生物工程設備復習

1、1.實罐滅菌：將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達到預定滅菌溫度后，維持一定時間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，又稱分批滅菌。 2.攪拌雷諾準數(shù) ： 雷諾準數(shù)是慣性力與液體粘滯力之比, 即Redu?,而在攪拌容器中,液體的代表速度 u= n Di ,并以攪拌器直徑 Di 代替管徑 d,此時的雷諾準數(shù)稱為攪拌雷諾 準數(shù)2ReinDm? 3.全擋板條件：在一定轉速下，再在攪拌罐內(nèi)增加擋板或其他附件，攪拌功率保 持不變而漩渦基本消失。能達到消除液面漩渦的最低條件即全擋板條件 。(0.10.12)0.5bDnnDD? D-發(fā)酵罐直徑，b-擋板寬度，n-擋板數(shù) 4. 連續(xù)滅菌（連消）：連續(xù)滅菌也叫連消，

2、就是將將配制好的并經(jīng)預熱的培養(yǎng)基用泵連續(xù)輸入由直接蒸汽加熱的加熱塔，使其在短時間內(nèi)達到滅菌溫度。然后進入維持罐（或維持管），使在滅菌溫度下維持57分鐘后再進入冷卻管，使其冷卻至接種溫度并直接進入已事先滅菌（空罐滅菌）過的發(fā)酵罐內(nèi)。 5. 生物技術的四大支柱：基因工程、酶工程、細胞工程、發(fā)酵工程。 6. 生物催化劑：如果是酶，通常叫酶反應過程；如果是生物細胞，則叫做發(fā)酵過程。 7. 專業(yè)設備：只用在生物工程專業(yè)上，如：、生物反應器（發(fā)酵罐、種子罐）、液化、糖化設備、連消設備。 通用設備：除在本專業(yè)上使用外，在其他工業(yè)上也使用，如：泵、風機、粉碎機、管件、閥門、過濾、換熱設備。 8.氣流輸送流程有

3、幾種方式？ 根據(jù)設備組合不 同，氣流輸送裝置可分為真空輸送（吸入式） 、壓力輸送和壓力 真空輸送（混合式）。 9.畫出旋風分離器的設備結構示意圖，并標出各部位名稱，簡述其工作原理及適用范圍. （1）工作原理：含塵氣流由切向進入筒體，沿內(nèi)壁螺旋式向下旋轉，粉塵在離心力的作用下甩向器壁，并在重力作用下落入灰斗。已凈化氣體由中心管排出。 （2）適用范圍：除去輸送介質(zhì)氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴。適用于凈化大于1-3微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。 10. 離心泵的工作原理是什么？ 答：液體注滿泵殼，葉輪高速旋轉，液體在離心力作用下產(chǎn)生高速度，高速流體經(jīng)過逐漸擴大的泵殼通道，動壓頭轉化為靜壓頭。 1

4、1. 機械粉碎的5種粉碎力：擠壓、沖擊、研磨、劈裂和剪切。 12.淀粉質(zhì)原料蒸煮糖化的目的： （1）使植物組織和細胞膜徹底破裂，淀粉成為溶解狀態(tài)變成可溶性淀粉(糊化) （2）同時對進料進行滅菌； （3）排除原料中的一些不良成分及氣味。 采用的方法是用加熱蒸汽加熱蒸煮。蒸煮方式有連續(xù)和間歇 13.連續(xù)蒸煮糖化設備有罐式(低溫長時間)、管式(高溫短時間)和柱式(中溫)三種形式。 14.糖化設備 四器組合：糊化鍋、糖化鍋、過濾槽、麥汁煮沸鍋 15.水力噴射泵工作原理：工作時由水泵將冷水壓入噴射泵，經(jīng)泵中噴嘴高速(1530m/s)噴射造成真空，被抽吸的氣體與水混合進入下水管，水可以循環(huán)使用。 16.培

