生物工程設(shè)備部分題型和答案

生物工程設(shè)備部分題型和答案生物工程設(shè)備部分題型和答案生物工程設(shè)備部分題型和答案V:1.0精細(xì)整理，僅供參考生物工程設(shè)備部分題型和答案日期：20xx年X月生物工程設(shè)備部分題型和答案為什么發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌采用濕熱滅菌法？

濕熱滅菌是利用高饑寒和蒸汽將物料的溫度升高使微生物體內(nèi)的蛋白量變性進(jìn)行滅菌的一種方法。

工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌的特點(diǎn)是數(shù)目多；含有良多固體物質(zhì)；滅菌后要有利生產(chǎn)菌的成長(zhǎng)；便利易行及價(jià)格廉價(jià)。

由于蒸汽冷凝時(shí)會(huì)放出大量潛熱，并具有很強(qiáng)的穿透力，滅菌效果好；蒸汽來(lái)源及控制操作條件方便，適用于工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌。

影響因素：

培養(yǎng)基成分、起泡水平、造就基顆粒大小、罐內(nèi)空氣消除、攪拌混合勻稱等。

連續(xù)消毒滅菌法：當(dāng)時(shí)將籌備好的空罐消好，而后把配制好的培育基經(jīng)由專用的消毒裝備，用泵連續(xù)進(jìn)前進(jìn)料消毒，冷卻的滅菌方式叫持續(xù)消毒滅菌法。

特點(diǎn)：連續(xù)性強(qiáng)，倏地滅菌消毒，培養(yǎng)基養(yǎng)分成分損壞少，適用于大容積發(fā)酵罐物料的連續(xù)滅菌消毒。但由于附加設(shè)備多，操作環(huán)節(jié)多，因而染菌機(jī)遇增長(zhǎng)，染菌面波及普遍。

操作要害：（1）連消設(shè)備無(wú)泄露，無(wú)梗塞，無(wú)死角，保障在管路消毒進(jìn)程中總管，支管滅菌徹底；（2）打料過(guò)程中嚴(yán)格控制打料流速及打料溫度，嚴(yán)格控制開冷卻水時(shí)間；（3）打料結(jié)束后避免物料長(zhǎng)時(shí)間在管路中滯留，要及時(shí)壓出或及時(shí)接種。試述高溫短時(shí)滅菌的原理：用直接高溫蒸汽滅菌，蒸汽在冷凝時(shí)釋放大量的潛熱，蒸汽具有強(qiáng)大的穿透力，蒸汽的濕熱破壞菌體蛋白質(zhì)和核酸的化學(xué)鍵，使酶失活，微生物代謝阻礙而死亡。并分析連續(xù)消毒滅菌特點(diǎn)：1提高產(chǎn)量，設(shè)備利用率高。2與分批滅菌比較，培養(yǎng)液受熱時(shí)間短，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分破壞少。3產(chǎn)品質(zhì)量易控制，蒸汽負(fù)荷均衡，操作方便。4降低勞動(dòng)強(qiáng)度，適用于自動(dòng)控制。從工程水平考慮，怎樣提高供氧速率

提高空氣流量；改變攪拌槳情勢(shì)；提高攪拌轉(zhuǎn)速和槳徑；提高氧分壓；改革培養(yǎng)基性質(zhì)

。試述旋風(fēng)分離器的工作原理，至少列舉其兩種用途。

旋風(fēng)分離器是一種利用離心力沉降原理自氣流中分離出固體顆粒的設(shè)備。從進(jìn)口進(jìn)入含有物料的氣流，沿內(nèi)壁一面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一面下降，達(dá)到圓錐底部后，旋轉(zhuǎn)直徑逐漸減小，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加，使氣流中的離子受到更大的離心力。離子由于離心力的作用，使它從旋轉(zhuǎn)氣流中分離。沿著旋風(fēng)分離器的內(nèi)壁面下落而被分離。氣流到達(dá)圓錐部下端附近就開始反轉(zhuǎn)，在中心部逐漸旋轉(zhuǎn)上升，最后從上出口排出。

