通风发酵设备
高效生物反应器的特点：(1) 传质和传热性能好；(2) 结构密封、防杂菌污染；(3) 设备简单、维修方便，能耗低; (4) 培养基流动与 混合良好；(5) 检测控制系统完善；(6) 易放大；(7)生产安全
发酵罐的基本条件：具有适宜的径高比；能够承担一定压力；保证必需的溶解氧；具有足够的冷却面积；尽量减少死角，灭菌彻底，避免染菌；轴封严密。
搅拌器：有平叶式、弯叶式、箭叶式涡轮式和推进式等；其作用是打碎气泡，使氧溶解于发酵液中，从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，
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??通风固相发酵设备自吸式发酵罐
气升环流发酵罐
机械搅拌发酵罐常用通风发酵罐1－轴封 ； 2、20－人孔； 3－梯； 4－联轴节（器）； 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；
用螺栓联成整体。
全挡板条件：是指在一定转速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：
轴封作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。 常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种（又称机械轴封）。
自吸式发酵罐： 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：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；溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低；生产效率高、经济效率高；设备便于自动化、连续化。
缺点：较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失的高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40％。
气升式发酵罐工作原理：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。
气升式发酵罐特点：反应溶液分布均匀；较高的溶氧速率和溶氧效率；剪切力小；传热良好；结构简单，易于加工制造；操作和维修方便，不易染菌，能耗小；易于放大设计和模拟
原料的处理与粉碎设备
粉碎：用机械力的方法克服固体物料内部凝聚力达到使之破碎的单元操作。
粉碎目的：固体物料经粉碎后，颗粒变小，原料的表面积显著增大，可加速蒸煮时的溶解过程。节省蒸汽，减少能量消耗，提高淀粉利用率，并能减少输送管道的阻塞现象，便于连续化生产。 粉碎的方法
湿式粉碎是将水和原料一起加入粉碎机中，从粉碎机出来时即成粉浆。这种方法无原粉粉末飞扬，车间卫生好，缺点是粉浆必须随产随用，不宜储藏，且耗电量较多。
干式粉碎是将干物料送入粉碎机中。粉碎机包在机壳之内，有一定的粉尘涌出来，如果不采取必要的除尘措施，车间内会布满灰尘。 粉碎原理
固体物料粉碎按其受力情况可分以下几种 ：挤压破碎、冲击破碎、研磨粉碎、剪切破碎、劈裂粉碎。 所选用粉碎机应有基本要求
粉碎后的物料颗粒大小要均匀；已被粉碎的物块，应立即从轧压部位排除；操作应能自动化；易磨损的部位应容易更换；应产生极少的粉尘，以减少环境污染；在操作发生障碍时，应有保险装置能使自动停车；单位产品消耗能量要小。 粉碎设备
1.锤式粉碎机
优点：构造简单、紧凑、物料适应性强，粉碎度大（粗粉碎细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠。 缺点：机械磨损较大。
2.辊式粉碎机 (对辊粉碎机)
3.齿爪式粉碎机
4.球磨机
5.超微粉碎机 气流粉碎的特点
1）粉碎粒度达到5微米以下，2）粗细粉粒可自动分级，3）可粉碎低熔点和热敏性物料，4）采用自磨原理，不会混入杂质，5）可实现联合作业 筛选目的：清除杂质
杂物：纤维性较长的物质，如麻绳草屑、庄稼秸秆；颗粒状物质，如沙子、泥土块、小石块等；铁磁性物质，如铁钉、螺丝等。
精选设备：碟片式精选机，滚筒精选机，螺旋球度精选机
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D n D b
培养基的灭菌方法及设备
灭菌：指用物理或化学方法杀灭或除去物料及设备中所有有生命物质的技术或工艺过程。 常用的灭菌方法：
(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 灭菌分类：分批灭菌（实消）；空罐灭菌（空消）；连续灭菌（空消）；过滤器及管道灭菌
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。
实罐灭菌特点：1）无需专门灭菌设备，操作简单，灭菌效果可靠。2）灭菌时间长，降低了发酵罐利用率。 3）培养基部分成分遭到一定程度破坏。
连续灭菌：又称连消，是指培养基连续加热、维持和冷却后进入发酵罐。 培养基连续灭菌法优点：
（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，培养基中营养成分破坏较少。 （3）产品质量较容易控制；蒸汽负荷均衡，操作方便。 （4）降低了劳动强度，适用于自动控制。 培养基热灭菌的动力学
对数残留公式与理论灭菌时间
例：有一发酵罐，内装培养基40m3，在121℃的温度下进行实罐灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2×107个，在121 ℃时的灭菌速率常数为0.0287s -1。试求灭菌失败的机率为0.001所需的时间。
