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第一篇生物反应器第一章通气发酵设备1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。
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；(4) 生产能力高；(5) 能耗低；(6)检测控制系统完善；(7) 易放大；(8)生产安全主要类型：①机械搅拌通气发酵罐②气升式发酵罐③自吸式发酵罐④通气固相发酵设备①机械搅拌通气发酵罐：A.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，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。
②气升式发酵罐（类型：气升环流式、塔式、空气喷射式等。
）A.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。
B.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A.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。
B.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、经济效率高设备便于自动化、连续化。
C.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％。
机械搅拌自吸式发酵罐原理：电机带动发酵罐底部空气转子高速运动将空气甩出，借助转子中心形成负压将空气吸入，同时由于转子旋转可起到搅拌器的作用，并将气泡破碎分散。
喷射自吸式发酵罐：利用文氏罐喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行混合和溶氧传质。
2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件作用及原理。
①罐体（壁厚计算）由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢。
⽣物⼯程设备2⽣物⼯程设备期末复习⼀.名词解释1.过滤效率：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；η=（N1-N2）/N1=1-N2/N1。
2.热泵蒸发：是指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，这叫做实罐灭菌，⼜称分批灭菌。
4.CIP：CIP:Clean In Place, 意即内部清洗系统，在不拆卸设备零部件的条件下，设备内部和管道的清洗⽅法。
5.搅拌雷诺准数ReM ：6冷冻⼲燥：冷冻⼲燥是将湿物料（或溶液）在较低温度下（-10—-50℃）冻结成固态，然后在⾼度真空（130～0.1Pa）下，将其中固态⽔分直接升华为⽓态⽽除去的⼲燥过程，也称升华⼲燥。
冷冻⼲燥也是真空⼲燥的⼀种特例。
7.沸腾⼲燥：沸腾⼲燥是利⽤流态化技术,即利⽤热的空⽓流体使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使粒⼦中的⽔分迅速汽化，达到⼲燥⽬的。
8.对数穿透定律：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；公式为：lg（N2/N1）=-KL9.过滤效率：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；η=（N1-N2)/N1=1-N2/N1 10.介质过滤除菌：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。
11.境界膜：处于晶核附近的不稳定⾼能质点，受到晶体质点的引⼒，放出能量，排列到晶核上以后，晶体周围的溶液就是⼀些溶质质点⽐较稳定的溶液，这些溶液好象⼀层膜⼀样包围着晶核，通常称这层膜为境界膜。
12.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。
13．多效蒸发：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。
生 物 工 程 设 备（第一篇）第一章1，生长动力学公式： （X : 细胞在时间 t 时的浓度； : 细胞在开始时间时的浓度；t : 培养的时间；k : 细胞的特别生长速率。
）2，抑制动力学（米氏公式）： （V : 实际酶促反应速度；Vmax: 最大酶促反应速度；S : 底物浓度；Km : 米氏常数。
）3，致死动力学（阿氏公式）RT Ee A k -⋅=（K : 致死速率；A : 阿氏常数（Arrhenius ）E : 反应活化能；T : 体系的绝对温度；R : 理想气体常数。
