生工设备提纲

11生物反应器设计基础1、发酵罐数的确定。12通风发酵罐1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。 主要类型：机械搅拌式、气升式、自吸式机械搅拌式原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。 气升式 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：反应溶液分布均匀，较高的溶氧速率和溶氧效率，剪切力小，传热良好，结构简单，能耗小，不易染菌，操作和维修方便 自升式原理：不需空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐 优点： (1)不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积； (2)溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低； (3)生产效率高、经济效率高(4)设备便于自动化、连续化。 缺点： 较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40。2、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算（非通气状态和通气状态注意参数单位）。不通气条件下：鲁士顿(Rushton J. H.)公式：P0无通气搅拌输入的功率（W）；NP功率准数，是搅拌雷诺数ReM的函数涡轮转速（r/s）；D是直径（m）液体密度（kg/m3）；通气条件下：修正的迈凯尔公式：P0无通气搅拌输入的功率（kW）涡轮转速（r/min）Di 涡轮直径（cm）Q通气量（mL/min）13嫌气发酵罐1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。2、酒精发酵罐的计算。 课件1.3.5和1.3.73、啤酒发酵罐的计算及设计中涉及的问题（如压力、真空、发酵液混和及对流）等。4、新型啤酒发酵设备的优缺点。5、CIP在位清洗。6、连续发酵与间歇发酵的优缺点。 间歇发酵：操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。 连续发酵：培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，发酵周期短，设备利用率和生产效率高，易于自动化生产。存在的问题：（1）微生物的突变（2）污染杂菌（3）混合均匀度不理想（4）丝状菌的输送困难141动物细胞培养反应器1、动物细胞培养的特点。具有明显的表达产物方面的优点。培养方式有三种：贴壁培养，悬浮培养，固定化培养1. 细胞生长缓慢，易受微生物污染，培养时需要抗生素；2. 动物细胞较微生物大得多，无细胞壁，机械强度低，适应环境能力差；3. 培养过程需氧量少，且不耐受强力通风与搅拌；4. 在机体中，细胞相互粘连以集群形式存在；5. 培养过程产物分布于细胞内外，成本高，产品价格昂贵；6. 大规模培养时，不可套用微生物反应的经验；7. 原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡。2、动物细胞培养反应器的分类。笼式通气搅拌器，气升式反应器，中空纤维细胞培养反应器，微囊培养系统，122植物细胞培养反应器1、植物细胞培养反应器的分类。2、植物细胞培养与微生物培养的区别。 植物细胞培养与微生物的区别：细胞的大小细胞块的形状培养液的黏度需氧量Kla值比微生物培养的Kla值小得多对剪切力敏感需CO2和光照123微藻细胞培养反应器1、微藻细胞培养的特点及反应器种类。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。 反应器种类：敞开式培养反应器，密闭式培养反应器，管道式光培养反应器，浅层溢流光培养反应器15生物反应器的检测与控制1、生物工程对传感器的要求。（1）传感器能经受高压蒸汽灭菌；（2）传感器及其二次仪表具有长期稳定性；（3）最好能在过程中随时校正；（4）探头材料不易老化，使用寿命长；（5）探头安装使用和维修方便；（6）解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞问题；（7）价格合理，便于推广使用。2、生物传感器及其组成。