上题如果是：在131℃的温度下进行实罐灭菌
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。
例题：已知从汽液分离器排除物料量为12000kg/h,其比热容为3.6kJ/（kg.K ）,温度为100℃，要求冷却至65℃，计算真空冷却器的基本尺寸。 解：（1）真空冷却器内产生的二次蒸汽量：
查水蒸气表和二次蒸汽在65℃时的汽化潜热 r ＝2343.4kJ/kg,
S N N k 0ln 1=τ(min)9.23ln 1)(0287.0(001.0)(10810210400
114760====?=???=-S S N N k t s k N N 个）个127.3614845lg +-=T
K (min)7.2ln 1)(25.0(001.0)(10810210400
114760====?=???=-S S N N k t s k N N 个）个()()h kJ Q /1512000651006.312000=-?=
故真空冷却器内产生的二次蒸汽量为 ：
与65℃相对应的真空度为76.3kPa （572mmHg ）,在此温度下蒸汽的密度为0.1611kg/m3,则二次蒸汽的体积流量为：
（2）真空冷却器的直径和高度：取器内二次蒸汽的上升速度不超过1m/s ，则真空冷却器的直径D ：
一般真空冷却器的径高比为为：1：1.5～2，现取D ：H=1：1.5，则真空冷却器的圆柱部分高H ：
（3）醪液下降管（排醪管）的直径：设糊化醪液密度＝1090kg/m3，取醪液在排醪管内下降为1m/s ，则醪液下降
管管径D ：
过滤、离心与膜分离设备
常见的单元操作:
1）固液分离：过滤、离心、沉降等。
2）分离纯化：萃取、蒸发浓缩、沉淀、膜分离等 3）精制成形：结晶、干燥。 过滤原理与方法
过滤是在推动力（重力、压强、离心力）作用下，利用液固微粒或颗粒尺度的差异使悬浮液通过某种多孔性过滤介质，固体颗粒被截留，滤液则穿过过滤介质流出从而实现液固两相分离的过程。 发酵液的预处理
目的：增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去高价无机离子和杂蛋白质，降低液体黏度，实现有效分离。 方法：1.加热2.凝聚和絮凝3.加入盐类4.调节pH5.加入助滤剂 过滤介质特性：所能截留的固体粒子的大小和对滤液的透过性。 常用过滤介质：
1.织物介质(滤布)：由棉、毛、麻等织成的天然纤维滤布和合成纤维滤布；
2.粒状介质：硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性碳、白土；
3.多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。 板框压滤机特点
1）结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用 2）寿命长，所需辅助设备少
3）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
4）过滤面积选择范围广，可在3-1250m 2间选用 5）滤饼含湿量较低、固相回收率高、滤液澄清度好 6）滤布的检查、洗涤、更换较方便
7）过滤操作压力大，可达1 MPa ，过滤操作稳定
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h kg m /2.6454
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h m q v /40051611.02.6453==()
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4005
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π
8）造价低、投资小
9）间歇操作，辅助时间长，劳动强度大 常用板框式压滤机类型
通常有BMS 、BAS 、BMY 、BAY 类型。其中B 表示板框压滤机、M 表示明流、A 表示暗流、S 表示手动压紧、Y 表示液压压紧，代号后面的数字表示过滤面积、滤框规格及框的厚度。
BMS 40/635-25 板框式压滤机选型
① 考察需要处理的悬浮液的特性（处理量、黏度、含固量、滤速等）、处理要求、采用何种材质的板框压滤机、
明流还是暗流、压紧方式等。确定大致的型号，原则：无菌过滤采用不锈钢；滤液不能暴露和易挥发的的用暗流；含固量高的用厚框；考虑操作劳动强度不选手动压紧方式 ② 计算板框压滤机的台数
式中 V P ——板框压滤机的滤箱体积，m 3 ；V F ——发酵液体积，m 3 ；i ——其湿滤渣体积与发酵液体积之比；K ——滤箱的填充系数 ③ 评估过滤时间
式中 n ——滤框数目；A ——滤框的过滤面积；k ——滤框滤速
例：现有发酵液30m 3，经考察知其含固量为15%，滤速为0.018m 3/m 2h 。假定板框充填系数为 0.75，现有BMY60/800-30U,请确定板框台数，并预测过滤时间。
解：从表查得，BMY60/800-30U 的过滤面积A=60m 2,滤框容量V P =902L=0.902m 3。
沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越有利于分离。
评价离心力大小的是离心分离因素，其定义是对象所离心力与重力的比值或在离心力场中的离心加速度与重力加速度的比值，以F 表示
F ﹤3000，常速离心机
F 在3000-50000，中速离心机 离心分离设备分类 F ≥50000，高速离心机 F 在200000-6000000，超速离心机
