生物工程设备资料集合

第一篇生物反应器第1章通气发酵设备1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。高效生物反应器的特点1传质和传热性能好；2结构密封、防杂菌污染；3设备简单、维修方便；4生产能力高；5能耗低；6检测控制系统完善；7易放大；8生产安全主要类型机械搅拌通气发酵罐气升式发酵罐自吸式发酵罐通气固相发酵设备机械搅拌通气发酵罐A工作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。气升式发酵罐（类型气升环流式、塔式、空气喷射式等。）A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。B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；操作和维修方便自吸式发酵罐A工作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。B优点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；溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低；生产效率高、经济效率高设备便于自动化、连续化。C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。机械搅拌自吸式发酵罐原理电机带动发酵罐底部空气转子高速运动将空气甩出，借助转子中心形成负压将空气吸入，同时由于转子旋转可起到搅拌器的作用，并将气泡破碎分散。喷射自吸式发酵罐利用文氏罐喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行混合和溶氧传质。2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件作用及原理。罐体（壁厚计算）由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢。为了满足工业要求，在一定压力和温度下操作，罐为一个受压耐温容器，通常要求耐受130和025MPA绝对压力。搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式涡轮式和推进式等；其作用是打碎气泡，使氧溶解于发酵液中，并使生物细胞悬浮于发酵体系中，以维持适当的气液固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。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。挡板作用防止液面中央形成旋涡流动，增加其湍动和溶氧传质。通常挡板宽度取01012D，装设46块即可满足全挡板条件。所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再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01205DBNN轴封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端面式轴封又称机械轴封密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。三部分动环和静环、弹簧加荷装置、辅助密封元件空气分布器空气分布器的作用吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等，常用的分布装置有单管式。空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。消泡装置消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置，从而达到消泡的目的。两种消泡方法1加入化学消泡剂；2使用机械消泡装置轴承中型发酵罐一般在罐内装有底轴承；大型发酵罐装有中间轴承。冷却装置（竖式蛇管冷却和竖式列管冷却器可以起到档板的作用。）第2章嫌气发酵设备1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。酒精发酵罐罐体为圆柱体，底盖和顶盖均为蝶形或锥形。采用封闭式。罐体底部装有集水槽，采用管外列管式喷淋冷却，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高的优点。