1、湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝室）生物工程设备作业（ 1-4 章）绪论1 为提高生产效应或降低生产成本，生物工程设备发展的趋势是什么？ （1 ） 、设备材料越用越好：地缸、木桶水泥池碳钢、低合金钢 优质合金钢。（2 ） 、发酵设备容积逐渐增大：由传统的木桶 200-400L 逐渐发展到现在 :啤酒 320m3、谷氨酸 700m3、单细胞蛋白 1500m3、喷雾干燥塔由蒸发能力 50kg/h 发展到 5000kg/h。（3 ） 、自动化程度越来越高：由手动及人工看罐，发展到温度、搅拌、风量、风压、PH、溶氧、消泡、补料全部可以进行自控，应用微机管理。（4 ） 、设备趋于
2、标准化： 由自行设计、加工发展到厂家可提供标准图纸及可订购加工。（5 ） 、工艺流程更简单化：设备的整合使得单元操作合并，缩短了工艺流程；先进设备的应用，完全改变了原有复杂的工艺流程。（6 ） 、由分批生产向连续化生产过渡：连续化生产同分批生产相比较，具有优点：操作简单、生产能力大、设备利用率高（灭菌） 、生产质量稳定、易实现自动化。目前，液化、糖化、连消、发酵、浓缩、干燥、结晶等单元操作都可进行连续操作。2 为适应现代工业化生产的要求，生物工程设备技术改进的方向是什么？3 生物工业化的生产，对生物工程设备的要求是什么？ 掌握生物工程生产设备结构及工作原理。主要设备的设计计算及选型。掌握生物反
3、应器发酵罐的设计。了解国内外生物工程与设备的新技术、新设备及发展动向。初步具有独立分析和解决试验研究及工业生产上的工程设备问题的能力。物料输送1 在进行输送物料设备的选型时，一般考虑的主要因素是什么？2 斗式提升机的料斗类型和各自输送的对象是什么？ 深斗：深度大、装料多，较难卸料，适用于干燥、易撒落的颗粒物料。浅斗：深度小，斗口宽，易卸料，可用于较湿和较黏物料的输送。尖角形斗：侧壁延伸至板外成挡板，安装无间隙，侧壁相连成导槽，不易侧滚。3 斗式提升机的喂料和卸料方式有哪些，分别适用那种类型的物料？喂料掏取式：干燥松散的小颗粒、粉状物料，带速较高 喂入式：潮湿易结团或大颗粒物料，带速较低卸料离心
4、式：适用干燥松散且磨损小的物料重力式：适用黏度较大或较重不易甩出的物料4 带式输送机的基本机构和输送的对象是什么？ 组成：输送带、托辊、鼓轮、传动装置、张紧装置、加料装置、卸料装置水平或倾斜输送粉状、颗粒状、块状、整件物料5 螺旋输送机输送的特点？ 优点：构造简单，密封好，便于在若干位置进行中间装载或卸载。同时进行物料输送和混合缺点：动力消耗较大，物料易受损伤，螺旋叶及料槽也易磨损，输送距离短。6 风力输送的方式有哪些？ 各自的输送特点是什么？1. 吸引式输送 特点：多点吸料送到一点、负压状态，物料不会泄漏、风机在运行时不会污染物料、加料装置简单、物料造成风机磨损，输送动力有限，输送距离短，输
5、送量小2. 压力输送 特点：一点加料送到多点、输送动力大，输送距离长，输送量大、风机湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝室）工作环境较好、需要特殊加料装置；正压输送，粉料易泄漏；风机污染物料3. 混合式气流 特点：多点到多点送料、提高了风机的工作效率、结构复杂7 风力输送的加料装置有哪些，各自的特点是什么？A.单管吸嘴：结构简单，应用较多 B 带二次进风口的单管吸嘴：补充进气量 C 喇叭型双筒吸嘴：吸料口做成喇叭形，外筒和内筒的环隙是进气通道 D 固定型吸嘴：用于水平输送系统、物料通过料斗进入输料管中，由滑板调节进料量、空气进口应装有铁丝网，防止异物吸入8 旋风式分离器的结
