生物工程设备考试复习

1、第一章1、 维持系数：它是保持细胞一个有序状态，补偿系统中熵的产生、避免造成细胞死忙的平衡状态中花费的能量。维持的定义 ：2、Monod方程： : max:特定基质下最大比生长速率Ks : 饱和常数，= max/2 时的基质浓度，是菌对基质亲和力的一种度量。当基质浓度SKs时， = max 。KS 饱和常数；当基质浓度SKS, u=umax/2什么条件是对数生长期：当KsS 时，u=umax3、多基质时的生长动力学曲线4、产物形成动力学的分类及其它们相应的特点： 根据细胞生长与产物形成有否偶联进行分类：偶联型、非偶联型、混合型（1）偶联型发酵类型的特点：n 微生物的生长和糖的利用与产物合成直接

2、相关连。n 产物的形成与生长是平行的。n 产物合成速度与微生物生长速度呈线性关系，而且生长与营养物的消耗成准定量关系。n 这种类型的产物主要是葡萄糖代谢的初级中间产物，如乙醇发酵就属于此类型。方程：（2）非偶联型的特点:n 生产与产物合成非偶联类型：多数次生代谢产物的发酵属这种类型，如各种抗生素和微生物毒素等物质的生产速率很难与生长相联系。产物合成速度与碳源利用也不存在定量关系。n 一般产物的合成是在菌体的浓度接近或达到最高之后才开始的，此时比生长速率已不处于最高速率。（3）生长混合型的特点： n 生长产物合成混合型：它是介于生长产物合成偶联型与生长产物合成非偶联之间的中间类型，产物的合成存在

3、着与生长相联和不相联两个部分。n 该类型的动力学产物合成比速率的最高时刻要迟于比生长速率最高时刻的到来。第二章第一节：机械通风搅拌发酵罐的主要结构及其相应的功能：通用的机械搅拌通风发酵罐主要部件包括罐体、搅拌器、轴封、打泡器、联轴器、中间轴承、空气吹泡管（或空气喷射器）、挡板、冷却装置、消泡器、人孔以及视镜等1、罐体的功能：为了满足工艺要求，罐需承受一定温度和压力，通常要求耐受130和0.25 MPa (绝对大气压)。2、搅拌器的功能其作用主要是打碎气泡，加速和提高溶氧。涡轮式搅拌器的叶片有平叶式、弯叶式、箭叶式三种3、挡板的功能挡板的作用是防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。

4、4、空气分布器的功能空气分布装置的作用是吹入无菌空气，使空气均匀分布5、消泡器的分类：化学消泡剂和机械消泡装置发酵液中含有蛋白质等发泡物质，在通气搅拌条件下会产生泡沫，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，且增加杂菌感染机会。6、联轴器及轴承联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4-0.7%，以适应温度差的变化。7、冷却装置增加换热效果，同时对罐身起加强作用8、轴封装置轴封的作用是防止泄漏和染菌。常用轴封有填料函和端面轴封两种。9、变速装置采用变极电动机作阶

5、段变速，即在需氧高峰时采用高转速，而在不需较高溶解氧的阶段适当降低转速。这样，发酵产率并不降低，而动力消耗则有所节约。自动化程度较高的发酵罐，采用可控硅变频装置，根据溶氧测定仪连续测定发酵液中溶解氧浓度的情况，并按照微生物生长需要的耗氧及发酵情况，随时自动变更转速，这种装置进一步节约了动力消耗，并可相应提高发酵产率，但其装置颇为复杂。10、溶氧传质理论在通风发酵中，空气中的氧首先溶解在液体中，然后才能被微生物利用。发酵设备的重要任务之一是要供给足够的溶解氧，以满足微生物的需要。氧由空气泡传递到生物细胞按双膜理论可分成几步进行：1. 气泡中的氧通过气相边界层传递到气液界面上；2. 氧分子由气相侧

6、通过扩散作用穿过气液界面；3. 在界面液相侧通过液相滞流层传递到液相主体；4. 在液相主体中进行传递；5. 扩散通过生物细胞表面的液相滞流层传递进入生物细胞内。根据上述传质理论，发酵液的溶氧传质速率为：发酵液的溶氧传质速率：OTR=kLa（c*-c）11、换热装置的分类：夹套、内管、外盘管12、发酵罐的公称容积V0是指筒身容积VC加下底封头容积Vb之和。VC1/4D2HVb1/4D2hb+ 1/6D2ha =1/4D2 (hb+ 1/6 D) 式中：hb为封头的直边高度(30mm, 40mm, 50mm)，ha为封头凸出部分的高度(ha =1/4 D), 因此，发酵罐的总体积V总 V总Vc2V