将生物体的成份（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。 组成：敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件3、生化过程各参数控制图的绘制。4、PID控制。16生物反应器的比拟放大1、生物反应器放大的目的。2、放大的内容。3、经验放大中常用的两种方法。211生物反应物料处理设备1、固体物料的筛选除杂设备具体包括哪些。2、原料粉碎的方式，具体设备。3、物料粉碎的力学分析。4、锤式粉碎机的工作原理。5、两辊式粉碎机的工作原理。212液体培养基的制备及杀菌设备1、p182罐式连续蒸煮流程及蒸煮罐和后熟罐结构特点及作用。1.粉浆罐2.蒸煮罐3.后熟器4.气液分离器5.真空冷却器6.糖化醪7.连续糖化罐 热的蒸汽进入混合冷凝罐2、真空冷却装置设备图及原理。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。3、啤酒厂麦汁制备的四器组合。糖化罐，糊化罐，过滤槽，麦汁煮沸器4、液体培养基的灭菌方法及工业常用的方法。(1)化学试剂灭菌：常用试剂有甲醛、氯、高锰酸钾、环氧乙烷等； （2）射线灭菌：x-射线、 -射线、紫外线； （3）干热灭菌； （4）湿热灭菌； （5）过滤除菌以蒸汽加热灭菌较多5、对数残留公式及理论灭菌时间。微生物的受热死灭过程属于一级反应，所以：上式积分：得：6、实罐灭菌、连续灭菌及灭菌时间的计算。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。 221过滤、离心与膜分离设备1、常压加压和真空过滤具体设备。2、离心分离因数。3、常用的膜分离设备。222离子交换分离、色谱原理及设备1、离子交换的原理。2、常用的离子交换罐（具有多孔支持板的离子交换罐）结构图。1-视镜 2-进料口 3-手口4-液体分布器 5-树脂层6-多孔板 7-尼龙层 8-出液口过程：交换，水洗，再生，水洗，交换23萃取分离设备1、溶剂萃取的方法。单级萃取，多级错流萃取，多级逆流萃取2、双水相体系及常用于生物分离的双水相体系。双水相萃取原理：基于物质在双水相体系中的选择性分配。 双水相体系：某些有机物之间或有机物与无机盐之间，在水中以适当的浓度溶解后形成互不相溶的两相或多相水相体系。 常用生物分离的双水相体系：PEGDextran系列和PEG无机盐系列。 双水相体系在生物分离的应用：用于蛋白质、酶、核酸、菌体、细胞、细胞器以及氨基酸、抗生素等生物小分子物质的分离、纯化。24蒸发与结晶设备1、常压蒸发设备。夹套式，内置式（列管式内加热器，两段式内加热器）2、真空蒸发的优点及设备。1.物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温所产生的质变；2. 提高了热交换的温度差，增加了传热强度；3.为二次蒸汽的利用创造了条件，可采用双效或多效蒸发，提高热能利用率；4.蒸发器热损失减少。设备：管式薄膜蒸发器/套筒式/套管式（升膜/降膜/升降膜式）。刮板式蒸发器，离心式薄膜蒸发器3、升膜式蒸发器工作原理、降膜式蒸发器工作原理。升膜式：物料从加热器下部进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓度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。降膜式：物料从加热管上部进入，经分配器导流管进入加热管，沿管壁成膜状向下流。4、蒸发过程节能的方法。采用多效蒸发，循环利用热能：将高能二次蒸汽用作加热介质去蒸发另外的物料而本身也被冷凝。热泵蒸发：用机械泵或用蒸汽喷射泵将低压蒸汽压缩成较高压力的蒸汽，重新利用加热蒸汽的办法。研制更理想的蒸发设备和效率更高的热泵。5、真空煮晶设备结构。25干燥设备1、气流干燥原理。2、气流干燥流程中脉冲管的工作原理。3、喷雾干燥原理及几种喷雾器的形式。4、冻干的原理及特点。26 蒸馏设备1、洒精蒸馏挥发系数与精馏系数。2、分子蒸馏技术。3、水蒸汽蒸馏原理。31空气净化除菌与空气调节1、生物工业生产中对空气质量的要求。2、空气除菌的一般方法，生物工业常用的除菌方法。3、介质过滤除菌机理及常用介质。4、两级冷却、分离、加热的空气除菌流程（各设备的结构及作用）。5、对数穿透定律。过滤器的种类。6、焓湿图及状态变化过程。32设备与管道的清洗与杀菌1、保证管道彻底灭菌的设计要求。2、空罐灭菌。3、设备材料及加工要求。33生物反应物料