2酒精发酵罐的计算发酵罐全容积按下列计算式中V发酵罐的代表容积（M3）；V0进入发酵罐的发酵液量（M3）0/V装液系数，一般取085090带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积为21243HVDH罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系125,04,05HDHH对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算/241NNT传热总系数K冷却水耗量的计算08274161AR21BPQWCT3、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。1）啤酒发酵罐的计算前发酵槽的计算A发酵槽数目的确定NT/ZNT或者B前发酵槽体积的确定0V085C前发酵槽冷却面积计算MQAKTTZNNT后发酵槽的计算1后发酵槽数目的确定VS为每个后发酵槽的有效体积/N2后发酵槽全体积的确定S0952）大型锥罐设计中的问题压力；真空；热交换及发酵液循环。4、新型啤酒发酵设备的优缺点。1）圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐）。这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要求。2）联合罐3）朝日罐优点可加速啤酒的成熟。后酵时罐的装量达96，提高设备利用率，减少了排除酵母时发酵液的损失。缺点动力消耗大。5、CIP在位清洗。预冲洗碱预洗中间清洗固定喷头喷洗碱喷冲清水冲洗酸冲洗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，从而保证了产品质量和产量稳定的优点，同时发酵周期短，设备利用率和生产效率高，节省人力和物力以及生产管理稳定，易于自动化生产。连续发酵存在的问题（1）微生物的突变（2）污染杂菌（3）混合均匀度不理想（4）丝状菌的输送困难第3章动物细胞培养反应器1动物细胞培养的特点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。1）机械搅拌式细胞培养反应器2）气升式细胞培养反应器优点没有移动部件；完全密封；便于无菌操作；设计简单；便于放大生产；氧的转换率高。3）中空纤维细胞培养反应器优点培养体积小，细胞高密度生长；有浓缩产品的功能；产物纯度高；自动化程度高，细胞生长周期长缺点中空纤维价格昂贵，生产成本高。4）工业化水平的大载体细胞培养反应器优点操作控制简单，可随机取样检测；人工增加附着细胞密度高；消耗用品价格低廉，产物收率高；5）微载体细胞培养反应器优点比表面积大，单位体积培养培养基细胞产率高微载体悬浮于培养基中，细胞生长环境均一，简化了这些环境因素的检测和控制培养基的利用率高采样重演性好收获过程简单放大较容易劳动强度小，占用空间小。6）转基因动物生物反应器动物乳腺生物反应器动物膀胱生物反应器第4章植物细胞培养反应器1、植物细胞培养反应器的分类。悬浮培养反应器1机械搅拌2非机械搅拌3组合式反应器4光生物反应器固定化细胞培养反应器1填充床2流化床3膜反应器1）机械搅拌式反应器优点混合性能好；传氧效率高；操作弹性大；可用于细胞高密度培养；缺点剪切力大2）非机械搅拌式反应器非搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结构简单。其主要类型有鼓泡式反应器、气升式反应器等气体搅拌式反应器3）组合式反应器利用“优势互补”原则，将两种反应器结合起来研究出组合式反应器。带有低速搅拌的气升式发酵罐可弥补低气速时混合性差的弱点。2、植物细胞培养与微生物培养的区别。1细胞的比微生物细胞大；2细胞块的形状变化大；3培养液的黏度大；4需氧量小；5KLA值比微生物培养的KLA值小得多；6）对剪切力敏感7需CO2和光照植物细胞培养具有的优点（1）代谢产物的生产完全在人工控制条件下进行，可以通过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的代谢产物；（2）培养在无菌条件下进行，可排除病菌和虫害侵扰；（3）可以进行特定的生物转化反应；（4）可以探索新的合成路线和获得新的有用物质等。第5章微藻生物反应器1、微藻细胞培养的特点及反应器种类。微藻大规模培养的特点（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。微藻培养反应器应有条件（1）足够的光照；（2）合适的温度；（3）合适的无机碳源及其他无机营养物质；（4）合适的PH；（5）充分混合；（6）避免污染；（7）氧的析出。分类敞开式培养反应器优点成本低、建造容易、操作简单、易于生产。缺点培养效率低、培养条件无法控制、易受污染、水分易蒸发、光能利用率低密闭式培养反应器优点培养效率高、培养条件易于控制、污染少、生产周期延长、适用于所有藻类的培养。第6章生物反应器的检测与控制生化工程用传感器应具有的要求（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。1、生物传感器及其组成。