生物工程设备重点(1)

第一章1生物工程设备的五个发展阶段传统经验制造技术天然发酵阶段纯种培养技术的成熟初级代谢产物生产阶段通气搅拌技术的成熟 好氧培养阶段代谢控制发酵技术的成熟基因重组技术的成熟现代生物技术阶段2生物工程设备的特点 对于所有微生物或动植物细胞来讲，提供必要和足够的营养和能量，才能维持其生命代谢活动。 培养基原料的预处理不仅影响细胞代谢生长，而且对于培养基原料成本大小和是否造成环境污染等具有决定性影响。 如何合理的设计种子培养系统，以及各级种子培养时间和接种比例，达到种子系统与生产培养过程合理配套，获得最大的得率。 生物反应过程中的细胞培养一般都是纯种培养过程。 如何保证足够的氧气供给，又尽可能节省能量，是好氧培养过程的重要组成部分。 从培养液中得到所需产品的合适、高效、低成本的分离纯化方法，是决定生产成败的关键。3生物工程的硬件-设备系统为顺利实现工艺流程所制定的各项工艺指标, 各种生物工程支撑设备系统必不可少。一套较完整的生物工程设备系统包括：生物反应器、蒸汽系统、制冷系统等。第二章4通风发酵罐的基本要求1.结构严密，耐灭菌，耐腐蚀；2.良好的气-液-固接触和混合性能，高效的热量、质量、动量传递性能；3.易于放大4.满足生物反应要求下，尽量降低能耗5.良好的热量交换性能6.良好的检测与控制设备5. 通风发酵罐的类型类型：机械搅拌式，气升环流式，鼓泡式，自吸式6.机械通风发酵罐的基本要求 发酵罐应具有适宜的径高比。发酵罐能承受一定压力。发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合保证发酵液必需的溶解氧。发酵罐应具有足够的冷却面积。发酵罐内应尽量减少死角，避免染菌。搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。7.机械通风发酵罐的结构、主要部件的类型（如搅拌叶）及其工作原理；罐体：在发酵工业中，微生物需要进行纯培养，罐体为微生物的纯培养提供了一个密闭无菌的环境。传动与搅拌系统：通过电机驱动减速皮带轮，使搅拌叶快速的旋转，搅拌叶将通入 罐底的空气充分打散，从而促进氧气在液体与微生物细胞之间的传递。搅拌叶类型：一般分为六平叶、六弯叶、六箭叶。冷却列管：冷却水在列管里循环，通过液-固- 液传递将发酵过程产生的热量持续不断地带走，从而达到控制温度目的。8.机械通风发酵罐的主要尺寸大小及比例罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐高度与直径之比一般为1.73.5左右。发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的2-5倍。对于大型发酵罐以及液体深度较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器通常与风管出口较接近为好，与罐底的距离一般等于搅拌器直径7.气升式发酵罐的特点、主要类型及其工作原理特点：反应溶液分布均匀 溶氧效率高 传热性好 结构简单 能耗小 不易被污染 维修容易 剪切力小常见类型：气升环流式、空气喷射式、鼓泡塔 工作原理：利用空气喷嘴喷出高速的空气，空气以气泡形式分散于液体中，通气的一侧，液体平均密度下降，不通气的一侧，液体密度较大，因而产生密度差形发酵罐内液体的环流。8.自吸式发酵罐的特点、主要类型与其工作原理特点：优点：1.不需要空压机和附属设备，节省设备投资和厂房投资2.溶氧速率、效率高，能耗低3.设备自动化、连续化，降低劳动强度，减少劳动力。4.设备结构简单，操作方便。5.生产效率高、经济效益好缺点：发酵罐是负压吸入空气，罐压低，容易污染。可过滤前加鼓风机给空气适当的压力，降低污染，增加风量，提高溶氧系数。 类型：机械搅拌自吸发酵罐 喷射自吸发文氏管发酵罐酵罐 伍式发酵罐 溢流喷射自吸发酵罐工作原理：不需要空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或者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。9.通风固相发酵设备的类型及主要结构组成：曲室、架子和曲盘。