生物工程设备总复习样本

概念题1、真空冷冻干燥：把具有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空条件下使水蒸汽直接升华出来。2、气流输送：借助空气在密闭管道内高速流动，物料在气流中被悬浮输送到目地。3、沸腾干燥：是运用流态化技术,即运用热空气流体使孔板上粒状物料呈流化沸腾状态，使粒子中水分迅速汽化，达到干燥目。4、分子蒸馏：是在高真空条件下进行非平衡蒸馏。其蒸发面与冷凝面距离在蒸馏物料分子平均自由程之内。此时，物质分子间引力很小，自由飞驰距离较大，这样有蒸发面飞出分子，可直接落到冷凝面上凝聚，从而达到分离目。5、喷雾干燥：是运用不同喷雾器，将悬浮液和粘滞液体喷成雾状，形成具备较大表面积分散微粒同热空气发生强烈热互换，迅速排除自身水分，在几秒至几十秒内获得干燥。6、沸腾造粒干燥：是运用流化介质（空气）与料液间很高相对气速，使溶液带进流化床就迅速雾化，这时液滴与本来在沸腾床内晶体结合，就进行沸腾干燥，故也可看作是喷雾干燥与沸腾干燥结合7、全挡板条件：是指在一定转数下再增长罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必要满足下式规定：D-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数8、吸附操作：是运用恰当吸附剂，在一定操作条件下，使有用目的产物或有害成分被吸附剂吸附，富集在吸附剂表面，然后再以恰当洗脱剂将吸附物质从吸附剂上解吸下来，从而达到浓缩和提纯目，这样过程称为吸附操作。9、薄壁容器：压力容器壁厚与其内半径之比不大于0.1容器称为薄壁容器。简答题：1、简述蒸发过程必要条件①充分加热热源，以维持溶液沸腾和补充溶剂汽化所带走热量。②保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽迅速排除。③一定热互换面积，以保证传热量。2、提高过滤速度办法均有那些?答：有两方面办法：（1）变化发酵液性质，如通过增长发酵液温度、调节pH、加入絮凝集剂、加入某些盐类。（2）变化过滤条件，如增长过滤压力，加入助滤剂，变化液体流向等。3、溶氧系数影响因素和提高办法？影响因素：(a)操作条件（搅拌、通气量）；(b)发酵罐构造及几何参数（体积、通气方式、搅拌叶轮构造及尺寸）；(c)物料物化性能（扩散系数、表面张力、密度、粘度、培养基成分及特性）提高办法：加强搅拌，恰当空气流量，减少发酵液粘度，提高氧分压。4、搅拌器、挡板、轴封作用?搅拌器：打碎气泡产生漩涡，使气体停留，延长接触时间；使液体湍流，增长传质挡板：防止液面中央形成漩涡流动，增强湍动和溶氧传质轴封：防止染菌和泄漏。5、气流干燥原理及特点？原理：运用热气流将物料在流态下进行干燥过程。干燥操作中，湿物料在热空气中呈悬浮状态，每个物料颗粒都被了空气包围，使物料在流动过程中最大限度地与空气充分接触，气体与固体之间进行传热和传质，达到干燥目。适合于潮湿分散状态颗粒物料干燥。特点：干燥强度大，干燥时间短，合用性广，设备构造简朴。6、喷雾干燥原理及特点？原理：运用喷雾器，将液体喷成雾状，与热空气之间发生热量和质量传递而进行干燥过程。特点：干燥速度快，时间短，温度低，成品具备良好分散性和溶解性。7、在酒精发酵生产中，何谓粗馏、精馏？粗馏塔、精馏塔作用？粗馏：将酒精与其他挥发性杂质从发酵醪中分离过程粗馏塔作用：从发酵成熟醪液中将乙醇成分提取出来精馏：除去粗酒精中杂质，进一步提高酒精浓度精馏塔作用：把粗酒精提浓到产品规定浓度，并分离净化8、空气过滤除菌机理？除菌办法？机理：惯性碰撞，拦截滞留，布朗运动，重力沉降，静电吸附办法：介质过滤，辐射，化学药物，加热，静电吸附9、请说一说啤酒生产中麦芽汁各制备设备作用。糊化锅：用于煮沸大米粉和某些麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。糖化锅：是使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化过滤槽：用于过滤糖化后麦醪，使麦汁与麦槽分开而得到清亮麦芽汁。糖化醪过滤槽：是啤酒厂获得澄清麦汁一种核心设备，重要用于醪液糖化和麦汁过滤。10、为什么工业发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法？

