生物工程设备(1)(1)(1).doc

1、临界溶氧浓度：满足微生物呼吸最低限度的溶解氧浓度。 全挡板条件：“全挡板条件”是指能达到消除液面旋涡的最低条件，即在一定转速下再增加罐内挡板或附件数也不会改善搅拌效果。过饱和溶解度曲线：由于固体物质的溶解度随温度变化而变化，随温度一定而一定，当溶液达到饱和以后，向溶液中加入这种溶质，溶质不再溶解，这种变化可以用过饱和溶解度曲线来表示。我们用纵坐标表示过饱和溶解度，横坐标表示温度，绘出固体物质的溶解度随温度变化的曲线，这种曲线叫做过饱和溶解度曲线。自由沉降速度：又称终端速度。指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰时，在等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度。即加速阶段终了时颗粒相对于流体的

2、速度。 比生长速率：每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率。 生物转化：是指外源化学物在机体内经多种酶催化的代谢转化。生物转化是机体对外源化学物处置的重要的环节，是机体维持稳态的主要机制。对数死亡定律：活菌数逐渐减小，即微生物死亡速率与任一瞬间残存的活菌数成正比。 非牛顿流体：指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。 薄膜蒸发：使液体形成薄膜而进行的蒸发称为薄膜蒸发。 预敷：在待过滤的悬浮液中加入适量的硅藻土预涂层，用以保护支持介质的毛细孔道不被滤饼层中固体粒子堵塞。气流的输送速度：利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料的速度。

3、搅拌器的轴功率：泵在一定流量和扬程下，原动机单位时间内给予泵轴的功。 对数穿透定律：过滤效率就是过滤器滤层所滤去的微粒数与空气中原有微粒数的比值。 液相进塔：粗镏塔发生的撒气先冷凝成液体然后再进入精馏塔（多一次排醛机会） 。气相进塔：指两塔连续蒸馏时，粗酒精蒸气气相进精馏塔流程。三塔式蒸馏：是指由粗镏塔、排醛塔、精馏塔三个塔组成的可以将液固液混合物分离成较纯或近千纯态组分的化工单元操作。 离心机的分离因数：离心分离机转鼓内的悬浮液或乳浊液在离心力场中所受的离心力与其重力的比值，即离心加速度与重力加速度的比值。 爬膜现象：环形流液体的上升是靠高速蒸汽流对液层的拖带而形成。贴壁生长：动物细胞比微生

4、物细胞需要更多的营养，且大多数哺乳动物细胞需依附着在固体或半固体的表面才能生长。旋转培养：反应器搅拌柔和，培养液可以连续地通过旋转的不锈钢或陶瓷过滤器从反应器中流出。功率准数：液体受到外力与惯性力的比值。雷诺系数：液体惯性力与粘滞力的比值。比拟放大：增加发酵生产的规模，如从实验室规模到中试规模，或者从中试规模到生产规模。比拟缩小：模拟工业生产条件进行实验室或中试试验。离心沉降：借惯性离心力的作用使连续介质中的分散质产生沉降运动的分离。离心过滤：滤液借惯性离心力作用迅速穿过滤饼及过滤介质而固体颗粒被截留的分离。沉降器：用重力沉降实现分离的设备。晶体：纯的，化学均一性的固体，同一晶体内各个不同部位

5、的成分和结构是相同的。轴封作用：对灌顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。公称容积：发酵罐的圆柱部分和底封头容积之和。调节稀释率：在开放式单级均匀混合非循环连续发酵系统中，通过人为调节新鲜培养液流入发酵器的速度。泡沫：气体被分散在液体中的一种胶体体系，气液之间被一层液膜隔开。1.培养基及其制备原料的预处理：除尘、除杂、筛选、分级。预处理的必要性、预处理的方法及意义：培养基的预处理可改变发酵液（培养液）的物理性质,以利于固液分离，还能去除发酵液（培养液）中部分杂质及杂菌以利于后续各步操作。发酵液的预处理的方法：（1）加热；（2）凝聚与絮凝；（3）加入盐类；（4）调节 pH；（5）加

6、入助滤剂。原料的输送以及气流输送的基本流程：沉降速度、悬浮速度、气流的输送速度2.培养基及设备的灭菌培养基灭菌的目的、要求和方法；目的：使生化反应过程在没有杂菌污染的情况下进行。方法：化学试剂灭菌法、电磁波、射线灭菌法、 热灭菌法 (干热、湿热和火焰灭菌法)、过滤除菌法 (阻留微生物，达到除菌的目的)。湿热灭菌的理论基础：芽孢或孢子的热阻要比生长期营养细胞的热阻大得多，这是由于芽孢或孢子内吡啶二羧酸含量对热阻的增加有关。另外，芽孢中蛋白质含水量较营养细胞低（特别是游离水分少） ，也是芽孢耐热强的一个原因。3.对数死亡定律、利用阿累尼乌斯方程推导解释高温短时间的理论依据微生物受热死亡的主要原因是