6、构，工作原理？ 旋风式分离器对微粒的分离取决于那些因素？ 原理：利用离心力来分离物料 受物料种类，物料颗粒大小，气流速度，气密性及分离器结构等诸多因素的影响9 能输送液体的泵有那些类型？能输送气体的泵有那些类型？ 能输送含有颗粒物料的液体的泵有那些？离 心 泵、往复泵、旋转泵；旋片式真空泵、旋转真空泵、水循环真空泵；螺杆泵10 往复泵和螺旋泵的工作特点是什么？ 当活塞向右运动时，工作室的容积增大，形成负压，将液体经吸入阀吸入工作室；当活塞向左运动时，工作室的容积缩小，形成高压，将液体经排出阀排出工作室能均匀连续地输送物料，流量和压力脉动小；运转平稳，无振动和噪声；能自吸，改变转速可改变流量；排
7、出压力与螺杆长度有关（螺杆越长，螺距越多，压头升高就越大） 。螺杆的螺旋面加工要求高。适用含固体颗粒和高粘度料液物料预处理1 对于谷物类物料，在生物工业化生产中一般要经过那些预处理工艺？粗选机（除石、草、土块、小草籽、沙石和灰尘等）磁铁分离器（除磁性金属、铁钉、铁屑、铁丝等）精选机 （除圆形杂粒、半粒及分级等）分级筛（平板分级筛、圆筒分级筛）2 能去除谷物类原料中较大杂质的设备有那些？大麦粗选机、旋转式磁分离器3 干法粉碎和湿法粉碎的特点是什么？ 湿式粉碎是将水和原料一起加入粉碎机中，从粉碎机出来时即成粉浆。这种方法无原粉粉末飞扬，车间卫生好。但是粉浆必须随产随用，不宜储藏，且耗电量较多。 干
8、式粉碎是将干物料送入粉碎机中粉碎，有一定的粉尘涌出来，如果不采取必要的除尘措施，车间内会充满灰尘。4 干法粉碎设备有那些？各自主要的粉碎原理是什么？ 锤式粉碎机，工作原理：物料从上方加入，在悬空状态下被高速旋转的锤刀产生的冲击力所破碎；物料被抛至冲击板上，再次被击碎；物料在粉碎机内还受到挤压和研磨的作用辊式粉碎机，工作原理：主要工作机构为两个相对旋转的圆柱形辊筒；物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被挤压粉碎圆盘钢磨,原理： 1.单转盘构造： 两个带沟槽的圆盘，一个固定，一个 转动；进料口在圆盘中心；圆盘缝隙可调。物料进入后受离心力作用，在缝隙间向外甩出，并受到圆盘沟槽的研磨和剪切作
9、用而被粉碎。2.双转盘圆盘钢磨：两盘都旋转，方向相反 ，剪切作用大，效率更高。钢片式磨粉机，原理：当主轴转动时，带动粉碎齿轮、风扇叶片、动磨盘一起转动，物料由进料口不断被吸入，并被粉碎齿轮和齿套初步粉碎。经过初粉碎的物料被吸入动、静磨湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝室）盘的间隙中，受离心力的作用，通过此间隙向外运动，都到高速旋转的磨盘所产生的剪切力的作用，被研磨成一定细度的粉粒5 湿法粉碎设备有那些？各自的粉碎原理是什么？ 砂轮磨，操作时先加水再开机。砂轮磨片采用上静下动式结构，借固定的碟形上磨片和旋转的平行下磨片对物料进行粉碎。高压均质机，通过机械作用或流体力学效应造
10、成高压、挤压冲击、失压等，使物料在高压下挤研，强冲击下发生剪切，失压下膨胀，在这三重作用下达到细化和混合均质的目的。胶体磨，利用高速旋转的转子与定子之间的可调节的狭缝，使物料受到强大的剪切摩擦及高频振动等作用，有效地 粉碎、乳化、均质，从而获得满意的精细加工。6 糊化锅的结构及各个主要部件的作用？看 PPT 图构造：锅身为圆柱形；锅底为弧形或球形，蒸汽夹套（同时 4 个进口） 、保温层；弧形顶盖；环形洗水管，升气筒（1/301/50 截面积/ 液面积） ，环形污水槽、筒形风帽；旋浆式搅拌器（电机在下部） ；人孔（观察孔） ，下粉筒（粉、水等混合和同时加）7 过滤槽的结构及各个主要部件的作用？看
11、 PPT 图1醪液进口 2麦糟暂存箱 3耕糟机 4清洗环管 5照明 6人孔 7排气管 8调节阀 9视镜 10假底清洗管 11过滤泵 12耕糟机的升降和驱动装置8 啤酒生产中煮沸锅的作用，结构及各个部件的作用？看 PPT 图作用：蒸发多余水分、煮啤酒花、凝固蛋白质、灭菌结构：与糊化锅相同，但需容纳包括滤清汁在内的全部麦汁，体积较大。具外加热器的麦汁煮沸锅内有列管加热的麦汁煮沸锅9 糖蜜稀释器的结构是什么？看 PPT 图水平式糖蜜稀释器，结构：圆柱型水平管，出口端向下倾斜安装；中部有两根横杆。若干隔板和筛板，形成若干空段，孔径保证糖液处在湍流；隔板上的孔上下交错地配置，使交错流动无须搅拌；若干空段