传感器能感受或响应一种信息并变换成可测量信号一般指电学量的器件。生物传感器将生物体的成份（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。生物传感器的特点由选择性好的主体材料构成的分子识别元件，一般不需进行样品的预处理；利用优异的选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体；由于它的体积小、可以实现连续在位监测；响应快、样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复多次使用。传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，因而便于推广普及。组成敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件1）敏感元件（酶电极、微生物电极、免疫电极、）2信号转换器（将分子识别元件进行识别时所产生的化学的或物理的变化转换成可用信号的装置）电化学电极可用作生物传感器的信号转换器的电化学电极一般可以分为两种类型。电位型电极和电流型电极生物热敏器件基于温度测量原理，把生物功能材料和高性能检测器件结合而成，如酶热敏电阻。酶热敏电阻可分为密接型和反应器型。光生物电极光生物电极的测量原理生物发光反应的测量原理；生物物质的光吸收、光激发；生物反应物质对光传播对干扰原理。竞争结合型、光吸收型、荧光淬灭型、指示剂型、生物发光型和光传递干扰型。组织传感器以动植物组织薄片材料作为生物敏感膜的电化学传感器称为组织电极，此系酶电极的衍生型电极动植物组织中的酶是反应的催化剂与酶电极比较，组织电极具有如下优点1酶活性较离析酶高2酶的稳定性增大3材料易于获得工作原理将热能变化转换为电信号；将光效应转换为电信号；直接产生电信号4、PID控制。（比例、积分、微分控制）比例控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是，比例放大系数的加大，会引起系统的不稳定。积分控制的作用是，只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。积分作用太强会使系统出现振荡。微分控制可以克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。第7章生物反应器的比拟放大1、生物反应器放大的目的。应用理论分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。2、放大的内容。罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放大问题，这些内容都有一定的相互关系。3、经验放大中常用的两种方法。1）以体积溶氧系数KLA或KD相等为基准的放大法（实例）高好氧发酵通常应用等KLA的原则进行反应器放大放大后通气强度和转速下降2）以P0/VL相等的准则进行反应器的放大对于溶氧速度控制发酵反应的非牛顿型发酵液和高细胞密度培养，通常应用P0/VL相等准则进行反应器的放大。以搅拌叶尖速度相等的准则进行机械搅拌通风发酵罐的放大以混合时间相等的准则进行放大第二篇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。谷物原料粗选设备大麦粗选机、磁力除铁器大麦精选机利用杂粒与大麦不同的特点进行分离谷物原料的精选设备碟片式精选机特点工作面积大，转速高，产量大，碟片损坏可以更换。滚筒精选机优点分离出来的杂粒中含大麦较少，缺点袋孔利用系数低，产量低，且工作面磨损后不能恢复。大麦的分级设备平板分级筛特点分离效率高；占地面积小；能耗低；造价、维修困难圆筒分级筛优点设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。缺点筛面利用率少，仅为整个筛面的1/5。2、原料粉碎的方式，具体设备干式粉碎干物料送入粉碎机中。粉碎机包在机壳之内，有一定的粉尘涌出来，如果不采取必要的除尘措施，车间内会布满灰尘。设备锤式粉碎机、对堒粉碎机、多堒粉碎机湿式粉碎将水和原料一起加入粉碎机中，从粉碎机出来时即成粉浆。这种方法无原粉粉末飞扬，车间卫生好，缺点是粉浆必须随产随用，不宜储藏，且耗电量较多3、物料粉碎的力学分析挤压破碎、冲击破碎、研磨粉碎、剪切破碎、劈裂粉碎。5、锤式粉碎机的工作原理。工作原理物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤刀冲击力所破碎；小于弧形筛面筛孔直径的微粒，逐步被筛面筛分，落入出料口；大于筛孔直径的颗粒，在受到锤刀冲击后，由于惯性力的作用而高速四散、散落，有的撞击成碎块，小的逐渐被筛分，稍大颗粒再次弹起，又被高速旋转的下排锤刀所冲击，逐步使大颗粒变小。