生物工程设备习题答案

1、生物工程设备习题答案生物工程设备习题集一. 单项选择题: (每题1分)1.目前啤酒厂的糖化锅中利用_d_进行搅拌。a.圆盘平直叶涡轮搅拌器 b.螺旋浆式搅拌器c.醪液内二氧化碳的密度梯度 d. 二折叶旋桨式搅拌器 2.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3.好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前_c_，以 确保安全。a.应该安装截止阀 b.应该安装安全阀 c.应该安装止回阀 d.不应该安任何阀门4.无论是种子罐或发酵罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预 先灭菌，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的 要求是_c_

2、，只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中 各死角残存的杂菌或芽孢。a.高温瞬时(133，15秒钟) b.同实罐灭菌一样(115， 8-15分钟) c.高温长时(127，45分钟) d.间歇灭菌 (100，30分钟，连灭三次)5.机械轴封的动环的硬度比静环_b_。动环的材料可用 _，静环最常用的材料是_。a.大，碳化钨钢，铸铁 b.大，碳化钨钢，聚四发酵设备习题集氟乙烯c.小，聚四氟乙烯，不锈钢； d.小，聚四氟乙烯，碳 化钨钢。6.溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是 _d_。a.物料进口处或出口处采用浮头管板 b.蒸 发器壳体应有膨胀圈c.物料在加热管内有足够的浓缩倍数，一般为七倍

3、 d.加 热的蒸气与物料之间有足够的温度差，一般为20-35 7.目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_c_。a.圆盘平直叶涡轮搅拌器 b.螺旋浆式搅拌器 c.无搅拌 器 d.锚式搅拌器8.空气过滤系统中空气加热器的作用是_b_。a.对空气加热灭菌 b.升高空气温 度，以降低空气的相对湿度c.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份 d.升高空气温 度，杀灭不耐热的杂菌9.机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般 _c_搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以 下0.5米(大罐)。3发酵设备习题集a.小于一个 b.大于一个小于两个 c.等于一个 d.等 于两个10.自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐

4、下方进罐的,因此_c_轴 封。a.应该用填料函 b.应该用单端面机械 c.应该用双端 面机械 d.无需11.安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是 _d_。a.将空气过滤为无菌空气 b.过滤分离空气中的油雾 c.过 滤分离空气中的水滴 d.减轻总空气过滤器的过滤负荷 12.外循环空气带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 13.为了减轻空气过滤系统的负荷空气压缩机最好选用 _d_空气压缩机。a.往复式 b.离心式 c.高压 d.无油润滑14.培养基连续灭菌流程中选用管道维持器，应该使培养基在 管道的流速达到_c_，才能保证先进先出。a.过渡流

5、b.层流 c.活塞流 d.湍流15. 塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 _c_与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。4发酵设备习题集a.蒸气 b.冷凝水 c.酒精 d.热水16.冷冻升华干燥主要是升华_b_。a.游离水 b.结构水 c.冷凝水 d.气态水。二. 多项选择题: (每题1分)1.好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产 中的作用是_abd_。a.给培养微生物提供氧气 b.也能起一定的搅拌作用，促进 菌体在培养基中不断混合，加快生长繁殖速度c.打碎泡沫，防止逃液 d.保持发酵过程的正压操作 2.圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用_abc_与啤酒发酵 醪进行热交换。a.乙二醇

6、 b.乙醇 c.氨 d.冷凝水3.由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封 头选用_bc_封头。a.锥形 b.椭圆 c.蝶形 d.球形4.味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结 晶，是用_abc_使真空煮晶锅达到一定的真空度 a.往复式真空泵 b.蒸汽喷射泵 c.水力喷射泵 d.高压水 泵5发酵设备习题集5. 味精厂等电罐在低温等电点操作时,罐中蛇管内可用_ ac _使罐内的等电点液降温。a.冰盐水 b.自来水 c.氨 d.冷凝水6. 空气过滤系统中丝网分离器的作用是分离_ac_。 a.油污 b.全部杂菌 c.水滴 d.部分杂菌7. 通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是_ad

7、_。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8.生产中使用的酒精发酵罐是受压容器,因此上下封头一般 选用_acd_封头。a.锥形 b.球形 c.蝶形 d.平板9.贮气罐的作用是_ac_。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。10.空气过滤系统中旋风分离器的作用是_abc_。 a.分离油雾。 b.分离泡沫和水汽。 c.分离水滴。 d. 分离部分杂菌。6发酵设备习题集

