广州大学生物工程设备试题计算题.pdf

计算题 1 有一发酵罐 内装培养基 50m 3 每毫升培养基含有耐热菌的芽孢 2 107个 在 121 的 温度下进行实消 该温度下的灭菌速度常数为 0 0287 秒 1 试求灭菌失败的机率为 0 001 即考虑灭菌后残余芽孢数为 0 001 个 所需时间 若在 131 的温度下进行连消 在 131 时的灭菌速度常数为 0 25 秒 1 试求灭菌失败的机率为 0 001 即考虑灭菌后残余 芽孢数为 0 001 个 所需时间 解 由题可知 131 时 K 0 25 秒 1 t min 76 2ln 1 0 S N N k 2 一发酵罐 装料体积为 28m 3 蛇管传热面积 30m2 发酵温度为 28 采用低温水作冷却 介质 其进口温度为 9 出口温度为 20 冷却水用量为 9 6 m 3 hr 试计算其发酵热 及传热系数 K 已知发酵液比重 1000kg m 3 冷却水比热 c 4 18kJ kg 解 有题可知 tF 28 t1 9 t2 20 12 7 Q qm c t2 t1 9 6 1000 4 18 20 9 3600 122 6kw K 122 6 1000 30 12 7 321 8w m 2 3 某抗菌素厂需新建 30m 3子罐 装料系数为 60 已计算出主发酵期生物合成热 Q1 4 4 10 5kJ h 搅拌热 Q 2 7 2 10 4 kJ h 查有关资料可知汽化热 Q3 1 10 4 kJ h 醪液的比重为 1 04 10 3 kg m 3 发酵温度为 32 冷却水进口温度为 16 出水 温度为 25 冷却水的平均比热 Cp 4 186 kJ kg 罐内采用竖式蛇管冷却 蛇管为水煤管 其规格为 53 60 mm 壁厚 3 5mm 其导热系数 188 Kj m 2 h 根据生产经验数据可取传热系数 1 和 2 分别为 2 7 10 3 kJ m 2 h 和 Q A tm min 1 24ln 1 0287 0 001 0 1011021050 0 1 1576 0 S S N N k t sk N N 个 个 ln ln 2 1 12 2 1 21 tt tt tt tt tt tttt t F F F F FF m 1 45 103kJ m 2 h 另外管壁水垢层的热阻取 1 16750 m2 h KJ 试求发酵罐冷 却面积 竖式蛇管总长度和冷却水耗量 解 做题时所用到的公式 发酵热Q Q1 Q2 Q3Q WCp t2 t1 Q KA tm 冷却面积A dL 传热总系数 K 值 对数平均温度差 解 1 总的热量 Q Q1 Q2 Q3 4 4 105 7 2 104 1 104 5 02 105 kJ h 2 冷却水耗量 1 33 104 kg h 3 对数平均温度差 4 K 值的计算 1 931 103 kJ M2 h 5 冷却面积 根据生产实际情况取整 A 25M2 6 冷却蛇管总长度 140 17 M 根据生产实际情况取整 L 145M 如果分为 6 组 则每组为 24 17M 可将竖式冷却蛇管总 长度修正为 L 144M 则每组竖式冷却蛇管总长度为 24M 答 发酵罐冷却面积 25M2 蛇管总长度 144M 和冷却水耗量 13300 kg h d A L 111 1 21 S K 9 10 lg303 2 2 1 21 C tt tt tttt t o F F FF m 12 ttC Q W p 1625 186 4 1002 5 5 9 10 lg303 2 2 1 21 C tt tt tttt t o F F FF m 111 1 21 S K 16750 1 188 0035 0 1450 1 2700 1 1 m t K Q A 85 23 9 101931 1002 5 2 5 M d A L 0565 014 3 25 4 有一 20m 3气升式内环流发酵罐 其装料系数为 75 若该发酵罐 H D 8 D E D 0 8 下封 头体积约为 0 075D 3 求该发酵罐主要尺寸 罐高 罐直径及导流筒直径 若导流筒内发 酵液的平均线速度为 0 25m s 求该反应器的平均循环时间 解 由已知 H D 8 De D 0 8 Vm 0 25m s 总体积总体积 V0V0 32 15 08 4 DDD 20 所以 D 1 46m 所以 H 11 68m De 1 17m 又 VL V0 0 75 故 VL 15m 3 15 3 14 4 1 17 2 0 25 55 84s 0 93min 5 某通风发酵罐内径为 3 1m 圆柱部分高度为 6 2m 采用标准椭圆封头 上 下封头体积 均为 2 1m 3 装入发酵罐的发酵液为 11m3 求 1 发酵罐公称容积 2 装料系数 解 1 公称体积 3 14 4 3 1 2 6 2 2 1 48 87m3 2 V0V0 3 