7、高热能使蛋白质变性，这种反应可认为是单分子反应，死亡速率可视为一级反应，即反应（微生物死亡）速率与残存的微生物数量成正比。4.培养基间歇灭菌过程中应注意的问题：利用反复多次的流通蒸汽加热，杀灭所有微生物，包括芽孢。方法同流通蒸汽灭菌法，但要重复 3 次以上，每次间歇是将要灭菌的物体放到 37孵箱过夜，目的是使芽孢发育成繁殖体。若被灭菌物不耐 100高温，可将温度降至 7580，加热延长为 3060 分钟，并增加次数。适用于不耐高热的含糖或牛奶的培养基。连续灭菌的基本流程；加热、保温、冷却。连续灭菌与间歇灭菌的比较；影响灭菌的因素：1 培养基成分：培养基中脂肪、糖分和蛋白质的含量越多，微生物的热

8、死速率越慢；2 培养基的物理状态：固体培养基和液体培养基的导热方式不同；3 培养基的 pH：大多数微生物在酸性或碱性溶液中，比在中性溶液中容易受热死亡；4 泡沫：泡沫具有隔热作用，传热很差；5 搅拌：保持发酵罐中培养基均匀，不至于局部过热与局部温度过低。5.空气除菌的工艺和设备空气中微生物的分布:空气中微生物的含量和种类，随地区、季节和空气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异。1 干燥寒冷的北方空气中的含菌量较少，而潮湿温暖的南方则含菌量较多；2 人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；3 地面又比高空的空气含菌量多。6.发酵工业对空气无菌程度的要求：各种不同的发酵过程，由于所用菌种的生长能力

9、强弱、生长速度的快慢它的分泌物的性质、发酵周期的长短、培养物的营养成分和 pH 值的差异，对所用的无菌空气的无菌程度有不同的要求。一般按染菌机率为 103 来计算，即 1000 次发酵周期所用的无菌空气只允许 12次染菌。空气除菌的方法：过滤除菌、热杀菌、静电除菌、辐射杀菌等。7.介质过滤除菌的机理：1 惯性碰撞-滞留作用；2 阻拦滞留作用；3 布朗扩散作用；4 重力沉降作用；5 静电吸附作用；6 筛分作用。绝对过滤介质：介质的孔隙小于微生物，利用阻留作用进行除菌。深层过滤介质：介质的孔隙大于微生物。利用拦截、颗粒的惯性冲击、布朗运动、颗粒与介质的静电引力和重力等作用进行除菌。8.对数穿透定律

10、：研究空气过滤器的过滤规律时为了简化做了 4 个假设条件下：（1）流经过滤介质的每一纤维的空气流态并不因其他临近纤维的存在而受影响；（2）空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附，不在被气流卷起带走；（3）过滤器的过滤效率与空气中的微粒无关；（4）空气中微粒在滤层中的递减均匀，即每一纤维层出去同样百分率的微粒数。在这些假定条件的前提下发现，空气通过单位滤层后，微粒下降的浓度与进入空气的微粒浓度成正比。即对数穿透定理。9.空气过滤除菌流程的分析：（组成、设备作用）：（1）将吸入的空气先经前过滤；（2）再进空气压缩机，从压缩机出来的空气先冷却至适当的温度，经分离除去油水，再加热至适当的温度，使其相对湿

11、度为 50%60%（一般用相对湿度在 60%的压缩空气进行过滤除菌，不会将过滤器打湿而影响过滤效果） ；（3）再通过空气过滤器除菌，达到合乎要求的无菌空气。10.厌氧发酵设备（1）酒精发酵罐的结构及计算：啤酒发酵设备（C.C.T）及计算：（外型结构特点、主要部件）：（2）发酵罐罐数的确定：对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算： N=nt/24+1式中 N：发酵罐个数（个） ；n：每 24 小时内进行加料的发酵罐数；t：发酵周期（3）发酵罐冷却面积的计算：发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：F=Q/(Ktm) F：冷却面积(米 2)；Q：总的发酵热(焦耳/小时)；K：传热总系数(焦

