生物工程設(shè)備

1、第一章1. 為什么發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌采用濕熱滅菌法？濕熱滅菌是利用高溫飽和蒸汽將物料的溫度升高使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)變性進行滅菌的一種方式。工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌的特點是數(shù)量多，含有很多固體物質(zhì)；滅菌后要有利于生產(chǎn)菌的生長；方便易行及價格便宜。由于蒸汽冷凝時會放出大量潛熱，并具有很強的穿透力，滅菌效果好；蒸汽來源及控制操作條件方便，適用于工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌。2. 實罐消毒滅菌操作過程的要點A發(fā)酵罐及附屬閥門無泄漏，無死角，無堵塞；B滅菌時罐內(nèi)蛇管和夾層冷卻部位的冷水徹底排除干凈；C控制培養(yǎng)基顆粒大小；D罐內(nèi)空氣排除；E攪拌混合均勻;F液面以下與培養(yǎng)基接觸的管道都要進蒸汽；G液面以上不與培養(yǎng)基接觸的管道

2、都要排氣；3. 為什么滅菌后先開空氣再開冷卻？防止形成真空設(shè)備吸癟，倒吸引起染菌費用4. 實罐滅菌如要縮短冷卻時間，采用何種方式比較經(jīng)濟合理？增加冷卻面積，雖然設(shè)備投資費用增加，但降低了日常的操作費用5. 生物反應(yīng)器換熱面積設(shè)計計算的依據(jù)？生物反應(yīng)器換熱冷卻用水量計算依據(jù)？生物反應(yīng)器換熱面積的確定一般按某個生產(chǎn)品種的發(fā)酵過程中某個時刻最大的發(fā)酵熱作為設(shè)計計算的依據(jù)。但對一些發(fā)酵熱并不大的品種，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)的發(fā)酵熱及培養(yǎng)基滅菌時的冷卻方法、要求來綜合考慮確定。生物反應(yīng)器換熱冷卻用水量計算通常按發(fā)酵熱來計算。但對一些發(fā)酵熱并不大的生產(chǎn)品種，對培養(yǎng)基滅菌采用實罐滅菌的應(yīng)根據(jù)反應(yīng)的發(fā)酵熱及培養(yǎng)基滅菌時的

3、冷卻要求來綜合考慮確定。6. 連續(xù)滅菌系統(tǒng)設(shè)計如何考慮節(jié)能？系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)配置培養(yǎng)基的工藝特性選擇合理的滅菌流程及高效節(jié)能的設(shè)備，流程設(shè)計考慮冷熱流體的交換。7. 連續(xù)消毒滅菌的特點是什么？連續(xù)性強，快速滅菌消毒，培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞少，滅菌質(zhì)量穩(wěn)定，發(fā)酵設(shè)備利用率高，適用于大容積發(fā)酵罐物料的連續(xù)滅菌消毒。但由于附加設(shè)備多，操作環(huán)節(jié)多，因此染菌機會增加，不適合于含大量固體物料的滅菌，對蒸汽的要求高。8. 從工程上分析影響培養(yǎng)基濕熱滅菌的因素有哪些？培養(yǎng)基成分、起泡程度、培養(yǎng)基顆粒大小、罐內(nèi)空氣排除，攪拌混合均勻等。第二章1. 生物發(fā)酵用的無菌空氣的質(zhì)量指標(biāo) 壓強、溫度、流量、相對濕度和空氣潔凈度2

4、. 壓縮空氣預(yù)處理的目的 提高壓縮前空氣的潔凈度；去除壓縮后空氣中的油和水；保證通氣發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量指標(biāo)。3. 生物發(fā)酵熱凈化空氣的質(zhì)量指標(biāo)如何控制？ 吸入空氣的含塵量要低，選擇合適空壓機滿足流量Vg、壓力P的要求，通過冷卻、分水、加熱控制進發(fā)酵罐的空氣溫度T及進入過濾器空氣的相對濕度（<=60%），經(jīng)三級過濾保證進罐無菌空氣的潔凈度（100級）4. 空氣系統(tǒng)處理工藝流程吸風(fēng)塔粗濾器空壓機貯氣罐（延程冷卻）冷卻器分水器加熱器總過濾器預(yù)過濾器(蒸汽過濾器)除菌過濾器發(fā)酵罐5. 空氣凈化系統(tǒng)流程設(shè)計中如何考慮節(jié)能？ 延程冷卻設(shè)置在動力車間；設(shè)計選用阻力較小的空氣預(yù)處理及除菌設(shè)備；具有熱交

