生工設(shè)備提綱

1、11生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1、發(fā)酵罐數(shù)的確定。12通風(fēng)發(fā)酵罐1、通風(fēng)發(fā)酵罐的主要類型及其原理、優(yōu)缺點(diǎn)或特點(diǎn)。 主要類型：機(jī)械攪拌式、氣升式、自吸式機(jī)械攪拌式原理：利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(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(zhǎng)繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。 氣升式 原理：把無(wú)菌空氣通過(guò)噴嘴或噴孔噴射進(jìn)入發(fā)酵液中，通過(guò)氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細(xì)碎，同時(shí)由于形成的氣液混合物密度降低故向上運(yùn)動(dòng)，而氣含率小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。 特點(diǎn)：反應(yīng)溶液分布均勻，較高的溶氧速率和溶氧效率，剪切力小，傳熱良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗小，不易染菌，操作和維修方便 自升式原理

2、：不需空氣壓縮機(jī)提供加壓空氣，而依靠特設(shè)的機(jī)械吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無(wú)菌空氣，實(shí)現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐§ 優(yōu)點(diǎn)： (1)不必配備空氣壓縮機(jī)及其附屬設(shè)備，節(jié)約設(shè)備投資，減少?gòu)S房面積； (2)溶氧速率高，溶氧效率高，能耗較低； (3)生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效率高(4)設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化。§ 缺點(diǎn)： 較易產(chǎn)生雜菌污染，需配備低阻力損失低高效空氣過(guò)濾系統(tǒng)，罐壓較低，裝料系數(shù)約為40。2、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐軸功率的計(jì)算（非通氣狀態(tài)和通氣狀態(tài)注意參數(shù)單位）。不通氣條件下：魯士頓(Rushton J. H.)公式：P0無(wú)通氣攪拌輸入的功率（W）；NP功率準(zhǔn)數(shù)，是攪拌雷諾數(shù)Re

3、M的函數(shù)渦輪轉(zhuǎn)速（r/s）；D是直徑（m）液體密度（kg/m3）；通氣條件下：修正的邁凱爾公式：P0無(wú)通氣攪拌輸入的功率（kW）渦輪轉(zhuǎn)速（r/min）Di 渦輪直徑（cm）Q通氣量（mL/min）13嫌氣發(fā)酵罐1、酒精發(fā)酵罐和啤酒發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2、酒精發(fā)酵罐的計(jì)算。 課件1.3.5和1.3.73、啤酒發(fā)酵罐的計(jì)算及設(shè)計(jì)中涉及的問(wèn)題（如壓力、真空、發(fā)酵液混和及對(duì)流）等。4、新型啤酒發(fā)酵設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)。5、CIP在位清洗。6、連續(xù)發(fā)酵與間歇發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)。 間歇發(fā)酵：操作簡(jiǎn)單，發(fā)酵周期長(zhǎng)，發(fā)酵罐數(shù)多，設(shè)備利用率低。 連續(xù)發(fā)酵：培養(yǎng)液濃度和代謝產(chǎn)物含量相對(duì)穩(wěn)定，發(fā)酵周期短，設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率高，易

4、于自動(dòng)化生產(chǎn)。存在的問(wèn)題：（1）微生物的突變（2）污染雜菌（3）混合均勻度不理想（4）絲狀菌的輸送困難141動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器1、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)。具有明顯的表達(dá)產(chǎn)物方面的優(yōu)點(diǎn)。培養(yǎng)方式有三種：貼壁培養(yǎng)，懸浮培養(yǎng)，固定化培養(yǎng)1. 細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，易受微生物污染，培養(yǎng)時(shí)需要抗生素；2. 動(dòng)物細(xì)胞較微生物大得多，無(wú)細(xì)胞壁，機(jī)械強(qiáng)度低，適應(yīng)環(huán)境能力差；3. 培養(yǎng)過(guò)程需氧量少，且不耐受強(qiáng)力通風(fēng)與攪拌；4. 在機(jī)體中，細(xì)胞相互粘連以集群形式存在；5. 培養(yǎng)過(guò)程產(chǎn)物分布于細(xì)胞內(nèi)外，成本高，產(chǎn)品價(jià)格昂貴；6. 大規(guī)模培養(yǎng)時(shí)，不可套用微生物反應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)；7. 原代培養(yǎng)細(xì)胞一般繁殖50代即退化死亡。2、動(dòng)物細(xì)胞培

