生物工程设备

生物工程设备 Revised as of 23 November 2020

第一章1.为什么发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法

湿热灭菌是利用高温饱和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白质变性进行灭菌的一种方式。工业发酵培养基灭菌的特点是数量多，含有很多固体物质；灭菌后要有利于生产菌的生长；方便易行及价格便宜。

由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具有很强的穿透力，灭菌效果好；

蒸汽来源及控制操作条件方便，适用于工业发酵培养基的灭菌。

2.实罐消毒灭菌操作过程的要点

A发酵罐及附属阀门无泄漏，无死角，无堵塞；B灭菌时罐内蛇管和夹层冷却部位的冷水彻底排除干净；C控制培养基颗粒大小；D罐内空气排除；E搅拌混合均匀;F液面以下与培养基接触的管道都要进蒸汽；G液面以上不与培养基接触的管道都要排气；

3.为什么灭菌后先开空气再开冷却

防止形成真空设备吸瘪，倒吸引起染菌费用

4.实罐灭菌如要缩短冷却时间，采用何种方式比较经济合理

增加冷却面积，虽然设备投资费用增加，但降低了日常的操作费用

5.生物反应器换热面积设计计算的依据生物反应器换热冷却用水量计算依

据

生物反应器换热面积的确定一般按某个生产品种的发酵过程中某个时刻最大的发酵热作为设计计算的依据。但对一些发酵热并不大的品种，应根据反应的发酵热及培养基灭菌时的冷却方法、要求来综合考虑确定。

生物反应器换热冷却用水量计算通常按发酵热来计算。但对一些发酵热

并不大的生产品种，对培养基灭菌采用实罐灭菌的应根据反应的发酵热及培养基灭菌时的冷却要求来综合考虑确定。

6.连续灭菌系统设计如何考虑节能

系统设计根据配置培养基的工艺特性选择合理的灭菌流程及高效节能的设备，流程设计考虑冷热流体的交换。

7.连续消毒灭菌的特点是什么

连续性强，快速灭菌消毒，培养基营养成分破坏少，灭菌质量稳定，发酵设备利用率高，适用于大容积发酵罐物料的连续灭菌消毒。但由于附加设备多，操作环节多，因此染菌机会增加，不适合于含大量固体物料的灭菌，对蒸汽的要求高。

8.从工程上分析影响培养基湿热灭菌的因素有哪些

培养基成分、起泡程度、培养基颗粒大小、罐内空气排除，搅拌混合均匀等。

第二章

1. 生物发酵用的无菌空气的质量指标

压强、温度、流量、相对湿度和空气洁净度

2. 压缩空气预处理的目的

提高压缩前空气的洁净度；去除压缩后空气中的油和水；保证通气发酵用无菌空气的质量指标。

3. 生物发酵热净化空气的质量指标如何控制

吸入空气的含尘量要低，选择合适空压机满足流量Vg、压力P的要求，通过冷却、分水、加热控制进发酵罐的空气温度T及进入过滤器空气的相对湿度（Ф

<=60%），经三级过滤保证进罐无菌空气的洁净度（100级）

4. 空气系统处理工艺流程

吸风塔→粗滤器→空压机→贮气罐→（延程冷却）→冷却器→分水器→加热器→总过滤器→预过滤器→(蒸汽过滤器)→除菌过滤器→发酵罐

5. 空气净化系统流程设计中如何考虑节能

延程冷却设置在动力车间；设计选用阻力较小的空气预处理及除菌设备；具有热交换的空气预处理流程；根据当地环境的不同选择合适的系统。

6. 空气分水、干燥设备如何选用

根据所制备空气的质量要求、产品的要求、投资、生产规模及应用场合。

实验室、中试规模建议采用空气冷冻干燥设备除水；生产规模则根据产品的附加值、产品的要求、投资及生产规模考虑；常规大发酵产品建议采用旋风分离器与丝网除沫器除水；基因工程菌、疫苗、动物细胞培养等建议采用空气冷冻干燥设备除水。

7. 发酵用的无菌空气的制备对空气的相对湿度有一定的要求，相对湿度是否越低越好为什么

不是,相对湿度控制在<=60%是保证空气过滤器的过滤效率及过滤器的使用寿命，相对湿度过低空气预处理能耗大，并且在发酵培养过程中蒸发带出的水分越多。8.采用旋风丝网除沫分水器，设备平衡如何考虑

与空压机一一对应配置。旋风丝网除沫分水器分水效率与流速有关，进气管道确定后流量增加或减少会影响设备的分离效率。

9.空气除菌采用热灭菌是否可行对设备有何要求

可行；要求设备耐更高的温度、压力，冷却量增加

第三章

1. 通用式机械搅拌微生物反应器有哪些主要结构部件组成罐体结构比例尺寸

罐体；搅拌装置；挡板；通气设备；传热装置；机械消泡装置；尾气处理设备。

/d=1-2

H/D=；B/d=；d/D=3；S/D=；W/D=1/8-1/12；S

1

2. 搅拌在生物反应过程中的作用

气体分散、气泡分散、传质、传热、混合

3. 通用式机械搅拌微生物反应器的搅拌桨如何组合选用

根据发酵液的生理特性、理化特性及搅拌在生物反应器中的作用，采用径向轴向桨的组合应用，通常底层采用径向桨分散气体，提高溶氧，上层采用轴向桨满足混合的要求。

4. 工业上通气式发酵罐为何通常使用圆盘涡轮式搅拌器

避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿着搅拌轴上升

5. 用于发酵罐的搅拌器有哪几种类型

径向流搅拌器：半圆管桨、抛物叶桨、六平叶桨、六弯叶桨、六箭叶桨；

轴向流搅拌器：四宽叶螺旋式桨、机翼螺旋桨、四斜叶、扇形圆弧叶桨、螺旋桨。

6. 通用式机械搅拌发酵罐采用变速搅拌有何优点

变速搅拌更能适应发酵过程中不同生长期对搅拌转速的不同要求，这样不仅可以节约搅拌所消耗的电能，并使一个发酵罐能够适应多种产品的生产。同时在培养基采用实罐灭菌工艺时，采用低转速搅拌，可避免电机因无通气下，搅拌电流超标，导致电机烧掉。

7. 如何提高生物反应器的供氧能力

提高空气流量；改变搅拌桨形式；提高搅拌转速和桨径；提高氧分压；改造培养基性质

第四章

1.*固液分离设备根据其原理分为哪些类型举例说明各有哪些设备分批式

与连续式操作，得到的物料有什么主要区别

A沉降设备重力沉降：重力沉降槽，增稠器

离心沉降：管式离心机，碟片式离心机，卧式螺旋离心机、三足式离心机

过滤设备常压过滤机

加压过滤机：板框压滤机、板滤机

真空过滤机：真空鼓式过滤机、叶滤机

离心过滤机：三足式离心机

膜分离设备微滤器、超滤器、反渗透器

B分批操作指每次操作向设备中投入一批物料，经过处理后排出全部物料后再重新投料；连续操作是指进料与出料同时进行。故分批操作后的物料出料流率、含固量可能有变化，连续操作得到的物料出料流率、含固量变化可能不大，同时两者滤渣的含水率和紧实度有区别，分批式操作滤渣含水率低，滤饼紧密度高，处理后料液含固量低。

2.*某热敏性物料中固体颗粒较细，需要采用离心设备进行液固分离。工

艺改进后黏度增加，原来离心机已不再合适，需要改用其他形式离心机，配套设备应做如何调整