生物工程设备酒精发酵的计算

酒精发酵一、实验目的1．了解淀粉水解酶、糖化酶和活性干酵母活化的方法；2．掌握双酶法糖化淀粉的方法；3．掌握酵母发酵糖化液制取酒精的方法；4．了解糖浓度和酒精含量的测定方法。

5．通过实验让学生理解糖的无氧酵解途；二、实验原理1．在无氧的培养条件下，酵母菌(或细菌)利用葡萄糖发酵生成酒精和二氧化碳，此过程即为酒精发酵，反应式为：C6H12O6 2C2H5OH ＋2CO2通过对发酵醪液酒精含量的测定，可以判断酒精发酵的程度。

酵母菌在有氧和无氧条件下的糖代谢的产物不同（好氧条件下生成水和二氧化碳），无氧条件下产生酒精和CO2，所以在酒精发酵时要杜绝氧气，否则酒精产率下降。

三、实验材料及仪器1．实验材料：大米粉、玉米粉或甘薯粉等淀粉质原料，自来水，耐高温活性干酵母，耐高温α-淀粉酶，糖化酶，蔗糖，氯化钙，硫酸铜，亚甲基蓝，酒石酸钾钠，沸石。

2．实验仪器：铝锅，恒温培养箱，高压灭菌锅，酒精蒸馏装置，恒温水浴锅，蒸馏烧瓶，酒精计，糖度计，滴定管，温度计，pH计，三角瓶，容量瓶，石棉网等。

四、实验过程1、实验步骤（1）取自来水2000mL，按照1：4的料水比称取大米粉（500g），一起加入铝锅中，调节pH值5.5-6.0（用HCl），保持沸腾状态1h。

注意不要煮糊，可适当补水，但补水不宜过多，以免局部骤然降温，产生老化现象。

此过程中，请2个同学做淀粉酶的活化，2个同学做干酵母活化所需蔗糖溶液及吸管（10根）的灭菌，以及活化糖化酶所需的无菌水。

（2）加入CaCl2 0.01mol/L（酶的保护剂）冷却到85℃，按10U/g大米粉的比例加入活化好的淀粉酶酶液，80℃-85℃水浴保温，使其DE值在15-20之间。

（3）将醪液定容到2000ml，若是大于2000，则加热使其浓缩。

用盐酸调节上述醪液至pH4.0-4.5，分装到8个250ml三角瓶中，装液量为150ml。

121℃灭菌20分钟，冷却到手温，按150U/g大米粉的比例加入活化好的糖化酶酶液，及活化好的酵母液10ml。

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 <25um2.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。

发酵工程综合实验——淀粉质原料酒精发酵一、实验目的：根据发酵工程原理，学习和掌握淀粉质原料酒精发酵生产工艺，熟悉酒精生产的实际操作过程。

二、实验原理：将淀粉质原料经双酶法液化糖化，使其变成可发酵性糖，再接种经活化扩培的活性干酵母菌种进行发酵，使其生成酒精，通过蒸馏分离，最后得到酒精产品。

双酶法液化糖化是新型生产工艺，免去原料高温蒸煮，既可节省蒸煮用汽，又可省去冷却用水，同时降低高温蒸煮过程糖损失，提高原料出酒率。

三、实验材料：玉米粉（颗粒为1.5mm）、耐高温α-淀粉酶、糖化酶、酒精活性干酵母、葡萄糖、1mol/LNa2CO3溶液、1mol/LH2SO4溶液、纱布。

四、实验仪器与设备：250mL、500mL三角烧瓶，100mL、500mL、1000mL 烧杯，糖度计，10L全自动发酵罐，酒精蒸馏装置（500mL蒸馏烧瓶、加热套、冷凝器、100mL容量瓶），酒精计，pH试纸，水浴锅、恒温振荡培养箱、电炉及常规玻璃仪器。

五、实验方法：1.工艺流程水α-淀粉酶糖化酶↓↓↓玉米粉→调浆→液化→糖化→扩培←活化←干酵母水α-淀粉酶糖化酶↓↓↓玉米粉→调浆→液化→糖化→发酵→蒸馏→酒精2.实验操作要点（1）干酵母活化扩培：称玉米粉18g，加水100mL，搅拌调匀，用1mol/L Na2CO3或1mol/L H2SO4溶液调pH在6.0~6.5，加耐高温α-淀粉酶30u/g玉米粉，搅拌加热至85~90℃，液化60min。

