生物工程设备期末复习 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
13级生物工程设备期末总复习提纲
2013级生物工程游琳娜
第二章
1.空气除菌有几种方法？
1)热杀菌:可用蒸汽或电来加热空气，以达到杀菌的目的；利用空气被压缩时所
产生的热量对空气进行加热保温杀菌，在生产上具有重要意义。
2)辐射杀菌：α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波等从理论上讲
都能起到杀菌作用。但紫外线杀菌效率低，时间长。一般要结合甲醛蒸汽或
苯酚喷雾来保证无菌室的高度无菌。
3)静电杀菌：利用静电引力吸附带电粒子以达到除菌除尘目的。
4)介质过滤除菌法：采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气所含的微生物，从
而获得无菌空气。
2.请具体说明介质过滤除菌的机理（空气介质相对过滤除菌基本原理）。
微粒随空气流动通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流的前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，这些改变引起微粒对过滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸附等作用把微粒滞留在纤维表面。
1)惯性冲击滞留作用机理：（气流速度较大时）
由于微粒直冲到纤维表面，因摩擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上，这称为惯
性冲击滞留作用。
2)拦截滞留作用机理：（气流速度较小时）
在滞流区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留。这就是拦截捕集作用。
3)布朗扩散作用机理
在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大增加了微粒与纤
维的接触机会，从而被捕集。（直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种
不规则的运动，称为布朗运动）
4)重力沉降作用机理
当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就发生沉降现象（大颗粒
比小颗粒作用显着）。微粒的沉降作用提高了拦截捕集作用。
5)静电吸附作用机理
干空气对某些非导体的物质——如纤维和树脂处理过的纤维，作相对运动摩擦时，会产生静电现象。悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电荷。这些带电荷的微粒会被带相反电荷的介质所吸附。
第三章
1.自吸式发酵罐
自吸式发酵罐概念：自吸式发酵罐是一种不需另行通入压缩空气，而依靠特殊的吸气装置自行吸入无菌空气并同时完成液体和气体的混合对流实现溶氧传质的发酵罐。
自吸式发酵罐根据吸气装置不同分类：机械搅拌自吸式、喷射自吸式、溢流喷射自吸式
自吸式发酵罐特点：
优点：⑴节约设备（压缩机)投资，减少厂房面积。
⑵溶氧速率和溶氧效率高；能耗较低。
⑶生产效率高，经济效益好（酵母和醋酸的发酵）。
缺点：(1)由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。
(2)必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统。
自吸式发酵罐的主体结构包括：
（1）罐体（2）自吸搅拌器及导轮；（3）轴封；（4）换热装置；（5）消泡器机械搅拌自吸式发酵罐
(1)构造：自吸式发酵罐的主要的构件是自吸搅拌器及导轮，简称为转子及定子。
转子由箱底向上升入的主轴带动。当转子转动时，其框内的液体被甩出，形成局
部真空而由导气管吸入空气。转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶
轮等，叶轮均为空心形。
(2)原理：它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮中形成负压，
从而将罐外的空气吸到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成细小的气泡分散在
液体之中，气液混合流体通过导轮流到发酵液主体。
文氏管吸气自吸式发酵罐原理：用泵使发酵液通过文氏管吸气装置，由于液体在文氏管的收缩段流速增加，形成真空而将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现溶氧传质。
溢流喷射自吸式发酵罐原理：液体溢流时形成抛射流，由于液体的表面层与其相邻的气体的动量传递，使边界层的气体有一定的速率，从而带动气体的流动形成自吸作用。
2．气升式发酵罐
机械搅拌发酵罐不足：（采用气升式发酵罐可以克服以下的缺点）
(1)设备构造比较复杂
(2)动能消耗较太
(3)轴封易泄露和染菌
工作原理
⑴把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使
空气泡分割细碎；
⑵同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含量小的发酵液则下
沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。
⑶反应器内液体混合均匀，因不用机械搅拌器，减少了剪切作用对细胞的损伤。
类型：
常见：气升环流式反应器、气液双喷射气升环流反应器、设有双层板的塔式气升发酵罐
根据结构特点：内循环式和外循环式
特点（无需搅拌器，定向循环流动，故有许多优点）：
⑴反应溶液分布均匀；
⑵有较高的溶氧速率和溶氧效率；
⑶剪切力小，对生物细胞损伤小；
⑷传热良好；
⑸结构简单，易于加工制造。
⑹操作和维修方便。
主要结构及操作参数
1)主要结构参数：
（1）反应器的高径比 h/D=5-9
（2）导流筒径与罐径比 DE/D=（3）空气喷嘴直径与反应器直径比D1/D以及导流筒上下面到罐顶及罐底的距离均对发
酵液的混合和流动、溶氧等有重要作用
2) 操作特性
(1)平均循环时间tm
发酵液必须维持一定的环流速度以不断补充氧，使发酵液保持一定的溶氧浓度，适应微生物生命活动的需要。
循环周期：发酵液在环流管内循环一次所需要的时间。(循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。)
（2）液气比R
定义：发酵液环流量Vc和通风量VG之比。
(3) 气升式反应器的溶氧传质
取决于发酵液的湍流及气泡的剪切细碎状态。
计算题：一气升环流式发酵罐中发酵液体积为10m3，导流筒半径为200mm，导流筒内发酵液的平均流速为s，若通风量为1m3/min。试计算发酵液的环流量VC
（m3/min）、平均循环时间tm（s）及液气比R。
对气升式发酵罐的看法：
对于“节能”观念很强的现今社会，再加上发酵行业的开始迅猛发展，气升式发酵罐会逐渐成为生物反应器的“罐中之王”．由于其结构简单，易于制造，操作和维修简便，有较高的溶氧速率与溶氧效率，传热良好，剪切力小，对生物细胞损伤小，更重要的是它与机械搅拌式发酵罐相比节电70%-80%，降低成本，且无菌操作可靠性
更高，给发酵行业带来更多的利润．但是发酵液在环流管内循环一次的时间，需根据培养的微生物种类及其耗氧的速率
而定，且若控制不当，会严重影响微生物的活力及减少发酵产率．
3.酒精发酵的原理：
(1)酿酒酵母是兼性厌氧菌，利用此类微生物生产酒精、啤酒等的发酵过程，无需通入空气，所用的设备是厌氧发酵设备。
(2)在无氧情况下，丙酮酸经脱羧酶脱羧生成乙醛，再在乙醇脱氢酶还原下，将乙醛转化为乙醇，并产生少量能量。
4.啤酒发酵过程：
前发酵（主发酵）：酵母繁殖、大部分可发酵性糖类代谢及发酵产物形成的阶段；
后发酵：残糖进一步分解，形成二氧化碳，溶于啤酒中，啤酒进一步得到成熟和澄清。
5.啤酒发酵罐的CIP清洗系统流程
CIP清洗系统是在密闭环境下，不拆动设备零部件或管件，对设备系统进行清洗及消毒的过程。
啤酒发酵罐的CIP清洗系统流程：用清水冲至无泡→用%~%碱液循环清洗30min→用水冲至pH为中性→用消毒剂循环杀菌10min以上。
6.微藻培养反应器
7.固态发酵生物反应器
固态发酵定义：是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程，因此固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程。
固态发酵与深层液体发酵的区别：
(1)固态发酵需要维持培养空间湿度的恒定或者补水，而液体发酵则不需
要。
(2)微生物生长方式不同。
(3)传质特点不同。
(4)固态发酵散热性能差。（最大的缺点）
(5)固态发酵是非均匀相反应。
几种固态发酵生物反应器
浅盘式生物反应器：浅盘发酵是在无搅拌、无强制通风的状态下进行的发酵。传统的操作，一般是将蒸煮后的物料运到一个洁净的接种室，经冷却后和菌种混匀，装入浅盘。浅盘内物料层的厚度对发酵温度有直接影响，物料层厚度越大，微生物的浓度越低。浅盘内物料层的厚度不宜超过5cm
