安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物工程設(shè)備

1、培養(yǎng)基及其制備原料的預(yù)處理：除塵、除雜、篩選、分級；預(yù)處理的必要性、預(yù)處理的方法及意義原料的輸送以及氣流輸送的基本流程：沉降速度、懸浮速度、氣流的輸送速度培養(yǎng)基及設(shè)備的滅菌培養(yǎng)基滅菌的目的、要求和方法；目的：使生化反應(yīng)過程在沒有雜菌污染的情況下進行方法： 化學(xué)試劑滅菌法. 電磁波、射線滅菌法. 熱滅菌法 (干熱、濕熱和火焰滅菌法). 過濾除菌法 (阻留微生物，達到除菌的目的) 濕熱滅菌的理論基礎(chǔ)：芽孢或孢子的熱阻要比生長期營養(yǎng)細(xì)胞的熱阻大得多，這是由于芽孢或孢子內(nèi)吡啶二羧酸含量對熱阻的增加有關(guān)。另外，芽孢中蛋白質(zhì)含水量較營養(yǎng)細(xì)胞低（特別是游離水分少），也是芽孢耐熱強的一個原因。對數(shù)死亡定律、利

2、用阿累尼烏斯方程推導(dǎo)解釋高溫短時間的理論依據(jù)；微生物受熱死亡的主要原因是高熱能使蛋白質(zhì)變性，這種反應(yīng)可認(rèn)為是單分子反應(yīng)，死亡速率可視為一級反應(yīng)，即反應(yīng)（微生物死亡）速率與殘存的微生物數(shù)量成正比：培養(yǎng)基間歇滅菌過程中應(yīng)注意的問題；利用反復(fù)多次的流通蒸汽加熱，殺滅所有微生物，包括芽孢。方法同流通蒸汽滅菌法，但要重復(fù)3次以上，每次間歇是將要滅菌的物體放到37孵箱過夜，目的是使芽孢發(fā)育成繁殖體。若被滅菌物不耐100高溫，可將溫度降至7580，加熱延長為3060分鐘，并增加次數(shù)。適用于不耐高熱的含糖或牛奶的培養(yǎng)基。連續(xù)滅菌的基本流程；加熱，保溫，冷卻連續(xù)滅菌與間歇滅菌的比較；影響滅菌的因素。培養(yǎng)基成分：

3、培養(yǎng)基中脂肪、糖分和蛋白質(zhì)的含量越多，微生物的熱死速率越慢；培養(yǎng)基的物理狀態(tài)：固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基的導(dǎo)熱方式不同；培養(yǎng)基的pH：大多數(shù)微生物在酸性或堿性溶液中，比在中性溶液中容易受熱死亡；泡沫：泡沫具有隔熱作用，傳熱很差；攪拌：保持發(fā)酵罐中培養(yǎng)基均勻，不至于局部過熱與局部溫度過低?？諝獬墓に嚭驮O(shè)備空氣中微生物的分布:空氣中微生物的含量和種類，隨地區(qū)、季節(jié)和空氣中灰塵粒子多少，以及人們的活動情況而異。一般： 干燥寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多； 人口稠密的城市比人口少的農(nóng)村含菌量多； 地面又比高空的空氣含菌量多。發(fā)酵工業(yè)對空氣無菌程度的要求；各種不同的發(fā)酵過程，

4、由于所用菌種的生長能力強弱、生長速度的快慢它的分泌物的性質(zhì)、發(fā)酵周期的長短、培養(yǎng)物的營養(yǎng)成分和pH值的差異，對所用的無菌空氣的無菌程度有不同的要求。一般按染菌機率為103來計算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許12次染菌?？諝獬姆椒?；過濾除菌、熱殺菌、靜電除菌、輻射殺菌等介質(zhì)過濾除菌的機理：絕對過濾介質(zhì)：介質(zhì)的孔隙小于微生物。利用阻留作用進行除菌深層過濾介質(zhì)：介質(zhì)的孔隙大于微生物。利用攔截、顆粒的慣性沖擊、布朗運動、顆粒與介質(zhì)的靜電引力和重力等作用進行除菌對數(shù)穿透定律；空氣過濾除菌流程的分析：組成、設(shè)備作用：將吸入的空氣先經(jīng)前過濾；再進空氣壓縮機，從壓縮機出來的空氣先冷卻至適當(dāng)?shù)臏?/p>

