11级生物工程设备作业(答案).doc

1、1、有一发酵罐，内装 40m3培养基，在 121温度下进行实罐灭菌，原污染程度为每 ml 有 2105个耐热细菌芽孢，121时灭菌速度常数为 1.8（/min），求灭菌失败机率为 0.001 时所需要的灭菌时间？（假设不计升温阶段所杀灭的菌数，把培养基中所有的菌均看作是在保温阶段被杀灭）。若对培养基采用连续灭菌，灭菌温度为 131，此温度下灭菌速度常数为 15（/min），求灭菌所需的维持时间？解： N0=40*10 6*2105=8*1012Nt=0.001，k=1.8（/min）灭菌时间为：2.303 N0 t= lg=20.34（min）k Nt 解： 2.303 C0t=lg k Ct

2、C0=2105（个/ml）Ct=1/40109 （个/ml）t=2.44（min）2、 某 酒 精 工 厂 ， 每 发 酵 罐 的 进 料 量 为 28t/h， 每 4h装 满 一 罐 ， 糖 化 液 密 度 为1082kg/m3发 酵 周 期 72h， 试 确 定 发 酵 罐 的 结 构 尺 寸 ,罐 数 。解：发酵罐个数和结构尺寸的确定：发酵罐个数：N=（nt/24）+1n=24/4=6 N=67224+1=19（个）取发酵罐装料系数 =0.9发酵罐体积 V=Vo/=2841000（10820.9）=115（m 3）发酵罐采用圆柱型，底、顶为锥型，结构比例如下H=1.2D h1=h2=0.

3、1DV=0.785D2（H+ 1/3 h 1+1/3 h2）=0.785 D 2（1.2D+2/30.1D）=115（m 3）则：D=4.87（m ） H=1.2D=5.84m h1=h2=0.1D=0.487m3、已知从汽液分离器排出的糊化醪量为 1000kg/h，其比热为 3.6kJ/kgk，温度为 100,要求冷却到 65，试计算真空冷却器基本尺寸（直径 D 和高度 H）。注：二次蒸汽在 65时汽化潜热 r=2343.4KJ/Kg; 在 65时蒸汽的密度为 0.16kg/m3; 取器内二次蒸汽上升速度不超过 1m/s; 取真空冷却器径高比 D:H=1:1.5。解： 糊化料液从 100冷却

4、到 65放出热量： Q=10003.6（100-65）=126000（kJ/h） 真空冷却器内产生的二次蒸汽量为： /h 二次蒸汽的体积流量为：53.8/0.16=336.25 m3/h 因故又因： D:H=1:1.5故： H=0.345x1.5=0.5175（m）4、某味精厂需新建 50M3种子罐,装料系数为 60%,已计算出主发酵期生物合成热Q1=7.0105kj/h，搅拌热 Q2=8.5104kj/h,查有关资料可知汽化热Q3=1104kj/h，醪液的比重为 =1.0410 3kg/M3，发酵温度为 32，冷却水进口温度为 15，出水温度为 26，冷却水的平均比热 Cp=4.186kj/

5、(kg.)，罐内采用不锈钢盘管冷却，其规格为 53/60 (mm),壁厚 3.5mm，其导热系数=188 kj/(Mh)，根据生产经验数据可取传热系数 1和 2分别为 2700 kj/(M h)和 1.45104kj/(M h)，另外管壁水垢层的热阻取 1/16750 2 2M h/kj ，试求发酵罐冷却面积、盘管总长度和冷却水耗量。参考公式： ； ； 211lg30.2)()(tttFm； 解: .总的热量Q=Q1+Q2-Q3=7.0105+8.5104-1104 =7.75105(kJ/h)121SK)(12tCQWp mtKQA.冷却水耗量 )/(1068.)52(186.407)( 3