7、b= 1/4D2H + 1/4D2 (hb+ 1/6 D)2= 1/4D2 H+2(hb + 1/6 D)第二节：气升式发酵罐的工作原理：气升式反应器有多种类型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等，其工作原理是把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，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。优点：具有结构简单，不易染菌，溶氧效率高，能耗低等优点，较适合于单细胞蛋白等的生产。 气升式反应器的操作特性：a.平均循环时间tm：VL发酵罐内培养液量，m3；Vc发酵液循环流量，m3/s；DE导

8、流管（上升管）直径，m；Vm导流管中液体平均流速，m/s。b.液气比R：发酵液的环流量VC与通风量VG之比，即R VC/VG。第三节：1、机械搅拌自吸发酵罐吸气原理：主要构件是自吸搅拌器及导轮，简称为转子及定子。转子由底轴或上主轴带动，当转子转动时，空气则由导气管吸入在转子启动前，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、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。转子旋转的线速度愈大，流体的动能也愈大，流体离开转子时，由动能变为压力能也愈大，排出的风量也越大。当流体被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造的负压也愈大，吸风量也越

9、大，通过导向叶轮而使气液均匀分布甩出，并使空气在循环的发酵液中分裂成细微的气泡，在湍流状态下混合、翻腾、扩散，因此自吸式充气装置在搅拌的同时完成了充气作用。2、文氏管发酵罐原理：其原理是用泵将发酵液送入文氏管中，由于发酵液在文氏管的收缩段中流速增加，形成真空，将空气吸入，并使气泡分散，与液体混合均匀，提高发酵液的溶解氧。第三章由于微生物分嫌气微生物和好气微生物两大类，故发酵设备也分为两大类：酒精、啤酒、丙酮和丁醇等属于嫌气发酵产品。而谷氨酸、柠檬酸、酶制剂和抗菌素等属好气发酵产品，在发酵过程中需不断通入无菌空气。在酒精发酵过程中，为了回收二氧化碳气体及其带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式罐底装

10、有排料口和排污口，罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。水力洗涤装置：水力喷射洗涤装置，发酵罐水力洗涤器发酵热 微生物在嫌气发酵过程中总的发酵热Q，一般由生物合成热Q1，蒸发热损失Q2，罐壁向周围散失的热损失Q3等三部分热量所组成。 微生物的生物合成热是由维持微生物生命活动的呼吸热、促进微生物增殖的繁殖热以及微生物形成代谢产物的发酵热所组成。 对于确定酒精、啤酒等嫌气发酵的发酵热，一般按发酵最旺盛时单位时间糖度降低的百分值来计算，通常以消耗1kg麦芽糖发酵放出的热量约为418600J为计算基准。Q1msq 其中m每罐发酵醪量，kg；s 糖

11、度降低百分值；q 每1kg糖发酵放热，J；Q1主发酵期，每小时糖度降低1度所放出的热量。计算题：n 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；发酵罐的对流辐射系数为33.5kJ/(m2h)，罐壁的最高温度可达35 ，生产厂所在地的夏季平均温度为32 ；冷却水的初、终温分别为20和25。若罐内采用蛇管冷却，试确定发酵罐的结构尺寸、罐数、冷却水耗量、冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。(糖化醪密度为1076kgm3)发酵罐的个数和结构尺寸的确定：发酵罐数量的确定：N 发酵罐个数(备用1个)n 每24h内进行加料的发酵罐数目/个t 一次发酵周期所需时间/hn=24/4

12、=6发酵罐容积 其中n V发酵罐的全容积（m3） V0进入发酵液的发酵液量（m3） 装液系数，可取0.850.90 0.9发酵罐的装料系数发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形盖，选取结构尺寸的比例关系如下：n H=1.2D , h1=h2=0.1Dn V=n 100=0.785D2(1.2D+ )求解： D4.7m H=1.2D =5.6 h1=h2=0.1D=0.47m由发酵罐的基本结构尺寸，可确定罐体圆柱部分表面积A1和罐底罐顶表面积A2，A3分别为：n A1DH= 3.14 4.7 5.6=82（m2）n A2=A3= R 3.14 2.35 =18（m2） 所以，全罐表面积为 AA1 A

13、2 A3 821818118（m2）冷却面积和冷却装置主要结构尺寸 式中 Q总的发酵热（J/h）A冷却面积（m2）K传热总系数（J/m2 h ） Tm对数平均温度差（）总的发酵热QQQ1(Q2Q3)Q1=msq式中m每罐发酵醪液量（kg） s糖度降低百分值（） q每kg糖的发酵放热（kJ） Q1主发酵期，每小时糖度降低1度所放出的热量（kJ/h）Q124410001418.64105（kJ/h）Q25Q15%4105 = 0.2105 （kJ/h）n Q3=全罐总表面积 Kc (t2-t1) =11833.5 (35-32)0.12 105 (kJ/h)n QQ1(Q2Q3)4 105 (0.