填料床式生物反应器：采取强制通风方式，具有一定压力、温度和湿度的空气从底部通入，通过物料层，再从顶空排出。通风的目的不仅是供氧，更重要的功能是去除代谢热。由于强制通风，故发酵热的去除主要靠对流热和蒸发水分散热。
主要操作参数：通风量、进口空气的温度、环境温度。底部通风、顶部排气的填充床反应器，空气入口处温度最低，随物料层高度的升高，物料温度渐增，顶部出口空气温度最高。
流化床式生物反应器；是通过向上流动的气流使颗粒或粉粒物料维持在悬浮状态形成流化床而培养微生物的装置。可用于絮凝微生物、固定化酶、固定化细胞反应过程以及固体基质的发酵。（优点、缺点P89）
转鼓式生物反应器：把固体培养基质装在一转鼓式容器内，可通风并维持恒温，随着转鼓的旋转，物料依靠自身的重力下落，从而实现翻料的装置。由于经典的转鼓式反应器装料系数较低，且耗能较大，在此基础上开发了内筒体旋转的转鼓式反应器和弯叶式挡板倾斜式转鼓反应器。
搅拌式生物反应器；搅拌式生物反应器的最高温度比填料床的低。典型代表是圆盘制曲机。圆盘制曲机或多层圆盘制曲机是在箱式发酵装置上发展起来的。圆盘制曲机也可以设计成集杀菌（或蒸料）与制曲培养与一体，在发酵容器内设置蒸汽加热系统对物料进行灭菌或汽蒸。
压力脉动固态发酵生物反应器；利用无菌空气对密闭恒温的低压容器的气相压力施以周期性脉动，强制实现气体扩散，然后通过瞬时排气泄压，松动培养基固体颗粒，从而实现供氧和搅拌的装置。
反应器
(1)反应器的搅拌翻料方式：完全静止发酵、间歇搅拌发酵、连续搅拌发酵
(2)反应器通风换气方式：自然对流通风、强制通风
8.植物细胞培养特性及培养方式
植物细胞培养特性：植物细胞培养具有周期长、细胞抗剪切能力弱、易团聚等特点。植物细胞培养反应器的设计不仅要考虑有利于细胞生长，还要考虑有利于产物的积累和分离。总体上，适合植物细胞培养的反应器应具有适宜的氧传递、良好的流动性和较低的剪切力。
植物细胞培养方式：悬浮培养和固定化细胞培养
第四章
1.生物反应过程的状态参数
物理、工程参数
生物、化学参数
2.生化过程检测仪器分类：在线检测和离线检测
3.液位和泡沫高度的检测：
1）液位检测的主要方法：电容法、压差法和称重法
2）泡沫高度的检测常用方法：电极探针测定法
培养基和液体流量测定
1）科里奥利斯质量流量计（CMF）：利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利斯力原理制成的一种直接式质量流量仪表。它在原理上消除了温度、压力、流体状态、密度等参数的变化对测量精度的影响，可以适应多种流体和糊状介质的测量。
2）涡街流量计：当非流线型阻流体垂直插入流体中，随着流体流动，阻流体就产生旋涡分离，此旋涡形成了有规则的排列，称此排列为涡街。在一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均流速，通过采用各种形式的检测元件测出涡街频率就可以推算出流体的流量。但不适用于低雷诺数测量
（Re≥2╳10^4适用）在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制。
3）椭圆流量计：在测试室内有一对椭圆齿轮，在进口与出口两端液体压差作用下，一对椭圆齿轮在转轴上不停地转动，把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，测出其转数即可知道充满和排放该体积部分流体的次数，从而计量出流经仪表的液体的体积总量。其流量测定范围为╳10＾-3～100m3/h。
气体流量的测定
1）分类：体积流量型和质量流量型。
2）体积流量型：根据流体动能的转换以及流体流动类型的改变而设计的测量装置。主要类型有同心孔板压差流量计和转子流量计。
3）质量流量型：利用传热原理，即流动中的流体与热源之间热量交换关系来测量流量的仪表。对一定的气体，输出的电势与质量流量成正比：E=
kc q q。根据流体的固有性质（如质量、导电性、电磁感应性、离子化和热传导性能）等设计的气体流量计。流量范围：～250L/h。主要类型有气体热质量流量计。
pH的检测
1）工作原理：利用玻璃电极与参比电极浸泡于某一溶液时具有一定的电位。pH电极的最重要的部位为玻璃敏感膜（微孔膜），若电极微孔膜部分受
蛋白质等大分子污染吸附，必须用蛋白酶浸泡使蛋白质酶解溶出。
2）结构：P121
溶解CO2浓度的测定:原理是利用对CO2分子有特殊选择渗透性的微孔膜，并使扩散通过的CO2进入饱和碳酸钠缓冲液中，平衡后显示的pH与溶解的CO2浓度成正比，由此可测出溶解CO2浓度。
氧化还原电位（ORP）的检测:是基于溶液中的金属电极上进行的电子交换达到平衡时，具有相应的氧化还原电位值。
4.全细胞浓度的测定：P124
5.生物反应过程控制：
主要参数的控制：温度、pH、溶氧浓度、基质和细胞浓度
高级控制方式：P131
1）概念：
2）PLC控制（可编程控制器）
第五章
1.细胞破碎设备包括：高速珠磨机、高压匀浆机、超声波振荡器
方法：1）机械法:珠磨破碎、高压匀浆破碎和超声波破碎等
2）非机械法:酶溶法、化学法、物理法和干燥法等
2.过滤分离设备
过滤操作包括过滤、洗涤、干燥、卸渣4个阶段。
板框压滤机
1）工作原理：过滤：滤浆由滤浆通路经滤框上方进入滤框，固体被滤布截留，在框内
形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，再经滤板的沟槽流至
下方通孔排出。
洗涤：洗涤板下端出口关闭，洗涤液穿过滤布和滤框的全部向过滤板流
动，从过滤板下部排出。结束后除去滤饼，进行清理，重新组装。
（由若干滤板和滤框间隔排列而组成，板和框之间夹有滤布，当板框压紧后即形成若干滤室。料液由离心泵或齿轮泵打入由板和框组成的通道并分别进入各滤室，滤液经滤布由滤板下方流出，滤渣即停留在滤室中，最后形成滤饼。）
2）板框式过滤机的优点：
①单位过滤面积占地少；
②对物料的适应性强；
③过滤面积的选择范围宽；
④过滤压力高，滤饼的含水率低；
⑤结构简单，操作容易，故障少，保养方便，机器寿命长；
⑥固相回收率高；
⑦过滤操作稳定。
缺点：装卸板框劳动强度大,滤布磨损严重。
板框式硅藻土过滤机：P139
3.离心分离设备
离心机的分离因数
离心分离因素：离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值，用Fr 表示。（分离因数是衡量离心机性能的主要指标，Fr越大，离心分离的推动力就越大，离心机的分离性能越好。）
管式离心机
1）原理：待处理的物料以一定压力由进料管经底部空心轴进入鼓底，靠圆形折转挡板分布于鼓四周。鼓内设有十字形挡板，液体在鼓内由挡板被加速到转鼓速度，在离心力场作用下，乳浊液（或悬浮液）沿轴向上流动的过程被分成轻液相和重液相，通过上方溢环状流口排出。P141
2）特点：
结构简单，体积小，运转可靠，操作维修方便，但单机转筒容量有限，处理量较小。
适用于含固量较低、固相粒度较小、黏度较大的料液澄清，或用于重液相和轻液相密度差小、分散性高的乳浊液及液-液-固三相混合物的分离。
碟片式离心机
1）原理：两种不同密度的混合液进入离心分离机，通过碟片上圆孔形成的垂直通道进入碟片间的隙道，被带着高速旋转，两种液体的离心沉降速度不
同，重液的离心沉降速度大，离开轴线向外运动，轻液的离心沉降速度小，则向轴线流动。两种不同密度液体在碟片间隙道流动的过程中被分开。在转鼓中加入了许多重叠的碟片，缩短了颗粒的沉降距离，提高了分离效率。
2）特点：a.分离能力强，分离因数在5000-10000之间；
b.生产能力大，可达10 m3/h以上；
c.结构简单，操作维修方便，价格便宜。
d.缺点:转鼓与碟片之间留有较大的沉渣容积，这部分空间不能发挥碟
片式
离心机高效率分离的特点；间歇人工排渣生产效率较低，劳动强度较大。
三足离心机
主要部件是一个篮式转鼓，转鼓悬挂于三个支足上。转鼓壁面钻有许多小孔，内壁衬滤布。
适用：一般用于间歇生产过程中的小批量物料处理。在生物工程产业中主要用于活性炭与分离液的分离、结晶与母液的分离以及菌体收集。
4.膜分离设备
根据孔径大小分类：
板式膜分离装置原理：
由导流板、膜、支撑板交替重叠组成。
板式膜组件的过滤介质是膜，支撑板的两侧表面有窄缝，内有供滤液通过的通道，支撑板的表面与膜相贴，对膜起支撑作用。料液通过导流板流过膜面，滤液透过膜，经支撑板面上的窄缝流入支撑板的内腔，然后从支撑板外侧的出口流出；浓缩液沿导流板上的流道与孔道一层层往上流，从膜器上部的出口流出。导流板面上设有不同形状的流道，以使料液在膜面上流动时保持一定的流速与湍动，减少浓差极化和防止微粒、胶体等的沉积。
中空纤维膜分离装置：
料液流向：内压式，料液从空心纤维管内流过，透过液经纤维管膜流出管外。
外压式，料液从一端经分布管在纤维管外流动，透过液从纤维膜管内流出。
中空纤维种类：细丝型、粗丝型
无论用哪种形式的膜分离装置，都必须对料液进行预处理。
错流膜过滤的基本原理：P147
5.液-液萃取分离设备
溶剂萃取分类：按操作方式可分为单级萃取和多级萃取，后者又可分为错流萃取和逆流萃取。
多级逆流萃取：多级逆流萃取中，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。
双水相萃取原理：P150
液-液萃取设备包括3个部分：混合设备、分离设备、离心萃取设备。
多级离心萃取机：立式逐级接触式离心萃取设备。
