生物工程设备复习分析解析

《生物工程设备》总复习题

1.辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细碎。常用的有两辊式、四辊式、

五辊式和六辊式等。试设计一个六辊式粉碎机的示意图并标明物料运动方向，各部件名称。

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2.Rushton涡轮是最典型的涡轮搅拌器，Smith等提出采用弯曲叶片的概念，

有效提高了载气能力，原因是什么？

当用Rushton涡轮式搅拌器把气体分散于低黏流体时，在每片桨叶的背面都有一对高速转动的旋涡，旋涡内负压较大，从叶片下部供给的气体立即被卷入旋涡，形成气穴，气穴的存在会影响到发酵罐内的气液传质能力。

弯曲叶片可使其背面的旋涡减少，抑制叶片后方气穴的形成，从而提高载气能力。 /70

3.绘制前置高效过滤空气除菌流程，并说明。

前置高效过滤除菌流程如下图，该流程使空气先经中效、高效过滤后，然后进入空气压缩机。经前置高效过滤器后，空气的无菌程度已达99.99％，再经冷却、分离和主过滤器过滤后，空气的无菌程度就更高。 /40

4.气升环流式发酵罐也是应用最广泛的生物反应设备。其特点有哪些？

①结构简单，冷却面积小；

②无搅拌传动设备，节省动力约50％，节省钢材；

③操作时无噪音；

④料液装料系数达80％～90％，不须加消泡剂；

⑤维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染；

⑥但不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数低。/87

5.罐式连续蒸煮的加热罐和后熟器，其直径不宜太大。原因是什么？

直径不宜太大，否则罐中醪液返混现象严重，不能保证醪液先进先出，致使醪液受热时间不均匀，甚至出现部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有部分醪液过热而焦化。 /20

6.啤酒生产过程中利用的圆筒体锥底发酵罐的优点有哪些？

①锥底罐是密闭罐，可作发酵罐，也可作贮酒罐，便于排放回收酵母，也

可用二氧化碳洗涤，除去生青气味，促进啤酒的成熟。同时，由于具备

采取加压、升温的操作，生产灵活性大，可以缩短生产周期。

②本身有冷却夹套，容易控制发酵温度，可满足生产工艺要求。尤其是锥

底部分有冷却夹套，回收酵母方便，操作简单，卫生条件好。

③有自动清洗设备，灭菌较彻底，杂菌污染机会少，有利于无菌操作，既

节省生产费用，又降低了劳动强度。

④由于是加压密闭发酵，减少了酒花苦味质的损失，可降低酒花使用量的

15％左右。在加压密闭条件下，二氧化碳溶解较好，啤酒的泡沫较好，泡持性有所改善。

⑤自身有冷却装置，可以有效地控制发酵温度。可置于室外以节约冷库面

积。结构较简单，投资费用较低。

⑥易于实现自动控制。 /99

7.绘制两级冷却、分离、加热的空气除菌流程，并说明。

它采取了二次冷却、二次分离和适当加热的工艺流程。所谓二次冷却、二次分离是指压缩空气经过第一次冷却后，大部分的水、油结成颗粒较大、浓度较高的雾粒，我们可用旋风分离器分离；然后压缩空气经过第二次冷却，使空气进一步析出其中的水和油，此时的雾粒颗粒较小，可采用丝网分离器分离。因此该流程可以适应各种气候条件，能充分地分离空气中含有的水分和油雾，使空气在低的相对湿度下进入过滤器，提高过滤除菌效率。 /39

8.动物细胞微载体悬浮培养反应器要解决的三个关键问题是什么？

①具有合适的搅拌，使微载体在培养液内悬浮循环流动，而又不因过高的

剪切力而使动物细胞受到破坏；

②不能像传统发酵罐那样用空气在培养液内鼓泡充氧，而只能用特殊方式

来传递氧，以满足所需要的溶氧浓度；

③在培养液中要严格控制pH，要求pH控制误差＜0.05。 /114

9.绘制氧气从气泡到细胞的传递过程示意图，并说明气-液相间的溶氧传质理

论。 /61

①气泡中的氧通过气相边界层传递到气-液界面上。

②氧分子由气相侧通过扩散穿过界面。

③在界面液相侧通过液相滞留层传递到液相主体。

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留层传递进入生物细胞内。

10.大型发酵罐常用的轴封为端面机械轴封，结构如书Ｐ84图4-12图所示，端

面机械轴封是靠什么达到密封？

端面轴封的作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并做相对转动而达到密封。 /75

11.发酵生产有哪种情况？典型的生产产品有哪些？

①通风发酵：抗生素、酵母、氨基酸、有机酸或酶的发酵生产；

②厌氧发酵：酒精、啤酒。

12.在啤酒生产过程中，需向哪个设备中加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物

质？

煮沸锅，可用于麦芽汁的煮沸和浓缩，利用它把麦芽汁中的水分蒸发掉，使麦芽汁达到要求的浓度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味和香味物质。还有加热凝固蛋白质、灭菌和停止酶的作用的功能。 /28

13.影响溶氧系数的因素有哪些？

①操作条件，如搅拌转速、通气量等；

②发酵罐的结构及几何参数，如体积、通气方法、搅拌叶轮结构和尺寸等。

③物料的物化性能，如扩散系数、表面张力、密度、黏度、培养基成分及

特性等。 /62

14.介质过滤空气除菌机理有哪些?

①惯性冲击滞留作用机理；②拦截滞留作用机理；③布朗扩散作用机理；④重力沉降作用机理；⑤静电吸附作用机理。 /37

15.气流输送的定义是什么？

气流输送，是借助气流在密闭管道中的高速流动，使物料在气流中被悬浮输送到目的地。 /274

16.生物培养中的基质消耗在哪些方面？

①微生物生长所需要的基质消耗；②维持微生物生存和合成产物所需要的基质消耗。

17.公称体积指什么？

公称体积是指罐的圆柱部分体积，其值圆整为整数，一般不计入封头的容积，平常所说的多少体积的发酵罐是指罐的公称体积。 /77

18.生物工厂采用的连续蒸煮设备有哪三种形式？

罐式、管式和柱式。 /18

19.啤酒厂糖化设备的组合方式多采用四器组合，每一个锅负责完成一项任务，

四器为哪几个设备？

四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽（或压滤机）和麦汁煮沸锅。

20.常用的连续灭菌流程有哪几个？

①连消塔-喷淋冷却连续灭菌流程；②喷射-真空冷却连续灭菌流程；③薄板换热器连续灭菌流程。 /5

21.发酵生产中有两种消泡方法：一是加入化学消泡剂，二是使用机械消泡装置。

常用机械消泡装置有哪几个？/73

①靶式消泡桨；②涡轮式消泡器；③离心式消泡器；④碟片式离心消泡器。

22.圆筒体锥底罐本身设置冷却夹套进行冷却，冷媒可采用哪几种物质？国内

外多采用什么为（直接蒸发）为冷媒，优点是什么？

冷媒可采用20％～30％的酒精或30％乙二醇水溶液，近年来，国内外多采用液氨（直接蒸发）为冷媒，优点是消耗能量低，管径小，省去一套制冷过程，