8、11.喷射自吸式发酵罐的优点是_abc_。a.空气吸入量与液体循环量之比较高 b.无需搅拌传动系 统c.气液固三相混合均匀 d.适用好氧量较大 的微生物发酵12. 气升式动物细胞培养反应器与搅拌式动物细胞反应器相 比，气升式反应器中 abcd；反应器内液体循环量大， 细胞和营养成分能均匀分布于培养基中。产生的湍动温和而均匀，剪切力相当小， 无泡 沫形成，装料系数可以达到95%无机械运动部件，因而细胞损伤率比较低； 反应 器通过直接喷射空气供氧，氧传递速率高；三. 是非选择题: (每题1分)1. 安装在空气压缩机前的前置空气过滤器的主要作用是将空 气过滤除菌，减轻总空气过滤器的过滤负荷。2. 味

9、精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结 晶，可用水力喷射泵使真空煮晶锅达到一定的真空度 3.溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是物 料进口处和出口处应采用浮头管板，或者蒸发器壳体应有膨 胀圈。7发酵设备习题集4.空气过滤系统中空气加热器的作用是降低空气相对湿度。 5.气升式发酵罐(空气带升式发酵罐)是用多孔环管将空气引 入发酵罐。6. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结 晶，采用的是自然起晶法。7. 100 m 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm 之间，所用变速装置为无极变速器，以调整搅拌转速。 8. 外循环空气带升式发酵罐的优点之一是无

10、需空气过滤净化 系统。9. 啤酒厂过滤槽的搅拌转速在 15 rpm 左右，而且轴是从罐 下方进入罐内，因此应该用填料函轴封。10. 进行沸腾造粒干燥生产时，以自我造粒形成的产品，质量 最好。11. 通用式机械搅拌发酵罐的高径比一般为1.7-2.5 12.一个 10 吨左右的通用式机械搅拌发酵罐往往采用夹套 作为传热装置。13. 柠檬酸溶液结晶时，只要使柠檬酸浓度大于其饱和溶解度 就会有柠檬酸晶体析出。14. 空气压缩机出口的压缩空气温度一般是 187-198，大8发酵设备习题集大高于空气的露点，因此进入贮气罐后，空气中的水分不会 析出，空气的相对湿度低，这样就保证了空气过滤介质不致 受潮。15

11、.空气带升式发酵罐中循环周期越长越有利于供氧。 16.啤酒厂糖化锅的搅拌器一般搅拌转速在 30 rpm以下,所 用变速装置为三角皮带轮变速。17.自吸式发酵罐搅拌转速在 600-900 rpm 左右，而且轴 是从罐下方进入罐内，因此应该用双端面机械轴封。 18.自吸式发酵罐的转子的作用之一是吸入连续灭菌后的培 养基。19. 将溶液浓缩至过饱和就会有晶体析出。20. 通用式机械搅拌发酵罐中搅拌器的作用是打碎泡沫,促使 二氧化碳从醪液中排出。21. 100 m 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在 140-160 rpm 之间,所用变速装置多为三角皮带轮变速。 22.溢流喷射自吸式发酵罐中循环周期越

12、长越有利于供氧。 23.贮气罐的作用之一是防止下列情况：突然停电，致使空气 压缩机停止工作，造成发酵罐内压力高于空气过滤器的压力， 醪液倒流，污染空气过滤器。24.棉花活性炭空气过滤器中所用的棉花为灭菌的脱脂棉。9发酵设备习题集25.在-淀粉酶发酵生产中,发酵罐内使用的是单管式空气分 布器,空气气泡的直径与通风量有关,而与管口直径无关。 26.碟片式酵母离心机起动后随着转速增大，振动也增大，当 达到某一值后，转速愈大，振动愈小。27. 氧溶于发酵液属于气膜控制过程。28. 设计空气预处理流程要求进过滤器的空气标准是 60%，t=40。29. 空气进罐的最后一个阀门往往采用安全阀，这是防止由于

13、操作失误造成的发酵液倒流入空气过滤系统。30. 反渗透中的浓差极化增加了溶质透过膜的阻力。31. 比较涡轮式搅拌器的三种形式，以平叶式所消耗功率最 小。32. 目前啤酒厂的糊化锅中不用搅拌器而是靠锅内形成的密 度梯度进行自然循环。33. 离心分离机的作用是分离两种不同重度的液体。34. 味精厂等电罐在低温等电点操作时,罐中蛇管内可用制冷 剂 nh3 使罐内的等电点液降温。35. 酒精厂连续灭菌设备是由加热、维持、降温三部分组成的 整体。36. 目前我国大多数味精厂常用的总过滤器为棉花活性炭过10发酵设备习题集滤器。过滤器内的填装方法自下而上大致如下：孔板 - 金属丝网 - 麻布织品 - 棉花