三个单级混合和分离设备的叠合装置，分上、中、下三段，下段是第１级混合和分离区，中段是第２级，上段是第３级，每段的下部是混合区域，中部是分离区域，上部是重液引出区域。新鲜的轻液由第３级加入，原始重液由第１级加入，萃取后的轻液在第１级引出，萃余有重液则在第３级引出。
（优点：靠离心力的作用处理密度差小或易产生乳化现象的物系；设备结构紧凑，占地面积小，效率较高。缺点：动能消耗大，设备费用较高。）
6.液-固萃取分离设备
原理:利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另一种溶剂中，经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。
液-固萃取方法：
1）浸取：是用溶剂浸渍固体混合物以分离可溶组分及残渣的单元操作，又称固液萃取。
浸取可分为：物理浸取、化学浸取、细菌浸取
2）渗漉
3）回流提取
7.超临界流体萃取（SFE）
原理：利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把有极性大小、沸点高低和相对分子质量大小的成分依次萃取出来。
特点：P157
第六章
1.层析设备
层析原理：
利用物质的理化性质差异建立起来的分离技术。
由固定相、流动相和待分离样品三部分组成。固定相：固体吸附剂或涂渍于惰性载体表面上的液体薄膜，流动相：惰性气体、液体或超临界流体。
当待分离样品混合物随流动相通过固定相时，混合物中的组分与两相之间多次发生相互作用，各组分与两相发生相互作用的能力不同。随着流动相的向前移动，各组份不断在两相中进行分配。与固定相相互作用力弱的组份，随流动相移动时受到的阻滞作用小，向前移动的速度快；反之，与固定相相互作用强的组份，向前移动的速度慢。分部收集流出液，可得到样品中所含的各单一组份，达到将混合物各组份分离的目的。
层析柱：
由柱体、液体分配盘、集液板、流动相进口和出口构成。
圆柱形，柱材料为玻璃、不锈钢柱、搪瓷等。（实验室用的层析柱多为玻璃柱，工业生产中的层析柱多采用金属内涂防腐层或不锈钢、搪瓷玻璃等材料制成。）尺寸：层析柱的高径比（L/D）一般为10～30，高径比大，有利于物质的分离。柱直径一般从几毫米到几十厘米。
层析柱的入口端有液体分配盘，使进入柱内的流动相均匀分布于柱中。
制备型层析柱普遍采用动态轴向压缩法（也称DAC法）装填。DAC法装填的层析柱床层均匀，密度高，柱效高，性能稳定。
2．离子交换设备
离子交换原理：利用离子交换树脂作为交换剂，通过离子之间的交换反应，将溶液中的物质吸附在交换剂上，然后用合适的洗脱液将吸附物质从交换剂上洗脱下来，从而达到分离、溶缩和提纯的目的。
离子交换树脂的分类：
按树脂骨架的化学成分，分为聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂、酚-醛型树脂等；
按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；
按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树脂)、大网络树脂(大孔树脂)及均孔树脂；
按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换树脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。
离子交换树脂的主要性能
1）交联度：离子交换树脂中的交联剂的百分含量。阳离子交换树脂中交联剂二乙烯苯的含量为8%，则树脂的交联度为8。交联度的大小，决定着树脂的机械强度和网状结构的疏密。
2）粒度：树脂颗粒在水中充分膨胀后的直径，一般用筛孔目数或颗粒直径（mm）表示。
3）含水量：树脂经水充分膨胀后，树脂内部水分占树脂的百分比。交联度小的树脂，因为内部空隙大，所以含水量高。一般树脂的含水量在40%～
60%。
4）密度：树脂的密度有湿真密度和视密度。视密度：指树脂经充分膨胀后的湿树脂质量与湿树脂在离子交换柱中所占体积之比，其值一般在600～
850kg/q3
5）膨胀性
6）交换量：
理论交换量（全交换量）：指树脂交换基团中所有可交换离子全部被交换时的交换量，也就是离子交换树脂全部可被交换离子的物质量。
工作交换量：树脂处在工作状态下的实际交换量。
离子交换设备
1）离子交换设备的分类
按照设备的结构：罐式、塔式和槽式离子交换设备；
按照操作方式：间歇式、连续式、周期式离子交换设备；
按照树脂与被分离物质的接触方式分：固定床、移动床和流化床离子交换设
备。
2）结构：固定床离子交换罐、反吸附离子交换罐、扩口式反吸附离子交换罐、筛板式
连续离子交换设备 P167
第七章
蒸发（或称浓缩）：将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化而将溶液浓缩的过程。蒸发操作用于发酵滤液、树脂洗脱液及各种提取液的浓缩，以有利于下一工序的进行。
结晶：将高浓度的溶液或过饱和溶液缓慢冷却（或蒸发），使溶质慢慢形成晶体析出的过程。
加热蒸汽：蒸发操作一般在溶液沸点下进行。要维持溶液在沸腾条件下汽化，需要不断供应热量，热源主要是饱和蒸汽水。
二次蒸汽：溶液蒸发浓缩过程中溶剂汽化产生的蒸汽。
1.真空蒸发的特点：
1）物料的沸腾温度降低，可避免物料因受高温而变质。
2）提高加热蒸汽与物料的温度差，增大单位面积单位时间的传热量，或者使蒸发时需要的传热面积相应减少，加速蒸发过程。
3）可采用多效蒸发，为二次蒸汽的利用创造条件，节约加热蒸汽。
4）对设备要求较高，需要减压装置，系统的投资费用和操作费用较大。
2.真空蒸发设备
薄膜蒸发：
1）概念：溶液在蒸发设备的加热器内以很薄的液层通过，溶液就会很快受热升温，汽化而浓缩，浓缩的溶液迅速离开加热表面。
2）分类：a.长管式薄膜蒸发器(又分升膜式蒸发器，降膜式蒸发器，升降膜式蒸发器)
b.刮板式薄膜蒸发器；
c.离心薄膜蒸发器
长管式薄膜蒸发器
1)升膜式长管蒸发器：是指在蒸发器管壁上形成的液膜与蒸发的二次蒸汽的气流
方向均由下而上并流上升。
特点：优点：浓缩物料时间短，对热敏性物料影响小。
缺点：不适用于粘度大和受热后易积垢及浓缩后产生结晶的物料。
2）降膜式长管蒸发器：是指在蒸发器管壁上形成的液膜与蒸发的二次蒸汽的气流方向
均由上而下并流下降。（加料口位于蒸发器顶部，分离器位于蒸发器的下部）特点：（1）可以浓缩高粘度的液体；
（2）停留时间短，可以处理热敏性物料；
（3）适用于易发泡的料液；
（4）一次通过的浓缩比不大于7，蒸发量不大于进料量的80%；
（5）形成的液膜与蒸发的汽流方向相同，物料自上面进下面出。
3）升降膜式长管蒸发器：将蒸发器用隔板隔开成两个区，一半为升膜区，另一半为降
膜区，相当于把升、降膜式蒸发器串联在一起，是一种高蒸发速率的蒸发器。（了解）
特点：（1）经升膜蒸发后的汽液混合物，进入降膜蒸发，有利于降膜的液体均匀
分布。（2）用升膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控制。
（3）两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比，减低设备高度。
刮板式薄膜蒸发器
1） 工作原理：刮板式蒸发器是通过旋转的刮板使料液形成液膜的蒸发设
备。操作液料从进料管以稳定的流量进入在离心力的作用下，通过盘壁小孔被抛向器壁，受重力作用沿器壁下流，同时被旋转的刮板刮成薄膜，薄膜溶液在加热区受热，蒸发浓缩，同时受重力作用下流。
2） 特点：（1）温度低，适用于热敏性物料。
（2）传热系数高，蒸发量大，适用于粘度较大甚至带有固体粒子的物
料、易
结晶和易结垢物料。
（3）设备机械加工精度要求高；
（4）有传动装置，轴要有足够的机械强度，动力消耗大。
离心式薄膜蒸发器
1） 工作原理：稀物料从转鼓上部进料管1进入蒸发器，由喷嘴4分别向各
碟片组的下表面即下碟片10的外表面喷出，在离心力作用下，料液向碟片周边分布扩散，在碟片表面形成液膜，液膜受到碟片间隙加热蒸汽的作用，蒸发浓缩，浓缩液流到碟片周边，沿套环的垂直通道上升到环形槽7，由浓缩液吸液管6抽出到浓缩液贮罐。从碟片表面蒸发的二次蒸汽汇集到转鼓中部，从二次蒸汽排出管20排出。加热蒸汽由旋转的空心轴19下部加热蒸汽管道通入，并由套环的小通道进入碟片间隙的加热室，冷凝水受离心力作用迅速离开加热表面，从小通道甩出流到转鼓底部的冷凝水收集槽12，从冷凝水管排出。
2） 特点：（1）生产能力大，传热效率高；
（2）料液受热时间短，浓缩液质量好；
（3）适用于粘度较小的料液的蒸发浓缩。
3.结晶设备
生物工程产业的许多产品如谷氨酸钠、柠檬酸、葡萄糖、核苷酸等都是用结晶法提纯和精制的。
饱和溶液：晶体的溶解速度和晶体形成速度处于动态平衡时的溶液。
过饱和度（过饱和系数）：过饱和溶液的浓度C 与饱和溶液的溶度q ?之比。
S =
q q
? 溶解度曲线：P177
晶体的形成：（1）形成过饱和溶液
（2）晶核的形成：晶核：当溶液达到一定的过饱和状态后，溶液中会自
发产生一些细小晶粒，这些晶粒是以后晶体生长过程中必不可少
的核心。
工业上常用的起晶方法有：自然起晶、刺激起晶、晶种起晶。
（3）晶体的生长
结晶速度是影响晶体质量的关键因素，提高晶体速度，控制晶体质量的措施：（1）在浓缩过程中控制溶液的过饱和度，当溶液浓度达到介稳区时边加晶种边结晶，
使晶体长大到所需的大小，防止产生新晶核（伪晶）。
