生物工程设备复习

1、生物工程设备总复习题1. 辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细碎。常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。试设计一个六辊式粉碎机的示意图并标明物料运动方向，各部件名称。 /252. Rushton涡轮是最典型的涡轮搅拌器，Smith等提出采用弯曲叶片的概念，有效提高了载气能力，原因是什么？当用Rushton涡轮式搅拌器把气体分散于低黏流体时，在每片桨叶的背面都有一对高速转动的旋涡，旋涡内负压较大，从叶片下部供给的气体立即被卷入旋涡，形成气穴，气穴的存在会影响到发酵罐内的气液传质能力。弯曲叶片可使其背面的旋涡减少，抑制叶片后方气穴的形成，从而提高载气能力。 /703. 绘制前置高效过滤空气

2、除菌流程，并说明。前置高效过滤除菌流程如下图，该流程使空气先经中效、高效过滤后，然后进入空气压缩机。经前置高效过滤器后，空气的无菌程度已达99.99，再经冷却、分离和主过滤器过滤后，空气的无菌程度就更高。 /404. 气升环流式发酵罐也是应用最广泛的生物反应设备。其特点有哪些？ 结构简单，冷却面积小； 无搅拌传动设备，节省动力约50，节省钢材； 操作时无噪音； 料液装料系数达8090，不须加消泡剂； 维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染； 但不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数低。/875. 罐式连续蒸煮的加热罐和后熟器，其直径不宜太大。原因是什么？直径不宜太大，否则罐中醪液返

3、混现象严重，不能保证醪液先进先出，致使醪液受热时间不均匀，甚至出现部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有部分醪液过热而焦化。 /206. 啤酒生产过程中利用的圆筒体锥底发酵罐的优点有哪些？ 锥底罐是密闭罐，可作发酵罐，也可作贮酒罐，便于排放回收酵母，也可用二氧化碳洗涤，除去生青气味，促进啤酒的成熟。同时，由于具备采取加压、升温的操作，生产灵活性大，可以缩短生产周期。 本身有冷却夹套，容易控制发酵温度，可满足生产工艺要求。尤其是锥底部分有冷却夹套，回收酵母方便，操作简单，卫生条件好。 有自动清洗设备，灭菌较彻底，杂菌污染机会少，有利于无菌操作，既节省生产费用，又降低了劳动强度。 由于是加压密闭发酵，

4、减少了酒花苦味质的损失，可降低酒花使用量的15左右。在加压密闭条件下，二氧化碳溶解较好，啤酒的泡沫较好，泡持性有所改善。 自身有冷却装置，可以有效地控制发酵温度。可置于室外以节约冷库面积。结构较简单，投资费用较低。 易于实现自动控制。 /997. 绘制两级冷却、分离、加热的空气除菌流程，并说明。它采取了二次冷却、二次分离和适当加热的工艺流程。所谓二次冷却、二次分离是指压缩空气经过第一次冷却后，大部分的水、油结成颗粒较大、浓度较高的雾粒，我们可用旋风分离器分离；然后压缩空气经过第二次冷却，使空气进一步析出其中的水和油，此时的雾粒颗粒较小，可采用丝网分离器分离。因此该流程可以适应各种气候条件，能充

5、分地分离空气中含有的水分和油雾，使空气在低的相对湿度下进入过滤器，提高过滤除菌效率。 /398. 动物细胞微载体悬浮培养反应器要解决的三个关键问题是什么？ 具有合适的搅拌，使微载体在培养液内悬浮循环流动，而又不因过高的剪切力而使动物细胞受到破坏； 不能像传统发酵罐那样用空气在培养液内鼓泡充氧，而只能用特殊方式来传递氧，以满足所需要的溶氧浓度； 在培养液中要严格控制pH，要求pH控制误差0.05。 /1149. 绘制氧气从气泡到细胞的传递过程示意图，并说明气-液相间的溶氧传质理论。 /61 气泡中的氧通过气相边界层传递到气-液界面上。 氧分子由气相侧通过扩散穿过界面。 在界面液相侧通过液相滞留层