5、度，經(jīng)分離除去油水，再加熱至適當(dāng)?shù)臏囟?，使其相對濕度?0%60%（一般用相對濕度在60%的壓縮空氣進行過濾除菌，不會將過濾器打濕而影響過濾效果）；再通過空氣過濾器除菌，達到合乎要求的無菌空氣。厭氧發(fā)酵設(shè)備酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及計算；啤酒發(fā)酵設(shè)備（C.C.T）及計算：外型結(jié)構(gòu)特點、主要部件。2，發(fā)酵罐罐數(shù)的確定 對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計算： N=nt/24+1 式中 N：發(fā)酵罐個數(shù)（個） n：每24小時內(nèi)進行加料的發(fā)酵罐數(shù) t：發(fā)酵周期（小時）3，發(fā)酵罐冷卻面積的計算 發(fā)酵罐冷卻面積的計算可按傳熱基本方程式來確定，即： F=Q/(Ktm) 式中 F：冷卻面積(米2) Q：總的發(fā)酵熱(焦耳

6、/小時) K：傳熱總系數(shù)(焦耳/米2.小時.C) tm：對數(shù)平均溫度差(C) 某酒精工廠，每發(fā)酵罐的進料量為24噸小時，每4小時盛滿一罐，發(fā)酵周期為72小時，冷卻水的初、終溫分別為20C和25 C，若罐內(nèi)采用蛇管冷卻，試確定： 發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)尺寸， 罐數(shù)， 冷卻水耗量， 冷卻面積和冷卻裝置的主要結(jié)構(gòu)尺寸。(糖化醪密度為1076公斤米3)。通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備通風(fēng)發(fā)酵罐及結(jié)構(gòu)：通風(fēng)發(fā)酵罐又稱好氣性發(fā)酵罐，如谷氨酸、檸檬酸、酶制劑、抗生素、酵母等發(fā)酵用的發(fā)酵罐。好氣性發(fā)酵需要將空氣不斷通入發(fā)酵液中，以供微生物所消耗的氧。 機械攪拌發(fā)酵罐:機械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。它是利用機械攪拌器的作用，使空氣

7、和發(fā)酵液充分混合，促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。 氣升式發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)以及部件的作用；分為內(nèi)循環(huán)和外 循環(huán)兩種。其主 要結(jié)構(gòu)包括：罐體上升管空氣噴嘴通氣與攪拌：攪拌器軸功率的計算； P0：不通氣時攪拌器輸入液體的功率（瓦） ：液體的密度（公斤/米3） ：液體的粘度（牛.秒/米2） D：渦輪直徑（米） N：渦輪轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)/秒） K，m：決定于攪拌器的型式，擋板的尺寸及流體的流態(tài) 是一個無因次數(shù)，可定義為功率氧的傳遞：步驟、影響氧傳遞速率的因素根據(jù)經(jīng)驗公式 KLa = k(P/V)(vs)(app) 1攪拌2空氣流速3空氣分布管4發(fā)酵罐內(nèi)液柱的高度5發(fā)酵液的性質(zhì)

8、6泡沫和消泡劑計算舉例某細(xì)菌醪發(fā)酵罐罐直徑T1.8(米)圓盤六彎葉渦輪直徑D0.60米，一只渦輪罐內(nèi)裝四塊標(biāo)準(zhǔn)擋板 攪拌器轉(zhuǎn)速N168轉(zhuǎn)分通氣量Q1.42米3分(已換算為罐內(nèi)狀態(tài)的流量)罐壓P1.5絕對大氣壓醪液粘度1.96×10-3牛·秒米2醪液密度1020公斤米3要求計算Pg(1)計算ReMReM=5.25× 104(2)由NP ReM查NP ， NP =4.7(3)計算P0 P0=NPD5N3= 8.07（千瓦）(4)計算Pg過 濾 及 離 心過濾速度的強化：1發(fā)酵液的預(yù)處理2過濾介質(zhì)的選擇3、過濾操作條件優(yōu)化（改善懸浮液的物理性質(zhì)，優(yōu)化操作條件）發(fā)酵液的預(yù)

