生物工廠工藝設(shè)計題庫含答案

1、復(fù)習(xí)資料1、 簡述酒精生產(chǎn)過程對淀粉原料進(jìn)行糖化時的主要設(shè)備及作用。（1）主要設(shè)備：糖化工段主要設(shè)備由真空冷卻氣液分離器、真空泵、連續(xù)糖化罐及螺旋板式換熱器。（2）作用：真空冷卻氣液分離器：蒸煮醪自接近常壓的氣液分離器出來經(jīng)過減壓閥，醪液產(chǎn)生大量的蒸汽，溫度驟降，汽醪混合液流體以極高速度進(jìn)入真空冷卻氣液分離器，醪液溫度降至與容器真空度相對應(yīng)的溫度。因此氣液分離器的設(shè)計主要是保證汽醪分離，輸送曲液（糖化醪液稀釋水）到噴射-蒸汽的湍流中是依靠發(fā)生引射的混合效果，使曲液與蒸煮醪充分接觸。醪液冷卻下來連續(xù)的流入糖化醪內(nèi)。真空泵：維持真空冷卻氣液分離器真空環(huán)境。連續(xù)糖化罐：將已糖化醪或曲乳（液）混合，維

2、持一定的發(fā)酵溫度（60、3045min）,保持流動狀態(tài)，淀粉在酶的作用下變成可發(fā)酵性糖。螺旋板式換熱器：螺旋板式換熱器用于后冷卻。2、 簡述可行性研究的任務(wù)、意義和主要內(nèi)容。（1） 任務(wù)：根據(jù)三級經(jīng)濟(jì)規(guī)劃(包括國家、地區(qū)與行業(yè)的)要求，或根據(jù)市場經(jīng)濟(jì)的要求，對擬建(擴(kuò)、改建)工程項目的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和工程實施性，進(jìn)行全面調(diào)查、預(yù)測、分析和論證，做出是否合理可行的科學(xué)評價，最后寫出可行性研究報告，為國家主管部門對項目做出決策提供可靠依據(jù)。（2） 意義：可行性研究實質(zhì)是對投建的工程項目，進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，從而避免和減少建設(shè)項目決策的失誤，提高建設(shè)投資的綜合效益，是決定項目投資命運的關(guān)鍵。如果

3、沒有可行性研究，或者有研究但不深入、分析預(yù)測不準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)評價不科學(xué)，都會對項目的投資與投產(chǎn)帶來難以彌補的經(jīng)濟(jì)損失。（3）主要內(nèi)容：1、總論（項目背景，研究工作依據(jù)和范圍） 2、根據(jù)經(jīng)濟(jì)預(yù)測、市場預(yù)測確定項目建設(shè)的規(guī)模和產(chǎn)品方案3、資源、原材料、動力、運輸、供水等配套條件及公用設(shè)施的落實情況 4、建廠條件、廠址選擇方案及總圖布置方案 5、工藝技術(shù)、主要設(shè)備選型、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 6、主要單項項目、公用輔助設(shè)備、總體布置方案和土建工程量估計 7、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)、勞動衛(wèi)生、消防、GMP等要求和采取的相應(yīng)措施方案 8、企業(yè)組織、勞動定員和人員培訓(xùn)設(shè)想 9、建設(shè)工期和實施進(jìn)度 10、投資

4、估算和資金籌措 11、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益評價 12、結(jié)論3、簡述總平面設(shè)計的內(nèi)容、原則和步驟。（1）內(nèi)容：1平面布置設(shè)計 ；2豎向布置設(shè)計；3運輸設(shè)計；4管線綜合設(shè)計；5綠化設(shè)計。（2）原則：嚴(yán)格遵照“依據(jù)”的要求進(jìn)行布置設(shè)計。既要結(jié)合廠址自然條件因地制宜，又要注重技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約用地、節(jié)省投資和留有發(fā)展余地。（依據(jù)：審批的設(shè)計任務(wù)書、廠址選擇報告和廠址總平面布置方案草圖及生產(chǎn)工藝流程簡圖。）（3）步驟：(一)初步設(shè)計方案圖(總平面布置資料圖) 工廠總平面布置圖(初步設(shè)計成品圖) (二)施工圖設(shè)計工廠總平面施工資料圖工廠總平面布置施工圖4、 簡述物料衡算的方法和步驟。(1)明確衡算目的要求；如

