生物工程设备.doc

1.在培养基实罐灭菌过程的保温阶段，应注意凡在培养基液面下的各种进口管道都应通入蒸汽，而在液面以上的其余各管道则应排放蒸汽，不留死角。2.喷射式加热器的特点是: 蒸汽和料液迅速接触，充分混合，加热是在瞬间内完成, 营养成分损失较少。3在培养基实罐灭菌过程将要结束时，应立即引入无菌空气以保持罐压，然后开夹套或蛇管冷却，以避免罐压迅速下降产生负压而吸入外界空气，或引起发酵罐破坏。4. 培养基在连续灭菌之前，需首先要对空设备进行灭菌, 所用蒸汽温度为125130 , 时间为3045分钟。此时一般维持罐压0.150.2 Mpa。5喷射式混合器的特点是什么？蒸汽和料液迅速接触，充分混合，加热是在瞬间内完成。工作时要使用饱和蒸汽或过热蒸汽，即不能含有雾滴，否则雾滴在高速喷出时迅速气化，严重降低真空度。 6.生物工程设备是生物工程和化学工程与设备交叉的学科，主要涉及生物工程生产设备的结构、特点、原理、设计、计算、选型及保养。7. 培养基连续灭菌的特点有哪些？1) 采用高温，快速灭菌，营养成分破坏较少，提高发酵产量；2) 灭菌时间短，设备利用率高；3) 蒸汽负荷均衡，锅炉利用高；4) 适宜采用自动控制；5) 减低劳动强度.6)8. 培养基实罐灭菌的主要特点有哪些？1）不需要专门的灭菌设备，投资少，设备简单。2）灭菌效果可靠，对蒸汽的要求低，一般在（0.30.4）MPa3）中小型发酵罐常用的灭菌方法。4）灭菌后培养基质量比较差，营养损失大。5）罐的利用率低。 9. 压缩空气的露点温度比吸气状态空气的露点温度高，压缩比越大，露点温度也越高，更易析出水。10. 涡轮式压缩机特点是输气量大、效率高、输出空气压力稳定、供气均匀、设备紧凑，占地面积小，无易损部件、空气不带油雾、设备投资大。11.如何提高过滤除菌工艺设备的效率？ （1）减少进口空气的含菌数 减少生产环境空气中的含菌数 空气进风口应设在上风向 提高进口空气的采气位置 加强空气压缩前的预处理（2）设计合理的空气预处理设备，以达到除油、水和杂质的目的（3）设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质（4）降低进入空气过滤器的空气的相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作： 使用无油润滑的空气压缩机加强空气冷却和除油、除水提高进入过滤器的空气温度，降低其相对湿度。 （5）稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。 12. 在培养基实罐灭菌过程中，开始降温时, 应该依次关闭各排汽阀门和进汽阀门，待罐内压力低于空气压力后，向罐内通入无菌空气，在夹套或蛇管中通冷水降温，防止罐体因负压而变形。 13.金属烧结管空气过滤器是一种高效过滤器。使用寿命长、可反复蒸汽灭菌、气体阻力小、安装维修方便，可作为终过滤器, 但是其抗污染能力差。14.空气过滤除菌的原理的是采用定期灭菌的介质阻截流过空气中所含的微尘颗粒制得无菌压缩空气。15. 在微生物反应器设计时，应该保证其具有良好的生物相容性，并且能较好地模拟微生物需要的生长和发酵环境。16一个优良的生物反应器，具有良好的传质、传热和混合性能其结构简单严密, 可防止杂菌污染, 并且具有可靠的检测仪表。17.通气机械搅拌发酵罐有哪些发展趋势 ？18. 发酵罐中挡板的作用是什么？挡板作用：防止液面中央形成漩涡流动，增加其湍动和溶氧传质。19. 什么是全挡板条件？全挡板条件是达到消除液面漩涡的最低条件。通常挡板宽度取（0.1 0.12）D，装设46块即可满足全挡板条件。20. 在设计微生物反应器时，一定要考虑到安全因素，其中主要包括：防污染性能好、结构严密、罐内机械尽可能少、易于清洗和消毒。21.发酵罐内挡板的高度自罐底起至设计的液面高度为止，挡板应与罐壁间隙为挡板宽度的1/51/8。22.在通气发酵生产中应用的消泡方法主要有两种：一是化学消泡法，二是机械消泡法。23.除沫器是利用各种填料，如焦炭，活性碳、瓷环、金属丝网 、塑料丝网等惯性拦截作用分离空气中的水雾或油雾。