机是如何粉碎物料？它有几类？原理：主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒，装在两辊之间的物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。两辊式、四辊式、五辊式、六辊式4. 简述湿法粉碎的优点. 1.消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗；2.粉碎过程中，淀粉已开始吸水膨胀，提高了蒸煮效果；3.粉碎后经预热，提高了蒸汽的利用率；4.机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。5. 按筛面的运动规律不同，摇动筛可分为哪三种？直线摇动筛、平面摇晃筛和差动筛6. 影响筛分效率的因素有哪些？（1）筛面上物料层厚度（2）筛下颗粒百分含量、颗粒级配和形状（3）物料含水量此外，筛孔形状、筛面种类、筛分机械的运动方式、加料量的多少及均匀程度也直接影响筛分效率。7. 球磨机粉碎时，粒度，研磨体的尺寸，装填量之间有什么样的关系？ 在粒度较大物料研磨时，研磨体的尺寸要大些，装填量少些，使冲力作用加强；反之，研磨体尺寸小些，装填量多些，则有利于小粒物料的研磨。 研磨体装填量、尺寸大小和转速的配合直接影响着球磨机的操作质量。研磨体（球体）装填量越少，筒体转速越大（在极限转速范围内），则研磨体的滑动也越小，故对物料的研磨作用也较小。8. 常用的超细粉碎设备有哪些？有振动磨、胶体磨、搅拌磨、冲击式机粉碎机等。9. 固体粒子混合时会发生哪三种运动形式？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。第二章1. 机械输送设备有几种？斗式提升机、皮带运输机、 螺旋输送机2. 带式输送机的张紧装置有哪几种？看带式输送机结构图简述其工作原理张紧装置的作用：是给胶带一定张力，防止胶带在鼓轮上打滑。常用的张紧装置有重锤式和螺丝拉紧式两种。型式：螺旋式利用 螺杆拉(压)力 重锤式利用悬垂重物的重力 小车式两种作用原理：利用一根封闭的环形带，绕在相距一定距离的2个鼓轮上，带由主动轮带动运行，物料在带上靠摩擦力随带前进，到另一端卸料。3. 请说明斗式提升机的构造和原理。 （料斗布置形式和装料形式、卸料方式、适用物料）。1 构造组成：由牵引带、料斗、张紧装置、机壳及装卸装置构成料斗：有底、无底牵引带：平皮带、链条料斗类型有深斗、浅斗和尖角形三种类型。装料方式：分掏取式和喂入式两种。卸料方式离心式卸料：适用于粒状较小而且磨损性小的物料 ；重力式卸料：适用于提升大块状、比重大、磨损性大和易碎的物料 适用范围：提升固体物料，适用于松散型、小颗粒物料。原理：物料放在斗式提升机的底座内，当提升机运转时，机带随之而被带动，斗子经过底座时将物料舀起，再渐渐被提升到上部，当斗子转过上端的滚轮时物料便倒入出料槽内流出。4. 螺旋输送机的工作原理和适用的物料。原理：旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送，使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。适用物料：松散的粉状或小颗粒状需要密封运送的干湿物料。 5. 请说明气流输送的原理。借助强烈的空气流沿管道流动，把悬浮在气流中的物料送至所需的地方。1）粒子向下加速运动：WFa+Fs2）粒子相对静止(或匀速直线下落)：W=Fa+Fs 3）粒子向上加速运动：W+FsFa粒子不再静止悬浮，而是向上作加速运动。此时的气流速度大于粒子的悬浮速度，气流速度迫使粒子向上运动。 6. 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）。 7. 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 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。已净化气体由中心管排出。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。8. 生物工厂常用泵有哪几种？离心泵，螺杆泵、齿轮泵等。9. 风机分为哪几种？压缩机(0.3MPa)鼓风机(0.10.3MPa)通风机(1-15KPa) 10. 气力输送系统由哪五部分组成？1 供料器（1）吸嘴 （2）旋转加料器 2 输料管3 分离器 （1）容积式分离器 （2）离心式分离器4 空气除尘器 （1）离心式除尘器 （2）布袋式过滤器 （3）洗涤式除尘器5 风机或真空泵第三章1、 画出蒸汽喷射加热器的示意图，注明各个部件名称并简述其工作原理。当物料流过喷射泵时，在喷嘴处产生的真空将外来的蒸汽吸入，对物料进行加热，它属于混合器的一种。 2、 在培养基的灭菌过程中是否能做到绝对无菌？为什么？发酵生产中对培养基的灭菌的无菌程度是多少？若要求灭菌后绝对无菌，即Ns=0，从上面公式可以看得出灭菌时间将等于无穷大，这对生产来说是不可能，所以培养基灭菌后，在培养液中必然还残留一定的活菌。