膜分离：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
膜：在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。 膜的分类
P
F kV i V N =
()knA
i -1V F =
τ（台）7
.6902.075.015.030kV i V N P F =??==()()37
.3607018.015.0130UnA i -1V F =??-==τ900
900m 602m 2
22P T 2
T
P rn g rn m F rn v gr mv F ==∴==ππ
过滤离心分离设备 沉降式离心分离设备：管式离心机和碟式离心机
按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜 按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜 按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜
膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类：微滤（Microfiltration ，MF ）；超滤（Ultrafiltration ，UF ）；反渗透（Reverse osmosis ，RO ）；纳滤（NF ）； 电渗析（Electrodialysis ，ED ）；渗透气化（Pervaporation ，PV ）
微滤（MF ）：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025-14μm 之间； 超滤（UF ）：分离介质同上，但孔径更小，为0.001-0.02 μm ，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质； 反渗透（RO ）：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001-0.001μm 之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）
电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；
萃取设备
萃取：利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的。 物理萃取:利用溶剂对需分离组分有较高的溶解能力，分离过程纯属物理过程。
萃取体系的构成:溶质：被萃取的物质;原溶剂：原先溶解溶质的溶剂;萃取剂：加入的第三组分 萃取剂选择原则：使溶质在萃取相中有最大的溶解度。 有机溶剂的选择:根据相似相溶的原理，选择与目标产物极性相近的有机溶剂为萃取剂，可以得到较大的分配系数。有机溶剂应当价廉易得，与水不互溶，与水有较大的密度差，黏度小，表面张力适中，相分散和相分离容易，容易回收，毒性低，腐蚀性小，不与目标产物反应。 影响萃取操作的因素
①pH 值：pH 低，有利于酸性物质分配在有机相，有利于碱性物质分配在水相。 ②温度：一般采用较低的温度。
③无机盐：无机盐的存在，有利于溶质转移到有机相。
超临界流体(supercritical fluid, SCF):
当一种流体处于其临界点的温度和压力之下，则称之为超临界流体。利用超临
膜的分类与物性
超滤
微滤×●◆■▲×●◆■▲×
●◆■▲××
●◆■▲◆◆
■▲
界流体为萃取剂的萃取操作称为超临界流体萃取。
超临界流体特点：密度接近液体－－萃取能力强;粘度接近气体－－传质性能好。
优点：临界条件温和；产品分离简单；无毒、无害；不燃；无腐蚀性；价格便宜（书上277页）
缺点：设备投资大
离子交换分离原理及设备
离子交换分离：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。
离子交换过程：
1. A+自溶液扩散到树脂表面；
2. A+从树脂表面扩散到树脂内部的活性中心；
3. A+在活性中心发生交换反应；
4.解吸离子B+自树脂内部的活性中心扩散到树脂表面；
5. B+从树脂表面扩散到溶液；
根据离子交换的操作方式不同，可分为静态和动态交换设备。
动态交换设备按操作方式不同分间歇操作的固定床和连续操作的流动床。
固定床有单床（单柱或单罐操作）、多床（多柱或多罐串联）、复床（阳柱、阴柱）及混合床（阳、阴树脂混合在一个柱或罐中）。
固定床的放大
1.根据交换罐负荷相同的原则
交换罐负荷f：单位时间单位湿树脂体积中所通过溶液的体积流量
D2=m1/3D1
H2=D2H1/D1
m:放大倍数
2.根据单位树脂床截面积上通过溶液的体积流量相同的原则
v：溶液通过树脂床线速度
外部扩散、内部扩散、交换反应+
++
?→
←
+B
RA
RB
A
混合床交换罐制备无盐水的流程
该方法高度不变，直径增加。
D2=m1/2D1
H2=H1
例：若用弱酸型树脂吸附链霉素溶液，其体积流量3m3/h，树脂床高度为1.27m，直径1m，现将流量放大1倍，求放大后的交换罐中树脂床的高度和直径。
解：原树脂床体积：V M1=3.14×12×1.27/4=1（m3）
交换器负荷：f= V F /V M=3/1=3（h-1）
（1）根据交换器负荷相同原则放大
D2=m1/3D1=21/3×1=1.26 （m）
H2=D2H1/D1=1.26×1.27/1=1.60 （m）
V M2=m V M1=2×1=2（m3）
（2）根据线速度相同原则放大
D2=m1/2D1=21/2×1=1.42 （m）
H2=H1=1.27 （m）
V M2=πD22×H2/4=3.14×1.422×1.27/4=2.00 （m3）
蒸发浓缩设备
蒸发：用加热的方法使溶液中的部分水分或溶剂气化并除去。挥发性溶剂与不挥发性溶质分离.