（2）在结晶过程中加强搅拌，使溶液温度保持均匀且保持晶种均匀悬浮于溶液中，促
进晶体的相对运动，降低境界膜厚度，加快结晶速度。
（3）控制结晶设备内的真空度恒定，从而保证结晶温度，避免出现伪晶。
立式冷却结晶箱P178
卧式冷却结晶槽 P179
特点：容积大，动力消耗较小，可串联操作，进行连续结晶。
连续式结晶设备
Krystal-Oslo结晶器原理 P181
1. 常用的两种磁选设备的原理 （1）固定形磁钢装置（平板式磁分离器） 将永久磁钢根据需要的数量组合起来，可分散装置在谷粒经过的加料斜槽或在 加工设备之前集中装置。 工作时，原料以薄层经过磁性部分时，铁块被吸住而除去，原料自由通过。（2）永磁滚筒（旋转式磁分离器） 由转动的外筒和其中固定不动的磁铁芯（ 170 °的半圆形芯子）两部分组成。 工作时，原料经过磁性部分时，铁块被吸住，转动到盛铁盒掉落而除去，原料 自由通过。 2. 筛选分级的原理 利用物料粒度、形状不同，利用一层或数层运动或静止的筛面而达到清理的目的。 3. 振动筛的工作原理 原料大麦进入后经控料闸（控制进料量）首先经过风道进行第一次风选除去轻 的杂质和灰尘（进入沉降室），落入初清筛面，去掉除去大杂质，接着通过筛 孔落入第二级筛面，除去稍大于麦粒的中级杂质，再通过筛孔进入第三级筛面，除去细杂，得到粗糙的原料大麦，最后进行第二次风选，除去三级筛选中的杂 质（进入沉降室），得到原料大麦。 4. 精选机的工作原理 精选是按籽粒长度和形状不同进行分选 精选机是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离。 5. 常用的大麦精选机有哪两种？各有何特点? （1）碟片式精选机 碟片式精选机的主要构件是一组同轴安装的圆环形铸铁碟片，碟片的两侧工作 面制成许多特殊形状的袋孔。
碟片上袋孔的大小、形状，可根据籽粒长度的粒度曲线来确定。 碟片精选机的优点是工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；而且各种不 同的袋孔可用于同一机器中；碟片损坏可以更换。 缺点是碟片上的袋孔容易磨损。 （2 ）滚筒精选机 根据滚筒转速差别分为快速滚筒精选机和慢速滚筒精选机。 按其作用有荞子滚筒、大麦滚筒和分级滚筒之分。 滚筒精选机的特点是它分离出来的杂粒中含大麦较少； 其主要缺点是袋孔的利用系数低，产量也较低，且工作面磨损后不能修复。 6. 圆筒分级筛的工作原理和特点？ 根据物料分级的要求，在圆筒筛上布置不同孔径的筛面。原料进入后在传动装 置作用下运动并接触筛面而进行筛分。 优点：设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。 缺点：筛面利用率小，仅为整个筛面的 1/5 1.物料的粉碎度（粉碎比） 物料粉碎前后平均直径之比，称为粉碎度或称粉碎比。 X=D1/D2 式中 D1 ——粉碎前物料的平均粒径， mm ；D2——粉碎后物料的平均粒径， mm 。粉碎度表示粉碎操作中物料粒度的变化比例。 2.对粉碎机的要求 （1 ）粉碎后的物料颗粒大小要均匀。 （2）已被粉碎的物块，应立即从轧压部位排除。
1.生物质原料的粉碎的设备：锤式、辊式、湿式、超细、纳米粉碎机、球磨机、切片机。 2.连续灭菌流程：加热、保温（湿）、冷却。 3.啤酒生产中麦芽汁的制备设备：糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅、糖化醪过滤槽。 4.糊化锅的作用：用于煮沸大米粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。 5.氧传递模型：双膜理论、渗透扩散、表面更新理论。 6.常用通风式（固态）生物反应器种类：填充床、流化床、转鼓式、浅盘式、搅拌生物反应器和压力脉动固态发酵生物反应器。 7.生物反应器的放大方法：经验放大法、因次分析法、时间常数法、数学模拟法。 8.经验放大法原则：几何相似放大、以单位体积液体中搅拌功率相同放大、以单位培养液体积的空气流量相同的原则进行放大、以空气线速度相同的原则进行放大、以kLa相同的原则进行放大、搅拌器叶尖速度相同的准则、混合时间相同的准则。 9.液液萃取设备：混合设备、分离设备、兼有混合和分离两种功能的设备。 10.蒸发器组成：加热室、分离器。 11.固体输送设备：带式输送机、斗式提升机、螺旋输送机。 12.垂直管中气力输送设备流程：粒子向下加速运动；粒子相对静止；粒子向上加速运动。 13.生物除菌方法：辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌。 14.空气过滤除菌流程：两级冷却、加热除菌流程；高效前置过滤空气除菌流程。 15.过滤除菌效率与空气流速关系：当气流速度较大时，v↑η↑，此时惯性冲击起主要作用；当气流速度较小时，v↑η↓，此时扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留起主要作用；如果气流速度过大，除菌效率又下降，则是由于重新污染。1.GMP：药品生产质量管理规范，指在药品生产全过程中运用科学的原理和方法来保证生产出优质产品的一整套科学管理办法。 2.冷冻干燥：将物料冷冻至水的冰点以下，并置于高真空的容器中，通过供热使物料中的水分直接从固态冰升华为水汽的一种干燥方法。 3.渗透平衡：两溶液过一段时间后的分压相同，相当于进入半透膜的水与出半透膜的水相同，就会达到渗透平衡。不管是什么溶液体系给够足够时间后一定能达到渗透平衡。 4.渗透：渗透是水分子经半透膜扩散的现象。它由高水分子区域（即低浓度溶液）渗入低水分子区域（即高浓度溶液），直到细胞内外浓度平衡（等张）为止。水分子会经由扩散方式通过细胞膜，这样的现象，称为渗透。 5.离子交换法：应用合成的离子交换剂作为吸附剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在交换剂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物质从交换剂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。 6.湿热灭菌：指用饱和水蒸气、沸水或流通蒸汽进行灭菌的方法，以高温高压水蒸气为介质，由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，最终导致微生物的死亡。 7.双水相萃取：一些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统。 8.超临界流体：温度和压力均在本身的临界点以上的高密度流体，具有和液体同样的凝聚力、溶解力。 9.体积传质系数：是决定反应器结构的最相关的参数，它是质量传递的比速率，是指在单位浓度差下，单位时间、单位界面面积所吸收的气体。
生物工程领域课程教学大纲 课程名称(中文)：发酵工程与技术 课程名称(英文)：Fermentation Engineering & Technology 教学方式：授课 总学时与总学分：，其中课堂教学32学时，实验学时学时 适合专业： 考试方式： 课程作用与任务： 本课程旨在让学生系统了解与发酵有关的微生物生理生化、代谢网络、产物合成与调控、代谢工程技术原理。课程的整个内容贯穿怎样才能充分表达菌种的生产潜力和如何运用发酵调控的理论和手段来分析和解决发酵研究和生产中遇到的问题。其任务在于让学生掌握发酵高产的各种控制手段，和新产品的开发和研究方法。 教学内容与学时分配： 一、课堂教学(32学时) 第一章微生物次级代谢产物的合成与调节。(8学时) 第二章发酵工艺控制。(14学时) 第三章发酵过程参数检测与计算机监控。(10学时) 二、上机实验(学时) 三、课外习题及答疑 6学时 参考书目： [1] 储炬，李友荣. 现代工业发酵调控学. 北京：化学工业出版社，2002 [2] Rehm H J, Reed G. Biotechnology. V ol. 1 Biological Fundamentals，2001 [3] Rehm H J, Reed G. Biotechnology. V ol.4 Bioprocessing，1993 学习要求： 先修课程：微生物学 学习方法：课堂认真听老师讲解，每二节课留出约10分钟让学生提问和讨论。 课余要求：课余要求学生结合课堂内容翻阅有关参考书。 所属学院： 编制人：储炬
课程名称(中文)：基因工程概论 课程名称(英文)：Outline of Genetic Engineering 教学方式：课堂讲解 总学时与总学分：，其中课堂教学32学时，实验学时学时 适合专业： 考试方式： 课程作用与任务： 基因工程概论是现在生物工程的主导技术。本课程的主要目的是讲授基因工程的基本原理和操作技术，为从事该领域研究和开发的学生打下坚实的基础。 教学内容与学时分配： 一、课堂教学(32学时) 第一章概述。(3学时) 第二章DNA的体外重组。(4学时) 第三章载体。(4学时) 第四章转化与扩增。（4学时） 第五章筛选与鉴定。（5学时） 第六章目的基因的克隆。（6学时） 第七章基因工程菌的构建。（6学时） 二、上机实验(学时) 三、课外习题及答疑 6学时 参考书目： [1] 张惠展. 基因工程概论. 上海：：华东理工大学出版社，2000 学习要求： 先修课程：生物化学，分子生物学 学习方法： 课余要求： 所属学院： 编制人：张惠展