工程上通常以Nt=10-3个/罐来进行计算，即杂菌污染降低到被处理的每1000罐中只残留一个活菌的程度，这就可以满足生产的要求了。3、发酵罐实罐灭菌为什么要“三路进汽”? 实罐灭菌的进汽和排气原则是什么? （1） “三路进汽”：在对培养基灭菌时，让蒸汽从空气进口、排料口、取样口进入罐内，使培养基均匀翻腾，达到培养基灭菌之目的。这是因为这三个管都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形成灭菌死角。（2）进汽和排气原则是“非进即出”：所有进入发酵罐的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定要进行排气，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通过，得以灭菌。不能有既不进汽也不排汽的管道（死角）存在。4、画出任意一种培养基连续灭菌的流程图，并注明各个设备的名称。 见书P215、 画出连续蒸煮糖化的流程图，并注明各个设备的名称。 见书P256、 淀粉质原料蒸煮目的是什么？1.糊化：原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。采用的方法是用蒸汽加热。2.灭菌：借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。 7、常见的淀粉质原料的蒸煮糖化设备有哪三种？多采用连续式蒸煮，有低温长时间的罐式连续蒸煮，中温的柱式连续蒸煮和高温短时间的管式连续蒸煮。8、 看图说明真空冷却器的工作原理。见书P28真空冷却器的器身为圆筒锥底，料液以切线进入，由于器内为真空、醪液产生自蒸发，产生大量的二次蒸汽，醪液在器内旋转被离心甩向周边沿壁下流，以锥底排醪液口排出。二次蒸汽从器顶进入冷凝器，在冷凝器内与水直接接触而被冷凝，不凝性气体则由真空泵或蒸汽喷射器抽走，造成器内真空。真空度保持在7080kPa，醪液的温度很快可降至60650C。 真空冷却：物料在一定真空度下蒸发部分水，需要汽化潜热，取自料液本身，因而料液很快被冷却到真空相应的温度。9、糖蜜原料澄清常用的方法有哪三种？（1）加酸通用处理法：0.2%0.3%浓硫酸通入压缩空气1小时，静止澄清数小时 （2）加热加酸沉淀法：在较高的温度和酸度下，对糖蜜中有害微生物的灭菌作用和胶体物质，灰分杂质的澄清沉降作用均较强。 （3）絮凝剂澄清处理法：添加聚酰胺（PAM）絮凝剂 10、四器组合的啤酒麦芽汁制备系统由哪些设备组成？四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁蒸煮锅；11、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0.001所需的时间。解：第四章1. 无菌空气在发酵中的作用是什么？生物工业对空气质量有何要求？无菌空气在发酵生产中的作用有四点：1. 给培养微生物提供氧气；2. 促进菌体在培养基中不断混合，加快生产繁殖速度；3. 维持代谢产物的均匀扩散；4. 保持发酵过程的正压操作。生物工业生产中对空气质量的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，温度，湿度，正压等要求；生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：一般要求1000次发酵周期中只允许有一次染菌，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。2.空气除菌有几种方法？ 热杀菌辐射杀菌静电除菌过滤除菌法：（按孔隙的大小可分为深层过滤、绝对过滤：）介质过滤除菌是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。3. 标明两级冷却、分离、加热的空气除菌设备流程图中各部件的名称，并简述其功能。 4.空气除菌中要除去水雾和油雾的原因是什么? 常用的除去水雾和油雾的设备有哪两种？ 空气除菌中除去水雾油雾的原因： 否则：（1）导致传热系数降低，给空气冷却带来困难。 （2）如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵塞过滤 介质的纤维空隙，增大空气压力损失。 （3）黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会浸润介质而破坏过滤效果。离心式空气压缩机和往复式空气压缩机5. 有哪些方法可实现空气的增湿和减湿？增湿方法1.往空气中直接通入蒸汽；2.喷水；3.空气混合增湿。减湿方法1.喷淋低于该空气露点温度的冷水；2.使用热交换器把空气冷却至其露点以下；3.空气经压缩后冷却至初温，使空气减湿；4.用吸收或吸附法除掉水气，使空气减湿；5.通入干燥空气。6. 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。 7. 贮气罐的作用是什么？