14、2 105 + 0.12 105 ) =3.68 105 (kJ/h)冷却耗水量的计算对数平均温度差Tm的计算主发酵控制发酵液温度TF为30，按题意冷却水进出口温度分别为T120，T225传热总系数K值的确定 选取蛇管为水输送钢管，其规格为5360mm，则管的横截面积S为考虑罐径较大，设罐内同心装两列蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：n 设蛇圈管的直径为3m，由水温表查得A6.45 式中K2蛇管的传热分系数kJ/(m2h)A常数，水温为20 时，取6.45水的密度(kg/m3)V蛇管内水的流速(m/s)D蛇管直径(m)R蛇管圈的半径(m)n 发酵液到蛇管壁的传热分系数K1按生产经验数据

15、取2700 kJ/(m2h)n 传热总系数为： 式中n 188钢管的导热系数， kJ/(m2h)n 1/16750管壁水污垢层的热阻， m2h/kJn 0.0035管子壁厚，m冷却面积和主要尺寸两列蛇管长度L 式中Dcp蛇管的平均直径，m每圈蛇管长度l 式中Dp蛇管圈的直径，mhp蛇圈管之间的间距，m，取0.15mn 两列蛇管总圈数Np两列蛇管总高度H啤酒发酵容器的变迁过程，可以分为三个方面：一是发酵容器材料的变化容器的材料由陶器向木材 水泥 金属材料演变，现在的啤酒生产，后两种材料都在使用。二是开放式发酵容器向密闭式转变三是密闭容器的演变新型啤酒发酵设备：圆筒体锥底发酵罐特点：这种设备一般置

16、于室外，已灭菌的新鲜麦汁与酵母由底部进入罐内；发酵最旺盛时，使用全部冷却夹套，维持适宜的发酵温度。冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸发)作冷媒；CO 2气体由罐顶排出；在罐底装有净化的CO2充气管。罐身和罐盖上均装有人孔，罐顶装有压力表、安全阀和玻璃视镜。罐身装有取样管和温度计接管。设备外部包扎良好的保温层，以减少冷量损耗。 优点：（1）能耗低，采用的管径小，生产费用可以降低。（2）最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用。 朝日罐的特点 朝日罐与锥形罐具有相同的功能，但生产工艺不同。(1)利用离心机回收酵母(2)利用薄板换热器控制发酵温度(3)利

17、用循环泵把发酵液抽出又送回去优点：三种设备互相组合，解决了前、后发酵温度控制和酵母浓度的控制问题，加速了酵母的成熟。使用酵母离心机分离发酵液的酵母，可以解决酵母沉淀慢的缺点。利用凝聚性弱的酵母进行发酵，增加酵母与发酵液接触时间，促进发酵液中乙醛和双乙酰的还原，减少其含量。利用朝日罐进行一罐法生产啤酒的优点是： 可加速啤酒的成熟 后酵时罐的装量可达96，提高了设备利用率，减少了 排除酵母时发酵液的损失缺点是动力消耗较大。 所谓CIP系统，是Clean in place的简称，即内部清洗系统。清洗程序：(1)预冲洗：在罐底的沉渣放了一半之后进行，每次预冲洗的时间为30秒，进行10次，是通过回转喷嘴

18、进行的，每次冲洗之后要有30秒的排泄时间，主要排去底部的沉渣。(2)碱预洗：在箱底被冲干净后，用足量的水充入CIP的供应及返回管线，改变系统进行碱预洗，自动地将清洗剂加入供水中，使清洗剂成为一种氯化了的碱性洗涤剂，其总碱度在3000一3300ppm之间，用这种碱液循环16分钟。在此期间CIP供应泵吸引端注入蒸汽，使清洗液温度维持在32左右。(3)中间冲洗：用CIP循环单位的水罐中的清水进行4分钟冲洗。(4)从气动器来的空气流入罐顶的固定喷头，然后进行三次清水的喷冲，每次30秒，从罐顶沿罐的四周冲洗下来。(5)进行碱喷冲：用总碱度为3500-4000ppm的氯化了的碱液进行喷冲，碱液的温度为32

19、左右，喷冲循环15分钟。(6)用清水冲洗，将残留于罐表面及管线中的碱液冲洗干净。(7)最后用酸性水冲洗循环，以中和残留的碱性，放走洗水，使罐保持弱酸状况。至此完成了全部清洗过程。进行大型的清洗工作的关键设备是喷嘴(1)固定喷嘴，位于罐的上部;(2)回转喷嘴，位于罐的下部。第二篇，第一章粉碎机械：锤式粉碎机、辊式粉碎机（两辊式粉碎机、四辊式粉碎机、五辊式粉碎机、六辊式粉碎机）垂式粉碎机的作用力主要是冲击力垂式粉碎机的特点：用于发酵原料（瓜干、高粱、玉米、粉渣等）的中碎与细碎，对中等硬度的物料和脆性物料，效果最好。优点：构造简单，能粉碎不同性质的物料，粉碎度大，生产能力高。缺点：机械磨损较大。辊式