12、根据工艺需要加入水及其它物质。立式糖蜜稀释器，结构：下部有两个连接管，一个进糖蜜，另一个进热水，流过最下边的一个中心有圆形孔的隔板后，糖液又与冷水混合。里面有 7-8 块具有半圆形缺口的隔板交错配置，这样液体呈湍流运动，使糖蜜和水更好地混合。空气净化除菌1、生物发酵工厂需要的无菌空气用什么方法来制备？辐射杀菌、热杀菌、静电除菌、过滤除菌、化学药品。其中辐射杀菌、化学药品杀菌、热杀菌等都是将有机体蛋白质变性而破坏其活力，从而杀灭空气中的微生物；而介质过滤和静电吸附则是利用分离方法将微生物粒子除去。2、空气除菌中要除去水雾和油雾的原因是什么?保持过滤器有比较高的过滤效率，维持一定的气流速度和不受油
13、水的干扰，满足工业生产的需要。否则：（1）导致传热系数降低，给空气冷却带来困难。 （2 ）如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵塞过滤介质的纤维空隙，增大空气压力损失。 （3）黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会浸润介质而破坏过滤效果。3、分析过滤除菌过程中可能存在的过滤机理，并简述其各作用机制。过滤介质的孔隙（2050 m） ，要除去微生物颗粒（0.52m） ，利用惯性碰撞、拦截、布朗运动、重力沉降和静电吸引等作用除菌。（1 ） 惯性冲击滞留作用机理，原理：当微生物等颗粒随空气流动进入过滤介质，气流碰到湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（42
14、7 寝室）滤层纤维时，空气就改变运动方向绕过纤维继续前进。微生物等颗粒由于具有一定的质量，在以一定速度运动时而有惯性，在惯性力作用下穿过气流层碰到纤维，由于摩擦、粘附作用，被滞留在纤维表面上。（2 ） 拦截滞留作用机理，当气流速度低于临界速度时，颗粒不会因惯性碰撞而被滞留。在气流绕过纤维时，颗粒随之改变方向，气流在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞留区内气流速度更慢，颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘着作用而被滞留。（3 ） 布朗扩散作用机理，很小的颗粒在流动速度很低的气流中能产生一种不规则直线运动，称为布朗运动。因布朗运动性碰撞介质纤维而被滞留，这种作用称为布朗扩散作用。布朗扩散运动使
15、较小微粒凝聚为较大微粒， 随即可能产生重力沉降或被过滤介质截留。与微粒和纤维的直径有关，并与流速成反比。（4 ） 重力沉降作用机理，当气流对微粒的拖带力小于微粒的重力时，微粒就沉降。对于小颗粒，只有当气流速度很低时才起作用，在空气的介质过滤除菌方面，这一作用很小（5 ） 静电吸附作用机理，许多微生物都带有电荷。枯草杆菌芽孢有 20%以上带正电荷，15%以上带负电荷。当具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于摩擦作用而产生诱导电荷，特别是用树脂处理的纤维表面产生电荷更明显。当菌体所带的电荷与介质的电荷相反时，就发生静电吸引作用。4、列出提高过滤除菌效率的措施 。（1 ） .减少进口空气的含菌数 。
16、可以从以下几个方面着手： (1)加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量； (2)提高空气进口位置（高空采风） ，减少空气进口含量； (3)加强压缩前的空气预过滤。 （2 ） .设计和安装合理的空气过滤器 。（3 ） .降低进入总过滤器空气的相对湿度。 主要从以下几个方面入手： (1)采用无油润滑空压机； (2)加强空气的冷却，去油水；(3) 提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。5、空气过滤除菌的设备主要有哪些？各自作用是什么？粗过滤器，作用：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器负荷。空气压缩机，提供动力，克服设备阻力。空气贮罐，作用：（1）消除脉动维持罐压的