目的：浓缩
蒸发浓缩的优点：1.物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温发生变质；2. 沸腾温度降低，提高了加热蒸汽和溶液热交换的温度差，增加了热传强度；3.为二次蒸汽的利用创造了条件，可采用双效或多效蒸发，提高热利用率；4.由于物料沸腾降低，蒸发器热损失减少。
蒸发设备必须满足的基本要求：
1.充分的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量；
2.保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除；
3.一定的热交换面积，以保证传热量。
蒸发设备一般由热交换器（蒸发器）、冷凝器、气液分离器和真空系统等组成。
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，浓缩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。
升降膜式蒸发器的特点：容易达到升膜的要求；有利于液膜体均匀分布；有利于操作控制；将两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比，减低设备高度。
刮板式蒸发器：是通过旋转的刮板使液料形成液膜的蒸发设备。
刮板式蒸发器特点：这种蒸发器传热系数较高；设备加工精度高；圆筒的直径一般不大，一般选择在300～500毫米为宜；蒸发器加热室的圆筒内表面必须经过精加工；轴要有足够的机械强度；蒸发器在离心力场的作用下具有很高传热系数。
离心式薄膜蒸发器：利用旋转的离心盘所产生的离心力对溶液的周边分布作用而形成薄膜。
结晶设备
结晶：是指溶质自动从过饱和溶液中析出形成新相的过程。只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出。
固体有结晶和无定形两种状态
按照形成过饱和溶液途径的不同，可将结晶设备分为：冷却结晶器、蒸发结晶器、真空结晶器、盐析结晶器和其他结晶器五大类
真空式结晶器比蒸发式结晶器要求有更高的操作真空度。一般没有加热器或冷却器。由于不存在传热面积，从根本上避免了在复杂的传热表面上析出并积结晶体。
结晶蒸汽
图11-28 间歇真空结晶器1-结晶室 2-搅拌器 3-直接水冷凝器 4-二级蒸汽喷射泵
二次蒸汽去真空系统
图11-29 奥斯陆真空结晶器
1-结晶室 2-循环泵 3-挡板 4-液体均部
环 5-蒸发室 6-大气腿 7-结晶分布器7
干燥设备
生物工业产品干燥的特点
1.快速高效，加热温度不宜过高；
2.产品与干燥介质的接触时间不能太长；
3.干燥产品应保持一定的纯度，在干燥过程中不得有杂质混入。
生物工业产品干燥通常采用喷雾干燥、气流干燥、沸腾干燥和冷冻干燥
干燥机理
湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：
1.热量由气体传递给湿物料，使其温度升高；
2.物料内部的水分向表面扩散，并在表面汽化被气流带走。
气流干燥原理及特点
工作原理：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。
特点：1.干燥强度大；2.干燥时间短，对热敏性物料可选较高温介质；3.可把干燥、粉碎、输送、包装等组成一道工序;4.设备结构简单，占地面积小，生产能力小，能连续操作，可实现自动化控制；5.适用性广，可使用于各种粉粒状、碎块状物料；6.对晶形磨损厉害；7.热能利用率低。
喷雾干燥原理：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。
喷雾干燥特点：1.干燥速率快、时间短；2.干燥温度低；3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。 流化床干燥(沸腾干燥)原理及特点
原理：利用流态化技术，即利用热空气流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。
特点:1.传热传质速率高；2.干燥温度均匀，控制容易；3.结构简单，可连续化、自动化生产，且设备结构简单，生产能力高，动力消耗小。
空气净化除菌的方法与原理
发酵工厂对空气的质量要求
无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，温度，湿度，正压等要求；
无菌空气：是指通过除菌处理使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降至极小。
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。
洁净空间：指空气中微粒受控制的空间。
洁净度级数(英制)：每1ft 3空气中，粒径大于等于0.5μm 的最大允许粒子数。
