生物工程设备最终版

1、1. 湿热灭菌？为什么工业发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法？湿热灭菌：湿热灭菌是直接用蒸汽灭菌。为什么工业发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法：蒸汽冷凝时释放大量潜热，并具有强大的穿透力，在高温和水存在时，微生物细胞中的蛋白质极易发生不可逆的凝固性变性，致使微生物在短时间内死亡。由于湿热灭菌有经济和快速等特点，因此被广泛用于工业生产。2. 空罐灭菌？实罐灭菌？实罐灭菌的优缺点？实罐灭菌的四个阶段？实罐灭菌操作过程的关键？实罐灭菌的质量评判标准？空罐灭菌：当培养基（或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，我们称为空罐灭菌实罐灭菌：将培养基配制在发酵罐中，用饱和蒸汽将培养基加热，以达到预定灭菌温度并保温维持一段时

2、间，然后再冷却到发酵温度，这种灭菌过程称作培养基实罐灭菌或称培养基分批灭菌（工厂里称实消）。实罐灭菌的优缺点：优点： 1 设备投资少（利用发酵罐将罐和培养基一同进行加 热灭菌，无需另备灭菌设备）； 2灭菌后再次染菌的危险性较小； 3 适宜易发泡、黏度大和含固形物较多的培养基。缺点：1间歇操作，加热和冷却时间长，发酵周期长，发酵 2罐的周转率低，不能适应大规模连续生产的要求； 3无法采用高温短时间灭菌，培养基营养成分被破坏。实罐灭菌的四个阶段： 间接加热阶段，培养基由室温加热至80- 90； 直接加热阶段，培养基由80-90 121 ； 保温阶段， 121 冷却阶段， 121 培养温度理论灭菌时

3、间（指在特定温度下的灭菌时间）：实罐灭菌操作过程的关键：l 发酵罐及附属阀门无泄漏、无死角、无堵塞l 灭菌时罐内蛇管和夹层冷却部位的冷却水彻底排除干净l 液面以下与培养基接触的管道都要进蒸汽l 液面以上不与培养基接触的管道都要排汽实罐灭菌的质量评判标准：a.达到无菌要求；b.营养成分破坏少；c.灭菌后培养体积与计料体积相符；d.泡沫要少。3. 在实罐灭菌结束时，为何应立即向罐内通入无菌空气，然后开启冷却系统进行冷却？维持管内压力稳定，防止被破坏4. 连续灭菌？连续灭菌的优缺点？连续灭菌特点是什么？连续灭菌：又称连消，是把发酵罐预先灭好菌，将培 养基在发酵罐外采用高效设备连续不断地进行加热，保温

4、灭菌和冷却，然后连续进入已灭菌好的发酵罐里。连续灭菌的优缺点：优点： 提高产量（发酵周期短）；设备利用率高；培养基受热时间短，培养基中营养成分破坏较少；产品质量易控制；适于自动控制，便于操作，降低了劳动强度；蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高。缺点： 设备较复杂，投资较高 ；染菌机会多5. 连续灭菌系统设备流程简图（标示出设备名称）？塔式加热器（连消塔）、维持设备的作用及结构特征（工作原理）？管式维持器和维持罐有何不同？ 连续灭菌系统设备流程简图塔式加热器(又称连消塔)：a.结构：由内外两根管子套合组成，内管是蒸汽导入管，其管壁上开有45 °向下倾斜的小孔，小孔在导 入管上的分布是上稀下密。

5、主要设计参数： 培养基在管间的停留时间为2030s；培养基在管间流动线速度小于0.1m/s；内管开孔直径58mm，且45°向下倾斜；蒸汽导入管道内的流速为2025m/s。有效高度为23m管式维持器和维持罐有何不同： 管式维持器维持罐的结构a- 进料口；b-出料口；c-排污口维持罐主要设计参数： 高为直径的2.02.5倍，即 H/D= 2.0 2.5物料的停留时间=理论灭菌时间×(35)；充填系数为0.85 0.9。6. 连续灭菌系统中培养基冷却设备主要有哪几种？真空冷却器 喷淋冷却器 螺旋板换热器7. 发酵用的无菌空气的质量指标是什么？发酵工业所指的“无菌空气”是指通过除菌