9、處理的方法；1. 加熱2. 凝聚與絮凝3. 加入鹽類4. 調(diào)節(jié)pH5. 加入助濾劑板框過濾機及真空轉(zhuǎn)鼓過濾機的工作原理；離心分離機的工作原理和分離因數(shù)；離心過濾和離心澄清的區(qū)別。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備麥芽汁煮沸鍋的結(jié)構(gòu)特點；A. 鍋體 麥芽汁煮沸鍋鍋體是一個近似球形的設(shè)備，因為球形可以用比較薄的材料做成體積比較大、又具有足夠機械強度的容器，同時清洗方便，攪拌功率消耗比較小。B. 加熱夾套結(jié)構(gòu) 對于小型的煮沸鍋，通常是在整個鍋底裝置加熱夾套。但對于大型的煮沸鍋，由于鍋的直徑大，若采用整體加熱夾套，受力較差，同時容量大，物料自然對流循環(huán)差，傳熱系數(shù)低，且加熱面積也不能滿足工藝加熱速度的要求，因而大多做成向

10、內(nèi)凸出，以增大加熱面積，促進物料循環(huán)，改善受熱情況。這樣的結(jié)構(gòu)可以分別裝置內(nèi)外兩個加熱區(qū)，中心加熱區(qū)能承受較高的壓力，可使用較高的加熱溫度；外圍加熱區(qū)因圓周直徑大，受熱差，只能采用較低的工作壓力。有些設(shè)計為增加加熱夾套的操作壓力，提高傳熱溫度差，在夾層內(nèi)焊上加強棒，使夾套內(nèi)外兩邊拉緊，提高設(shè)備受壓能力。C. 攪拌裝置 攪拌的作用主要是使物料受熱均勻，沸騰前加速物料的對流，以提高熱交換的傳熱系數(shù)，同時也使固體物料不致沉淀在加熱表面而造成過熱和結(jié)垢現(xiàn)象，以致影響清洗。D.排汽管 排汽管要有一定的大小和高度，其大小可按二次蒸汽排出的流速進行計算，排出的二次蒸汽會在排汽管壁上冷凝，管的冷凝液由集液槽排

11、出，使其不致重新流人鍋內(nèi)而造成污染。排汽管道要裝有調(diào)節(jié)風(fēng)門，以防止室外冷空氣倒流，影響產(chǎn)品質(zhì)量。薄膜式蒸發(fā)器的原理：溶液在真空狀態(tài)，較低溫度下即沸騰、溶劑汽化，這稱為真空蒸發(fā)濃縮。蒸發(fā)溫度的高低，決定真空度的大小。通常真空蒸發(fā)的真空度一般為600700mmHg，物料的蒸發(fā)溫度為5075。雖然蒸發(fā)溫度比較低，但對于循環(huán)式真空蒸發(fā)設(shè)備因蒸發(fā)時間很長對熱敏物質(zhì)還是有較大影響的。為了縮短受熱時間，可讓溶液在蒸發(fā)設(shè)備的加熱器內(nèi)以很薄的液層通過，這樣溶液就會很快受熱升溫，汽化而濃縮，濃縮的溶液迅速離開加熱表面，這稱為薄膜蒸發(fā)。其蒸發(fā)濃縮時間很短，一般為幾秒到幾十秒。因溶液受熱時間短，所以能保持產(chǎn)品原有的質(zhì)

12、量、風(fēng)味和顏色升、降、升降式；升式：溶液在加熱管中出現(xiàn)爬膜的條件是加熱的蒸汽與物料蒸發(fā)溫度要有足夠的溫度差，使蒸發(fā)的蒸汽量和蒸汽速度達到足以帶動溶液成膜上升。降式：物料溶液從加熱管上部進入，經(jīng)分配器導(dǎo)流管進入加熱管，沿管壁成膜狀向下流。結(jié)晶原理：晶體是具有一定幾何晶形，一定顏色的固體。物質(zhì)自溶液中成晶體狀態(tài)析出，或從熔融狀態(tài)受冷時成晶體狀態(tài)凝結(jié)的過程稱為結(jié)晶。起晶方法；1自然起晶2刺激起晶法3晶種起晶法過飽和溶液的概念。當(dāng)某溶液溶質(zhì)的溶解度大于其飽和度，若此時溶液中沒有晶體，或其他刺激因素存在，溶液還是比較穩(wěn)定，可保持一段較長的時間不會自然結(jié)晶析出，這個濃度區(qū)域稱為介穩(wěn)定區(qū)。過飽和溶液曲線以上