5、養(yǎng)反應(yīng)器的分類?；\式通氣攪拌器，氣升式反應(yīng)器，中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器，微囊培養(yǎng)系統(tǒng)，122植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器1、植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器的分類。2、植物細(xì)胞培養(yǎng)與微生物培養(yǎng)的區(qū)別。 植物細(xì)胞培養(yǎng)與微生物的區(qū)別：細(xì)胞的大小細(xì)胞塊的形狀培養(yǎng)液的黏度需氧量Kla值比微生物培養(yǎng)的Kla值小得多對(duì)剪切力敏感需CO2和光照123微藻細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器1、微藻細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)及反應(yīng)器種類。特點(diǎn)：（1）需要足夠的光照；（2）需要供應(yīng)大量的CO2和排放大量的O2；（3）混合均勻，防止細(xì)胞沉降，且使細(xì)胞受光均勻；（4）微藻的培養(yǎng)基多采用海水配制，除淡水藻外。 反應(yīng)器種類：敞開式培養(yǎng)反應(yīng)器，密閉式培養(yǎng)反應(yīng)器，管道式光培養(yǎng)反應(yīng)器

6、，淺層溢流光培養(yǎng)反應(yīng)器15生物反應(yīng)器的檢測(cè)與控制1、生物工程對(duì)傳感器的要求。（1）傳感器能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；（2）傳感器及其二次儀表具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性；（3）最好能在過(guò)程中隨時(shí)校正；（4）探頭材料不易老化，使用壽命長(zhǎng)；（5）探頭安裝使用和維修方便；（6）解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞問(wèn)題；（7）價(jià)格合理，便于推廣使用。2、生物傳感器及其組成。將生物體的成份（酶、抗原、抗體、激素）或生物體本身（細(xì)胞、細(xì)胞器、組織）固定化在一器件上作為敏感元件的傳感器稱為生物傳感器。 組成：敏感元件（分子識(shí)別元件）和信號(hào)轉(zhuǎn)換器件3、生化過(guò)程各參數(shù)控制圖的繪制。4、PID控制。16生物反應(yīng)器的比擬放大1、生

7、物反應(yīng)器放大的目的。2、放大的內(nèi)容。3、經(jīng)驗(yàn)放大中常用的兩種方法。211生物反應(yīng)物料處理設(shè)備1、固體物料的篩選除雜設(shè)備具體包括哪些。2、原料粉碎的方式，具體設(shè)備。3、物料粉碎的力學(xué)分析。4、錘式粉碎機(jī)的工作原理。5、兩輥式粉碎機(jī)的工作原理。212液體培養(yǎng)基的制備及殺菌設(shè)備1、p182罐式連續(xù)蒸煮流程及蒸煮罐和后熟罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用。1.粉漿罐2.蒸煮罐3.后熟器4.氣液分離器5.真空冷卻器6.糖化醪7.連續(xù)糖化罐 熱的蒸汽進(jìn)入混合冷凝罐2、真空冷卻裝置設(shè)備圖及原理。真空冷卻：物料在一定真空度下蒸發(fā)部分水，需要汽化潛熱，取自料液本身，因而料液很快被冷卻到真空相應(yīng)的溫度。3、啤酒廠麥汁制備的四器組合

8、。糖化罐，糊化罐，過(guò)濾槽，麥汁煮沸器4、液體培養(yǎng)基的滅菌方法及工業(yè)常用的方法。(1)化學(xué)試劑滅菌：常用試劑有甲醛、氯、高錳酸鉀、環(huán)氧乙烷等； （2）射線滅菌：x-射線、 -射線、紫外線； （3）干熱滅菌； （4）濕熱滅菌； （5）過(guò)濾除菌以蒸汽加熱滅菌較多5、對(duì)數(shù)殘留公式及理論滅菌時(shí)間。微生物的受熱死滅過(guò)程屬于一級(jí)反應(yīng)，所以：上式積分：得：6、實(shí)罐滅菌、連續(xù)滅菌及滅菌時(shí)間的計(jì)算。實(shí)罐滅菌：將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達(dá)到預(yù)定滅菌溫度后，維持一定時(shí)間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，又稱分批滅菌。 221過(guò)濾、離心與膜分離設(shè)備1、常壓加壓和真空過(guò)濾具體設(shè)備。2、離心分離因數(shù)。3、常用的膜分離