6、传递到液相主体。 在液相主体中进行传递。 扩散通过生物细胞表面的液相滞留层传递进入生物细胞内。10. 大型发酵罐常用的轴封为端面机械轴封，结构如书84图4-12图所示，端面机械轴封是靠什么达到密封？端面轴封的作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并做相对转动而达到密封。 /7511. 发酵生产有哪种情况？典型的生产产品有哪些？ 通风发酵：抗生素、酵母、氨基酸、有机酸或酶的发酵生产； 厌氧发酵：酒精、啤酒。 12. 在啤酒生产过程中，需向哪个设备中加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质？煮沸锅，可用于麦芽汁的煮沸和浓缩，利用它把麦芽汁中的水分蒸发掉

7、，使麦芽汁达到要求的浓度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味和香味物质。还有加热凝固蛋白质、灭菌和停止酶的作用的功能。 /2813. 影响溶氧系数的因素有哪些？ 操作条件，如搅拌转速、通气量等； 发酵罐的结构及几何参数，如体积、通气方法、搅拌叶轮结构和尺寸等。 物料的物化性能，如扩散系数、表面张力、密度、黏度、培养基成分及特性等。 /6214. 介质过滤空气除菌机理有哪些?惯性冲击滞留作用机理；拦截滞留作用机理；布朗扩散作用机理；重力沉降作用机理；静电吸附作用机理。 /3715. 气流输送的定义是什么？气流输送，是借助气流在密闭管道中的高速流动，使物料在气流中被悬浮输送到目的地。 /27416. 生

8、物培养中的基质消耗在哪些方面？ 微生物生长所需要的基质消耗；维持微生物生存和合成产物所需要的基质消耗。17. 公称体积指什么？公称体积是指罐的圆柱部分体积，其值圆整为整数，一般不计入封头的容积，平常所说的多少体积的发酵罐是指罐的公称体积。 /7718. 生物工厂采用的连续蒸煮设备有哪三种形式？ 罐式、管式和柱式。 /1819. 啤酒厂糖化设备的组合方式多采用四器组合，每一个锅负责完成一项任务，四器为哪几个设备？四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽（或压滤机）和麦汁煮沸锅。20. 常用的连续灭菌流程有哪几个？连消塔-喷淋冷却连续灭菌流程；喷射-真空冷却连续灭菌流程；薄板换热器连续灭菌流程。 /521.

9、发酵生产中有两种消泡方法：一是加入化学消泡剂，二是使用机械消泡装置。常用机械消泡装置有哪几个？ /73靶式消泡桨；涡轮式消泡器；离心式消泡器；碟片式离心消泡器。 22. 圆筒体锥底罐本身设置冷却夹套进行冷却，冷媒可采用哪几种物质？ 国内外多采用什么为（直接蒸发）为冷媒，优点是什么？冷媒可采用2030的酒精或30乙二醇水溶液，近年来，国内外多采用液氨（直接蒸发）为冷媒，优点是消耗能量低，管径小，省去一套制冷过程，投资费用可节省，生产费用又较低。 /10223. 绘制朝日罐设备结构和生产系统示意图？并说明其优点。 /106优点：（1）利用间歇的循环泵把罐内的发酵液抽出来再送回去，使发酵液中更多的C

10、O2释放出来，把啤酒中的一些生味物质排除除去，加速了啤酒的成熟。（2）利用离心机分离酵母，从而可以采用凝集性弱的酵母，使酵母与发酵液有更多的接触机会，并可控制后发酵液中酵母的浓度，降低乙醛和双乙酰的含量，提高发酵液的发酵度和加速啤酒的成熟。（3）利用薄板热交换器顺利地解决了从主发酵到后发酵贮酒温度的控制问题。24. 自吸式发酵罐结构如图所示，主要构件是什么，简称为图中哪两个部件？ 1人孔；2进气管；3轴封；4转子；5电机；6连轴器；7轴衬；8搅拌轴；9定子；10冷却蛇管；11消泡器；12排气管；13消泡转轴主要构件是自吸搅拌器和导轮，简称为9-定子和4-转子。/8425. 在双酶法制糖时，喷射

11、器可直接将加酶的淀粉乳在110条件下达到连续液化的目的。喷射器的主要部件是什么？ /16喷射器的主要部件是喷嘴和针阀（针阀用于调节喷嘴高度，混合空间大小）。 26. 固体物料的粉碎按其受力情况可分为什么？物料在粉碎时，各种粉碎机械所产生的粉碎作用往往不是单纯的一种力，而是几种力的组合。固体物料的粉碎按其受力情况可分为挤压、冲击、研磨、剪切和劈裂粉碎。27. 锤式粉碎机的工作原理，影响产品目数的主要因素有哪些？（1）工作原理：物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击被击碎，小于筛孔直径的颗粒，通过筛面落入出料口。 （2）影响目数的因素有：转速；颗粒大小；筛网目数；錘刀数目。28. 绘制双酶