冷却液化醪至60℃，用1mol/L H2SO4溶液调pH在4.0~4.5，加糖化酶250u/ g玉米粉，保温糖化60min，即得酒母糖化醪。

用糖度计测糖度。

在35~42℃的20mL 2%葡萄糖液中添加干酵母活化，活化时间20~30min。

酵母添加量为0.2g。

酒母糖化醪冷却至28~30℃,将活化的酵母接入酒母糖化醪，放入恒温振荡培养箱30℃培养，时间12~15h，即得发酵用酒母。

（2）调浆液化：称玉米粉100g，加水400mL，搅拌调匀,用1mol/L Na2CO3或1mol/L H2SO4溶液调pH在6.0~6.5，加耐高温α-淀粉酶30u/g玉米粉，搅拌加热至85~90℃，液化60min 。

生物工程设备知识考点整理●一、物料粉碎和液体培养基制备●1. 简述锤式粉碎机工作原理及优点。

●工作原理：●1、作用力主要为冲击力●2 、物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击力而被击碎●3、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●4、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，有的撞击到棘板上被撞成碎块，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●5、没有撞击到棘板上的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击●6、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●优点：●构造简单、紧凑，物料适应性强，粉碎度大（粗、细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠●2. 简述辊式粉碎机的工作原理、工作过程及适应何种性质物料的粉碎？●原理：●1、挤压、剪切（当两辊速不同时）●2、由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住啮入两辊之间，物料受到挤压力而被压碎●工作过程：●1、两辊的圆周速度一般在2.5~6m/s之间●2、许多粉碎机，将两个辊子的转速安排成有一定的转速差，一般可达2.5：1，或者是两只辊子的表面线速度具有5％~30％的速差，提高对物料的剪切力，增加破碎度●3、两个辊子中，一个是固定的，一个是可以前后移动的，用以调节两辊筒的间距，控制粉碎粒度●适用范围：●脆性、硬度较小物料的粉碎，如：麦芽、大米等●3.简述酒精厂淀粉质原料蒸煮糖化过程及目的。

●目的：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●3、部分糖化（组织破裂、糊化、灭菌、部分糖化）●流程：罐式、柱式、管道式●蒸煮（加热）、后熟（保温、最后一罐气液分离出二次蒸汽并使之降温）、冷却、糊化、冷却●4.以淀粉质原料为培养基时，多采用罐式连续蒸煮糖化流程来处理这些原料，该糖化流程中的蒸煮设备有那些，简述它们各自的作用及特征？●蒸煮罐●作用：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●特征●1、长圆筒与球形或蝶形封头焊接而成●2、罐顶装有安全阀和压力表，顶部中心的加热醪出口管应伸入罐内300~400 mm，使罐顶部留有一定的自由空间●3、罐下侧有人孔，用于焊接罐体内部焊缝（该罐应采用双面焊接）和检修内部零件●4、在靠近加热位置的上方有温度计插口，以测试醪液加热温度●5、为避免过多的热量散失，蒸煮罐须包有保温层●6、直径不宜太大，直径过大，醪液从罐底中心进入后会发生返混，不能保证进罐醪液的先进先出，致使受热时间不均而造成部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有局部醪液过热而焦化●加热器：●作用：●器汽液接触均匀，加热比较全面，在很短的时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度●特征：●1、由三层直径不同的套管组成●2、内层和中层管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接●3、粉浆流经中层管，高压加热蒸汽从内、外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中喷射●后熟罐：●作用：●增加蒸煮时间，使过程连续。

1.发酵：用于描述果汁或麦芽浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生二氧化碳所引起的“沸腾”现象。

2.发酵工程：应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。

3.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低至极小，一般按染菌的概率为10－3来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1次染菌。

4.深层过滤的对数穿透定律：Lg（N2/N1）=-K’L，它表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层的函数。

5.过滤效率：就是滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值，它是衡量过滤器过滤能力的指标。

6.溶氧传质系数：L k a，即液膜传质系数与单位体积发酵液的气液界面面积的乘积，决定反应结构的最相关的参数。

7.全挡板条件：是指在一定转数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：(b/D)n=[(0.1～0.12)D/D]n=0.5，其中，D表示发酵罐直径，b表示挡板宽度，n表示挡板数。

8.自吸式发酵罐：是一种不需要空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气并同时实现混和搅拌与溶氧传质的发酵罐。

9.细胞固定化：是指将游离的细胞包埋在多糖或多聚化合物制备成的网状支持物中、培养液呈流动状态进行无茵培养的一门技术。

10.生物反应器过程的放大：就是指以实验室或中试反应设备所取得的试验数据为依据，设计制造大规模的反应系统，以进行工业规模生产。

11.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。

12.下游加工过程:发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得。

从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程13.超临界流体：随着向超临界气体加压，气体密度增大达到液态性质，这种状态的流体称为超临界流体。

