生物工程通风搅拌反应器习题参考答案

第 1，2 章 通风搅拌反应器一、单项选择题1、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前_C_，以确保安全。A.应该安装截止阀 B.应该安装安全阀 C.应该安装止回阀 D.不应该安任何阀门2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般_A_反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下 0.5 米(大罐)。A.小于一个或等于一个 B.大于一个小于两个 D.等于两个 C.以上答案都不对3、塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。A. 蒸气 B. 酒精 C. 冷凝水 D. 热水4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_C_。A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.无搅拌器 D.锚式搅拌器5、气升式发酵罐的优点是无需 B 。A. 空气过滤系统 B. 搅拌器 C. 空气喷嘴 D. 罐外上升管6机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是：( A ) A通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降 B通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升 C与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变 D通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降7对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：( C ) A与通风量有关，与空气喷嘴直径有关B与通风量无关，与空气喷嘴直径有关 C与通风量有关，与空气喷嘴直径无关 D与通风量无关，与空气喷嘴直径无关8. 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需_。A.空气过滤系统 B.搅拌器 C.空气喷嘴 D.罐外上升管二、多项选择题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_ABC_封头。A.锥形 B.椭圆 C.蝶形 D.球形2、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是_ACD_。A.提高醪液湍流程度，有利于传质 B.增加发酵罐罐壁的机械强度 C.改变液流方向，由径向流改变为轴向流 D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率3、气升式发酵罐的特点有 BD A. 高径比(H/D) 比机械搅拌通风发酵罐的小 B. 无需机械搅拌C. 无需空气压缩机 D. 溶氧速率较高4、圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用 ABC 与啤酒发酵醪进行热交换。A. 乙二醇 B. 乙醇 C. 氨 D. 冷凝水5、生产中使用的酒精发酵罐是受压容器，因此上下封头一般选用_ACD_封头。A. 锥形 B. 球形 C. 蝶形 D. 平板6. 喷射自吸式发酵罐的优点是 。A. 空气吸入量与液体循环量之比较高 B. 无需搅拌传动系统 C. 气液固三相混合均匀 D. 适用好氧量较大的微生物发酵三、填空题1 、目前，常用的通风发酵设备有 、 、 和 等，其中应用最多的是 。 2 、通风发酵罐的消泡装置有 、 、 和等。3 、通风发酵罐的主要结构有 、 、 和 等。 4 、 嫌气发酵设备包括 和 等，酒精发酵罐的全体积公式为 。 5、 通用式发酵罐是典型机械搅拌通风发酵罐，其罐的传热装置有 、 和 等几种。 6体外培养的动物细胞有两种类型,一种是_，来源于血液、淋巴组织的细胞，许多肿瘤细胞（包括杂交瘤细胞）和某些转化细胞属于这一类型，可采用类似微生物培养的方法进行悬浮培养。另一种是_，大多数动物细胞，包括非淋巴组织的细胞和许多异倍体细胞属于这一类型，它们需要附着于带适量正电荷的固体或半固体表面上生长。 7. 植物细胞悬浮培养所用生物反应器主要有 和 。 8、植物细胞培养反应器的固定化细胞培养反应器有 、和 等类型。 四、判断题（）1、100 m 3 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在 140-160 rpm 之间，所用变速装置为无极变速器，以调整搅拌转速。（）2、通用式机械搅拌发酵罐的高径比一般为 1.7-2.5（）3、一个 10 吨左右的通用式机械搅拌发酵罐往往采用夹套作为传热装置。（）4、在发酵罐排气系统中安装的碟式消泡器的工作原理与离心分离机基本相同。（）5、用通用式机械搅拌发酵罐进行糖化酶（黑曲霉）发酵时，在维持搅拌功率不变的前提下，减少搅拌器直径，增加其转速，有利于提高溶氧系数，因此在糖化酶（黑曲霉）发酵罐设计时，采用小高，对发酵有利。（）6、通用式机械搅拌发酵罐中搅拌器的作用是打碎泡沫,促使二氧化碳从醪液中排出。（）7、100 m 3通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在 140-160 rpm 之间,所用变速装置多为三角皮带轮变速。（）8、空气进罐的最后一个阀门往往采用安全阀，这是防止由于操作失误造成的发酵液倒流入空气过滤系统。（）9、比较涡轮式搅拌器的三种形式，以平叶式所消耗功率最小。 五、概念1. 搅拌器的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。2. 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3. 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 VL,通风时体积的增加量为 Vg,则气体截留率 L六、问答题1. 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。答：在罐外装设上升管，与发酵罐构成一个循环系统，在上升管的下部有空气喷嘴，空气以 250300 米/秒的高速度喷入上升管，与上升管的发酵液密切接触，使上升管内的发酵液密度较低，加上压缩空气的喷流动能，因此上升管的液体上升入罐。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。2. 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一个圆盘?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。而安一个圆盘，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。3 啤酒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：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，有可能造成一定的负压。