《生物工程设备》课程教学大纲 课程名称：生物工程设备 课程类型:（必修课） 总学时：45讲课学时：36 学分：2.5学分 适用对象:生物工程专业、生物技术专业、 先修课程：微生物学，生物化学，化工原理，生物工程工艺学原理，化工设备机械基础； 一、课程性质、目的和任务 《生物工程设备》课程是生物工程等专业本科生的专业必修课程，为学生在具备了必要的微生物学基础、酶学基础、生物工程专业基础知识之后的必修专业课程。该课程是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体，是一门实践性很强的学科。 课程主要介绍生物工程产业界常见的工业生产设备及生物工程研究领域的主要设备的基本原理、结构、特点、设计选用计算方法：物料预处理与培养基灭菌流程与设备；发酵设备设计及放大方法、计算；空气净化系统工艺计算与设备设计；物料过滤与离心设备原理与计算；萃取、吸附、层析设备介绍、离子交换流程与设备计算、干燥流程与设备设计计算；制冷工艺流程与设备设计计算、发酵工厂车间设计简介。举例说明工厂设备设计的方法与内容，进行小设计。 本课程既有一定基础理论，又有较强的工程实际应用，使本专业学生成为能在生物技术与工程领域从事产业化设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。 二、教学基本要求 学生在学过上述先修课的基础上，通过本课程的学习，要求学生了解和掌握在生产过程中各个单元操作所使用的设备工作原理及设计计算方法，懂得如何应用这些基本理论去分析和解决生产过程中的具体问题，改造原有生产过程使其更符合客观规律，实现发酵过程的优化，提高生产效率，创造更大的经济效益和社会效益，
四、课程的重点和难点 绪论： 重点：是生物工程设备在生产中的重要地位。 第一章物料预处理与培养基基灭菌设备 重点：物料粉碎、筛分设备结构及工作原理；培养基连连续灭菌流程、设备。 难点：培养基灭菌工艺计算 第二章空气除菌工艺流程及设备 重点：空气除菌流程及设备作用。 难点：空气净化流程空气状态变化的计算。 第三章生物反应器与发酵参数检测元件 重点：不同型式发酵罐的结构及其工作原理、发酵罐的设计。 难点：设备的放大设计计算 第四章：固-液分离设备 重点：各种固液分离方法、设备工作原理、生产能力的计算。 难点：分离设备生产能力的计算。 第五章：萃取设备 重点：萃取设备的结构与原理。 第六章层析设备和离子交换设备
生物工程设备部分题型和答案 为什么发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法？? 湿热灭菌是利用高饥寒和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白量变性进行灭菌的一种方法。?工业发酵培养基灭菌的特点是数目多；含有良多固体物质；灭菌后要有利生产菌的成长；便利易行及价格廉价。?由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具有很强的穿透力，灭菌效果好；蒸汽来源及控制操作条件方便，适用于工业发酵培养基的灭菌。?影响因素：?培养基成分、起泡水平、造就基颗粒大小、罐内空气消除、搅拌混合匀称等。? 连续消毒灭菌法：当时将筹备好的空罐消好，而后把配制好的培育基经由专用的消毒装备，用泵连续进前进料消毒，冷却的灭菌方式叫持续消毒灭菌法。?特点：连续性强，倏地灭菌消毒，培养基养分成分损坏少，适用于大容积发酵罐物料的连续灭菌消毒。但由于附加设备多，操作环节多，因而染菌机遇增长，染菌面波及普遍。?操作要害：（1）连消设备无泄露，无梗塞，无死角，保障在管路消毒进程中总管，支管灭菌彻底；（2）打料过程中严格控制打料流速及打料温度，严格控制开冷却水时间；（3）打料结束后避免物料长时间在管路中滞留，要及时压出或及时接种。 试述高温短时灭菌的原理：用直接高温蒸汽灭菌，蒸汽在冷凝时释放大量的潜热，蒸汽具有强大的穿透力，蒸汽的湿热破坏菌体蛋白质和核酸的化学键，使酶失活，微生物代谢阻碍而死亡。并分析连续消毒灭菌特点：1提高产量，设备利用率高。2与分批灭菌比较，培养液受热时间短，培养基营养成分破坏少。3产品质量易控制，蒸汽负荷均衡，操作方便。4降低劳动强度，适用于自动控制。 从工程水平考虑，怎样提高供氧速率？? 提高空气流量；改变搅拌桨情势；提高搅拌转速和桨径；提高氧分压；改革培养基性质?。 试述旋风分离器的工作原理，至少列举其两种用途。? 旋风分离器是一种利用离心力沉降原理自气流中分离出固体颗粒的设备。从进口进入含有物料的气流，沿内壁一面做旋转运动，一面下降，达到圆锥底部后，旋转直径逐渐减小，根据动量守恒定律，旋转速度逐渐增加，使气流中的离子受到更大的离心力。离子由于离心力的作用，使它从旋转气流中分离。沿着旋风分离器的内壁面下落而被分离。气流到达圆锥部下端附近就开始反转，在中心部逐渐旋转上升，最后从上出口排出。? 旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。 生物反应器根据能量传递方式可以分为那些类别？通过机械搅拌输入能量的搅拌式发酵罐、利用气体喷射动能的气升式发酵罐和利用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发酵罐等。 发酵罐：罐体，搅拌器，挡板，消泡器，变速装置，联轴器和轴承，空气分布装置，轴封。
生物工程专业毕业实习大纲（2008年） 工科大学的培养目标，不但要求毕业生有坚定正确的政治方向，而且要有宽厚的基础与专业理论，以及坚实的工程技能。本专业把毕业实习看作是学生在就业之前以准工作者的姿态对所学到的专业理论结合生产实际进行巩固、加深、应用的一个重要环节。为使毕业生适合社会需要，加强就业的竞争能力，本专业要求每个学生都要完成工程设计训练（6周）和科学研究训练（ 20周）。因此，在毕业实习期间每位同学一定要按照大纲和指导教师的要求，完成后继课程教学——毕业设计所需要的工艺数据的收集任务。 一、实习安排 实习工厂：上海第一生化制药厂 实习期限：11月10日至11月21日 实习安排： 1．听实习动员报告与作好下厂准备工作。 2．下厂听全厂介绍和保安、保密报告。 3．由厂部工程师介绍实习产品的工艺技术沿革和国外同类产品的发展。 4．至车间实习（包括听课、收集数据、看设备或流程图纸）。 5．了解药厂公用工程及参观动力车间、三废处理车间。 6．整理报告及考查。 二、实习要求： 1．了解内容： 本厂简史——建厂史及发展状况、原料及产品种类及供需情况，有关技术改革情况介绍。 生产流程——生产过程、方法、设备及主要操作条件、成品规洛，并绘制生产流程草图。 车间管路布置——物料、上下水、蒸汽压缩空气真空等管路直径，联接方式（法兰或焊接等），阀门，介质流向，管道的位置（高度、管间距离等）尺寸等，并绘制管路布置草图。 机构组织——全厂及实习车间的组织系统及其职责。 管理概况——着重生产管理，岗位设置及车间定员等。 安全制度——各种事故防止的具体措施。 三废处理——发酵工厂三废的来源，BOD或者COD的含量，处理方法、排放标准。 2．生产车间实习 通过车间实习必须掌握全部生产过程，有关原理，控制生产的方法，保证正常生产的关键、改进生产的方法，详细了解熟悉设备构造、性能及维护知识；并搜集与设计有关的实验数据、物性数据，并进行初步的物料衡算。 （1）发酵车间实习内容及要求 生产流程，操作规定，菌种保藏及保证种子质量的方法，菌种的生理特性，各种生产用培养基的配比发酵过程中糖、氮、pH、效价的变化，菌丝发育阶段与发酵单位增长的关系，分析批报（要求每位同学抄2批有代表性的批报进行分析 比较），总结提高发酵水平的经验。了解保证正常生产的操作方法和措施，如接种、通气、温度，倒种、补料等，杂菌的检查方法及防止染菌的措施。 各种发酵罐的公称容积，结构尺寸和所配电机功率，发酵罐的轴封及附属管道（包括阀门）的布置
生物工程大实验 30L发酵罐上黄原胶发酵实验 姓名： 学号： 学院：生命学院 专业：生物工程 年级： 同组成员：
1.材料和方法 1.1菌株：HYJ 1.2培养基 1.2.1斜面培养基（100ml） 葡萄糖 3.0；蛋白胨0.5；酵母粉0.3； 氯化钠0.5；琼脂 2.0；pH 7.0-7.3 灭菌条件：115℃，20min；培养温度：30℃；培养时间：24-48 h 1.2.2种子培养基（100ml） 葡萄糖 2.0；蛋白胨0.5；酵母粉0.1； 牛肉膏0.3 g；pH 7.0-7.3 灭菌条件：115℃，20 min；培养温度：30℃；培养时间：10-15 h 1.2.3发酵培养基（100ml） 葡萄糖 3.0；蛋白胨0.2；酵母粉0.1；Na2HPO4·12H2O 0.252；KH2PO4 0.3； K2SO4 0.1；MgSO4·7H2O 0.1；pH 7.0-7.3 灭菌条件：115℃，20 min；培养温度：30℃；培养时间：48-62 h 1.3. 培养条件 1.3.1斜面培养 1）配置400 ml的斜面培养基，分装试管，于115℃下灭菌20 min，之后摆斜面，冷却至室温后，将凝固后的斜面放于30℃培养箱过夜。 2）转接斜面菌种，将转接好的斜面菌放于30℃培养箱培养24-48 h。 1.3.2一级种子培养 1）配置种子培养基：按照种子培养基配方配制3000 ml，分别分装到5000 ml 和500 ml的三角瓶中，装液量分别为100 ml/500 ml三角瓶（用于一级种子培养）；1000 ml/5000 ml三角瓶（用于二级种子培养），于115℃下灭菌20 min。 2）接种：将培养好的斜面菌种接种到一级种子培养基中（100 ml/500 ml三角瓶），
