生物工程设备复习大纲内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
1．1生物反应器设计基础
1、发酵罐数的确定。
可参考课件作业
1．2通风发酵罐
1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。
答：1. 机械搅拌发酵罐(TRC) 工作原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供氧。 优点：高生产效率，高经济效益。
2. 气升式发酵罐(ALR) 工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，
实现混合与溶氧传质。 特点： 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4）传热良好5）结构简单6）能耗小
7）不易染菌8）操作和维修方便
3. 自吸式发酵罐 工作原理： 不需空气压缩机提
供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射
吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的
发酵罐。 优点： (1)不必配备空气压缩机及其附
属设备，节约设备投资，减少厂房面积；(2)溶氧速率
高，溶氧效率高，能耗较低； (3)生产效率高、经济
效率高(4)设备便于自动化、连续化。
b
p t t t +=
缺点： 较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效
空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40％。
4. 通风固相发酵罐 优点：设备简单，投资省。
2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件
作用及原理。
1－轴封 ； 2、20－人孔；
3－梯； 4－联轴；
5－中间轴承； 6－温度计接口；
7－搅拌叶轮； 8－进风管；
9－放料口； 10－底轴承；
11－热电偶接口； 12－冷却管；
13－搅拌轴； 14－取样管；
15－轴承座； 16－传动皮带；
17－电机； 18－压力表；
19－取样口； 21－进料口；
22－补料口； 23－排气口；
24－回流口； 25－视镜；
3、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算（非通气状态和通气状态注意参数单位）。
非通气状态：
通气状态：
1．3嫌气发酵罐
1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。
2、酒精发酵罐的计算。
5i 30D N P L P ρω=
3、啤酒发酵罐的计算及设计中涉及的问题（如压力、真空、发酵液混和及对流）等。
4、新型啤酒发酵设备的优缺点。
答：圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐）的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要求。
朝日罐的优点：可加速啤酒的成熟。发酵时罐的装量达96％，提高设备利用率，减少了排除酵母时发酵液的损失。缺点：动力消耗大。
5、CIP在位清洗。
预冲洗-----碱预洗---中间清洗----固定喷头喷洗----碱喷洗----清水冲洗-----酸冲洗
6、连续发酵与间歇发酵的优缺点。
答：连续发酵：培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，发酵周期短，设备利用率和生产效率高，易于自动化生产。缺点：微生物的突变，污染杂菌，混合均匀度不理想，丝状菌的输送困难。
间歇发酵：操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。
1．4．1动物细胞培养反应器
1、动物细胞培养的特点。
答：1. 细胞生长缓慢，易受微生物污染，培养时需要抗生素；
2. 动物细胞较微生物大得多，无细胞壁，机械强度低，适应环境能力差；
3. 培养过程需氧量少，且不耐受强力通风与搅拌；
4. 在机体中，细胞相互粘连以集群形式存在；
5. 培养过程产物分布于细胞内外，成本高，产品价格昂贵；
6. 大规模培养时，不可套用微生物反应的经验；
7. 原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡。
2、动物细胞培养反应器的分类。
答：1. 通气搅拌式细胞培养反应器 2. 气升式细胞培养反应器 3. 中空纤维细胞培养反应器 4. 实验室水平的微囊细胞培养反应器 5.工业化水平的大载体细胞培养反应器 6. 微载体细胞培养反应器 7. 活体生物反应器
1．4．2植物细胞培养反应器
1、植物细胞培养反应器的分类。
答： 2、植物细胞培养与微生物培养的区别。 答：细胞的大小
细胞块的形状
培养液的黏度
需氧量
Kla 值比微生物培养的Kla 值小得多
对剪切力敏感
需CO2和光照
1．4．3微藻细胞培养反应器
1、微藻细胞培养的特点及反应器种类。
答： 特点：（1）需要足够的光照；（2）需要供应大量的CO2和排放大量的O2；
（3）混合均匀，防止细胞沉降，且使细胞受光均匀；（4）微藻的培养基多采用
海水配制，除淡水藻外。 种类：1.敞开式培养反应器 2.密闭式培养反应器
3.管道式光培养反应器
4.浅层溢流光培养反应器
1．5生物反应器的检测与控制
???固定化细胞培养
悬浮培养植物细胞培养???