）4，生物反应器设计要求：①反应器的物理传热传质特征②培养生物体的生理生化特征③生长要求④灭菌要求⑤其它要求5，生物反应器种类：①厌氧生物反应器：酒精发酵罐，沼气池②通气生物反应器：机械通风搅拌罐，气升罐，鼓泡罐，自吸罐③光照生物反应器④膜生物反应器6，剪切力对发酵的影响：①剪切力对质量和热量传递有较大影响,湍流传导与层流传导②对动物细胞和植物细胞培养影响很大③对放线菌和丝状真菌的影响7，机械搅拌通气发酵罐：机械搅拌通气式发酵罐又称通用式发酵罐，是工业上最常用的一种微生物反应器，这类发酵罐既具有机械搅拌又有压缩空气分布装置，搅拌器的主要作用是打碎空气气泡，增加气液接触界面，以提高气液间的传质速率，同时也是为了使发酵液充分混合，液体中的固形物料保持悬浮状态。
优点：充分的搅拌，高密度培养时其供氧能力和混合效果好缺点：剪切力大，对植物细胞或剪切力敏感菌株易造成较大损伤8，气升式生物反应器：气升式生物反应器是通过通气气流的上升带动流体混合的一类发酵罐。
优点：无需机械搅拌，因而动力消耗相对较小，且能够避免搅拌轴封所导致的微生物污染缺点：剪切力小导致的混合强度不足，不适应于高粘度的培养体系（第一篇）第二章1，机械搅拌通气发酵罐结构：罐体，搅拌器和挡板，换热装置，轴封装置，空气分布器，消泡装置，空气过滤系统（记结构图）2，气-液相间溶氧传质理论：气泡中的氧→气液界面→氧从气相侧转移到液相侧 →氧从液相侧转移到液相主体→氧从 液相主体转移至细胞表面→氧扩散至细胞内3，常用的涡轮搅拌器有平叶式、弯叶式和箭叶式三种4，空气净化除菌方法及原理：热杀菌, 辐射杀菌, 静电除菌, 过滤除菌5， 机械搅拌反应器的优点:操作弹性大，pH 值和温度易于控制；有较规范的工业放大方法；适合连续培养缺点:驱动功率大；内部结构复杂，难于彻底洗净,易造成污染；在丝状菌的培养中由于搅拌 器的剪切作用，细胞易损伤6，增加（培养基）中溶解氧供应的办法①加大通气②加大搅拌转速③改变叶轮形状和罐体 设计④加压发酵⑤富氧通风7，污染发生的原因：①空气过滤系统②密封系统③卫生死角......（液流的方向）8，一个150 m3的生物反应器在35 oC 条件下用糖蜜生产霉菌菌体。
生物工程设备期末复习题生物工程设备期末复习题一、名词解释1、菌体的率 YX/S 对基质的细胞得率Yx/s2、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酸平衡系数4、发酵稀释比D5、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。
9、带式输运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。
10、比拟放大即生物反应过程的放大，就是指以实验或中式反应设备所取得的数据为依据，设计制造大规模的反应系统，确定相应的工艺条件，以进行工业规模生产。
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。
第二篇第一章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。
谷物原料粗选设备：大麦粗选机、磁力除铁器大麦精选机：利用杂粒与大麦不同的特点进行分离谷物原料的精选设备：碟片式精选机：特点：工作面积大，转速高，产量大，碟片损坏可以更换。
滚筒精选机：优点：分离出来的杂粒中含大麦较少，缺点：袋孔利用系数低，产量低，且工作面磨损后不能恢复。
大麦的分级设备：平板分级筛：特点：分离效率高；占地面积小；能耗低；造价、维修困难圆筒分级筛：优点：设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。
缺点：筛面利用率少，仅为整个筛面的1/5。
2、原料粉碎的方式，具体设备①干式粉碎：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。
设备：锤式粉碎机、对堒粉碎机、多堒粉碎机②湿式粉碎：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3、物料粉碎的力学分析挤压破碎、冲击破碎、研磨粉碎、剪切破碎、劈裂粉碎。
4、锤式粉碎机的工作原理。
工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤刀冲击力所破碎；小于弧形筛面筛孔直径的微粒，逐步被筛面筛分，落入出料口；大于筛孔直径的颗粒，在受到锤刀冲击后，由于惯性力的作用而高速四散、散落，有的撞击成碎块，小的逐渐被筛分，稍大颗粒再次弹起，又被高速旋转的下排锤刀所冲击，逐步使大颗粒变小。
没有撞击到的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击。
如此反复，直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口。