旋風(fēng)分離器設(shè)備的主要功能是盡可能除去輸送介質(zhì)氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴，達(dá)到氣固液分離，以保證管道及設(shè)備的正常運(yùn)行。生物反應(yīng)器根據(jù)能量傳遞方式可以分為那些類別？通過(guò)機(jī)械攪拌輸入能量的攪拌式發(fā)酵罐、利用氣體噴射動(dòng)能的氣升式發(fā)酵罐和利用泵對(duì)液體的噴射作用使液體循環(huán)的噴射環(huán)流式發(fā)酵罐等。發(fā)酵罐：罐體，攪拌器，擋板，消泡器，變速裝置，聯(lián)軸器和軸承，空氣分布裝置，軸封。罐體：盛裝物料；冷卻管：冷卻物料；

攪拌軸：帶動(dòng)攪拌器旋轉(zhuǎn)；

攪拌器作用：使氣泡分割細(xì)碎、使氣、固、液混合及傳質(zhì)傳熱；

擋板作用：防止液面中央形成旋渦、增加湍動(dòng)和溶氧傳質(zhì)；

消泡器作用：防止泡沫外溢而跑料、染菌；

空氣分布器作用：吹入無(wú)菌空氣，使空氣分布均勻；

軸封作用：防止?jié)B漏、染菌，將動(dòng)靜兩部件密封；

聯(lián)軸器作用：將大型罐的幾節(jié)軸緊密的固定；

封承作用：將運(yùn)動(dòng)的軸固定在靜止的罐體上；

電機(jī)及減速器：驅(qū)動(dòng)攪拌軸。何謂攪拌器的軸功率？攪拌器的轉(zhuǎn)速和軸功率及通氣流量對(duì)罐內(nèi)溶氧的影響。軸功率：是指攪拌器以既定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),用以克服介質(zhì)的阻力所需要的功率。發(fā)酵罐中液體的溶氧速度以及氣液固相的混合程度與單位體積液體中輸入的攪拌功率有很大關(guān)系。增加溶氧速率的方法：（a）采用攪拌槳分散和打碎氣泡。（b）利用循環(huán)管中的泵或螺旋槳增加液體的循環(huán)量，并使噴入或吸入的氣體細(xì)化，增加氣液兩相的接觸面積。要提高溶解氧濃度：

攪拌（打成氣泡，形成湍流）；增大空氣線速度；空氣分布裝置（一般增大通風(fēng)量）；發(fā)酵罐內(nèi)柱高度（H/D=1.7-4，一般以2-3為宜）；提高溫度；氧分壓（純氧含量高的空氣，罐壓增大）；其他因素（添加表面活性劑、離子濃度、細(xì)胞等）。試述噴射自吸式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理。工作原理是用泵將發(fā)酵液送入文氏管中,由于文氏管的收縮段中流速增加,即動(dòng)壓力增加,靜壓力減小,形成負(fù)壓,將無(wú)菌空氣吸入,并被高速流動(dòng)的液體打碎、分散,與液體均勻混合,提高發(fā)酵液中的溶解氧，這是溶氧階段。當(dāng)發(fā)酵液從上升管進(jìn)入發(fā)酵罐后，微生物耗氧，同時(shí)發(fā)酵液向發(fā)酵罐底部循環(huán)，待發(fā)酵液中的溶解氧即將耗竭時(shí)，發(fā)酵液又從發(fā)酵罐底部被泵打入上升管，開始下一個(gè)循環(huán)。特點(diǎn)：1不必配空壓機(jī)及附屬設(shè)備節(jié)省投資，減少?gòu)S房面積。2溶氧速率高、效率高、能耗低。

3用于酵母和醋酸發(fā)酵效率高、經(jīng)濟(jì)效益高。生物反應(yīng)器的比擬放大參數(shù)及各參數(shù)的放大方法1以體積溶氧系數(shù)kla相等為基準(zhǔn)的放大方法

2以P0/Vl相等的準(zhǔn)則進(jìn)行反應(yīng)器的放大

3以攪拌葉尖線速度相等的準(zhǔn)則進(jìn)行機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的放大。