没有撞击到的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击。如此反复，直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。3两辊式粉碎机的工作原理。工作原理由两个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住辊啮入两辊之间，物料受到挤压力而被破碎。第二章液体培养基的制备及杀菌设备1、罐式连续蒸煮流程及蒸煮罐和后熟罐结构特点及作用。粉浆罐粉浆泵蒸煮罐后熟器最后一个后熟器（气液分离器）真空冷却器连续糖化罐液体曲贮罐糖化醪泵喷淋冷却器混合冷凝器蒸汽喷射器热水箱蒸煮器下进上出特点蒸煮温度可高可低；节省能耗；设备简单，操作容易，制造方便后熟器上进下出特点后熟器不再加入蒸汽，保持温度，起到维持一定时间的后熟作用；最后一个后熟器是主要起到气液分离的作用，使经加热、后熟的蒸煮醪分离出一部分二次蒸汽并使之降温。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。真空冷却器中真空度产生一般要借助于水力喷射泵或蒸汽喷射泵，连续地抽去真空冷却器中的二次蒸汽。结构圆筒锥底原理由于器内为真空，醪液产生自蒸发，产生大量二次蒸汽。醪液在器内旋转，被离心甩向周边沿壁下流，由锥底排醪液口排出。二次蒸汽从器顶进入冷凝器，在冷凝器内与水直接接触而被冷凝，不凝性气体则有真空泵或蒸汽喷射器抽走，造成器内真空。3、啤酒厂麦汁制备的四器组合。四器组合四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁蒸煮锅1）糊化锅加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。2）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。3）过滤槽4）煮沸锅用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发，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。2、液体培养基的灭菌方法及工业常用的方法。灭菌指用物理或化学方法杀灭或除去物料及设备中所有有生命物质的技术或工艺过程。常用的灭菌方法有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；（6）电磁波灭菌3、对数残留公式及理论灭菌时间。00123LNLGSSNKK6、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。要保证分批灭菌的成功，必须有1内部结构合理，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象的发酵罐；2压力稳定的蒸汽；3合理的操作方法灭菌时间的计算例有一发酵罐，内装培养基40M3，在121的温度下进行实罐灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2107个，在121时的灭菌速率常数为00287S1。试求灭菌失败的机率为0001所需的时间。解6714010428,018,LN239MINSSNNKSTK个个）连续灭菌指培养基连续加热、维持和冷却后进入发酵罐有以下优点（1）提高产量，设备利用率高。（2）与分批灭菌比较，培养液受热时间短，培养基中营养成分破坏较少。（3）产品质量较容易控制；蒸汽负荷均衡，操作方便（4）降低了劳动强度，适用于自动控制。灭菌时间的计算例有一发酵罐，内装培养基40M3，在131的温度下进行连续灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2107个，在131时的灭菌速率常数为025S1。试求灭菌失败的机率为0001所需的时间。6714010428,015LN2MINSSNNKSTK个个）3、过滤、离心与膜分离设备1、常压、加压和真空过滤具体设备。常压板框式压滤机、板式压滤机、自动板框压滤机真空真空压滤机2、离心分离因数。常用的离心机有管式离心机和碟式离心机2PT90FVRNFMG普通离心机，F3000高速离心机，F300050000，可用于乳浊液的分离；超速离心机，F500003、常用的膜分离设备。型式优点缺点管式易清洗、无死角，适宜于处理含固体较多的料液，单根管子可以调换保留体积大，单位体积中所含过滤面积较小，压力较大中空纤维式保留体积小，单位体积中所含过滤面积大，可以逆洗，操作压力较低（小于025MPA）动力消耗较低料液需要预处理，单根纤维损坏时，需调换整个模件螺旋卷绕式单位体积中所含有过滤面积大，换新膜容易料液需要预处理，压力降大，易污染，清洗困难平板式保留体积小，能量消耗介于管式和螺旋卷绕式之间死体积大3、离子交换分离、色谱原理及设备2、离子交换的原理。