5、換的空氣預(yù)處理流程；根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的不同選擇合適的系統(tǒng)。6. 空氣分水、干燥設(shè)備如何選用？ 根據(jù)所制備空氣的質(zhì)量要求、產(chǎn)品的要求、投資、生產(chǎn)規(guī)模及應(yīng)用場合。 實驗室、中試規(guī)模建議采用空氣冷凍干燥設(shè)備除水；生產(chǎn)規(guī)模則根據(jù)產(chǎn)品的附加值、產(chǎn)品的要求、投資及生產(chǎn)規(guī)?？紤]；常規(guī)大發(fā)酵產(chǎn)品建議采用旋風(fēng)分離器與絲網(wǎng)除沫器除水；基因工程菌、疫苗、動物細(xì)胞培養(yǎng)等建議采用空氣冷凍干燥設(shè)備除水。7. 發(fā)酵用的無菌空氣的制備對空氣的相對濕度有一定的要求，相對濕度是否越低越好？為什么？ 不是,相對濕度控制在<=60%是保證空氣過濾器的過濾效率及過濾器的使用壽命，相對濕度過低空氣預(yù)處理能耗大，并且在發(fā)酵培養(yǎng)過程中蒸發(fā)

6、帶出的水分越多。8. 采用旋風(fēng)絲網(wǎng)除沫分水器，設(shè)備平衡如何考慮？與空壓機一一對應(yīng)配置。旋風(fēng)絲網(wǎng)除沫分水器分水效率與流速有關(guān)，進氣管道確定后流量增加或減少會影響設(shè)備的分離效率。9. 空氣除菌采用熱滅菌是否可行？對設(shè)備有何要求？可行；要求設(shè)備耐更高的溫度、壓力，冷卻量增加第三章1. 通用式機械攪拌微生物反應(yīng)器有哪些主要結(jié)構(gòu)部件組成？罐體結(jié)構(gòu)比例尺寸？罐體；攪拌裝置；擋板；通氣設(shè)備；傳熱裝置；機械消泡裝置；尾氣處理設(shè)備。H/D=1.7-3；B/d=0.8-1.0；d/D=0.5-1/3；S/D=1.5-2.5；W/D=1/8-1/12；S1/d=1-22. 攪拌在生物反應(yīng)過程中的作用？ 氣體分散、氣

7、泡分散、傳質(zhì)、傳熱、混合3. 通用式機械攪拌微生物反應(yīng)器的攪拌槳如何組合選用？ 根據(jù)發(fā)酵液的生理特性、理化特性及攪拌在生物反應(yīng)器中的作用，采用徑向軸向槳的組合應(yīng)用，通常底層采用徑向槳分散氣體，提高溶氧，上層采用軸向槳滿足混合的要求。4. 工業(yè)上通氣式發(fā)酵罐為何通常使用圓盤渦輪式攪拌器？ 避免氣泡在阻力較小的攪拌器中心部分沿著攪拌軸上升5. 用于發(fā)酵罐的攪拌器有哪幾種類型？ 徑向流攪拌器：半圓管槳、拋物葉槳、六平葉槳、六彎葉槳、六箭葉槳； 軸向流攪拌器：四寬葉螺旋式槳、機翼螺旋槳、四斜葉、扇形圓弧葉槳、螺旋槳。6. 通用式機械攪拌發(fā)酵罐采用變速攪拌有何優(yōu)點？ 變速攪拌更能適應(yīng)發(fā)酵過程中不同生長期

