级生物工程设备复习资料

1、有一发酵罐，内装40M3培养基，在121温度下进行实罐灭菌，原污染程度为每ML有2105个耐热细菌芽孢，121时灭菌速度常数为18（/MIN），求灭菌失败机率为0001时所需要的灭菌时间（假设不计升温阶段所杀灭的菌数，把培养基中所有的菌均看作是在保温阶段被杀灭）。若对培养基采用连续灭菌，灭菌温度为131，此温度下灭菌速度常数为15（/MIN），求灭菌所需的维持时间解N040106210581012NT0001，K18（/MIN）灭菌时间为2303N0TLG2034（MIN）KNT解2303C0TLGKCTC02105（个/ML）CT1/40109（个/ML）T244（MIN）2、某酒精工厂，每发酵罐的进料量为28T/H，每4H装满一罐，糖化液密度为1082KG/M3发酵周期72H，试确定发酵罐的结构尺寸,罐数。解发酵罐个数和结构尺寸的确定发酵罐个数N（NT/24）1N24/46N67224119（个）取发酵罐装料系数09发酵罐体积VVO/2841000（108209）115（M3）发酵罐采用圆柱型，底、顶为锥型，结构比例如下H12DH1H201DV0785D2（H1/3H11/3H2）0785D2（12D2/301D）115（M3）则D487（M）H12D584MH1H201D0487M3、已知从汽液分离器排出的糊化醪量为1000KG/H，其比热为36KJ/KGK，温度为100,要求冷却到65，试计算真空冷却器基本尺寸（直径D和高度H）。注二次蒸汽在65时汽化潜热R23434KJ/KG在65时蒸汽的密度为016KG/M3取器内二次蒸汽上升速度不超过1M/S取真空冷却器径高比DH115。解糊化料液从100冷却到65放出热量Q100036（10065）126000（KJ/H）真空冷却器内产生的二次蒸汽量为/H二次蒸汽的体积流量为538/01633625M3/H因故又因DH115故H0345X1505175（M）4、某味精厂需新建50M3种子罐,装料系数为60,已计算出主发酵期生物合成热Q170105KJ/H，搅拌热Q285104KJ/H,查有关资料可知汽化热Q31104KJ/H，醪液的比重为104103KG/M3，发酵温度为32，冷却水进口温度为15，出水温度为26，冷却水的平均比热CP4186KJ/KG，罐内采用不锈钢盘管冷却，其规格为53/60MM,壁厚35MM，其导热系数188KJ/MH，根据生产经验数据可取传热系数1和2分别为2700KJ/MH和145104KJ/MH，另外管壁水垢层的热阻取1/1675022MH/KJ，试求发酵罐冷却面积、盘管总长度和冷却水耗量。参考公式；211LG302TTTFM；解总的热量QQ1Q2Q370105851041104775105KJ/H121SK12TCQWPMTKQA冷却水耗量/10685218640732HKGTCQWP对数平均温度差K值的计算冷却面积取整为38M2。冷却蛇管总长度5、某厂在100升发酵罐中进行发酵实验，然后放大至100M3发酵罐。试验罐的参数为罐径D400MM，搅拌状态下REM104,涡轮式搅拌器转速350R/MIN，试按P0/V相等准则进行放大，计算放大罐直径和搅拌器的转速。解V1100L01M3,V2100M3,V2/V11000体积扩大1000倍时，D2/D110，D210D14000MM因PN3D5,VLD3，P/VLN3D2，由于P/VL常数，N2N1（）350021475R/MIN6、青霉素在0和PH25时的分配系数（醋酸丁酯/水）为35，若用1/4体积的醋酸丁酯进行二级逆流萃取，计算其理论收率若改为二级错流萃取，第一级用1/4体积的醋酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯，计算其理论收率解N2，理论收率理论收率60LG30211CTTTOFMC/J01931675803145270122HMKSKM631095T2MKQA240561438MDL75814/3E849102175814/31E531/2E7290317、设计一台通风量为50M3/MIN的棉花活性炭空气过滤器，空气压力为04MPA绝对压力，已知棉花纤维直径D16微米，填充系数8，空气线速度为01M/SEC，若进入空气过滤器的空气含菌量是5000个/M，要求因3空气原因引起的倒罐率为01，发酵周期100HR。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。表1纤维直径D16微米，填充系数8时棉花纤维的K值空气流速V0M/SEC005010050102030KCM101930135010195132255解查表当V001M/SEC时,K013521LGNKLN15000506010015109N210321LG890235LCMKP101MPAP204MPAV150M/MIN083M/SEC33由气态方程得31220/SECTP（M）24167SVD答该空气过滤器的过滤介质厚度为902CM,过滤器直径为167M1某酒精工厂，每发酵罐的进料量为28T/H，每4H装满一罐，糖化液密度为1082KG/M3发酵周期72H，冷却水初、终温为20，25，若罐内采用蛇管冷却，发酵罐的总传热系数为2000KJ/M2H,试确定发酵罐的结构尺寸,罐数,冷却水耗量假设发酵液热损包括蒸发热和向周围的散热为生物合成热的10即Q2Q310Q1。