生化工程设备计算题

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。

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。

1．发酵罐直径D＝1.8m，圆盘六弯叶涡轮直径Di＝0.6m，一只涡轮，罐内装4块标准挡板，搅拌器转速n＝168r/min，通气量Q＝1.42m3/min，罐压P＝1.5绝对大气压，醪液粘度μ＝1.96×10－3 N·s/m2，醪液密度ρ＝1020kg/m3。

计算Pg。

已知；P0=NpDi5n3ρ（W）；ReM＝Di2nρ/μ圆盘六平直叶涡轮Np≈6；圆盘六弯叶涡轮Np≈4.7；圆盘六箭叶涡轮Np≈3.7。

设与电机传动相关的参数：三角皮带效率为0.92，滚动轴承效率为0.99，滑动轴承效率为0.98端面轴封增加功率为1.0％。

2．在分批培养中，培养基组成时刻都在变化，某一时刻的瞬时得率YX/S＝dX/dS＝μ/qS，YP/S＝dP/dS＝qP/qS，试计算葡萄糖生成乙醇发酵中的得率系数。

已知该发酵过程限制性培养基中细胞生长方程和产物生成量计量式及底物比消耗速率可分别表示如下（X ATP代表能量的消耗与生成）。

（1）1.12CH2O+0.15NH3+0.507XA TP＝CH1.62O0.88N0.15+0.12CO2+其他（2）1.5CH2O＝CH3O0.5+0.5CO2+0.5X ATP（假定产物除CO2只有乙醇，且生成的ATP全部用于细胞生长过程的耗能即不考虑维持代谢）（3）q S＝1.12μ＋1.5 q P英汉互译1. 生物技术2. 生长曲线3. 洗出4. 亚单位5. 关键酶6. 迟滞期7. 分批培养8. Immobilized enzyme9. Optimal temperature 10. Product inhibitor11. Allosteric effect 12. Dilution rate13. K G a 14. Sterilization15. On-line常用的酶固定化的方法有哪些？简述去固定化原理。

1．请问以下结论是否正确？并阐明原由。

在同一温度下灭菌，连续式全混流型反应器（CFSTR）的灭菌时间要比活塞流模型反应器（PFR）的长得多，比批式全混流反应器的灭菌时间长得同样多。

11级生物工程设备作业（答案）1、有一发酵罐，内装40m3培养基，在121℃温度下进行实罐灭菌，原污染程度为每ml有2×105个耐热细菌芽孢，121℃时灭菌速度常数为1.8（/min），求灭菌失败机率为0.001时所需要的灭菌时间？（假设不计升温阶段所杀灭的菌数，把培养基中所有的菌均看作是在保温阶段被杀灭）。

若对培养基采用连续灭菌，灭菌温度为131℃，此温度下灭菌速度常数为15（/min），求灭菌所需的维持时间？解：⑴ N0=40*106*2×105=8*1012Nt=0.001，k=1.8（/min）灭菌时间为：2.303 N0t= ——lg—=20.34（min）k Nt解：⑵ 2.303 C0t=————lg—k CtC0=2×105（个/ml）Ct=1/40×109（个/ml）t=2.44（min）2、某酒精工厂，每发酵罐的进料量为28t/h，每4h装满一罐，糖化液密度为1082kg/m3发酵周期72h，试确定发酵罐的结构尺寸,罐数。

解：发酵罐个数和结构尺寸的确定：发酵罐个数：N=（nt/24）+1n=24/4=6 N=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，结构比例如下H=1.2D h1=h2=0.1DV=0.785D2（H+ 1/3× h1+1/3× h2）=0.785 D2（1.2D+2/3×0.1D）=115（m3）则：D=4.87（m ）H=1.2D=5.84m h1=h2=0.1D=0.487m3、已知从汽液分离器排出的糊化醪量为1000kg/h，其比热为3.6kJ/kg·k，温度为100℃,要求冷却到65℃，试计算真空冷却器基本尺寸（直径D和高度H）。

作业1 发酵罐数的确定某氨基酸发酵产酸率12%，发酵时间为36h 。

辅助时间为24h ，每个发酵罐有效容积为100m 3.。

试设计年产率5000t 该氨基酸所需发酵罐个数。

解：由362460p b tt t h =+=+=/t p V t P C =⨯所以：10012%/0.2/60t p P V C t t h ⨯=⨯==50002.853365240.2N ==≈⨯⨯个轴功率的计算： (w=r/s)发酵罐体积：230.154V D H D π=+ 2Re i LD ωρμ⨯⨯=、24s Q D v π= 0.560.70.79(2.36 3.30)()10g L s LP K a n V V ω-=+⨯ n ：搅拌叶轮组数 Vs:cm/min不通气搅拌下的轴功率: 通气搅拌下的轴功率：350p i L P N D ωρ= (w=r/s) 2330.3900.082.2510()i g P D P Qω-=⨯ (w=r/min)Di （m ） Di －涡轮直径（cm ） Q －通气量（mL/min ）例题：某酶制剂厂 10m 3机械搅拌发酵罐，发酵罐直径D=1.8m ，一只圆盘六弯叶涡轮搅拌器直径D =0.6m ，罐内装有四块标准挡板，装液量VL 为6m3，搅拌转速 ω=168rpm ，通气量Q=1.42 m3 /min ，醪液粘度μ=1.96×10-3 N ·s/ m2，醪液密度 ρ=1020 kg/ m3 ，三角皮带的效率是 0.92，滚动轴承的效率是 0.99，滑动轴承的效率是0.98，端面轴封增加的功率为 1%，求轴功率Pg 和kL α，并选择合适的电机。