17、稳（ 2）使部分液滴在罐内沉降（ 3）保温灭菌气液分离器，作用：将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去的设备。空气冷却器，热交换。 空气过滤器，深层过滤除菌。6 空气过滤除菌的一般流程和所有设备是什么？ 流程：1.空气压缩冷却过滤流程 2.一次冷却、分离、加热空气过滤除菌流程 3.两级冷却、分离、加热的空气除菌流程 4.前置高效过滤除菌流程 5.冷热空气直接混合的空气除菌流程6.冷热空气间接混合的空气除菌流程。 （工艺流程一般是将吸入的空气先经前过滤；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，使其相对湿度为 50%60%（一般用相对湿度在 60%
18、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） ；再通过空气过滤器除菌，达到合乎要求的无菌空气。 ）设备：1. 粗过滤器：油浴洗涤、水雾除尘 2.空气压缩机 3.空气贮罐 4.气液分离器： 旋风分离器、丝网分离器 5.空气冷却器：列管式、沉浸式、喷淋式、板翅式等 6.空气过滤器：纤维介质深层过滤器（填料式） 、纤维纸平板过滤器（平板式） 、管式过滤器7 味精生产中，空气除菌的所用的设备及各个设备的作用？ 见 PPT 图8 丝网分离器的结构是什么？见 PPT 图9 空气增湿和减湿的有那些方法？ 湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝室）增湿方法 1.往空气中直接通入蒸
19、汽（此法通常不能单独使用） ；2. 喷水（是应用最普遍的方法） ；3.空气混合增湿；减湿方法 1.喷淋低于该空气露点温度的冷水；2.使用热交换器把空气冷却至其露点以下；3.空气经压缩后冷却至初温，使空气减湿；4.用吸收或吸附法除掉水气，使空气减湿；5. 通入干燥空气。 （露点温度：空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度 ）10 空气加热或降温的设备有那些？ 立式列管式热交换器、沉浸式热交换器、喷淋式热交换器和板翘（翅）式热交换器等。5 章节 第 1 次习题简答题1 涡流式搅拌器的三种类型和各自特点是什么？答：1 平叶：混合和传质性能较好；在同样的搅拌雷诺数时，溶氧速率较高；
20、但功率消耗较大；剪切力大；2 箭叶：混合效果较好，但 KLa 较小，溶氧速率较低，适合于菌丝体发酵液；3 弯叶：剪切力小，效果介于平叶和箭叶二者之间。2 旋桨式搅拌器的特点是什么？答：旋桨式搅拌器循环量大，尤其适用于要求容器上下均匀的场合。轴向流循环量大、压头低3 动静环轴封的原理是什么？答：。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴，并作相对转动而达到密封。4 生物反应器的检测元件应具有什么性能？ 检测溶解氧浓度，检测 pH 和检测温度的元件是什么？答： 这些检测元件必须能满足蒸汽灭菌和不能对发酵液产生污染，具有可靠性，准确性，灵敏性等条件溶解氧:
21、溶氧电极，pH：pH 电极，温度：温度传感器5 选择发酵罐的特性参数有哪些？答 发酵罐的体积，通气方式， 搅拌桨类型，流加元件，检测元件，消泡方式，6 泡沫形成的原理是什么？泡沫对发酵的不利因素是什么？消泡的方式有哪些？答：泡沫形成的原理：微生物进行发酵活动时会产生一些气体，这些气体凝结形成气泡，冒到发酵液面，成为发酵泡沫不利因素：1 过多的泡沫通过排气管溢出，造成发酵液流失 2 过多的泡沫可能从灌顶渗透出去增加染菌几率 3 使部分菌体粘附在罐盖或者灌壁而失去作用 4 泡沫严重时，影响通风搅拌的正常进行，妨碍代谢气体的排除，对菌体呼吸造成影响，甚至是菌体代谢异常，影响生产率消泡方式：化学消泡（