12、法制糖液化设备流程，并加以说明各设备主要用途？29. 薄板冷却器的工作原理和优缺点？（1）工作原理：薄板（一般为不锈钢板）冲压成特殊形状，板与板的间隙很窄。因此，流体流速虽然很低，但在狭窄弯曲的通道中流动时，经过多次在方向和速度上的突然改变，所以在较低的流速下也能发生强烈湍流。从而提高了传热系数，强化了传热过程。（2）优点：在阻力很小的情况下，可以有较大的传热系数，总传热系数与常用的列管式相差很多倍；设备结构紧凑，占地面积小，单位体积中的换热面积很大；操作、维修、拆装、清洗和检查都很方便，卫生条件好；适应性和灵活性很大，可根据需要增减传热面积，还可将加热、灭菌、热回收和冷却等几个过程在同一设备

13、中进行。缺点：密封周边长，薄板整个周边及角孔周围均需设置垫圈。 /313330. 比较连消塔和喷射器灭菌的优缺点？ 连消塔投资少，设备简单，不容易发生堵塞，但蒸汽消耗大； 喷射加热器占地面积少，投资较大，操作稳定，蒸汽消耗少，但喷射孔容易发生堵塞。 /931. 计算某地方准备建一谷氨酸发酵工厂，工艺流程为：淀粉酶法水解制糖谷氨酸发酵。预计年产谷氨酸50000吨，消耗32（W/V）的糖液体积为260000 m，液化蒸汽消耗按照糖液体积的10来计算，预计糖化层流罐维持90min，谷氨酸产酸率值为12（w/v)，谷氨酸生产发酵周期为40小时，预设计发酵罐的体积为200m，请计算所需要的发酵罐个数、糖

14、化层流罐的容积大小、淀粉液化喷射器的选型？N=18个 V=70m32. 细胞破碎方法选择的原则是什么？ 提取的产物在细胞质内，选用机械破碎法； 在细胞膜附近则可用温和的非机械法； 提取的产物与细胞壁或膜相结合时，可采用机械法和化学法相结合的方法，以促进产物溶解度的提高或缓和操作条件； 为提高破碎率，可采用机械法和非机械法相结合的方法。33. 气升式动物细胞培养器的工作原理？略。34. 常见的振动筛的主要构件有哪些？ 振动筛主要由进料装置、筛体、吸风除尘装置和支架等部分组成。35. 一般的振动筛有三层筛体，请描述它们的工作过程？第一层是接料筛，筛孔(一般用目数表示）最大，筛面较短，采用反面倾斜。

15、筛上物为大杂质（如草杆、泥块等），由大杂收集槽排出，谷物颗粒等穿过筛孔进入第二层筛面。第二层是分级筛，筛孔比谷粒稍大，正向倾斜。筛出稍大于谷粒的中级杂质，由中杂收集槽排出，谷粒穿过筛孔进入第三层筛面。第三层是精选筛，筛孔最小，筛面较长，正向倾斜。谷粒作为筛上物排出，经出口吸风道吸除轻杂质后流出机外。穿过筛孔的小杂质由小杂收集槽排出。36. 对于粉碎机的设计，一般要求考虑哪些因素？粉碎后的物料颗粒大小均匀；操作自动化；易磨损部件易更换；产生极小的粉尘，以减小污染和保障工人的身体健康；单位产量消耗的能量小。37. 螺旋输送机主要的构件有哪些？螺旋输送机是由一个旋转的螺旋和料槽以及传动装置构成的。

16、/27338. 说明旋风分离器捕集粉尘颗粒的原理？气、固两相流经入口管，以切线方向进入圆筒体后，形成下降的空间螺旋线运动，较大粒子借离心惯性力被甩向器壁而分离下沉，经圆锥体，由卸料口排出。39. 常见的除尘器有哪些？离心式除尘器；袋式除尘器；湿式除尘器。40. 理论灭菌公式中k值与哪些因素有关？温度；时间；细胞孢子的活化能。41. 绘制淀粉酶法水解制糖糖化罐设备结构图，并进行标注？42. 能够根据图说出各标注的名称和作用。（如糊化锅、通风发酵罐等）43. 在无菌空气的制备工艺中，空气贮罐的作用是什么？ 消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力；利用重力沉降作用分离部分油雾；热杀菌；贮气。

