生物工程设备

第一章1. 为什么发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法？湿热灭菌是利用高温饱和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白质变性进行灭菌的一种方式。工业发酵培养基灭菌的特点是数量多，含有很多固体物质；灭菌后要有利于生产菌的生长；方便易行及价格便宜。由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具有很强的穿透力，灭菌效果好；蒸汽来源及控制操作条件方便，适用于工业发酵培养基的灭菌。2. 实罐消毒灭菌操作过程的要点A发酵罐及附属阀门无泄漏，无死角，无堵塞；B灭菌时罐内蛇管和夹层冷却部位的冷水彻底排除干净；C控制培养基颗粒大小；D罐内空气排除；E搅拌混合均匀;F液面以下与培养基接触的管道都要进蒸汽；G液面以上不与培养基接触的管道都要排气；3. 为什么灭菌后先开空气再开冷却？防止形成真空设备吸瘪，倒吸引起染菌费用4. 实罐灭菌如要缩短冷却时间，采用何种方式比较经济合理？增加冷却面积，虽然设备投资费用增加，但降低了日常的操作费用5. 生物反应器换热面积设计计算的依据？生物反应器换热冷却用水量计算依据？生物反应器换热面积的确定一般按某个生产品种的发酵过程中某个时刻最大的发酵热作为设计计算的依据。但对一些发酵热并不大的品种，应根据反应的发酵热及培养基灭菌时的冷却方法、要求来综合考虑确定。生物反应器换热冷却用水量计算通常按发酵热来计算。但对一些发酵热并不大的生产品种，对培养基灭菌采用实罐灭菌的应根据反应的发酵热及培养基灭菌时的冷却要求来综合考虑确定。6. 连续灭菌系统设计如何考虑节能？系统设计根据配置培养基的工艺特性选择合理的灭菌流程及高效节能的设备，流程设计考虑冷热流体的交换。7. 连续消毒灭菌的特点是什么？连续性强，快速灭菌消毒，培养基营养成分破坏少，灭菌质量稳定，发酵设备利用率高，适用于大容积发酵罐物料的连续灭菌消毒。但由于附加设备多，操作环节多，因此染菌机会增加，不适合于含大量固体物料的灭菌，对蒸汽的要求高。8. 从工程上分析影响培养基湿热灭菌的因素有哪些？培养基成分、起泡程度、培养基颗粒大小、罐内空气排除，搅拌混合均匀等。第二章1. 生物发酵用的无菌空气的质量指标压强、温度、流量、相对湿度和空气洁净度2. 压缩空气预处理的目的提高压缩前空气的洁净度；去除压缩后空气中的油和水；保证通气发酵用无菌空气的质量指标。3. 生物发酵热净化空气的质量指标如何控制？吸入空气的含尘量要低，选择合适空压机满足流量Vg、压力P的要求，通过冷却、分水、加热控制进发酵罐的空气温度T及进入过滤器空气的相对湿度（=60%）,经三级过滤保证进罐无菌空气的洁净度（100级）4. 空气系统处理工艺流程吸风塔f粗滤器f空压机f贮气罐f（延程冷却）f冷却器f分水器f加热器f总过滤器-预过滤器f（蒸汽过滤器）f除菌过滤器-发酵罐5. 空气净化系统流程设计中如何考虑节能？延程冷却设置在动力车间；设计选用阻力较小的空气预处理及除菌设备；具有热交换的空气预处理流程；根据当地环境的不同选择合适的系统。6. 空气分水、干燥设备如何选用？根据所制备空气的质量要求、产品的要求、投资、生产规模及应用场合。实验室、中试规模建议采用空气冷冻干燥设备除水；生产规模则根据产品的附加值、产品的要求、投资及生产规模考虑；常规大发酵产品建议采用旋风分离器与丝网除沫器除水；基因工程菌、疫苗、动物细胞培养等建议采用空气冷冻干燥设备除水。7. 发酵用的无菌空气的制备对空气的相对湿度有一定的要求，相对湿度是否越低越好？为什么？不是,相对湿度控制在twtd.