（已知在充分湍流状态时，圆盘弯叶涡轮搅拌器的功率准数 NP = 4.7 ）解：1.先求出Re ：2243(168/60)0.61020Re 5.25101.9610i L D ωρμ-⨯⨯===⨯⨯ 2.因Re ≥104，所以发酵系统在充分湍流状态，即有功率系数NP = 4.7 ，故叶轮的不通气时搅拌功率P 0为：33550i 1684.710200.68.07kW 60P L P N D ωρ⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭＝＝（） 3.求通气时搅拌功率Pg ：02323i 30.3930.39g 0.080.088.07168602.2510)2.2510() 6.55(kW)1420000P D P Qω--⨯⨯=⨯=⨯⨯=（4.所需电动机功率为： 6.5511%7.4kW 0.920.990.98⨯+=⨯⨯（）（）求kL α ：24S Q D v π=⋅ 2244142000055.8(cm /min)180S Q v D ππ⨯∴===⨯ 5.①先求空截面气速vS ：②求kL α ：()()20.560.560.70.790.70.79L g 62O k 2.36 3.3n)P / 10 2.36 3.3) 6.55/655.8168101.91110mol O /(mL min atm)()L S V v p αω---=+⋅⋅⨯=+⨯⨯⨯⨯⎡⎤=⨯⋅⋅⎣⎦（（作业2：有一生产用发酵罐，内径为2m ，装液高度为3m 。

例1: 当杀菌温度从120℃升至150 ℃，试计算维生素B1的分解速率常数K B 和嗜热脂肪芽孢杆菌的死亡速率常数K S 。

已知ΔE S =283460 J/mol, As=1.06×1036 (min-1) ；ΔE B =92114 J/mol, A B =1.06×1010 (min-1).解：由（1）式，即㏑K=㏑ A － (ΔE /RT)得 lnKs= ln As － ΔE S /(RT)∴ Ks 在120 ℃时为0.0156 (min -1)150 ℃时为7.54 (min -1)灭菌速率常数提高482倍。

同样地： K B 在120 ℃时为0.00535 (min -1)，150 ℃时为0.040 (min -1)，同样的温度变化仅提高6.5倍。

例2: 将10000千克的培养基在发酵罐内进行分批灭菌，灭菌温度为120℃，灭菌后要求每1000批中只有一个杂菌，培养基原始污染度为105个/g ，试计算总杀菌效率V 总。

解： N=10-331535001010100001010ln 34.5N N N N--==⨯⨯=即，V 总=34.5例3: 发酵培养基60m 3，杂菌活孢子浓度105/mL ，要求灭菌后残存孢子数 N 为10-3个。

设计的T-t 过程如下，是否达到灭菌要求？（A=7.94×1038 min -1，△E=287441 J/mol ，R=8.28 J/(mol·K)） T/ ℃ 30 50 90 100 110 120 120 110 100 90 60 44 30 T/min103036435055586370102120140exp()EK A RT ∆=-5603101060ln ln 36.310N N -⨯⨯==从得出的K 值可以看出，在100℃以下灭菌，对细菌孢子的杀灭几乎是无效的，因为从灭菌开始的前36min 和63min 以后，K 值几乎可以忽略不计。

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____________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.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______，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____________________，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_______。

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__________。

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____________。

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______________。

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__________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)。