6、处理后压缩空气中含菌量降低到零或达到洁净度100级的洁净空气，它已能满足发酵工业的要求8. 发酵车间的无菌空气为什么要经过三级除滤？保护滤芯，延长使用寿命9. 发酵用的无菌空气的制备对空气的相对湿度有一定的要求，相对湿度是否是越低越好？为什么？不是；相对湿度越低，空气分压越小会导致空气流量不足，10. 压缩空气预处理目的为了保证总过滤器内过滤介质的干燥，不应因压缩空气中夹带的水滴、油滴受潮引起过滤介质的结团变形而失效，因此在进入总过滤器之前要把压缩空气中夹带的水滴、油滴除去。也就是说为了保证通气发酵用无菌空气的质量指标11压缩空气除水原理？11. 空气压缩冷却过滤的除菌流程，两级冷却、分离、加

7、热的空气除菌流程（标示出设备名称），前置高效过滤空气除菌流程，这3种流程的特点，流程中的关键设备粗过滤器、空气贮罐、气液分离器（旋风分离器、丝网除沫器）、空气冷却器、空气过滤器的作用、工作原理。1- 粗过滤器 2-压缩机 3-贮罐 4-冷却器 5-总过滤器流程特点： 设备较简单，由压缩机、贮罐、空气、冷却器和过滤器组成；只适用于气候寒冷、相对湿度很低的地区；采用普通空气压缩机时，可能会引起油雾污染过滤器。 1-粗过滤器 2-空压机 3-贮罐 4、6-冷却器 5-旋风分离器 7-丝网分离器 8-加热器 9-过滤器两级冷却、分离、加热的空气除菌流程（标示出设备名称）流程特点： 两次冷却、两次分离、

8、适当加热。空气第一次冷却到3035，第二级冷却至2025，经分离后加热到3035，因为温度升高，相对湿度下降。两次冷却、两次分离油和水雾分离得比较完全；适当加热降低相对湿度，提高过滤除菌效率。流程适用条件：适应各种气候条件。1-高效过滤器 2-空压机 3-贮罐 4-冷却器 5-丝网分离器 6-加热器 7-过滤器 前置高效过滤空气除菌流程 流程特点：无菌程度高。空气进压缩机之前设置高效过滤器；经前置高效过滤器后，空气的无菌已达99.99%。流程适用条件：适应各种气候条件。 粗过滤层 亚高效过滤层(采用聚氨酯泡沫塑料) 前置过滤器 结构：内部设计有两道过滤介质层粗过滤层；设计参数：粗过滤层空气流速

9、0.5 m/s亚高效过滤层空气流速0.2 0.5 m/s 空气贮罐 1-安全阀 2-压力表 3-进气管 4-排污口 5-人孔 6-排气管作用：消除压缩机排出空气量的脉动，维持稳定的空气压力；可以利用重力沉降作用分离部分油雾；让高温的空气在贮罐中停留一定的时间，起到空气的部分杀菌作用（贮罐外需加保温）空气冷却器 空气冷却用的热交换器种类很多，常用的类型有：列管式热交换器、喷淋式热交换器、沉浸式热交换器、板翘式热交换器等。由于空气的给热系数很低，设计时应采取恰当的措施来提高它的给热系数，否则将会大大增加传热面积。 旋风分离器的工作原理：夹带水滴或油滴的空气由进气管高速进入，在离心力作用下，水滴或油