20、粉碎机的特点：广泛用于颗粒状物料的中碎和细碎，例如啤酒厂大麦芽的粉碎，大米的粉碎等。（1）两辊式粉碎机 由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住进入两辊之间，物料受挤压而破碎； 通过调整两辊筒间距来控制粉碎粒度 。（2）四辊式粉碎机 由两对辊筒和一组筛子组成。（3）五辊式粉碎机 前三个辊筒为光辊（光面轧棍），组成两个磨碎单元，后两个辊筒为丝辊（轧棍表面布满槽纹），单独成为一磨碎单元。在前三辊之前和之后均配有筛选装置。（4）六辊式粉碎机 由三对辊筒组成，前2对光辊，第三对为丝辊，将筛出的粗粒粉碎成细粉和细粒。 蒸煮设备：主要有罐式和柱式连续蒸煮设备。罐式蒸煮设备有高温和低温蒸煮，具有

21、设备简单，操作容易等特点。主要功能：原料吸水后通过蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，内容物流出，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖糖化设备：连续糖化罐：连续地把糊化醪与水稀释，同时将糖化剂混合，通过维持一定的温度和时间，保持流动状态，使酶充分发挥作用，使淀粉在酶的作用下变成可发酵性糖。真空糖化罐：在糖化罐内醪液快速冷却。优点：既是蒸发冷却器，又是糖化器 啤酒厂糖化设备的组合方式四器组合：糊化锅、糖化锅、过滤槽（或压滤机）和麦汁煮沸锅。适用于产量较大的工厂。六器组合：在四器组合的基础上，增加一个过滤槽和一个麦汁煮沸锅。有利于加大产量，提高设备利用率。二器组合：糖化锅兼麦汁

22、过滤槽和糊化锅兼煮沸锅。糊化锅的作用：用来加热煮沸辅助原料和部分麦芽醪液，使其淀粉液化和糊化。糖化锅的作用：使麦芽粉与水混合，保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。麦汁煮沸锅的作用用于麦汁的煮沸和浓缩，使麦汁达到要求的浓度；并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质；同时起凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。糖化醪过滤槽：其作用是澄清麦汁过滤槽：为常压过滤设备，平底上带有滤板的夹层。过滤槽平底上方812cm处水平铺设过滤筛板。槽中设有耕槽机，用以疏松麦糟和排出麦糟。计算题：n 某啤酒厂一次糖化的糖化锅投麦芽粉1160kg，每100kg麦芽粉糖化用水为420kg，一次糖化在糊化锅内投麦芽粉254kg，同时

23、投入大米粉762kg，每100kg投料（包括大米粉和麦芽粉）用水为430kg，计算糖化锅的体积及其基本尺寸。n 解： 糊化锅投料量7622541016 (kg) 糊化醪量1016+1016100 4305384.8 (kg) 糊化锅煮沸时，每小时蒸发5的水分，操作时第一次煮沸15min， 则： 蒸发量 第一次煮沸后糊化醪量5384.867.315317.49 (kg)糖化醪量1160+ 11601004206032 (kg)第一次煮沸后，糊化醪量糖化醪量5317.49 603211349.5(kg)设大米粉和麦芽粉含水量均为11，糖化醪干物质查表得相对密度为1.07，糖化锅的有效体积取糖化锅的

24、填充系数为0.7糖化锅总体积采用平底糖化锅，取圆筒直径D与高度H之比为2:1， 即H0.5D 则 H0.53.381.69（m）灭菌方法：分批灭菌和连续灭菌连续灭菌流程：将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌（一） 连续灭菌设备的结构1、配料罐 用于培养基的配制。2、预热桶 用于定容和预热。 预热目的：使培养基在后续的加热过程中能快速升温到指定的灭菌温度，同时避免过多的蒸馏水进入培养基，减少震动和噪声。连续灭菌的优点：提高产量，设备利用率高；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；产品质量较易控制，蒸气负荷均衡，操作方便；降低了劳动强度

25、，适用于自动控制。培养液连续灭菌流程 料液罐 连消泵 连消塔 维持罐 喷淋冷却器加热器分为：塔式加热器和喷射式加热器 目的: 使培养基在较短的时间（20-30s）快速升温保温装置有维持罐、管式维持器目的：将培养基维持灭菌温度一段时间，是杀灭微生物的主要过程。有维持罐和管式维持器:降温设备有喷淋冷却器和板式换热器保温后的培养基需迅速降温至接近培养温度（40-45）。有喷淋冷却器、螺旋板换热器、板式换热器、真空冷却器等。过滤介质的分类：织物介质、粒状介质和多孔固体介质过滤的微积分方程：过滤速度与过滤面积成正比，与过滤压差成正比，与黏度成反比，滤饼阻力越大，滤饼越厚，过滤速度越慢（书本205页）过滤

