生物工程設(shè)備集合

1、第一篇 生物反應(yīng)器第1章 通氣發(fā)酵設(shè)備1、通風(fēng)發(fā)酵罐的主要類型及其原理、優(yōu)缺點或特點。高效生物反應(yīng)器的特點：(1) 傳質(zhì)和傳熱性能好；(2) 結(jié)構(gòu)密封、防雜菌污染； (3) 設(shè)備簡單、維修方便；(4) 生產(chǎn)能力高 ；(5) 能耗低；(6)檢測控制系統(tǒng)完善；(7) 易放大； (8)生產(chǎn)安全主要類型：機械攪拌通氣發(fā)酵罐 氣升式發(fā)酵罐 自吸式發(fā)酵罐 通氣固相發(fā)酵設(shè)備機械攪拌通氣發(fā)酵罐：A.工作原理：利用機械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。氣升式發(fā)酵罐（類型：氣升環(huán)流式、塔式、空氣噴射式等。）A. 工作原理把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴

2、射進入發(fā)酵液中，通過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細(xì)碎，同時由于形成的氣液混合物密度降低故向上運動，而氣含率小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。B.特點：反應(yīng)溶液分布均勻；較高的溶氧速率和溶氧效率；剪切力??；傳熱良好；結(jié)構(gòu)簡單；能耗??；不易染菌；操作和維修方便 自吸式發(fā)酵罐A. 工作原理：不需空氣壓縮機提供加壓空氣，而依靠特設(shè)的機械吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣，實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。B.優(yōu)點：不必配備空氣壓縮機及其附屬設(shè)備，節(jié)約設(shè)備投資，減少廠房面積；溶氧速率高，溶氧效率高，能耗較低；生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟效率高設(shè)備便于自動化、連續(xù)化。C.缺點： 較易產(chǎn)生雜菌

3、污染，需配備低阻力損失低高效空氣過濾系統(tǒng)，罐壓較低，裝料系數(shù)約為40。機械攪拌自吸式發(fā)酵罐原理：電機帶動發(fā)酵罐底部空氣轉(zhuǎn)子高速運動將空氣甩出，借助轉(zhuǎn)子中心形成負(fù)壓將空氣吸入，同時由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)可起到攪拌器的作用，并將氣泡破碎分散。 噴射自吸式發(fā)酵罐：利用文氏罐噴射吸氣裝置或溢流噴射吸氣裝置進行混合和溶氧傳質(zhì)。2、機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐裝配圖、各部件作用及原理。罐體（壁厚計算）由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼。為了滿足工業(yè)要求，在一定壓力和溫度下操作，罐為一個受壓耐溫容器，通常要求耐受130和0.25MPa(絕對壓力)。攪拌器：有平葉式、彎葉式、箭葉式渦輪式和推進式等；其作用是打

4、碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中，并使生物細(xì)胞懸浮于發(fā)酵體系中，以維持適當(dāng)?shù)臍?液-固（細(xì)胞）三相的混合與質(zhì)量傳遞，同時強化傳熱過程。從攪拌程度來說，以平葉渦輪最為激烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。擋板作用：防止液面中央形成旋渦流動，增加其湍動和溶氧傳質(zhì)。通常擋板寬度取(0.10.12)D，裝設(shè)46塊即可滿足全擋板條件。所謂“全擋板條件”是指在一定轉(zhuǎn)速下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。要達到全擋板條件必須滿足下式要求： 軸封作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄露和污染雜菌。常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種端面式軸封又稱機械軸封：密封作用是靠彈性元件（彈簧、波紋等）的壓力使垂

5、直軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對轉(zhuǎn)動而達到密封。三部分：動環(huán)和靜環(huán)、彈簧加荷裝置、輔助密封元件空氣分布器空氣分布器的作用：吹入無菌空氣，并使空氣均勻分布。分布裝置的形式有單管及環(huán)形管等，常用的分布裝置有單管式?？諝庥煞植脊車姵錾仙龝r，被攪拌器打碎成小氣泡，并與發(fā)酵液充分混合，增加了氣液傳質(zhì)效果。消泡裝置消泡裝置就是安裝在發(fā)酵罐內(nèi)轉(zhuǎn)動軸的上部或安裝在發(fā)酵罐排氣系統(tǒng)上的，可將泡沫打破或?qū)⑴菽扑榉蛛x成液態(tài)和氣態(tài)兩相的裝置，從而達到消泡的目的。兩種消泡方法: (1) 加入化學(xué)消泡劑；(2)使用機械消泡裝置軸承中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有底軸承； 大型發(fā)酵罐裝有中間軸承。冷卻裝置（豎式蛇

6、管冷卻和豎式列管冷卻器可以起到檔板的作用。） 第2章 嫌氣發(fā)酵設(shè)備1、 酒精發(fā)酵罐和啤酒發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)特點。酒精發(fā)酵罐：罐體為圓柱體，底蓋和頂蓋均為蝶形或錐形。采用封閉式。罐體底部裝有集水槽，采用管外列管式噴淋冷卻，具有冷卻發(fā)酵液均勻，冷卻效率高的優(yōu)點。2. 酒精發(fā)酵罐的計算發(fā)酵罐全容積按下列計算: 式中 V發(fā)酵罐的代表容積（m3）；V0進入發(fā)酵罐的發(fā)酵液量（m3） 裝液系數(shù)， 一般取=0.850.90帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐全容積為:罐體高度、底、蓋高度和罐徑的尺寸關(guān)系：對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計算： 傳熱總系數(shù)K 冷卻水耗量的計算 3、 啤酒發(fā)酵罐的計算及設(shè)計中涉及的問題（如壓力

