生物工程设备复习大纲新编

1．1生物反应器设计基础

1、发酵罐数的确定。

可参考课件作业

1．2通风发酵罐

1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。

答：1. 机械搅拌发酵罐(TRC) 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，以保证供氧。 优点：高生产效率，高经济效益。

2. 气升式发酵罐(ALR) 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。 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 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。 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(4)设备便于自动化、连续化。

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％。

4. 通风固相发酵罐 优点：设备简单，投资省。

2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件

作用及原理。

1－轴封 ； 2、20－人孔；

3－梯； 4－联轴；

5－中间轴承； 6－温度计接口；

7－搅拌叶轮； 8－进风管；

9－放料口； 10－底轴承；

11－热电偶接口； 12－冷却管；

13－搅拌轴； 14－取样管；

15－轴承座； 16－传动皮带；

17－电机； 18－压力表；

19－取样口； 21－进料口；

22－补料口； 23－排气口；

24－回流口； 25－视镜；

b p t t t +=

3、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算（非通气状态和通气状态注意参数单位）。

非通气状态： 通气状态：

1．3嫌气发酵罐

1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。

2、酒精发酵罐的计算。

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。

4、新型啤酒发酵设备的优缺点。

答：圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐 ）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。

朝日罐的优点：可加速啤酒的成熟。发酵时罐的装量达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----碱喷洗----清水冲洗-----酸冲洗

6、连续发酵与间歇发酵的优缺点。

答： 连续发酵：培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，发酵周期短，设备利用率和生产效率高，易于自动化生产。缺点：微生物的突变，污染杂菌，混合均匀度不理想，丝状菌的输送困难。

间歇发酵：操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。

1．4．1动物细胞培养反应器

1、动物细胞培养的特点。

答：1. 细胞生长缓慢，易受微生物污染，培养时需要抗生素；

2. 动物细胞较微生物大得多，无细胞壁，机械强度低，适应环境能力差；

3. 培养过程需氧量少，且不耐受强力通风与搅拌；

4. 在机体中，细胞相互粘连以集群形式存在；

5. 培养过程产物分布于细胞内外，成本高，产品价格昂贵；

6. 大规模培养时，不可套用微生物反应的经验；

7. 原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡。

2、动物细胞培养反应器的分类。

5i 30D N P L P ρω=

答：1. 通气搅拌式细胞培养反应器 2. 气升式细胞培养反应器 3. 中空纤维细胞培养反应器 4. 实验室水平的微囊细胞培养反应器 5.工业化水平的大载体细胞培养反应器 6. 微载体细胞培养反应器 7. 活体生物反应器

1．4．2植物细胞培养反应器

1、植物细胞培养反应器的分类。

答：

2、植物细胞培养与微生物培养的区别。 答：细胞的大小 细胞块的形状

培养液的黏度

需氧量

Kla 值比微生物培养的Kla 值小得多

对剪切力敏感

需CO2和光照 1．4．3微藻细胞培养反应器

1、微藻细胞培养的特点及反应器种类。

答： 特点：（1）需要足够的光照；（2）需要供应大量的CO2和排放大量的O2；

（3）混合均匀，防止细胞沉降，且使细胞受光均匀；（4）微藻的培养基多采用海水配制，除淡水藻外。 种类：1.敞开式培养反应器 2.密闭式培养反应器 3.管道式光培养反应器 4.浅层溢流光培养反应器

1．5生物反应器的检测与控制

1、生物工程对传感器的要求。

答：（1）传感器能经受高压蒸汽灭菌；

（2）传感器及其二次仪表具有长期稳定性；

（3）最好能在过程中随时校正；

（4）探头材料不易老化，使用寿命长；

（5）探头安装使用和维修方便；

（6）解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞问题；

（7）价格合理，便于推广使用。

2、生物传感器及其组成。

答：生物传感器将生物体的成份（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。 组成：敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件

3、生化过程各参数控制图的绘制。

答：温度的控制 pH 的控制 溶氧的控制 泡沫的控制

4、PID 控制。

⎩⎨⎧固定化细胞培养悬浮培养植物细胞培养⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧光生物反应器组合式反应器

非机械搅拌反应器机械搅拌反应器悬浮培养反应器