????光生物反应器组合式反应器非机械搅拌反应器机械搅拌反应器悬浮培养反应器
1、生物工程对传感器的要求。
答：（1）传感器能经受高压蒸汽灭菌；
（2）传感器及其二次仪表具有长期稳定性；
（3）最好能在过程中随时校正；
（4）探头材料不易老化，使用寿命长；
（5）探头安装使用和维修方便；
（6）解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞问题；
（7）价格合理，便于推广使用。
2、生物传感器及其组成。
答：生物传感器将生物体的成份（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。组成：敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件
3、生化过程各参数控制图的绘制。
答：温度的控制 pH的控制溶氧的控制泡沫的控制
4、PID控制。
1．6生物反应器的比拟放大
1、生物反应器放大的目的。
答：应用理论分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。
2、放大的内容。
答：罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放大问题，这些内容都有一定的相互关系。
3、经验放大中常用的两种方法
答：因次分析放大方法----就是在放大过程中，维持生物发酵系统参数构成的无因次数群（称为准数）恒定不变。数学模拟法-----是根据有关原理和必要的试验结果，对实际的过程用数学方程的形式加以描述，然后用计算机进行模拟研究、设计和放大。该法的数学模型根据建立方法不同可分为由过程机理推导而得到的“机理模型”、由经验数据归纳而得的“经验模型”和介于二者之间的“混合模型”。
2．1．1生物反应物料处理设备
1、固体物料的筛选除杂设备具体包括哪些。
答：谷物原料粗选设备 1.大麦粗选机2.磁力除铁器大麦的精选设备 1.滚筒精选机2.碟片式精选机大麦的分级设备 1.平板分级筛2.圆筒分级筛
2、原料粉碎的方式，具体设备。
答：湿法粉碎和干法粉碎。设备：锤式粉碎机双转子锤式粉碎机辊式粉碎机 (对辊粉碎机)多辊粉碎机球磨、圆盘钢磨
3、物料粉碎的力学分析。
答：固体物料的粉碎按其受力情况可分以下几种：挤压破碎(a)、冲击破碎(b)、研磨粉碎(c)、剪切破碎(d)、劈裂粉碎(e)。
4、锤式粉碎机的工作原理。
答：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。
5、两辊式粉碎机的工作原理。
答：由两个直径相同的钢锟相向转动，把放在钢锟之间的物料夹住入两锟之间，物料受到挤压力而被压碎。两个锟子中，一个是固定的，一个是可以前后移动的，用以调节两锟筒的间距，控制粉碎粒度。
2．1．2液体培养基的制备及杀菌设备
1、罐式连续蒸煮流程及蒸煮罐和后熟罐结构特点及作用。
该流程中，蒸煮罐3是在加热，实际上应称为加热罐，后熟器4不在加入蒸汽，是保持温度，起到维持一定时间的后熟作用。最后一个后熟器主要起到气液分离作用，使经加热，后熟的蒸煮醪分离出一部分蒸汽并使之降温。
2、真空冷却装置设备图及原理。
1、真空冷却器
2、冷凝器
3、喷射器
4、冷水进口
5、料液进口
真空冷却：物料在一定真空度下蒸发部分水，需要汽化潜热，取自料液本身，因而料液很快被冷却到真空相应的温度。真空冷却器中真空度产生：一般要借助于水力喷射泵或蒸汽喷射泵，连续地抽去真空冷却器中的二次蒸汽。
3、啤酒厂麦汁制备的四器组合
答：四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁蒸煮锅；
糖化锅：使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。
麦芽汁煮沸锅：又称煮沸锅或称浓缩锅，用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发，使麦汁达到要求浓度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质；还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。
4、液体培养基的灭菌方法及工业常用的方法。
答：(1)化学试剂灭菌：常用试剂有甲醛、氯、高锰酸钾、环氧乙烷等；（2）射线灭菌：x-射线、β-射线、紫外线；（3）干热灭菌；（4）湿热灭菌；（5）过滤除菌
培养基及发酵设备的灭菌：分批灭菌（实罐灭菌或实消）空罐灭菌（空消）
连续灭菌（连消）过滤器及管道灭菌
5、对数残留公式及理论灭菌时间。
6、实罐灭菌、连续灭菌及灭菌时间的计算。
参考课件
2．2．1过滤、离心与膜分离设备
1、常压、加压和真空过滤具体设备。
2、离心分离因数
3、常用的膜分离设备
答：板式膜过滤器管式膜过滤器中空纤维式膜分离器螺旋卷式膜分离器2．2．2离子交换分离、色谱原理及设备
1、离子交换的原理
借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的,是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换是可逆的等
当量交换反应。
2、常用的离子交换罐（具有多孔支持板的离子交换罐）结构图
答：1-视镜 2-进料口 3-手口4-液体分布器 5-树脂层 6-多孔板 7-尼龙层8-出液口