7、、真空、發(fā)酵液混和及對流）等。1）啤酒發(fā)酵罐的計算前發(fā)酵槽的計算A. 發(fā)酵槽數(shù)目的確定: B.前發(fā)酵槽體積的確定: C.前發(fā)酵槽冷卻面積計算： 后發(fā)酵槽的計算(1) 后發(fā)酵槽數(shù)目的確定： VS為每個后發(fā)酵槽的有效體積(2) 后發(fā)酵槽全體積的確定: 2）大型錐罐設(shè)計中的問題： 壓力；真空；熱交換及發(fā)酵液循環(huán)。4、 新型啤酒發(fā)酵設(shè)備的優(yōu)缺點。1） 圓筒體錐底立式發(fā)酵罐（簡稱錐形罐 ）。這種設(shè)備的優(yōu)點在于能縮短發(fā)酵時間,而且具有生產(chǎn)上的靈活性，適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。2） 聯(lián)合罐3） 朝日罐 優(yōu)點：可加速啤酒的成熟。后酵時罐的裝量達96，提高設(shè)備利用率，減少了排除酵母時發(fā)酵液的損失。缺點：動力

8、消耗大。5、 CIP在位清洗。預(yù)沖洗堿預(yù)洗中間清洗固定噴頭噴洗堿噴沖清水沖洗酸沖洗6、連續(xù)發(fā)酵與間歇發(fā)酵的優(yōu)缺點。間歇發(fā)酵：操作簡單，發(fā)酵周期長，發(fā)酵罐數(shù)多，設(shè)備利用率低。連續(xù)發(fā)酵：培養(yǎng)液濃度和代謝產(chǎn)物含量相對穩(wěn)定，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量穩(wěn)定的優(yōu)點，同時發(fā)酵周期短，設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率高，節(jié)省人力和物力以及生產(chǎn)管理穩(wěn)定，易于自動化生產(chǎn)。連續(xù)發(fā)酵存在的問題：（1）微生物的突變（2）污染雜菌（3）混合均勻度不理想（4）絲狀菌的輸送困難第3章 動物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器1.動物細(xì)胞培養(yǎng)的特點1. 細(xì)胞生長緩慢，易受微生物污染，培養(yǎng)時需要抗生素；2. 動物細(xì)胞較微生物大得多，無細(xì)胞壁，機械強度低，適應(yīng)環(huán)境能

9、力差；3. 培養(yǎng)過程需氧量少，且不耐受強力通風(fēng)與攪拌；4. 在機體中，細(xì)胞相互粘連以集群形式存在；5. 培養(yǎng)過程產(chǎn)物分布于細(xì)胞內(nèi)外，成本高，產(chǎn)品價格昂貴；6. 大規(guī)模培養(yǎng)時，不可套用微生物反應(yīng)的經(jīng)驗；7. 原代培養(yǎng)細(xì)胞一般繁殖50代即退化死亡。2、動物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器的分類。1）機械攪拌式細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器2）氣升式細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 優(yōu)點：沒有移動部件；完全密封；便于無菌操作；設(shè)計簡單；便于放大生產(chǎn)；氧的轉(zhuǎn)換率高。3）中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 優(yōu)點：培養(yǎng)體積小，細(xì)胞高密度生長；有濃縮產(chǎn)品的功能；產(chǎn)物純度高；自動化程度高，細(xì)胞生長周期長 缺點：中空纖維價格昂貴，生產(chǎn)成本高。4） 工業(yè)化水平的大載體細(xì)胞培養(yǎng)

10、反應(yīng)器 優(yōu)點：操作控制簡單，可隨機取樣檢測；人工增加附著細(xì)胞密度高；消耗用品價格低廉，產(chǎn)物收率高；5） 微載體細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 優(yōu)點：比表面積大，單位體積培養(yǎng)培養(yǎng)基細(xì)胞產(chǎn)率高;微載體懸浮于培養(yǎng)基中，細(xì)胞生長環(huán)境均一，簡化了這些環(huán)境因素的檢測和控制;培養(yǎng)基的利用率高;采樣重演性好;收獲過程簡單;放大較容易;勞動強度小，占用空間小。6） 轉(zhuǎn)基因動物生物反應(yīng)器動物乳腺生物反應(yīng)器;動物膀胱生物反應(yīng)器第4章 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器1、 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器的分類。 懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器：1.機械攪拌2.非機械攪拌3.組合式反應(yīng)器4.光生物反應(yīng)器 固定化細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器：1.填充床2.流化床3.膜反應(yīng)器1） 機械攪拌式反

11、應(yīng)器 優(yōu)點：混合性能好；傳氧效率高；操作彈性大；可用于細(xì)胞高密度培養(yǎng)； 缺點：剪切力大2） 非機械攪拌式反應(yīng)器 非攪拌式反應(yīng)器所產(chǎn)生的剪切力較小，結(jié)構(gòu)簡單。其主要類型有鼓泡式反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器等氣體攪拌式反應(yīng)器 3）組合式反應(yīng)器 利用“ 優(yōu)勢互補”原則，將兩種反應(yīng)器結(jié)合起來研究出組合式反應(yīng)器。帶有低速攪拌的氣升式發(fā)酵罐可彌補低氣速時混合性差的弱點。2、 植物細(xì)胞培養(yǎng)與微生物培養(yǎng)的區(qū)別。1)細(xì)胞的比微生物細(xì)胞大； 2)細(xì)胞塊的形狀變化大；3) 培養(yǎng)液的黏度大；4)需氧量小；5)Kla值比微生物培養(yǎng)的Kla值小得多；6）對剪切力敏感7)需CO2和光照 植物細(xì)胞培養(yǎng)具有的優(yōu)點：（1）代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)