10、滴被抛向器壁，然后沿着器壁流下。 气液分离器工作原理：当夹带水滴或油滴的气体穿过金属丝网层时，水滴或油滴被拦截在金属丝网层上，液滴慢慢变大，其重力大于水滴或油滴在金属丝网表面的吸附力和浮力时，水滴或油滴就会自然滴下来。设计要点：空塔气速的确定、金属丝网的填充密度、设备的结构比例尺寸。12. 发酵车间的无菌空气为什么要经过总过滤、预过滤、精过滤？空气总过滤器和分过滤器的作用有何不同？设计以上两种过滤器时空气用量有何不同的考虑？保证了过滤后的空气的达到发酵所用的标准，可以有效避免其在发酵过程中对设备以及产品的污染空气总过滤器的设计： 空气总过滤器的选型是根据发酵车间的空气用量（按标准状况计算）。滤

11、芯选择聚四氟乙烯复合膜为佳。设计空气总过滤器时，要求空气从切向进入总过滤器。* 分过滤器设计： 根据发酵罐的空气用量（按标准状况计算），进行过滤器选型或根据发酵工艺自行设计。13. 无菌空气制备流程中，气液分离设备（分水器）主要有哪几种？工作原理及选用的依据？作用：除去空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子。旋风分离器：旋风分离器的工作原理：夹带水滴或油滴的空气由进气管高速进入，在离心力作用下，水滴或油滴被抛向器壁，然后沿着器壁流下。旋风分离器的压降很小，大约在120250mmH2O 设计要求：气体的停留时间大于水滴或油滴运动到器壁的时间填料式分离器：工作原理：当夹带水滴或油滴的气体穿过金属丝网层

12、时，水滴或油滴被拦截在金属丝网层上，液滴慢慢变大，其重力大于水滴或油滴在金属丝网表面的吸附力和浮力时，水滴或油滴就会自然滴下来。设计要点：空塔气速的确定、金属丝网的填充密度、设备的结构比例尺寸。15高效生物反应器的特点? 生物反应器设计主要考虑哪几方面因素？高效生物反应器的特点：1.结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；2.良好的气-液-固混合性能以及高效的热量、质量、动量传递性能；3.良好的热交换性能，以维持反应最适温度；4.能耗低，易于放大，具有配套而又可靠的检测及控制仪表等安全因素：防污染性能好，结构严密，罐内机械尽可能的少，

13、易清洗和消毒操作因素：能量消耗少，便于操作和维护。16掌握机械搅拌式反应器的结构、组成、主要部件的作用通用的机械搅拌式反应器的主要部件有： 罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管（或夹套）、消泡器、人孔、视镜等。 设置排气、取样、放料、接种、酸、碱以及安装温度、压力、pH等测量装置管道接口。17搅拌器的叶轮可以分为几种类型？涡轮式搅拌器、旋桨式搅拌器的作用、适用场合有何不同？各自有何优缺点？搅拌器的叶轮可以分为两大类型： 轴向流式：产生的流体流动基本轨迹是平行于搅拌轴的。最典型的是螺旋桨，其特点是：混合效果好，但对气泡的分散效果差。 径向流式：使流体沿叶轮半径方向排出。可分为开

14、式和闭式叶轮两种。最典型的是涡轮式搅拌器。涡轮式搅拌器、旋桨式搅拌器的作用、适用场合有何不同？各自有何优缺点？常用的涡轮式搅拌器：优点：对气体的分散能力比较强。缺点：作用范围小,功耗大，轴向混合较差，当培养 液较黏稠时则混合效果大大下降。气体的分散属于小尺度合，为了更好地溶解氧气，因此使用涡轮式搅拌器常用的轴向流旋桨式搅拌器：旋桨式搅拌器使液体做轴向和切向运动，液体离开旋桨后做螺旋线运动，轴向分速度使液体沿轴向下流动，流至罐底再沿壁折回，返入旋桨入口，形成循环总体流动。优点：轴向混合性能好,功耗小,作用范围大;缺点：对气体的分散能力弱。18工业上通气式发酵罐为何通常使用圆盘涡轮式搅拌器？为了避