24. 随着搅拌形式的不断改进，大功率减速装置的开发成功，使传统的生物反应器的广泛应用出现了新的前景。25.生物发酵罐的全挡板条件是指：生物发酵罐内部安装了挡板，使旋涡基本消失，或者说是达到了消除液面旋涡的最低挡板条件。26.搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动。 27.搅拌器对液体的翻动量Q及动压头H是与搅拌器的功率大小有关的两个参 数 ，其主要作用是什么？H越大，有利于气泡的粉碎； Q越大，有利于物料的混合。28.通气机械搅拌发酵罐的主要缺点有哪些？通气搅拌罐有下列优点：pH和温度容易控制 尺寸放大的方法大致已确定适用于CSTR等。通气搅拌罐的缺点：搅拌功率消耗大. 因罐内结构复杂，不易清洗干净，易被杂菌污染。特别是轴承处会发生杂菌。培养丝状菌时，常用搅拌桨叶的剪切力致使菌丝易被切断，细胞易受损伤。29.自吸式生物反应器的特点是: 不需要空气压缩机提供压缩空气，而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溶氧传质的发酵罐。 30.工业上常用的涡轮式搅拌器的特点是：结构比较简单、传递能量效率较高，溶氧速率高；其缺点是轴向混合差，当培养液较粘稠时，混合效果就下降。为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌系统。31. 除沫器是利用各种填料，如焦炭，活性碳、瓷环、金属丝网、塑料丝网等的惯性拦截作用，分离出空气中挟带的水雾或油雾。32.机械搅拌式反应器由于其操作方便、适用性广、使用经验丰富，而长用不衰。33.生物发酵罐的公称体积：指罐的筒身体积和底封头体积之和。34.搅拌叶片上如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的空气气泡就会沿着轴部叶片的空隙上升，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，气泡被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。35.非牛顿型发酵液在大型发酵罐内的流动状态大多处于湍流区，而在小型发酵罐中大多处于过渡流区。36.生物发酵罐搅拌轴双端面机械轴封的主要特点有哪些？ 1、密封可靠，在较长地使用期中，不会泄漏或很少泄漏。 2、使用寿命长，质量好的可用25年不需维修。 3、摩擦功率耗损小，一般为填料函式的1050 。 4、但结构复杂，密封加工精度要求高，安装技术要求高，拆装不便，初次成本高缺点。37.试简述机械搅拌自吸式发酵罐的优缺点 。 1)溶氧效率高，能耗低。 2)高速旋转产生的负压不大，故发酵罐的放大受到限制。 3)转速过高，菌丝体被搅拌器切断。 4)不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资。 5)进罐空气处多处于负压，因而增加染菌的机会；必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统。38.通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器为什么要设置一个圆盘？如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的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，气泡被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。39.涡轮式搅拌器工作原理和主要优缺点v 以产生径向流动为主的搅拌器，由于涡轮的叶片对液体施以径向离心力，因此，液体在离心力的作用下从轴向流入后再从径向流出。v 优点：结构简单、传递能量高，溶氧速率高；v 缺点：轴向混合差，当培养液较粘稠时，混合效果就下降。