生物工程设备期末复习题

一、名词解释

1.比拟放大：①指以实验室或中试反应设备所取得的试验数据位依据，设计制造大规模的反应系统，确定相当的工艺条件，已进行工业规模生产，尤其是在反应器放大过程中维持细胞生长与生物反应速度相似（P161）、②首先必须找出表征此系统的各种参数，将它们组成几个具有一定物理含义的无因次数，并建立它们之间的函数式，然后用实验的方法在实验设备里求得彼此函数式中所包含的常数和指数，则此关系式便可用作与此实验设备几何相似的大型设备的设计。P161

2.半连续式操作：又称反复分批式培养或换液培养， 是指在分批式操作的基础上，不全部取出反应系，剩余部分重新补充新的营养成分，再按分批式操作的方式进行培养，这是反应器内培养液的总体积保持不变的操作方式。P101

5、过滤效率:被捕捉的粉尘量与原空气含尘量之比

7、装料系数：发酵罐存在持气与气泡问题，必须充入培养液后留有一定的空间V=vo/fai 式中v ：发酵罐的代表容积；vo ：进入发酵罐的发酵液量。

8、实罐灭菌：将培养基至于发酵罐中用蒸汽加热，达到预订灭菌温度后，维持一定时间、再冷却到发酵温度，燃尽接种发酵，又称分批灭菌

9、升模式蒸发器：真空蒸发设备，主要由热室和气液分离器组成，在真空状态下溶液在蒸发器的加热表面形成液膜，很快受热升温、汽化、浓缩。液膜与蒸发的二次气流方向相同称为升膜式蒸发器

10、带式输送机：利用一根封闭的环形皮带，绕在相距一定距离的2个滚轮上，皮带有主动轮带动运行，物料在带上靠摩擦力随带前进，到另一端卸料。由皮带、托辊、滚轮、传动装置、张紧装置、加料装置和卸料装置组成。适用于松散湿物料、鼓舞颗粒及成件制品

14、发酵稀释比D:补料速度与反应器体积的比值（h-1），在稳定状态下，细胞的生长速率等于稀释速率 二.填空

1.某机械搅拌发酵罐内发酵液中的溶氧浓度为0.025mol/m 3,此罐压下饱和溶氧浓度为0.275 mol/m 3,此罐的KL a 值为1000(1/h),根据传质理论,计算此类发酵罐的供氧能力为 250 mol (O 2)/(m 3∙h)

2.某酒精工厂,每发酵罐的进料量为24t/h,每4h 装满一罐,糖化醪密度为1075 Kg/m 3,装料系数为0.9, 计算此发酵罐的全体积约为 100 m 3

3.啤酒发酵罐中发酵液的对流主要是依靠其中 CO 2 的作用,另外冷却操作时啤酒 温度 的变化也会引起罐的内容物的对流循环

4.CIP 清洗系统是Clean In Place 的简称,即 内部清洗系统 （在位清洗 ） ,进行大罐清洗工作的关键设备是 喷射洗涤装置 。

5．悬浮培养适用于非贴壁依赖型细胞，贴壁培养适用于贴壁依赖型细胞。除此之外还有一种 固定化（包埋） 培养对两类细胞都适用。

6.酒精厂以玉米粮食为原料的生产中需要 粗选机 、除铁

器 等设备对原料进行预处理。

7．锤式粉碎机的作用力主要为 冲击力 。

胀缩式糖蜜连续稀释器的工作原理是 糖液的流速随器径的几次 改变而流速多次改变，促进了糖液的均匀混合 。

8.啤酒厂生产麦芽汁多采用四器组合，四器为糊化锅 、

糖化锅 、 麦汁过滤槽 、和 煮沸锅 糊化锅的作用是

加热煮沸辅助原料，使淀粉液化和糊化 。

9.

管式离心机转鼓直径小，转速高,一般为15000r/min,分离

因数大,可达50000,因此分离强度高,可用于液-液分离和微粒

较小的悬浮液的澄清。

10．膜分离过程的实质是 小分子物质透过膜，而大分子或固体粒子被阻

挡 。

11．液-液萃取设备应包括3个部分：混合设备、分离设备、和溶剂回收设备。

12．蒸发器主要由__热交换器__和_____蒸发室___两部分组成。 13．结晶设备应有搅拌 装置,使结晶颗粒保持悬浮于溶液中,并同溶液有一个相对运动,以成薄晶体外部境界膜的厚度,提高溶质质点的扩散速度,加速晶体长大。