5、養(yǎng)基在滅菌過程中，活菌數(shù)逐漸減少，其減少量隨活菌數(shù)的減少而遞減，即微生物的死亡速率與任一瞬時殘留的活菌數(shù)成正比，由對數(shù)殘留定律計算滅菌時 間為：s0NNlogk12.303? 17.滅菌時間的計算 例：有一發(fā)酵罐，內(nèi)裝培養(yǎng)基40m3，在131的溫度下進行連續(xù)滅菌。設每毫升培養(yǎng)基含有耐熱菌的芽孢2107個，在131 時的滅菌速率常數(shù)為0.25s-1。試求滅菌失敗的機率為0.001所需的時間。 (min)7.2ln1)(25.0(001.0)(10810210400114760?SSNNktskNN個）個18. 糊化鍋用球形鍋底的好處：促進液體循環(huán)；利于清洗；利于排料。 19. 兩級冷卻、分離、加

6、熱的空氣除菌流程 20. 介質(zhì)過濾除菌機理：當氣流通過濾層時由于濾層纖維網(wǎng)格的層層阻礙，迫使氣流無數(shù)次改變運動速度和運動方向而繞過纖維前進，從而導致微粒對濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、攔截、布朗擴散、靜電吸附等作用而把微生物滯留在纖維表面。 21. 空氣過濾除菌的機理 （介質(zhì)過濾除菌的機理） (1)使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達到除菌的目的 (2)微生物粒子：0.52m；深層過濾常用的過濾介質(zhì)如棉花的纖維直徑：1620m； 棉花纖維所形成網(wǎng)格的空隙：2050m。 依靠氣流通過濾層時，基于濾層纖維的層層阻礙，迫使空氣在流動過程中出現(xiàn)無數(shù)次改變氣速大

7、小和方向的繞流運動，從而導致微粒與濾層纖維間產(chǎn)生撞擊、攔截、布朗擴散、重力和靜電引力等作用，從而把微生物截留、捕集在纖維表面上，實現(xiàn)過濾目的。 22. 深層過濾的對數(shù)穿透定律：（1）進入濾層的微粒數(shù)與（2）穿透濾層的微粒數(shù)之比的（3）對數(shù)是濾層厚度的函數(shù)。（4 ）21lnNKLN? 23. 機械攪拌通風發(fā)酵罐中攪拌器的類型及各自的特點。 攪拌器類型：蝸輪式、推進式、Lightnin式。 （1）蝸輪式 優(yōu)點：結構簡單、傳遞能量高、溶氧速率高。 缺點：主要產(chǎn)生徑向液流，軸向混合較差，攪拌強度由軸心向外逐漸減弱。罐內(nèi)液流分成上下兩個循環(huán)區(qū)。 （2）推進式 將液體向前或向后推進，使流體形成螺旋狀圓柱流

8、，混合效果好，對流體剪切作用較小。 對氣泡的分散效果不夠理想，一般用在循環(huán)發(fā)酵罐中增加液體的循環(huán)量，或用在對已經(jīng)將氣泡分散的發(fā)酵液中，僅起混合效果的作用。 （3）軸向型 不存在分區(qū)循環(huán)，能使全罐達到良好的循環(huán)狀態(tài)，對增強罐內(nèi)物料循環(huán)，增加溶氧，提高產(chǎn)酸以及降低能耗有利。 反應設備攪拌器能產(chǎn)生切向流的典型攪拌器是框式。能產(chǎn)生軸向流動的典型攪拌器是推進式。. 24. 氣升式發(fā)酵罐的優(yōu)點是無需攪拌器。 25. 溶氧傳遞速率OTR= kLa(c*c) OTR：mol/(m3s) kLa：氧體積傳遞系數(shù) c*：相應條件下氧的飽和濃度 c：發(fā)酵液中的溶氧濃度 26. 發(fā)酵罐有幾種消泡方式？ (1) 加入化