《生物工程设备》课程设计说明书100000t/a酒精发酵罐的设计年产100000吨酒精发酵罐的设计摘要发酵设备是发酵工厂中的主要设备，发酵设备必须具有适宜微生物生长和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之能在低耗能下获得较高产品。

因此发酵设备必须具备微生物生长的基本条件。

发酵主要分为嫌弃发酵和好气发酵两大类，根据发酵微生物的不同特性我们可以选择与之相对应的不同的发酵设备来进行所需要的发酵过程。

酒精发酵属于嫌弃发酵过程，所以酒精发酵罐也需设计制造成嫌弃发酵罐来进行发酵。

酒精发酵罐除了满足微生物生产和代谢的基本条件外，发酵微生物热的释放和冷却设备及发酵废液的排放等一系列工艺条件也必须满足。

本次设计的酒精发酵罐为年产100000吨，95%的酒精，针对500m3的锥形酒精发酵罐的基本尺寸进行设计的。

关键字：锥形，酒精，发酵罐，设计目录1 前言------------------------------------------------------------------------3 1.1 酒精发酵罐设计的目的和意义----------------------------------------------41.2 技术背景----------------------------------------------------------------52 基本工艺条件----------------------------------------------------------------7 2.1 生产规模----------------------------------------------------------------72.2 物料参数----------------------------------------------------------------73 设备设计计算及说明----------------------------------------------------------8 3.1 发酵罐罐数的确定--------------------------------------------------------8 3.2 发酵罐几何尺寸的确定----------------------------------------------------8 3.3 酒精发酵罐的换热装置设计------------------------------------------------9 3.4 设备材料的选择----------------------------------------------------------11 3.5 发酵罐的壁厚计算--------------------------------------------------------11 3.6 接管设计----------------------------------------------------------------113.7 支座的选择--------------------------------------------------------------124 附录------------------------------------------------------------------------15主体设备化工设备图（或设备流程图）5 参考文献--------------------------------------------------------------------161 前言酒精学名乙醇，是由碳、氢、氧3种元素组成的化合物，结构是C H OH,相对分子质量为46.酒即是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料，又是可再生的清洁能源。

第1，2章通风搅拌反应器一、单项选择题1、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2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___A___反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。

A.小于一个或等于一个B.大于一个小于两个 D.等于两个C.以上答案都不对3、塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。

A. 蒸气B. 酒精C. 冷凝水D. 热水4、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5、气升式发酵罐的优点是无需 B 。

A. 空气过滤系统B. 搅拌器C. 空气喷嘴D. 罐外上升管6．机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是：( A ) A．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降B．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升C．与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变D．通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降7．对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：( C ) A．与通风量有关，与空气喷嘴直径有关B．与通风量无关，与空气喷嘴直径有关C．与通风量有关，与空气喷嘴直径无关D．与通风量无关，与空气喷嘴直径无关8. 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。

A.空气过滤系统B.搅拌器C.空气喷嘴D.罐外上升管二、多项选择题1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用__ABC_____封头。

A.锥形B.椭圆C.蝶形D.球形2、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是__ACD___。

A.提高醪液湍流程度，有利于传质B.增加发酵罐罐壁的机械强度C.改变液流方向，由径向流改变为轴向流D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率3、气升式发酵罐的特点有BDA. 高径比(H/D)比机械搅拌通风发酵罐的小B. 无需机械搅拌C. 无需空气压缩机D. 溶氧速率较高4、圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用ABC 与啤酒发酵醪进行热交换。

生物工程设备期末复习题一、填空题：1．某机械搅拌发酵罐内发酵液中的溶氧浓度为0.035mol/m3，此罐压下饱和溶氧浓度为0.315 mol/m3，此罐的k L a值为1000h-1，根据传质理论，计算此类发酵罐的供氧能力为280mol (O2)/(m3∙h)。