15、免气体沿轴上升19. 大型发酵罐设计采用组合式搅拌器的原因？如何组合选用？可以更好地溶解氧气，在搅拌过程中最大限度的减少对发酵细胞的剪切伤害。采用涡轮式与轴流式共用的搅拌系统。20. 挡板的作用以及全挡板条件作用：改变被搅拌液体的流动方向，使之产生纵向运动，从而消除液面中央部分产生的下凹漩涡。全挡板条件：是指在一定的转速下，在搅拌反应器中增加挡板，使漩涡基本消失。或者说是指达到消除液面漩涡的最低档板条件。21. 端面机械轴封的作用？机械单端面密封和机械双端面密封应用条件作用：防止泄漏和染菌。生物反应器常用端面机械轴封。优点：密封可靠、无死角、寿命长、摩擦功率损耗小 、对轴的震动敏感性小。机理：

16、端面轴封是由静环、动环、弹簧、辅助密封圈等元件组成。端面密封的作用是靠弹性元件的压力使垂直于轴线的动环和静环光环表面紧密地相互贴合，并作相对运动而达到密封。搅拌轴从罐顶伸入罐内（上伸轴）：采用机械单端面密封；搅拌轴从罐底伸入罐内（下伸轴）：采用机械双端面密封；基因工程菌发酵的发酵罐：要求采用机械双端面密封。22. 公称体积指罐的筒身容积和底封头容积之和2、体积计算公称体积：指罐的筒身容积和底封头容积之和。底封头容积可以根据封头形状、直径及壁厚从有关化工设计手册中查得，椭圆形封头体积可以用下式计算：23. 掌握搅拌功率的计算24. 搅拌功率P、搅拌器直径d及转速n之间的关系，搅拌功率P与H、Q之

17、间的关系25. 通用式机械搅拌发酵罐采用变速搅拌有何优点？ 变速搅拌变速搅拌更能适应发酵过程中不同生长期对搅拌转速的不同要求，这样不仅可节约搅拌所消耗的电能，并使一个发酵罐能适用于多种产品的生产。同时在培养基采用实罐灭菌工艺时，采用低转速搅拌，可避免电机因无通气下，搅拌电流超标，导致电机烧掉。26. 生物反应器换热面积设计计算设计的依据是什么？为什么？发酵罐传热面积的确定一般按着某个发酵产品中某个时刻最大发酵热最为根据，但对一般发酵热并不大的发酵产品来说应按着发酵产生热以及培养基灭菌时冷却方法，冷却条件综合考虑。27. 从工程水平考虑，怎样提高生物反应器的供氧能力？提高KLa，提高传质推动力（

18、提高氧分压，改变培养基性质），增加转速和直径提高空气流量，改变搅拌桨形式28. 生物反应系统中，影响kLa的主要因素影响kLa的主要因素有：（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。29. 气升式反应器的工作原理和结构特点、优点，掌握平均循环时间（周期）计算 （一)工作原理： 以气体为动力，靠导流装置的引导，形成气液混合物的总体有序循环。器内分为上升管和下降管。向上升管通入气体，使管内气含率升高，比重变轻，气液混合物上升，气泡变大，至液面处部分气泡破裂，

19、气体由排气口排出，剩下的气液混合物比重较上升管内的气液混合物大，由下降管下沉，形成循环。（二）气升式反应器的优点：1、反应溶液分布均匀；2、较高的溶氧速率和溶氧效率；3、剪切力小，对生物细胞损伤小；4、省去了轴封，从根本上排除了因轴封而造成染菌；5、结构简单、易清洗、易于加工制造；6、无机械搅拌热产生，故发酵总热量较低；7、功率消耗小。30. 分析搅拌式反应器及气升式反应器应用于植物细胞培养的优缺点，提出如何改进搅拌式反应器的特点优点：操作范围大,供氧能力强,混合效果好,适应性广,在大规模生产中应用广泛； 可以借用微生物培养的经验对植物组织 培养过程进行控制。缺点：搅拌过程中产生的剪切力易损伤