12、完全在人工控制條件下進行，可以通過改變培養(yǎng)條件和選擇優(yōu)良培養(yǎng)體系得到超整株植物產(chǎn)量的代謝產(chǎn)物；（2）培養(yǎng)在無菌條件下進行，可排除病菌和蟲害侵?jǐn)_；（3）可以進行特定的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)；（4）可以探索新的合成路線和獲得新的有用物質(zhì)等。第5章 微藻生物反應(yīng)器1、 微藻細(xì)胞培養(yǎng)的特點及反應(yīng)器種類。微藻大規(guī)模培養(yǎng)的特點：（1）需要足夠的光照；（2）需要供應(yīng)大量的CO2和排放大量的O2；（3）混合均勻，防止細(xì)胞沉降，且使細(xì)胞受光均勻；（4）微藻的培養(yǎng)基多采用海水配制，除淡水藻外。微藻培養(yǎng)反應(yīng)器應(yīng)有條件：（1） 足夠的光照；（2）合適的溫度；（3）合適的無機碳源及其他無機營養(yǎng)物質(zhì)；（4）合適的pH；（5）充分混

13、合；（6）避免污染；（7）氧的析出。分類：敞開式培養(yǎng)反應(yīng)器優(yōu)點：成本低、建造容易、操作簡單、易于生產(chǎn)。缺點：培養(yǎng)效率低、培養(yǎng)條件無法控制、易受污染、水分易蒸發(fā)、光能利用率低密閉式培養(yǎng)反應(yīng)器優(yōu)點：培養(yǎng)效率高、培養(yǎng)條件易于控制、污染少、生產(chǎn)周期延長、適用于所有藻類的培養(yǎng)。第6章 生物反應(yīng)器的檢測與控制生化工程用傳感器應(yīng)具有的要求：（1）傳感器能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；（2）傳感器及其二次儀表具有長期穩(wěn)定性；（3）最好能在過程中隨時校正；（4）探頭材料不易老化，使用壽命長；（5）探頭安裝使用和維修方便；（6）解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞問題；（7）價格合理，便于推廣使用。1、 生物傳感器及其

14、組成。 傳感器：能感受(或響應(yīng))一種信息并變換成可測量信號(一般指電學(xué)量)的器件。 生物傳感器：將生物體的成份（酶、抗原、抗體、激素）或生物體本身（細(xì)胞、細(xì)胞器、組織）固定化在一器件上作為敏感元件的傳感器稱為生物傳感器。生物傳感器的特點：由選擇性好的主體材料構(gòu)成的分子識別元件，一般不需進行樣品的預(yù)處理；利用優(yōu)異的選擇性把樣品中被測組分的分離和檢測統(tǒng)一為一體；由于它的體積小、可以實現(xiàn)連續(xù)在位監(jiān)測；響應(yīng)快、樣品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反復(fù)多次使用。傳感器連同測定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀器，因而便于推廣普及。組成：敏感元件（分子識別元件）和信號轉(zhuǎn)換器件 1）敏感元件（酶電極、微生物電

15、極、免疫電極、） 2)信號轉(zhuǎn)換器（將分子識別元件進行識別時所產(chǎn)生的化學(xué)的或物理的變化轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置） 電化學(xué)電極可用作生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器的電化學(xué)電極一般可以分為兩種類型。電位型電極和電流型電極 生物熱敏器件：基于溫度測量原理，把生物功能材料和高性能檢測器件結(jié)合而成，如酶熱敏電阻。酶熱敏電阻可分為密接型和反應(yīng)器型。光生物電極 光生物電極的測量原理：生物發(fā)光反應(yīng)的測量原理；生物物質(zhì)的光吸收、光激發(fā)；生物反應(yīng)物質(zhì)對光傳播對干擾原理。競爭結(jié)合型、光吸收型、熒光淬滅型、指示劑型、生物發(fā)光型和光傳遞干擾型。組織傳感器以動植物組織薄片材料作為生物敏感膜的電化學(xué)傳感器稱為組織電極，此系酶電極的衍生型

16、電極動植物組織中的酶是反應(yīng)的催化劑與酶電極比較，組織電極具有如下優(yōu)點：1.酶活性較離析酶高.2.酶的穩(wěn)定性增大.3.材料易于獲得. 工作原理：將熱能變化轉(zhuǎn)換為電信號；將光效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號；直接產(chǎn)生電信號4、PID控制。（比例、積分、微分控制） 比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例放大系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。積分作用太強會使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。 微分控制可以克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 第7章 生物反應(yīng)器的比擬放大1、 生物

17、反應(yīng)器放大的目的。應(yīng)用理論分析和實驗研究相結(jié)合的方法，總結(jié)生物反應(yīng)系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律及影響因素，重點研究解決有關(guān)的質(zhì)量傳遞、動量傳遞和熱量傳遞問題，以便在反應(yīng)器的放大過程中盡可能維持生物細(xì)胞的生長速率、代謝產(chǎn)物的生成速率。 2、 放大的內(nèi)容。罐的幾何尺寸，通風(fēng)量，攪拌功率，傳熱面積和其他方面的放大問題，這些內(nèi)容都有一定的相互關(guān)系。3、經(jīng)驗放大中常用的兩種方法。1）以體積溶氧系數(shù)kLa(或kd)相等為基準(zhǔn)的放大法（實例） 高好氧發(fā)酵通常應(yīng)用等kLa的原則進行反應(yīng)器放大 放大后通氣強度和轉(zhuǎn)速下降2）以P0/VL相等的準(zhǔn)則進行反應(yīng)器的放大 對于溶氧速度控制發(fā)酵反應(yīng)的非牛頓型發(fā)酵液和高細(xì)胞密度培養(yǎng)，通常應(yīng)