5、通過物料衡算確定生產(chǎn)能力、純度、收率等數(shù)據(jù)。(2)繪出物料流程示意圖，劃定衡算范圍；畫流程簡圖步驟及要點如下： 1）流程簡圖中的設(shè)備可用方框表示;2）用線條和箭頭表示物料流股的途徑和流向；3）標(biāo)出流股的已知變量（流量、組成等）4）未知量用符號表示。根據(jù)已知量和未知量劃定體系，應(yīng)特別注意盡量利用已知條件，要求的未知量要通過體系邊界，且應(yīng)使通過邊界的物料流股的未知項盡量少。(3) 寫出所有化學(xué)反應(yīng)方程式；包括所有主副反應(yīng)，且為配平后的，將各反應(yīng)的選擇性、收率注明。(4) 收集與物料衡算有關(guān)的計算數(shù)據(jù)；規(guī)模和年生產(chǎn)日；原輔材料、中間體及產(chǎn)品的規(guī)格；有關(guān)的定額和消耗指標(biāo)；有關(guān)的物理化學(xué)常數(shù)，如密度、蒸

6、氣壓、相平衡常數(shù)等。(5) 選定衡算基準(zhǔn)；計算中要將基準(zhǔn)交代清楚，過程中基準(zhǔn)變換時，要加以說明。(6)列出物料平衡方程式，進(jìn)行物料衡算；(7)編制物料平衡表；(8)必要時畫出物料衡算圖。(6) 簡述啤酒廠糖化設(shè)備的組合方式及優(yōu)點：（1） 二器組合：常見于小型啤酒廠。由一只糖化過濾槽和一只糊化煮沸鍋構(gòu)成一套單式糖化系統(tǒng),每天可糖化2次左右。該套組合的特點是:一鍋二用,投資少,設(shè)備利用率高,但生產(chǎn)效率較低。（2） 四器組合：常見于中型啤酒廠。由糊化鍋、糖化鍋、過濾槽和煮沸鍋4只專用設(shè)備構(gòu)成一套復(fù)式糖化系統(tǒng),每天可糖化4次左右。該套組合的特點是設(shè)備分工明確,但利用率極不均衡。（3） 五器組合：常見于

7、中型啤酒廠的技術(shù)改造中。在四器組合的基礎(chǔ)上,增加一只暫貯罐,用于暫貯過濾后的麥汁,可以此縮短等待煮沸鍋的時間,提高整個系統(tǒng)的生產(chǎn)效率,使每天的糖化能力增加到6次。（4） 六器組合：常見于大型啤酒廠。一只糊化鍋，一只糖化鍋，一只過濾槽和兩只麥汁煮沸鍋，一只回旋沉淀槽，一只麥汁冷卻器。每天可糖化8次左右,該套組合的特點是糊化鍋與糖化鍋的利用率已達(dá)到最高。5、 簡述生物反應(yīng)器放大的基本方法及其特點。（1） 基本方法：理論方法：所謂理論放大法，就是建立及求解反應(yīng)系統(tǒng)的動量、質(zhì)量和能量平衡方程，2個反應(yīng)系統(tǒng)可用同一微分方程描述；半理論方法：考慮液流主體的流動，忽略局部如攪拌葉輪或罐壁附近的復(fù)雜流動；因次