答：湿热灭菌是运用高温饱和蒸汽将物料温度升高使微生物体内蛋白质变性进行灭菌一种办法。工业发酵培养基灭菌特点是数量多；具有诸多固体物质；灭菌后要有利生产菌生长；以便易行及价格便宜。由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具备很强穿透力，灭菌效果好；蒸汽来源及控制操作条件以便，合用于工业发酵培养基灭菌。11、凝胶层析应用重要有哪些？并阐明其原理。当具备一定分子量分布高聚物溶液从柱中通过时，较小分子在柱中停留时间比大分子停留时间要长，于是样品各组分即按分子大小顺序而分开，最先淋出是最大分子。应用：脱盐、分子量测定、分离纯化12、发酵用无菌空气质量指标是什么？

答：温度、压力、流量、空气相对湿度、空气无菌度13、强化簿膜蒸发浓缩操作要点是什么？

答：（1）料液接近于沸点温度进料；

（2）蒸发器中温差不能太大；

（3）汽液分离效果好；

（4）足够冷凝能力；

（5）足够和适当真空度。14、生物产品蒸发浓缩为什么采用膜式蒸发器？

答：生物产品大多是热敏性物质，规定蒸发浓缩操作低温迅速，要迅速达到较高浓缩比，必要使料液在操作中有较大比表面积，膜式蒸发器符合。15、生物工程行业惯用干燥设备有哪些？