解发酵罐个数和结构尺寸的确定发酵罐个数N（NT/24）1N24/46N67224119（个）取发酵罐装料系数09发酵罐体积VVO/2841000（108209）115（M3）发酵罐采用圆柱型，底、顶为锥型，结构比例如下H12DH1H201DV0785D2（H1/3H11/3H2）0785D2（12D2/301D）115（M3）则D487（M）H12D584MH1H201D0487M发酵罐的总发酵热QQQ1Q2Q3Q1MSQ284100014186469105KJ/HQ2Q310Q014691050469105KJ/HQQ1Q2Q3422105KJ/H冷却水耗量WQ/C（T2T1）422105/4186（2520）20162KG/H答发酵罐的结构尺寸,罐数,冷却水耗量11级生物工程设备期末复习绪论1、生物技术（BIOTECHNOLOGY）是应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂（BIOLOGICALAGENT）的作用将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。这里的生物作用剂主要是指酶、生物细胞或生物体。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（1）锤片2）筛板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。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、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。5、粉碎比物料粉碎前后平均粒径之比，XD1/D2。6、大麦精选机的工作原理是什么精选是利用杂粒与大麦长度不同的特点进行分离。常用的精选机有碟片式和滚筒式2种，都是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒。袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离；或者说主要是根据颗粒长度分级。第二章生物细胞培养基制备设备1、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。2、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；3、啤酒厂糊化锅、糖化锅、麦芽汁煮沸锅的作用糊化锅加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，使淀粉液化和糊化糖化锅使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化麦芽汁煮沸锅麦汁的浓缩和煮沸，加入酒花，浸出酒花中苦味物质和芳香物质，加热凝固蛋白质，灭菌、灭酶4、为什么工业发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法湿热灭菌是利用高温饱和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白质变性进行灭菌的一种方法。工业发酵培养基灭菌的特点是数量多；含有很多固体物质；灭菌后要有利生产菌的生长。湿热灭菌方便易行，由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具有很强的穿透力，灭菌效果好；蒸汽来源及控制操作条件方便，适用于工业发酵培养基的灭菌。5、若对某培养液进行灭菌，试设计一板式换热器连续灭菌流程，其中要用到热集成方式。画图并说明灭菌流程。板式换热器可用方框图表示。说明生培养液先在板式换热器2内进行预热，此处用到热集成，即灭菌后的培养液作为加热介质，把热量传递给生培养基，同时使灭菌后的培养液得到初步冷却。在板式换热器3内预热后的培养液被加热到灭菌温度。加热源为蒸汽。在维持段维持一段时间，完成灭菌。在板式换热器2处被预冷。在板式换热器1处，经过预冷的培养液继续被冷却水进一步冷却至设定温度。6、试设计培养基连续灭菌流程，使用的设备为连消塔、维持罐和喷淋冷却设备。（画简图并说明灭菌流程，并说明各设备的主要作用）。图24连续灭菌设备流程示意图1配料罐（拌料罐）蒸汽入口3连消塔维持罐5培养基出口6喷淋冷却7冷却水24567说明连消塔的作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（126132）；维持罐的作用连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的，用维持罐保温杀菌一段时间达到灭菌要求；冷水喷淋冷却管从维持罐出来的料液要经过冷却管进行冷却，冷却到4050后，输送到预先已经灭菌过的罐内。7、有一发酵罐内装40立方米培养基，在摄氏121度温度下进行实罐灭菌，原污染程度为每ML有200000个耐热细菌芽孢，摄氏121度时灭菌速度常数为18（/MIN），求灭菌失败机率为0001时所需要的灭菌时间（假设不计升温阶段所杀灭的菌数，把培养基中所有的菌均看作是在保温阶段被杀灭）。