8、對攪拌轉(zhuǎn)速的不同要求，這樣不僅可以節(jié)約攪拌所消耗的電能，并使一個發(fā)酵罐能夠適應(yīng)多種產(chǎn)品的生產(chǎn)。同時在培養(yǎng)基采用實罐滅菌工藝時，采用低轉(zhuǎn)速攪拌，可避免電機因無通氣下，攪拌電流超標(biāo)，導(dǎo)致電機燒掉。7. 如何提高生物反應(yīng)器的供氧能力？ 提高空氣流量；改變攪拌槳形式；提高攪拌轉(zhuǎn)速和槳徑；提高氧分壓；改造培養(yǎng)基性質(zhì)第四章1. *固液分離設(shè)備根據(jù)其原理分為哪些類型？舉例說明各有哪些設(shè)備？分批式與連續(xù)式操作，得到的物料有什么主要區(qū)別？A沉降設(shè)備 重力沉降：重力沉降槽，增稠器 離心沉降：管式離心機，碟片式離心機，臥式螺旋離心機、三足式離心機 過濾設(shè)備 常壓過濾機 加壓過濾機：板框壓濾機、板濾機 真空過濾機：真

9、空鼓式過濾機、葉濾機 離心過濾機：三足式離心機 膜分離設(shè)備 微濾器、超濾器、反滲透器B分批操作指每次操作向設(shè)備中投入一批物料，經(jīng)過處理后排出全部物料后再重新投料；連續(xù)操作是指進料與出料同時進行。故分批操作后的物料出料流率、含固量可能有變化，連續(xù)操作得到的物料出料流率、含固量變化可能不大，同時兩者濾渣的含水率和緊實度有區(qū)別，分批式操作濾渣含水率低，濾餅緊密度高，處理后料液含固量低。 2. *某熱敏性物料中固體顆粒較細(xì)，需要采用離心設(shè)備進行液固分離。工藝改進后黏度增加，原來離心機已不再合適，需要改用其他形式離心機，配套設(shè)備應(yīng)做如何調(diào)整?考慮到物料黏度的增加，為保證分離效率，應(yīng)采用分離因素更大的設(shè)備

10、，如轉(zhuǎn)速更高的離心機；考慮到物料的熱敏性，則需要在一定范圍內(nèi)對物料進行預(yù)冷，增加配套的制冷設(shè)備。第五章1. 萃取設(shè)備由哪幾部分組成？各有哪些設(shè)備類型？針對離心機的生產(chǎn)能力的計算公式，從料液特性、設(shè)備操作參數(shù)、設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)三分面，分析對其生產(chǎn)能力的影響。當(dāng)料液黏度略有增大，如何調(diào)節(jié)操作參數(shù)以保證分離質(zhì)量指標(biāo)?使用管式離心機進行液液分離時，如果產(chǎn)品在溶媒相，則操作時應(yīng)注意什么？A有分段式的混合設(shè)備與分離設(shè)備，與連續(xù)式的混合分離一體設(shè)備?；旌显O(shè)備有：混合罐、混合管、混合泵和噴射混合器；分離設(shè)備有管式離心機、碟片式離心機和螺旋式離心機；混合分離一體機設(shè)備有：萃取塔、萃取離心機。B公式中前半部分為重力沉

11、降速度，與物料特性相關(guān)；后半式為當(dāng)量沉降面積，即分離因數(shù)與設(shè)備重力沉降面積之積的量綱，分離因素為設(shè)備操作參數(shù)，沉降面積為設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)。當(dāng)料液黏度增大，為保證同樣質(zhì)量指標(biāo)可采用提高轉(zhuǎn)速或調(diào)小進料流量來保證分離質(zhì)量指標(biāo)。C可適當(dāng)選用大內(nèi)徑堤圈，提高產(chǎn)品收得率，但同時會夾帶略多水相2. 什么是超臨界萃?。颗c常規(guī)萃取相比，CO2超臨界萃取有什么特點？對設(shè)備有什么特殊要求？ A以超過臨界溫度、臨界壓力狀態(tài)下的超臨界流體，將物料中的組分萃取出來的過程。 B室溫及CO2氣體籠罩，防止熱敏性物質(zhì)的氧化的逸散； 不含溶劑，過程干凈無殘留； CO2氣體無味、無臭、無毒、安全； CO2氣體成本低，純度高，容易制取