2．3萃取分离设备
1、溶剂萃取的方法
答：1，单级萃取 2.多级错流萃取 3.多级逆流萃取
2、双水相体系及常用于生物分离的双水相体系。
答：双水相体系：某些有机物之间或有机物与无机盐之间，在水中以适当的浓度溶解后形成互不相溶的两相或多相水相体系。常用生物分离的双水相体系：PEG－Dextran系列和PEG－无机盐系列。
2．4蒸发与结晶设备
1、常压蒸发设备
答：1. 夹套加热式麦芽汁煮沸锅2. 内置加热式麦芽汁煮沸锅 3. 外加热式麦芽汁煮沸锅
2、真空蒸发的优点及设备
答：1.物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温所产生的质变；
2. 提高了热交换的温度差，增加了传热强度；
3.为二次蒸汽的利用创造了条件，可采用双效或多效蒸发，提高热能利用率；
4.蒸发器热损失减少。
设备：1. 管式薄膜蒸发器 2. 降膜式蒸发器 3. 刮板式蒸发器 4. 离心式薄膜蒸发器
3、升膜式蒸发器工作原理、降膜式蒸发器工作原理
答：升膜式蒸发器工作原理：物料从加热器下部进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓度液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。
降膜式蒸发器工作原理：物料从加热管上部进入，经分配器导流管进入加热管，沿管壁成膜状向下流。
4、蒸发过程节能的方法
答：采用多效蒸发，循环利用热能：将高能二次蒸汽用作加热介质去蒸发另外的物料而本身也被冷凝。热泵蒸发：用机械泵或用蒸汽喷射泵将低压蒸汽压缩成较高压力的蒸汽，重新利用加热蒸汽的办法。
5、真空煮晶设备结构
答：煮晶锅的结构比较简单，是一个带搅拌的夹套加热真空蒸发罐，整个设备由加热蒸发室、加热夹套、汽液分离器、搅拌器等4部分组成。
2．5干燥设备
1、气流干燥原理
答：利用热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使湿物料达到干燥的目的。
2、气流干燥流程中脉冲管的工作原理
答：当颗粒进入小管径的干燥管段时，高速流过，使颗粒加速运动。加速终了时。颗粒又接着进入大管径的干燥管内，由于气流速度的降低，导致颗粒速度的减慢，直至减速终了时，干燥管径再次缩小，如此重复交替的进行，使颗粒不断加速减速，从而强化了传热传质速率。
3、喷雾干燥原理及几种喷雾器的形式
答：喷雾干燥原理：喷雾干燥是利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热质交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。喷雾器：压力式喷雾器、气流式喷雾器和离心式喷雾器。
4、冻干的原理及特点
答：原理：将湿物料（或溶液）在较低温度下（-10～-50℃）冻结成固态，然后在高度真空下，将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程。特点：
1.干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥；
2.能保持原物料的外观形状；
3.冻干制品具有多孔结构，有理想的速溶性和快速复水性；
4.冷冻干燥脱水彻底，质量轻，产品保存期长。
2．6 蒸馏设备
1、洒精蒸馏挥发系数与精馏系数
答：挥发系数K：是指沸腾溶液的蒸汽中酒精含量与酒精在水溶液中的含量之比。
精馏系数K’：K’=Kc/KA
当K’>1时，则蒸汽中杂质含量增加，杂质多聚集在气相中。
当K’<1时，则蒸汽中杂质含量减少，杂质多聚集在液相中。
当K’=1时，则杂质平均分布在气相和液相中，在这种情况下，较难分离。
2、分子蒸馏技术
答:分子蒸馏技术是在很高的真空条件下，对物料在极短的时间里加热、气化、分离，以达到提纯的目的，分离的对象都是沸点高，而又不耐高温、受热容易分解的物质。系统压力一般在范围内，物料受热时间仅为左右。
3、水蒸汽蒸馏原理
答：水蒸汽蒸馏是用水蒸汽来加热混合液体，使具有一定挥发度的被测组分与水蒸汽分压成比例地自溶液中一起蒸馏出来。当某些物质沸点较高，直接加热蒸馏时，因受热不均匀易局部炭化，还有些被测成分，当加热到沸点时可能发生分解。这些成分的提取，可用水蒸汽蒸馏。
当植物性芳香原料浸在水中并加热至沸腾或用蒸汽通过芳香原料的料层中，由于沸水或水蒸汽对原料组织表面的芳香油分与沸水或蒸汽直接接触，从而产生水和油的两个蒸汽分压。混合蒸汽通过导气管进入冷凝器进行冷凝冷却，然后再经过油水分离后，即得精油。
3．1空气净化除菌与空气调节
1、生物工业生产中对空气质量的要求。
答：生物工业生产中对空气质量的要求是：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，温度，湿度，正压等要求；
生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。
2、空气除菌的一般方法，生物工业常用的除菌方法。
答：热杀菌辐射杀菌静电除菌过滤除菌法
介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。目前生物工业生产中最常用、适用的空气除菌方法。
3、介质过滤除菌机理及常用介质。
答：惯性冲击滞留作用机理拦截滞留作用机理布朗扩散作用机理重力沉降作用机理静电吸附作用机理