26、速度的强化：（1）改善悬浮液的物理性质n 降低滤液黏度 加热n 减少滤饼比阻（r0） 增大毛细孔直径，加入絮凝剂，助凝剂n 减少滤饼层厚度 重力沉降或离心沉降作预处理(2)、优化操作条件n 对于不可压缩滤饼，滤饼比阻r0为常数，增加过滤压差p ，即可提高过滤速度；n 发酵液过滤所形成的滤饼通常是高度可压缩的，提高过滤压差的同时，也增大了滤饼的比阻，选择临界p0 ，在0 -p0 此范围内，提高p 有利于加大过滤速度，反之，会使过滤速度减慢。过滤设备：分常压过滤设备、加压过滤机、真空过滤机板框式及板式压滤机n 常用的板框压滤机有BMS、BAS、BMY及BAY类型。n 其中，B代表板框压滤机，M代表

27、明流，A代表暗流，S表示手动压紧，Y代表液压压紧。代号后面的数据表示过滤面积，滤框规格及框的厚度。n 例如BAS 20/635 25代表的是板框压滤机、暗流、手动压紧，框的尺寸为63563525 mm。（看图判断P208）真空过滤设备：圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区、卸渣及再生区工作原理：真空过滤设备采用大气与真空之间的强差作为过滤操作的推动力。离心分离因素：定义：离心分离因素指离心力与重力的比值，或者是离心加速度与重力加速度的比值。公式：离心分离因素是反映离心机分离能力的重要指标，f越大，表示离心力越大，其分离能力越强。增加转速和转鼓的直径均能增加离心力，增加转速对离心力的增加作用要大于增加转

28、鼓直径。按照离心分离因素将离心机分为3类：（）普通离心机f3000 （）高速离心机3000 f50000（）超高速离心机f50000碟片式离心机的工作原理：具有一密闭的转鼓，鼓中放置有数十个至上百个锥顶角为60-120度的锥形碟片，碟片与碟片间的距离用附于碟片背面的具有一定厚度的狭条来控制，碟片的距离为.5-.5mm，当转鼓连同碟片以高速旋转时，碟片间的悬浮液中的固体颗粒因其有较大的质量，优先沉降于碟片的内腹面，并连续向鼓壁方面沉降，澄清的液体则被迫反方向移动而在转颈部进液管周围的排液口排出。常见的膜分离过程有渗透、透析、电渗析、反渗透、微过滤、超滤等。渗透：溶剂透过膜，溶质和固体粒子被阻挡，

29、可用于溶剂的浓缩。透析：溶剂和小分子溶质透过膜，大分子溶质被阻挡，常用于从溶液中除去低分子量物质。电渗析：离子物质被透过，非离子物质被截。气体透过：根据混合气体中分子质量大小进行透过分离。膜分离的推动力一般有浓度差C、压力差P 、电位差V；膜分离设备：板式膜过滤器、管式膜过滤器、中空纤维膜过滤器、螺旋卷绕式超滤筒中空纤维膜过滤器料液流向：内压式，料液从空心纤维管内流过，透过液经纤维管膜流出管外。外压式，料液从一端经分布管在纤维管外流动，透过液从纤维膜管内流出。第二篇第三章萃取操作：是利用欲分离的组分在溶剂和原料液中溶解度的差异来实现的，分为溶剂萃取和双水相萃取。溶剂萃取按其操作方式可分为单级萃

30、取和多级萃取；溶剂萃取是以分配定律为基础的。单级萃取只包括一个混合器和分离器。料液F和溶剂S加入混合器中经接触达到平衡后，用分离器分离得到萃取液L和萃余液R。多级错流萃取是多个单级萃取的串联过程，即料液经一级萃取后，萃余液在与新鲜萃取剂接触在进行萃取。产物的提取和精制过程通常采用萃取、离子交换、吸附、色谱分离方法等溶剂萃取一般用于小分子物质的提取，双水相萃取常用于蛋白质等大分子物质的提取；双水相萃取法的一个主要应用是胞内酶提取；双水相萃取时，通常将蛋白质分配在上相（PEG）,细胞碎片分配在下相（盐）液液萃取设备包括3部分:混合设备、分离设备和溶剂回收设备混合设备：萃取操作过程中，用于两液相混合

31、的设备有混合罐、混合管、喷射萃取器及泵混合罐的结构类似于带机械搅拌的密闭式反应罐；为防止中心页面下凹，罐壁设置挡板吸附分离原理和色谱分离的区别：吸附分离原理：利用吸附剂，在一定的操作条件下，使发酵液中的产物被吸附在固定吸附剂的内外表面，再以适当的解吸剂将产物从吸附剂上解吸下来，从而达到分离浓缩的目的。吸附分离的优点：少用有机溶剂；操作简单；pH变化小，适用于分离稳定性较差的产物。吸附分离的缺点：选择性差，收率低，无机吸附剂不稳定，不能连续操作。作用力：分子间引力。吸附剂分为无机吸附剂（活性炭、球形碳化树脂、聚酰胺、纤维式、大孔树脂）和有机吸附剂（白土、氧化铝、硅胶、硅藻土等）。色谱分离法是一组