13、濃度的溶液很快自然起晶析出。干燥干燥原理：2種水分，2種控制模式在一定溫度下，任何含水的濕物料都有一定的蒸氣壓,當(dāng)此蒸氣壓大于周圍氣體中的水汽分壓時,水分將汽化。汽化所需熱量，或來自周圍熱氣體，或由其他熱源通過輻射、熱傳導(dǎo)提供。含水物料的蒸氣壓與水分在物料中存在的方式有關(guān)。物料所含的水分，通常分為非結(jié)合水和結(jié)合水。麥芽干燥塔麥芽干燥塔的類型有水平烘床和垂直烘床，水平式烘床麥芽干燥塔過去在國內(nèi)外廣泛采用，外觀一般為矩形。有一到三層，由于兩層和三層水平烘床干燥塔的熱潛力不足，不允許強化烘焙過程及增大烘床上的麥芽層厚度，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、生產(chǎn)能力低氣流、利用熱空氣與粉狀或顆粒狀濕物料在流動過程中充

14、分接觸，氣體與固體物料之間進行傳熱與傳質(zhì)，從而使?jié)裎锪线_到于燥的目的。噴霧、利用不同的噴霧器，將懸浮液和粘滯的液體噴成霧狀，形成具有較大表面積的分散微粒同熱空氣發(fā)生強烈的熱交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾十抄內(nèi)獲得干燥。成品以粉末狀態(tài)沉降于干燥室底部，連續(xù)或間斷地從卸料器排出。沸騰沸騰干燥也稱流化床干燥，是利用流態(tài)化技術(shù)，即利用熱的空氣使孔板上的粒狀物料流化沸騰狀態(tài)，使水分迅速汽化達到干燥目的。、沸騰造粒利用流化介質(zhì)（空氣）與料液間很高的相對氣速，使溶液帶進流化床就迅速霧化，這時液滴與原來在沸騰床內(nèi)的晶體結(jié)合，就進行沸騰干燥，故也可看作是噴霧干燥與沸騰干燥的結(jié)合。蒸 餾雙塔流程、相對揮發(fā)度

15、三塔流程、醛塔，甲醇塔、雜醇油塔等三塔式蒸餾流程是由粗餾塔、排醛塔、精餾塔3個塔組成。根據(jù)排醛塔和精餾塔的進料情況，可分為直接式、半直接式和間接式三類。另一類是在兩塔式蒸餾的基礎(chǔ)上，精餾塔后再加一個排甲醇塔，也組成三塔蒸餾。氣相進塔、液相進塔、直接式、間接式等1. 直接式：粗酒精由醪塔進入排醛塔以及脫醛酒進入精餾塔都是氣相過塔。該流程雖然蒸汽消耗量較小，但排除雜質(zhì)的效率不高，酒精的質(zhì)量不易保證，且操作不穩(wěn)定，廢水與酒精糟一起排放，增加了酒精處理的難度。半直接式：酒精由醪塔進入排醛塔是氣相過塔，而脫醛酒進入精餾塔是液相進。這種流程的熱能雖比直接式大一些，但操作穩(wěn)定，酒精質(zhì)量也較好，因此，在我國酒

16、精工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用3. 間接式：粗酒精進入排醛塔以及脫醛酒進入精餾塔都是液相進塔?？梢暂^半直接式多一次驅(qū)除頭級雜質(zhì)的機會。因此可以產(chǎn)生出高純度的酒精。該流程具有優(yōu)良的操作性能。操作穩(wěn)定，控制和調(diào)節(jié)都很方便。其缺點是蒸汽消耗量較大和設(shè)備投資較高。目前應(yīng)用不很廣。取油酒精的提取爬膜現(xiàn)象:環(huán)形流液體的上升是靠高速蒸汽流對液層的拖帶而形成離心機的分離因數(shù)：離心分離機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的懸浮液或乳濁液在離心力場中所受的離心力與其重力的比值，即離心加速度與重力加速度的比值。臨界氧濃度：CCr臨界氧濃度：指不影響菌的呼吸所允許的最低氧濃度全擋板條件：“全擋板條件”是指能達到消除液面旋渦的最低條件，即在一定轉(zhuǎn)速下再增加罐內(nèi)擋板或附件數(shù)也不會改善攪拌效果。自由沉降速度：又稱終端速度。指任一顆粒的沉降不因流體中存在其他顆粒而受到干擾時，在等速階段里顆粒相對于流體的運動速度。即加速階段終了時顆粒相對于流體的速度。比生長速率 ：每小時單位質(zhì)量的菌體所增加的菌體量稱為菌體比生長速率。生物轉(zhuǎn)化：是指外源化學(xué)物在機體內(nèi)經(jīng)多種酶催化的代謝轉(zhuǎn)化非牛頓流體：是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體，即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體薄膜蒸發(fā)：使液體形成薄膜而進行的蒸發(fā)稱為薄膜蒸發(fā)對數(shù)穿透定律：過濾效率就是