生物工程设备期末题 1．根据工艺操作，发酵生产设备类型分为 发酵设备和 发酵设备。 2．小型发酵罐罐顶和罐身采用 连接，材料一般为不锈钢。 3．罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为 左右。 4．挡板的作用是防止液面中央形成 流动，增强其湍动和溶氧传质。 5．消泡器的作用是 。 6．大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用 使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 7．为了防止发酵液泄漏和杂菌污染，搅拌器轴与罐顶或罐底连接处需要密封，即 。 8．一个发酵罐的圆柱部分体积为80 L ，上下封头的体积分别为10 L ，如果装料系数为80%，则罐的总容积为 L ，罐的有效容积为 L ，公称容积为 L 。 9．CIP 清洗系统整个清洗程序分7个步骤：预冲洗、 、中间清洗、清水喷冲、碱喷冲、清水冲洗、 。 10．细胞培养的操作方式有 、流加式操作、半连续式操作、 连续操作和 。 11．笼式通气搅拌反应器由两大部分组成： 和 。搅拌笼体由 和其顶端的 以及套在笼体外面的 组成。 二、名词解释 1. 连续发酵。2．在线检测。3．净化工作台。4．公称容积。5．流加式操作 三、简答题 1. 机械搅拌发酵罐的基本要求是什么？2．机械搅拌通风发酵罐中搅拌器的作用是什么？3．圆柱锥底啤酒发酵罐上为什么要安装真空安全阀？4．朝日罐生产啤酒的优缺点是什么？ 1. 试论述传感器应满足哪些条件？2．以四器组合为例说明啤酒生产中麦汁的制备设备包括哪几种，每种设备的用途是什么？ 六、计算题（10分×1 = 10 分） 一个年生产12万t 赖氨酸的发酵工厂，发酵产酸水平为18％，提取总收率为85％，年生产时间为300d ，发酵周期为60 h ，洗罐准备时间为12 h ，设发酵罐的装罐系数为80％，发酵罐的容积为450 m3。问：1、该工厂每日产量是多少(t/d)？2、每日所需要的发酵液量是多少？3、每日所需要的发酵罐容积为多大？4、生产12万t 赖氨酸需要发酵罐的总数是多少？(每步计算请标清楚单位,小数点后保留一位有效数字) 一、名词解释 1、 菌体的率 YX/S 对基质的细胞得率Yx/s 2、半连续式操作 又称反复分批式培养或换液培养，是指在分批式操作的基础上，不全部取出反应系剩余部分重新补新的营养成分，再按分批式操作的方式进行培养，这是反应器内培养液的总体积保持不变的操作方式。 3、Ka 4、发酵稀释比D:补料速度与反应器体积的比值（h-1），在稳定状态下，细胞的生长速率等于稀释速率 5、过滤效率被捕捉的粉尘量与原空气中粉尘量之比。 6、装料系数：发酵罐存在持气与起泡问题，必须在充入培养液后留有一定的空间。 式中 V —发酵罐的代表容积（m 3）；V 0—进入发酵罐的发酵液量（m 3）ψ —装液系数 7、实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，又称分批灭菌。 8、升膜式蒸发器：真空蒸发设备，主要由加热室和汽液分离器组成，在真空状态下溶液在蒸发器的加热表面形成液膜，很快受热升温、汽化、浓缩。液膜与蒸发的二次气流方向相同称为升膜式蒸发器。 S x x ?-?=＝消耗基质的质量生成细胞的质量/s Y ?0V V =
生物工程设备 教学大纲 生物科学与工程学院 生物工程教研室编2009年9月第三次修改
编写说明 生物工程设备是生物工程专业的专业核心课程之一，在我系的专业课教学中占有特别重要的地位。生物工程设备是专门研究生物工厂设备的一门学科，是生物工程专业的专业课，在学过的生物工艺，化工原理，生物化学的基础上开设的。生物技术是以基因工程为先导，结合发酵工程、酶工程和生化工程等技术，构成现代生物技术。生物工程设备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体。具体内容包括：生化反应器、生化反应物料处理及产物分离纯化设备和辅助系统设备的原理和设计及计算。通过本课程的学习使学生能够了解和掌握发酵工厂常用的发酵设备、分离提取原理及设备。并为学习其他工艺学奠定基础。 为了规范教学，提高我系的生物工程专业课的教学质量，特编写此大纲。 生物工程设备教学大纲，全面系统的介绍发酵工艺的内容，结合本学科的最新成果组织编写。本大纲的内容有：教学目的与要求、教学重点与难点、教学内容、并提供了思考题、教学参考书及课时分配表等。 本大纲由李树立老师编写，教研室集体审定。 生物工程教研室 2009年9月
课时分配表
目录理论教学部分： 第一章概述 第二章物料处理和输送设备 第一节固体物料的处理与粉碎设备 第二节固体物料输送设备 第三节液体物料的输送设备 第三章空气净化除菌设备 第一节空气净化除菌的方法与原理 第二节空气过滤除菌设备及计算 第四章培养基的制备设备 第一节糖蜜原料的稀释与澄清 第二节淀粉质原料的蒸煮糖化设备 第三节啤酒生产麦芽汁的制备 第四节培养基的灭菌 第五章通风发酵设备 第一节机械搅拌通风发酵罐 第二节气升式发酵罐(ALR) 第三节自吸式发酵罐 第四节通风固相发酵设备 第五节其他类型的通风发酵反应器简介第六章嫌气发酵设备 第一节酒精发酵设备 第二节啤酒发酵设备 第三节连续发酵 第七章植物细胞(组织)和动物细胞培养反应器第一节植物细胞(组织)培养反应器 第二节动物细胞培养反应器 第三节微藻培养反应器 第八章生物反应器的比拟放大 第一节生物反应器的放大目的及方法 第二节通气发酵罐的放大设计 第九章过滤、离心与膜分离设备 第一节过滤速度的强化 第二节过滤设备 第三节离心分离设备 第四节膜分离设备 第十章离子交换分离原理及设备 第一节离子交换树脂 第二节离子交换分离原理 第三节离子交换设备 第十一章蒸发与结晶设备 第一节常压与真空蒸发设备
生物工程设备 第一章绪论 ●生物工程设备(bioengineering equipment)：就是生物工程类工 厂或实验室为生物反应提供最基本也是最主要的能够满足特定生物反应工艺过程的专门技术装备或设施。即为生命体完成一定反应过程所提供的特定环境。 ●生物工程设备是现代生物技术的基本原理与工程学原理相交叉的 应用性学科，是将生物技术成果产业化的桥梁。 ●吕文虎克发明显微镜、柯赫建立了微生物分离纯化和纯培养技术、 弗莱明发现了青霉素，并确认青霉素对伤口感染更有疗效 ●通风搅拌发酵技术的建立标志着实现了真正意义的生物工程设 备； 代表：青霉素 ●对通气搅拌生物反应器进行了改造，发展了气升式反应器，设备 向着大型化、自动化发展 ●20世纪70年代基因重组技术诞生； 代表产物是胰岛素 第二章原料处理及灭菌设备 ●目前常用的处理方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法 ●预处理包括：筛选去杂、磁力除铁、精选分级、原料粉碎
●筛分机械原理：根据颗粒的几何形状及其粒度，利用带有孔眼的 筛面对物料进行分选的机器，具有去杂、分级两个功能 ●网目：以每英寸长度内的筛孔数表示，称为网目数，简称网目， 以M表示 ●振动筛：发酵工厂应用最为广泛，带有风力除尘功能的筛选设备， 多用于清除物料中小或者轻的杂质。 ●滚筒筛分类有 1.并列式：颗粒直径分布均匀；2,串联式：小颗粒 含量较多的；3.同轴式：大颗粒含量不多的物料 ●重力分选原理：干重重力分选、湿重重力分选 ●湿重重力分选利用不同密度的颗粒在水中受到的浮力及下降阻力 的差异进行分选的。 ●典型重力分选机械粒状原料密度去石机采用干法重力分选块根原 料除石机该设备通常采用湿法重力分选 ●精选设备常用的有滚筒式精选机、碟片式精选机、螺旋球度精选 机 ●螺旋球度精选机从长颗粒中分离出球形颗粒 ●粉碎的理论模型（a）体积粉碎模型（b）表面粉碎模型（c）均一 粉碎模型 ●粉碎：粉碎是固体物料尺寸由大变小的过程，是利用机械力来克 服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作。 ●实际粉碎过程中受到两个因素的影响：原料性质和粉碎设备结构
生物工程专业实验大纲 目录 《生物反应工程实验》实验教学大纲 (1) 《生物工程专业实验》实验教学大纲 (2) 《生物化学实验》实验教学大纲 (4) 《微生物学实验》实验教学大纲 (6) 《仪器分析实验》实验教学大纲 (8) 《药物分析实验》实验教学大纲 (10) 《分子生物学实验技术》实验教学大纲 (11) 《基础生物学》实验教学大纲 (13) 《免疫学》实验教学大纲 (15) 《现代生物技术》实验教学大纲 (16)
一、实验课程目的与任务 本实验通过对生化反应的了解和生化反应器的使用，熟悉生化反应工程原理，掌握简单的生物反应工程操作，巩固和检验已学的理论知识，为今后的生物工程专业实验和毕业论文打下基础。 二、实验课程内容及具体要求 通过测定反应器的氧体积传质系数a k L 、反应器的停留时间分布以及采用此反应器进行微生物的间歇和连续发酵过程的实验，熟悉生化反应工程原理，重点掌握生化反应器的使用，掌握简单的生物反应工程实验操作。 三、实验项目设置及学时分配 四、实验计划与学时安排 本课程实验20学时，各实验与讲课穿插进行。 五、实验考核及评分办法 1．学生进实验室要求做好预习报告； 2．对实验过程中学生完成情况进行考核，并提出相应存在问题进行质疑； 3．综合每项实验状况给出成绩。 执笔人：曹飞