若培养基采用连续灭菌，灭菌温度为摄氏131度，此温度下灭菌速度常数为15（/MIN），求灭菌所需的维持时间解N04010620000081012NT0001，K18（/MIN）灭菌时间为2303N0TLG2034（MIN）KNT解2303C0TLGKCTC0200000（个/ML）CT1/40000000000（个/ML）T237（MIN）8、已知从汽液分离器排出的糊化醪量为1000KG/H，其比热为36KJ/KGK，温度为100,要求冷却到65，试计算真空冷却器基本尺寸（直径D和高度H）。注二次蒸汽在65时汽化潜热R23434KJ/KG在65时蒸汽的密度为016KG/M3取器内二次蒸汽上升速度不超过1M/S取真空冷却器径高比DH115。解糊化料液从100冷却到65放出热量W100036（10065）126000（KJ/H）真空冷却器内产生的二次蒸汽量为/H二次蒸汽的体积流量为538/01633625M3/H因故又因DH115故H0345X1505175（M）9、现代生物技术工业涉及的生物培养往往是纯种培养，需对培养基等进行灭菌。请说明一下染菌可能产生的危害答1）生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；2）在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；3）杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难4）杂菌会降解目的产物；5）杂菌会污染最终产品；6）发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。10、生物工程工业上防止杂菌污染的措施有哪些答1）使用的培养基和设备须经灭菌，发酵罐无死角、无渗漏且灭菌彻底；2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理，无菌空气制备应达到工程要求；3）设备应严密，生物反应器维持正压环境；4）培养过程中加入的物料应经过灭菌，补料系统无死角、无渗漏且灭菌彻底；5）使用无污染的纯粹种子，种子制备严格按无菌要求操作，确保生产种子没有杂菌；6）生产区域保持清洁卫生；7）灭菌、接种、取样应严格按规范进行操作。第三章生物反应器设计基础1、溶氧系数的影响因素有哪些如何提高溶氧系数影响因素A操作条件（搅拌、通气量）；B发酵罐的结构及几何参数（体积、通气方式、搅拌叶轮结构及尺寸）；C物料的物化性能（扩散系数、表面张力、密度、粘度、培养基成分及特性）提高方法加强搅拌，适当的空气流量，降低发酵液粘度，提高氧分压。3、简述良好的生物反应器应满足的条件。1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；2）具有良好的气液固接触和混合性能和高效的热量、质量、动量传递性能；3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度；5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。第四章生物反应器1、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。2、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。3、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4、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。5、体外培养的动物细胞的两种类型是什么贴附型细胞培养在培养时能贴附在支技物表面生长。悬浮型细胞培养在培养中悬浮生长。6、通气发酵罐必须满足的要求A发酵罐应具有适宜的径高比（罐身越长，氧的利用率越高）；B要能承受一定压力；C发酵液混合与流动良好，保证发酵必需的溶解氧；D具有足够的冷却面积；E罐内应尽量减少死角，避免染菌；F搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。7、啤酒后发酵设备（后发酵槽，即贮酒槽）的作用主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和CO2，促进啤酒的稳定、澄清和成熟8、全挡板条件是指达到消除液面旋涡的最低条件，在一定转数下增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求01205BDNND发酵罐直径，B挡板宽度，N挡板数9、膜生物反应器的优点增大反应速率。在生物学中有许多反应是产物抑制型，即随着反应的进行，产物浓度提高，反应速率下降。采用膜生物反应器可在反应过程中移去产物，使产物浓度保持恒定，反应速率因此会提高。提高反应转化率。膜生物反应器通常在常温和常压下进行生化反应，可使产物或副产物从反应区连续地分离出来，打破反应的平衡，从而可大大地提高反应转化率，增加产率或处理能力，过程能耗低、效率高。简化生产步骤。膜生物反应器使反应和分离在同一个步骤里完成，简化了生产步骤，减少劳动量，提高了劳动效率。截留生物催化剂，使细胞或酶在高浓度下进行。减少了能耗，节约了成本。10、判断下图为何种生物反应器请简述其操作原理。此图为具有外循环冷却的气升环流式发酵罐。