14、-麻布织品 -活性炭 - 麻布织品 - 棉花 - 麻布织品 - 金属丝网 - 孔板。 37.离心喷雾干燥工段的排风机比送风机的功率大,目的是使 离心喷雾干燥塔内形成负压。38.vvm 的含意是在发酵温度时罐内压力为 0.2 mpa(绝 对)下,每单位液体体积的气体体积流量。(1/min) 四.填空题2. 好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产 中的作用是_保持发酵过程的正压操作_；_给微生物提供 氧气_；_起一定的搅拌作用，促进菌体在培养基中不断混 合，加快生长繁殖速度_。3. 圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用_乙醇_、或_乙二醇_或_ 氨_与啤酒发酵醪进行热交换。4. 味精厂精制车

15、间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结 晶，可以选用_往复式真空泵_、或_蒸汽喷射泵_、或_水 力喷射泵_使真空煮晶锅达到一定的真空度5. 空气过滤系统中贮气罐的作用是_消除压力波动，保证输 出气流的连续性_、_储存一定数量的压缩空气。调节用气 量或以备发生故障和临时需要应急使用_、_进一步分离压缩11发酵设备习题集空气中的水分和油分 _6. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是_分离油雾、分离泡 沫和水汽、分离水滴_。7. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前应该安装_ 止回_阀，以确保安全。8. 空气过滤系统中空气加热器的作用是_降低空气相对湿度 _。9. 自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐

16、的,因此应该用_双 端面机械_轴封。6. 塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用_酒 精_与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。五.名词解释: (每题3分)1. 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。2. 搅拌器轴功率是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需 要的功率。121发酵设备习题集3. 搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需 要的功率。也称搅拌器的轴功率。4. 深层过滤的对数穿透定律进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数

17、是滤层厚 度的函数。nln 2 =-kln5. 搅拌雷诺准数雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比,即re=du rm,而在搅拌容器中,液体的代表速度 u= n di ,并以搅拌器直径 di 代替管径 d,此时的雷诺准数称为搅拌雷诺准数re m =nd 2imr6. 沸腾干燥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。7. 离心澄清机藉离心沉降速度的不同将固液两相分开的离心机称作离心澄 清机8. 全挡板条件是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要13gl g发酵设备习题集达到全挡板条件必须满足下式要求：b (0.

18、1 0.12) dn= n=0.5d dd-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数9 气体截留率在通风液体中由于充气而导致的体积增加率。通风前液体体 积为 v ,通风时体积的增加量为 v ,则气体截留率l g11ve =v + v流化床的体积随着气体流速的增加而增大，流化床体积与 固体床体积之比称为膨胀率。k=vvkn12热敏性物料一一一对热过程敏感，受热后会引起产物发生 化学变化或物理变化而影响产品质量的物料。1433发酵设备习题集六.画图题: (每题5分)1. 画出喷射液化器的示意图，并注明所画设备名称和各个部 件名称。2. 画出水力喷射泵的示意图，并注明所画设备名称和各个部 件名称。3.

19、画出蒸汽喷射泵的示意图，并注明所画设备名称和各个部 件名称。4. 画出蒸汽加热器的示意图，并注明所画设备名称和各个部 件名称。5. 画出通用式机械搅拌发酵罐(20 m 以上)的示意图，并至 少注明十个部件的名称。6. 画出培养基连续灭菌的流程图，并注明各个设备的名称。 7. 画出柠檬酸厂 4 m 通用式机械搅拌种子发酵罐的示意图，并至少注明十个部件的名称。8画出酒精连续发酵的流程图，并注明各个设备的名称。 七. 问答题: (每题7分)1. 叙述喷射自吸式发酵罐的工作原理。答 :喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液送入文氏管中 , 由于文氏管的收缩段中流速增加 , 即动压力增加 ,静 压力减

20、小 , 形成负压 , 将无菌空气吸入 ,并被高速流动的液体15发酵设备习题集打碎、分散 ,与液体均匀混合 , 提高发酵液中的溶解氧，这是 溶氧阶段。当发酵液从上升管进入发酵罐后，微生物耗氧， 同时发酵液向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗 竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入上升管， 开始下一个 循环。2. 酒精发酵罐由于操作失误就可能造成罐内真空甚至被吸 瘪，叙述造成上述事故的原因，以及预防和修复(被吸瘪) 的方法。答：酒精发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下转罐或 进行内部清洗时造成的。由于大型发酵罐在工作完毕后放料 的速度很快，有可能造成一定的负压。 另外，即便罐内留存 一部分 c