2．某酒精工厂，每发酵罐的进料量为22t/h，每3h装满一罐，糖化醪密度为1100Kg/m3，装料系数为0.8，计算此发酵罐的全体积为75m3。

3．啤酒发酵罐中发酵液的对流主要是依靠其中CO2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。

7．啤酒厂生产麦芽汁多采用四器组合，四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅。

糊化锅的作用是加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，使淀粉液化和糊化。

8．管式离心机转鼓直径小，转速高，一般为15000r/min，分离因数大，可达50000，因此分离强度高，可用于液-液分离和微粒较小的悬浮液的澄清。

10．膜分离过程的实质是小分子物质透过膜，而大分子物质或固体粒子被阻挡。

11．液-液萃取设备应包括3个部分：混合设备、分离设备、溶剂回收设备。

12．蒸发器主要由热交换器、蒸发室两部分组成。

13．结晶设备应有搅拌装置，使结晶颗粒保持悬浮于溶液中，并同溶液有一个相对运动，以成薄晶体外部境界膜的厚度，提高溶质质点的扩散速度，加速晶体长大。

14．沸腾造粒干燥过程中，影响产品颗粒大小的因素有停留时间、摩擦作用、干燥温度。

15．在用蒸汽加热灭菌时，要保证管道彻底灭菌，管路配置应能彻底排除冷凝水，故管路应有一定的斜度和装设排污阀门。

酒精发酵罐的设计⽣物⼯程专业《化⼯原理课程设计》说明书题⽬名称专业班级学号学⽣姓名指导教师2011 年10 ⽉31 ⽇⽬录⼀设计⽅案的确定 (1)1.1设计条件 (1)1.2发酵⼯艺 (2)1.3发酵罐尺⼨及整体设计 (3)1.3.1发酵罐尺⼨确定 (3)1.3.2发酵罐整体设计 (3)1.3.2.1加热、冷却系统的设计 (3)1.3.2.2 pH调节系统的设计 (3)⼆计算 (4)2.1发酵罐尺⼨计算 (4)2.1.1发酵罐直径和⾼度 (4)2.1.2发酵罐表⾯积 (4)2.1.3罐体壁厚 (4)2.2传热量的计算 (4)2.2.1发酵液量的确定 (4)2.2.2总的发酵热 (4)2.2.3冷却⽔耗量W的计算 (5)2.2.4对数平均温度差ΔT m的计算 (5)2.2.5传热总系数K的确定 (6)2.2.6冷却⾯积的主要尺⼨的确定 (6)三设备选型 (7)3.1换热器的选择 (7)3.2⼈孔的选择 (7)3.3⽀座的选择 (7)3.4接⼝管的选择 (7)3.5仪表接⼝的选择 (7)四附录及图纸 (8)附录 1 (8)附录 2 (8)五总结 (9)六参考⽂献及资料 (10)⼀设计⽅案的确定酒精是⼀种⽆⾊透明﹑易挥发，易燃烧，不导电的液体。

有酒的⽓味和刺激的⾟辣滋味，微⽢。

学名是⼄醇，分⼦式C2H6O。

现在的酒精主要还是通过发酵发开制备的。

酒精制备的原料主要有淀粉质和纤维质为主，通过各种酶的作⽤⽽产⽣酒精的，酒精⽣产也带来了很多副产品，⽐如说杂醇油、甲醇、⼆氧化碳等。

1.1设计条件本次课程设计条件是⽤10m3发酵罐，发酵⽣产酒精。

表1发酵条件的确定项⽬条件备注发酵罐类型嫌⽓发酵罐由参考⽂献[1]确定发酵菌种酵母菌由参考⽂献[3]确定发酵罐体积10m3由⽼师所给的条件确定温度30℃由参考⽂献[3]确定pH 4.0 由参考⽂献[3]确定压⼒42?Pa 由参考⽂献[3]确定10102?~5发酵液密度1076kg·m3-由参考⽂献[3]确定冷却⽅式沉浸式冷却蛇管由参考⽂献[1]确定1.2 发酵⼯艺[3]⽤⽢蔗糖蜜经过硫酸处理让淀粉分⼦从原料细胞中游离出来以后，再通过稀释、调配、灭菌等操作，然后通过酒母发酵产⽣酒精。

⽣物⼯程题库选择题1、对于⽓升环流式反应器：AA．导流筒区的混合较还隙区好和溶氧较还隙区差B．导流筒区的混合较还隙区差和溶氧较还隙区好C．导流筒区的混合和溶氧均较还隙区好D．导流筒区的混合和溶氧均较还隙区差2、在设计啤酒发酵罐时，当发酵罐的⼯作压⼒为2kg/cm2时，则设计压⼒为BA. 2 kg/cm2B．2.2 kg/cm2C. 2.5 kg/cm2D．3 kg/cm23、同样容积的啤酒发酵罐造价最便宜的是BA.锥形罐B.联合罐C.朝⽇罐D.塔式罐4、在塔式啤酒连续发酵中，酵母⽣长主要在AA.底部稳定区域B．不稳定区C.搅动区D．静⽌区5、圆筒锥底啤酒发酵罐中发酵液的对流主要依靠：DA.搅拌B.空⽓C.温度变化D. CO26、与啤酒发酵醪进⾏热交换时，圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内不宜采⽤的冷媒是：CA.⼄⼆醇B.⼄醇C.冷冻⽔D.氨7、下列反应器形式中，不适⽤于植物细胞培养的是：CA．机械搅拌式反应器B．⽓升式反应器C．微载体反应器D．中空纤维细胞培养反应器8、下列动物细胞反应器中，即可培养悬浮⽣长细胞，⼜可培养贴壁依赖性细胞CD．通⽓搅拌式反应器E．⽓升式反应器F．中空纤维细胞培养反应器D．微载体反应器9、还不能实现在线检测的参数是：DA.发酵尾⽓中的氧⽓B.发酵尾⽓中的⼆氧化碳C.发酵液中的氧D.发酵液中的细胞浓度10、下列关于滤饼⽐阻叙述正确的是：CA.加⼊助滤剂易使细⼩的胶体粒⼦“架桥”长⼤，形成⼤孔径的滤饼层，从⽽使滤饼⽐阻降低B. 加⼊絮凝剂，降低了滤饼层的可压缩性，使弯曲因⼦变⼩，从⽽使滤饼⽐阻降低C. 滤饼⽐阻与单位⾯积滤饼层上⽑细孔数⽬成反⽐。