20、植物细胞;能耗大，结构较复杂。（2）对搅拌式生物反应器的改进工作 工作重点：改进搅拌形式、叶片结构与类型等。改进目标：低通气和低转速下可以满足植物细 胞的氧需求,保证植物细胞无剪切 伤害。 气升式反应器优点：剪切力小； 结构简单、没有搅拌装置，容易长期保 持无菌操作。运行成本和造价低。缺点：操作弹性较小,高密度培养时,低气速下混合性能欠佳,而过量的通气驱除了培养液中的二氧化碳,影响细胞的生长和次生代谢产物的合成。 （2）对气升式生物反应器的改进工作 中科院过程所的专利成果：“气升内错流”式新型植物细胞培养反应器。   径向错流、高径比小；   抑制气泡聚

21、合长大，消除气泡在液面破裂产生冲击力对细胞的损伤；    提高降液区气含率，消除了降液区匮氧现象，强化了混合与氧传递.31. 分析搅拌式反应器及气升式反应器应用于动物细胞培养的优缺点，提出如何改进机械搅拌式反应器用途：悬浮细胞培养或微载体悬浮培养优点：操作范围大、混合性好,细胞培养工艺放大相对 容易，产品质量稳定，非常适合工厂化生产生物 制品。缺点：剪切力强,对动物细胞造成损害。改进重点：供氧方式、搅拌桨的形式。要求：搅拌器转动时产生的剪切力小，混合性能好。气升式反应器 (二) 气升式反应器优点： 湍动温和而均匀、剪切力小；无机械运动部件，细胞损伤率低；反应器通过直接喷射空

22、气供氧，氧传低效率高；反应器内液体循环量大，细胞和营养成分能均匀分布于培养器中。设计关键： 确定适当的分布器和反应器整体结构，控制通气速率，达到细胞、氧和营养物质均匀分布，保证微载体悬浮、消除沉降死区；尽量避免细胞与气泡的直接接触。改进之后的优点气液双升式动物细胞反应器有以下优点:(1) 剪切力小, 培养区流速小, 流动温和, 流体及机械碰撞对细胞的损伤极低, 气泡不与细胞接触,不对细胞造成损伤。(2) 传质性能好, 采用气升式直接通气,使气液传质系数高, 细胞直接悬浮于培养基中, 固液传质性能好。(3) 结构简单, 易放大; 无转轴, 易密封, 适合长期无菌培养。32. 笼式供氧? 它的主要

23、优点是什么? 1 供氧方式的改进 笼式供氧(cage aeration) ： 即气泡用丝网隔开, 不与细胞直接接触。 主要优点：避免向培养基中通气时气泡损伤细胞；33. 生物反应器放大（方法）几何相似：指两台设备的形状完全相似。 在几何相似放大中，放大倍数m实际上就是罐的体积增加倍数空气流量的放大方法1以单位培养液体积中空气流量相同的原则放大，即： (VVM)1 = (VVM)22 以空气线速度相同的原则进行放大，即： ug1=ug23 以kLa相同的原则进行放大34. 板框式压滤机、转筒真空过滤机的结构及特点（1）结构：Ø 由滤板和滤框间隔排列而组成；Ø 框的两侧覆以滤布

24、，空框与滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间；Ø 板和框角端均开有小孔，装合压紧后即构成供滤浆或洗水流通的孔道；Ø 滤板用以支撑滤布并提供滤液流出的通道；滤板的两侧制成沟槽，并分别与洗水孔道和滤出口相通。 ( 2 )板框压滤机的特点l 结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用寿命长，所需辅助设备少l 对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态的悬浮液l 过滤面积选择范围广，可在3-1250m2间选用l 滤饼含湿量较低l 固相回收率高、滤液澄清度好l 滤布的检查、洗涤、更换较方便l 过滤操作压力大，可达1 MPa，过滤操作稳