1.棉花
2.玻璃纤维
3.活性碳
4.超细玻璃纤维纸
5.石棉滤板
6.烧结材料过滤介质：如PVA
7.新型过滤介质：如PVDF、PTFE
4、两级冷却、分离、加热的空气除菌流程（各设备的结构及作用）。
1.粗过滤器：安装在空气压缩机前，主要起捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受
磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。
2.空压机：对空气进行压缩，使其进入储罐形成空气
3.储罐：消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用
重力沉降作用分离部分油雾。
4.冷却器：对空气进行冷却处理
5.旋风分离器：将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去的设备。一般常用
的有旋风式和填料式。
6.丝网分离器：去除较小和微小液珠
7.加热器：对气流加热除菌，并降低空气湿度
8.过滤器：对空气进行最后的过滤
5、对数穿透定律、过滤器的种类
答：对数穿透定律 -d N/dL= KN
此式称为对数穿透定律，它表示进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。
1.纤维介质深层过滤器
2.平板式纤维纸过滤器
3.管式过滤器
4.接迭式低速过滤器空气过滤器空气过滤器
6、焓湿图及状态变化过程
湿空气焓湿图介绍
表征湿空气状态的各主要参数，部分可以查图得到，也可以通过公式计算得出。在空气调节工程中，为了避免繁琐的公式计算，可以将一定大气压力P下的t、H、ψ、I、PW等湿空气的状态参数之间关系用线算图表示出来。线算图有多种形式，我国广泛采用的是以焓为纵坐标，以含湿量为横坐标的焓湿图，又称I-H图。
1．等湿（干式）加热过程：空气调节中常用表面式空气加热器来处理空气。当空气通过加热器时获得了热量，提高了温度，但含湿量并没有变化。因此，空气状态变化是等湿增焓升温过程，过程线为A→B。
2．等焓减湿过程：用固体吸湿剂（例如硅胶）处理空气时，水蒸汽被吸附，空气的含湿量降低，空气失去潜热，而得到水蒸汽凝结时放出的汽化热是温度升高，但焓值基本未变，只是略微减少了凝结水带走的液体热，空气近似按等焓减湿升温过程变化，如图A→D
3．等焓加湿过程：用喷水室喷循环水处理空气时，水吸收空气的热量而蒸发为水蒸汽，空气失掉显热，温度降低，水蒸汽到空气中使含湿量增加，潜热量也增加。由于空气失掉显热，得到潜热，因而空气焓值基本不变，所以此过程为等焓加湿过程。如图A→E所示。
4．等温加湿过程：如图中A→F过程。这也是一个典型的状态变化过程，是通过向空气喷蒸汽而实现的。空气中增加水蒸汽后，其焓和含湿量都将增加。
5．减湿冷却（或冷却干燥）过程：如果用表面冷却器处理空气，当冷却器的表面温度低于空气的露点温度时，空气中的水蒸汽将凝结为水，从而使空气减湿，空气的变化过程为减湿冷却过程或冷却干燥过程，此过程线如图A→G 。如果用水温低于空气露点温度的水处理空气，也能实现此过程。
3．2设备与管道的清洗与杀菌
1、保证管道彻底灭菌的设计要求
答：1.管道应有一定的斜度，通常取1/100或更大；2.凹陷低点安装排污阀；3.管路有足够的支撑点；4.尽可能减少和简化管路，尽可能少用弯头管件和阀门；
5.尽可能减少最高与最低点，且在每个最高点装设蒸汽进管，在最低点均装冷水阀；
6.每个罐及管道尽可能分开灭菌。这样才能保证蒸汽杀菌的严密性与稳定安全性。
2、空罐灭菌
答：灭菌温度和灭菌时间的要求是高温长时(121℃，60分钟) ，既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
3、设备材料及加工要求
答：设备材料的选择：发酵罐及产品分离纯化等设备、管道的材料多采用不锈钢，尤其是可耐酸、耐碱、耐盐等质量优良的不锈钢，如1Cr18Ni9Ti和含钼的不锈钢。设备材料应避免使用含锌、镉、铅等的材料。
加工要求：设备管路阀门等内表面要求较高的光洁度，尤其发酵罐等要光滑、无细孔、无毛刺及凹坑裂纹等。
3．3生物反应物料输送设备
1、机械输送设备种类
答：斗式提升机皮带运输机螺旋输送机
2、如何选择输送方式
答：选择输送方式时，应根据物料的特性、输送量、输送距离、线路状况、动力消耗等因素，综合进行考虑。一般对于大麦、大米等松散的粒状物料，最适宜用气流输送；而较大的块状物料或过细的粉状物料，气流输送时困难较大。输送量大且能连续运行的操作，宜用气流输送；输送量少且是间歇操作的，不宜用气流输送。对短距离输送，宜用低压压送；长距离输送，则以高压压送有利。
3、气流输送
答：借助强烈的空气流沿管道流动，把悬浮在气流中的物料送至所需的地方。应用：输送大麦、大米、麦芽及地瓜干等松散物料。优点：设备简单，占地面积小，费用少，输送能力和输送距离的可调性大，管理简便，易于实现自动化。缺点：动力消耗比较大，不适于输送潮湿的和粘滞的物料。
4、旋风分离器原理结构
原理：净化天然气通过设备入口进入设备内旋风分离区，当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体，密度大的液滴和尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区，从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经导气管流至净化天然气室，再经设备顶部出口流出。