消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。8. 列出5种常用的空气过滤介质常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。9.提高空气过滤效率的措施有哪些？ 提高过滤效率的措施 1.减少进口空气的含菌数。可以从以下几个方面着手： (1)加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量； (2)提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量； (3)加强压缩前的空气预过滤。 2. 设计和安装合理的空气过滤器。3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。主要从以下几个方面入手：(1)采用无油润滑空压机； (2)加强空气的冷却，去油水；(3)提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。第六章1. 通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘? 通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低。而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻挡，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。2. 常见的液态通风发酵罐有哪三种？通风发酵罐可应用于那些发酵产品的生产？三种：机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐可应用于：单细胞蛋白、氨基酸、有机酸、酶制剂、抗生素等3. 机械搅拌发酵罐由哪几部分焊接而成，材料是什么？ 罐体（由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢）、管口配置、封头、搅拌器4. 轴封的作用是什么？常见的轴封有哪两种？作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。5. 机械搅拌发酵罐搅拌器的作用是什么？从搅拌程度来说，以哪种最为激烈，功率消耗也最大，哪种最小？其作用是打碎气泡，使氧溶解于发酵液中，从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。6. 叙述气升式发酵罐的工作原理及其优点工作原理:把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，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，实现混合与溶氧传质。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 4）传热良好5）结构简单 6）能耗小 7）不易染菌 8）操作和维修方便 7. 气升式发酵罐按其所采取的液体循环方式的不同可分为哪两种？气升式发酵罐按其所采取的液体循环方式的不同，可分为内循环气升式发酵罐和外循环气升式。 8. 通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是什么？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。9. 什么叫全挡板条件？所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变，而旋涡基本消失 。10. 发酵罐有几种消泡方式？两种消泡方法: (1) 加入化学消泡剂；(2)使用机械消泡装置11. 画出通用式机械搅拌发酵罐(20 M 3以上)的示意图，并至少注明十个部件的名称，并分别阐述其作用 。 P5912. 叙述喷射自吸式发酵罐的工作原理及其优点。工作原理：用泵使发酵液通过文式管吸气装置，由于液体在文式管的收缩段流速增加，形成真空而将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现溶氧传质 优点：既不用空压机，也不用机械搅拌吸气转子13. 固态发酵的特点是什么？适合于那些制品生产？优点1.培养基含水量少，废水、废渣少，环境污染少，容易处理；2.消耗低，供能设备简易；3.培养基原料多为天然基质或废渣，广泛易得，价格低廉4.设备和技术较简易，后处理方便。5.产物浓度较高，后处理方便缺点1.菌种限于耐低水活性（aw）的微生物，菌种选择性少2.发酵速度慢，周期较长3.天然原料成分复杂，有时变化，影响发酵产物的质和量4.工艺参数难检测和控制5.产品少，工艺操作消耗劳力多，强度大适用于生物杀虫剂、纤维素酶、饲料、单细胞蛋白、曲种以及调料品 第七章1. 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。2.