12、，重復(fù)循環(huán)使用； 萃取和分離合二為一。調(diào)節(jié)壓力和溫度，是CO2與萃取物分離迅速，效率高，能耗較少，工藝簡單，速度快。 C壓力高，對設(shè)備制造，參數(shù)控制要求高。第六章1. 層析系統(tǒng)由哪些設(shè)備組成？各有哪些設(shè)備類型？ 層析系統(tǒng)由：泵、閥門、層析柱、檢測器、收集器組成。 泵：蠕動泵、隔膜泵、注射泵、柱塞泵； 閥門：上樣閥、緩沖液選擇泵、分流/旁通泵； 層析柱：玻璃層析柱、護套層析柱、徑向柱、高分辨率層析柱； 檢測器：紫外/可見光檢測器、示差檢測器、電導(dǎo)檢測器、pH檢測器； 組分收集器：圓盤式組分收集器、方型組分收集器2. 離子交換設(shè)備有哪些操作方式？固定床法有哪些吸附形式？放大的核心依據(jù)與放大原則是什

13、么？兩者相比有什么相同與不同？ A按操作方式：分批法（靜態(tài)吸附）、固定床法（動態(tài)吸附和柱吸附）、流動床法（連續(xù)吸附）。 B正吸附，反吸附，混合床 C核心依據(jù)是單位體積樹脂的交換溶液體積相等，原則是交換器符合相等或線速度相等。 D按前者原則放大，設(shè)備高徑比不變，料液流動阻力相對較大。3. 反吸附交換罐中液體的流速是如何考慮的？設(shè)備結(jié)構(gòu)上如何配套？ A控制自上而下的交流液流速，使樹脂顆粒在交換罐內(nèi)呈沸騰狀態(tài)而不溢出罐外為宜。 B. 可采用擴大段以降低交換液流速，防止樹脂顆粒被帶出。第七章1 蒸發(fā)設(shè)備有哪些類型？強化薄膜蒸發(fā)設(shè)備的操作關(guān)鍵是什么？蒸發(fā)的節(jié)能措施？如何理解冷凝效果對保證真空度的影響？A

14、 非膜式（真空夾套，標(biāo)準(zhǔn)式），膜式（升膜式、降膜式、循環(huán)式、刮板式、離心薄膜式）B 操作關(guān)鍵：物料接近沸點溫度進料；適當(dāng)?shù)臏夭睿?0-35攝氏度）；足夠和合適的真空度；足夠的冷凝量；良好的氣液分離裝置效果C 良好的冷凝效果，一方面可以把蒸汽冷凝為水，降低真空系統(tǒng)的吸氣體積負(fù)荷量，另一方面降低對真空泵中水溫的升溫負(fù)荷、接近氣化，進而降低吸氣量與真空度的影響。冷凝器設(shè)置真空泵。D 良好保溫（蒸發(fā)、氣液分離器及之間管道）；工作蒸汽排凝的控制和回收；冷熱物料間接換熱；多效；采用水沖泵。2. 蒸發(fā)濃縮設(shè)備的蒸發(fā)面積計算公式中各F=Q/Ktm中各參數(shù)如何獲?。?F：可根據(jù)料液特性，選擇合適的蒸發(fā)器類型，得

15、到其蒸發(fā)強度，結(jié)合上述蒸發(fā)量Q，計算獲得蒸發(fā)面積；也可根據(jù)所選蒸發(fā)器類型，得其傳熱系數(shù)，并結(jié)合蒸發(fā)器平均溫度差，計算獲得蒸發(fā)面積?？蓪烧哂嬎憬Y(jié)果進行校核。 K：根據(jù)物料特性，選擇合適的蒸發(fā)器，得到其傳熱系數(shù)。 tm：可在20-35范圍內(nèi)選擇合適的數(shù)值。3. 如何理解蒸發(fā)與結(jié)晶的相互關(guān)系？根據(jù)不同溶解度的溫度特性，結(jié)晶設(shè)備分為哪幾類？要控制晶體的質(zhì)量，前提條件是什么？ A蒸發(fā)：當(dāng)其溶質(zhì)可以結(jié)晶時，蒸發(fā)是濃縮至過飽和狀態(tài)的實現(xiàn)結(jié)晶的方法之一，當(dāng)其溶質(zhì)無法結(jié)晶時，濃縮后可通過干燥方法獲取產(chǎn)品；結(jié)晶：蒸發(fā)是結(jié)晶的濃縮方式之一，還可以通過降溫，或通過真空降溫與蒸發(fā)濃縮來實現(xiàn)，或通過萃取等其他方法來實現(xiàn)