12、耳/米 2.小时.C)；tm：对数平均温度差(C)。11.某酒精工厂，每发酵罐的进料量为 24 吨小时，每 4 小时盛满一罐，发酵周期为 72 小时，冷却水的初、终温分别为 20C 和 25 C，若罐内采用蛇管冷却，试确定：发酵罐的结构尺寸？罐数？冷却水耗量？冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸？(糖化醪密度为 1076 公斤米 3)。12.通风发酵设备通风发酵罐及结构：通风发酵罐又称好气性发酵罐，如谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等发酵用的发酵罐。好气性发酵需要将空气不断通入发酵液中，以供微生物所消耗的氧。 机械搅拌发酵罐:机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是利用机械搅拌器的作用，使空

13、气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。气升式发酵罐的基本结构以及部件的作用；分为内循环和外循环两种。其主要结构包括：罐体、上升管、空气喷嘴。通气与搅拌：搅拌器轴功率的计算： mNDDNPK)(2530P0：不通气时搅拌器输入液体的功率（瓦） ；：液体的密度（公斤/米 3） ；：液体的粘度（牛.秒/米 2） ；D：涡轮直径（米） ；N：涡轮转数（转/秒） 。K，m：决定于搅拌器的型式，挡板的尺寸及流体的流态，是一个无因次数，可定义为功率13.氧的传递：步骤、影响氧传递速率的因素：根据经验公式 KLa = k(P/V)(vs)(app) （1）搅拌；

14、（2）空气流速；（3）空气分布管；（4）发酵罐内液柱的高度；（5）发酵液的性质；（6）泡沫和消泡剂。14.计算举例某细菌醪发酵罐，罐直径 T1.8(米)，圆盘六弯叶涡轮直径 D0.60 米，一只涡轮，罐内装四块标准挡板，搅拌器转速 N168 转分，通气量 Q1.42 米3分(已换算为罐内状态的流量)，罐压 P1.5 绝对大气压，醪液粘度1.9610-3 牛秒米 2，醪液密度 1020 公斤米 3，要求计算 Pg？(1)计算 ReM：ReM=5.25 104(2)由 NP ReM 查 NP ， NP =4.7(3)计算 P0：P0=NPD5N3= 8.07（千瓦）(4)计算 Pg15.过滤及离心

15、过滤速度的强化：（1）发酵液的预处理；（2）过滤介质的选择；（3）过滤操作条件优化（改善悬浮液的物理性质，优化操作条件） 。板框过滤机及真空转鼓过滤机的工作原理：连续式过滤机的一种。构造与转筒真空过滤机相似，操作原理也相同。以负压作过滤推动力，过滤面在圆柱形转鼓表面的连续过滤机。这种过滤机最初用于制碱和采矿工业，后来应用扩展到化工、煤炭和污泥脱水等部门。16.离心分离机的工作原理和分离因数：原理：（1）离心过滤：悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质(滤网或滤布)上，使液体通过过滤介质成为滤液；而固体颗粒被截留在过滤介质表面,形成滤渣，从而实现液-固分离。（2）离心沉降：利用悬浮液(

16、或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理，实现液-固(或液-液)分离。分离因数：离心分离机转鼓内的悬浮液或乳浊液在离心力场中所受的离心力与其重力的比值，即离心加速度与重力加速度的比值。离心过滤和离心澄清的区别：离心过滤仅是指滤饼层表面留有自由液层，即经过滤形成的滤饼层内始终充满液体的阶段；16.蒸发和结晶设备麦芽汁煮沸锅的结构特点：（1）锅体：麦芽汁煮沸锅锅体是一个近似球形的设备，因为球形可以用比较薄的材料做成体积比较大、又具有足够机械强度的容器，同时清洗方便，搅拌功率消耗比较小。（2）加热夹套结构：对于小型的煮沸锅，通常是在整个锅底装置加热夹套。但对于大型的煮沸锅，由于锅的直

17、径大，若采用整体加热夹套，受力较差，同时容量大，物料自然对流循环差，传热系数低，且加热面积也不能满足工艺加热速度的要求，因而大多做成向内凸出，以增大加热面积，促进物料循环，改善受热情况。这样的结构可以分别装置内外两个加热区，中心加热区能承受较高的压力，可使用较高的加热温度；外围加热区因圆周直径大，受热差，只能采用较低的工作压力。有些设计为增加加热夹套的操作压力，提高传热温度差，在夹层内焊上加强棒，使夹套内外两边拉紧，提高设备受压能力。（3）搅拌装置：搅拌的作用主要是使物料受热均匀，沸腾前加速物料的对流，以提高热交换的传热系数，同时也使固体物料不致沉淀在加热表面而造成过热和结垢现象，以致影响清洗