D．滤饼⽐阻与滤饼层⽑细孔直径成反⽐11、下列关于过滤速率叙述不正确的是：DA. 过滤速率与过滤压差成正⽐B. 过滤速率与过滤⾯积成正⽐C. 过滤速率与滤液黏度成反⽐D. 过滤速率与滤饼⽐阻⼒成反⽐12、反映离⼼机分离的重要指标是：CA.转速B.转⿎直径C.离⼼分离因数D.操作体积13、当⼀台离⼼机转速达到10000rpm时DA .可⽤于⼤肠杆菌发酵液的澄清B. 不可⽤于⼤肠杆菌发酵液的澄清C. 可⽤于⼤肠杆菌发酵液的浓缩D. 不确定14、BMY型压滤机表⽰该设备是CA. 明流、液压厢式压滤机B. 暗流、液压厢式压滤机C. 明流、液压板框压滤机D. 暗流、液压板框压滤机15、将发酵液加⽔后，降低了发酵液中固形物的浓度及其发酵液的黏度，从⽽使发酵液的过滤速度DA. 提⾼B. 降低C. 相等D. 不确定16、对于黏度⼤、固含物⾼的料液，适合采⽤下列哪种形式的膜分离设备BA.板式膜过滤器B.管式膜过滤器C.中空纤维式膜分离器D.螺旋卷式膜分离器17、萃取浓度⾼的萃取⽅式是CA. 单级萃取B. 多级错流萃取C. 多级逆流萃取D. 先错流萃取，后逆流萃取18、下图是⼀台多级离⼼萃取机，正确的叙述是：CA. A是重液出⼝，B是重液⼊⼝，C是轻液⼊⼝，D是轻液出⼝B. A是轻液出⼝，B是轻液⼊⼝，C是重液⼊⼝，D是重液出⼝C. A是重液出⼝，B是轻液⼊⼝，C是重液⼊⼝，D是轻液出⼝D. A是重液⼊⼝，B是轻液出⼝，C是重液出⼝，D是轻液⼊⼝19、下图是⼀台ABE-216⽴式连续离⼼萃取机轻重液流向⽰意图，下列叙述正确的是：AA. A是轻液出⼝，B是重液出⼝，C是重液⼊⼝，D是轻液⼊⼝B. A是重液出⼝，B是轻液出⼝，C是轻液⼊⼝，D是重液⼊⼝C. A是重液出⼝，B是轻液⼊⼝，C是重液⼊⼝，D是轻液出⼝D. A是重液⼊⼝，B是轻液出⼝，C是重液出⼝，D是轻液⼊⼝20、反吸附离⼦交换时，其树脂的饱和度要⽐正吸附BA. ⾼B. 低C. 相等D. 不确定21、下列那个因素会导致升膜式真空蒸发浓缩设备在浓缩过程中产⽣“⼲壁”现象。

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。

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；b p t t t +=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。

篇一：酵母菌酒精发酵实验报告实验方案酵母菌酒精发酵的条件研究学院（部）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生姓名：鑫学号：11018150 班级：生物工程二班指导教师：肖一、实验目的1、学会实验的设计和操作过程2、找到酵母菌发酵时的最优条件二、培养基和实验方法及材料的确定 1、玉米粉的糖化方法玉米粉的糖化采用双酶法，其工艺流程如下玉米粉→加水→液化→糖化→发酵→蒸馏→成品酒精试验中，发酵培养按照三角瓶100ml培养。

本次工做20组是要，共需发酵液20*100=2000ml。

培养液按照100g玉米粉、300ml水。

所以共需玉米粉700g。

液化：取１００ｇ玉米粉，加入３００ｍｌ的水，液化温度为９０℃，ｐｈ值为５．５，液化时间为３．５ｈ，液化酶的添加量为０．０３５ｇ／１００ｇ玉米粉糖化：糖化时的工艺条件为：糖化温度为５８℃，ｐｈ值为４．５，糖化时间为３．５ｈ，糖化酶的添加量为０．３ｇ／１００ｇ玉米粉。