5、离心泵原理及气蚀现象
答：离心泵能吸上液体是由于在泵的叶轮进口形成了低压，如果提高泵的安装高度，将导致泵内压力降低，当压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸
腾。使液体以很大速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高，瞬时压力很大的冲击，这种现象就称为气蚀现象。发生气蚀现象时，会发出噪音，使泵体震动，严重时可使泵根本无法工作，而且使泵的寿命大大降低。
3．4生物工程供水与制冷系统及设备
1、水处理的三个阶段及设备
答：①水过滤②水的软化或脱盐③水的杀菌
常用水的过滤装置：砂滤棒过滤器活性炭过滤器中空纤维超滤装置
离子交换装置电渗析装置
氯杀菌紫外线杀菌臭氧杀菌
2、发酵工厂洁净蒸汽的工艺要求
答：①蒸汽压力稳定，以保证热加工过程的稳定性，通过稳压阀和缓冲罐来实现；
②蒸汽应维持一定的干度；
③保持蒸汽流量稳定，且含有较少的不凝性气体，以提高蒸汽的热效率。
3. 5生物工程压力容器
1、压力容器零部件的标准化（公称直径、公称压力）
答：公称直径：是容器和管道标准化后的尺寸系列。对容器而言是指容器的内径（用管子作筒体的容器除外）；对于管子或管件，公称直径是指名义直径，是介于管子内外径之间的某个数值。
表示方法：某压力容器DN2000表示内径为2000mm；某无缝钢管DN100表示公称直径为100mm(可能有几种规格：φ108×4 、φ108×，外径一定是１０８mm，壁厚为４mm或。）以D0表示外径。公称直径查表可得。
公称压力：规定的标准压力等级，一般单位为MPa。
2、压力容器用钢的类型
答：按化学成分分类，压力容器用钢可分为三大基本类型，即碳素钢、低合金钢、和高合金钢。
3、内压薄壁容器定义及设计
答：压力容器按壁厚可以分为薄壁容器和厚壁容器。通常把壁厚与其内半径之比小于的容器称为薄壁容器，反之为厚壁容器。
压力容器的设计是根据工艺过程的要求和条件，进行结构设计和强度计算。结构设计需要选择适用、合理、经济的结构形式，同时满足制造、检测、装配、运输和维修等要求；而强度计算内容包括容器的材料，主要结构尺寸的确定，强度、刚度和稳定性计算等，以保证容器安全可靠运行。
4、壁厚设计；最小壁厚
最小壁厚按下列方法确定：
1、对于碳素钢和低合金钢容器，不小于3mm，腐蚀裕量另加；
=2mm。
2、对于不锈钢容器，取t
min
5、压力试验
答：容器制成后或检修后投入生产之前，必须进行压力试验，其目在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象。压力试验包括耐压试验和气密性试验两种，其中耐压试验又根据试验时使用介质的不同分为液压试验和气压试验。
因液体介质的压缩系数远小于气体，故试验时危险性相对较小，所以耐压试验一般采用液压试验。
生物工程设备复习题 一、选择题 1、目前啤酒厂的糖化锅中利用__B__进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器 2、空气过滤系统中旋风分离器的作用是____A_____。 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 3、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 4、机械轴封的动环的硬度比静环___B____。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。 A.大，碳化钨钢，铸铁 B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。 5、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 6、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____A______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 7、自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此____C____轴封。 A.应该用填料函 B.应该用单端面机械 C.应该用双端面机械 D.无需 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___C___，才能保证先进先出。 A.过渡流 B.层流 C.活塞流 D.湍流 9、把干玉米原料从多处集中送到一处，原则上应选择：( D ) A ．带式输送机 B ．压送式气力输送装置C．斗式提升机 D ．吸送式气力输送装置 10、压送式气力输送装置的闭风器应装在：( A ) A ．加料口处 B ．卸料口处 C ．中间部位 D ．无论哪里 11、直接向空气中喷100 ℃蒸汽，此过程对湿空气来说将近似是：( B ) A ．等湿升温 B ．等温加湿 C ．加湿升温 D ．等温等湿 12、垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学条件是:( A ) Ａ . 气流速度大于悬浮速度 B. 气流速度小于悬浮速度 C. 气流速度等于悬浮速度 D. 不能确定