21、o 气体，在进行清洗时，由于清洗溶液中含有碱性2物质，与co 进行中和反应，除去了 co 也可能使罐内形成 2 2真空。如果不即时进气，在外界压力作用下发酵罐就会被压 瘪。所以大型发酵罐应设防止真空装置， 在罐顶安装一个真 空安全阀。真空安全阀的作用是当罐内出现真空时， 阀门开 启，允许空气进入罐内， 以建立罐内外压力的平衡。如果出现上述事故（发酵罐被吸瘪），可以用高压水涨法使其 复圆。16发酵设备习题集3. 圆筒锥底啤酒发酵罐上为什么要安装真空安全阀?祥细解 释它的作用。答：筒锥底啤酒发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下 转罐或进行内部清洗时造成的。由于大型发酵罐在工作完毕 后放料的速度很

22、快，有可能造成一定的负压。另外，即便罐 内留存一部分co 气体,在进行清洗时,由于清洗溶液中含有2碱性物质,与co 进行中和反应,除去了co 也可能使罐内形2 2成真空。所以大型发酵罐应设防止真空装置。真空安全阀的 作用是当罐内出现真空时，阀门开启，允许空气进入罐内， 以建立罐内外压力的平衡。4. 叙述空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。答：以外循环为例来说明空气带升式 (气升式 ) 发酵罐的工作 原理。在罐外装设上升管， 与发酵罐构成一个循环系统， 在 上升管的下部有空气喷嘴，空气以 250300 米 / 秒的高速度 喷入上升管，借喷嘴的作用而使空气泡分割细碎， 与上升管 的发酵液密切接触

23、。由于上升管内的发酵液轻， 加上压缩空 气的喷流动能，因此使上升管的液体上升， 罐内液体下降而 进入上升管，形成反复循环，在上升管提供微生物所需要的 溶解氧，使发酵正常进行。17发酵设备习题集5. 叙述喷射液化器的工作原理，它适用于哪些地方(工序)。 答： 喷射液化器主要由喷嘴、 吸入室、扩大管和调节手轮 组成。当带有压力的物料以高速进入喷射液化器经过其内部 的喷嘴时，它的动能增大，静压能变小，造成吸入室内出现 负压，将蒸汽吸入，并在吸入室内与物料接触， 高速流向扩 大管，物料与蒸汽在扩散管的喉部充分混合， 物料被蒸汽加 热，在瞬时将物料加热到所需的温度（ 80 105 ）。在 扩散段内由于管

24、径逐渐增大， 物料流速逐渐降低，动能又转 化为静压能，压力随之升高，从出口排出。喷射加热器适用于对物料进行连续液化， 如在味精厂、制药 厂等的糖化工段 ( 工序 )等。6. 叙述喷射加热器的工作原理,它适用于哪些地方(工序)。答：喷射加热器主要由喷嘴、吸入室和扩大管组成。当物料以高速经过喷嘴时,它的动能增大，静压能变小，造成吸入 室内出现负压，将蒸汽吸入室内，物料与蒸汽在扩散管的喉 部充分混合,物料被加热，在扩散段内速度逐渐降低，压力随 之升高，动能又转化为静压能，从出口排出。喷射加热器适用于连续加热物料的地方(工序),如连续灭菌 等。18发酵设备习题集7. 叙述自吸式发酵罐的工作原理。答:自

25、吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器(转子)和导轮(定子),空气管与定子相连接,在转子启动前,先用液体将转子 浸没,然后启动马达使转子转动,由于转子高速旋转,液体或空 气在离心力的作用下,被甩向叶轮外缘,在这个过程中,流体便 获得能量,若转子的转速愈快,旋转的线速度也愈大,则流体的 动能也愈大,流体离开转子时,由动能转变为压力能也愈大,排 出的风量也越大。当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心 处形成负压，转子的转速愈大，所造成的负压也愈大，由于 转子的空膛用管子与大气相通，因此空气不断地被吸入，甩 向叶轮的外缘，通过定子而使气液均匀分布甩出。由于转子 的搅拌作用，气液在叶轮的外缘形成强

26、烈的混合流（湍流）， 使刚刚离开叶轮的空气立即在不断循环的发酵液中分裂成细 微的气泡，并在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中， 因此转子同时具有搅拌和充气两个作用。8. 叙述溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理。答:溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液体由于自重通过溢流 管向发酵罐跌落，形成抛射流，由于液体表面层作用，使靠19发酵设备习题集近流体表面的无菌空气气体边界层具有一定的速率，从而形 成气体的流动和自吸作用，并被高速流动的液体打碎、分散, 与液体均匀混合,使氧溶解在发酵液中的，这是溶氧阶段。发 酵液进入发酵罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化