22、添加消泡剂） ，机械消泡5 章节 第 2 次习题简答题1 发酵工艺研究的三个阶段各是什么？ 为什么要逐步放大试验规模？答：1 实验室阶段 2 中试阶段 3 工厂化阶段微生物发酵一般是从实验室摇瓶发酵（无氧发酵是密闭瓶）开始的。主要作用是两个，一是筛选出适宜、高产的菌种；二是找出合适的培养基配方和初步的发酵条件。方法一般是正交试验。其初步结果经验证后，需要进行中试放大。中间试验的规模有大有小，小到 10 升罐，大到 1 吨罐。其目的是：一方面是对小试结果进行进一步验证，进一步摸清发酵条件，另一方面是，由于小试与中试各方面条件有所变化，特别是湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝
23、室）对发酵条件的控制，如温度、溶解氧（含通风量和搅拌参数） （无氧发酵无此参数） 、pH 值等主要参数的控制方式与小试不同，会造成发酵结果与小试差别很大，而且有可能在不同的发酵阶段，采用不同的参数控制方式，这些都是在摇瓶小试时无法做到的。中间试验是为将来的大生产做准备，为大规模生产提供准确的工艺参数和设计依据，因此要逐步放大试验规模。2 生物反应器体积放大后，发酵性能会有哪些改变？答：1 机械搅拌器控制溶氧的改变 2 移热温度控制的方式改变 3 反应器液体流动的因素发生改变 4 发酵罐的消毒灭菌以及清洗方法的变化 5 接种方式的改变3 用对流时间常数和基质消耗时间常熟解释大型生物反应器的限制性
24、因素是物质传递。答，对于大型罐对流时间常数 tf 远远大于基质消耗时间常数 tc4 发酵罐操作的 流程是什么？ 做到灭菌彻底，要遵循那些原则？流程：空消实消降温接种、补料、取样放料清洗原则：三路进气，非进即出5 氧气从气体进入到细菌细胞内部的一般步骤是什么？答：氧传递过程：1 气泡中的氧通过气相边界层传递到气-液界面上；2 氧分子由气相侧扩散穿过界面传递到液相侧；3 在界面液相侧通过液相滞留层传递到液相主体；4 在液相主体中进行对流传递到生物细胞表面液膜外侧；5 再通过细胞表面液相滞留层传递进入细胞内。6 体积溶氧系数与那些因素相关？ 增加体积溶氧系数的方法有那些？（或提高发酵罐的溶解氧浓度的
25、方法有那些）因素：（1）操作条件，如搅拌转速、通气量等。 （2）发酵罐的结构及几何参数，如体积、通气方法、搅拌叶轮结构和尺寸等。 （3）物料的物化性能，如扩散系数、表面张力、密度、黏度、培养基成分及特性等。方法：1）增加搅拌器转速 N，以提高搅拌功率 Pg，可以有效地提高 KLa；2）加大通气量 VG，以提高空截面速率 vs；3）为了提高 OTR，提高罐内操作压力或通入纯氧，提高 C*。论述题1 为什么氧气的溶解是生物工业化生产中好痒发酵最棘手的问题？ 根据溶氧速率公式论述有那些因素可以提高氧气的溶解效率？答：与可溶性或易溶的物质相比， 氧气进入细胞多了气膜，气液截面的阻力， 而且气体溶解时形
26、成液膜传质阻力非常大。 由于上述两方面的原因，氧气的溶解非常困难，好氧发酵需求的溶解氧的量较大，所以氧气的溶解是生物工业化生产中好痒发酵最棘手的问题。1，提高 Kal 2，升高罐压提高 C* 给出溶氧是通风发酵的最大的限制性因素的理论解释，并说明提高氧气溶解速率的方法有那些？答： 氧是需氧微生物生长所必需的。氧往往容易成为控制因素，是因为氧在水中的溶解度很低，培养基因含有大量的有机和无机物质，氧的溶解度比水中还要更低，因此氧往往会成为细胞生长代谢的限制因素方法：与提高 Kla 一致5 章节 第次习题简答题 比较微生物、植物细胞、动物细胞对剪切力敏感性，营养物质和环境的要求差异剪切力敏感程度 营