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。
工作原理：由两个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住辊啮入两辊之间，物料受到挤压力而被破碎。
第二章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。
粉浆罐→粉浆泵→蒸煮罐→后熟器→最后一个后熟器（气液分离器）→真空冷却器→连续糖化罐→液体曲贮罐→糖化醪泵→喷淋冷却器→混合冷凝器→蒸汽喷射器→热水箱蒸煮器：下进上出特点：蒸煮温度可高可低；节省能耗；设备简单，操作容易，制造方便后熟器：上进下出特点：后熟器不再加入蒸汽，保持温度，起到维持一定时间的后熟作用；最后一个后熟器：是主要起到气液分离的作用，使经加热、后熟的蒸煮醪分离出一部分二次蒸汽并使之降温。
生物工程设备复习题(完美打印版)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、孔结构等。
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、直接利用酶催化得到所需产物。
3、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。
4、常见的通风发酵罐类型：机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐、伍式发酵罐、文氏管发酵罐。
5、按操作压强可将蒸发分为:加压、常压或减压（真空蒸发）。
6、真空干燥设备一般由哪三个部分组成：密闭干燥室、冷凝器和真空泵。
7、影响恒速干燥的主要因素：空气流速、空气湿度、空气温度等外部条件。
8、液-液萃取设备包括哪三个部分：混合设备、分离设备和溶剂回收设备。
9、固体物料粉碎按受力情况分类：挤压；冲击；磨碎；劈碎。
10、糖蜜利用之前如何处理：稀释、酸化、灭菌和增加营养盐。
11、啤酒发酵设备发展方向：向大型、室外、联合的方向发展。
12、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二、名词解释题（共16分，每小题2分）1、富氧通风：向发酵罐中通入富氧空气或直接通入氧气，提高相应的饱和溶氧浓度。
2、离子交换法：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。
3、悬浮培养：是指细胞在培养器中自由悬浮生长的过程，主要用于非贴壁依赖性细胞培养，如杂交瘤细胞等。
4、液化：淀粉糊化后，如果提高温度至130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状结构彻底破坏，淀粉溶液的粘度迅速下降，变为流动性较好的醪液，此现象称为淀粉的溶解或液化。
6、过滤：以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。
7、灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。
第一章1、 维持系数：它是保持细胞一个有序状态，补偿系统中熵的产生、避免造成细胞死忙的平衡状态中花费的能量。
维持的定义2、Monod 方程μmax:特定基质下最大比生长速率Ks : 饱和常数，μ= μmax/2 时的基质浓度，是菌对基质亲和力的一种度量。
当基质浓度S ＞＞Ks 时， μ= μmax 。
K S 饱和常数；当基质浓度S>>K S , u=u max /2什么条件是对数生长期：当Ks 》S 时，u=u max3、多基质时的生长动力学曲线4、产物形成动力学的分类及其它们相应的特点：根据细胞生长与产物形成有否偶联进行分类：偶联型、非偶联型、混合型（1）偶联型发酵类型的特点：⏹ 微生物的生长和糖的利用与产物合成直接相关连。
⏹ 产物的形成与生长是平行的。
⏹ 产物合成速度与微生物生长速度呈线性关系，而且生长与营养物的消耗成准定量关系。
⏹ 方程：（2⏹ 生产与产物合成非偶联类型：多数次生代谢产物的发酵属这种类型，如各种抗生素和微生物毒素等物质的生产速率很难与生长相联系。
产物合成速度与碳源利用也不存在定量关系。
⏹ （3）生长混合型的特点： ⏹ 生长产物合成混合型：它是介于生长产物合成偶联型与生长产物合成非偶联之间的中间类型，产物的合成存在着与生长相联和不相联两个部分。
该类型的动力学产物合成比速率的最高时刻要迟于比生长速率最高时刻的到来。
第二章第一节：机械通风搅拌发酵罐的主要结构及其相应的功能：通用的机械搅拌通风发酵罐主要部件包括罐体、搅拌器、轴封、打泡器、联轴器、中间轴承、空气吹泡管（或空气喷射器）、挡板、冷却装置、消泡器、人孔以及视镜等1、罐体的功能：为了满足工艺要求，罐需承受一定温度和压力，通常要求耐受130℃和0.25 MPa (绝对大气压)。
2、搅拌器的功能其作用主要是打碎气泡，加速和提高溶氧。