2、活化培养基本实验在进行实验时采用察氏(czapck)培养基的配制，配方如下表一：表一3、扩大培养基扩大培养仍然用察氏(czapck)培养基，由于要用液体的，所以将其中的琼脂配料去掉。

4、发酵培养基糖化液稀释至l0%浓度，添加辅料（硫酸铵0.4%），ph5.5灭菌三、培养基的制备及酵母的活化1、准备酵母母菌一支常温下存放一天，增加菌种的活力。

在母菌存放期间制作各时期培养基2、准备固体培养基（察氏培养基）50ml，做成8支试管斜面，扩大培养基800ml（做扩大培养时使用）。

做成8个三角瓶，每瓶200ml。

120℃灭菌30min。

3、发酵液的制备（1）玉米粉的筛选实验前准备粉碎后的玉米粉700g。

（2）玉米粉的液化按照100g玉米粉、300ml水的配比对玉米粉进行液化，液化方案上文已经交代。

在1000ml 烧杯里，或者500ml烧杯分两次，水浴液化。

器材：烧杯500ml两个，玻璃棒一个，水浴锅一个，糖化酶0.225g 步骤：1、将糖化酶，玉米粉，水按照比例配置好在烧杯里。

生物工程设备复习题第一章通风发酵设备1. 生物反应器根据能量传递方式可以分为那些类别？2. 机械搅拌发酵罐中，搅拌器的搅拌作用是什么？搅拌转速的高低对不同种类微生物的生长、代谢有何影响？3. 机械搅拌发酵罐的基本结构包括哪些部件？他们有何作用？4. 何谓发酵罐公称体积？何谓全挡板条件？5. 发酵罐有几种消泡方式，机械消泡的优缺点。

6. 如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平？7. 大型发酵罐和小型发酵罐通过那些设备实现温度的调控？8. 气升式发酵罐有何特点？9. 高位筛板塔式发酵罐有何特点？10.自吸式发酵罐的特点，机械自吸式发酵罐吸气原理。

11. 文氏管自吸式发酵罐的结构特点与工作原理。

12. 机械通风固相曲体发酵设备结构单元与工作原理。

13.生物反应器在设计时需注意哪些问题？第二章嫌气发酵设备14. 嫌气发酵设备与通风发酵设备在结构方面有何区别？15. 酒精发酵罐的结构部件与作用。

16. 如何计算酒精发酵罐的个数和冷却面积？17.新型啤酒发酵设备有哪些类型？从结构角度比较他们的异同点。

18. 啤酒发酵罐的CIP清洗系统由那些操作程序组成？第三章动植物细胞培养反应器19. 微生物细胞、植物细胞、动物细胞的结构与功能有何区别？这些特点使得培养他们的反应器有何异同点？20. 植物细胞反应器有几类？21. 通气搅拌式细胞培养反应器、气升式动物细胞培养反应器的结构特点。

22. 中空纤维细胞培养反应器、微载体培养系统应用方面已取得哪些进展？23. 微藻大规模培养有何特点？试比较封闭式光生物反应器与开放式光生物反应器的优缺点。

24. 封闭式光生物反应器有哪些类型？管式光生物反应器有何优缺点？第四章物料处理与培养基制备25. 固体物料的筛选设备是如何满足筛选的工艺要求？26. 大麦精选机有几类？他们的结构有何特点？27. 固体物料的粉碎有可能受那些力作用引起的？28. 锤式粉碎机有哪些部件构成？它是如何粉碎物料的？29. 辊式粉碎机是如何粉碎物料？它有几类？30. 罐式连续蒸煮糖化流程各个结构单元设备的结构特点与功能。

一、实验目的1. 了解酒精发酵的基本原理和过程。

2. 掌握酵母菌酒精发酵的实验操作方法。

3. 探究不同条件对酒精发酵的影响，如温度、pH值、葡萄糖浓度等。

4. 分析实验结果，得出结论。

二、实验原理酒精发酵是酵母菌在无氧条件下，将葡萄糖分解成酒精和二氧化碳的过程。

实验中常用的菌种为酿酒酵母，其代谢方程式如下：\[ C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 能量 \]三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 酵母菌- 葡萄糖- pH试纸- 温度计- 广口瓶- 移液管- 烧杯- 滤纸- 澄清石灰水- 重铬酸钾溶液2. 实验仪器：- 烧杯- 移液管- 广口瓶- 温度计- pH计- 分析天平- 滤纸四、实验步骤1. 准备培养基：将葡萄糖溶解于水中，制成一定浓度的葡萄糖溶液，加入适量的酵母菌，搅拌均匀。