18、。（4）排汽管： 排汽管要有一定的大小和高度，其大小可按二次蒸汽排出的流速进行计算，排出的二次蒸汽会在排汽管壁上冷凝，管的冷凝液由集液槽排出，使其不致重新流人锅内而造成污染。排汽管道要装有调节风门，以防止室外冷空气倒流，影响产品质量。17.薄膜式蒸发器的原理：溶液在真空状态，较低温度下即沸腾、溶剂汽化，这称为真空蒸发浓缩。蒸发温度的高低，决定真空度的大小。通常真空蒸发的真空度一般为 600700mmHg，物料的蒸发温度为 5075。虽然蒸发温度比较低，但对于循环式真空蒸发设备因蒸发时间很长对热敏物质还是有较大影响的。为了缩短受热时间，可让溶液在蒸发设备的加热器内以很薄的液层通过，这样溶液就会很

19、快受热升温，汽化而浓缩，浓缩的溶液迅速离开加热表面，这称为薄膜蒸发。其蒸发浓缩时间很短，一般为几秒到几十秒。因溶液受热时间短，所以能保持产品原有的质量、风味和颜色。18.升、降、升降式：升式：溶液在加热管中出现爬膜的条件是加热的蒸汽与物料蒸发温度要有足够的温度差，使蒸发的蒸汽量和蒸汽速度达到足以带动溶液成膜上升。降式：物料溶液从加热管上部进入，经分配器导流管进入加热管，沿管壁成膜状向下流。19.结晶原理：晶体是具有一定几何晶形，一定颜色的固体。物质自溶液中成晶体状态析出，或从熔融状态受冷时成晶体状态凝结的过程称为结晶。起晶方法：（1）自然起晶；（2）刺激起晶法；（3）晶种起晶法。过饱和溶液的概

20、念：当某溶液溶质的溶解度大于其饱和度，若此时溶液中没有晶体，或其他刺激因素存在，溶液还是比较稳定，可保持一段较长的时间不会自然结晶析出，这个浓度区域称为介稳定区。过饱和溶液曲线以上浓度的溶液很快自然起晶析出。20.干燥原理：（2 种水分，2 种控制模式）在一定温度下，任何含水的湿物料都有一定的蒸气压,当此蒸气压大于周围气体中的水汽分压时,水分将汽化。汽化所需热量，或来自周围热气体，或由其他热源通过辐射、热传导提供。含水物料的蒸气压与水分在物料中存在的方式有关。物料所含的水分，通常分为非结合水和结合水。麦芽干燥塔：麦芽干燥塔的类型有水平烘床和垂直烘床，水平式烘床麦芽干燥塔过去在国内外广泛采用，外

21、观一般为矩形。有一到三层，由于两层和三层水平烘床干燥塔的热潜力不足，不允许强化烘焙过程及增大烘床上的麦芽层厚度，且结构复杂、造价高、生产能力低气流：利用热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使湿物料达到于燥的目的。喷雾：利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十抄内获得干燥。成品以粉末状态沉降于干燥室底部，连续或间断地从卸料器排出。21.沸腾：也称流化床干燥，是利用流态化技术，即利用热的空气使孔板上的粒状物料流化沸腾状态，使水分迅速汽化达到干燥目的。 、沸

22、腾造粒：利用流化介质（空气）与料液间很高的相对气速，使溶液带进流化床就迅速雾化，这时液滴与原来在沸腾床内的晶体结合，就进行沸腾干燥，故也可看作是喷雾干燥与沸腾干燥的结合。22.蒸馏双塔流程：（1）气相进塔：气相进塔是指两塔连续蒸馏时，粗酒精蒸气气相进精馏塔流程。（2）液相进塔：成熟醪经预热器之后进入粗馏塔，在塔内被塔釜蒸气直接或间接加热，使成熟醪中的酒分分离出来并向上挥发，被冷凝器冷凝成液体后，直接流入精馏塔或回流到粗馏塔，再由粗馏塔顶层塔板液相取料至精馏塔。相对挥发度：它表示气相中两组分的摩尔分数比为与之成平衡的液相中两组分摩尔分数比的 倍。三塔流程：醛塔、甲醇塔、杂醇油塔等：三塔式蒸馏流程是由粗馏塔、排醛塔、精馏塔 3 个塔组成。根据排醛塔和精馏塔的进料情况，可分为直接式、半直接式和间接式三类。另一类是在两塔式蒸馏的基础上，精馏塔后再加一个排甲醇塔，也组成三塔蒸馏。1 直接式：粗酒精由醪塔进入排醛塔以及脱醛酒进入精馏塔都是气相过塔；2 半直接式 粗酒精由粗馏塔进入排醛塔是气体，而脱醛酒进入精馏塔是液体状态；3 间接式：粗酒精进入排醛塔以及脱醛酒进入精馏塔都是液相进塔。