类型：浅盘式、旋转式、厚层式第三章10酒精发酵罐的主要结构特点酒精发酵罐筒体为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形的 立式金属容器罐顶装有废气回收管，压力表、各种测量仪等大型发酵罐为了方便维修和洁，往往在罐底也装有人孔身上下部装有取样口和温度计接口11现代啤酒发酵设备的主要类型锥形罐朝日罐 联合罐不锈钢罐 12圆筒体锥底发酵罐的主要结构特点筒体常为拱形盖锥形底，筒体外壁装有各种形式的冷却夹套筒体的直径和告诉是主要参数发酵罐锥底角通常取7375贮酒罐锥底角通常为12015013圆筒体锥底发酵罐的优缺点优点：发酵速度快 厂房投资节省冷耗节省可依赖CIP自动程序清洗消毒卫生更容易保证缺点：酵母泥使用代数一般比传统低贮酒时，澄清比较困难，过滤必须强化；短期贮酒不能保证温度一致。第四章14植物细胞培养反应器的主要类型悬浮细胞培养反应器-机械搅拌式反应器-非机械搅拌式反应器固定 化细胞生物反应器-填充床反应器-流化床反应器-膜反应器15动物细胞培养方法有哪几种？贴壁培养悬浮培养固定化培养16.动物细胞培养反应器的主要类型通气搅拌式细胞培养反应器气升式动物细胞培养反应器中空纤维细胞培养反应器微囊培养系统大载体系统微载体系统17.笼式通气搅拌细胞培养反应器的工作原理和优缺点原理：反应器运转时，圆筒转动，由于离心力的作用，搅拌器中心管内产生负压，使搅拌器外培养基流入中心管，沿管螺旋上升，再从导流筒口排出，从搅拌器外沿下降，形成循环流动。在气腔内气体由分布管鼓泡，气体溶于液体中，依靠气腔丝网外液体的循环流动及扩散作用，使溶于液体中的气体成分均匀地分布到反应器内。优点：避免向培养基直接通气时气泡损伤细胞没有移动部件密封好氧转换率较高便于放大。 缺点：氧传递系数小，不能满足高密度培养的耗氧气路系统不能就地灭菌18何谓微载体培养系统，它的优点是什么？原理：用固体小颗粒作为载体，细胞在载体的表面附着，通过连续搅拌悬浮于培养液中，并形成单层生长、繁殖。随着细胞附着面的扩大，细胞能充分利用生长空间和营养液，提高细胞生产效率和产量。优点：u 具有较高的表面积体积比u 生长环境均一，条件易于控制，放大容易；u 兼具贴壁培养和悬浮培养的优势，而且是均相培养；u 取样和细胞汁数简单；u 细胞和培养液易于分离；u 大规模培养只需对微生物搅拌式或气升式培养系统稍加改进即可u 适合于培养原代细胞、二倍体细胞株，它对生产重组产品来说是必不可少的有效方法。第五章19 生化过程主要检测的参数有哪些？物理参数温度、压力、通气量等化学、生物参数氧化还原电位、碳源、氮源、金属离子等20生物反应器的温度、体积流量（液体和气体）、pH、溶氧的在线测量仪表有哪些？（温度：半导体热敏电阻、玻璃温度计、热电偶体积流量：电磁流量计、漩涡流量计、液体质量流量计Ph：复合电极溶氧：溶氧电极、氧气分析仪）在线分析仪器设备：高压液相分析系统流动注射式分析系统映像在线监控系统21生物反应器的温度、pH、溶氧是如何实现自动调节的？温度：控制器使用温度探头感应反应器内的温度，当温度大于设定值时，将电加热器关闭，通入的冷水很快使温度降低。当温度低于设定值时，控制仪打开电加热器，使温度升高。Ph：pH控制系统是一开关控制系统，控制器根据pH偏差信号计算出开关阀门开关周期和开与关的时间长短，来控制输入的氨水的量，从而达到控制pH的目的。溶氧：通过控制发酵罐压力、空气流量及搅拌转速的方法来控制。提高发酵压力，使发酵中二氧化碳的溶解度也增加，这不仅会改变发酵液的pH值，而且会影响氧的溶解度。第六章 22原料的粗选、精选、分级设备哪些？试举例说明。粗选：大麦粗选机、力除铁器精选：碟片式精选机、筒精选机分级：平板分级筛、圆筒分级筛23原料干式粉碎机有的主要类型？u 锤片式粉碎机u 辊式粉碎机（对辊粉碎机）u 圆盘钢磨u 钢片式磨粉机u 球磨机24湿法粉碎的优点有哪些？l 消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗l 粉碎过程中，淀粉已开始膨胀，提高了蒸煮效果l 提高了蒸汽的利用率l 由于粉碎在有水的情况下运转，使得机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。