18、用P0/VL相等準(zhǔn)則進行反應(yīng)器的放大。以攪拌葉尖速度相等的準(zhǔn)則進行機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的放大 以混合時間相等的準(zhǔn)則進行放大 第二篇生物反應(yīng)物料處理設(shè)備1、固體物料的篩選除雜設(shè)備具體包括哪些。谷物原料粗選設(shè)備：大麥粗選機、磁力除鐵器大麥精選機：利用雜粒與大麥不同的特點進行分離谷物原料的精選設(shè)備：碟片式精選機：特點：工作面積大，轉(zhuǎn)速高，產(chǎn)量大，碟片損壞可以更換。 滾筒精選機：優(yōu)點：分離出來的雜粒中含大麥較少，缺點：袋孔利用系數(shù)低，產(chǎn)量低，且工作面磨損后不能恢復(fù)。大麥的分級設(shè)備 ：平板分級篩：特點：分離效率高；占地面積??；能耗低；造價、維修困難圓筒分級篩：優(yōu)點：設(shè)備簡單、電動機傳動比平板分級篩方便。缺

19、點：篩面利用率少，僅為整個篩面的1/5。2、 原料粉碎的方式，具體設(shè)備干式粉碎：干物料送入粉碎機中。粉碎機包在機殼之內(nèi)，有一定的粉塵涌出來，如果不采取必要的除塵措施，車間內(nèi)會布滿灰塵。 設(shè)備：錘式粉碎機、對堒粉碎機、多堒粉碎機濕式粉碎：將水和原料一起加入粉碎機中，從粉碎機出來時即成粉漿。這種方法無原粉粉末飛揚，車間衛(wèi)生好，缺點是粉漿必須隨產(chǎn)隨用，不宜儲藏，且耗電量較多3、物料粉碎的力學(xué)分析 擠壓破碎、沖擊破碎、研磨粉碎、剪切破碎、劈裂粉碎。5、 錘式粉碎機的工作原理。工作原理：物料從上方料斗加入，在懸空狀態(tài)下就被錘刀沖擊力所破碎；小于弧形篩面篩孔直徑的微粒，逐步被篩面篩分，落入出料口；大于篩孔

20、直徑的顆粒，在受到錘刀沖擊后，由于慣性力的作用而高速四散、散落，有的撞擊成碎塊，小的逐漸被篩分，稍大顆粒再次彈起，又被高速旋轉(zhuǎn)的下排錘刀所沖擊，逐步使大顆粒變小。沒有撞擊到的顆粒，也會遇到后排錘刀的沖擊。如此反復(fù)，直至將大塊物料撞碎成細(xì)小顆粒后從篩孔落下進入出料口。此外物料在機內(nèi)還受到擠壓和研磨的作用。3. 兩輥式粉碎機的工作原理。工作原理：由兩個直徑相同的鋼輥相向轉(zhuǎn)動，把放在鋼輥間的物料夾住輥嚙入兩輥之間，物料受到擠壓力而被破碎。第二章 液體培養(yǎng)基的制備及殺菌設(shè)備1、 罐式連續(xù)蒸煮流程及蒸煮罐和后熟罐結(jié)構(gòu)特點及作用。粉漿罐粉漿泵蒸煮罐后熟器最后一個后熟器（氣液分離器）真空冷卻器連續(xù)糖化罐液體

21、曲貯罐糖化醪泵噴淋冷卻器混合冷凝器蒸汽噴射器熱水箱蒸煮器：下進上出 特點：蒸煮溫度可高可低；節(jié)省能耗；設(shè)備簡單，操作容易，制造方便后熟器：上進下出 特點：后熟器不再加入蒸汽，保持溫度，起到維持一定時間的后熟作用； 最后一個后熟器：是主要起到氣液分離的作用，使經(jīng)加熱、后熟的蒸煮醪分離出一部分二次蒸汽并使之降溫。2、 真空冷卻裝置設(shè)備圖及原理。真空冷卻：物料在一定真空度下蒸發(fā)部分水，需要汽化潛熱，取自料液本身，因而料液很快被冷卻到真空相應(yīng)的溫度。真空冷卻器中真空度產(chǎn)生：一般要借助于水力噴射泵或蒸汽噴射泵，連續(xù)地抽去真空冷卻器中的二次蒸汽。 結(jié)構(gòu)：圓筒錐底原理：由于器內(nèi)為真空，醪液產(chǎn)生自蒸發(fā)，產(chǎn)生大

22、量二次蒸汽。醪液在器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，被離心甩向周邊沿壁下流，由錐底排醪液口排出。二次蒸汽從器頂進入冷凝器，在冷凝器內(nèi)與水直接接觸而被冷凝，不凝性氣體則有真空泵或蒸汽噴射器抽走，造成器內(nèi)真空。3、 啤酒廠麥汁制備的四器組合。四器組合：四器為糊化鍋、糖化鍋、過濾槽和麥汁蒸煮鍋1） 糊化鍋：加熱煮沸輔助原料和部分麥芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。2）糖化鍋：使麥芽粉與水混合，并保持一定溫度進行蛋白質(zhì)分解和淀粉糖化。3）過濾槽：4）煮沸鍋：用于麥汁的煮沸和濃縮，把麥汁中多余水分蒸發(fā)，使麥汁達到要求濃度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物質(zhì)；還有加熱凝固蛋白質(zhì)、滅菌、滅酶的作用。2、 液體培養(yǎng)基的滅菌方法及工業(yè)

23、常用的方法。滅菌：指用物理或化學(xué)方法殺滅或除去物料及設(shè)備中所有有生命物質(zhì)的技術(shù)或工藝過程。 常用的滅菌方法有： (1)化學(xué)試劑滅菌：常用試劑有甲醛、氯、高錳酸鉀、環(huán)氧乙烷等； （2）射線滅菌：x-射線、 -射線、紫外線； （3）干熱滅菌；（4）濕熱滅菌；（5）過濾除菌；（6）電磁波滅菌3、 對數(shù)殘留公式及理論滅菌時間。6、實罐滅菌、連續(xù)滅菌及滅菌時間的計算。實罐滅菌：將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達到預(yù)定滅菌溫度后，維持一定時間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，又稱分批滅菌。 要保證分批滅菌的成功，必須有：1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，焊縫及軸封裝置可靠，蛇管無穿孔現(xiàn)象的發(fā)酵罐；2.壓力穩(wěn)定的蒸汽；3.