为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌系统v40.变速搅拌的主要特点 v 适应不同的生长期对搅拌转速的要求v 节约能耗v 多种产品的生产41.现有一个硫酸双氢链霉素发酵罐，内径为2米，装液高度为3.5米，安装一个六弯叶涡轮搅拌器，搅拌器直径为0.8米，转速为150转/分，设发酵液密度为1050 kg/m3，粘度为0.1Pa.s，试计算不通气时的搅拌器所需的功率。 42.真空过滤机可进行吸滤、洗涤、卸饼、再生等连续操作, 适用于固体含量 高 的悬浮液，生产能力大；劳动强度小；但是其辅助设备多，投资大。该设备的工作原理是以大气与真空之间的压力差作为原料液过滤操作的推动力。43. 碟片式离心机工作原理是: 当转鼓连同碟片以40008000转/分高速旋转时，碟片间的悬浮液中的固体颗粒因有较大的质量，优先沉降于碟片的内腹面，并连续向鼓壁方面沉降，澄清的液体则被迫反方向移动而在转鼓颈部，进入排液管排出。 44. 在管式离心机内部液体分界面的半径rs只是与两液相的密度差及两液相的出口半径有关而与两相的体积无关。45.管式离心机的特点是：设备简单，操作稳定，分离纯度高，可用于液液分离和微粒较小的悬浮液分离(0.1-100um)，但处理量较小,2002000L/h，常用于生物菌体和蛋白质的分离。46. 卧螺离心机的设备特点 1）应用范围广，能够完成固相脱水、液相澄清、液液固和液固固三相分离、粒度分离等分离过程。2)对物料的适应性较大，能分离的固相粒度范围较广（0.0052mm）,在固相粒度大小不均时能照常进行分离。2-40%。3）能自动、连续。长期运转，维修方便，能够进行封闭操作4) 单机生产能力大，结构紧凑，占地小，操作费用低。5) 固相沉渣的含湿量一般比过滤离心机高，大致接近于真空过滤机。6) 固相沉渣的洗涤效果差。47. 三足式离心机的主要特点有哪些 ? 三足离心机优点1、对物料的适应性强，被分离物料的过滤性能有较大变化时也可通过调整分离操作时间来适应。2、离心机结构简单，制造安装、维修方便，成本低，操作方便。3、弹性悬挂支承结构，能减少由于不均匀负载引起的震动，机器运转平稳。4、整个高速回转机构集中在一个封闭的壳体中，易于实现密封防爆。三足离心机缺点 间歇操作，进料阶段需启动、增速，卸料阶段需减速或停机，生产能力低； 人工上部卸料三足式离心机劳动强度大，操作条件差。 敞开式操作、易染菌。48. 在逆流萃取过程中，萃取剂用量较少，因而萃取液浓度高。在相同的萃取剂用量下，多级逆流萃取欲同级错流萃取相比可获得更高的收得率。49. 什么是多级逆流萃取 ？50. 什么是萃取因素 ？ 51. 现有一个管式离心机，转筒内径105 mm，轻液出口直径为30 mm，溢流环外径为98 mm，转筒转速15000转/分，若有堤圈五个，其孔径分别为37.4、 39.0、 41.1、 43.8、46.2 mm，现分离乙酸丁酯-水溶液，密度分别为880 kg/m3，1000 kg/m3，若分离产物在乙酸乙酯中，问选用哪个堤圈为好？ 根据题意：轻液出口半径rL=15 mm；溢流环半径rf49 mm最大半径：rH = 22.05 mm, 最大内径：DH = 2 rH = 222.0544.1 mm则堤圈内径范围： 大于轻液出口内径：DL = 30 mm同时应该小于DH = 44.1mm可以选择37.4、39.0、41.1、43.8。 校核轻液和重液界面半径 rs结论：可以选择37.4，39.0， 41.1 三种，为了有利于轻液分离，可选用提圈孔径稍大些的41.1mm最好。52. 冷却类结晶器有哪些？自然冷却敞开式结晶器、搅拌结晶器、连续式结晶器53. 真空煮晶锅特点 1结构比较简单，是一个带搅拌的夹套加热真空蒸发罐；蒸发、结晶同时进行。2适用于结晶速度比较快，容易自然起晶，且要求结晶较大的产品。3可以控制溶液蒸发速度和进料速度，以维持溶液一定的过饱和度进行育晶。4产品形状一致，大小均匀。54. 设计结晶设备应注意哪些条件？1) 应考虑溶液的粘度、杂质的影响，结晶温度，结晶体的大小、形状以及结晶长大速度等条件。