27、 碳和其它气体不断地从发酵液中分离并排出，发酵液的比重 变大向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时， 发酵液又从发酵罐底部被泵打入循环管，开始下一个循环。 9. 通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘?答：通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着 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；同时气泡大，上升速度快，走 短路，传质效果差。而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻 挡，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆 叶打碎、分散，提高了溶氧系数。10.什么是轴封？机

28、械轴封与填料函轴封相比有什么优缺 点？答：轴封是安装在旋转轴与设备之间的部件， 它的作用是阻 止工作介质（液体、气体）沿转动轴伸出设备之处泄漏。20发酵设备习题集机械轴封与填料函轴封相比优点是 :a. 密封可靠，在一个较长的使用期中不会泄漏或很少泄漏。 清洁，无死角，可以防止杂菌污染。b. 使用寿命长，正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用 年，最长有用到年。c. 维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。d. 轴或轴套不受磨损。e. 摩擦功率耗损少，一般约为填料函密封的 10 50 f. 机械轴封对轴的精度和光洁度没有填料函要求那么严格，对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感， 对轴的震 动

29、敏感性小。g. 适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种转 速以及各种腐蚀性、磨蚀性、易燃、易爆、有毒介质的密封。 其缺点是：结构复杂，需要一定的加工精度和安装技术。 11.发酵罐实罐灭菌为什么要“三路进汽”? 实罐灭菌的进汽和排气原则是什么?答： 所谓发酵罐实罐灭菌的 “三路进汽”就是在对培养基 灭菌时，让蒸汽从空气进口、排料口、取样口进入罐内，使 培养基均匀翻腾，达到培养基灭菌之目的。这是因为这三个 管都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形成灭菌死角。 实21发酵设备习题集罐灭菌的进汽和排气原则是 “非进即出”，就是说所有进入 发酵罐的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定要进行 排气

30、，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通过，得以灭菌。 不能有既不进汽也不排汽的管道（死角）存在。12.在培养基的灭菌过程中是否能做到绝对无菌？为什么？ 发酵生产中对培养基的灭菌的无菌程度是多少？答 :1 n 2.303 log 0k ns若要求灭菌后绝对无菌，即 ns=0 ，从上面公式可以看得出 灭菌时间将等于无穷大，这对生产来说是不可能，所以培养 基灭菌后，在培养液中必然还产残留一定的活菌。 工程上通 常以 ns=10 -3 个 / 罐来进行计算，即杂菌污染降低到被处理 的每 1000 罐中只残留一个活菌的程度，这就可以满足生产 的要求了。13.什么是离心分离机?叙述离心分离机分离两种不同重度

31、 液体的原理。答 :藉离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离机。离心分离机机的转鼓内有数十只 (50-80) 形状和尺寸相同 的碟片 , 碟片按一定间距 (0.5-1.2mm) 叠置起来组成碟片22发酵设备习题集组，每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几个对称分 布的圆孔许多这样的碟片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂 直的通道。两种不同重度液体的混合液进入离心分离机后， 通过碟片上圆孔形成的垂直通道进入碟片间的隙道， 并被带 着高速旋转，由于两种不同重度液体的离心沉降速度的不 同，重液的离心沉降速度大， 就离开轴线向外运动， 轻液的 离心沉降速度小， 则向轴线

32、流动。这样，两种不同重度液体 就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。14.在饲料工厂从发酵醪中分离酵母应该选用什么离心机? 叙述该机分离酵母的原理。答: 在饲料工厂从发酵醪中分离酵母应该选用离心澄清机。 离心澄清机的转鼓内有数十只(5080)形状和尺寸相同的碟片,碟片按一定间距(0.51.2mm)叠置起来组成碟片 组。含有酵母的发酵醪液进入离心澄清机后，从碟片组外缘 进入各相邻碟片间的薄层隙道，这时发酵醪也被带着高速旋 转，由于固体和液体的离心沉降速度的不同，在碟片间的隙 道中被分开，固体(酵母)的离心沉降速度大，就离开轴线向 外运动，液体的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，酵 母和液体就在碟

33、片间的隙道流动的过程中被分开。23发酵设备习题集15.在工厂中要将奶油(酯)从新鲜牛奶中分离出来应该选用 什么离心机?叙述该机分离奶油的原理。答:在工厂中要将奶油(酯)从新鲜牛奶中分离出来应该选用离心分离机，它能藉离心沉降速度的不同将互不溶解的两种 液体分开。离心澄清机的转鼓内有数十只(50-80)形状和尺寸相同的碟 片,碟片按一定间距(0.5-1.2mm)叠置起来组成碟片组，每只 碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几个对称分布的圆孔 许多这样的碟片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂直的通道。 两种互不溶解的混合液进入离心分离机后，通过碟片上圆孔 形成的垂直通道进入碟片间的隙道，并被带着高速旋转，