27、养物质 环境要求微生物 低 简单 不敏感动物细胞 非常高 非常复杂 非常敏感植物细胞 高 较复杂 能忍受广泛范围 简述锥形啤酒发酵罐的结构及锥形啤酒发酵罐通过那些方式来强化传质的？湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝室）答：封头： 蝶形或封盖 筒体： 冷却夹套或管 锥底：啤酒出口压力安全阀 取样口 CO2 通气管真空安全阀 保温层排气口CIP 清洗进口CO2 回收管 动物细胞的培养与微生物的培养有那些差异？答： 动物细胞培养与微生物培养区别：动物细胞无细胞壁，且大多数哺乳动物细胞附着在固体或半固体的表面才能生长；对营养要求严格，除氨基酸、维生素、盐类、葡萄糖或半乳糖外，还需
28、有血清。动物细胞对环境敏感，包括 pH、溶氧、温度、剪切应力都比微生物有更严的要求，一般须严格的监测和控制。植物细胞培养与微生物培养区别：植物细胞对营养要求较动物细胞简单。但由于植物细胞培养一般要求在高密度下才能得到一定浓度的培养产物，以及植物细胞生长较微生物要缓慢，长时间的培养对无菌要求及反应器的设计也提出特殊的要求。论述题培养植物细胞和动物细胞的生物反应器各有那些，简述各种生物反应器的特点？植物细胞培养反应器：1 悬浮培养生物反应器1.1 机械搅拌式反应器：优点：混合性能好，传氧效率高，操作弹性大，可用于细胞高密度培养 缺点：剪切力大1.2 非搅拌式反应器：所产生的剪切力较小，结构简单2
29、固定化细胞生物反应器2.1 填充床反应器：优点：单位体积固定细胞量大。缺点：混合效率低，使必要的氧传递、pH 值、温度的控制和产物的排泄很困难；填充床中颗粒或支持物的破碎会阻塞液体流动；用于固定的胶粒在高压下容易变形，会导致填充床阻塞。2.2 流化床反应器：优点：在反应器内的流动使固定化细胞呈流态化悬浮状态，培养液与植物细胞充分接触，混合程度高，传质传热效果好。 缺点：剪切力和颗粒碰撞会破坏固定化细胞；流体动力学复杂使其放大困难。2.3 固定化细胞膜反应器：优点：可重复使用，可以采用较厚的细胞层缺点: 投资大动物细胞培养反应器：1 搅拌式生物反应器：搅拌式反应器靠搅拌桨提供液相搅拌的动力，它有
30、较大的操作范围、良好的混合性和浓度均匀性，因此在生物反应中被广泛使用。但由于动物细胞没有细胞壁的保护，因此对剪切作用十分敏感，直接的机械搅拌很容易对其造成损害，传统的用于微生物的搅拌反应器用作动物细胞的培养显然是不合适的。所以，动物细胞培养中的搅拌式反应器都是经过改进的，包括改进供氧方式、搅拌桨的形式及在反应器内加装辅件等。2 非搅拌式生物反应器：2.1 填充床反应器填充是在反应器中填充一定材质的填充物，供细胞贴壁生长。营养液通过循环灌流的方式提供，并可在循环过程中不断补充。细胞生长所需的氧分也可以在反应器外通过循环的营养液携带，因而不会有气泡伤及细胞。这类反应器剪切力小，适合细胞高密度生长2
31、.2 中空纤维反应器中空纤维反应器由于剪切力小而广泛用于动物细胞的培养。这类反应器由中空纤维管组成，每根中空纤维管的内径约为 200m，壁厚为 5070m。管壁是多孔膜，O2 和 CO2 等小分子可以自由透过膜扩散，动物细胞贴附在中空纤维管外壁生长，可以很方便地获取氧分。湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝室）2.3 气升式生物反应器气升式生物反应器也是实现动物细胞高密度培养的常用设备之一，其特点是结构简单，操作方便。有人在气升式反应器中利用微载体培养技术，研究了 Vero 细胞高密度培养的工艺条件。证明气升式反应器中悬浮微载体培养 Vero 细胞，在加入适量保护剂、营养供
32、应充足的情况下，细胞可以正生长至长满微载体表面，终密度可达 1.13106 个/mL。5 章以后1 升膜式蒸发器的设备工作原理和各个部件的名称工作原理： 物料从加热器下部进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。2 常用的离子交换设备的结构见 PPT 图3 酒精发酵罐的结构组成：罐顶：人孔、视镜、二氧化碳回收管、进料管接种管、测量仪器接口管，压力表 罐身：取样口、温度计接口罐底：排料口、排污口、喷淋水收集槽及出口。4 锥形啤酒发酵罐的结构 上面有5 沸腾造粒干燥器的结构 见