涡轮式搅拌器的叶片有平叶式、弯叶式、箭叶式三种3、挡板的功能挡板的作用是防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。
生物工程设备复习《生物工程设备》总复习题1.辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细碎。
常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。
试设计一个六辊式粉碎机的示意图并标明物料运动方向，各部件名称。
/252.Rushton涡轮是最典型的涡轮搅拌器，Smith等提出采用弯曲叶片的概念，有效提高了载气能力，原因是什么？当用Rushton涡轮式搅拌器把气体分散于低黏流体时，在每片桨叶的背面都有一对高速转动的旋涡，旋涡内负压较大，从叶片下部供给的气体立即被卷入旋涡，形成气穴，气穴的存在会影响到发酵罐内的气液传质能力。
弯曲叶片可使其背面的旋涡减少，抑制叶片后方气穴的形成，从而提高载气能力。
/703.绘制前置高效过滤空气除菌流程，并说明。
前置高效过滤除菌流程如下图，该流程使空气先经中效、高效过滤后，然后进入空气压缩机。
经前置高效过滤器后，空气的无菌程度已达99.99％，再经冷却、分离和主过滤器过滤后，空气的无菌程度就更高。
/404.气升环流式发酵罐也是应用最广泛的生物反应设备。
其特点有哪些？①结构简单，冷却面积小；②无搅拌传动设备，节省动力约50％，节省钢材；③操作时无噪音；④料液装料系数达80％～90％，不须加消泡剂；⑤维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染；⑥但不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数低。
/875.罐式连续蒸煮的加热罐和后熟器，其直径不宜太大。
原因是什么？直径不宜太大，否则罐中醪液返混现象严重，不能保证醪液先进先出，致使醪液受热时间不均匀，甚至出现部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有部分醪液过热而焦化。
/206.啤酒生产过程中利用的圆筒体锥底发酵罐的优点有哪些？①锥底罐是密闭罐，可作发酵罐，也可作贮酒罐，便于排放回收酵母，也可用二氧化碳洗涤，除去生青气味，促进啤酒的成熟。
同时，由于具备采取加压、升温的操作，生产灵活性大，可以缩短生产周期。
②本身有冷却夹套，容易控制发酵温度，可满足生产工艺要求。
⽣物⼯程设备期末复习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著）。
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。
一．填空选择，1.灭菌的方法：化学灭菌，射线灭菌，干热灭菌，湿热灭菌，过滤灭菌2.培养基灭菌的要求：达到要求的无菌程度——10-3个/罐。
尽量减少营养成分的破坏3.发酵生产中，往往需要对培养基及其发酵设备进行灭菌，一般工业上常采用蒸汽湿热灭菌4.灭菌程度和营养成分的破坏是灭菌工作中的主要矛盾，恰当掌握加热温度和时间是灭菌工作的关键。
5. 实罐灭菌罐：与培养基接触的是进蒸汽：进气，排料，取样管未与培养基接触的是出蒸汽：进料口，排气，消泡管为什么三路排气：设备存在灭菌死角，容易污染6.空气含菌量：南方大于北方，城市大于农村，地平面大于高空7.除菌方法：除去方法：静电吸附、介质过滤。
杀灭方法：辐射、热杀菌、化学药物杀菌8.过滤除菌机理：惯性冲击滞留作用，拦截滞留作用，重力沉降，静电吸附作用机理，扩散机制9.无菌空气制备的整个过程包括两部分内容：A对进入空气过滤器的空气进行预处理，达到合适的空气状态（温度、湿度、压强）;B对空气进行过滤处理，以除去微生物颗粒，满足生物细胞培养需要。
10.粗过滤器作用 :捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器负荷11.通风发酵罐:类型：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、文氏管、塔式12.细胞培养的操作方式：分批式，流加式，半连续式，连续式，灌注式13.液固分离设备：A沉降设备（按推动力不同）：重力沉降、离心沉降.B过滤设备（按推动力不同）：常压过滤机、加压过滤机、真空过滤机和离心过滤机C膜分离设备：微滤器、超滤器和反渗透器14.过滤的操作基本方式有两种：滤饼过滤和深层过滤15，碟式分离机可以完成两种操作：液-固分离（即底浓度悬浮液的分离），称澄清操作；液-液分离（或液-液-固）分离（即乳浊液的分离），称分离操作16按照阻留微粒的尺寸大小，液体分离膜技术有反渗透（亚纳米级）、纳滤（纳米级）、超滤（10纳米级）和微滤（微米和亚微米级）、另外还有气体分离、渗透蒸发、电渗析、液膜技术、膜萃取、膜催化、膜蒸馏等膜分离过程。
生物工程设备期末复习新编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。