25、定l 造价低、投资小l 间歇操作，辅助时间长，劳动强度大转筒真空过滤机 过滤推动力：大气与真空之间的压力差。（1）结构：Ø 由筛板组成的水平转动的圆筒，上面有一层金属丝网，网覆盖滤布；圆筒内沿径向被筋板分隔成若干空间，每个空间都以单独孔道通至筒轴颈端面的分配头上，分配头沿径向隔离成3个室，它们分别与真空和压缩空气管路相通。Ø 整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区，卸渣及再生区3个区域； （2）机理： 过滤区、洗涤及脱水区、卸渣及再生区35. 离心分离因素? 离心分离操作强度的特性指标是什么？36. 离心机的用途有哪些？其分离原理是什么？萃取液液分离，液固分离，或者工程菌的收集，

26、结晶，母液的分离等原理：二者之间密度不同37. 当量沉降面积l 当量沉降面积离心机的当量沉降面积是指相当于重力沉降槽的面积，是离心机生产能力的重要参数。管式离心机式中，-为当量沉降面积，m R1-为清液出口半径，mR2 -为转鼓内半径，mh -为离心机转鼓高度，m。碟片式离心机：式中，-为当量沉降面积，m R1-为碟片内径，m R2 -为碟片外径，ms-为碟片数， -为碟片半个锥顶角的度数。38. 管式分离机和碟片式离心机的工作原理、结构特点；影响离心分离设备中的分界半径的因素；离心机进行液-液操作，如果产品在重液相（或轻液相），操作时应注意什么？管式分离机：物料由底部进液口射入高速旋转的转鼓

27、，转鼓带动物料高速旋转后形成强大的离心力场，使料液沿转鼓内壁向上流动，且料液在离心力场的作用下因其密度差的存在而分离管式离心机的特点: 转速高、离心分离因素大，能分离液固密度差小的物料;可用于液液、液固分离;处理含固量小（<5%）的液体; 分批式出渣，不适合于密闭要求的场合.碟片式离心机1分离原理 是在管式离心机的基础上发展起来的，在转鼓中加了许多重叠的蝶片，缩短了颗粒的沉降距离； 密度较大的固体颗粒在离心力作用下向上层碟片的下表面运动，而后沿碟片下表面向转子周围下滑，液体则沿转子中心上升。同理对于乳浊液的分离。影响离心分离设备中的分界半径的因素：临界粒径与进料量、浆料粘度、旋转速度以及

28、碟片的结构参数等有关,因此在不改变离心机结构参数的条件下,转速、浆料粘度、进料量以及碟片数都是影响分离效率的主要因素。增加转速可以使临界粒径减小,提高分离效果,还可以减小临界粒径,提高分离效率;降低悬浮液的粘度同样可以降低临界粒径,增大分离效率39. 膜分离技术有哪些优点？良好的膜分离设备应具备哪些条件？中空纤维膜分离器的优缺点一、膜分离优点膜分离技术是借助于膜的孔径，在推动力作用下，膜分离与其他一些分离手段相比，具有干净（比萃取）、效率高（比薄膜蒸发浓缩）、投资小（比大型离心机）、易验证（比有机溶剂沉淀）、连续操作、易于放大等优点。缺点：膜分离设备价格昂贵、易堵塞、处理量小2、膜分离设备应具

29、备哪些条件 膜面切向速度快，以减少浓差极化。 单位体积中所含膜面积比较大。 容易拆洗和更换新膜。 保留体积小，且无死角。 具有可靠的膜支撑装置。中空纤维膜分离器的优缺点优点：单位体积内提供的膜面积大，操作压力低<0.30MPa)，且可反向清洗。缺点：单根纤维管损坏时需要更换整个膜件。40.多级错流萃取、多级逆流萃取，掌握分配系数和萃取因素的关系，掌握理论级数的计算。设料液体积为VF，溶剂的体积为Vs，经过萃取后，溶质在萃取相中的浓度为C1，在萃余相中的浓度为C2。则：式中 K分配系数，即萃取相中溶质浓度与萃余相中 溶质浓度的比值； E萃取因数，即溶质在萃取相中的数量与在萃 余相中的数量的