25糖蜜的连续稀释设备包括哪些类型？l 间歇式稀释器l 连续稀释器 水平式连续稀释器 立式稀释器 错板式稀释器 胀缩式糖蜜连续稀释器 变管径式连续稀释器26淀粉质原料的罐式蒸煮糖化流程包括哪些主要设备？ 蒸煮设备 真空冷却器 糖化设备 27啤酒的四器组合方式主要包括那些设备，各有什么作用？糊化锅：糊化锅是用来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：啤酒糖化锅的用途是使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。过滤槽：获得澄清麦汁的一个关键设备。麦汁煮沸锅：用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发掉，使麦汁达到要求浓度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质。还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。28常用连续灭菌设备有哪些？u 连消塔加热的连续灭菌流程u 喷射加热的连续灭菌流程u 薄板换热器的连续灭菌流程29 连续灭菌的优点？l 采用高温短时灭菌，培养基中营养成分破坏较少l 蒸汽负荷均衡，操作方便，产品质量较易控制l 设备利用率高，产量高l 降低了劳动强度，适用于自动控制。第七章30滤设备主要有哪些类型？ 板框式压滤机 板式压滤机 自动板框压滤机 真空过滤机31.转筒真空过滤机工作原理（图示）32.离心分离设备主要有哪些类型（工业离心机类型及图示管式、碟片式离心机主要分离原理）？工业离心机：l 管式离心机l 碟片式离心机l 螺旋式离心机l 离心过滤机33膜分离设备必需具备哪些条件？u 膜面切向速度快，以减少浓度差极化u 单位体积中所含膜面积比较大u 容易拆洗和更换u 保留体积小，且无死角u 具有可靠的膜支撑装置34.膜分离设备主要有哪些类型？u 板式膜过滤器u 管式膜过滤器u 中空膜纤维过滤器u 螺旋卷式膜分离器第八章35.萃取的混合主要设备包括哪些？其结构特点如何？ 混合罐 混合管 喷射式混合器 泵结构特点：体积小36萃取的分离主要设备类型其结构特点如何？ 萃取分离基本原理 管式超速离心机 碟片式高速离心机 三相倾析式萃取机原理利用物质在互不混溶的两相（有机相和水溶液相）中溶解度的不同，依据分配定律，提取和分离物质的一种方法。37离子交换设备主要类型及其结构特点如何？ 离子交换基本原理l 常用离子交换罐l 反吸附离子交换罐l 混合床交换罐 l 连续离子交换设备结构特点l 设备材料 l 大型设备： 多采用钢板 内衬橡胶 l 小型设备： 有机玻璃或硬聚氯乙烯l 实验室：玻璃筒l 管道：硬聚氯乙烯 l 阀门：塑料 不锈钢或橡皮隔膜阀l 装有观察玻璃短管原理：离子交换设备中的阴阳离子交换树脂按照不同的比例进行搭配，组成离子交换阳床系统、离子交换阴床系统和离子混床系统三种。混床系统能够对水中的阴阳离子进行置换。38色谱分离设备有类型及其结构特点如何？ 色谱分离基本原理设备：玻璃色谱分离柱、带热夹套分离柱、反转式分离柱原理：亲和力小的组分，移动速度快，最先从柱中流出，亲和力大的组分，移动速度慢，最后从柱中流出1.列举生物工业常用干燥方法2.常压干燥设备有哪些类型？3.真空干燥设备有哪些类型？4.绝热干燥设备有哪些类型？5.长管气流干燥的关键设备是什么？6.喷雾干燥的原理与特点7.图示喷雾干燥器的主要流程8. 喷雾干燥器有哪些主要类型？主要依据是什么？9.流化床干燥原理及特点10.冷冻干燥原理与特点11.冷冻干燥设备组成12.微波干燥的特点1.蒸馏的原理是什么？粗馏塔和精馏塔在酒精蒸馏 中起什么作用？2.酒精蒸馏流程主要有哪几种，各有什么特点？3.粗馏塔的塔板有哪些类型？4.精馏塔塔板有哪些类型？1.发酵对空气无菌程度的要求2.空气除菌方法的方法有哪些？3.什么是绝对过滤？4.请简述介质除菌过滤的基本原理？5.空气除菌流程类型有哪些？简述两级冷却、分离、加热的空气除菌流程。6.空气过滤器的结构类型有