生物工程设备复习资料第一篇

生物工程设备复习资料第一篇

第一篇生物反应器

第一章通气发酵设备

1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。高效生物反应

器的特点：

(1)传质和传热性能好；(2)结构密封、防杂菌污染；(3)设备简单、

维修方便；(4)生产能力高；(5)能耗低；(6)检测控制系统完善；(7)易放大；(8)生产安全

主要类型：①机械搅拌通气发酵罐②气升式发酵罐③自吸式发酵罐④

通气固相发酵设备①机械搅拌通气发酵罐：A.工作原理：

利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中

溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。

②气升式发酵罐（类型：气升环流式、塔式、空气喷射式等。）A.工

作原理

把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，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。

B.特点：①反应溶液分布均匀；②较高的溶氧速率和溶氧效率；③剪

切力小；④传热良好；⑤结构简单；⑥能耗小；⑦不易染菌；⑧操作和维

修方便③自吸式发酵罐

A.工作原理：不需空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气

装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。

B.优点：①不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少

厂房面积；②溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低；③生产效率高、经济

效率高设备便于自动化、连续化。

C.缺点：较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40％。

机械搅拌自吸式发酵罐原理：电机带动发酵罐底部空气转子高速运动

将空气甩出，借助转子中心形成负压将空气吸入，同时由于转子旋转可起

到搅拌器的作用，并将气泡破碎分散。

喷射自吸式发酵罐：利用文氏罐喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进

行混合和溶氧传质。

2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件作用及原理。①罐体（壁厚

计算）

由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢。为了

满足工业要求，在一定压力和温度下操作，罐为一个受压耐温容器，通常

要求耐受130℃和0.25MPa(绝对压力)。

②搅拌器：

有平叶式、弯叶式、箭叶式涡轮式和推进式等；其作用是打碎气泡，

使氧溶解于发酵液中，并使生物细胞悬浮于发酵体系中，以维持适当的气

-液-固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。从搅拌程度

来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。

③挡板作用：防止液面中央形成旋涡流动，增加其湍动和溶氧传质。

通常挡板宽度取(0.1～0.12)D，装设4~6块即可满足全挡板条件。

所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：

0.1~0.12Dn0.5bnDD④轴封作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。

常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种

端面式轴封又称机械轴封：密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。

三部分：动环和静环、弹簧加荷装置、辅助密封元件⑤空气分布器空气分布器的作用：吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等，常用的分布装置有单管式。

空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。⑥消泡装置

消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置，从而达到消泡的目的。

两种消泡方法:(1)加入化学消泡剂；(2)使用机械消泡装置⑧轴承

中型发酵罐一般在罐内装有底轴承；大型发酵罐装有中间轴承。⑨冷却装置（竖式蛇管冷却和竖式列管冷却器可以起到档板的作用。）

第二章嫌气发酵设备

1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。

酒精发酵罐：罐体为圆柱体，底盖和顶盖均为蝶形或锥形。采用封闭式。罐体底部装有集水槽，采用管外列管式喷淋冷却，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高的优点。2.酒精发酵罐的计算

发酵罐全容积按下列计算:

VV0/式中V—发酵罐的代表容积（m3）；V0—进入发酵罐的发酵液量（m3）

—装液系数，一般取=0.85~0.90

2

带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积为:V罐体高度、底、盖高度

和罐径的尺寸关系：

hhπ2DH12433H1.1～1.5D,h10.1～0.14D,h20.05～0.1D

对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：Nnt/241传热总系数K冷

却水耗量的计算

K24.186A0.8D0.7D11.77RWQB

Cp(T2T1)3、啤酒发酵罐的计算及设计中涉及的问题（如压力、真空、发酵液混和及对流）等。1）啤酒发酵罐的计算①前发酵槽的计算

A.发酵槽数目的确定:Nnt或者N=nt/Z

B.前发酵槽体积的确定:VZV0/0.80.85

C.前发酵槽冷却面积计算：A②

后发酵槽的计算

(1)后发酵槽数目的确定：NV/VSVS为每个后发酵槽的有效体积(2)后发酵

槽全体积的确定:VVS/0.90.95

2）大型锥罐设计中的问题：

压力；真空；热交换及发酵液循环。4、新型啤酒发酵设备的优缺点。

1）圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐）。这种设备的优点在于能

缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要求。2）联合罐3）朝日罐

优点：可加速啤酒的成熟。后酵时罐的装量达96％，提高设备利用率，减少了排除酵母时发酵液的损失。缺点：动力消耗大。5、CIP在位

清洗。

预冲洗→碱预洗→中间清洗→固定喷头喷洗→碱喷冲→清水冲洗→酸

冲洗6、连续发酵与间歇发酵的优缺点。

间歇发酵：操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。

连续发酵：培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，从而保证了产品质

量和产量稳定的优点，同时发酵周期短，设备利用率和生产效率高，节省

人力和物力以及生产管理稳定，易于自动化生产。

QnNtNnt

KTmZ3

连续发酵存在的问题：

（1）微生物的突变（2）污染杂菌（3）混合均匀度不理想（4）丝状

菌的输送困难

第三章动物细胞培养反应器