32、相近分离方法的总称，包括两个相。 固定相：表面积很大的固体或者多孔固体；流动相：气体或液体。色谱法可分为吸附色谱法（靠吸附力不同而分离）、分配色谱法（靠物质在两液相的分配系数不同而分离）、离子交换色谱法（靠各物质对离子交换树脂的化学亲和力不同而分离）、凝胶色谱法（靠各物质的分子大小不同而分离）。色谱分离原理将欲分离的混合物加入色谱柱的上部，让其流入柱内，然后加入洗脱剂（流动相）；由于混合物中的各组分与固定相间存在一定的亲和力，使得各组分的移动速度小于流动相的速度；与固定相亲和力小的组分，移动速度快，最先从柱中流出；与固定相亲和力大的组分，移动速度慢，最后从柱中流出，从而得到分离。吸附色谱法中，

33、溶质与吸附剂之间的亲和力主要是分子间力或化学键力。依靠分子间力的吸附为物理吸附；依靠化学键力的吸附为化学吸附。物理吸附和化学吸附可以同时发生。第二篇第四章麦芽煮沸锅主要由两种结构形式：夹套加热式和内置加热式薄膜蒸发器的分类：（）管式薄膜蒸发器 升膜式，降膜式，升降膜式（）刮板式薄膜蒸发器（）离心薄膜蒸发器 升膜式薄膜蒸发器n 料液经预热器加热至接近沸点后进入器底，器内处于真空状态，料液易受热而气化；n 蒸汽在管内以很高的速度上升，并夹带着部分尚未气化的料液以液膜的形式沿着管内壁上升，上升的同时被浓缩；n 被蒸汽夹带出来的浓缩液在器顶的气-液分离器中分离，二次蒸汽在顶部被引出并在冷凝器中冷凝，浓

34、缩液则在分离器底部被引入浓缩液储罐。n 溶液在加热的管子内由下而上运动时，小气泡聚合成较大的气泡于管子中部上升，气泡增大，气体上升的速度则加快，最后形成柱状。n 当蒸汽所产生的气泡很多，流速很快，蒸汽占据了整个管子中部空间，液体只能分布于管壁，形成环形液膜，液膜上升是靠高速蒸汽对流层的拖带而形成，称为“爬膜”现象。n 如果液膜上升的速度赶不上溶液蒸发速度，加热管上的液膜将会出现局部被干燥、结疤、结垢、结焦等现象。降膜式薄膜蒸发器n 料液由顶部经分配器导流管均匀分布后进入加热管中，沿管壁以液膜状下降，液体的运动依靠本身的重力和二次蒸汽的拖带作用。n 随着液膜的下降，部分料液被汽化，蒸出的二次蒸汽

35、由于管顶有料液封住，所以只能随着液膜往管底排出而在分离器中进行分离。n 降膜式蒸发器的分配器：降膜式蒸发器的效率很大程度上决定于液体分布的好坏。n 溶液的停留时间短，适合于高热敏或粘度较大的溶液。n 在降膜蒸发器中，液体和蒸汽向下并流流动。n 需浓缩的液体预热至沸腾温度。均匀的液膜通过蒸发器顶上的液体分布装置进入加热管，在沸腾温度下向下流动并部分蒸发，往下运动的重力和并流的蒸汽流产生拖动作用。n 在降膜式蒸发器中，将液体充分润湿加热面对装置的无故障操作是极其重要的。n 如果加热面没有充分润湿，将发生局部干壁和结壳。最糟糕的情况是加热管会被完全堵塞。升降膜式薄膜蒸发器n 是一种能获得高蒸发速率的

36、蒸发器，在一个加热器内安装两组加热管，一组作升膜式另一组作降膜式。n 稀溶液先经过升膜区的浓缩，进入蒸发器顶，进行汽液重新分布。n 初步浓缩后，粘度较大的溶液再经过降膜区，进一步浓缩，然后引入分离器进行汽液分离。 n 在一个加热器内按照两组加热管，一组作升膜式，一组作降膜式。n 物料溶液先进升膜加热管，沸腾蒸发后，气液混合物上升至顶部，然后转入另外一半加热管进行降膜蒸发。n 浓缩液从下部进入气液分离器，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。n 升降膜式蒸发器的特点： （1）符合物料的要求，初进入蒸发器物料浓度较低，经初步浓缩后浓度较大，仍可在降膜蒸发中均匀分布成膜状。