洁净度级数(国际制)：每1m 3空气中，粒径大于等于0.5μm 的最大允许粒子数的常数对数值。 空气洁净级数(英制) 粒径≥0.5μm 的最大微粒数（个/ft3） 粒径≥0.5μm 的最大微粒数（个/m3） 空气洁净级数(国际) 100 100 3500 M3.5 1000 1000 35000 M4.5 10000 10000 350000 M5.5 100000
100000
3500000
M6.5
贮气罐作用：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。 H/D=2.2-2.5
V=10-20%V C (压缩机的排气量，m 3/min)
1-
空气过滤器 2-空气加热器
3-
鼓风机 4-加料器 5-
料
斗
6-
干燥管
7-缓冲管 8-分离器 9-振动筛 10-二次分离器 11-湿式收集器 12-排风机
长管气流干燥味精流程
汽液分离器作用：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。
过滤效率：就是滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值，它是衡量过滤设备的过滤能力的指标。
N2/N1 ——过滤后与过滤前空气中微粒浓度的比值，即穿透滤层的微粒浓度与原微粒浓度的比值（穿透率）
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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。
设施园艺学：在温室和大棚等保护设施里，利用室内外配备的各种设备调节环境条件和栽培土壤条件下进行的园艺生产。 园艺设施学：进行设施园艺生产的各种设施设备的总称。 和园艺设施学相关的2种期刊：农业工程学报，温室园艺。 温室前屋面角度：指温室前屋面底部与地平面的夹角。这个角度对透光率影响很大。在一定范围内，增大前屋面与地面夹角会增加温室的透光率。α=当地地理纬度－4o。温室后屋面角度：是指温室后屋面与后墙顶部水平线的夹角。以大于当地冬至正午时刻太阳高度角5°～8°为宜。β=当地冬至日太阳高度角＋7o～8 五度：长度，跨度，高度，厚度，角度。四比：保温比，高跨比，前后坡比，遮阳比（保温比：温室建筑面积与围护结构表面积之比。高跨比：温室的脊高与温室的跨度之比1：2—1：2.5）三材：建筑材料，透明覆盖材料，保温材料。 温室主要荷载：恒荷载、活荷载、风荷载、雪荷载。恒荷载：温室永久性结构的自重（骨架、墙体、覆盖材料、固定设备等）。活荷载：温室在使用过程中产生的临时性荷载。 温室方位角：是指其长方向的法线与正南方向的夹角。一般采用南偏东(早晨晴天多、少雾)或南偏西(早晨阴天多、多雾)5 ～8°，可以延长下午的光照时间。罗盘仪定方位。 3/4屋面温室：又称不等式屋面温室，这种温室一般多是东西延伸，南北两侧屋面的坡度相同，但是斜面长度不同，根据实际情况，北侧较南侧短，约等于南坡的1/2，故称为3/4 屋面温室。 桁架：以特定的方式构成三角形或若干三角形的组合的一组构件(如梁、杆、条),用以构成一个刚性构架(如用于在大面积支承荷载)使其受到外力时如果没有一个或更多的构件变形,整个结构不会变形。 贯流放热：把透过覆盖材料或围护结构的热量叫贯流放热，是最主要的损热途径(75-80%)。采暖负荷：为保持室内作物的生育，用采暖设备补充相当于所放出的热量叫采暖负荷。最大采暖负荷：在栽培期间最冷季节保持作物正常生育所需补充的热量。期间采暖负荷：在栽培期间将每天的采暖负荷积算起来叫做期间采暖负荷。 微灌：利用微灌设备组装成微灌系统，将有压水输送分配到田间，通过灌水器以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术。涌泉灌：微灌形式的一种,属小管出流灌溉方式。采用流量调节器控制塑料三通小管替代微灌多滴头出水孔,形成一套以Φ4小管出流为主体的微灌系统。 钢结构的构件联结方式：①焊接②铆接③卡具连接；铆接: 利用铆钉将两个以上的零构件(一般是金属板或型钢)连接为一个整体的连接方法称为铆接；种类：强固铆接、密固铆接、紧固铆接；形式：搭接、对接、角接 不织布：一种不需要纺纱织布而形成的织物，只是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机撑列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。 转光膜：通过在聚乙烯等母料中添加光转换物质和助剂，使太阳光中的能量相对较大的紫外线转换成能量较小有利于植物光合作用的可见光。光敏薄膜：通过添加银等化合物，使本来无色的薄膜在超过一定光强后变成黄色或橙色等有色薄膜，从而减轻高温强光对植物生长的危害。温敏薄膜：利用高分子感温化合物在不同温度下的变浊原理以减少设施中的光照强度，降低设施中的温度。深液流栽培：是在设施栽培床中，盛放5～10厘米深的营养液，将作物根系置于其中，同时采用相应措施补充氧气的一种栽培方法。 