24、合理的操作方法滅菌時間的計算例：有一發(fā)酵罐，內(nèi)裝培養(yǎng)基40m3，在121的溫度下進行實罐滅菌。設(shè)每毫升培養(yǎng)基含有耐熱菌的芽孢2107個，在121 時的滅菌速率常數(shù)為0.0287s-1。試求滅菌失敗的機率為0.001所需的時間。解：連續(xù)滅菌：指培養(yǎng)基連續(xù)加熱、維持和冷卻后進入發(fā)酵罐有以下優(yōu)點：（1）提高產(chǎn)量，設(shè)備利用率高。（2）與分批滅菌比較，培養(yǎng)液受熱時間短，培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分破壞較少。（3）產(chǎn)品質(zhì)量較容易控制；蒸汽負(fù)荷均衡，操作方便（4）降低了勞動強度，適用于自動控制。滅菌時間的計算例：有一發(fā)酵罐，內(nèi)裝培養(yǎng)基40m3，在131的溫度下進行連續(xù)滅菌。設(shè)每毫升培養(yǎng)基含有耐熱菌的芽孢2107個，在1

25、31 時的滅菌速率常數(shù)為0.25s-1。試求滅菌失敗的機率為0.001所需的時間。3、 過濾、離心與膜分離設(shè)備1、 常壓、加壓和真空過濾具體設(shè)備。常壓：板框式壓濾機、板式壓濾機、自動板框壓濾機 真空：真空壓濾機2、 離心分離因數(shù)。常用的離心機有管式離心機和碟式離心機 普通離心機，f3000 高速離心機，f300050000，可用于乳濁液的分離；超速離心機，f500003、 常用的膜分離設(shè)備。型式優(yōu)點缺點管式易清洗、無死角，適宜于處理含固體較多的料液，單根管子可以調(diào)換保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓力較大中空纖維式保留體積小，單位體積中所含過濾面積大，可以逆洗，操作壓力較低（小于0.2

26、5MPa）動力消耗較低料液需要預(yù)處理，單根纖維損壞時，需調(diào)換整個模件螺旋卷繞式單位體積中所含有過濾面積大，換新膜容易料液需要預(yù)處理，壓力降大，易污染，清洗困難平板式保留體積小，能量消耗介于管式和螺旋卷繞式之間死體積大3、 離子交換分離、色譜原理及設(shè)備2、 離子交換的原理。離子交換過程包括5步：1. A+自溶液擴散到樹脂表面；2. A+從樹脂表面擴散到樹脂內(nèi)部的活性中心；3. A+在活性中心發(fā)生交換反應(yīng)；4. 解吸離子B+自樹脂內(nèi)部的活性中心擴散到樹脂表面；5. B+從樹脂表面擴散到溶液；具有多孔支持板的離子交換罐圓筒體的高徑比一般為23，樹脂層高度約為圓筒高度的50 70。1-視鏡 2-進料口

27、 3-手口 4-液體分布器 5-樹脂層 6-多孔板 7-尼龍層 8-出液口6、 萃取分離設(shè)備4、 溶劑萃取的方法。單級萃取、多級萃?。ㄥe流萃取、逆流萃取） 4. 鹽析、帶溶劑、去乳化的作用影響萃取操作的因素：1. 萃取劑的選擇 2. pH的范圍 3. 溫度的確定2、雙水相體系及常用于生物分離的雙水相體系。雙水相萃取原理：基于物質(zhì)在雙水相體系中的選擇性分配。雙水相體系：某些有機物之間或有機物與無機鹽之間，在水中以適當(dāng)?shù)臐舛热芙夂笮纬苫ゲ幌嗳艿膬上嗷蚨嘞嗨囿w系。常用生物分離的雙水相體系：PEG(聚乙二醇 )(葡聚糖 )系列和PEG無機鹽系列。第六章 蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備1、 常壓蒸發(fā)設(shè)備。麥芽汁煮沸鍋

28、： 外置加熱式夾套加熱式 內(nèi)置加熱式(列管式內(nèi)加熱器的煮沸鍋、具兩段內(nèi)加熱器的煮沸鍋)2、 真空蒸發(fā)的優(yōu)點及設(shè)備。1)真空蒸發(fā)的優(yōu)點：1.物料沸騰溫度降低，避免或減少物料受高溫所產(chǎn)生的質(zhì)變；2.沸騰溫度降低，提高了加熱蒸汽和溶液熱交換的溫度差，增加了傳熱強度；3.為二次蒸汽的利用創(chuàng)造了條件，可采用雙效或多效蒸發(fā)，提高熱能利用率；4.由于物料沸點降低，蒸發(fā)器熱損失減少2）管式薄膜蒸發(fā)器 特點：液體沿加熱管壁成膜而進行蒸發(fā)； 類型：升膜式、降膜式和升降膜式3、 升膜式蒸發(fā)器工作原理、降膜式蒸發(fā)器工作原理。1）升膜式蒸發(fā)器 工作原理：物料從加熱器下部進入，在加熱管內(nèi)被加熱蒸發(fā)拉成液膜，濃縮液在二次蒸