34、由 于互不溶解的两种液体重度不同，离心沉降速度也不同，重 液（奶）的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，轻液（酯） 的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，奶油(酯)和奶就 在碟片间的隙道流动的过程中被分开。16.以超滤或反渗透为例讲述膜分离原理。答：以反渗透为例讲述膜分离原理如下：24发酵设备习题集假设有一个仅能透过溶剂而不能透过溶质的半透膜， 将纯溶 剂（比如纯水）和浓溶液分别置于膜两侧， 因施加在溶液上 方的压力不同，表现出三种情况如下图所示。无外界压力作用时，由于纯溶剂（水）的化学位 u 大于溶1液中溶剂的化学位 u ，引起纯溶剂（水）透过膜向溶液侧2迁移，这就是渗透，如图 a 。对溶液

35、施加压力，提高其化学位，就降低了膜两侧溶剂的化 学位差，从而降低了纯溶剂向溶液渗透的透过速率。 当施加 在溶液上的压力恰好使溶剂的化学位与纯溶剂 （纯水）的化 学位相等，于是系统达到渗透平衡，此时溶液承受的压力称 为渗透压 ，如图 b 。对溶液施加的压力超过渗透压 时，溶液中溶剂的化学 位高于纯溶剂（水）的化学位，于是溶液中溶剂（水）以压 力差为推动力，透过膜向纯溶剂（水）侧迁移，实现了从溶 液中分离出溶剂（水）。由于此时溶剂的迁移方向与渗透方 向相反，故称为反渗透，如图 c 。17.什么是超滤过程中的浓差极化现象，如何降低浓差极化 现象。答：待分离液从膜面一侧流过时， 靠近膜面的液体处于层流

36、 状态；同时，当水及小分子溶质透过膜面时， 大分子的溶质25发酵设备习题集在靠近膜面处被阻留。被阻留分子从膜面返回液体主流的速 度受其通过层流区的扩散速度所控制，当这一速度低于被阻 留分子在膜面聚集的速度，就必然会在膜面的一侧逐渐形成 一高浓度的被阻留溶质层。这就是浓差极化。随着浓缩倍数的提高，浓差极化现象越来越严重， 膜的透过 通量也越来越低。提高液流的雷诺准数，可以减小层流区的厚度，增大被阻留 分子返回液体主流的速度，这是削弱浓差极化的重要措施。 但其些酶在高的剪切应力下， 容易丧失其部分酶活力，因此 不能无限提高液体流速（提高液流的雷诺准数方法之一）。 提高液温也是削弱浓差极化常用的方法

37、，但也受被浓缩液及 膜的耐热性的限制。18.用膜分离(超滤和反渗透)技术分离化工产品有什么特点?答：膜分离(超滤和反渗透)技术分离化工产品特点是：1. 膜分离过程中不发生相变化,与有相变化的分离法和其他 分离法相比,能耗要低。2. 膜分离过程是在常温下进行的,因而特别适用于对热敏性 物质的分离、分级、浓缩和富集。例如用于果汁、酶、药品 生产中。膜分离技术不仅适用于有机物和无机物、病毒、细菌的分离，26发酵设备习题集而且还适用于许多特殊溶液体系的分离，如将溶液中大分子 与无机盐的分离，一些共沸物或近沸物系的分离等。 由于只是用压力作为超滤和反渗透的推动力，因此分离装置 简单，操作方便，易于自动控

38、制，易于维修。19.什么是真空蒸发浓缩？祥细叙述升膜式蒸发器的工作原 理。答：溶液在真空状态，较低的温度下即沸腾、溶剂汽化，这 称之为真空蒸发浓缩。升膜式蒸发器的工作原理。溶液在加热的管子里由下而上运 动时，在管壁的液体受热温度上升， 密度下降，而管子中心 的液体温度变化较小，这就使管内液体产生如图 a所示的自 然对流运动。温度升得越高对流越激烈， 当温度升到相应沸 腾温度时，溶液便开始沸腾，产生蒸汽气泡分散于连续的液 相中。由于蒸汽气泡的密度小故气泡通过液体而上升， 如图 b 所示。液相因混有蒸汽气泡，使液体静压头下降，液体继 续受热，温度不断上升，气泡大量增加。蒸汽气泡相互碰撞， 小气泡就