答：冷冻干燥器、真空干燥器、喷雾干燥器、气流干燥器、沸腾干燥器填空题：1、搅拌器设计应使发酵液有足够流动和适度流动。2、发酵罐内为防止液面中央形成旋涡流动，增强其湍动和溶氧传质，应在罐内装设。3、为了提高对物料剪切力，有许多辊式粉碎机，常将两个辊子转速设计成有一定。4、在碟式离心机工作时，固体颗粒向沉降，澄清液向被排出。5、薄壁圆筒承受内压时，其周向应力是轴向应力倍。因而在设计圆筒形容器时必要注意：如果需要在圆筒上开设椭圆孔时，应使椭圆孔之短轴平行于筒体轴线，以尽量减少纵截面削弱限度。6、喷雾干燥雾化器有压力式雾化器，离心式雾化器，气流式雾化器。7、斗式提高机卸料方式可分为离心式、重力式和离心重力式三种形式，其中重力卸料方式合用于提高大块状、密度大、磨损性大和易碎物料。8、空气过滤除菌机理重要有惯性碰撞，拦截滞留，布朗运动，重力沉降和静电吸附。除菌办法重要有：介质过滤，辐射，化学药物，加热，静电吸附。9、离心机分离因数是物料所受离心力与重力比值，是反映离心机分离（离心）能力重要指标10、通气发酵罐中空气分布管上，喷孔设计原则是喷孔总截面积等于空气分布管截面积。11、实现真空冷冻干燥必要条件是干燥过程压力应低于操作温度下冰饱和蒸汽压。12、发酵厂用于原料除杂办法有筛选、风选和磁力除铁。13、在长管气流干燥系统中，为了充分运用气流干燥中颗粒加速段较强传热传质作用，可把该长管设计成脉冲式气流干燥管。14、蒸发器重要由加热器、分离器两某些构成。15、所谓全挡板条件是指：在一定转速下增长罐内附件而轴功率不变化，消除漩涡最低条件。16、发酵罐中使用最普遍动密封有两种：填料函密封和机械密封（或称端面密封）。17、固液分离办法诸多，其中最惯用是过滤和离心分离。18、在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用重要是滤饼层而不是过滤介质。19、离子互换剂由惰性不溶性载体、功能基团和平衡离子构成。平衡离子带正电荷为阳离子互换树脂，平衡离子带负电荷称阴离子互换树脂。20、依照物质吸附性质不同，可用吸附法进行分离；依照分子电离（电负性）差别，可用离子互换法、电泳法和等电聚焦法等进行分离；依照分子形状和大小不同，可用凝胶过滤层析、膜分离、超滤法等分离；依照配体特异性不同，可用亲和层析法进行分离。21、单程型蒸发器特点是溶液通过加热室一次，_不作__循环流动，且溶液沿加热管呈_膜状流动，故又称为_液膜式_蒸发器。22、降膜式蒸发器为了使液体在进入加热管后能有效成膜，在每根管顶部装有_液体分布器_。23、自然循环蒸发器内溶液循环是由于溶液_受热限度不同，而引起_密度差别所致。24、气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时温度称为露点温度。25、在一定空气状态下干燥某物料，能用干燥办法除去水分为自由水分__；一方面除去水分为非结合水分；不能用干燥办法除水分为平衡水分_。26、固体物料干燥，普通分为恒速和降速两个阶段。27、精选机对大麦进行精选和分级，其重要原理是按颗粒长度进行分级。28、啤酒厂粉碎麦芽和大米惯用辊式粉碎机。29、酒精三塔式蒸馏流程是由粗馏塔（醪塔）、排醛塔和精馏塔3个塔构成。30、将植物性芳香原料中所含精油提取出来可以采用水蒸汽蒸馏。31、在两互相不相溶液体混合物蒸馏时，蒸汽混合物中该组分含量取决于该组分分压，而不是取决于液相中组分比例。32、输送流体物料可采用各种形式泵和空气压缩机。33、离心泵重要性能参数有：压头、流量、效率等。34、压力容器基本规定是安全性与经济性统一。此外，还应满足强度、刚度、耐久性、密封性及操作和维修以便规定。35、国内《压力容器安全技术监察规程》采用既考虑容器压力与容积大小，又考虑介质危害限度综合分类办法，以便于容器安全技术监督与管理。36、与普通构造钢相比，压力容器用钢对硫、磷、氢等有害杂质元素含量控制更严。37、材料力学性能重要是指强度、塑性与韧性。38、钢材可焊性重要取决于它化学成分，其中影响最大是含碳量。选取题（单选或多选）：1、气升式发酵罐长处是无需()。A、空气过滤系统B、搅拌器C、空气喷嘴D、罐外上升管2、自吸式发酵罐搅拌轴是从罐下方进罐,因而应当用（）轴封。A、填料函B、单端面机械C、双端面机械D、无需3、机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器输出功率应是：（）。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，输出功率在通风先后保持不变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4、通用式机械搅拌发酵罐中挡板作用是：()。A、提高醪液湍流限度，有助于传质B、增长发酵罐罐壁机械强度C、变化液流方向，由径向流变化为轴向流D、防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐运用率5、空气过滤系统中旋风分离器作用是（）。A、分离油雾和水滴B、分离所有杂菌C、分离二氧化碳D、分离某些杂菌6、气升式发酵罐特点有（）。A、高径比(H/D)比机械搅拌通风发酵罐小B、无需机械搅拌C、无需空气压缩机D、溶氧速率较高7、离子互换设备中反吸附离子互换罐，溶液流向是：（）。A、自下而上B、自上而下C、上下相向流动D、不在所选之列8、把干玉米原料从多处集中送到一处，原则上应选取：（）。A、带式输送机

B、斗式提高机C、压送式气力输送装置D、吸送式气力输送装置9、采用喷水室进行空气调节，空气调节过程是：（）。A、等温减湿B、升温减湿C、升温增湿D、降温增湿10、垂直管中颗粒物料气流输送流体力学条件是:(）。A、气流速度不不大于悬浮速度B、气流速度不大于悬浮速度C、气流速度等于悬浮速度D、不能拟定11、表面冷却器进行空气调节时，湿空气变化过程将是：（）。A、降温、等湿B、降温、减湿C、降温、增湿或减湿D、降温、等湿或减湿12、压送式气力输送装置闭鼓风器应装在：（）。A、加料口处