新型啤酒发酵设备有哪些类型？从结构角度比较他 们的异同点。圆筒体锥底立式发酵罐（这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性,适合于生产各种类型啤酒的要求。）联合罐（联合罐在发酵生产上的用途与锥形罐相同，既可用于前，后发酵，也能用于多罐法及一罐法生产。因而它适合多方面的需要，故又称该类型罐为通用罐。）朝日罐（朝日罐与锥形罐具有相同的功能，但生产工艺不同。(1)利用离心机回收酵母(2)利用薄板换热器控制发酵温度(3)利用循环泵把发酵液抽出又送回去。）。3. 圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用乙二醇、乙醇或氨与啤酒发酵醪进行热交换。4.生产中使用的酒精发酵罐是受压容器，因此上下封头一般选用锥形、球形或蝶形封头。 5 .发酵工业对酒精发酵罐的要求有哪四个？（1）及时移走热量；（2）有利于发酵液的排出；（3）便于设备的清洗，维修；（4）有利于回收二氧化碳。6. 大型圆筒锥底啤酒发酵罐一般布置在室内还是室外？既可以作为_罐，也可以作为_罐。室外。发酵，储酒。7、啤酒糊化锅的作用是什么？糊化锅为什么用球形锅底？作用：用于煮沸大米粉和部分麦芽粉缪化液，使淀粉糊化和液化。好处：1、促进液体循环2、利于清洗3、利于排料8、空罐灭菌的灭菌条件是什么？连续灭菌的温度和时间通常是多少？（1）.内部结构合理，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象的发酵罐；（2）.压力稳定的蒸汽；（3）.合理的操作方法。90961 1090分钟可调第八章1. 体外培养的动物细胞的两种类型是什么？贴附型细胞：在培养时能贴附在支技物表面生长。悬浮型细胞：在培养中悬浮生长。2. 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3. 微藻大规模培养有何特点？试比较封闭式光生物反应器与开放式光生物反应器的优缺点。 微藻大规模培养的特点： （1）需要足够的光照； （2）需要供应大量的CO2和排放大量的O2； （3）混合均匀，防止细胞沉降，且使细胞受光均匀； （4）微藻的培养基多采用海水配制，除淡水藻外。 密闭式培养反应器优点：培养效率高、培养条件易于控制、污染少、生产周期延长、适用于所有藻类的培养。敞开式培养反应器优点：成本低、建造容易、操作简单、易于生产。缺点：培养效率低、培养条件无法控制、易受污染、水分易蒸发、光能利用率低。第十章1.生物反应器放大方法有哪几种？ 经验放大法、因次分析法、数学模型法2.发酵罐比拟放大的内容包括哪些？（1）几何尺寸的放大（2）通风量的放大按单位体积液体通风量Q/V相同按通风截面空气线速度VS相等放大按体积溶氧系数相等放大（3）搅拌功率放大按单位体积液体消耗功率P/V相等放大按单位体积搅拌循环量F/V相等放大第十一章1. 常用的固液分离设备有些类型？常用的过滤分离设备有些类型？旋风分离(旋风分离器) 、介质过滤 、离心(过滤离心分离设备、沉降式离心分离设备）过滤（板框压滤机、板式压滤机、自动板框压滤机、加压过滤机、真空过滤机）2. 提高过滤速度的方法都有那些?采用絮凝或凝聚的方法，设法增大悬浮液中固体粒子的大小，提高其沉降速度； 或采用稀释、加热等方法降低黏度，以利于过滤。加热降低液体粘度调整pH凝聚与絮凝加入助滤剂加入反应剂3. 离心分离因数f是指什么？ 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。 4. 什么是膜分离过程中的浓差极化现象，如何降低浓差极化现象？ 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。5. 以反渗透为例讲述膜分离原理。 将一张半透膜将稀薄溶液(如纯水)与浓厚溶液(如盐水)隔开,稀薄容液会向浓厚溶液渗透并保持相应的渗透压,此现象称为渗透现象,如在浓厚溶液处施压大于该渗透压的压力,则浓厚溶液会向稀薄溶液一侧渗透,此现象称为反渗透。6. 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7. 细胞破碎的原因是什么？常用的细胞破碎的方法有哪三种？原因：目标产物存在于细胞内。方法有1、珠磨法 2、高压匀浆法 3、超声破碎法第十二章1. 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。2. 工业萃取设备包括哪三部分？混合（混合器（如搅拌混合器）分离（分离器（如碟片式离心机）溶剂回收（溶剂回收装置（如蒸馏塔）3. 超临界流体萃取的工艺流程一般是由哪2步组成？ 由萃取（CO2溶解溶质）和分离（CO2和溶质的分离）两步组成。4. 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 5. 影响超临界流体萃取效果的条件有哪些萃取流体、萃取压力、萃取温度、改性剂、萃取时间6. 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