8、分析法：維持生物發(fā)酵系統(tǒng)參數(shù)構(gòu)成的無因次數(shù)群（稱為準(zhǔn)數(shù)）恒定不變，把反應(yīng)系統(tǒng)的動量、質(zhì)量、熱量衡算以及有關(guān)的邊界條件、初始條件以無因次形式寫出用于放大過程；數(shù)學(xué)模型法：利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬放大；經(jīng)驗規(guī)則：維持P0/V不變或者維持P0/V不變。（2）特點：把小型設(shè)備中進(jìn)行科學(xué)實驗所獲得的成果 在大生產(chǎn)設(shè)備中予以再現(xiàn)的手段，它不是等比例放大， 而是以相似論的方法進(jìn)行放大。在生物反應(yīng)器中存在三種不同類型的重要過程：熱力學(xué)過程，微觀動力學(xué)過程和傳遞過程。其中傳遞過程在生物反應(yīng)器比擬放大中影響最大：1）反應(yīng)器放大后，系統(tǒng)內(nèi)的動量傳遞過程將相應(yīng)變化，2）攪拌器的攪拌剪切作用隨反應(yīng)器規(guī)模

9、增大而增加，3）這不僅影響細(xì)胞團(tuán)的分散狀態(tài)如絮凝，懸浮，結(jié)成團(tuán)塊，嚴(yán)重時還會使細(xì)胞本身產(chǎn)生剪切損傷作用放大后，傳遞過程對生物發(fā)酵過程的影響：1）通氣發(fā)酵>厭氣發(fā)酵2）連續(xù)發(fā)酵>間歇發(fā)酵。 7、 簡述生物工程設(shè)備清潔程度的確認(rèn)方式。(4) 清潔程度的檢驗(5) 表面清潔規(guī)范(6) 蛋白質(zhì)污染物清潔的檢驗(7) 清洗后殘余細(xì)胞的檢驗(8) 致熱物質(zhì)的檢驗(9) 最終漂洗結(jié)果的檢驗8、 簡述發(fā)酵罐實罐滅菌采用的“三路進(jìn)汽”原理和實罐滅菌的進(jìn)、排汽原則。（2） 原理：“三路進(jìn)汽”是在對培養(yǎng)基滅菌時，讓蒸汽從空氣進(jìn)口、排料口、取樣口進(jìn)入罐內(nèi)，使培養(yǎng)基均勻翻騰，達(dá)到培養(yǎng)基滅菌之目的。

10、這是因為這三個管都是插入到發(fā)酵醪中，若不進(jìn)蒸汽就會形成滅菌死角。（3） 原則：進(jìn)、排汽原則是“非進(jìn)即出”：所有進(jìn)入發(fā)酵罐的管道在滅菌過程中如果不進(jìn)入蒸汽就一定要進(jìn)行排氣，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通過，得以滅菌。不能有既不進(jìn)汽也不排汽的管道（死角）存在。9、 簡述項目建議書的任務(wù)、意義和主要內(nèi)容。（1）任務(wù)：項目建議書是設(shè)計工作的前奏，其任務(wù)是向國家、省、市有關(guān)主管部門直接申請工程項目，以期批準(zhǔn)立項，進(jìn)行廠址選擇調(diào)研工作及可行性研究工作。（2）意義：對于大、中型工程項目國家有嚴(yán)格的管理規(guī)定，需要按程序報國家有關(guān)部門批準(zhǔn)。對于小型工程項目，項目建議書由主管部門批準(zhǔn)，可按明確的設(shè)計方案，直接

11、進(jìn)行施工圖設(shè)計，使設(shè)計程序得以簡化。 （3）內(nèi)容：1、投資項目提出的必要性；2、產(chǎn)品方案、擬建規(guī)模和建設(shè)地點的初步設(shè)想； 3、資源情況、建設(shè)條件、協(xié)作關(guān)系的初步分析； 4、投資估算和資金籌措設(shè)想； 5、項目大體進(jìn)度安排；6、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的初步評價。（2） 簡述廠址選擇的一般原則及廠址方案比較的方法。（1） 原則：廠址的位置要符合城市規(guī)劃(供汽、供電、給排水、交通運輸、職工文化生活、商業(yè)網(wǎng)點)和微生物發(fā)酵工廠對環(huán)境的特殊要求。廠址的地區(qū)要接近原料、燃料基地和產(chǎn)品銷售市場，還要接近水源和電源。具有良好的交通運輸條件。場地有效利用系數(shù)較高，并有遠(yuǎn)景規(guī)劃的最終總體布局。有一定的基建施工條件和投產(chǎn)