2. 将培养基分装于广口瓶中，每个瓶子中加入pH试纸，检测pH值，调整至适宜酵母菌生长的pH范围（通常为4.5-5.5）。

3. 将广口瓶置于恒温水浴锅中，调节温度至适宜酵母菌生长的温度（通常为30-35℃）。

4. 定时记录温度、pH值和葡萄糖浓度，观察酵母菌的生长情况。

5. 将发酵后的溶液过滤，收集滤液。

6. 使用澄清石灰水检测二氧化碳的产生，观察溶液变浑浊的现象。

7. 使用重铬酸钾溶液检测酒精的产生，观察溶液由橙色变为灰绿色的现象。

五、实验结果与分析1. 在实验过程中，观察到酵母菌在适宜的温度和pH值下，能够迅速繁殖并产生大量的酒精和二氧化碳。

2. 随着发酵时间的延长，葡萄糖浓度逐渐降低，酒精浓度逐渐升高。

3. 当葡萄糖浓度降至一定程度时，酒精发酵基本停止，此时酒精浓度达到最大值。

4. 通过实验结果分析，得出以下结论：- 温度对酒精发酵有显著影响，适宜的温度有助于酵母菌的生长和酒精的产生。

- pH值对酒精发酵也有一定影响，适宜的pH值有利于酵母菌的生长和代谢。

- 葡萄糖浓度是影响酒精发酵的重要因素，随着葡萄糖浓度的降低，酒精浓度逐渐升高。

一、发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
发酵罐系统
一个优良的发酵罐装置和组成（1）应具有严密的结构（2）良好的液体混合特性（3）好的传质相传热速率（4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
发酵罐容积
发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形盖，选取结构尺寸的比例关系如下：
由发酵罐的基本结构尺寸，可确定全罐表面积．罐体圆柱部分表面积F1和罐底罐顶表面积F2，F3分别为：
2．冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
假定罐壁不包扎保温层，壁温最高可达35t，生产厂所在地区的夏季平均温度可查阅有关资料，现假定为32℃。
第四阶段：1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80-150m3。由于大规模生产单细胞蛋白的需要，又出现了压力循环和压力喷射型的发酵罐，它可以克服—些气体交换和热交换问题。计算机开始在发酵工业上得到广泛应用。第五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅猛发展，给发酵工业提出了新的课题。于是，大规模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素，干扰素等基因工程的产品走上商品化。
Q3=全罐总表面积× ac ×(t2-t1)
主发酵控制发酵液温度tw为30℃，按题意冷却水进出口温度分别为t1＝20℃，t2＝25℃
(4)传热总系数K值的确定选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为53/60mm，则管的横截面积为
考虑罐径较大，设罐内同心装两列蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：
啤酒发酵容器的变迁过程
（2）开放式发酵容器向密闭式转变。小规模生产时，一般用开放式，对发酵的管理、泡沫形态的观察和醪液浓度的测定等比较方便。随着啤酒生产规模的扩大，发酵容器大型化，并为密闭式。从开放式转向密闭发酵的最大问题是发酵时被气泡带到表面的泡盖的处理。可用吸取法分离泡盖。

酒精发酵罐数的确定：某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24t/h ，每4h 装满一罐，发酵周期为72h ，冷却水的初、终温分别为20℃和25℃，若罐内采用蛇管冷却，试确定发酵罐的罐数、结构尺寸、冷却水耗量、冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。

（糖化醪密度为1076kg/m3) 解： (1) 确定发酵罐个数n 为每24h 内进行加料的发酵罐数目(2) 确定发酵罐体积及结构尺寸： 发酵罐体积 发酵罐几何尺寸选取结构尺寸比例：H = ，h1＝ h2＝发酵罐表面积(圆柱体表面积A1和罐底、罐顶表面积A2、 A3）(3) 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸① 总的发酵热Q2464n ==67211192424nt N ⨯∴=+=+=30V 2441000V 100(m )10760.9φ⨯⨯===⨯2122π11V ()4330.21000.785(1.2)3D H h h D D D =++∴=+21223 3.14 4.7 5.6823.14 2.3518A πDH m A A πm ==⨯⨯====⨯=mQ A K T =∆()123Q Q Q Q =-+② 冷却水耗量 ③ 对数平均温度差△Tm④传热总系数K 值⑤ 冷却面积 124.71.2 5.60.10.47D m H D m h h D m =⎧⎪==⎨⎪===⎩51421324410001%418.64105%210C W B Q msq Q Q Q AK T T ==⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯=-（）4443510010033.511833.5(3532) 1.2103.6810(/)W B C W BT T c K k k T T Q Q kJ h ⎡⎤⎛⎫⎛⎫-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦=++=-∴=⨯⨯-=⨯∴=⨯对辐＝()521 3.681017600kg /h () 4.1862520B p Q W C T T ⨯===-⨯-（）()()()()()()121230203025()()7.2(ln ln 30203025F F m F F T T T T T T T T T ------∆===----⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦℃）()0.8420.74.1861 1.77 1.4510D K A D R ρν⎛⎫∴=+=⨯ ⎪⎝⎭217600 1.12(m/s)236000.785(0.053)1000w ==⨯⨯⨯⨯11932110.0035114500270018816750K ∴==+++523.681026.5(m )19327.2m Q A K T ⨯===∆⨯。