通风：把室内污浊空气直接或经净化后排至室外，把新鲜空气经适当处理后（如净化、降温、加热等）补充进来，从而保持室内空气环境符合卫生标准和满足工艺的需要。通风率：在单位时间内每单位温室地面面积所交换的空气容积（单位：m3/m2.min）。自然通风：通过通风窗利用风压和热压产生的通风，称为自然通风。机械通风：依靠风机产生的压力强迫空气在设施内流动。基本通风量的计算（V1=2.5L·B）V1=2.5L·B ;V1—基本通风量，m3/min；2.5—每平方米地面面积的基本通风量，m3/m2min；L—温室长度，m；B—温室宽度，m； 自然通风开关窗的机械设备（卷膜开窗系统和齿条开窗系统）强制通风的设施（9FJ系列轴流式节能通风机） 温室的环境调控系统：采暖系统、通风系统、降温系统、遮阳系统、灌溉系统、施肥系统和控制系统。 现代温室的主要类型：文洛型，瑞奇型，卷膜型，屋顶全开型。 温室的分类方法:按外形分类屋面形状：平面，曲面. 按建筑用材分类1）土木结构温室2）砖木结构温室3）混合结构温室4）钢结构温室（包括薄壁镀锌钢管）5）轻质铝合金结构温室。按栋数分类单栋，连栋（双栋，多栋） 温室的建造特点：整体性：是一个由若干环境调节和控制系统组成的综合体，必须总体考虑，不能片面、局部设计。作物适应性：以作物生产为目的，提高透光、保温性能。地域性：不同地区，气候条件不同，温室的结构也不相同。功能性：生产性温室、试验性温室、陈列展览性温室、生态餐厅。 日光温室前后排间距如何确定以上午9︰00太阳高度角和前栋温室脊高为依据，计算前后栋温室的最佳距离。温室间距 =（脊高+0.5）/[tg(H9)*cos(A9)]-(后坡投影长+后墙宽)，H9为冬至9︰00太阳高度角；A9为冬至9︰00太阳时角，是45。温室间距应是温室高度（脊高）的2.5倍。 墙体的不同设计方式：普通墙体，中空墙体（完全中空，填充聚苯板，填充麦秸），夯实墙体。 温室建筑的骨架材料：木材、竹材、钢材、钢筋混凝土、铝合金等。型钢：具有一定几何尺寸等级规格的轧制钢材称为型钢。常用：薄壁镀锌钢管：内外壁热镀锌；圆钢：俗称“钢筋”，拱架或钢桁架的腹杆。几字钢：拱杆。 按原料的种类，覆盖物分为：聚氯乙烯膜（PVC）、聚乙烯膜（PE）、乙烯－醋酸乙烯共聚物（EV A）、PO系膜、氟素膜（ETFE）、聚碳酸酯板（PC）、聚丙烯板（MMA），玻璃纤维强化聚丙烯板（FRA）、玻璃纤维强化聚酯板（FRP）常用膜：①国内多用聚乙烯膜（PE）②聚氯乙烯膜（PVC）③醋酸乙烯膜复合膜（EVA） 温室对覆盖材料的要求1透明覆盖材料1）透光性2）强度3）耐候性：防老化的性能4）防雾、防滴性5）保温性2不透明覆盖材料：草苫、草帘、纸被、保温被。保温性、防老化、防水、防雾滴。 Venlo型温室的主要特点①透光率高：由于其独特的承重结构设计减少了屋面骨架的断面尺寸，省去了屋面檩条及连接部件，减少了遮光，又由于使用了高透光率园艺专用玻璃，使透光率大幅度提高②密封性好：由于采用了专用铝合金及配套的橡胶条和注塑件，温室密封性大大提高，有利于节省能源③屋面排水效率高：由于每一跨内有2~6个排水沟（天沟数），与相同跨度的其它类型温室相比，每个天沟汇水面积减少了50~83%④使用灵活且构件通用性强 按照屋面的传力形式，温室屋盖结构“有檩体系”：荷载→采光材料→椽条→檩条→屋面结构，“无檩体系”：荷载→屋面梁或天沟 在蔬菜生产中温室设计出现的误区1）屋面角过小2）温室跨度过大 3）前窗部位过高4）温室墙体过薄5）草苫厚度不够，覆盖率小 设施农业存在的问题及园艺设施的发展趋势问题：1）基础研究相对薄弱，标准化技术体系尚未完善。2)大型温室的智能化程度和环境调控能力差，单产低，年利用率不高。3）原创于我国、大面积应用的日光温室设施简陋，现代化程度低。趋势：1）开发新型温室结构，制定设施标准体系2）开发设施内环境控制技术与设备3）新品种引进与配套栽培技术研究4）开发与应用设施生产机械作业技术5）开展设施生产产业化体系及经营管理模式的研究6）开展无公害蔬菜生产技术的研究
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
设施园艺学专业考点归纳整理
室较二折式温室空间高大，室内采光好，升温快，保温好，土地利用率高，采用温室四周设散热器进行水暖加热，局部温差小，适于周年生产各种园艺作物。 10.何谓吊柱？ 答：吊柱是指安装在温室的悬梁与每个拱架之间，用于支撑和固定拱架，以增加温室空间，减少遮荫的一种结构。 11.日光温室：大多是以塑料薄膜为采光覆盖材料，以太阳辐射为热源，靠最大限度采光、加 厚的墙体和后坡，以及防寒沟、纸被等一系列保温御寒设备以达到最小限度地散热，从而形成充分利用光热资源、减弱不利气象因子影响的一种我国特有的保护设施。 12.日光温室由后墙、后屋面、前屋面和保温覆盖物四部分组成。 13.日光温室有五种类型：长后破矮后墙日光温室、短后坡高后墙日光温室、琴弦式日光温室、 钢竹混合结构日光温室和全钢架无支柱日光温室。 14.日光温室合理的结构参数中五度、四比、三材分别指什么？ 答：五度：角度、高度、跨度、长度、厚度，主要指各个部位的大小尺寸。 