12、后的協(xié)作條件。廠址選擇要有利于三廢處理，保證環(huán)境衛(wèi)生。（2） 比較方法：廠址比較方法主要有統(tǒng)計學(xué)方法和方案比較法。統(tǒng)計學(xué)方法：就是把廠址的諸項條件(自然條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件)當(dāng)作影響因素，把要比較的廠址編號，然后對每一廠號廠址的每一個影響因素，逐一比較其優(yōu)缺點，并打上等級分值，最后把諸因素比較的等級分值進(jìn)行統(tǒng)計，得出最佳廠號的選擇結(jié)論。方案比較法：就是以廠址自然條件為基礎(chǔ)，以技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件為主體，列出其中若干條件作為主要影響因素，形成廠址方案。然后對每一方案的優(yōu)缺點進(jìn)行比較，最后結(jié)合以往的選擇廠址經(jīng)驗，得出最佳廠號的選擇結(jié)論。（5） 簡述連續(xù)發(fā)酵的特點和基本方式。（1） 特點：優(yōu)點：培養(yǎng)液濃度和代

13、謝產(chǎn)物含量相對穩(wěn)定，發(fā)酵周期短，設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率高，易于自動化生產(chǎn)，發(fā)酵過程中微生物維持穩(wěn)定狀態(tài)，細(xì)胞處于均質(zhì)狀態(tài)。缺點：微生物的突變、染菌、混合均勻度、絲狀菌的輸送。（2）方式：從單罐連續(xù)發(fā)酵發(fā)展到多罐的串聯(lián)連續(xù)發(fā)酵。從單罐連續(xù)發(fā)酵發(fā)展到多罐的串聯(lián)連續(xù)發(fā)酵?；纠碚撌沁B續(xù)發(fā)酵動力學(xué)為主。(5) 簡述工藝流程的設(shè)計原則和設(shè)計步驟。（1）原則：保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，外銷產(chǎn)品還必須滿足銷售地區(qū)的質(zhì)量要求；盡量采用成熟的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。（努力提高原料利用率，提高勞動生產(chǎn)率，降低水、電、汽及其他能源的消耗，降低生產(chǎn)成本，使工廠建成后能迅速投產(chǎn)，在短期內(nèi)達(dá)到設(shè)計生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量要求，并做到

14、生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠）實施清潔生產(chǎn)，有完善的三廢治理措施，以減少或消除對環(huán)境的污染，并做好三廢的回收和綜合利用；確保安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全；生產(chǎn)過程盡量采取機(jī)械化與自動化，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。（2）步驟：繪制工藝流程框圖；繪制工藝流程示意圖；繪制物料流程圖；繪制初步設(shè)計階段帶控制點的工藝流程圖；繪制施工階段帶控制點的工藝流程圖。13、 簡述車間布置設(shè)計的原則和基本內(nèi)容。（1）基本原則：1、車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)工藝要求的原則；2、車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)操作要求的原則；3、車間布置應(yīng)符合設(shè)備安裝、檢修要求的原則；4、車間布置應(yīng)符合廠房建筑要求的原則；5、車間布置應(yīng)符合節(jié)約建設(shè)投資要求的原則；6、車

15、間布置應(yīng)符合安全、衛(wèi)生和防腐蝕的要求7、車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)發(fā)展的要求。（2）基本內(nèi)容：1、廠房的整體設(shè)計；2、設(shè)備的排列和布置；3、車間附屬工程設(shè)計；4、車間布置設(shè)計說明；5、車間布置設(shè)計的圖紙。（2） 簡述機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的冷卻方式及其使用范圍和特點。15、 簡述氣升式發(fā)酵罐的工作原理。工作原理：把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進(jìn)發(fā)酵液中，通過汽液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細(xì)碎，同時由于形成的氣液混合物密度降低故向上運動，而氣含率小的發(fā)酵液下沉，形成循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。雖然沒有攪拌器，但形成定向循環(huán)流動。16、簡述熱量衡算的方法和步驟。(1)明確衡算目的，如通過熱量衡算確定某設(shè)備