14 4 3 1 2 6 2 0 15 3 13 51 2m 3 VL V 11 51 2 0 21 即装料系数为 21 6 现设计一年产量为 200 吨的链霉素车间 成品效价要求为 740 单位 mg 平均发酵水平为 22000 单位 ml 包括辅助时间在内的发酵周期为 8 天 若发酵液 收率为 95 提炼总收率 为 65 发酵罐总台数为 8 台 既每天放一罐 装料系数为 75 年工作日以 300 天计 求 发酵罐的公称容积及主要尺寸 罐高 罐直径 搅拌叶直径 取 H D 2 Di D 1 3 下封 头体积约为 0 075D 3 解 每年产的链霉素总单位数为 200 109 740u 每年所需的发酵液体积为 则每个生产日所需的发酵液体积为 32 15 0 4 DHD 32 15 0 4 DHD mE L C L m VD V V V t 2 4 1 2 4 2 HD 3 69 m 65 095 022000 1074010200 3 69 m31 36 30065 095 022000 1074010200 共 8 个罐 8 天一个发酵周期 则每天发酵完成 8 8 1 罐 则 每罐的公称体积为 取为 50 立方米 高径比为 2 则有 取 3 1m 则H 2D 6 2m 又 Di D 1 3 所以 Di 1 03 7 过滤面积为 40m 2的板框压滤机 操作压力为 2kg cm2 2 小时后 得滤液 20m3 其滤饼为 不可压缩 若滤布阻力忽略不计 问 1 其他条件不变 将过滤时间延长一倍 可得多少滤液量 2 其它条件不变 将过滤面积增加一倍 可得多少滤液量 3 其他条件不变 但滤饼是可压缩的 其压缩系数 s 0 5 当将操作压力提高到 4kg cm 2 2 小时后可得多少滤液量 基本过滤方程式 解 滤布阻力忽略不计 F 40m 2 V 20m3 由题意得 K 32 1 所以 求得 2 3 所以 8 现有一过滤面积为 40m 2 内框总容量为 0 5m3的板框压滤机 在操作压力为 4kg cm2 当 操作 0 5 小时后 得滤液 0 4m 3 1 小时后 得滤液 0 65m3 现欲过滤某一发酵液 2m3 已知 框内滤渣的填充系数为 80 求最终滤渣体积 滤液体积 过滤时间及平均滤速 Rqxr p Rqxr p d dq 0000 1 Rl r pF d dV 0 1 Rl r pF d dV 0 1 l r pF 0 V F V r pF 00 2 0 0 xur pF x u d xur pF d 00 2 VV K F V 2 00 2 2 p xur pF 2 1 4 32 402p 2 1 22 2 K F V 3 m 220 V 2 32 802p 2 1 22 2 K F V 3 m 40 V 0 5 0 0 s 00 r24rprr 2 322 404 2 p 2 1 22 2 K F V 3 m 20 V 3 0 m41 48 75 0 31 36 V m09 3 7 1 50 D 3 2 2kg cmp 2h 基本过滤方程式 9 现有发酵液 15m 3 已知湿滤渣与发酵液比例为 20 试选择 BMY60 810 25 板框压滤机台 数 并求过滤时间 假定框内填充系数为 0 75 平均滤速为 18L 发酵液 m 2 hr 解 板框数 取板框数为 46 片 所以滤箱体积 压滤机台数 取压滤机台数为 6 台 Rqxr p Rqxr p d dq 0000 1 Rl r pF d dV 0 1 7 45 108108102 60 2 N 6 BA F 3 p m75 0025 081 081 046V HBAN 3 5 75 075 0 2 015 n p VK EVF h31 2 6101860 15 3 10 一台通风量为 50 m 3 min 的棉花活性炭空气过滤器 空气压力为 0 4 MPa 绝对压力 已知棉花纤维直径 d 16 m 填充系数 8 空气线速度为 0 1 m sec 若进入空气过 滤器的空气含菌量是 5000 个 m 3 要求因空气原因引起的倒罐率为 0 1 发酵周期 100 hr 工作温度为 40 平均气温为 20 计算空气过滤器的尺寸 过滤介质厚度和过滤器 直径 大气压为 0 098MPa 表 1 纤维直径 d 16 m 填充系数 8 时棉花纤维的 K 值 空气流速 v m sec 0 050 100 501 02 03 0 k 1 cm 0 1930 1350 10 1951 322 55 解 选用直径 d 16 m 的棉花纤维 填充系数 8 空气线速度为 0 1 m sec 据表 1 查得过滤常数 K 13 5 m 1 根据公式计算过滤层厚度 每批发酵通风过滤前含菌总数为 N1 5000 50 60 100 1 5 10 9个 过滤后含菌数为 N2 10 3个 代入求得过滤层厚度 2 计算过滤