2020年(生物科技行业)河南工业大学生物工程设备习题集

（生物科技行业）河南工业大学生物工程设备习题集

问答题:(每题7分)

1.叙述喷射自吸式发酵罐的工作原理。

答:喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液送入文氏管中,由于文氏管的收缩段中流速增加,即动压力增加,静压力减小,形成负压,将无菌空气吸入,且被高速流动的液体打碎、分散,和液体均匀混合,提高发酵液中的溶解氧，这是溶氧阶段。当发酵液从上升管进入发酵罐后，微生物耗氧，同时发酵液向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入上升管，开始下壹个循环。

2.酒精发酵罐由于操作失误就可能造成罐内真空甚至被吸瘪，叙述造

成上述事故的原因，以及预防和修复(被吸瘪)的方法。

答：酒精发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下转罐或进行内部清洗时造成的。由于大型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快，有可能造成壹定的负压。另外，即便罐内留存壹部分CO2气体，在进行清洗时，由于清洗溶液中含有碱性物质，和CO2进行中和反应，除去了CO2也可能使罐内形成真空。如果不即时进

气，在外界压力作用下发酵罐就会被压瘪。所以大型发酵罐应设防止真空装置，在罐顶安装壹个真空安全阀。真空安全阀的作用是当罐内出现真空时，阀门开启，允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平衡。如果出现上述事故（发酵罐被吸瘪），能够用高压水涨法使其复圆。

3.圆筒锥底啤酒发酵罐上为什么要安装真空安全阀?祥细解释它的作

用。

答：筒锥底啤酒发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下转罐或进行内部清洗时造成的。由于大型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快，有可能造成壹定的负压。另外，即便罐内留存壹部分CO2气体,在进行清洗时,由于清洗溶液中含有碱性物质,和CO2进行中和反应,除去了CO2也可能使罐内形成真空。所以大型发酵罐应设防止真空装置。真空安全阀的作用是当罐内出现真空时，阀门开启，允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平衡。

4.叙述空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。

答：以外循环为例来说明空气带升式(气升式)发酵罐的工作原

理。在罐外装设上升管，和发酵罐构成壹个循环系统，在上升管的下部有空气喷嘴，空气以250~300米/秒的高速度喷入上升

管，借喷嘴的作用而使空气泡分割细碎，和上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复循环，在上升管提供微生物所需要的溶解氧，使发酵正常进行。

5.叙述喷射液化器的工作原理，它适用于哪些地方(工序)。

答：喷射液化器主要由喷嘴、吸入室、扩大管和调节手轮组成。

当带有压力的物料以高速进入喷射液化器经过其内部的喷嘴时，它的动能增大，静压能变小，造成吸入室内出现负压，将蒸汽吸入，且在吸入室内和物料接触，高速流向扩大管，物料和蒸汽在扩散管的喉部充分混合，物料被蒸汽加热，在瞬时将物料加热到所需的温度（80～105℃）。在扩散段内由于管径逐渐增大，物料流速逐渐降低，动能又转化为静压能，压力随之升高，从出口排出。

喷射加热器适用于对物料进行连续液化，如在味精厂、制药厂等的糖化工段(工序)等。

6.叙述喷射加热器的工作原理,它适用于哪些地方(工序)。

答：喷射加热器主要由喷嘴、吸入室和扩大管组成。当物料以高速经过喷嘴时,它的动能增大，静压能变小，造成吸入室内出现负压，将蒸汽吸入室内，物料和蒸汽在扩散管的喉部充分混合,物料被加热，在扩散段内速度逐渐降低，压力随之升高，动能又转化为静压能，从出口排出。

喷射加热器适用于连续加热物料的地方(工序),如连续灭菌等。

7.叙述自吸式发酵罐的工作原理。

答:自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器(转子)和导轮(定子),空气管和定子相连接,在转子启动前,先用液体将转子浸没,然后启动马达使转子转动,由于转子高速旋转,液体或空气在离心力的作用下,被甩向叶轮外缘,在这个过程中,流体便获得能量,若转子的转速愈快,旋转的线速度也愈大,则流体的动能也愈大,流体离开转子时,由动能转变为压力能也愈大,排出的风量也越大。

当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子的转速愈大，所造成的负压也愈大，由于转子的空膛用管子和大气相通，因此空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过定子而使气液均匀分布甩

出。由于转子的搅拌作用，气液在叶轮的外缘形成强烈的混合流（湍流），使刚刚离开叶轮的空气立即在不断循环的发酵液中分裂成细微的气泡，且在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中，因此转子同时具有搅拌和充气俩个作用。

8.叙述溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理。

答:溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液体由于自重通过溢流管向发酵罐跌落，形成抛射流，由于液体表面层作用，使靠近流体表面的无菌空气气体边界层具有壹定的速率，从而形成气体的流动和自吸作用，且被高速流动的液体打碎、分散,和液体均匀混合,使氧溶解在发酵液中的，这是溶氧阶段。发酵液进入发酵罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化碳和其它气体不断地从发酵液中分离且排出，发酵液的比重变大向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入循环管，开始下壹个循环。

9.通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器为什么要安壹个圆盘?

答：通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大，上升速度快，走短路，传质效果差。而安壹个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻挡，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。

10.什么是轴封？机械轴封和填料函轴封相比有什么优缺点？

答：轴封是安装在旋转轴和设备之间的部件，它的作用是阻止工作介质（液体、气体）沿转动轴伸出设备之处泄漏。

机械轴封和填料函轴封相比优点是:

a.密封可靠，在壹个较长的使用期中不会泄漏或很少泄漏。清

洁，无死角，能够防止杂菌污染。

b.使用寿命长，正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用２～５

年，最长有用到９年。

c.维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。

d.轴或轴套不受磨损。

e.摩擦功率耗损少，壹般约为填料函密封的10～50％

f.机械轴封对轴的精度和光洁度没有填料函要求那么严格，对旋转