37、 （2）升膜后的汽液混合物，进入降膜蒸发，有利于降膜的液体均匀分布，同时也加速物料的湍流和搅动，以进一步提高降膜蒸发的传热系数。 （3）用升膜来控制降膜的进料分配。 （4）将两个浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比，减低设备高度。蒸发（或称浓缩）：将稀溶液的部分溶剂汽化并不断排除，使溶液浓度增加的过程。蒸发操作可用于发酵滤液、树脂洗脱液及各种提取液的浓缩，以有利于下一工序的进行。结晶：将高浓度的溶液或过饱和溶液缓慢冷却（或蒸发），使溶质慢慢形成晶体析出的过程。蒸发器必须满足的条件:（1）供应足够的热能，以维持溶液的沸腾温度和补充因 溶剂汽化所带走的热能；（2）促使溶剂蒸汽即二次蒸汽迅速排除；（3

38、）一定的热交换面积，保证传热量蒸发可在常压、加压或减压下进行。在减压下进行的蒸发称真空蒸发，发酵工业一般采用真空蒸发，具有以下优点：（）降低物料的沸腾温度；（）提高热源与物料间的温度差，加速蒸发过程；（）为二次蒸汽的利用创造条件，可采用双效、多效真空蒸发；（）蒸发器损失于外界的热量较小。结晶：从均一的溶液相中析出固体晶体，是溶解速度与结晶速度的动态平衡。结晶设备的四种类型：按改变溶液浓度的方法分为冷却结晶设备、浓缩结晶设备、等电点结晶设备、真空结晶设备。搅拌结晶箱的结构类型：立式结晶箱、等电点结晶罐、卧式结晶箱第五章干燥方法：对流干燥（包括固定床干燥、流化床干燥、气流干燥和喷雾干燥）、冷冻干燥

39、、真空干燥、微波干燥等。恒速干燥与降速干燥恒定干燥条件，即干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。干燥速率（rate of drying）为单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量m，ABC为恒速干燥阶段（ AB段为预热段）。CD段为降速干燥阶段。两阶段交点处对应的湿含量c0，称为物料的临界湿含量1、恒速干燥阶段如图BC段所示。这一阶段中，物料表面充满着非结合水分，在恒定干燥条件下，物料的干燥速率保持恒定，其值不随物料含水量多少而变，由于物料内部水分扩散速率大于表面水分汽化速率，故属于表面汽化控制阶段。恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶段 ，主要排除游离水分，而与

40、湿物料的性质关系很小。 图中AB段为物料预热段，此段所需时间很短，干燥计算中往往忽略不计。 2、降速干燥阶段降速干燥阶段如图所示，干燥速率曲线的转折点（C点）称为临界点，该点的干燥速率v0。仍等于等速阶段的干燥速率，与该点对应的物料含水量，称为临界X0。当物料的含水量降到临界含水量以下时，物料的干燥速率亦逐渐降低。 降速干燥阶段的空气传给湿物料的热量大于水分汽化所需的热量，故物料表面的温度不断上升，而最后接近于空气的温度，降速阶段又称物料内部迁移控制阶段，主要排除结合水分。当物料中的含水量大于临界含水量X0时，属于表面汽化控制阶段，亦即等速干燥阶段；而当物料含水量小于临界含水量X0时，属于内部

41、扩散控制阶段，即降速阶段。而当达到平衡含水量X*时，则干燥速率为零。实际上，在工业生产中，物料不会被干燥到平衡含水量，而是在临界含水量和平衡含水量之间。 真空干燥设备一般由密闭干燥室、冷凝器和真空泵三部分组成。真空干燥设备：真空箱式干燥机、带式真空干燥器、耙式真空干燥器气流干燥设备气流干燥原理：利用热气流在流态下对物料进行干燥，湿物料在热气流中呈悬浮状态，最大限度地与空气充分接触，气体与固体之间进行传热与传质。适用于潮湿分散状态颗粒物料如味精、柠檬酸、四环素类抗生素干燥。气流干燥的特点：干燥强度大、干燥时间短、适用性广、设备结构简单，占地面积小，可自动控制和连续操作书本309页的图喷雾干燥原理

42、喷雾干燥是利用雾化器将悬浮液或黏滞的物料喷射成雾状，与热空气发生热量和质量交换而进行干燥的过程。喷雾干燥将料液分散成极细的雾滴，因此，料液能形成很大的比表面积，使料液能与热空气发生激烈的热质交换，在短时间内迅速排出水分而获得干燥；成品以粉末状态沉降，连续或间断地从卸料器排出。如某些生物制品无法用结晶方法获得固体产品，可用喷雾干燥来处理，例如酵母、核苷酸、抗生素等。特点：干燥速度快，时间短；干燥温度低；制品具有良好的分散性和溶解性。n 实现料液雾化的喷雾器有气流喷雾干燥器、离心喷雾干燥器、压力喷雾干燥器，形成与之对应的气流喷雾干燥塔、离心喷雾干燥塔、压力喷雾干燥塔。气流喷雾器有两种形式：内部混合