工作原理无菌空气从5处进入，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而在导流筒内向上运动，而导流筒外壁与发酵罐外壁之间的的环流间隙中的发酵液由于气含量少而下沉。为了使罐内液体保持恒温，通过泵6使发酵液循环（从7到9），在热交换器8处加热或冷却。11、某味精厂需新建50M3种子罐,装料系数为60,已计算出主发酵期生物合成热Q170105KJ/H，搅拌热Q285104KJ/H,查有关资料可知汽化热Q31104KJ/H，醪液的比重为104103KG/M3，发酵温度为32，冷却水进口温度为15，出水温度为26，冷却水的平均比热CP4186KJ/KG，罐内采用不锈钢盘管冷却，其规格为53/60MM,壁厚35MM，其导热系数188KJ/MH，根据生产经验数据可取传热系数1和2分别为2700KJ/MH和14510KJ/MH，另外管壁水垢层的热阻取2421/16750MH/KJ，试求发酵罐冷却面积、盘管总长度和冷却水耗量。参考公式；211LG302TTTFM解总的热量QQ1Q2Q370105851041104775105KJ/H冷却水耗量/10685218640732HKGTCQWP对数平均温度差K值的计算112SK12CQWPMTKQA610LG30221CTTTOFMC/J01931675803145270122HMKSKM631095T2MKQA240561438MDL冷却面积取整为38M2。冷却蛇管总长度12、某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24T/H，每4H装满一罐，发酵周期为72H，试确定发酵罐的罐数和发酵罐体积（装液系数为09）。（糖化醪密度为1076KG/M3解1确定发酵罐个数2发酵罐体积13、一年产5万吨柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为14，提取总收率90，年生产日期为300天，发酵周期为96小时。问需要多少个发酵罐解每日的产量M050000/3001667（吨）每日所需发酵液的量VL1667/（01409）13228（M3）假定发酵罐的装液系数为85，则每日所需发酵罐容积V总13228/0851556（M3）取发酵罐的公称容积为250M3，则每日需要6个发酵罐，发酵周期为4天，考虑放罐洗罐等辅助时间，整个周期为5天。则所需发酵罐的总数N56131个（其中一个备用）第五章生物反应器的放大与控制6642N19271TNM0910764V21、某厂在100升发酵罐中进行发酵实验，然后放大至100M3发酵罐。试验罐的参数为罐径D400MM，搅拌状态下REM104,涡轮式搅拌器转速350R/MIN，试按P0/V相等准则进行放大，计算放大罐直径和搅拌器的转速。（已知PN3D5,VLD3）解V1100L01M3,V2100M3,V2/V11000体积扩大1000倍时，D2/D110，D210D14000MM因PN3D5,VLD3，P/VLN3D2，由于P/VL常数，N2N1（）350021475R/MIN2、某通风发酵罐体积100L，拟放大到10M3生产罐，发酵液为牛顿型流体，黏度225103PAS，密度1020KG/M3，实验罐尺寸为直径375MM，搅拌叶轮直径125MM，高径比H/D24，液深HL15D，装液量60L，通风量10VVM，使用两挡六弯叶蜗轮搅拌器，转速350R/MIN，请按PO/V相等的准则放大，放大罐空气流量为300M3/MIN求放大罐的几何尺寸和PG。解按几何相似原则确定10M3生产罐的尺寸根据题意几何比例相同有H/D24，D/DI3HL/D15装料系数仍取60则VL10606/4D215DD3510D172MH24D413MDI2D/3057MHL15D258M按PO/V相等原则则N2/N1（DI1/DI2）2/3N2N1（DI1/DI2）2/3350（0125/057）2/312728（R/MIN）REN2DI22/12728/6005721020（225103）312105104仍采用两挡六弯叶蜗轮搅拌器NP47放大罐的不通气的搅拌功率PO2NPN3DI25247（12728/60）310200575550718（W）551KW通气的搅拌功率PG225103（PO2N2DI23VG008）039225103（5512127285733000000008）039401KW答放大罐的几何尺寸为直径172M，高度H为413M，搅拌叶轮直径057M，液深高度258M，不通气搅拌功率551KW，通气搅拌功率398KW。第六章细胞破碎与料液分离设备1、如何提高固液过滤速度答有两方面的措施（1）改变发酵液的性质，如通过增加发酵液的温度、调节PH、加入絮凝集剂、加入某些盐类。（2）改变过滤条件，如增加过滤压力，加入助滤剂，改变液体流向等。第七章萃取设备1、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）2、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。3、青霉素在0和PH25时的分配系数（醋酸丁酯/水）为35，若用1/4体积的醋酸丁酯进行二级逆流萃取，计算其理论收率若改为二级错流萃取，第一级用1/4体积的醋酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯，计算其理论收率解75814/3E8491021N2，理论收率理论收率第八章离子交换、吸附和层析分离设备1、吸附操作是利用适当的吸附剂，在一定的操作条件下，使有用目标产物或有害成分被吸附剂吸附，富集在吸附剂表面，然后再以适当的洗脱剂将吸附的物质从吸附剂上解吸下来，从而达到浓缩和提纯的目的，这样的过程称为吸附操作。