2) 搅拌器速度及形式的选择。3) 结晶器的内壁光滑，光洁。避免诱发新的晶核；4) 防止晶体堵塞管道。55.升膜蒸发器的工作原理 物料从加热器下部的进料管进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。56.气流干燥是利用高速的热气流将物料在流态化输送过程进行干燥的操作。57.进行真空冷冻干燥过程的必要条件是干燥过程压力应低于操作温度下冰的饱和蒸汽压。 58.离心喷雾干燥过程是利用高速旋转的圆盘给予料液以离心力，使其高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍与撕裂等作用形成细雾而干燥的过程。59.目前使用的喷雾干燥的主要缺点是: 喷雾干燥的容积干燥强度小，故干燥室体积大。热量消耗多，一般蒸发l kg水分约需6280kJ热量，相当于消耗2.53.5kg的蒸汽, 往往会发生产品黏壁现象。60.设计蒸发器必须满足哪些基本要求 ? 1、应防止或减少浓溶液在加热表面上析出溶质而形成结垢。2、对于热敏性的物质减少溶液在蒸发器内停留时间。3、充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量，并节能。61.为什么降膜蒸发器要配置料液分布装置? 料液进入加热列管时要均匀分配，使每根管子的内壁都能被液体所润湿，否则容易发生干壁现象而严重影响蒸发效果，甚至使产品质量降低，阻塞加热管。因此降膜蒸发器加热列管的上部都要设置料液分配装置。62.试简述真空蒸发设备的特点 ？1) 由于减压，沸点降低，有利于溶液汽化。蒸发器的热损失较少。2) 适用于热敏性溶液和不耐高温的溶液；3) 可利用二次蒸汽作为加热热源；4) 需要有抽真空装置，保持真空度，消耗额外能量。63.低温干燥类的设备有哪些种？ 真空干燥设备、冷冻干燥设备64.气流干燥工艺过程的主要优缺点？优点：1.干燥强度大，体积传热系数大。( 410012500 kJ/m3h )2.粒子在干燥器内停留时间短，0.52秒。3.适用性广，粒径范围约0.110 mm。4.设备结构简单，生产能力大，能连续操作，可实现自动控制。缺点1.气流干燥不适宜干燥临界含水率高、降速段长的物料；2. 粒子碰撞、摩擦剧烈对晶体有磨损；3.对粘性物料不适用；4.对厂房要求高。65.冷冻干燥的特点 ？优点 1、干燥温度低，特别适合高热敏性的物料干燥。（ 35 5）2、能保持原物料的外观形状。3、冻干制品有多孔结构，因而有理想的速溶性和快速复水性。4、冷冻干燥脱水彻底，质量轻，产品保存期长。缺点 1.昂贵的专用设备，干燥周期长，能耗较大，产量小，加工成本高。2.抗生素类，生物制品等活性物质。66.真空蒸发设备的主要特点 同6267.快速干燥的设备有哪些？ 滚筒干燥设备、喷雾干燥设备、气流干燥、沸腾干燥；68.刮板式蒸发器特点 ？ 物料的适应性很强，对于高黏度和易结晶、结垢的物料都能适用。 传热系数较高，一般可达 (40008000)kJ(m2h)。 液料在加热区停留时间很短，一般只有几秒至几十秒； 因具有转动装置，且要求真空，故设备加工精度要求较高。 动力消耗大，处理量也很小。69.在设计蒸发器时, 必须满足哪些基本要求 ？同6070.升膜加热蒸发器的工作原理？同5571.降膜式蒸发器的工艺特点 ？1）可以浓缩高粘度的液体（1,000厘泊以下）。 2) 停留时间短，可以处理热敏性物料。3) 一次通过的浓缩比不大于7。4) 加热管内高速流动的蒸汽使产生的泡沫极易破坏消失，适用于容易发泡的料液。 5) 制造费用不高，投资少，占地面积小。 72.在升膜蒸发器中，溶液在加热管中产生“爬膜”的必要条件是：要有足够的传热温差和传热强度，使蒸发的二次蒸汽量和蒸汽速度足以带动溶液成膜上升。 73. 在冷冻干燥过程中，首先将湿物料在10至 50下冻结成固态，然后在高度真空下，将其中固态水分直接升华为气态的干燥过程。74.在喷雾干燥过程中，悬浮液或粘滞液体与干热空气发生强烈的热交换，被喷成雾状，迅速排除本身的水分