ARB离子交换过程包括5步1A自溶液扩散到树脂表面；2A从树脂表面扩散到树脂内部的活性中心；3A在活性中心发生交换反应；4解吸离子B自树脂内部的活性中心扩散到树脂表面；5B从树脂表面扩散到溶液；具有多孔支持板的离子交换罐圆筒体的高径比一般为23，树脂层高度约为圆筒高度的5070。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6、萃取分离设备4、溶剂萃取的方法。单级萃取、多级萃取（错流萃取、逆流萃取）4盐析、带溶剂、去乳化的作用影响萃取操作的因素1萃取剂的选择2PH的范围3温度的确定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PEG聚乙二醇葡聚糖系列和PEG无机盐系列。第六章蒸发与结晶设备1、常压蒸发设备。麦芽汁煮沸锅外置加热式夹套加热式内置加热式列管式内加热器的煮沸锅、具两段内加热器的煮沸锅2、真空蒸发的优点及设备。1真空蒸发的优点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沸腾温度降低，提高了加热蒸汽和溶液热交换的温度差，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由于物料沸点降低，蒸发器热损失减少2）管式薄膜蒸发器特点液体沿加热管壁成膜而进行蒸发；类型升膜式、降膜式和升降膜式3、升膜式蒸发器工作原理、降膜式蒸发器工作原理。1）升膜式蒸发器工作原理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。对于加热管子直径、长度选择要适当，管径不宜过大，一般在2528毫米之间，管长与管径之比一般为100150，这样才能使加热面供应足够成膜的汽速2）降膜式蒸发器工作原理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。3）升降膜式蒸发器工作原理物料先进入升膜加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜蒸发，浓缩液从下部进入汽液分离器，分离后，二次蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓缩液从分离器下部出料。升降膜式蒸发器的特点易达到升膜和降膜的要求；有利于降膜均匀分布，提高传热系数；用升膜控制降膜进料，有利于操作；两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比，减低设备高度。2、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，将低品质能源转化为高品质能源而重新利用加热蒸汽的办法。5、真空煮晶设备结构。煮晶锅的结构比较简单，是一个带搅拌的夹套加热真空蒸发罐，整个设备由加热蒸发室、加热夹套、汽液分离器、搅拌器等4部分组成。第8章干燥设备1、气流干燥原理。工作原理利用热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使湿物料达到干燥的目的2、气流干燥流程中脉冲管的工作原理。工作原理物料在脉冲管底部，压缩空气从底部左右方向进入，而热空气则从底部下方进入，压缩空气和热空气均充分和物料接触，而形成对流进行传热与传质，热空气再从上方出去。3、喷雾干燥原理及几种喷雾器的形式。1）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质交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。成品以粉末状态沉降于干燥室底部，连续或间断地从卸料器排出。2）喷雾器压力式喷雾器、气流式喷雾器和离心式喷雾器。压力式喷雾器采用压力式喷嘴借助高压泵的压力将溶液、悬浮液、乳浊液、膏糊状物料雾化成细小液滴，然后与高温热空气进行快速热交换，在极短时间内以简单的工艺迅速连续干燥成细颗粒状物料的设备。气流喷雾器依靠压力为02506MPA的压缩空气高速通过喷嘴时，将料液吸入并雾化。内部混合式和外部混合式，常用的是内部混合式离心式喷雾器空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室。料液经塔体顶部的高速离心雾化器，（旋转）喷雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触，在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由风机排空。4、冻干的原理及特点。1）原理将湿物料（或溶液）在较低温度下（1050）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而除去的干燥过程。