2、凝胶过滤层析是利用凝胶粒子（通常称为凝胶过滤介质）为固定相，根据料液中溶质相对分子质量的差别进行分离的液相层析法。凝胶层析又叫分子筛层析。3、离子交换法是利用合成的离子交换剂作为吸附剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在交换剂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物质从交换剂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。4、层析设备由哪几个部分组成阀系统（上样阀、缓冲液选择阀和分流/旁通阀）、层析柱、泵、收集器、检测仪器。5、交换容量是单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数，是表征树脂交换能力的主要参数。第九章蒸发与结晶设备1、蒸发设备设计考虑因素A充足的加热热源，维持溶液沸腾和补充溶剂汽化带走热量；75814/31E5310/2E729053178B保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽迅速排出；C一定的了交换面积，保证传热量；D结构合理，操作方便，安全可靠；E动力消耗少；F易加工制造，维修方便2、升、降膜式蒸发器各有何特点升膜式A物料蒸发内阻小，蒸发速度快，效率高；B物料受热时间短；C适用于发泡黏度小的热敏性物料。降膜式A传热系数大；B蒸发速度快；C物料与加热蒸汽之间温度差小；D物料可浓缩到较高浓度3、蒸发是加热溶液后，除去其中部分汽化的溶剂，从而提高溶液浓度即溶液被浓缩的过程。4、简述蒸发过程的必要条件充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量。保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。一定的热交换面积，以保证传热量。5、请简述中央循环管式蒸发器的结构及循环流动原理。4二次蒸汽液体的循环加热蒸汽2完成液3冷凝水料液1图中央循环管式蒸发器外壳加热室中央循环管蒸发室答其加热室由垂直管束组成，中间有一根直径很大的管子，称为中央循环管。当加热蒸气通入管间加热时，由于中央循环管较大，其中单位体积溶液占有的传热面比其他加热管内单位溶液占有的要小，即中央循环管和其他加热管内溶液受热程度各不相同，后者受热较好，溶液汽化较多，因而加热管内形成的汽液混合物的密度就比中央循环管中溶液的密度小，从而使蒸发器中的溶液形成中央循环管下降、而由其他加热管上升的循环流动。这种循环，主要是由于溶液的密度差引起的。6、简述几种蒸发设备的优缺点及适用物料。（一）循环型蒸发器1中央循环管式蒸发器优点结构简单、制作方便、投资少，操作容易缺点清洗、检修麻烦，传热系数小，溶液黏度大、沸点高适用于结垢不严重、腐蚀性较小的溶液2外热式蒸发器加热室（加热管较长）、蒸发室优点便于清洗、更换3强制循环蒸发器优点循环速度大、且可调节，传热系数大缺点动力消耗大适用于黏度大、易结晶结垢的物料（二）单程型蒸发器优点加热时间短，适用于热敏物料缺点不适用于结晶、结垢物料的蒸发1升膜式蒸发器适用于处理蒸发量较大的发泡性粘度较小的热敏性物料；不适合于高粘度、有结晶析出或易结垢的物料2降膜式蒸发器优点可用于蒸发黏度较大、浓度较高的液体缺点结构复杂，不适于处理易结晶结垢的溶液3刮板式蒸发器特点由于采用刮板成膜、翻膜，且物料薄膜不断地搅动，更新加热表面和蒸发表面，故传热系数较高适用于高粘度热敏性物料的蒸发，同时也适用于易结晶、结垢和含悬浮物的料液蒸发；但结构复杂、动力耗费大7、根据下图，简述升膜式蒸发器的蒸发过程，并指出此蒸发器对于浓度较高、黏度较大、易结垢的物料是否适用。答料液经预热后由蒸发器底部引入，进到加热管内受热沸腾后迅速汽化，生成的蒸汽在加热管内高速上升。溶液则被上升的蒸汽所带动，沿管壁成膜状上升，并在此过程中继续蒸发，汽、液混合物在分离器内分离，完成液由分离器底部排出，二次蒸汽则在顶部导出。此蒸发器对于浓度较高、黏度较大、易结垢的物料不适用。第十章蒸馏过程与设备1、何谓粗馏、精馏粗馏塔、精馏塔的作用粗馏将酒精与其它挥发性杂质从发酵醪中分离的过程粗馏塔作用从发酵成熟醪液中将乙醇成分提取出来精馏除去粗酒精中杂质，进一步提高酒精浓度精馏塔作用把粗酒精提浓到产品要求浓度，并分离纯化2、分子蒸馏是在高真空条件下进行的非平衡蒸馏。其蒸发面与冷凝面的距离在蒸馏物料的分子的平均自由程之内。此时，物质分子间的引力很小，自由飞驰的距离较大，这样有蒸发面飞出的分子，可直接落到冷凝面上凝聚，从而达到分离的目的。3、蒸馏操作液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的，它是通过液相和气相间的质量传递来实现的。第十一章干燥设备1、生物工业中常用的干燥方法喷雾干燥、气流干燥、沸腾干燥和冷冻干燥。2、真空冷冻干燥把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来。