29、汽帶動下一起上升，從加熱器上端沿汽液分離器筒體的切線方向進入分離器，濃縮液從分離器底部排出，二次蒸汽進入冷凝器。對于加熱管子直徑、長度選擇要適當(dāng)，管徑不宜過大，一般在2528毫米之間，管長與管徑之比一般為 100150 ，這樣才能使加熱面供應(yīng)足夠成膜的汽速2） 降膜式蒸發(fā)器 工作原理：物料從加熱管上部進入，經(jīng)分配器導(dǎo)流管進入加熱管，沿管壁成膜狀向下流。3） 升降膜式蒸發(fā)器 工作原理：物料先進入升膜加熱管，沸騰蒸發(fā)后，汽液混合物上升至頂部，然后轉(zhuǎn)入另一半加熱管，再進行降膜蒸發(fā)，濃縮液從下部進入汽液分離器，分離后，二次蒸汽從分離器上部排入冷凝器，濃縮液從分離器下部出料。 升降膜式蒸發(fā)器的特點：易達

30、到升膜和降膜的要求；有利于降膜均勻分布，提高傳熱系數(shù)；用升膜控制降膜進料，有利于操作；兩個濃縮過程串聯(lián)，可提高產(chǎn)品的濃縮比，減低設(shè)備高度。2、 蒸發(fā)過程節(jié)能的方法。采用多效蒸發(fā)，循環(huán)利用熱能：將高能二次蒸汽用作加熱介質(zhì)去蒸發(fā)另外的物料而本身也被冷凝。熱泵蒸發(fā)：用機械泵或用蒸汽噴射泵將低壓蒸汽壓縮成較高壓力的蒸汽，將低品質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)能源而重新利用加熱蒸汽的辦法。5、真空煮晶設(shè)備結(jié)構(gòu)。煮晶鍋的結(jié)構(gòu)比較簡單，是一個帶攪拌的夾套加熱真空蒸發(fā)罐，整個設(shè)備由加熱蒸發(fā)室、加熱夾套、汽液分離器、攪拌器等4部分組成。第8章 干燥設(shè)備1、 氣流干燥原理。工作原理：利用熱空氣與粉狀或顆粒狀濕物料在流動過程中充

31、分接觸，氣體與固體物料之間進行傳熱與傳質(zhì)，從而使?jié)裎锪线_到干燥的目的2、 氣流干燥流程中脈沖管的工作原理。工作原理：物料在脈沖管底部，壓縮空氣從底部左右方向進入，而熱空氣則從底部下方進入，壓縮空氣和熱空氣均充分和物料接觸，而形成對流進行傳熱與傳質(zhì)，熱空氣再從上方出去。3、 噴霧干燥原理及幾種噴霧器的形式。1）噴霧干燥是利用不同的噴霧器，將懸浮液和粘滯的液體噴成霧狀，形成具有較大表面積的分散微粒同熱空氣發(fā)生強烈的熱質(zhì)交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾十秒內(nèi)獲得干燥。成品以粉末狀態(tài)沉降于干燥室底部，連續(xù)或間斷地從卸料器排出。2）噴霧器：壓力式噴霧器、氣流式噴霧器和離心式噴霧器。壓力式噴霧器 采用

32、壓力式噴嘴借助高壓泵的壓力將溶液、懸浮液、乳濁液、膏糊狀物料霧化成細(xì)小液滴，然后與高溫?zé)峥諝膺M行快速熱交換，在極短時間內(nèi)以簡單的工藝迅速連續(xù)干燥成細(xì)顆粒狀物料的設(shè)備。氣流噴霧器：依靠壓力為0.25-0.6Mpa的壓縮空氣高速通過噴嘴時，將料液吸入并霧化。內(nèi)部混合式和外部混合式，常用的是內(nèi)部混合式離心式噴霧器空氣經(jīng)過濾和加熱，進入干燥器頂部空氣分配器，熱空氣呈螺旋狀均勻地進入干燥室。料液經(jīng)塔體頂部的高速離心霧化器，（旋轉(zhuǎn)）噴霧成極細(xì)微的霧狀液珠，與熱空氣并流接觸，在極短的時間內(nèi)可干燥為成品。成品連續(xù)地由干燥塔底部和旋風(fēng)分離器中輸出，廢氣由風(fēng)機排空。4、凍干的原理及特點。1）原理：將濕物料（或溶液

33、）在較低溫度下（-10-50）凍結(jié)成固態(tài)，然后在高度真空下，將其中固態(tài)水分直接升華為氣態(tài)而除去的干燥過程。2）特點：干燥溫度低，特別適合于高熱敏性物料的干燥；能保持原物料的外觀形狀；凍干制品具有多孔結(jié)構(gòu)，有理想的速溶性和快速復(fù)水性；冷凍干燥脫水徹底，質(zhì)量輕，產(chǎn)品保存期長。第八章 蒸餾設(shè)備1、 灑精蒸餾揮發(fā)系數(shù)與精餾系數(shù)。1）揮發(fā)系數(shù)K是指沸騰溶液的蒸汽中酒精含量與酒精在水溶液中的含量之比。如，酒精的體積分?jǐn)?shù)為10%，與其沸騰溶液平衡的蒸汽中的酒精體積分?jǐn)?shù)為51%，則KA（A代表酒精） =51/10=5.12） 醪液中存在大量揮發(fā)雜質(zhì)，其揮發(fā)系數(shù)以Kc表示。雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)Kc與酒精的揮發(fā)系數(shù)KA

34、之比稱為雜質(zhì)的精餾系數(shù)K K=Kc/KA 當(dāng)K1時，則蒸汽中雜質(zhì)含量增加，雜質(zhì)多聚集在氣相中。 當(dāng)K1時，則蒸汽中雜質(zhì)含量減少，雜質(zhì)多聚集在液相中。 當(dāng)K=1時，則雜質(zhì)平均分布在氣相和液相中，在這種情況下，較難分離。2、 分子蒸餾技術(shù)。 分子蒸餾技術(shù)是在很高的真空條件下，對物料在極短的時間里加熱、氣化、分離，以達到提純的目的，分離的對象都是沸點高，而又不耐高溫、受熱容易分解的物質(zhì)。系統(tǒng)壓力一般在0.133-1.33Pa范圍內(nèi)，物料受熱時間僅為0.05s左右。 分子蒸餾因為在高真空中進行，與通常的常壓蒸餾，減壓蒸餾相比，其主要優(yōu)點是：（1）蒸發(fā)速度快；（2）蒸發(fā)溫度低；（3）分離效果好（因為相對