四比：前后坡比、高跨比、保温比、遮阳比，即指各部位的比例。 三材：建筑材料、透光材料、保温材料【备注：透光材料主要有PE和PVC两种，后来又开发出了EV A】 15.什么是日光温室保温比？比值多少较合适？ 答：指日光温室内的贮热面积与放热面积的比例。即日光温室保温比（R）=日光温室内土地面积（S）/日光温室前屋面面积（W）【备注：1.此公式仅限于日光温室2.保温比没算后墙和后坡是因为这两部分既放热又吸热】。比值为1：1较合适。 16.日光温室内的光照有何特点？ 答：温室内光照存在明显的水平和垂直分布差异。 在水平方向，温室内白天自南沿向北光照强度逐渐减弱，但自南沿至二道柱处（距南沿3.7m）光照强度减弱不明显，构成日光温室强光区。【备注：这一点易出判断题，例如：在水平方向，温室内白天自南沿向北光照强度逐渐减弱（×）】 从温室中柱、二道柱处光照垂直分布情况看，表现为自下而上光照逐渐增强，而在温室上部近骨架处（距骨架50cm），光照强度又变弱。【备注：这一点易出判断题，例如：从温室中柱、二道柱处光照垂直分布情况看，表现为自下而上光照逐渐增强（×）】 17.日光温室内温度分布有何特点？ 答：日光温室内温度分布不均匀，这与光照分布不均匀是一致的。 从垂直方向来看，在白天，温室上部温度高于下部温度；从水平方向来看，温室北面温度高于南面，且呈现出中间高，四周低。 温室面积越小，低温区所占比例越大，温度分布越不均匀。 18.画出日光温室的前屋面角和后屋面角简易图。 【备注：前屋面角一般为当地地理纬度减少6.5°左右，后屋面角是指后坡内侧与地平面夹角，要达到35°—40°】 19.日光温室高度不变，跨度过大有何不好？ 答：1.加大跨度，栽培空间加大，但屋面角变小，势必采光不好； 2.前屋面加大，温室保温性能就会降低； 3.跨度加大后，对材料的性能以及数量就会有新的要求，投资就会加大。 20.现代温室：是设施园艺中的高级类型，设施内的环境实现了计算机自动控制，基本上不受自然气候条件下灾害性天气和不良环境条件的影响，能周年全天候进行设施园艺作物生产的大型温室。 21.现代温室的类型有芬洛型玻璃温室、里歇尔温室、卷膜式全开放型塑料温室、屋顶全开启型温室、锯齿型温室。【备注：芬洛型玻璃温室是我国最主要的玻璃温室，在观光园艺中很常用】
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
园艺设施学复习要点 名词解释 1.设施园艺：利用设施（设备）人为地创造适宜作物生育的小气候环境，使园艺生产不 受或少受自然环境的影响，以有计划地生产高产优质产品。 2.设施栽培：以人为的方法，提供园艺植物生长发育所需要的环境条件，促进其提早生 长、开花、结果或推迟结果，增加产量，提高品质。并根据市场的需求，适时地生产出园艺产品，在市场上错季或反季节供应。以提高园艺植物生产的经济效益。 3.逆温：在晴天无风的夜晚，棚内长波辐射不断外流，而外界空气对流、乱流又不会影 响到棚内，大量失热的结果，使棚内最低气温暂时低于外界露地的现象。 4.温室效应：在没有人工加温的条件下，设施内获得或积累的太阳辐射能，从而使设施 内的温度高于外界的能力。 5.保温比：设施内的土地面积与覆盖及维护结构表面积之比。 6.光照时数：园艺设施内的光照时数，是指受光时间的长短，因设施类型而异。塑料大 棚和连栋温室与露地基本一致，但单屋面温室内的光照时数一般比露地短，因有防寒保温覆盖。北方冬、春季的塑料小棚、改良阳畦，夜间也有外覆盖，同样有光照时数不足的问题。 7.贯流放热：把透过覆盖材料或维护结构的热量叫设施表面的贯流传热量，这种传热方
式叫贯流放热。 8.次生盐渍化：由于施肥不当造成的土壤盐离子的积累称次生盐渍化 9.连作障碍：同一种作物或近缘作物连作以后，即使在正常管理下，也会产生产量降低、 品质变劣、病害严重、生育状况变差的现象，这一现象叫连作障碍。 10.地膜覆盖：塑料薄膜地面覆盖的简称。指用0.005~0.0015mm聚乙烯薄膜覆盖地面的 栽培方式。 11.穴盘育苗将种子直接播入装有营养基质的育苗穴盘内，在穴盘内培育成半成苗或成 龄苗。 12.耐候性：指覆盖材料经年累月之后表现不易老化的性能，它关系到覆盖材料的使用寿 命。 13.风障：风障是在冬春季节设置在栽培畦北侧的挡风屏障。 14.温室：是可以人工调控环境中的光、温、水、气等因子，其栽培空间覆以透明覆盖材 料，人在其内可以站立操作的一种性能较完善的环境保护设施。 15.日光温室：没有人工加温设备，完全以日光作为热源，再通过良好的保温设施来创造 比较适宜的温度环境。 16.塑料大棚：没有砖、石等围护结构，全部表面均有塑料薄膜覆盖的设施。 17.高跨比：梁高h与跨径l的比值h/l称为高跨比
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