16、或裝置的熱負(fù)荷、加熱劑或冷卻劑的消耗量等數(shù)據(jù)。(2)明確衡算對象，劃定衡算范圍，并繪出熱量衡算示意圖。(3)收集與熱量衡算有關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，如定壓比熱、相變熱、反應(yīng)熱等。(4)選定衡算基準(zhǔn)，在計算各項熱量之前，首先要確定一個計算基準(zhǔn)。一般情況下，可以0和1.013´105 Pa為計算基準(zhǔn)。對于有反應(yīng)的過程，也常以25和1.013´105Pa為計算基準(zhǔn)。(5)列出熱量平衡方程式，進(jìn)行熱量衡算。當(dāng)內(nèi)能、動能、勢能的變化量可以忽略且無軸功時，輸入系統(tǒng)的熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，由此可得出傳熱設(shè)備的熱量平衡方程式為：(6)編制熱量平衡表。17、簡述廠房的整體布置的原則。（1）廠房

17、的整體布置應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模，工藝流程、原料來源、水源、電源、熱源、交通、氣候條件、廠區(qū)地形特點、工程及水文地質(zhì)條件以及主要生產(chǎn)車間與輔助生產(chǎn)車間、公用福利設(shè)施的關(guān)系而定。有幾種式布置和分散式布置兩種方式，單多采用幾種式布置，即將主要生產(chǎn)工段幾種在一個聯(lián)合車間內(nèi)，各個工藝布置實例都是集中式布置。（2）廠房的平面布置應(yīng)考慮工藝流程的合理性，力求簡單，緊湊，占地面積小，運輸方便，并留有擴(kuò)建的余地。柱網(wǎng)布置應(yīng)盡可能符合建筑模數(shù)制的要求。（3）廠房垂直方向的布置采用多層或單層，主要根據(jù)工藝特點確定。每層層高主要由設(shè)備高度，檢修安裝要求而定，并滿足采光通風(fēng)的要求，但最低層高不宜低于2.5m。層高的確定應(yīng)符合

18、建筑模數(shù)制的要求。（4）廠區(qū)布置和主要道路應(yīng)貫徹不流與貨流分流的原則，盡量避免相互交叉。廠區(qū)道路面應(yīng)選用整體性好、灰塵少的材料，如瀝青、混凝土。車輛的停車場應(yīng)遠(yuǎn)離藥品生產(chǎn)廠房。廠房與道路之間應(yīng)有一定距離的衛(wèi)生緩沖帶，緩沖帶可種植草坪，嚴(yán)禁種花，樹木周圍以卵石覆蓋土壤，綠化設(shè)計做到“土不見天”。18、簡述常見加熱劑和冷卻劑的種類及特點。19、 簡述專業(yè)設(shè)備設(shè)計與選型的程序和內(nèi)容。(1)設(shè)備所擔(dān)負(fù)的工藝操作任務(wù)和工作性質(zhì)，工作參數(shù)的確定。(2)設(shè)備的選型及該型號設(shè)備的性能、特點評價。(3)設(shè)備生產(chǎn)能力的確定。(4)設(shè)備數(shù)量計算(考慮設(shè)備使用維修及必需的裕量)。(5)設(shè)備主要尺寸的確定。(6)設(shè)備化工過程(換熱、過濾、干燥面積、塔板數(shù)等)的計算。(7)設(shè)備的傳動攪拌和動力消耗計算。(8)設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計。(9)支撐方式的計算選型。(10)壁厚的計算選擇。(11)材質(zhì)的選擇和用量計算。(12)其他特殊問題的考慮。20、簡述生物反應(yīng)器開發(fā)的趨勢。生物反應(yīng)器新的發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)為:（1）高通量、微型化生物反應(yīng)器應(yīng)用于生物過程工