43、式和外部混合式离心喷雾干燥原理：离心喷雾干燥是利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予料液以离心力，使其高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍与撕裂等作用形成细雾而干燥的过程。流化床干燥原理流化床干燥（又称沸腾干燥）是利用热空气流使置于筛板上的颗粒状物料或粉状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。是所有干燥器中体积干燥强度最大的一种。特点： （1）传热传质速率大，体积传热系数极高，是所有干燥器中体积干燥强度最大的； （2）干燥温度均匀，易于控制；（3）干燥与冷却可连续进行，干燥与分级可连续进行，有利于连续化、自动化。喷雾干燥和流化床干燥的区别？冷冻干燥的原理真空冷冻干燥则是先将湿物料冷

44、到冰点以下，使其中的水分先变成固态，再置于较高真空下，将冰直接升华除去，也叫升华干燥。冷冻干燥的特点：(1) 干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥，真空下操作使得物料中的易氧化物质得到了保护，制品中有效物质及营养成分损失很少。(2) 可保持原物料的外观形状，干燥后体积形状基本不变。(3) 冻干制品具有多孔结构，具有理想的速溶性和复水性。(4) 冷冻脱水彻底，质量轻，产品保存期长。(5) 需要较昂贵的 专用设备，干燥周期长，能耗较大，产量小，加工成本高。微波干燥原理当物料在微波电磁场作用下，物料整体温度上升。此时，由于物料表面水份蒸发，致使表面温度降低；从而造成一个内高外低的温度梯度，这个梯

45、度的方向正好与水份蒸发的方向一致，因此微波干燥的效率极高。微波加热干燥的特点：1、加热迅速，高效节能2、加热均匀，提高产品质量3、热惯性小，加热的即时性易于控制4、安全环保生产纯度较高的精馏酒精时采用三塔流程，而当生产对质量有特殊要求的产品时，则需采用三个以上的多塔流程。三塔式蒸馏流程是由粗馏塔、排醛塔、精馏塔3个塔组成。 根据排醛塔和精馏塔的进料情况，可分为直接式、半直接式和间接式三类。空气增（减）湿原理空气的增湿或减湿过程是空气与水两相间传热与传质同时进行的过程。空气的增湿方法1、直接通入蒸汽；2、喷水；3、空气混合增湿空气的减湿方法(1) 喷淋低于该空气露点温度的冷水，可使空气中水分冷凝

46、析出，使空气减湿降温。(2) 使用热交换器把空气冷却至其露点温度以下，原空气中的部分水汽可冷凝析出排掉，达到空气减湿目的。(3) 空气经压缩后冷却至初温使其中水分部分凝集析出，使空气减湿。(4) 用吸收或吸附方法除掉水汽，使空气减湿。(5) 通入干燥空气。 介质过滤除菌 n 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。分类：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。粗过滤器作用：拦截空气中较大的灰尘以保护空压机，减轻主过滤器负担。分类：布袋过滤器、填料过滤器、油浴洗涤和水雾除尘装置等

47、。空气压缩机提供动力，克服设备阻力。有往复式、螺杆式和涡轮式空压机。空气储罐作用：消除压缩空气的脉动，若选用涡轮式或螺杆式空压机，由于其排汽均匀而连续，因此空气储罐可省去。 气液分离设备除去空气中的水和油，保护过滤介质。 旋风分离器、丝网除沫器生物工业常用的清洗剂酸或碱、表面活性剂、磷酸盐或螯合剂设备、管路、阀门等管件的清洗管件和阀门：清水漂洗洗涤剂洗涤清水漂洗消毒剂处理清水漂洗罐的洗涤：小型罐洗涤剂浸泡；大型罐球形静止喷洒器和旋转式喷洒器。罐内的传感器（pH计、溶氧电极）若对洗涤剂敏感，则先拆卸，再洗涤。生物加工下游过程设备的清洗：碟片式离心机采用人工清洗效果较好；微滤或超滤系统采用CIP系

48、统清洗，最好采用反方向流动洗涤；色谱分离柱的清洗。辅助设备的清洗：空气过滤器常被发酵罐冒出的泡沫污染，必要时用人工清洗；换热器中的结垢与焦化无可避免，提高介质流速有益于降低上述情况。CIP清洗系统及设备：一次性使用的CIP洗涤系统洗涤剂重复使用的CIP洗涤系统多次使用的CIP洗涤系统发酵罐及容器的蒸汽加热灭菌过程：1、进行容器的气密性试验，确认容器无渗漏，将所有的冷凝水排出阀打开后，开启进蒸汽阀，通气升温；2、待有一定压强后，打开排空气阀，排出容器中原有的空气； 排气阀上接有空气过滤器，保证发酵系统不受外界杂菌的污染，同时也防止生物反应系统内的生产菌株细胞进入环境中。 对于大型或结构复杂的发酵罐和容器，可采用抽真空排出空气的方法。3、当罐内的压强升至0.1MPa即121