9、學消泡劑；(2)使用機械消泡裝置 27. 圖為機械攪拌式生物反應器的結構簡圖,標出1-4各部件的名稱,并分別闡述其作用. （1）消泡裝置：安裝在發(fā)酵罐內(nèi)轉動軸的上部或安裝在發(fā)酵罐排氣系統(tǒng)上的，可將泡沫打破或將泡沫破碎分離成液態(tài)和氣態(tài)兩相的裝置，從而達到消泡的目的。 （2）攪拌器：打碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中，混合傳質(zhì)。 （3）擋板：改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動，增加溶解氧。通常擋板寬度取(0.10.12)D，裝設46塊即可滿足全擋板條件。 （4）空氣分布器：吹入無菌空氣，并使空氣均勻分布 28. 通氣強度（VVm）：指單位時間內(nèi)通入單位體積發(fā)酵液的空氣量， m3空氣/(

10、minm3液體)。 29. 嫌氣發(fā)酵產(chǎn)品的典型代表是酒精和啤酒。 （1）好氣發(fā)酵產(chǎn)品：谷氨酸、檸檬酸、酶制劑、抗生素 （2）嫌氣發(fā)酵產(chǎn)品：酒精、啤酒、丙酮 30. 糖蜜酒精發(fā)酵工藝過程包括前處理、酒母制備、乙醇發(fā)酵和蒸餾四個工序。 31.發(fā)酵罐的冷卻裝置：中小型發(fā)酵罐采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進行膜狀冷卻；大型發(fā)酵罐罐內(nèi)裝有冷卻蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置。即大型酒精發(fā)酵罐的冷卻裝置有罐內(nèi)冷卻盤管和罐外噴淋水 32. 罐的耐壓要求 考慮CO2的回收。就必須使罐內(nèi)的CO2維持一定的壓力，所以大罐就成為一個耐壓罐，就有必要設立安全閥。 罐的工作壓力根據(jù)其不同的發(fā)酵工藝而有所不同。作為前酵和貯酒兩用

11、就以貯灑時CO2含量為依據(jù)，所需的耐壓程度要稍高于單用于前酵的罐。 根據(jù)英國設計法則規(guī)定：大罐的工作壓力為x磅平方英寸，則設計時用的罐壓力是x(1十10)。 當壓力達到罐的設計壓力時，安全閥應開始開啟。安全閥最大的工作壓力是設計壓力加10 33. 嫌氣發(fā)酵設備與通風發(fā)酵設備在結構方面有何區(qū)別？ 嫌氣發(fā)酵設備不需要大功率通風設備和管道，設備簡單，一般不會產(chǎn)生污染。 34 .植物細胞培養(yǎng)反應器： （1.）懸浮培養(yǎng)：用于細胞增殖，不利于固定產(chǎn)物積累 懸浮培養(yǎng)反應器：機械攪拌式反應器、非機械攪拌式反應器、組合式反應器、光反應器反應器 （2）.固定化細胞生物培養(yǎng)：適用于產(chǎn)物為此生代謝產(chǎn)物，細胞生長緩慢

12、固定化細胞生物培養(yǎng)反應器：填充床反應器、流化床反應器、膜反應器。 （3）動物細胞養(yǎng)器的攪拌速度比微生物細胞培養(yǎng)器的攪拌速度要慢。 35. 動物細胞培養(yǎng)反應器的要求： （1）攪拌要柔和，在保證低剪切力的同時，要保證營養(yǎng)物質(zhì)及時傳遞給細胞和代謝物質(zhì)及時從細胞體內(nèi)傳出。 （2）通氣裝置要保證氧氣和二氧化碳的供給，但是不能產(chǎn)生大量氣泡，以免氣泡破碎傷害細胞。 （3）要具備在線的檢測和控制體系。 （4）對貼壁生長的細胞，要保證足夠的面積供細胞生長。 （5）反應器要容易放大。 36. 植物細胞反應器有幾類？ 懸?。簷C械攪拌、非機械攪拌、組合式、光生物反應器 固定化：填充床、流化床、膜反應器 37. 懸浮培