另外，即便罐内留存一部分 CO 气体,在进行清洗时,由于清洗溶液中含有碱性物质,与 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，在罐顶安装一个真空安全阀。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），可以用高压水涨法使其复圆。4. 什么是轴封？机械轴封与填料函轴封相比有什么优缺点？答：轴封是安装在旋转轴与设备之间的部件，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。机械轴封与填料函轴封相比优点是:密封可靠，在一个较长的使用期中不会泄漏或很少泄漏。清洁，无死角，可以防止杂菌污染。使用寿命长，正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用年，最长有用到年。.维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。轴或轴套不受磨损。摩擦功率耗损少，一般约为填料函密封的 1050机械轴封对轴的精度和光洁度没有填料函要求那么严格，对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感，对轴的震动敏感性小。适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种转速以及各种腐蚀性、磨蚀性、易燃、易爆、有毒介质的密封。其缺点是：结构复杂，需要一定的加工精度和安装技术。七、画图题1. 画出通用式机械搅拌发酵罐(50 M 以上)的示意图，并至少注明十个部件3的名称。2. 画出柠檬酸厂 5 M 通用式机械搅拌种子发酵罐的示意图，并至少注明十3个部件的名称。八、计算题（第 1、2 题可任选一题）1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/(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 1.4510 kj/(M h)，另外管壁水垢层的热阻取 1/16750 M242h /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: 1.总的热量Q=Q1+Q2-Q3=7.0105+8.5104-1104 =7.75105(kJ/h)2.冷却水耗量 )/(1068.)52(186.07)( 32 hkgtCQWp 121SK)(12tCQWp mtKQA3.对数平均温度差4.K 值的计算5.冷却面积取整为 38 M2。6.冷却蛇管总长度2 某抗菌素厂需新建 30M3种子罐，装料系数为 60%，已计算出主发酵期生物合成热 Q1=4.4105kj/h，搅拌热 Q2=7.2104 kj/h，查有关资料可知汽化热 Q3 =1104 kj/h，醪液的比重为 =1.0410 3 kg/M3，发酵温度为 32，冷却水进口温度为 16，出水温度为 25，冷却水的平均比热 Cp=4.186 kj/ (kg )， 罐内采用竖式蛇管冷却，蛇管为水煤管，其规格为 53/60 (mm)，壁厚3.5mm，其导热系数 =188 kj/ (M h ) ，根据生产经验数据可取传热系数 1和 2分别为 2.7103 kj/(M2 h )和 1.45103kj/(M2 h )，另外管壁水垢层的热阻取 1/16750 M2 h /kj，试求发酵罐冷却面积、竖式蛇管总长度和冷却水耗量。 参考公式： ； ； 211lg30.2)()(tttFm； 解:SK)(12tCQWp mtKQA6)(6.10lg30.2)()(21Cttt oFm )C/(J01.9321675803.1452701 22 hmkSK)(M6.3.1095.t 2mKQA)(.24056.14.8mdL1.总的热量Q=Q1+Q2-Q3=4.4105+7.2104-1104 =5.02105(kJ/h)2.冷却水耗量=1.33104 (kg/h)3.对数平均温度差4.K 值的计算= 1.932103 kJ/(M2 h)5.冷却面积根据生产实际情况取整 A=25M26.竖式冷却蛇管总长度)(12tCQWp)1625(8.0)(9.10lg30.2)()(21Cttt oFm112SK1675083.014570mtKQA)(85.39.102.525M056.1432=140.92 (M)3有一 50m3 的发酵罐，装料系数为 0.7,罐的直径为 3m,采用三层六弯叶涡轮搅拌器进行搅拌,搅拌桨直径为 1m,搅拌器转速为 130 转/分,罐内装有 4 块档板,通气量为 25m3/min,罐压为 0.05Mpa(表压),培养温度为 28,发酵液的粘度为1.9610-3Pas,密度为 1050kg/m3,封头直边高度为 0.04m,封头凸出高度为(1/4)D求:液柱高度 HL及 H/D?不通气时的搅拌功率为多少?通气时搅拌功率为多少?解：1） 求液柱高度 HL及 H/D从安全的角度，把 50m3 的发酵罐认为是公称容积计算是很安全的，但罐的使用效率不高，从准确和有效利用的角度，将 50m3 认定为全容积也是可行的，这里由于装料系数只有 0.7,可以看作是全容积.实际装料 V=500.7=35m3下封头的体积为： 322221815.)604.(3 34160.mhDVab 筒体实际装料为：V2=V-V1=35-3.815=31.185m 3筒体装料高度 DVH4.785.04221则液柱高度 HL=4.414+0.04+0.75=5.2mmDV63785.0124221总总故高径比 H/D=6/3=22）求不通气时的搅拌功率由于具有 4 块档板，假定满足全档板条件，则dAL10 46322 10.1096.5ndReMP=Kn3d5 K=NP对六弯叶涡轮，查表 NP=5P= Kn3d5=5(130/60) 3151050=53.4KW由于 H/D=23需进行校正 816.032)/(dHfLP*=0.81653.4=43.57KW对多层搅拌器Pm=P*(0.4+0.6m)=43.57(0.4+30.6)=95.85KW3) 求通气时的搅拌功率发酵液黏度及密度符合范围，采用 Michel 法求解：d/D=1/3 时， C=0.157 kWQndPCgg 87.3)25108.9(17.045.)( 6.6.032 采用通气准数法计算： 2615.0 2.5108.95.0).13.0(13)783( .2 660 Ltg HgPt通气准数 0.035 时,2.1605.33ndQNagPg/P=0.62-1.85NaPg=(0.62-1.85Na)P=(0.62-1.850.12)95.85=38.15KW第一章 培养原料预处理1. 一般说来, 容器回转式混合器多为间歇式操作。2. 锥形混合机是一种悬臂螺旋混合器。3. 双锥形混合机是一种容器固定型。4. 植物性原料一般采用筛分原理分级机械设备。5. 滚筒式分级机的进料端的筛孔最小。6. 利用空气做工作介质的气流式粉碎机可以产生抵消粉碎发热的效应。7. 球磨机由电动机通过固定在筒体上的大齿圈带动转动。8. 球磨机是指借助于 运动 状态、具有 形状和尺寸 的研磨介质所产生的 冲击 、摩擦 、 剪切 、 研磨 等作用力使物料颗粒破碎的研磨粉碎机。其粉碎效果受磨介的 研磨介质的形状、尺寸、配比运动形式 、 物料充满系数 、