B、卸料口处C、中间部位D、无论哪里13、热敏性生物材料干燥最不适合干燥设备是：（）。 A、真空干燥设备 B、冷冻干燥设备C、微波干燥设备 D、喷雾干燥设备14、对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中空气气泡直径：()。A、与通风量关于，与空气喷嘴直径关于B、与通风量无关，与空气喷嘴直径关于C、与通风量关于，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15、为了减轻空气过滤系统负荷空气压缩机最佳选用（）空气压缩机。A、往复式B、离心式C、高压D、无油润滑16、贮气罐作用是（）。A.、运用重力沉降作用分离某些油雾B、减少罐内空气温度C、防止由于往复式空压机所产生脉冲而引起压力波动D、升高罐内空气温度，使相对湿度下降17、属于流化干燥技术是（）。A、真空干燥B、冷冻干燥C、沸腾干燥D、微波干燥20、运用水升华原理干燥办法为（）。A、冷冻干燥B、红外干燥C、流化干燥D、喷雾干燥21、固体物料粉碎按其受力状况可有如下哪些形式。()。A、挤压粉碎B、冲击粉碎C、磨碎D、劈碎、剪碎22、

膜生物反映器具备长处有（）。A、增大反映速率B、提高反映转化率C、简化生产环节D、减少能耗，节约成本23、表征树脂互换能力重要参数是（）。A、外观B、膨胀度C、交联度D、互换容量24、超临界萃取分离办法有（）。A、依托压力变化萃取分离法B、依托温度变化萃取分离法C、用吸附剂进行萃取分离法D、添加惰性气体等压分离法25、影响因素有（）。A、搅拌和通气B、液体性质C、离子强度D、培养液中细胞浓度26、合用于粉状物料短距离水平输送输送设备是：（）。A、带式输送机B、斗式提高机C、螺旋输送机D、离心泵27、蒸馏是运用各组分（）不同特性实现分离目。A、溶解度B、等规度C、挥发度D、调和度28、在精馏塔中，原料液进入那层板称为（）。A、浮阀板B、喷射板C、加料板D、分离板29、干燥是（）过程。A、只有传质B、只有传热C、传热和传质D、直接加热30、作为干燥介质热空气，普通应是（）空气。A、饱和B、不饱和C、过饱和D、水蒸汽31、为避免发气愤蚀现象，应使离心泵内最低压力（）输送温度下液体饱和蒸汽压。A、不不大于B、等于C、不大于D、不不大于或不大于都可以32、在萃取液用量相似条件下，下列哪种萃取方式理论收率最高（C）。A、单级萃取B、三级错流萃取C、三级逆流萃取D、二级逆流萃取33、蒸发黏度较大或浓度较高溶液，比较适合蒸发器是：（）。A、中央循环管式蒸发器B、外加热式蒸发器C、升膜式蒸发器D、降膜式蒸发器34、可直接解决菌体发酵液或细胞匀浆液吸附操作是：(）。A、固定床吸附B、扩张床吸附C、移动床吸附D、流化床吸附35、对热敏性及易生泡沫稀溶液蒸发，宜采用（）蒸发器。A.中央循环管式；B.列文式；C.升膜式D、外加热式36、蒸发操作中，从溶液中汽化出来蒸汽，常称为（）。A.生蒸汽；B.二次蒸汽；C.额外蒸汽D、废气37、助滤剂应具备如下性质：（）A.颗粒均匀、柔软、可压缩；B.颗粒均匀、坚硬、不可压缩；C.粒度分布广、坚硬、不可压缩；D.颗粒均匀、可压缩、易变形38、欲送润滑油到高压压缩机气缸中，应采用（）。A.离心泵；B.往复泵；C.齿轮泵D、旋涡泵原理及设计题：1、若对某培养液进行灭菌，试设计一板式换热器持续灭菌流程，其中要用到热集成方式。画图并阐明灭菌流程。板式换热器可用方框图表达。阐明：①生培养液先在板式换热器2内进行预热，此处用到热集成，即灭菌后培养液作为加热介质，把热量传递给生培养基，同步使灭菌后培养液得到初步冷却。②在板式换热器3内预热后培养液被加热到灭菌温度。加热源为蒸汽。③在维持段维持一段时间，完毕灭菌。④在板式换热器2处被预冷。⑤在板式换热器1处，通过预冷培养液继续被冷却水进一步冷却至设定温度。2、试设计培养基持续灭菌流程，使用设备为连消塔、维持罐和喷淋冷却设备。（画简图并阐明灭菌流程，并阐明各设备重要作用）。阐明：连消塔作用：重要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使料液温度不久升高到灭菌温度（126~132℃维持罐作用：连消塔加热时间很短，光靠这段时间灭菌是不够，用维持罐保温杀菌一段时间达到灭菌规定；冷水喷淋冷却管：从维持罐出来料液要通过冷却管进行冷却，冷却到40~50℃3、.判断下图为什么种生物反映器？请简述其操作原理。答：此图为具备外循环冷却气升环流式发酵罐。