16、濃縮。 B溶解度對溫度敏感，可選用帶降溫裝置的結(jié)晶設(shè)備（自然冷卻、攪拌冷卻、連續(xù)冷卻）；對溫度不敏感的，可選用帶蒸發(fā)濃縮功能的結(jié)晶設(shè)備（攪拌蒸發(fā)結(jié)晶器，循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器）；介于二者之中的，可選用帶真空蒸發(fā)濃縮的設(shè)備，在真空蒸發(fā)的同時降低溶液溫度。（攪拌真空結(jié)晶器，循環(huán)連續(xù)真空結(jié)晶器） C前提條件是處于亞穩(wěn)態(tài)或介穩(wěn)態(tài)區(qū)域，不能處于不穩(wěn)態(tài)，以免出現(xiàn)無法控制的過快結(jié)晶，影響晶形與純度。第八章1. 干燥設(shè)備有幾種主要類型?各自原理與特點？ 氣流干燥器 原理：利用高速熱氣流將物料在流態(tài)化輸送過程進行干燥的操作； 沸騰干燥器 原理：利用熱空氣流使置于篩板上的顆粒狀濕物料或粉狀濕物料呈沸騰狀態(tài)。即流態(tài)化技術(shù)使

17、水分迅速氣化干燥。 噴霧干燥器 原理：借熱空氣將高度分散的溶液或懸浮液進行干燥 真空干燥器 原理：使物料處于真空狀態(tài)下，物料中水分由液態(tài)變成氣態(tài)而除去。 冷凍干燥器 原理：將濕物料或溶液在較低溫度下凍結(jié)成固態(tài)，然后在高度真空下將其中水分不經(jīng)液態(tài)直接升華成氣態(tài)而脫水。 特點：*2. 干球溫度、濕球溫度、露點溫度的定義與關(guān)系？濕含量、相對濕度的定義與關(guān)系？ 干球溫度：溫度計在普通空氣中所測出的溫度 濕球溫度：少量的水與大量流動的濕空氣長時期接觸后的溫度 露點溫度：空氣中的水汽含量和氣壓都不變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。 濕空氣達到飽和：t=tw=td；對于不飽和濕空氣：t>tw>td

18、. 濕含量：1kg干空氣中含水汽的質(zhì)量 相對濕度：空氣中水汽含量與同溫度同壓強下空氣的飽和水汽含量之比 X=0.622*（pw/（p-pw）3. 干燥與蒸發(fā)設(shè)備相比，二者在計算時物料溫度有何區(qū)別？ 干燥設(shè)備進行計算時采用的為濕球溫度，蒸發(fā)設(shè)備計算時采用的是沸點溫度。4. 冷凍干燥系統(tǒng)由哪幾部分組成？其中兩處制冷裝置各有什么用途？真空冷凍過程中關(guān)鍵操作點是哪些？物料擱板溫度與物料溫度是怎樣的關(guān)系？ A由冷凍部分、真空部分、水分除去部分和加熱部分四部分組成 B第一處冷凍裝置用于預(yù)凍，第二處用于水汽的冷凝。 C關(guān)鍵操作點:a 預(yù)凍階段保證物料溫度低于共晶點；b 保證真空裝置達到系統(tǒng)所需真 空度；c 升華過程中加熱量需不高于水分升華所帶走的熱量，以確保物料溫度始終低于共熔點；d 后期隨著水分升華減少，系統(tǒng)內(nèi)壓力降低，可相應(yīng)緩慢升高物料加熱溫度，進一步將平衡水分轉(zhuǎn)化為自由水分而除去 D擱板溫度略高于物料溫度（提供升華熱），達到干燥終點時相等，維持合適的加熱量，達到合適的干燥速率。1-1. 有一40 m3的發(fā)酵罐裝料為28 m3，發(fā)酵罐盤管傳熱面積為30 m3，實罐滅菌后要求在5小時內(nèi)從 120 冷卻到30 。若冷卻水進口溫度為10 ，傳熱系數(shù)為1600（kgm2 h），水與料液比熱均為4.18 （kJkg ）。求：（1） 冷卻水流