39、聚合成大气泡于管子中部上升， 气泡增大，气体上 升的速度则加快，如图 c所示。当气泡继续增大形成柱状， 占据管子中部的大部分空间时， 气体以很大的速度上升，而 液体受重力作用沿气泡边缘下滑，如图 d 所示。 液体下降27发酵设备习题集较多时，大个柱状气泡则被液层截断，如图 e 所示。若液体 温度继续上升，溶液的蒸发速度继续增加， 气泡的上升速度 激增，蒸汽的密度也增大， 由于重力作用，滑流下来的液体 很快受热蒸发，未蒸发的浓缩液体也被高速气流带着上升， 气泡断层不能形成，蒸汽占据了整个管子中部空间， 液体只 能分布于管壁，开始形成液膜，如图 f 所示，这时称为环形 流。环形流液体的上升是靠高速

40、蒸汽气流对流层的拖带而形 成，称之为“爬膜”现象。这时液膜沿管壁上升不断受热蒸 发，浓度不断增大，最后与蒸汽一齐离开， 管子越高则上升 蒸发时间越长 , 溶液浓缩越大。20.在味精生产过程中（包括麸酸）使用了哪些结晶设备？ 采用真空煮晶锅进行味精的精制,其优点是什么？答：在味精生产过程中（包括麸酸）使用了三种结晶设备， 立式结晶箱（也称等电罐），卧式结晶箱（也称育晶槽）， 真空煮晶锅。采用真空煮晶锅进行味精的精制 , 其优点是可以控制溶液的 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，同时采用连续通入未饱和液来补充溶质的量， 使晶体长 大。真空煮晶锅内的真空度可用蒸汽喷射泵、水力喷

41、射泵或真空28发酵设备习题集泵来产生。21.什么是沸腾干燥，叙述沸腾干燥的原理。答 :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，当气流速度与颗粒沉降 速度相等，压力降与流动层单位面积的重量达到平衡时 （此 时压力损失变成恒定） ，粒子就在热气体中呈悬浮状态， 粒 子中的水分迅速汽化，达到干燥目的。24 气流干燥的特点（1） 干燥强度大。由于气体在干燥管内流速大，一般为 10 20m/s ，气一固间存在一定的相对速度，因而固体物料与 空气之间产生剧烈的相对运动，使物料表面的气膜不断更 新，大大降低了传热和传质的气膜阻力。 一般干燥器全管平 均体积传热系数为

42、 4200 1300kj/(m3 h) 。（2） 干燥时间短。物料在干燥管内仅停留 1 5s 即可达到 干燥要求。因此对于热敏性物料仍可采用较高的介质温度。 如用 140 的热空气干燥赤霉素， 130 热空气干燥四环素 均能获得优质产品。（3） 适用性广。可使用于各种粉粒状、 碎块状物料的干燥， 粒径范围约为 o.l 10mm 。湿含量可大至 3o 4o 。 （4 ）设备结构简单。占地面积小，生产能力大，能连续操29发酵设备习题集作，可实现自动控制。气流干燥对物料有一定的磨损，因此不适合于对晶形有一定 要求的物料，且热能利用程度较低，一般热利用率仅为 3o 左右。25 喷雾干燥的特点（1 ）干

43、燥速度快、时间短，一般为 33os ，由于料液雾化成 20 60 m 的雾滴，其表面积相应高达 200 5o00m2m 3，物料水分极易汽化而干燥。（2 ）干燥温度较低。虽然采用较高温度的热空气，但由于 雾滴中含有大量水分，其表面温度不会超过加热空气的湿球 温度，一般为 5o 60 ，加之物料在干燥器内停留时间短， 因此物料最终温度不会太高，非常适合于热敏性物料的干 燥。( 3 ）制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。但喷 雾干燥的容积干燥强度小，放干燥室体积大，热量消耗多， 一般蒸发 1kg 水分约需 6000kj 热量，相当于消耗 2.5 3.5kg 的蒸汽。26 流化床干燥原理流化床

44、干燥（也称沸腾干燥）是利用流态化技术， 即利用热 空气流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过30发酵设备习题集程。流化床干燥中，热空气的流速与颗粒的自由沉降速度相 等，当压力降近似等于流动层单位面积的质量时， 床层便由 固定态变化流化态， 床层开始膨胀，颗粒悬浮于气流中， 并 在气流中呈沸腾状翻动，但仍保持一个明确的床界面， 颗粒 不会被气流带走。干燥过程处在稳定的流态化阶段。 27 流化床干燥的特点1 传热传质速率大。由于颗粒在气流中自由翻动，颗粒周 围的滞流层几乎消除，气一固间的传热效果优于其他干燥过程。体积传热系数一般都在 4200okj （m3h）以上，是所有干燥器中体积干燥强