6、2 hkgtCQWp .对数平均温度差.K 值的计算.冷却面积取整为 38 M2。.冷却蛇管总长度5、某厂在 100 升发酵罐中进行发酵实验，然后放大至 100m3发酵罐。试验罐的参数为：罐径 D400mm，搅拌状态下 Rem104,涡轮式搅拌器转速 350r/min，试按 P0/V 相等准则进行放大，计算放大罐直径和搅拌器的转速。解 ： V1=100L=0.1m3,V2=100m3,V2/V1=1000体 积 扩 大 1000倍 时 ， D2/D1=10， D2=10D1=4000 mm因 P N3D5,VL D3， P/VL N3D2，由 于 P/VL=常 数 ， N2=N1（ ） =35

7、0 0.214=75 r/min6、青霉素在 0和 pH2.5 时的分配系数（醋酸丁酯/水）为 35，若用 1/4 体积的醋酸丁酯进行二级逆流萃取，计算其理论收率？若改为二级错流萃取，第一级用 1/4 体积的醋酸丁酯，第二级用 1/10 体积的醋酸丁酯，计算其理论收率？解：n2，理论收率：理论收率：6)(.0lg30.)()(211Cttt oFm )C/(J01.931675803.1452701 22 hmkSK)(M6.3.1095.t 2mKQA)(.24056.14.38mdL75.814/3E%84.910.2175.814/31E 5.31/2E72.90.31. 7、设计一台通

8、风量为 50M3/min 的棉花活性炭空气过滤器， 空气压力为 0.4 MPa(绝对压力)，已知棉花纤维直径 d=16 微米，填充系数 = 8%，空气线速度为 0.1 M/sec，若进入空气过滤器的空气含菌量是 5000 个/M ， 要求因3空气原因引起的倒罐率为 0.1%，发酵周期 100 hr。工作温度为 40，平均气温为 20，计算空气过滤器的尺寸(过滤介质厚度和过滤器直径)。表1 纤维直径 d=16 微米，填充系数= 8% 时棉花纤维的K值空气流速 v 0(M/sec)0.05 0.10 0.50 1.0 2.0 3.0k(cm-1) 0.193 0.135 0.1 0.195 1.3

9、2 2.55解： 查表： 当 v0= 0.1 M/sec 时,K=0.13521lgNkLN1= 50005060100 = 1.5109N2= 10321lg.890.2()35LcmkP1 = 0.1 MPa P2= 0.4 MPaV1= 50 M /min = 0.83 M /sec33由气态方程得： 31220.(/sec)TP（M）24.1.67SVD答 : 该 空 气 过 滤 器 的 过 滤 介 质 厚 度 为 90.2 cm ,过 滤 器 直 径 为 1.67 M.1. 某酒精工厂，每发酵罐的进料量为 28t/h，每 4h 装满一罐，糖化液密度为 1082kg/m3发酵周期 72

10、h，冷却水初、终温为 20，25 ，若罐内采用蛇管冷却，发酵罐的总传热系数为 2000kJ/m2.h.,试确定发酵罐的结构尺寸,罐数,冷却水耗量 (假设发酵液热损包括蒸发热和向周围的散热为生物合成热的 10%即 Q2+ Q3=10% Q1) 。解：发酵罐个数和结构尺寸的确定：发酵罐个数：N=（nt/24）+1n=24/4=6 N=67224+1=19（个）取发酵罐装料系数 =0.9发酵罐体积 V=Vo/=2841000（10820.9）=115（m 3）发酵罐采用圆柱型，底、顶为锥型，结构比例如下H=1.2D h1=h2=0.1DV=0.785D2（H+ 1/3 h 1+1/3 h2）=0.785 D 2（1.2D+2/30.1D）=115（m 3）则：D=4.87（m ） H=1.2D=5.84m h1=h2=0.1D=0.487m发酵罐的总发酵热 Q Q= Q1- Q2-Q3Q1=msq=28410001%418.6=4.69105 KJ/hQ2+ Q3=10%q =0.1 4.69105 =0.469105 KJ/hQ= Q1- Q2- Q3=4.22105 KJ/h 冷却水耗量：W=Q/c（T 2-T1） =4.2210 5 /4.186（25-20） = 20162Kg/h 答：发酵罐的结构尺寸,罐数,冷却水耗量