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。
化工设备机械基础课程 教学大纲 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
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器常见筒体封头的应力计算和强度设计，理解容器机械设计的基本要求和方法，了解外压圆筒及容器零部件的强度设计及标准选用，理解设备结构与分类，了解附件的结构与作用。 三、教学内容及要求 教学内容绪论：课程主要内容、目的、要求和性质。第一章静力学基础力的概念及力的性质，二力平衡原理、加减平衡力系原理、力的可传性、力的平行四边形法则及作用力与反作用定律，举例说明。约束形式：柔性约束；光滑接触面约束；固定铰链支座约束；活动铰链支座约束；固定端约束及其约束反力的确定。举例说明。第二章平面汇交力系平面汇交力系的介绍及力系平衡及其求解方法。举例说明。第三章平面一般力系力矩与力偶的概念、力的平移定理；熟练地掌握平衡条件解决力偶系问题。掌握力线平移定理及平面一般力系向点简掌握：掌握平面汇交力系合成的基本方法熟练掌握二力平衡原理和加减平衡力系原理和力的可传性。了解不同约束形式，掌握不同的约束反力的确定方法。教学要求 1 力偶系、平面一般力系、平面汇交力系的平衡问题，举例说明。第四章直杆的轴向拉伸与压缩材料力学的任务和研究对象；轴向拉伸与压缩的内力与应力的确定；杆件受拉压的强度条件与变形情况；应用虎克定律求解轴向与横向的变形大小；拉伸与压缩的受力情况及其应力分布状况。材料拉伸和压缩时机械性质及其测定。第五章剪切与扭转剪切变形的特点；剪切和挤压强度条件。扭转受力、扭转力矩的特点，传动轴外
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。
生物工程设备各章节要点 第一章绪论题库 1、生物工程的定义 生物工程是指利用生物体系，应用先进的生物学和工程学原理，通过加工（或不加工）底物原料为人类提供所需产品（或社会服务）的一种新型跨学科技术。 2、1857年微生物学的鼻祖、以“发酵学之父”美誉著称的法国人巴斯德首次证明了酒精发酵是由酵母菌引起的，发酵现象是由微生物所进行的化学反应，而且不同的发酵与不同微生物有关。（列文虎克、弗洛里、钱恩） 3、生物工程设备主要包括生物反应器和生物反应物料处理及产物分离纯化设备。 第二章原料处理及灭菌设备题库 1、发酵工厂中的原料都含有很多种杂质，为了清楚各种杂质，利用物料与杂质在物理特性上的差异，可以采用一些机械方法和措施将杂质除去，目前常用方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法。 2、振动筛的筛体包括筛框、筛面、吊杆、筛面清理装置、限振装置（不包括自衡振动器、） 3、振动筛筛体内有有三个筛面，第一层是接料筛面，第二层是大杂筛面，第三层是小杂筛面。（判断，填空） 4、提高粉碎机效率的方法有：①采用密闭循环法②增加吸风装置，可以加速粉料离开筛孔③采用鳞状筛代替平筛 5、生物产品发酵工厂中用到的输送设备按所输送的物料可分为固体物料的输送和液体物料的输送，输送固体物料可采用各种类型的输送机和气体输送装置，输送液体物料则采用各种类型的泵和空气压缩机。 6、根据卸料动力的不同，斗式提升机的卸料方法分为离心式、混合式和重力式 7、培养基灭菌方式有两种：分批灭菌法和连续灭菌法（实消法和连消法）。 分批灭菌方法的优点是不需其他设备，操作简单，适于规模小的发酵罐使用或极易发泡或粘度很大的培养基的灭菌；缺点是加热和冷却所需时间较长，发酵罐利用率不高，培养基中营养成分会遭到一定程度的破坏。 培养基的连续灭菌，就是将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌。 连续灭菌具有如下的优点： （1）提高产量。与分批灭菌相比培养液受热时间短，可缩短发酵周期，同时培养基成分破坏较少。 （2）产品质量较易控制。 （3）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便。 （4）适宜采用自动控制。 （5）降低劳动强度。 8、培养基灭菌常用的加热设备、保温设备和冷却设备都有哪些，试举例。 目前常用的加热设备是喷射加热器，其特点是结构简单，体积小，操作噪声低，蒸汽与料液混合充分，并在瞬时内即可完成加热。（可用于判断题） 保温设备有两种：一种是罐式保温设备，即维持罐，另一种是管式保温设备，即维持管。 冷却设备有：喷淋冷却器、真空冷却器、薄板换热器和螺旋板换热器 9、为什么说培养基在维持罐中的停留时间应比按对数残留定律计算的维持时间要长？ 维持罐的高径比较小，不以保证培养基先进后出，部分培养基可能在罐中停留时间过长，过度受热，营养成分损失较多；部分培养基可能在罐中停留时间过短，不能达到灭菌要求而造 成染菌。所以，培养基在维持罐中的停留时间应比按对数残留定律计算的维持时间要长。【实际维持时间常取理论灭菌时间的3—5倍】 判断题：培养基在维持罐中的停留时间应比按对数残留定律计算的维持时间要长（短） 第三章空气压缩及除菌设备 1、空气除菌的方法：辐射杀菌、热灭杀菌、静电除菌、介质过滤除菌 1、空气预处理的主要目的有哪两个?t提高压缩前空气的洁净度的主要措施？ 答：⑴①提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷；②取出压缩后空气中所带的油水，以合适的空气湿度和温度进入困难国企过滤器 ⑵提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤 2、提高截止过滤效率的主要措施 ⑴减少进口空气的含菌数：①加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量；②提高空气进口位置（高