30、比值； m浓缩倍数，即料液体积与溶剂体积的比 值。未被萃取的分率 理论收得率为1-f：K值愈大，理论收得率愈高；而m值愈大，1 -f则愈小。多级错流萃取 多级错流萃取是多个单级萃取的串联过程，即料液经一级萃取后，萃余液再与新鲜萃取剂接触再进行萃取。若加入每一级的新鲜萃取剂量相等，则每级的萃取因数E也相等。经一级萃取后，未被萃取的分率f1为：经二级萃取后：依次类推，经n级萃取后，未被萃取的分率fn为： 3、多级逆流萃取 多级逆流萃取：在第一级加入料液，并逐渐向下一级移动，而在最后一级加入萃取剂，并逐渐向前一级移动，即料液移动方向和萃取剂移动方向相反。优点：多级逆流萃取与同级错流萃取相比，在相同的

31、萃取剂用量下，可获得更高的收得率。在逆流萃取中，由于只在最后一级中加入萃取剂，故与错流萃取相比，萃取剂用量少，因而萃取液浓度高。41. 生物制药工业中分段式萃取设备有哪两部分组成？各有哪些设备？混合设备：萃取操作中，用于两液相混合的设备有混合罐、混合管、喷射萃取器及泵等。分离设备中有：管式离心机，碟片式离心机，螺旋式离心机42. 使用管式离心机进行液-液分离操作，如果要求的产品在有机溶媒相，则操作时应注意什么？增加轻液厚度，用大内径提圈43. 多级离心萃取机？Luwesta三级离心萃取机、a-Laval离心萃取机的工作原理、结构特点 1、多级离心萃取机 多级离心萃取机是在一台设备中装有两级或三

32、级混合及分离装置的逆流萃取设备。结构：上、中、下三段，每一段的下部是混合区域，中部是分离区域，上部是重液相引出区域。新鲜的萃取剂由第三级加入，待萃取料液由第一级加入，萃取轻液相在第一级引出，萃余重液在第三级引出。a-Laval离心萃取机结构：主要部件为一组不同直径的同心圆筒组成的转鼓，每个圆筒上均在一端开孔，作为料液和萃取剂流动的通道，相邻筒之间开孔位置上下错开，使液体上下曲折流动。筒的外壁上均焊有螺旋形导流板，这样就使两个液相的流动路程大为加长，从而延长了两液相的混合与分离时间，在螺旋形导流板上又开设大小不同的缺口，使螺旋形长通道中形成很多短路，增加了两液相之间的接触机会。工作原理：重液相(

33、料液)由底部轴周围的套管进入转鼓后，沿螺旋形通道由内向外顺次流经各筒，最后由外筒经溢流环到向心泵室被排出。轻液(萃取剂)则由底部的中心管进入转鼓，流人第十圆筒，从下端进入螺旋形通道，由外向内顺次流过各筒，最后从第一筒经出口排出。44. 交换容量、工作交换容量、再生交换容量 2交换容量Ø 交换容量：是表征树脂交换能力的重要参数，其表示方法有质量交换容量(mmolg干树脂)和体积交换容量(mmolmL 树脂)；Ø 工作交换容量：在一定的应用条件下树脂表现出来的交换量；Ø 再生交换容量：树脂在指定的再生剂用量条件下再生后的交换容量。 再生交换容量(0.51.0)交换容量

34、； 工作交换容量(0.30.9)再生交换容量； 离子交换树脂利用率：工作交换容量与再生 交换容量之比。45. 常用离子交换罐和反吸附离子交换罐的结构特点 1常用离子交换罐结构： 具有椭圆形封头的圆筒形设备。圆筒体的高径比一般为24。树脂层高度约占圆筒高度的5070，上部留有充分空间以备反冲时树脂层的膨胀。筒体上部设有溶液分布装置，筒体底部装有多孔板、筛网及滤布，以支持树脂层，也可用石英、石块或卵石直接铺于罐底来支持树脂。罐顶上有人孔或手孔(大型离子交换罐的人孔也可以在罐壁上)，用于装卸树脂。罐顶上还有视镜孔，溶液、解吸液、再生剂、可共用一个进口管与罐顶连接。各种液体出口、反洗水进口、压缩空气(