35、揮發(fā)度增大）；（4）分解、聚合現(xiàn)象少；（5）熱損失少；（6）共沸混合物消失；（7）在常壓中不能蒸餾的物質(zhì)也可以。 分子蒸餾器的種類與特征:圓筒式分子蒸餾器、降膜式分子蒸餾器、離心式分子蒸餾器 3、 水蒸汽蒸餾原理。水蒸汽蒸餾是用水蒸汽來加熱混合液體，使具有一定揮發(fā)度的被測組分與水蒸汽分壓成比例地自溶液中一起蒸餾出來。當(dāng)某些物質(zhì)沸點較高，直接加熱蒸餾時，因受熱不均勻易局部炭化，還有些被測成分，當(dāng)加熱到沸點時可能發(fā)生分解。這些成分的提取，可用水蒸汽蒸餾。原理：當(dāng)植物性芳香原料浸在水中并加熱至沸騰或用蒸汽通過芳香原料的料層中，由于原料組織表面的芳香油分與沸水或蒸汽直接接觸，從而產(chǎn)生水和油的兩個蒸汽分

36、壓?；旌险羝ㄟ^導(dǎo)氣管進入冷凝器進行冷凝冷卻，然后再經(jīng)過油水分離后，即得精油。 所謂“水散”，就是指水向原料組織進行滲透，并以它作為載體，將精油逐步擴散到組織表面，這種現(xiàn)象稱為“水散”所用。只有當(dāng)精油傳遞到組織表面，才能形成水和油兩個分壓，精油才能被蒸出，所以“水散”作用在水蒸汽蒸餾過程中就顯得十分重要了?！八ⅰ狈椒ㄓ袃煞N：一種是鍋外“水散”，另一種是鍋內(nèi)“水散”。 水蒸汽蒸餾的常規(guī)方法大致可分為三種形式，即水中蒸餾、水上蒸餾與直接蒸餾。第三篇第一章 空氣凈化除菌與空氣調(diào)節(jié)1、生物工業(yè)生產(chǎn)中對空氣質(zhì)量的要求。無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油，溫度，濕度，正壓等要求；生物工業(yè)生產(chǎn)中對無菌空氣的

37、無菌程度要求是：一般要求1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許一次染菌。即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-32、 空氣除菌的一般方法，生物工業(yè)常用的除菌方法。輻射殺菌、化學(xué)藥品殺菌、熱殺菌、靜電除菌、過濾除菌（工業(yè)常用）介質(zhì)過濾除菌是使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達到除菌的目的。5、 介質(zhì)過濾除菌機理及常用介質(zhì)。機理：微粒隨空氣流通過濾層時，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進，使氣流無數(shù)次改變運動速度和方向而繞過濾層前進，這些改變引起微粒對濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、攔截、布朗擴散、靜電吸附等作用而把微粒滯留在纖維表面。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性

38、炭、超細(xì)玻璃纖維、石棉濾紙、PVA燒結(jié)材料過濾介質(zhì)、燒結(jié)金屬過濾介質(zhì)等。4、 兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程（各設(shè)備的結(jié)構(gòu)及作用）。流程：空氣粗過濾器空壓機貯罐一級冷卻器旋風(fēng)分離器二級冷卻器絲網(wǎng)分離器加熱器過濾器無菌空氣流程特點：兩次冷卻，兩次分離，適當(dāng)加熱粗過濾器：搜集較大灰塵顆粒，防止壓縮機受磨損，減輕總過濾器負(fù)荷壓縮機：吸入空氣并使其獲得較高的離心力，再將其部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓輸出貯罐：消除壓縮機排出空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定空氣壓力，利用重力沉降除去部分油霧一級冷卻器：降低空氣溫度，將油、水凍結(jié)成較大霧粒旋風(fēng)分離器：分離空氣中較大微粒，并除去油和水二級冷卻器：降低空氣溫度，使其進一步冷卻

39、后析出較小的霧粒絲網(wǎng)分離器：分離較小直徑的霧粒加熱器：將空氣相對濕度降低至50%-60%，保證過濾器正常進行過濾器：除去空氣中余留的較小霧粒，獲得無菌空氣7） 對數(shù)穿透定律。過濾器的種類。 N：濾層中空氣的微粒濃度，個/m3；L：濾層厚度m；K：過濾常熟個/m2） 種類：纖維介質(zhì)深層過濾器 平板式纖維紙過濾器 管式過濾器 接迭式低速過濾器JPF空氣過濾器YUD-Z空氣過濾器6、焓濕圖及狀態(tài)變化過程。1等濕（干式）加熱過程：空氣狀態(tài)變化是等濕增焓升溫過程2等焓減濕過程：等焓減濕升溫過程變化 3等焓加濕過程 4等溫加濕過程5減濕冷卻（或冷卻干燥）過程第二章 設(shè)備與管道的清洗與殺菌1、保證管道徹底滅

40、菌的設(shè)計要求。1）管道應(yīng)有一定的斜度，通常取1/100或更大；2）凹陷低點安裝排污閥；3）管路有足夠的支撐點；4）盡可能減少和簡化管路，盡可能少用彎頭管件和閥門；5）盡可能減少最高與最低點，且在每個最高點裝設(shè)蒸汽進管，在最低點均裝冷水閥；6）每個罐及管道盡可能分開滅菌。這樣才能保證蒸汽殺菌的嚴(yán)密性與穩(wěn)定安全性。2、空罐滅菌。滅菌溫度和滅菌時間的要求是高溫長時(121，60分鐘) ，既合理經(jīng)濟，又能殺滅設(shè)備中各死角殘存的雜菌或芽孢。B. 設(shè)備材料及加工要求。1）設(shè)備材料的選擇 發(fā)酵罐及產(chǎn)品分離純化等設(shè)備、管道的材料多采用不銹鋼，尤其是可耐酸、耐堿、耐鹽等質(zhì)量優(yōu)良的不銹鋼，如1Cr18Ni9Ti和