2）特点干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥；能保持原物料的外观形状；冻干制品具有多孔结构，有理想的速溶性和快速复水性；冷冻干燥脱水彻底，质量轻，产品保存期长。第八章蒸馏设备1、洒精蒸馏挥发系数与精馏系数。1）挥发系数K是指沸腾溶液的蒸汽中酒精含量与酒精在水溶液中的含量之比。如，酒精的体积分数为10，与其沸腾溶液平衡的蒸汽中的酒精体积分数为51，则KA（A代表酒精）51/10512）醪液中存在大量挥发杂质，其挥发系数以KC表示。杂质的挥发系数KC与酒精的挥发系数KA之比称为杂质的精馏系数KKKC/KA当K1时，则蒸汽中杂质含量增加，杂质多聚集在气相中。当K1时，则蒸汽中杂质含量减少，杂质多聚集在液相中。当K1时，则杂质平均分布在气相和液相中，在这种情况下，较难分离。2、分子蒸馏技术。分子蒸馏技术是在很高的真空条件下，对物料在极短的时间里加热、气化、分离，以达到提纯的目的，分离的对象都是沸点高，而又不耐高温、受热容易分解的物质。系统压力一般在0133133PA范围内，物料受热时间仅为005S左右。分子蒸馏因为在高真空中进行，与通常的常压蒸馏，减压蒸馏相比，其主要优点是（1）蒸发速度快；（2）蒸发温度低；（3）分离效果好（因为相对挥发度增大）；（4）分解、聚合现象少；（5）热损失少；（6）共沸混合物消失；（7）在常压中不能蒸馏的物质也可以。分子蒸馏器的种类与特征圆筒式分子蒸馏器、降膜式分子蒸馏器、离心式分子蒸馏器3、水蒸汽蒸馏原理。水蒸汽蒸馏是用水蒸汽来加热混合液体，使具有一定挥发度的被测组分与水蒸汽分压成比例地自溶液中一起蒸馏出来。当某些物质沸点较高，直接加热蒸馏时，因受热不均匀易局部炭化，还有些被测成分，当加热到沸点时可能发生分解。这些成分的提取，可用水蒸汽蒸馏。原理当植物性芳香原料浸在水中并加热至沸腾或用蒸汽通过芳香原料的料层中，由于原料组织表面的芳香油分与沸水或蒸汽直接接触，从而产生水和油的两个蒸汽分压。混合蒸汽通过导气管进入冷凝器进行冷凝冷却，然后再经过油水分离后，即得精油。所谓“水散”，就是指水向原料组织进行渗透，并以它作为载体，将精油逐步扩散到组织表面，这种现象称为“水散”所用。只有当精油传递到组织表面，才能形成水和油两个分压，精油才能被蒸出，所以“水散”作用在水蒸汽蒸馏过程中就显得十分重要了。“水散”方法有两种一种是锅外“水散”，另一种是锅内“水散”。水蒸汽蒸馏的常规方法大致可分为三种形式，即水中蒸馏、水上蒸馏与直接蒸馏。第三篇第一章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。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次发酵周期所用的无菌空气只允许一次染菌。即经过滤后空气的无菌程度为N1032、空气除菌的一般方法，生物工业常用的除菌方法。辐射杀菌、化学药品杀菌、热杀菌、静电除菌、过滤除菌（工业常用）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。5、介质过滤除菌机理及常用介质。机理微粒随空气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次改变运动速度和方向而绕过滤层前进，这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸附等作用而把微粒滞留在纤维表面。常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。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）。流程空气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过滤器无菌空气流程特点两次冷却，两次分离，适当加热粗过滤器搜集较大灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，减轻总过滤器负荷压缩机吸入空气并使其获得较高的离心力，再将其部分动能转变为静压输出贮罐消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定空气压力，利用重力沉降除去部分油雾一级冷却器降低空气温度，将油、水冻结成较大雾粒旋风分离器分离空气中较大微粒，并除去油和水二级冷却器降低空气温度，使其进一步冷却后析出较小的雾粒丝网分离器分离较小直径的雾粒加热器将空气相对湿度降低至5060，保证过滤器正常进行过滤器除去空气中余留的较小雾粒，获得无菌空气7）对数穿透定律。过滤器的种类。21LGNKL21LN/NKLN滤层中空气的微粒浓度，个/M3；L滤层厚度M；K过滤常熟个/M2）种类纤维介质深层过滤器平板式纤维纸过滤器管式过滤器接迭式低速过滤器JPF空气过滤器YUDZ空气过滤器6、焓湿图及状态变化过程。