《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
生物工程设备习题集 一. 单项选择题: (每题1分) 1.目前啤酒厂的糖化锅中利用_____D____进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器 2.空气过滤系统中旋风分离器的作用是_____A____。 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 3.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 4.无论是种子罐或发酵罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是____C____，只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。 A.高温瞬时(133℃，15秒钟) B.同实罐灭菌一样(115℃，8-15分钟) C.高温长时(127℃，45分钟) D.间歇灭菌(100℃，30分钟，连灭三次) 5.机械轴封的动环的硬度比静环___B__。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。 A.大，碳化钨钢，铸铁 B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。 6.溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是____D_____。 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℃ 7.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 8.空气过滤系统中空气加热器的作用是______B______。 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 9.机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____C____搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下米(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 10.自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此___C___轴封。 A.应该用填料函 B.应该用单端面机械 C.应该用双端面机械 D.无需 11.安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是______D______。
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 填空题：（共30分，每小空1分） 1、离子交换树脂的主要理化性能有颗粒度、交换容量、机械强度、膨胀度、含水量、密度。孔结构 2、我们可以通过设计生物反应器来实现生物反应的三个目标：生产细胞、收集细胞的代谢产物、直接用酶催化得到所需产物。 3、反应器内产率可根据：质量守恒定律和能量守恒定律进行计算。 4、大型发酵罐设计主要考虑因素：罐的耐压要求、罐的内部清洗、罐内的对流与热交换。 5分批培养细胞可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期、衰退期五个生长阶段。 6按操作压强可将蒸发分为：加压、常压、减压。 7真空干燥设备一般由密闭干燥室、冷凝器、真空泵三个部分组成。 8固体物料粉碎按受力情况可分为挤压、冲击、磨碎、劈碎。 9糖蜜利用之前，需要进行稀释、酸化、灭菌和增加营养盐。处理。 10啤酒发酵设备向着大型、室外、联合方向发展。 11常见的通风发酵罐类型：机械搅拌式、气升环流式、鼓泡式、自吸式。 12板框过滤机的操作步骤：装合、过滤、洗涤、卸渣、整理。 13影响恒速干燥的主要因素空气流速、空气湿度、空气温度。 14液-液萃取设备包括混合设备、分离设备、溶剂回收设备 三个部分。 15影响传质推动力的主要因素：温度、溶液的性质、氧分压、发酵罐内液柱的高度 16常见的防腐措施：低温、缺氧、干燥、高渗、高酸度、防腐剂。 名词解释题（共16分，每小题2分） 富氧通风：通气发酵罐通常使用的是普通空气。当需要提高相应的饱和溶氧浓度时，除了升高操作罐压外，更有效的方法是用富氧空气或直接通入氧气。 离子交换法: 离子交换分离法是通过试样离子在离子交换剂（固相）和淋洗液（液相）之间的分配（离子交换）而达到分离的方法。分配过程是一离子交换反应过程。