17、 /4244. 常见的空气冷却器有那几种？常见有立式列管式热交换器、沉浸式热交换器、喷淋式热交换器等。 /44 45. 空气过滤器的过滤效率主要和哪些因素有关？空气过滤器的过滤效率主要与微粒的大小、过滤介质的种类和纤维直径、介质的填充密度、滤层厚度以及通过的气流速度等因素有关。 /4446. 过滤介质综合评价指标是什么？过滤除菌效率？ 深层介质过滤除菌的对数穿透定律：要评价一种过滤介质，最主要是看它的过滤效率，而过滤除菌效率是过滤常数K和滤层厚度L的函数，K越大，滤层厚L可越小；同时阻力降p越小越好，因此可把KL/p的值作过滤介质综合评价指标。过滤除菌效率：N1过滤前空气中微粒含量，个/m；N

18、2过滤后空气中微粒含量，个/m。 /4447. 空气调节的主要目的是什么？麦芽发芽或者固态发酵室对空气的要求：温度、湿度、通风状态；通过空气调节，及时排除生产产生的热量和废气。48. 生物反应器的主要作用是什么？生物反应器的作用就是为生物体代谢提供一个优化的物理及化学环境，使生物体能更快更好地生长，得到更多需要的生物能量或代谢产物。49. 常见的空气与培养液混合的四种方式分别是？搅拌混合；泵循环混合；直接通气混合；连续气相接触。50. 一般生物反应器是指机械搅拌罐式反应器，依据其结构示意图完善其标注。生物体生长所需要的温度、酸度分别由罐内温度计和酸度计检测，并由夹套或列管换热器和滴入酸碱进行调

19、节和维持。搅拌器的上部有消沫装置，加上滴入的化学消沫剂，控制着罐内泡沫的产生。生物体在生长过程中产生的二氧化碳以及其他气体从空气出口经分离后排出。搅拌和罐体之间有机械密封，使整个生物反应器处在密封无菌环境下。51. 机械搅拌罐式反应器的主要构件有哪些？它的主要组成部分包括罐体、搅拌装置、换热器、除沫装置、气体和物料进出口以及检测和调节装置。52. 理解分批培养中细胞的生长和产物的形成关系图（代表产品分别是什么）？图中（a）产物形成和细胞生长完全相关；（b）产物的形成和细胞的生长部分相关；（c）产物的形成和细胞的生长无关/微生物 15853. 如何提高发酵罐的溶氧水平？ 调整搅拌速度；调节通气量

20、；调整罐压；选择合适的发酵罐径高比；尽可能选大的发酵罐；注意控制培养液的物理性质。54. 以下是生物反应器发酵液体积随时间变化关系图，请说出a-e的操作方式？图中：a简单分批发酵； b补料分批发酵；c反复分批发酵；d反复补料分批发酵（半连续发酵）；e连续发酵a、 简单分批发酵是指生物反应器经过清洗、灭菌后，将无菌的含有各种营养物质的培养液一次性加入生物反应器，在一定的温度下接入种子。培养一段时间后，将培养液一次全部放出。b、 补料分批发酵是在简单分批发酵的基础上的一种变化。在发酵过程中补料的流加速度可以由发酵液中营养物质浓度、排气中的二氧化碳含量和氧含量、pH值、溶氧浓度等在线检测参数决定，通常用自动控制的方法实现。c、 反复分批发酵指在简单分批发酵即将结束时，将大部分发酵液放出，余下的一部分作为种子，然后补充无菌的新鲜培养液，然后重新发酵，如此反复操作直至发酵不能再延续，最后将发酵液全部放出。d、 反复补料分批发酵又称为半连续发酵。在补料分批发酵进行了一段时间后，生物反应器内发酵液的体积达到最大，无法继续补料，这时，将发酵液放出一小部分，再继续补料，隔一定时间再放出同样的体积，如此反复操作，最后将发酵液一次全部放出。e、 连续式发酵操作是指在分批发酵进行到一定阶段，一方面将培养物质连续不断地加入到反应器内，另一方面又把反应器