1等湿（干式）加热过程空气状态变化是等湿增焓升温过程2等焓减湿过程等焓减湿升温过程变化3等焓加湿过程4等温加湿过程5减湿冷却（或冷却干燥）过程第二章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。1）管道应有一定的斜度，通常取1/100或更大；2）凹陷低点安装排污阀；3）管路有足够的支撑点；4）尽可能减少和简化管路，尽可能少用弯头管件和阀门；5）尽可能减少最高与最低点，且在每个最高点装设蒸汽进管，在最低点均装冷水阀；6）每个罐及管道尽可能分开灭菌。这样才能保证蒸汽杀菌的严密性与稳定安全性。2、空罐灭菌。灭菌温度和灭菌时间的要求是高温长时121，60分钟，既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。B设备材料及加工要求。1）设备材料的选择发酵罐及产品分离纯化等设备、管道的材料多采用不锈钢，尤其是可耐酸、耐碱、耐盐等质量优良的不锈钢，如1CR18NI9TI和含钼的不锈钢。塑料等高分子聚合物加工时应尽可能表面上存在微孔。尽量不用低密度聚乙烯、氯丁橡胶和聚氯乙烯。设备材料应避免使用含锌、镉、铅等的材料。2）加工要求设备管路阀门等内表面要求较高的光洁度，尤其发酵罐等要光滑、无细孔、无毛刺及凹坑裂纹等。设备内焊缝需要机械打磨或抛光、电镀。第三章生物反应物料输送设备1、机械输送设备种类。斗式提升机皮带运输机螺旋输送机适用范围垂直提升固体物料，适用于松散型、小颗粒物料。装料方式分掏取式和喂入式两种；卸料方式重力卸料适用干燥松散磨损小的物料；离心卸料适用黏度较大或较重的物料适用物料松散干湿物料、谷物颗粒及成件制品。适用物料松散的粉状或小颗粒状物料3、如何选择输送方式。选择输送方式时，应根据物料的特性、输送量、输送距离、线路状况、动力消耗等因素，综合进行考虑。一般对于大麦、大米等松散的粒状物料，最适宜用气流输送；而较大的块状物料或过细的粉状物料，气流输送时困难较大。输送量大且能连续运行的操作，宜用气流输送；输送量少且是间歇操作的，不宜用气流输送。对短距离输送，宜用低压压送；长距离输送，则以高压压送有利。2、气流输送。借助强烈的空气流沿管道流动，把悬浮在气流中的物料送至所需的地方。应用输送大麦、大米、麦芽及地瓜干等松散物料。优点设备简单，占地面积小，费用少，输送能力和输送距离的可调性大，管理简便，易于实现自动化。缺点动力消耗比较大，不适于输送潮湿的和粘滞的物料。根据设备组合不同，气流输送装置可分为真空输送、压力输送和压力真空输送。4、旋风分离器原理结构。旋风分离器主要由三部分组成内筒（也称排气管）、外筒和倒锥体。当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体，密度大的液滴和尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区，从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经导气管流至净化天然气室，再经设备顶部出口流出。B离心泵原理及气蚀现象。3）原理在启动泵前，泵体及吸入管路内充满液体。当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘，动能也随之增加。当液体进入泵壳后，由于泵壳中的流道逐渐扩大，液体流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压强沿排出口流出。与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空，而液面处的压强比叶轮中心处要高，因此，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内。叶轮不停旋转，液体也连续不断的被吸入和压出。4）气蚀现象离心泵能吸上液体是由于在泵的叶轮进口形成了低压，如果提高泵的安装高度，将导致泵内压力降低，当压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾。使液体以很大速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高，瞬时压力很大的冲击，这种现象就称为气蚀现象。发生气蚀现象时，会发出噪音，使泵体震动，严重时可使泵根本无法工作，而且使泵的寿命大大降低第四章生物工程供水与制冷系统及设备1、水处理的三个阶段及设备。1）水过滤机理水过滤是一系列不同过程的综合效应，包括筛滤、深层过滤和静电吸附。常用水的过滤装置砂滤棒过滤器砂滤棒（又称砂芯）系选用多孔陶瓷原料经高温烧结而成。棒身具有许多细微孔，是过滤器发挥过滤作用的主体部分，未经处理的原水经过滤棒本身透过达到过滤澄清的目的。过滤器分上下二层，中间置放隔水板一块。隔水板即是固定滤棒的装置，又起液体过滤前后分界作用活性炭过滤器活性微孔径为25NM。