一、实验课程目的与任务 通过对工业化L－天冬氨酸的酶法生产过程进行实验，深入了解生化工程原理，掌握典型的生物反应过程操作，巩固和检验已学的理论知识，为毕业论文和走向工作岗位打下基础。 二、实验课程内容及具体要求 本实验综合了发酵工程、酶工程、生物分离工程和生物反应器的基本知识，要求学生通过典型产品的酶法制备了解生物工程的相关基本操作，掌握微生物菌种保存与培养、细胞固定化和酶法转化、目标产品的分离提取等基本实验技能。 三、实验项目设置及学时分配
生物工程设备思考题 名词： 对数残留定律：在灭菌过程中，活菌数逐渐减少，其减少量随着活菌数的减少而递减，即微生物的死亡速率与任一瞬时残留的活菌数成正比。 纳滤：（NF）是介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术，是一个能从溶液中分离出相对分子质量为300-10000的物质的膜分离过程。错流过滤：在泵的推动下料液平行于膜平面流动，与死端过滤不同的是料液流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在 一个较薄的水平 双水相萃取：双水相系统形成的两相均是水溶液，它特别适用于生物大分子和细胞粒子，不同的高分子溶液相互混合可产生两相或多相系统，如葡聚 糖和聚乙二醇，按一定的比列与水混合，溶液混浊，静置平衡后，分 成互不相溶的两相，上相富含PEG,下相含葡聚糖。 超临界萃取：利用超临界流体，即其温度和压力略超过或靠近临界温度和临界压力，介于气体和液体之间的流体为萃取剂，从固体或液体中萃取出来 某种高沸点或热敏性成分，以达到分离和提纯的目的。 动物细胞培养生物反应器：是一类模拟培养物在生物体内的生长环境，具有较低的剪切效应，较好的传递效果和力学性质的设备。 中空纤维细胞培养法：细胞能在中空纤维上不断地从流动的培养液中获得营养物质，细胞代谢产物和培养物又可随培养液的流动而流走。 微囊化培养技术：是用固定化技术将细胞包裹在微囊里，在培养液中悬浮培养。酶反应器:以酶为催化剂进行生物反应所需的设备。 1.粉碎的粒径范围如何划分？ 原粒径成品粒径 粗碎 40-1500mm 5-50mm 中细碎 5-50mm 0.5-5mm 微粉碎 5-10mm <100um 超微粉碎 0.5-5mm <25um 2.机械粉碎的5种形式（5种粉碎力） 挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、劈碎和剪碎。 3.影响灭菌的因素是什么？ 微生物的热阻和相对热阻；培养基成分与其物理状态、其氢离子浓度；其微生物数量；微生物细胞含水量；微生物细胞菌龄；微生物的耐热性；空气排出情况；搅拌；泡沫。 4.培养基的灭菌工业上可为哪几类？ 化学灭菌法，电磁波、射线灭菌法，干热灭菌法，湿热灭菌法，过滤除菌法，火焰灭菌法。 5.连续灭菌与间歇灭菌相比有何特点 连续灭菌：保留较多的营养物质，容易放大，较易自动控制，受蒸汽的影响较小，缩短灭菌周期，发酵罐利用率较高，蒸汽负荷均匀，某些情况下可使发酵高腐蚀少，但设备比较复杂；间隙灭菌：设备投资少，染菌的危险性较小，人工操作方便，对培养基固体物质含量较多时更为适宜，但灭菌过程中蒸汽用量变化大，造
生物工程下游技术实验课程教学大纲 课程名称：生物工程下游技术（Downstream Processing of Bioengineering） 课程编码：1313083216 实验类别：专业课 总学时数：46 实验时数：16 学分：2.5 开课单位：生命科学学院生物技术教研室 适用专业：生物技术 适用对象：本科（四年） 一、课程的性质、类型、目的和任务 本课程为生物技术专业本科生必修的专业课程。是非单独设课课程，在实验中要求： 1、在本实验课程中培养和提高学生运用生物分离技术的原理的能力。 2、掌握生物分离技术的基本方法和技能，培养学生正确记录实验数据和现象、正确处理实验数据和分析实验结果的能力。 3、培养学生严谨认真、实事求是的科学态度和良好的实验作风。 4、在教学中，教师要向学生讲明该实验课的性质、任务，并使学生明确实验课的地位和作用，提高学生学习的主动性。 5、学生实验前，必须预习实验内容，了解每个实验的目的、原理和方法。 6、实验过程中，要求学生操作要规范、做好实验原始记录、爱惜仪器、节约药品、遵守安全制度、使学生养成良好的实验习惯，树立良好的学风。 7、要求学生实验后按时完成实验报告。。 二、本课程与其它课程的联系与分工 本课程宜从三年级第二学期开始，以确保学生学习本课程具有所需要的数学、物理、化学、微生物学、酶工程、微生物工程、细胞工程等基础。 三、课程内容及教学基本要求 [1]表示“了解”；[2]表示“理解”或“熟悉”；[3]表示“掌握”； 实验一、大肠杆菌的超声波破碎 细菌培养和收集[3]；细胞破碎[3]；细胞液分离[2] 实验二、氨基酸的吸附层析 薄板制备[3]；点样[3]；展层[3]；显色[3]；测定Rf值[2] 实验三、蛋白质溶液的凝胶层析脱盐 凝胶柱制备[3]；加样与洗脱[3]；检测[3] 实验四、有机溶剂萃取抗生素 试剂配制[3]；化学效价测定[3]；标准曲线制备[3]
生物工程设备考题 如何在考试中取得好的成绩，做题也是一个练习的好方法。下面给你整理了一些生物工程设备考题，一起来做一做吧。 生物工程设备考题单选题 1.空气过滤系统中旋风分离器的作用是..............。 A. 分离油雾和水滴 B.分离全部杂菌 C.分离二氧化碳 D.分离部分杂菌 2.好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前......，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 3.溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是..........。 A.物料进口处或出口处采用浮头管板 B.蒸发器壳体应有膨胀圈 C.物料在加热管内有足够的浓缩倍数，一般为七倍 D.加热的蒸气与物料之间有足够的温度差，一般为20-35℃ 4.空气过滤系统中空气加热器的作用是..............。 A.对空气加热灭菌 B.升高空气温度，以降低空气的相对湿度 C.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份 D.升高
空气温度，杀灭不耐热的杂菌 5.机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般..........搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。 A.小于一个 B.大于一个小于两个 C.等于一个 D.等于两个 6.安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是..............。 A.将空气过滤为无菌空气 B.过滤分离空气中的油雾 C.过滤分离空气中的水滴 D.减轻总空气过滤器的过滤负荷 7.为了减轻空气过滤系统的负荷空气压缩机最好选用.........空气压缩机。 A.往复式 B.离心式 C.高压 D.无油润滑 8.培养基连续灭菌流程中选用管道维持器，应该使培养基在管道的流速达到......，才能保证先进先出。 A. 过渡流 B.层流 C.活塞流 D.湍流 9.冷冻升华干燥主要是升华...........。 A.游离水 B.结构水 C.冷凝水 D.气态水。 生物工程设备单选题答案 1.A 2.C 3.D
体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收的气体。 影响kLa的因素：物系的性质——粘度，扩散系数，表面张力 操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数 反应器的结构——反应器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力的作用 1、增加质量与热量传递速率 2、对微生物，动植物细胞的培养造成影响 机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性 1、搅拌叶轮尺寸与类型 ●叶轮尺寸与罐直径比 Di/D=0.33~0.45 选用较大的叶轮或Di/D： 多糖发酵， 动物细胞培养； ●叶轮类型的选择 功率准数、混合特性， 产生的液流作用力的大小 2、搅拌叶尖速度与剪应力 ●细胞与剪切作用 损害程度： 细胞特性、搅拌力的性质、强度、作用时间； 定性关系： 球状和杆状细胞：耐受力强， 丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切的反应器设计准则 以搅拌叶尖线速度v为基准： v≤7.5m/s 3、发酵液的流变特性 液体流变特性的影响： 传质、传热、混合； 发酵罐设计与运转； ●发酵液流变特性的类型： （1）牛顿型流体 黏度不随搅拌剪切速率和剪应力而改变（粘性定律）； 剪应力与剪切速率的关系： τ=F/A=μ(du/dy)=μγ τ为剪应力，Pa或N/m2； F为切向力，A 为流体面积； μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )； 非牛顿型流体