14．沸腾造粒干燥过程中，影响产品颗粒大小的因素有_停留时间、摩擦作用 _______和________干燥温度____。

15在用蒸汽加热灭菌时，要保证管道彻底灭菌,管路配置应能彻底排除冷凝水，故管路应有一定的斜度

和装设排污阀门。在灭菌开始时，还必须注意把设备和管路中存留的空气充分排尽，否则造成假压而实际灭菌温度达不到要求。

16．标出卧式空调室的部件的名称:3 喷嘴 4 挡水板:

三．问答题

二．解答题：

1.为什么说“生物反应器的结构对生物反应器的产品质量，收率和能耗起到关键作用？p1

答：”与化学反应器不同点是生物反应都以“自催化”方式进行，即在目的产物生成过程中生物自身要生长繁殖，要以生物体为中心，除了考虑反应器的传质、传热等性能以外，还需要选择适宜的生物催化剂，这包括了解产物在生物反应的那一阶段大量生成、适宜的PH和温度，是否好养和易受杂菌等；生物体是活体，生长过程可能受到剪切力影响，也可能发生凝聚成为颗粒，或因自身产期产气或手痛其影响而漂浮于液面；材料的选择能确保无菌操作的设计；检测与控制配置的可能性、安全性、经济性等。总之，生物反应器的设计原理是基于强化传质、传热等操作，将生物体活性控制在最佳条件，降低总的操作费用。

2.影响萃取操作的因素有哪些？p264

答：⑴萃取剂的选择⑵pH的范围⑶温度的确定⑷盐析、带溶剂、去乳化作用

3.简述连续发酵有什么优越性？为什么不能用连续发酵完全代替间歇式发酵？p89

答：⑴优越性：①培养液浓度和代谢产物含量相对稳定②保证产品质量和产量稳定③大叫周期短④设备利用率和产量较高⑤节省人力和物力⑥生产管理稳定⑦自动化生产；⑵为什么不能完全取代：由于在连续发酵试验和生产中，遇到了子啊长期连续发酵过程中，微生物突变和杂菌污染问题。

4.气升式生物反应器的特点？p51

答：①结构简单②不易染菌③溶氧效率高④能耗低等优点。

5.简述植物细胞培养的特点以及常用的培养器的类型及优缺点。P101~105

答：Ⅰ特点：⑴细胞比微生物细胞答⑵细胞聚集成细块⑶随着细胞浓度的增加黏度显著上升

解答一：

Ⅱ类型⑴悬浮培养生物反应器：①机械搅拌反应器：优点：能获得较高的a；缺点：由于大多数植物细胞并不需要太高的溶氧系数，而在较低的a值时机械搅拌式反应器单位体积消耗的功率比非机械搅拌反应器高；②非机械搅拌式反应器：Ⅰ优点（简化）a.结构简单，b.传氧效率高，c.切变力低Ⅱ优点（精细）a.适应植物细胞培养周期长，培养液随着进程而蒸发减少的生物反应过程；b.可抑制气泡的聚合，减弱气泡在液面破裂时产生的冲击力对细胞的损伤；c.可提高降液气含率，消除降液缺氧现象，并强化混合与氧传递，大大降低反应器高度，d.更易保持无菌；缺点：a.因搅拌强度较低而使培养物混合不均，b.过高的溶氧度对植物细胞合成次级代谢产物不利⑵固定化细胞生物反应器：①填充床反应器：优点 a.支持颗粒堆叠成床b.改善了细胞间的接触和互相作用；缺点由于混合效果不好常使床内氧的传递、气体的排出、温度和pH的控制较困难②流化床反应器：优点支持物颗粒处于悬浮状态，混合效果好；缺点a.流体的切变力和固定化颗粒的碰撞常使支持无颗粒破损b.放大困难；

③膜反应器：优点 a.易于控制，易于放大b.提供更均匀的环境条件c.可进行产物分离和反馈抑制；缺点成本较高

解答二：

6.提高过滤速度的方法都有哪些？p222

答：⑴通过改变悬浮液的物理性质而促其分离⑵选择适当的过滤介质和操作条件。

7.简述空气过滤的除菌机制？p405

答：采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气中所含的微生物，从而获得无菌空气。常用的过滤介质按孔隙大小可分成两大类，一类是介质间孔隙大于微生物，故必须有一定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的，称之为深层介质过滤；另一类介质的孔隙小于细菌，含细菌等微生物的空气通过介质，微生物就被截留于介质上而实现过滤除菌，称之为绝对过滤。

1.提高物料的干燥速度有哪些措施，生物工业中常用的干燥设备有哪些类型，请举例说明

答：（1）：可以采用以下措施，当干燥速率为表面汽化控制时，提高空气温度、降低空气湿度、改善空气与物料