33、PPT 图6 清洗设备常用的清洗剂和清洗的一般流程是什么？清洗剂：酸或碱、表面活性剂、消毒杀菌剂(次氯酸盐 )、特殊清洗剂（尿素和氯化胍） 。流程：管件清洗罐的洗涤下游加工过程设备的清洗辅助设备的清洗去致热物质7 生物工程制冷设备和制热设备有那些？8 生物设备灭菌的一般步骤和灭菌操作时必须遵循的原则是什么？9 喷雾干燥器的类型和喷雾干燥的基本原理？气流喷雾干燥塔，工作原理：压缩空气以 0.250.6Mpa 的压力高速通过喷嘴时，将料液（含水 50%以上的溶液、悬浮液、浆状液等）吸入一并喷出成雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而成为粉粒状制品的干燥过程。离心喷雾干燥，工作原理：将液体加入高速旋转
34、的离心盘中，在离心力的作用下，液体不 断被加速，在盘的外缘被高速抛出，拉成薄膜状并获得雾化。为了使雾化均匀，圆周线速度一般为 90- 140m/s。转速可达 72757363rpm。10 板框式过滤机的结构 见 PPT 图滤板和滤框间隔排列，框两侧覆以滤布，形成空腔供滤板支撑、压紧。过滤板-滤框-洗涤板滤板的作用：支撑滤布，提供滤液流出的通道。正方形，角端开有小孔，两面制成沟槽，与滤出口和洗水孔道连通。11 生物工程工厂的水处理设备有那些？ 水的过滤装置：砂滤棒过滤器、活性炭过滤器、中空纤维超滤装置水的软化及脱盐：电渗析装置水的杀菌：隔水套管式紫外灯杀菌装置、臭氧杀菌流程名词解释生物反应器：培
35、养微生物、动植物细胞(组织)，获得其代谢产物或生物体的设备。人孔：生物反应设备为方便清洗或维修，在设备上预留的孔道，检修人员的出入设备的通湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝室）道。涡流式搅拌器：发酵罐的搅拌元件，由轮盘和叶轮组成，搅拌时主要促进径向的液体流动，轴向液体流动的促进作用较小。旋桨式搅拌器：发酵罐的搅拌元件，由轮盘和叶轮组成，搅拌时主要促进轴向的液体流动，径向液体流动的促进作用较小。轴封：一种摩擦密封或填料函，用以防止压缩机或其他流体输送设备轴与轴承之间的液体泄漏。轴封是防止泵轴与壳体处泄漏而设置的密封装置。夹套：小型发酵罐或发酵热较小的生物反应器的换热元件，
36、是在发酵罐罐身的夹空层。蛇管：一种可以定型的金属类软管和不可定型的金属类软管的一种通俗的名称，用于换热发酵热：伴随消化道内微生物发酵活动而产生的热量传热系数：由固体器壁隔开的热、冷流体在温度相差为一度时,单位时间内通过单位器壁面积的传热量,又称总传热系数,用 K 表示。空消 发酵培养基不加入发酵罐，空的罐体直接灭菌 实消 发酵培养基加入发酵罐，罐体和培养基一起灭菌连消 连续灭菌时， 需要灭菌的液体连续加入， 灭菌后的液体连续排出。比拟放大：把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大，而是以相似论的方法进行放大体积溶氧系数：KLa 是液膜传质系数 KL 与
37、气液比表面积 a 的乘积，或称为体积传质系数气升式发酵罐：利用空气喷嘴喷出高速的空气，空气以气泡式分散于液体中，在通气的一侧，液体平均密度下降，在不通气的一侧，液体密度较大，因而产生与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液体的环流喷射式发酵罐：发酵液通过文氏管或液体喷射装置时，在收缩段流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现氧传质。溢流式发酵罐：液体溢流通过溢流喷射器形成抛射流，液体表面层与相邻的气体进行动量传递，使边界层的气体具有一定的速率，从而带动气体进入发酵罐。流化床生物反应器：细胞包裹于胶粒、金属或泡沫颗粒中成为固定化植物细胞，通过培养液自下而上在反应器内的流