生化工程习题一、判断正误1、间歇培养微生物的减速生长期，微生物的比生长速率小于零。

（×）2、反混指不同物料间有混合的现象。

（×）3、PFR反应器中，沿轴向的反应速度是常数。

（×）4、单级连续培养中，如果调整成D（稀释速率）>μ（比生长速率），最终将发生“冲出”现象。

（√）5、一定温度下，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学。

（√）6、限制性底物指微生物的碳源。

（×）7、单级恒化器连续培养某种酵母达一稳态后，流出液中菌体浓度是培养时间的函数。

（×）8、CSTR反应器中物料的返混程度最小。

（×）9、微生物的比生长速率是指单位时间内菌体的增量。

（×）10、间歇培养好氧微生物时，菌体的对数生长期到来时，菌体的摄氧率大幅度增加。

（√）11亚硫酸盐氧化法可以用于测量真实发酵液的Kla。

（×）12、活塞流反应器中，沿径向的反应速度是常数。

（√）13、返混是指不同停留时间物料之间的混合。

（√）14、任何微生物培养过程的YATP均等于10g/mol左右。

（×）15、连续培养反应器中物料的平均停留时间和稀释速率互为倒数。

（√）16、间歇培养好氧微生物时，菌体耗氧速率是常数。

（×）17、对培养基进行热灭菌必须以霉菌的孢子为杀灭对象。

（×）18、在一定温度下，各种不同微生物的比热死亡速率常数值相等。

（×）19、在有细胞回流的单级恒化器中，总的出口处菌体浓度与恒化器中的菌体浓度完全相等。

（×）20、动态法测量Kla不能用于有菌体繁殖的发酵液。

（×）21、连续反应器中物料的平均停留时间用F/V来计算。

（×）22、在活塞流反应器中进行恒温热灭菌，沿物料流动方向菌体热死灭速率逐渐下降。

（√）23、单级恒化器的稀释速率可以任意调整大小。

（×）24、微生物营养细胞易于受热死灭，其比热死亡速率常数K值很高。

1.菌体得率Y X/S对基质的细胞得率Yx/s2. 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3.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。

4.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。

5．带式输送机利用一根封闭的环形皮带，绕在相距一定距离的2个鼓轮上，皮带由主动轮带动运行，物料在带上靠摩擦力随带前进，到另一端卸料。

由皮带、托辊、鼓轮、传动装置、张紧装置、加料装置和卸料装置组成。

适用于松散干湿物料、谷物颗粒及成件制品。

二.填空1.某机械搅拌发酵罐内发酵液中的溶氧浓度为0.025mol/m 3,此罐压下饱和溶氧浓度为0.275 mol/m 3,此罐的KL a 值为1000(1/h),根据传质理论,计算此类发酵罐的供氧能力为 250 mol (O 2)/(m 3∙h)2.某酒精工厂,每发酵罐的进料量为24t/h,每4h 装满一罐,糖化醪密度为1075 Kg/m 3,装料系数为0.9, 计算此发酵罐的全体积约为 100 m 33.啤酒发酵罐中发酵液的对流主要是依靠其中 CO 2 的作用,另外冷却操作时啤酒 温度 的变化也会引起罐的内容物的对流循环4.CIP 清洗系统是Clean In Place 的简称,即 内部清洗系统 （在位清洗 ） ,进行大罐清洗工作的关键设备是 喷射洗涤装置 。

5．悬浮培养适用于非贴壁依赖型细胞，贴壁培养适用于贴壁依赖型细胞。

除此之外还有一种 固定化（包埋） 培养对两类细胞都适用。

6.酒精厂以玉米粮食为原料的生产中需要 粗选机 、除铁器 等设备对原料进行预处理。

生化工程题库名词解释+填空题+简答题+证明题+计算题填空题：1.发酵产物的生成速率与菌体生长速率之间大致存在三种不同类型的关联，它们是______ 、和。

2.反应器的D/H越小，越接近型理想反应器，反应器的D/H越大，越接近型理想反应器。

3.灭菌控制的参数是和。

4.空气过滤器操作时，被认为捕集空气中杂菌和尘埃效率高的三个机制是、和。

5.连续培养时微生物在葡萄糖中的生长符合莫诺方程，μm=0.5 h-1，Ks=0.1g/L，D=0.4h-1，则在稳态时微生物的比生长速率μ为，流出物中葡萄糖的浓度为。

6.发酵罐比拟放大时需要确定的操作参数主要是空气流量、和搅拌功率，需要确定的几何尺寸主要是反应器的。

7.连续发酵体系中，K L a=3S-1，氧气的饱和浓度C*=5ppm，假设在发酵液中溶解的氧气完全被利用，即发酵液中完全没有氧气，则氧气的传递速率是mg/l·s 。

8.Pg的含义是。

9.P0的含义是。

10.微生物的比热死亡速率常数由温度和和等因素决定。

11.铜绿单孢菌在以葡萄糖为生长限制性底物的培养基中最大比生长速率为0.8h-1，为保证菌体不被洗出，则稀释率D 。

12.对发酵罐进行比拟放大，已知V2/V1=64，D2=4D1，P2=2P1，用空气的截面直线速度相等作为放大的基准，则放大前后(VVM)之比为。

13.Yx/s是以消耗的基质为基准的。

14.连续培养时微生物在葡萄糖中的生长符合莫诺方程，μm=0.5 h-1，Ks=0.1g/L，D=0.4h-1，则在稳态时微生物的比生长速率μ为，流出物中葡萄糖的浓度为。

15.用甲醇为原料生产SCP时，为了解决甲醇混合时间较长，浓度分布不均造成的甲醇对生产菌株的生长抑制，可以采取的措施是：。

16.对剪切力比较敏感的生产菌种，在进行搅拌转速的放大时，要以作为放大原则或者校正原则。

17.A物质的热灭反应活化能△E=96232J/mol，B物质的热灭反应活化能为△E=343088J/mol，则高温短时间灭菌有利于物质的破坏。