3、沸腾干燥是利用流态化技术,即利用热的空气流体使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使粒子中的水分迅速汽化，达到干燥目的。4、喷雾干燥雾化器有压力式雾化器，离心式雾化器，气流式雾化器。5、在一定空气状态下干燥某物料，能用干燥方法除去的水分为自由水分_；首先除去的水分为非结合水分；不能用干燥方法除的水分为平衡水分_。6、喷雾干燥是利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。7、沸腾造粒干燥是利用流化介质（空气）与料液间很高的相对气速，使溶液带进流化床就迅速雾化，这时液滴与原来在沸腾床内的晶体结合，就进行沸腾干燥，故也可看作是喷雾干燥与沸腾干燥的结合第十二章物料输送设备1、说明斗式提升机的装料方式、卸料方式和适用物料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。2、螺旋输送机的适用的物料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。3、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）。4、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5、气流输送及如何确定输送速度气流输送借助空气在密闭管道内的高速流动，物料在气流中被悬浮输送到目的地。输送速度气流速度粒子悬浮速度。6、离心泵的性能参数有哪些特性曲线的规律是什么性能参数扬程泵的压头（H）。流量离心泵在单位时间内送入管路系统的液体量（Q），习惯上以（M3H）表示。大小取决于它的结构、尺寸（主要为叶轮直径和宽度）和转速。轴功率实际测得（N）。有效功率根据泵的压头和流量算出。NEHQG效率有效功率与轴功率之比，反映泵的轴功率的利用程度（）。特性曲线规律HQ流量增大，压头下降NQ流量增大，功率上升Q流量增大，效率上升，达到一最大值后，流量增大，效率降低。离心泵在一定转速下有一最高效率点（设计点）；泵在与最高效率相应的流量及压头下工作最为经济。7、往复泵的工作原理及使用要点工作原理活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出使用要点压头高、流量较大的液体，以及有一定粘稠度的物料的输送不适于输送腐蚀性的液体，以及有一定体积的固体粒子的悬浮液第十三章空气供给工程设备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N103。2、空气除菌有哪些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。4、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。5、发酵用的无菌空气的质量指标有哪些答温度、压力、流量、空气相对湿度、空气无菌度6、下图是两级冷却加热无菌空气制备流程，说明压缩机、储罐、加热器的功能。压缩机对空气进行压缩，克服压缩空气输送过程的阻力和液柱高度的静压力。储罐稳定空气压强，消除空气脉动；保温，部分杀菌。加热器降低空气的相对湿度。7、空气过滤除菌机理主要有惯性碰撞，拦截滞留，布朗运动，重力沉降和静电吸附。除菌方法主要有介质过滤，辐射，化学药品，加热，静电吸附。8、设计一台通风量为50M3/MIN的棉花活性炭空气过滤器，空气压力为04MPA绝对压力，已知棉花纤维直径D16微米，填充系数8，空气线速度为01M/SEC，若进入空气过滤器的空气含菌量是5000个/M，要求因3空气原因引起的倒罐率为01，发酵周期100HR。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。表2纤维直径D16微米，填充系数8时棉花纤维的K值空气流速V0M/SEC005010050102030KCM101930135010195132255解查表当V001M/SEC时,K013521LGNKLN15000506010015109N210321LG890235LCMKP101MPAP204MPAV150M/MIN083M/SEC33由气态方程得31220/SECTP（M）24167SVD答该空气过滤器的过滤介质厚度为902CM,过滤器直径为167M9、空气粗过滤器的作用是什么常用的粗过滤器有哪几种作用捕集较大的灰尘颗粒，防止其进入压缩机而造成压缩机磨损，同时也减轻总过滤器的负荷常用的粗过滤器有布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等第十四章生物工程压力容器1、薄壁容器压力容器的壁厚与其内半径之比小于01的容器称为薄壁容器。2、薄壁圆筒承受内压时，其周向应力是轴向应力的2倍。因此在设计圆筒形容器时必须注意如果需要在圆筒上开设椭圆孔时，应使椭圆孔之短轴平行于筒体轴线，以尽量减少纵截面的削弱程度。3、压力容器的基本要求是安全性与经济性的统一。此外，还应满足强度、刚度、耐久性、密封性及操作和维修方便的要求。4、我国压力容器安全技术监察规程采用既考虑容器的压力与容积大小，又考虑介质危害程度的综合分类方法，以便于容器的安全技术监督与管理。5、与普通结构钢相比，压力容器用钢对硫、磷、氢等有害杂质元素的含量控制更严。6、材料的力学性能主要是指强度、塑性与韧性。