38、动使固定化细胞呈流态化悬浮状态，培养液与植物细胞充分接触，混合程度高，传质传热效果好。填充床生物反应器：细胞固定于支持物（胶粒、泡沫、金属颗粒或相连的网）表面或内部，细胞固定支持物颗粒堆叠成床，培养基在床层间流动，通过培养液流动实现混合和传质。蒸发过程的必要条件 充 足 的 加 热 热 源 ， 以 维 持 溶 液 的 沸 腾 和 补 充 溶 剂 汽 化 所 带 走 的 热 量 。 保 证 溶 剂 蒸汽 ， 即 二 次 蒸 汽 的 迅 速 排 除 。 一 定 的 热 交 换 面 积 ， 以 保 证 传 热 量 。搅拌器轴功率：是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。搅拌器输
39、入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。也称搅拌器的轴功率。深层过滤的对数穿透定律：进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。21lnNKL湖北工业大学生物工程学院 11 生技 2 班（427 寝室）搅拌雷诺准数 雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比,即 ,而在搅拌容器中,液体的代表速度 u= Redun Di ,并以搅拌器直径 Di 代替管径 d,此时的雷诺准数称为搅拌雷诺准数2ReinDm沸腾干燥沸腾干燥是利用流态化技术,即利用热的空气流体使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使粒子中的水分迅速汽化，达到干燥目的。离心澄清机藉离心沉降速度的
40、不同将固液两相分开的离心机称作离心澄清机全挡板条件是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：(0.12)0.5bDnnD-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数气体截留率在通风液体中由于充气而导致的体积增加率。通风前液体体积为 V L,通风时体积的增加量为 V g,则气体截留率 gLV膨胀率：流化床的体积随着气体流速的增加而增大，流化床体积与固体床体积之比称为膨胀率。热敏性物料一一一对热过程敏感，受热后会引起产物发生化学变化或物理变化而影响产品质量的物料。填空题： 1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用_ 椭圆_封头。 2、真空冷却
41、器是用_真空泵或蒸汽喷射器抽走不凝性气体_使冷却器达到一定的真空度。3、好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是_搅拌 ； 供氧 ； 保持正压 。 4、喷射自吸式发酵罐的优点是_ _剪切力小，对生物细胞的损伤小 ； 较高的溶氧速率和溶氧效率 反应溶液分布均匀 _。 5、空气过滤系统中贮气罐的作用是_ 消除压缩机排出空气的脉冲，维持稳定的空气压力_、_重力沉降作用分离部分油雾_、 6、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前应该安装_止逆_阀，以确保安全。 7、从工程上分析影响培养基湿热灭菌的因素有 pH 值 、 糖的浓度 、 盐的浓度 、染菌的浓度 、 杂菌种类 、培养基的质量 。8、发酵用的无菌空气的质量指标是： 压强 、 温度 、 湿度 、 洁净度 、 流量 。9、生物反应器换热面积设计计算设计的依据是： 。确定反应器中搅拌器的轴功率的依据是： 。10、通风反应器比拟放大的关键性参数是： 溶氧 、 搅拌 、 温度 。11、比较涡轮式搅拌器的三种形式，以 平直叶 所消耗功率最大。 KnV