4以混合時(shí)間相等的準(zhǔn)則進(jìn)行放大

5攪拌液流速度壓頭H、攪拌液流循環(huán)速率（對(duì)機(jī)械攪拌發(fā)酵罐為泵送能力）Ol以O(shè)l/H比值對(duì)發(fā)酵反應(yīng)器放大設(shè)計(jì)的影響。何謂對(duì)數(shù)殘留定律何謂對(duì)數(shù)穿透定律

對(duì)數(shù)殘留定律：濕熱滅菌時(shí)，微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比。

dN/dt=-kN

。N:培養(yǎng)基殘留活菌數(shù)個(gè)

t:受熱時(shí)間,min

。K:反應(yīng)速率常數(shù)也稱比死亡速率常數(shù),

min-1對(duì)數(shù)穿透定律：在滅菌過(guò)程中，活菌數(shù)逐漸減少即微生物死亡速率與任一瞬間殘存的活菌數(shù)成正比。通風(fēng)發(fā)酵過(guò)程控制的主要參數(shù)分為哪三大類發(fā)酵過(guò)程中通常測(cè)定的參數(shù)有哪些發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)主要分為物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)和生物參數(shù)三類。發(fā)酵過(guò)程中通常測(cè)定的參數(shù)：目前較常測(cè)定的參數(shù)有溫度、罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、pH、溶氧、基質(zhì)濃度、菌體濃度(干重、離心壓縮細(xì)胞體積%)等。為何深層過(guò)濾能除菌？請(qǐng)具體說(shuō)明深層過(guò)濾除菌的機(jī)理。空氣的過(guò)濾除菌原理與通常的過(guò)濾原理不一樣，這不是真正的面積過(guò)濾，而是一種滯留現(xiàn)象。微粒隨空氣流通過(guò)過(guò)濾層時(shí)，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進(jìn)，使氣流無(wú)數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向而繞過(guò)纖維前進(jìn)，這些改變引起微粒對(duì)濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、攔截、布朗擴(kuò)散、靜電吸引等作用而把微粒滯留在纖維表面。蒸發(fā)器必須滿足的基本要求：一、熱能的不斷供給，以維持溶液的沸騰和補(bǔ)充溶劑汽化所帶走的熱量；二、溶劑蒸汽（即二次蒸汽）的不斷排除；三、一定的熱交換面積，以保證傳熱量。1、由于大生產(chǎn)中所使用的好氣性發(fā)酵罐是受壓容器，因此封頭選用橢圓封頭。

2、真空冷卻器是用真空泵或蒸汽噴射器抽走不凝性氣體使冷卻器達(dá)到一定的真空度。

3、好氣性發(fā)酵需要無(wú)菌空氣，概括起來(lái)無(wú)菌空氣在發(fā)酵生產(chǎn)中的作用是攪拌，供氧，保持正壓。

4、噴射自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)是剪切力小，對(duì)生物細(xì)胞的損傷小，較高的溶氧速率和溶氧效率，反應(yīng)溶液分布均勻

。

5、空氣過(guò)濾系統(tǒng)中貯氣罐的作用是消除壓縮機(jī)排出空氣的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力、重力沉降作用分離部分油霧。6、好氣性發(fā)酵工廠，在無(wú)菌空氣進(jìn)入發(fā)酵罐之前應(yīng)該安裝止逆閥以確保安全。7、從工程上分析影響培養(yǎng)基濕熱滅菌的因素有

pH值、

糖的濃度、鹽的濃度，染菌的濃度，雜菌種類

，培養(yǎng)基的質(zhì)量

。

8、發(fā)酵用的無(wú)菌空氣的質(zhì)量指標(biāo)是溫度、壓力、流量、空氣相對(duì)濕度、空氣無(wú)菌度9、生物反應(yīng)器換熱面積設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)的依據(jù)是：一年中發(fā)酵旺盛時(shí)的發(fā)酵面面積。確定反應(yīng)器中攪拌器的軸功率的依據(jù)是間歇以不通氣的功率，連續(xù)為通氣功率。10、通風(fēng)反應(yīng)器比擬放大的關(guān)鍵性參數(shù)是幾何尺寸的放大，空氣流量的放大，攪拌功率攪拌轉(zhuǎn)速的放大。11、比較渦輪式攪拌器的三種形式，以平直葉所消耗功率