9、設(shè)備。222離子交換分離、色譜原理及設(shè)備1、離子交換的原理。2、常用的離子交換罐（具有多孔支持板的離子交換罐）結(jié)構(gòu)圖。1-視鏡 2-進(jìn)料口 3-手口4-液體分布器 5-樹脂層6-多孔板 7-尼龍層 8-出液口過(guò)程：交換，水洗，再生，水洗，交換23萃取分離設(shè)備1、溶劑萃取的方法。單級(jí)萃取，多級(jí)錯(cuò)流萃取，多級(jí)逆流萃取2、雙水相體系及常用于生物分離的雙水相體系。雙水相萃取原理：基于物質(zhì)在雙水相體系中的選擇性分配。 雙水相體系：某些有機(jī)物之間或有機(jī)物與無(wú)機(jī)鹽之間，在水中以適當(dāng)?shù)臐舛热芙夂笮纬苫ゲ幌嗳艿膬上嗷蚨嘞嗨囿w系。 常用生物分離的雙水相體系：PEGDextran系列和PEG無(wú)機(jī)鹽系列。 雙水相體

10、系在生物分離的應(yīng)用：用于蛋白質(zhì)、酶、核酸、菌體、細(xì)胞、細(xì)胞器以及氨基酸、抗生素等生物小分子物質(zhì)的分離、純化。24蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備1、常壓蒸發(fā)設(shè)備。夾套式，內(nèi)置式（列管式內(nèi)加熱器，兩段式內(nèi)加熱器）2、真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)及設(shè)備。1.物料沸騰溫度降低，避免或減少物料受高溫所產(chǎn)生的質(zhì)變；2. 提高了熱交換的溫度差，增加了傳熱強(qiáng)度；3.為二次蒸汽的利用創(chuàng)造了條件，可采用雙效或多效蒸發(fā)，提高熱能利用率；4.蒸發(fā)器熱損失減少。設(shè)備：管式薄膜蒸發(fā)器/套筒式/套管式（升膜/降膜/升降膜式）。刮板式蒸發(fā)器，離心式薄膜蒸發(fā)器3、升膜式蒸發(fā)器工作原理、降膜式蒸發(fā)器工作原理。升膜式：物料從加熱器下部進(jìn)入，在加熱管內(nèi)被加熱蒸發(fā)

11、拉成液膜，濃度液在二次蒸汽帶動(dòng)下一起上升，從加熱器上端沿汽液分離器筒體的切線方向進(jìn)入分離器，濃縮液從分離器底部排出，二次蒸汽進(jìn)入冷凝器。降膜式：物料從加熱管上部進(jìn)入，經(jīng)分配器導(dǎo)流管進(jìn)入加熱管，沿管壁成膜狀向下流。4、蒸發(fā)過(guò)程節(jié)能的方法。采用多效蒸發(fā)，循環(huán)利用熱能：將高能二次蒸汽用作加熱介質(zhì)去蒸發(fā)另外的物料而本身也被冷凝。熱泵蒸發(fā)：用機(jī)械泵或用蒸汽噴射泵將低壓蒸汽壓縮成較高壓力的蒸汽，重新利用加熱蒸汽的辦法。研制更理想的蒸發(fā)設(shè)備和效率更高的熱泵。5、真空煮晶設(shè)備結(jié)構(gòu)。25干燥設(shè)備1、氣流干燥原理。2、氣流干燥流程中脈沖管的工作原理。3、噴霧干燥原理及幾種噴霧器的形式。4、凍干的原理及特點(diǎn)。26 蒸餾設(shè)備1、灑精蒸餾揮發(fā)系數(shù)與精餾系數(shù)。2、分子蒸餾技術(shù)。3、水蒸汽蒸餾原理。31空氣凈化除菌與空氣調(diào)節(jié)1、生物工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)空氣質(zhì)量的要求。2、空氣除菌的一般方法，生物工業(yè)常用的除菌方法。3、介質(zhì)過(guò)濾除菌機(jī)理及常用介質(zhì)。4、兩級(jí)冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程（各設(shè)備的結(jié)構(gòu)及作用）。5、對(duì)數(shù)穿透定律。過(guò)濾器的種類。6、焓濕圖及狀態(tài)變化過(guò)程。32設(shè)備與管道的清洗與殺菌1、保證管道徹底滅菌的設(shè)計(jì)要求。2、空罐滅菌。3、設(shè)備材料及加工要求。33生物反應(yīng)物