工作原理：

①

无菌空气从5处进入，通过气液混合物湍流作用而使空气泡分割细碎，同步由于形成气液混合物密度减少而在导流筒内向上运动，而导流筒外壁与发酵罐外壁之间环流间隙中发酵液由于气含量少而下沉。

②

为了使罐内液体保持恒温，通过泵6使发酵液循环（从7到9），在热互换器8处加热或冷却。

4、请简述中央循环管式蒸发器构造及循环流动原理。答：其加热室由垂直管束构成，中间有一根直径很大管子，称为中央循环管。当加热蒸气通入管间加热时，由于中央循环管较大，其中单位体积溶液占有传热面比其她加热管内单位溶液占有要小，即中央循环管和其她加热管内溶液受热限度各不相似，后者受热较好，溶液汽化较多，因而加热管内形成汽液混合物密度就比中央循环管中溶液密度小，从而使蒸发器中溶液形成中央循环管下降、而由其她加热管上升循环流动。这种循环，重要是由于溶液密度差引起。5、两级冷却、加热除菌流程图如下，该流程合用潮湿地区吗？请简朴阐明理由。答：两级冷却、加热除菌流程特别合用潮湿地区。这是一种比较完善空气除菌流程，可适应各种气候条件，能充分地分离油水，使空气达到低相对湿度下进入过滤器，以提高过滤效率。该流程特点是两次冷却、两次分离、恰当加热。两次冷却、两次分离油水好处是能提高传热系数，节约冷却水，油水分离得比较完全。除水后，空气相对湿度仍较高，须用加热器加热空气，使其相对湿度减少至50~60%，以保证过滤器正常运营。计算题：1、有一发酵罐，内装40m3培养基，在121℃温度下进行实罐灭菌，原污染限度为每ml有2×105个耐热细菌芽孢，121℃解：⑴

N0=40*106*2×105=8*1012

Nt=0.001，k=1.8（/min）灭菌时间为：

2.303

N0

t=——lg—=20.34（min）

k

Nt

解：⑵

2.303

C0

t=————lg—

k

CtC0=2×105（个/ml）Ct=1/40×1010（个/ml）t=2.37（min）2、某酒精工厂，每发酵罐进料量为28t/h，每4h装满一罐，糖化液密度为1082kg/m3发酵周期72h，冷却水初、终温为20℃，25℃，若罐内采用蛇管冷却，发酵罐总传热系数为kJ/m2.h.℃,试拟定发酵罐构造尺寸,罐数,冷却水耗量(发酵液热损涉及蒸发热和向周边散热为生物合成热10%即Q2+Q3=10%Q1)解：⑴发酵罐个数和构造尺寸拟定：发酵罐个数：N=（nt/24）+1n=24/4=6N=6×72÷24+1=19（个）取发酵罐装料系数φ=0.9发酵罐体积V=Vo/φ=28×4×1000÷（1082×0.9）=115（m3）发酵罐采用圆柱型，底、顶为锥型，构造比例如下H=1.2Dh1=h2=0.1DV=0.785D2（H+1/3×h1+1/3×h2）=0.785D2（1.2D+2/3×0.1D）=115（m3）则：D=4.87（m）H=1.2D=5.84mh1=h2=0.1D=0.487m⑵发酵罐总发酵热QQ=Q1-Q2-Q3Q1=msq=28×4×1000×1%×418.6=4.69×105KJ/hQ2+Q3=10%q=0.1×4.69×105=0.469×105KJ/hQ=Q1-Q2-Q3=4.22×105KJ/h⑶冷却水耗量：W=Q/［c（T2-T1）］=4.22×105