13、養(yǎng)適用于非貼壁依賴型細胞，貼壁培養(yǎng)適用于貼壁依賴型細胞。除此之外還有一種固定化（包埋）培養(yǎng)對兩類細胞都適用。 38. 攪拌通氣發(fā)酵罐的放大的準則 維持P0/V不變、維持kLa不變、維持攪拌器葉尖線速度不變、維持培養(yǎng)液溶氧濃度不變。 39. 離心分離因素F=Rn2/900，是粒子在離心力場中所受到的離心力與重力之比 f是反映離心機分離能力的重要指標，它表示在離心力場中，微?？梢垣@得比在重力場中大f倍的作用力。f 值愈大，表示離心力愈大，其分離能力愈強。 F=Rn2/900 40.過濾的強化方法：p222 （1）發(fā)酵液的預處理：方法：1.加熱 2.凝聚和絮凝 3.加入鹽類 4.調(diào)節(jié)pH 5.加入助

14、濾劑 （2）過濾介質(zhì)選擇：1.織物介質(zhì)(濾布)： 2.粒狀介質(zhì)：硅藻土3.多孔固體介質(zhì)：多孔陶瓷 41. 膜分離： （1）濃差極化：當溶液從膜一側流過時，溶劑及小分子溶質(zhì)透過膜，大分子的溶質(zhì)在靠近膜面處被截留，并不斷返回于溶液主流中，當這一返回速度低于大分子溶質(zhì)在膜面聚集的速度時，則會在膜的一側形成高濃度的溶質(zhì)層。 為了減少濃差極化，通常采用錯流操作或加大流速等措施 （2）膜過濾方法簡稱：NF、MF、RO、UF 板式膜分離器：濾板表面為凹凸形，以形成濃液流的湍流 管式膜過濾器：內(nèi)壓式、外壓式、單管和管束式，目前趨向采用管內(nèi)流管束式裝置 膜組件： 生物膜、膜過濾、膜生物反應器： 42. 什么是膜

15、分離過程中的濃差極化現(xiàn)象，如何降低濃差極化現(xiàn)象？ 當溶劑透過膜，而溶質(zhì)留在膜上，因而使膜面濃度增大，并高于主體液中的濃度，這種濃度差導致溶質(zhì)自膜面反擴散至主體中，當這一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就會在膜面的一側逐漸形成一高濃度的被阻留溶質(zhì)層，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。 切向流式過濾(錯流過濾)和提高液流的雷諾準數(shù)可以有效克服濃差極化現(xiàn)象。 43.常用的膜分離設備包括哪幾種四種類型？板式、管式、中空纖維式和螺旋卷式 44. MBR是膜生物反應器的簡稱。、 45. 多級逆流萃?。?（1）在多級逆流萃取中，在第一級中加入料液，并逐漸向下一級 移動，而在最后一級中加入萃取劑，并逐漸向前一級移動。

16、 （2）特點：只在最后一級中加入萃取劑，故與錯流萃取相比，萃取劑用量少，因而萃取液濃度低；萃取液溶質(zhì)高；萃取完全。 46. 離子交換分離：是利用帶有可交換離子的不溶性固體與溶液中帶有同種電荷的離子之間置換離子而使溶液得以分離。 離子交換設備：1.常用離子交換罐2.反吸附離子交換罐3.混合床交換罐 離子交換裝置及再生步驟：交換反洗再生水洗交換 47. 溶劑萃取的原理是什么？ 利用一種溶質(zhì)組分（如產(chǎn)物）在兩個互不混溶的液相（如水相和有機溶劑相）中竟爭性溶解和分配性質(zhì)上的差異來進行分離操作的。 48. 超臨界流體萃取系統(tǒng)由哪三個部分組成？包括高壓泵及流體系統(tǒng)、萃取系統(tǒng)和收集系統(tǒng)三個部分 49. 什么