45、度最大的一种。2 干燥温度均匀，易于控制。由于物料在干燥器中的停留 时间可以控制，可使物料的最终含水量降到很低水平， 且不 易发生过热现象。3 连续化、自动化操作。干燥与冷却可连续进行，干燥与 分级可同时完成， 有利于连续化、自动化操作，且设备结构 简单，生产能力高，动力消耗小。28. 流化床干燥操作过程中可能出现的几种不正常现象及 原因：(1) 沟流和死床气速虽然已超过临界流速 umf ，但床层仍不流化，某些部分被气流吹成一条“沟道”，气体由此穿过31发酵设备习题集床层，这种现象称为“沟流”，未流化部分称为“死床”。 也有可能出现局部沟流和局部死床，见图 (a)(b) 。产生沟 流时，床层压

46、力降低于 p ，其差值正好表明沟流的严重程 度。气固接触不良，使传热传质过程不能很好进行，降低产 品质量和设备的生产效能； 而死床部分容易产生产品的 “烧 结”现象。研究表明，颗粒性质、床层高度、设备结构、气体流速等因 素，都会导致沟流的产生，例如，床层很薄；颗粒很细、太 湿、易粘合成团块、物料颗粒带静电，易产生“抱团”；气 速过低或气流分布不均匀； 分布板结构不合理，如开孔率大 小不合适，床内构件阻碍气体流动等。消除沟流与死床的办法有： 加大气速；若物料太湿，可进行 预先干燥；分布板开孔率大小不合适时， 可应用小型试验进 行检验确定。(2) 腾涌流化床内的气泡汇合长大，当其直径接近床层直径时

47、，把以上的颗粒物料像活塞一样向上托起， 达到一定高 度以后崩裂，颗粒被抛出很高， 然后纷纷落下。这种现象称 为“腾涌”，又称活塞流等，见图 (c) 所示。产生腾涌时，床层压降剧烈波动。 此时床层极不均匀， 传质32发酵设备习题集传热很难进行，固体颗粒严重磨损和带出， 设备零件被冲击 而损坏。颗粒性质、床层高度和气速等，都会引发腾涌产生，例如， 床高 h0 与床径 d 之比值 h0/d 较大时，大颗粒比小颗粒更易 产生腾涌； h0/d 较大而气速又较高，也易产生此现象，一 般当 h0/d1m) 以及床层内加设内部构 件等，均可防止腾涌。(3) 层析现象在气固系统中，往往因为固体颗粒大小相差较大或

48、密度不同，在操作过程中会产生层析现象。 如卧式沸 腾干燥箱的操作过程中，细颗粒或粉末状的物料被气体带 出，一般中等颗粒的物料能逐渐向卸料口接近而卸出， 而大 颗粒的物料由于层析现象沉降于床层底部，造成无法流化或 结疤现象。在生产中经常有此现象， 最后用人工取出。 装有 往复推料器时能全部自动出料，避免了此现象的发生 29. 流化床干燥中的返料在流化床干燥中料液一边雾化， 一边加入晶核，在操作上称 为返料，开始操作时必须预先在干燥器内加入一定量的晶核 （称底料）才能喷入料液，以防止喷入的料液黏壁。 加入晶 核颗粒大小与产品粒度有关， 晶核大者，产品颗粒大，返料 量小时，则产品颗粒大，因此，可用调

49、节返料量来控制床层33发酵设备习题集的粒度分布。30. 试述超临界流体萃取的工作原理超临界流体的密度接近于液体，密度越大，溶解能力越高。 而其粘度接近于气体，自扩散系数比液体大约 100 倍。这 说明超临界流体具有接近液体的密度和类似液体的溶解能 力，具有接近气体的粘度和扩散速度。 这就意味着超临界流 体有很高的传质速率和很快达到萃取平衡的能力，这就是超 临界流体萃取比溶液萃取分离效果好的主要原因。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触， 使其 有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分 萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系 压力的增加而增加 , 极性增大 ,

50、 利用程序升压可将不同极性 的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取 物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混 合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通 气体，被萃取物质则自动完全或基本析出， 从而达到分离提 纯的目的，并将萃取分离两过程合为一体， 这就是超临界流 体萃取分离的基本原理。31 试述分子蒸馏的基本原理从分子运动平均自由程的公式可以看出，不同种类的分子，34335-3s-1发酵设备习题集由于其分子有效直径不同，其平均自由程也不相同。 分子蒸馏技术是利用不同种类分子逸出液面后平均自由程 不同的性质实现的。在一个高真空的设备中，放置一个加热 面和一个冷凝面，加热面冷凝面之间的距离小于轻分子的平 均自由程而大于重分子平均自由程。混合液从加热面上过并 被加热获得能量，轻分子的平均自由程大，可以不与其他分 子碰撞，直