湿含量：1kg干空气中含水汽的质量相对湿度：空气中水汽含量与同温度同压强下空气的饱和水汽含量之比X=0.622*（）pw/（p-（）pw）3. 干燥与蒸发设备相比，二者在计算时物料温度有何区别？干燥设备进行计算时采用的为湿球温度，蒸发设备计算时采用的是沸点温度。4. 冷冻干燥系统由哪几部分组成？其中两处制冷装置各有什么用途？真空冷冻过程中关键操作点是哪些？物料搁板温度与物料温度是怎样的关系？A由冷冻部分、真空部分、水分除去部分和加热部分四部分组成B第一处冷冻装置用于预冻，第二处用于水汽的冷凝。C关键操作点：a预冻阶段保证物料温度低于共晶点；b保证真空装置达到系统所需真空度；c升华过程中加热量需不高于水分升华所带走的热量，以确保物料温度始终低于共熔点；d后期随着水分升华减少，系统内压力降低，可相应缓慢升高物料加热温度，进一步将平衡水分转化为自由水分而除去D搁板温度略高于物料温度（提供升华热），达到干燥终点时相等，维持合适的加热量，达到合适的干燥速率。1-1.有一 40 m3的发酵罐装料为小时内从120 冷却到3028m3,发酵罐盘管传热面积为30m3,实罐灭菌后要求在5。若冷却水进口温度为10，传热系数为1600（kg/m2h）,水与料液比热均为4.18(kJ/kg)。求：(1) 冷却水流量为多少？(2) 若冷却水温度为15，冷却所需时间为5小时，冷却水流量为多少?CC?,?2（?-1）X?访?2?2?;?=?产;?=J?,_?1-2.有一40m3的发酵罐装料为28m3,发酵罐盘管传热面积为60m3,实罐灭菌后要求在5小时内从120冷却到30。若冷却水进口温度为15，传热系数为1600(kg/m2h),水与料液比热均为4.187(kJ/kg)。求：(1) 冷却水用量为多少？(2) 若冷却水流量为30m3/h,冷却所需时间为多少？(3) 若按照发酵热计算冷却水量为多少(发酵热为10000kcal/m3.h,冷却水温差为5摄氏度)？冷却时间？?=?X?解：2-1.若有一空气净化系统，其吸气状态温度为30C,相对湿度80%,经压缩后，空气压力为0.2MPa(表压)，然后将压缩空气经冷却器冷却到20C,经析水器、加热器、空气过滤器通入发酵罐。已知发酵罐内装液为35m3通气量为0.8VVM,发酵温度为30C,培养时间为168h,排气压力0.1MPa,相对湿度100%,求一个罐批中发酵液因蒸发而减少的液体量为多少？.交T将比器的晴盘讦算*恃耳里EkJ花】H网5咐叫4湿空气的比容(田/看干空气)”倒773+.工包5Pi.空气冷却图的面枳计KQ=h卜”90-120(kcal/mJhrT)ar工为3305002-2.已知发酵罐内装液为35m3通气量为0.8VVM,发酵温度为30C,空气进口温度为45C,求每小时由于空气温度高于发酵液温度而释放出的热量为多少？约占发酵热的百分率为多少？已知发酵热为21000kj/m3.h。1.有一生物反应器经试疆证明传质情沆不良需要改进，动压头HJS加30%,翻动量Q不变r经过改进后，求：撤拌特送L能拌桂d,搅拌功率P蚓多少？2.有一50m3的发犍，则系数为0.7,罐的直径为3m，采用三层蝴器进行搅拌,搅拌桨直径为1.1m,低层采用六半筒泯轮搅拌器、上二层采用四宽叶獴旋式叶轮蝴寄(湍流状态下，六半昔涡轮游器的K值为6.3,四宽叶螺旋式叶轮踊篝的K值为1.6挽拌转速为130rpm,悻内装有四块挡板，通气爆为25m3/min,遽压为0.05MPa(表压)，培养温度为28,发酵液的粘度为0.1(Pa.s),密度为1050kg/m3.傩封头直边高度为0.04m,封头凸出高度为(1/4)D.求液在高度HL及H/D?(2)不通气时的搅拌功率为多少？(3)通气时的瓣恸率为多少?(米氏公式)