7、钢材的可焊性主要取决于它的化学成分，其中影响最大的是含碳量。选择题（单选或多选）1、气升式发酵罐的优点是无需B。A、空气过滤系统B、搅拌器C、空气喷嘴D、罐外上升管2、自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此应该用（C）轴封。A、填料函B、单端面机械C、双端面机械D、无需3、机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是（A）。A、通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降B、通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升C、与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变D、通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降4、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是ACD。A、提高醪液湍流程度，有利于传质B、增加发酵罐罐壁的机械强度C、改变液流方向，由径向流改变为轴向流D、防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率5、空气过滤系统中旋风分离器的作用是（A）。A、分离油雾和水滴B、分离全部杂菌C、分离二氧化碳D、分离部分杂菌6、气升式发酵罐的特点有（BD）。A、高径比H/D比机械搅拌通风发酵罐的小B、无需机械搅拌C、无需空气压缩机D、溶氧速率较高7、离子交换设备中的反吸附离子交换罐，溶液流向是（A）。A、自下而上B、自上而下C、上下相向流动D、不在所选之列8、把干玉米原料从多处集中送到一处，原则上应选择（D）。A、带式输送机B、斗式提升机C、压送式气力输送装置D、吸送式气力输送装置9、采用喷水室进行空气调节，空气调节过程是（D）。A、等温减湿B、升温减湿C、升温增湿D、降温增湿10、垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学条件是A）。A、气流速度大于悬浮速度B、气流速度小于悬浮速度C、气流速度等于悬浮速度D、不能确定11、表面冷却器进行空气调节时，湿空气的变化过程将是（D）。A、降温、等湿B、降温、减湿C、降温、增湿或减湿D、降温、等湿或减湿12、压送式气力输送装置的闭鼓风器应装在（A）。A、加料口处B、卸料口处C、中间部位D、无论哪里13、热敏性的生物材料干燥最不适合的干燥设备是（C）。A、真空干燥设备B、冷冻干燥设备C、微波干燥设备D、喷雾干燥设备14、对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径C。A、与通风量有关，与空气喷嘴直径有关B、与通风量无关，与空气喷嘴直径有关C、与通风量有关，与空气喷嘴直径无关D、与通风量无关，与空气喷嘴直径无关15、为了减轻空气过滤系统的负荷空气压缩机最好选用（B）空气压缩机。A、往复式B、离心式C、高压D、无油润滑16、贮气罐的作用是（C）。A、利用重力沉降作用分离部分油雾B、降低罐内空气温度C、防止由于往复式空压机所产生的脉冲而引起的压力波动D、升高罐内空气温度，使相对湿度下降17、属于流化干燥技术的是（C）。A、真空干燥B、冷冻干燥C、沸腾干燥D、微波干燥20、利用水的升华原理的干燥方法为（A）。A、冷冻干燥B、红外干燥C、流化干燥D、喷雾干燥21、固体物料的粉碎按其受力情况可有以下哪些形式。ABCD。A、挤压粉碎B、冲击粉碎C、磨碎D、劈碎、剪碎22、膜生物反应器具有的优点有（ABCD）。A、增大反应速率B、提高反应转化率C、简化生产步骤D、减少能耗，节约成本23、表征树脂交换能力的主要参数是（D）。A、外观B、膨胀度C、交联度D、交换容量24、超临界萃取的分离方法有（ABCD）。A、依靠压力变化萃取分离法B、依靠温度变化萃取分离法C、用吸附剂进行萃取分离法D、添加惰性气体的等压分离法25、影响的因素有（ABCD）。LKAA、搅拌和通气B、液体性质C、离子强度D、培养液中细胞的浓度26、适用于粉状物料短距离水平输送的输送设备是（C）。A、带式输送机B、斗式提升机C、螺旋输送机D、离心泵27、蒸馏是利用各组分（C）不同的特性实现分离的目的。A、溶解度B、等规度C、挥发度D、调和度28、在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（C）。A、浮阀板B、喷射板C、加料板D、分离板29、干燥是（C）过程。A、只有传质B、只有传热C、传热和传质D、直接加热30、作为干燥介质的热空气，一般应是（B）的空气。A、饱和B、不饱和C、过饱和D、水蒸汽31、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（A）输送温度下液体的饱和蒸汽压。A、大于B、等于C、小于D、大于或小于都可以32、在萃取液用量相同的条件下，下列哪种萃取方式的理论收率最高（C）。A、单级萃取B、三级错流萃取C、三级逆流萃取D、二级逆流萃取33、蒸发黏度较大或浓度较高的溶液，比较适合的蒸发器是（D）。A、中央循环管式蒸发器B、外加热式蒸发器C、升膜式蒸发器D、降膜式蒸发器34、可直接处理菌体发酵液或细胞匀浆液的吸附操作是BD）。