（2）宾汉塑性流体 τ=τ0+μsγ τ0为屈服应力，Pa; μs为表观黏度,Pa·s; 如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性和涨塑性流体 τ=Kγn K：均匀系数，稠度系数，Pa·sn； n：流体状态特性指数， 拟塑性：0﹤n﹤1 涨塑性：n﹥1 如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖； 机械搅拌通风发酵罐的的热量传递 1、发酵过程的热量计算 ●生物反应热的计算 Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散 Q搅拌： 与搅拌功率Pg有关， η功热转化率，取η=0.92； Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0.2 Q生物； ●冷却水带出的热量计算 发酵过程的最大放热： Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)] W:冷却水流量，kg/h； c：水的比热容，kJ/(kg·℃)； T1、T2:冷却水进出口温度，℃； VL：发酵液体积，m3; ●发酵液温升测量计算 旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水， 30min后测定发酵液的温度： Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)] w1、w2：发酵液和发酵罐的质量，kg； c1、c2：发酵液和发酵罐的比热容，kJ/(kg·℃)； △T：30min内发酵液的温升，℃； 2、发酵罐的换热装置 ●换热夹套 换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)； 适应：5m3发酵罐； ●竖式蛇管 4~6组 换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)； 要求水温较低； ●竖式列（排）管 传热推动力大，用水量大；
《生物工程概论》教学大纲 课程名称：生物工程概论 英文名称 :Introduction to Bioengineering 课程编码： 学分：2 总学时：36 理论学时：36学时 实验学时：0学时 适用专业：非生物类本科专业 执笔人： 审核人： 一、课程的性质、地位与任务 生物工程概论是生物类院校一些非生物学专业的必修课程之一。20世纪以来生命科学的研 究迅速发展，从而推动了农业、林业、工业、医药卫生等多个领域的发展。本课程介绍各项生物工程技术的基本原理和基本知识，使非生物专业的学生能够了解生物工程的基本知识框架，促进其他学科的学生对生命科学的关注，为他们了解生物工程相关的基础知识提供平台，对促进学科交叉、拓宽学生知识面，提高学生的高科技意识和创新思维方式，增强学生适应社会能力及择业机遇，都有着重要的现实意义。 二、教学目的与要求 本课程为全校非生物专业学生的必修课。通过本课程的学习，了解生物技术和生物工程的概念、研究对象、 研究内容及与日常生产、生活的关系。掌握五大生物工程技术的原理与方法，
第一章绪论 本章教学目的和要求: 通过本章的教学，让学生了解生物工程的概念、学科发展情况的基本内容，激发学生的学 习兴趣，了解本学科学习的 大致内容。 重点：1.生物技术的概念；2.生物技术的种类及其相互关系； 3.传统生物技术与现代生 物技术的区别。 难点：生物技术的概念及其包含的内容 教学目的和要求: 学习基因工程的概念、主要步骤和相关的分子生物学基础知识（基因工程诞生的三大理论 和三大技术）。了解常用工 具酶的催化反应机制及主要用途，三种常用基因克隆载体（质粒、入 噬菌体和粘粒）的一般生物学特性、结构及其应用，目的基因的制备方法，重组体的构建及导 入受体细胞的方法，重组子的筛选与鉴定方法。通过学习为进一步掌握生物技术相关知识和从 事基因工程工作打下基础，并对基因工程的发展动态有初步的了解。 重点：基因工程的主要操作步骤，主要工具酶的催化机理和用途，三类常用载体的特点和 主要用途，目的基因克隆的 主要方法，重组 DNA 的导入受体细胞的途径，重组克隆的筛选与鉴 定方法。 难点：目的基因的克隆策略，基因表达载体构建的策略和方法，重组克隆筛选鉴定方法。 教学内容： 、DNA 的化学组成和分子结构 （2学时） 教学内容： 第一节生物工程与生物技术的含义 第二节生物技术的产生 一、 传统生物技术 二、 近代生物技术 三、 现代生物技术 第三节生物工程的基本内容 一、 基因工程 二、 细胞工程 三、 酶工程 四、 发酵工程 五、 蛋白质工程 六、 五大生物工程技术之间的联系 第四节生物技术涉及的学科及其技术 第五节现代生物技术的应用与产业化 一、 生物技术在各个领域的应用 二、 应用生物技术的产业化及其基本特征 第六节现代生物技术的发展现状 0.25 学时 0.25 学时 0.5 学时 0.25 学时 0.25 学时 0.25 学时 第七节现代生物技术对于人类生活、社会生存的重要影响 第二章基因工程 第一节基因工程的概念 第二节 DNA 的结构与功能 0.5 0.5 学时 学时 0.25 学时 （4学 时）
体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收得气体。 影响kLa得因素：物系得性质——粘度，扩散系数，表面张力 操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数 反应器得结构——反应器得结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力得作用 1、增加质量与热量传递速率 2、对微生物，动植物细胞得培养造成影响 机械搅拌通风发酵罐得搅拌与流变特性 1、搅拌叶轮尺寸与类型 ●叶轮尺寸与罐直径比 Di/D=0、33~0、45 选用较大得叶轮或Di/D： 多糖发酵， 动物细胞培养； ●叶轮类型得选择 功率准数、混合特性， 产生得液流作用力得大小 2、搅拌叶尖速度与剪应力 ●细胞与剪切作用 损害程度： 细胞特性、搅拌力得性质、强度、作用时间； 定性关系： 球状与杆状细胞：耐受力强， 丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切得反应器设计准则 以搅拌叶尖线速度v为基准： v≤7、5m/s 3、发酵液得流变特性 液体流变特性得影响： 传质、传热、混合； 发酵罐设计与运转； ●发酵液流变特性得类型： （1）牛顿型流体 黏度不随搅拌剪切速率与剪应力而改变（粘性定律）； 剪应力与剪切速率得关系： τ=F/A=μ(du/dy)=μγ τ为剪应力，Pa或N/m2； F为切向力，A 为流体面积； μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )； 非牛顿型流体
（2）宾汉塑性流体 τ=τ0+μsγ τ0为屈服应力，Pa; μs为表观黏度,Pa·s; 如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性与涨塑性流体 τ=Kγn K：均匀系数，稠度系数，Pa·sn； n：流体状态特性指数， 拟塑性：0﹤n﹤1 涨塑性：n﹥1 如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖； 机械搅拌通风发酵罐得得热量传递 1、发酵过程得热量计算 ●生物反应热得计算 Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散 Q搅拌： 与搅拌功率Pg有关， η功热转化率，取η=0、92； Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0、2 Q生物； ●冷却水带出得热量计算 发酵过程得最大放热： Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)] W:冷却水流量，kg/h； c：水得比热容，kJ/(kg·℃)； T1、T2:冷却水进出口温度，℃； VL：发酵液体积，m3; ●发酵液温升测量计算 旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水， 30min后测定发酵液得温度： Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)] w1、w2：发酵液与发酵罐得质量，kg； c1、c2：发酵液与发酵罐得比热容，kJ/(kg·℃)； △T：30min内发酵液得温升，℃； 2、发酵罐得换热装置 ●换热夹套 换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)； 适应：5m3发酵罐； ●竖式蛇管 4~6组 换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)； 要求水温较低； ●竖式列（排）管 传热推动力大，用水量大；