41、含鉬的不銹鋼。塑料等高分子聚合物加工時應(yīng)盡可能表面上存在微孔。盡量不用低密度聚乙烯、氯丁橡膠和聚氯乙烯。 設(shè)備材料應(yīng)避免使用含鋅、鎘、鉛等的材料。2）加工要求：設(shè)備管路閥門等內(nèi)表面要求較高的光潔度，尤其發(fā)酵罐等要光滑、無細(xì)孔、無毛刺及凹坑裂紋等。設(shè)備內(nèi)焊縫需要機械打磨或拋光、電鍍。第三章 生物反應(yīng)物料輸送設(shè)備1、機械輸送設(shè)備種類。斗式提升機皮帶運輸機螺旋輸送機適用范圍：垂直提升固體物料，適用于松散型、小顆粒物料。裝料方式分掏取式和喂入式兩種；卸料方式：重力卸料：適用干燥松散磨損小的物料；離心卸料：適用黏度較大或較重的物料適用物料：松散干濕物料、谷物顆粒及成件制品。適用物料：松散的粉狀或小顆粒狀

42、物料3、 如何選擇輸送方式。選擇輸送方式時，應(yīng)根據(jù)物料的特性、輸送量、輸送距離、線路狀況、動力消耗等因素，綜合進行考慮。一般對于大麥、大米等松散的粒狀物料，最適宜用氣流輸送；而較大的塊狀物料或過細(xì)的粉狀物料，氣流輸送時困難較大。輸送量大且能連續(xù)運行的操作，宜用氣流輸送；輸送量少且是間歇操作的，不宜用氣流輸送。對短距離輸送，宜用低壓壓送；長距離輸送，則以高壓壓送有利。2、 氣流輸送。借助強烈的空氣流沿管道流動，把懸浮在氣流中的物料送至所需的地方。應(yīng)用：輸送大麥、大米、麥芽及地瓜干等松散物料。優(yōu)點：設(shè)備簡單，占地面積小，費用少，輸送能力和輸送距離的可調(diào)性大，管理簡便，易于實現(xiàn)自動化。缺點：動力消耗

43、比較大，不適于輸送潮濕的和粘滯的物料。根據(jù)設(shè)備組合不同，氣流輸送裝置可分為真空輸送、壓力輸送和壓力真空輸送。4、 旋風(fēng)分離器原理結(jié)構(gòu)。旋風(fēng)分離器主要由三部分組成：內(nèi)筒（也稱排氣管）、外筒和倒錐體。當(dāng)含雜質(zhì)氣體沿軸向進入旋風(fēng)分離管后，氣流受導(dǎo)向葉片的導(dǎo)流作用而產(chǎn)生強烈旋轉(zhuǎn)，氣流沿筒體呈螺旋形向下進入旋風(fēng)筒體，密度大的液滴和塵粒在離心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋風(fēng)管排塵口至設(shè)備底部儲液區(qū)，從設(shè)備底部的出液口流出。旋轉(zhuǎn)的氣流在筒體內(nèi)收縮向中心流動，向上形成二次渦流經(jīng)導(dǎo)氣管流至凈化天然氣室，再經(jīng)設(shè)備頂部出口流出。B. 離心泵原理及氣蝕現(xiàn)象。3） 原理：在啟動泵前，泵體及吸入管路

44、內(nèi)充滿液體。當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，葉輪帶動葉片間的液體一道旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣，動能也隨之增加。當(dāng)液體進入泵殼后，由于泵殼中的流道逐漸擴大，液體流速逐漸降低，一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，于是液體以較高的壓強沿排出口流出。與此同時，葉輪中心處由于液體被甩出而形成一定的真空，而液面處的壓強比葉輪中心處要高，因此，吸入管路的液體在壓差作用下進入泵內(nèi)。葉輪不停旋轉(zhuǎn)，液體也連續(xù)不斷的被吸入和壓出。4） 氣蝕現(xiàn)象：離心泵能吸上液體是由于在泵的葉輪進口形成了低壓，如果提高泵的安裝高度，將導(dǎo)致泵內(nèi)壓力降低，當(dāng)壓力降至被輸送液體的飽和蒸汽壓時，將發(fā)生沸騰。使液體以很大速度從周圍沖向氣泡中心，產(chǎn)生頻率很高，瞬時壓力很大的沖擊，這種現(xiàn)象就稱為氣蝕現(xiàn)象。發(fā)生氣蝕現(xiàn)象時，會發(fā)出噪音，使泵體震動，嚴(yán)重時可使泵根本無法工作，而且使泵的壽命大大降低第四章 生物工程供水與制冷系統(tǒng)及設(shè)備1、水處理的三個階段及設(shè)備。1）水過濾機理：水過濾是一系列不同過程的綜合效應(yīng)，包括篩濾、深層過濾和靜電吸附。常用水的過濾裝置：砂濾棒過濾器：砂濾棒（又稱砂芯）系選用多孔陶瓷原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。棒身具有許多細(xì)微孔，是過濾器發(fā)揮過濾作用的主體部分，未經(jīng)處理的原水經(jīng)過濾棒本身透過達到過濾澄清的目的。過濾器分上下二層，中間置放隔水板一塊。隔水板即是固定濾棒的裝置，又起液體過濾前后分界作用活性炭過濾器：活