A、固定床吸附B、扩张床吸附C、移动床吸附D、流化床吸附35、对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，宜采用（C）蒸发器。A中央循环管式；B列文式；C升膜式D、外加热式36、蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（B）。A生蒸汽；B二次蒸汽；C额外蒸汽D、废气37、助滤剂应具有以下性质（B）A颗粒均匀、柔软、可压缩B颗粒均匀、坚硬、不可压缩C粒度分布广、坚硬、不可压缩D颗粒均匀、可压缩、易变形38、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（C）。A离心泵；B往复泵；C齿轮泵D、旋涡泵39、锤式粉碎机作用力主要是（A）。A冲击粉碎B离心粉碎C剪切粉碎D挤压粉碎40、有一悬浮液体系，由轻液体和重液体组成，现欲将这两种成分一次性分开，最好选用的设备是（A）。A管式离心机B碟片式离心机C板框式压滤机D转筒真空过滤机41、酒精蒸馏时所说的气相过塔就是（D）从醪塔顶部进入精馏塔中部。A酒精B水C空气D酒精水蒸汽42、在生物反应器的放大过程中，（C）是放大的核心问题。A热力学过程B微观动力学过程C传递过程D宏观动力学过程43、在大多数发酵过程中，（A）是发生在通气过程中的限速步骤。A氧由气泡传递到液相中B通气量C通气速率D搅拌灌直径44、下面哪些物质不适合用气升环流式反应器（D）。A酵母生产B废水处理C有机酸D酒精45、为了提高溶氧系数，下面哪种方法不能达到目的（D）。A通入富氧空气B直接通入氧气C增加罐压D增大发酵罐直径46、发酵工业最常用的温度检测仪是（A）。A铂电阻温度计B半导体温度计C热电偶温度计D玻璃温度计47、膜分离设备的核心是（D）。A支撑装置B微孔管C间隔材料D膜片48、糖蜜原料在发酵之前需要进行C处理。A液化B糖化C稀释D不用处理49、连消工艺流程中，物料中的杂菌主要在哪个设备中被灭活BA连消塔B维持罐C喷淋冷却器D喷射加热器50、超滤所用的推动力是B。A浓度差B压力差C电位差D说不清楚51、水分含量高的浆状物料的干燥可选用以下的哪种干燥设备C。A气流干燥器B流化床干燥器C喷雾干燥器D固定床干燥器52、沸腾造粒干燥器中，为使不同大小颗粒能在床层中分级，其形状设计为CA圆柱形B圆锥形C倒圆锥形D长管状53、某空气净化流程中空气流经下列各设备的顺序排列哪个正确DA总过滤器空压机贮罐一级冷却器二级冷却器旋风分离器丝网分离器加热器粗过滤器B总过滤器空压机贮罐一级冷却器旋风分离器二级冷却器丝网分离器加热器粗过滤器C粗过滤器空压机一级冷却器旋风分离器二级冷却器丝网分离器加热器贮罐总过滤器D粗过滤器空压机贮罐一级冷却器旋风分离器二级冷却器丝网分离器加热器总过滤器54、在发酵反应中，经常用到KLA，它代表（D）。A装填系数B放热系数C冷却系数D溶氧系数55、在酒精发酵中，若24H内进行加料的发酵罐数目为N，发酵周期为T，则罐数N（C）ANT/24BNTC（NT/24）1DNT/856、动物细胞培养反应器设计关键是（D）A罐体B封头C材料D搅拌器的结构57、档板的高度自罐底到（D）为止。A罐的中间B罐的顶端C罐的2/3D设计的液面高度58、在空气过滤除菌设备中，粗过滤器一般安装在空气压缩机的A。A前B后C里边D无所谓59、如果通气强度（VVM）不变，大型发酵罐的空截面气速（VS）B小型发酵罐。A等于B大于C小于D无法确定60、为防止热敏性物质分解，常用哪种类型蒸发器。CA常压B加压C减压D无所谓61、湿热灭菌的原理主要是因高温使微生物体内的一些重要蛋白质，如酶等，发生凝固、变性，从而导致微生物无法生存而死亡。各种微生物对湿热的相对热阻最大的是（C）。A、营养细胞B、酵母C、细菌芽孢D、霉菌孢子填空题1、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流动。2、发酵罐内为防止液面中央形成旋涡流动，增强其湍动和溶氧传质，应在罐内装设挡板。3、为了提高对物料的剪切力，有许多辊式粉碎机，常将两个辊子的转速设计成有一定的转速差。4、在碟式离心机工作时，固体颗粒向鼓壁（外）沉降，澄清液向转鼓中心（内）被排出。5、薄壁圆筒承受内压时，其周向应力是轴向应力的2倍。因此在设计圆筒形容器时必须注意如果需要在圆筒上开设椭圆孔时，应使椭圆孔之短轴平行于筒体轴线，以尽量减少纵截面的削弱程度。6、喷雾干燥雾化器有压力式雾化器，离心式雾化器，气流式雾化器。7、斗式提升机的卸料方式可分为离心式、重力式和离心重力式三种形式，其中重力卸料方式适用于提升大块状、密度大、磨损性大和易碎的物料。8、空气过滤除菌机理主要有惯性碰撞，拦截滞留，布朗运动，重力沉降和静电吸附。除菌方法主要有介质过滤，辐射，化学药品，加热，静电吸附。9、离心机分离因数是物料所受离心力与重力的比值，是反映离心机分离（离心）能力的主要指标10、通气发酵罐中空气分布管上，喷孔的设计原则是喷孔的总截面积等于空气分布管截面积。11、实现真空冷冻干燥的必要条件是干燥过程的压力应低于操作温度下冰的饱和蒸汽压。12、发酵厂用于原料除杂的方法有筛选、风选和磁力除铁。13、在长管气流干燥系统中，为了充分利用气流干燥中颗粒加速段较强的传热传质作用，可把该长管设计成脉冲式气流干燥管。14、离心分离因数表示离心机分离特