35、疏松树脂用)进口也共用一个与罐底连接。材料：钢板制成，内衬橡胶，以防酸碱腐蚀。小型交换罐可用硬聚氯乙烯或有机玻璃制成。2反吸附离子交换罐结构特点：溶液由罐的下部以一定流速导入，使树脂在罐内呈沸腾状态，交换后的废液则从罐顶的出口溢出。优 点：反吸附可以省去菌丝过滤，且液固两相接触充分，操作时不产生短路，死角。缺 点：反吸附时树脂的饱和度不及正吸附的高，此外，罐内树脂层高度比正吸附时低，以防树脂外溢。46. 离子交换罐的设计主要确定哪些参数？离子交换罐的设计放大的原则是什么？反吸附离子交换罐中液体的流速是如何考虑的？离子交换设备的设计要解决两个问题：一是交换罐的结构尺寸，二是离子交换树脂的装量。

36、在设计离子交换罐时，树脂的装填系数应以工艺过程中膨胀度最大时的树脂体积为上限参数，以免装量过度或设备利用率降低。离子交换罐的设计放大的原则是什么 (1)根据交换罐负荷相同的原则放大 交换罐负荷是指单位时间单位湿树脂体积中所通过溶液的体积流量。以f m3(溶液)m3(湿树脂) · h 表示。此值的倒数为溶液与树脂的接触时间。(2)根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大 交换罐中空塔流速即是单位时间单位树脂床截面积上所通过溶液的体积流量。以Q m3(溶液)m2(床面积)·h表示，或以mh表示。 根据此法放大时，要维持大设备与小设备的树脂床高度相同，仅直径加大，以保证两者线速度相

37、同，实际上也就是保证两者接触时间相同。反吸附离子交换罐中液体的流速是如何考虑的？反吸附时临界流化速度(以最大粒径计算)：反吸附时最大流速(以最小粒径计算)：47. 强度、塑性、硬度、韧性 强度：抵抗产生塑性变形和断裂的特性 塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。 塑性指标：材料在外力作用下，产生 塑性变形而不被破坏的能力。 硬度：材料抵抗其他更硬物体压入表面而发生变形或破坏的能力；或称在外力作用下，材料抵抗局部变形，尤其是抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力。 韧性：表示材料抵抗冲击载荷的能力。即，材料在动载荷突然袭击时的一种及时和迅速地塑性变形能力。48. 屈服点、抗拉强度、蠕变强度、持

38、久强度、疲劳强度屈服点：屈服：金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形。 发生屈服现象时的应力，即开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点” 抗拉强度：金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值。 蠕变强度：材料在高温条件下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力。 持久强度：持久强度是一定温度和一定载荷下，材料抵抗断裂的能力。 材料抵抗断裂的能力越大，在相同的条件下，能支持的时间越久 疲劳强度：疲劳现象：构件在交变载荷（大小及方向变化）作用下，在远低于屈服点时就发生断裂的现象。疲劳强度： 材料经历无限次交变载荷作用而不产生疲劳破坏的最大应力49. 常用

39、的塑性指标有哪些？延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比，以（%）表示界面收缩率：试件受拉力拉断后，断面缩小的面积与原始截面积之比，以%表示硬度：材料抵抗其他更硬物体压入表面而发生变形或破坏的能力；或称在外力作用下，材料抵抗局部变形，尤其是抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力冲击韧性 ak：表示材料抵抗冲击载荷的能力。即，材料在动载荷突然袭击时的一种及时和迅速地塑性变形能力50. 碳钢的分类与牌号1.按钢中含碳量分类（1）低碳钢 C < 0.25%（2）中碳钢 C = 0.25% 0.6%（3）高碳钢 C > 0.6% 2.按冶炼方法分类（1）镇静钢 脱氧完全的钢 用强脱氧剂Si脱