年产6万吨酒精发酵车间初步设计年产6万吨酒精发酵车间初步设计摘要酒精在人们日常生活以及科学研究等诸多领域都有很广泛的应用。

世界酒精行业以及我国酒精行业都呈现快速发展趋势，产量逐年递增。

发酵法生产酒精的能力将成为一个国家经济实力的标志。

发酵法主要是利用微生物无氧发酵，将含糖物质如，甘蔗，甘薯，玉米等物质内的糖类转化为乙醇，生成酒精。

此法原料来源丰富，生产过程环保，值得大力推广。

本设计对酒精生产的发酵车间进行了计算和设备选型，力求理论和实践相结合。

abstractAlcohol has very extensive application in a great deal of fields such as people's daily life and scientific research. The trades and alcohol trades of our country have fast development trends on earth in the world. The output is increased progressively year by year. The ability for producing alcohol of the fermented law will become the sign of a national economic strength. The fermented law is mainly to utilize microorganism to have no oxygen to ferment, it suck candy material like,sugarcane, sweet potato, carbohydrate in the material such as the maize are turned into ethanol, turn into alcohol. This law raw material sources are abundant , the environmental protection of the production process, is worth popularizing in a more cost-effective manner. Originally design the fermented workshop produced to alcohol to calculate with the selecting type of theapparatus , strive to make the theory combine with practice.Keyword:Alcohol Fermented law Fermented workshop关键词: 酒精发酵法发酵车间四川理工学院毕业设计 (I)毕业设计（论文）任务书 (II)摘要 ...................................................................................................................................................................... I II 前言 . (1)第一章全厂工艺论证 (2)1.1生产原料：甘薯干（淀粉质原料） (2)1.1.1甘薯的主要成分 (2)1.1.2甘薯作为酒精原料的特点 (2)1.1.3生产过程中的甘薯干相关工艺参数 (2)1.2原料的预处理 (3)1.2.1原料的除杂 (3)1.2.2原料的粉碎和输送 (3)1.3原料蒸煮工艺 (5)1.3.1蒸煮目的 (5)1.3.2粉浆的预煮 (5)1.3.3间歇蒸煮与连续蒸煮工艺相比较其优缺点 (6)1.4糖化工艺 (6)1.4.1糖化的目的 (7)1.4.2糖化工艺 (7)1.4.3测定糖化醪质量的方法 (8)1.5糖化醪的发酵 (9)1.5.1糖化醪发酵目的 (9)1.5.2影响酒精发酵的因素 (9)1.5.3酒精发酵的方式 (10)1.5.4发酵生产工艺 (11)1.6酒精的蒸馏和精馏工艺及分支筛脱水工艺 (11)1.6.1蒸馏车间操作流程 (11)1.6.2蒸馏操作的控制 (12)1.7发酵副产品和污水处理 (12)1.7.1酒精生产的副产品 (12)1.7.2污水处理 (13)第二章全厂物料衡算 (14)2.1物料衡算 (14)2.1.1 60000吨淀粉原料酒精厂全厂物料衡算 (14)2.1.3 工艺技术指标及基础数据 (15)2.1.4 原料消耗的计算 (15)2.1.5 蒸煮醪量的计算 (17)2.1.6 糖化醪与发酵醪量的计算 (18)2.1.7 成品与发酵醪量的计算 (18)2.1.8 60000吨/年淀粉原料酒精厂总物料衡算 (20)2.2燃料酒精发酵车间的物料衡算（间歇发酵方式 (21)2.2.1 酒精发酵工艺流程示意图及主要技术指标 (21)2.2.2 酒精发酵车间的物料衡算 (22)2.3.60000吨酒精发酵车间水衡算 (23)第三章设备计算与选型 (25)3.1发酵设备的计算与选型 (25)3.1.1 生产能力、数量和容积的确定 (25)3.1.2 主要尺寸的计算 (26)3.1.3. 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸（生物工程设备。