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， 并对生物工程的学科发展情况有初步的认识。 三、教学学时分配表
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、λ 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0.5 0.5 学时 学时 0.25 学时 4 学
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，造成锅炉负荷波动大，一般只限于小型发酵装置。
《生物工程设备》课程教学大纲 一、课程简介 生物工程设备是生物工程专业的主干必修专业课，是在微生物学、生物化学、物理化学和化工原理等课程学习的基础上开设的有关生物加工过程设备的原理、构造、设计及应用的一门专业课。主要研究生物过程工程及设备的相关问题，从生物工程的研究内容和范畴出发，根据生物工程设备共性技术，阐述生物生产过程中主要设备的作用原理、设计方法和设备的选型等内容，具有明显的工程化特色。 二、教学目标 2.1 课程教学目标 通过本课程的学习，使学生能够进一步了解国内外生物技术和生物工程的研究前沿，认识原料处理设备、生物反应设备、生物分离设备、辅助设备等的应用与研究开发现状及发展趋势，掌握生物过程设备流程、主要设备的结构、设计计算、工程放大、优化控制等技术，能够独立地解决生物工业生产、实验研究及技术开发等方面的设备问题，从而利用所学的知识提升传统生物技术产业，推动生物技术成果的产业化，提高工业生物技术产业的经济和社会效益。同时进一步培养学生的社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野培养，促进学生知识、能力、素质的协调发展。
2.2 课程目标与毕业要求（指标点）对应关系 课程目标： (1)通过本课程学习，掌握进行复杂生物工程问题的设计、研发等所需的生物加工过程与装备设计、选型、应用操作等知识（对应毕业要求指标点1.4）。 (2)能够将生物加工过程与设备知识和设计规范等用于生物工程产品市场方案和生产工艺的设计（对应毕业要求指标点3.1）。 (3)能够针对复杂生物工程问题中设备选型等问题，根据对象特点，设计生物工程设备、进行优化、调整和改进（对应毕业要求指标点3.2）。 三、课程教学内容及学时分配 1．理论教学安排
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]
生物工程设备习题集 一.?单项选择题: (每题1分） 1. 目前啤酒厂的糖化锅中利用_＿_＿_Ｄ__＿＿＿进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度D．二折叶旋桨式搅拌器 2.?空气过滤系统中旋风分离器的作用是_＿__＿_A___＿___。 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 3.?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 4.?无论是种子罐或发酵罐,当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，我们称为空罐灭菌,此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是___＿_＿__C_＿__＿＿_＿__,只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。 A.高温瞬时(1３3℃,15秒钟) Ｂ.同实罐灭菌一样(115℃,8-15分钟) C.高温长时(127℃，4５分钟) D.间歇灭菌(1０0℃，30分钟,连灭三次) ５.?机械轴封的动环的硬度比静环___Ｂ__。动环的材料可用__＿__＿____＿，静环最常用的材料是_＿___＿＿____。 A.大，碳化钨钢,铸铁 B.大,碳化钨钢,聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小,聚四氟乙烯,碳化钨钢。 6.?溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是＿___Ｄ_＿___。 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℃ 7．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８. 空气过滤系统中空气加热器的作用是______B_＿＿___。 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 ９.?机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____C___＿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 １0.?自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此__＿C___轴封。
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；