17、叫雙水相萃取技術？在生物產(chǎn)業(yè)中雙水相萃取法常用于何種物質(zhì)提??？ 雙水相萃取技術(Two-aqueous phase extraction,簡稱ATPS)是指親水性聚合物水溶液在一定條件下可以形成雙水相，由于被分離物在兩相中分配不同,便可實現(xiàn)分離。 雙水相萃取法常用于胞內(nèi)酶提取。 50. 真空冷凍干燥：過程分為兩個階段：升華和汽化。 冷凍干燥系統(tǒng)主要由四部分組成： （1）冷凍部分 （2）真空部分 （3）水汽去除部分 （4）加熱部分 - 干燥室 冷凍干燥能力的最大生產(chǎn)能力往往由冷凝器的最大負霜量來決定。 51. 冷凍升華干燥原理：是將濕物料先凍結至冰點以下，使水分變成固態(tài)冰，然后在較高的真空度下，

18、將冰直接轉化成蒸汽而除去。 52. 什么是冷凍干燥？ 將濕物料（或溶液）在較低溫度下（-10-50）凍結成固態(tài)，然后在高度真空下，將其中固態(tài)水分直接升華為氣態(tài)而除去的干燥過程。 53. 蒸餾過程中粗餾和精餾有何不同。 粗餾是相對于精餾而言的，就是對餾分沸點區(qū)分不是很細的蒸餾。 精餾分離的依據(jù)是均相液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異。 54. 三塔流程包括三個塔，一是粗餾塔，二是排醛塔又稱分餾塔，它安裝在粗餾塔與精餾塔之間，它的作用是排除醛脂類頭級雜質(zhì)。三是精餾塔，它除有濃縮酒精提高濃度作用外，還繼續(xù)排除雜質(zhì)，使能獲得精餾酒精。 55. 精餾塔上的異常操作現(xiàn)象，如何控制。 （1）漏液 當氣體通過塔板

19、的速度較小時，氣體通過升氣孔道的動壓不足以阻止板上液體經(jīng)孔道流下時，便會出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。 控制措施：造成漏液的主要原因是氣速太小和板面上液面落差所引起的氣流分布不均勻。在塔板液體入口處，液層較厚，往往出現(xiàn)漏液，為此常在塔板液體入口處留出一條不開孔的區(qū)域，稱為安定區(qū)。 （2）液沫夾帶 上升氣流穿過塔板上液層時，必然將部分液體分散成微小液滴，氣體夾帶著這些液滴在板間的空間上升，如液滴來不及沉降分離，則將隨氣體進入上層塔板，這種現(xiàn)象稱為液沫夾帶。 控制措施：影響液沫夾帶量的因素很多，最主要的是空塔氣速和塔板間距?？账馑贉p小及塔板間距增大，可使液沫夾帶量減小。 （3）液泛 當塔板上液體流量很大，上升氣

20、體的速度很高時，液體被氣體夾帶到上一層塔板上的量劇增，使塔板間充滿氣液混合物，最終使整個塔內(nèi)都充滿液體，這種由于液沫夾帶量過大引起的液泛稱為夾帶液泛。 控制措施：影響液泛的因素除氣液流量外，還與塔板的結構，特別是塔板間距等參數(shù)有關，設計中采用較大的板間距，可提高泛點氣速。 56. 當精餾出現(xiàn)淹塔時，恢復正常的正確操作是：先停止收集餾分，然后降低塔釜溫度。 57. 生物設備按流程分類，分為前處理設備、反應設備和后處理設備。 58. 由于大生產(chǎn)中所使用的好氣性發(fā)酵罐是受壓容器，因此封頭選用_橢圓形或蝶形_封頭 59. 好氣性發(fā)酵需要無菌空氣，概括起來無菌空氣在發(fā)酵生產(chǎn)中的作用是_ _攪拌 ； 供氧 ； 罐壓 60. 通風反應器比擬放大的關鍵性參數(shù)是：幾何尺寸的放大 、 空氣流量的放大、攪拌功率及攪拌轉速的放大。 61. 啤酒發(fā)酵罐中發(fā)酵液的對