09园艺《设施园艺学》复习提纲 一、名词解释 1.设施园艺：人为地利用园艺设施（保温、防寒或降温、防雨设施、设备等）创造适宜园艺作物(蔬菜、果树、花卉、药用植物等)生长发育的小气候环境，使园艺作物生产力遗传潜能充分表达的园艺生产方式称为设施园艺。又称保护地栽培。 2.园艺设施：人为创造适宜园艺作物生长发育小气候环境的保温、防寒或降温、防雨设施与设备的总称。包括简易覆盖、地膜覆盖、小棚、中棚、大棚、荫棚、温室，以及防寒、保温或降温、补光、防雨、浇水施肥、CO2释放、自动控制、配电等设施、设备。 3.浮动覆盖：为了保温无任何骨架材料，将透明覆盖材料直接覆盖到植物表面的一种地面简易覆盖方式。 4.秸秆覆盖：为保水保温防病防草等在畦面上铺一层农作物秸秆（稻草等）的一种地面简易覆盖方式。 5.地膜覆盖：塑料薄膜地面覆盖的简称。 6.荫障：用芦苇、竹竿等材料在畦的南面加设遮荫篱笆的一种近地面保护设施。 7.温室：具有较高生物必需环境条件调控能力的透明屋（棚）的总称。有各种形式的塑料温室、玻璃温室和硬质塑料板温室等。 8.大棚：在棚架上覆盖塑料薄膜而成的大型塑料薄膜棚的简称。 9.阳畦：指在向阳背风地方做具有集温保温性能的用于园艺植物栽培的凹畦。是由风障畦发展来的。 10.日光温室：由中国人在单屋面温室基础上，利用防老化、除尘、无滴农用塑料薄膜替代玻璃而建 成的，不需要加温就可以在广大的东北、华北、西北等地区寒冷季节里进行抗旱和耐寒性园艺作物栽培，辅以补充应急加温就可以进行半耐寒和喜温性园艺植物栽培的一类园艺设施。 11.聚氯乙烯长寿无滴防尘膜：在聚氯乙烯树脂中，添加一定比例增塑剂、防老化助剂（受阻胺光稳定剂或紫外线吸收剂等）、复合型防雾滴助剂（聚多元醇脂类或胺类等）压延成长寿无滴膜基础上，增加在外表均匀涂敷一层阻止增塑剂、防雾滴剂等极性分子析出和抗氧化的有机涂料的防尘、延长无滴、长寿的工艺而成的农用塑料薄膜。 12.聚乙烯多功能复合膜：采用三层共挤设备在内、中、外各层低密度聚乙烯或线型密度聚乙烯树脂材料中分别相对集中加入防雾滴剂、保温剂和防老化剂后制备而成的农用塑料薄膜。 13.温室自动控制：是利用控制装置，自动地、有目的地操作(纵)和控制某一(些)设备或某一(些)过程，从而实现温室环境条件尽可能满足目标生物需要的某一(些)功能或状态称为 温室自动控制。 14.温室自动控制系统：实现温室自动控制生产过程的软、硬件的总称。 15.工厂化育苗：工厂化育苗是利用现代园艺设施、生物、信息化管理、农业产业化等技术，全天候 定时定量培养多种多样优质、廉价园艺种苗的一个新型技术领域。也是设施园艺在园艺作物生产上的一个重要利用方式。 16.嫁接育苗：用抗逆性强的植物做砧木，用丰产、优质的植物做接穗，大量获取具有抗逆、丰产、 优质等特性苗木的过程。 17.促成栽培：园艺作物栽培的全过程都处于不适宜生长的季节里，育苗、移植栽培都必需由园艺设 施创造适宜环境条件才能进行栽培的一种栽培形式。包括越冬、越夏栽培等，又叫反季节栽培或不时栽培。 18.越夏栽培：利用覆盖了遮阳网或防虫网温室、大棚、防雨棚和专门的遮阳降温园艺设施在盛夏高 温季节进行的园艺植物栽培形式的一种。我国长江以南越夏栽培时间较长，华南地区耐寒植物一年有210天以上需要采用越夏栽培。 19.温室角度：指决定温室光热性能温室角，主要是温室阳屋面与地面的夹角。
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。
《设施园艺学》期末试卷 一、填空题 (每空分，共16分) 1.中国温室的发展史可追溯到2000年前秦汉时代西安的。 2.日光温室合理结构的参数具体可归纳为五度、四比、三材，其中三材具体是指、及。 3.现代温室中的芬洛型玻璃温室是由研究开发而后流行全世界的一种连栋玻璃温室。 4.日光温室外覆盖保温材料种类有、、。 5.透明覆盖材料的特性由、、、 、组成。 6.常见塑料大棚的构形包括、、 、及。7．常见夏季保护设施包括遮阳网及。8.透明覆盖材料的种类包括、、、 及。 9．设施内湿度来自两个方面，即和。 10.设施内有毒的气体通常包括NH3、NO2、SO2以及、 等。 11．无土栽培可分为固体基质培和无固体基质培两大类，其中固体基质培又包括、两种类型。 12．长江流域亚热带气候区常见的设施蔬菜栽培茬口类型有、、大棚多重覆盖越冬栽培和遮阳网、防雨棚越夏栽培。
二、名词解释（每小题2分，共10分） 1．深液流技术： 2．温室： 3．塑料大棚： 4．穴盘育苗： 5. 前屋面角： 三、单项选择题（每小题分，共9分） 1.就保温性能而言，下列透明覆盖材料中保温性最佳的是。 A. PVC B. EVA C. PE D. PE和EVA 2. 西瓜定瓜一般应选在。 A. 5-7节 B. 9-11节 C. 13-15节 D. 17-19节 3. 日光温室的高跨比决定了屋面角的大小，要达到合理的屋面角，高跨比以为宜。 A. 1： B . 1： C. 1： D. 1： 4．日光温室的方位角要求向东或向西偏斜的角度不应大于。 A. 5° B. 7° C. 12°° 5. 甲醛是设施土壤消毒中常用的化学药剂，其通常采用的浓度为。 A. 30％ B. 40％ C. 50％ D. 60％
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；