生物工程设备 Revised as of 23 November 2020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（Ф<=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→粗滤器→空压机→贮气罐→（延程冷却）→冷却器→分水器→加热器→总过滤器→预过滤器→(蒸汽过滤器)→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<=60%是保证空气过滤器的过滤效率及过滤器的使用寿命，相对湿度过低空气预处理能耗大，并且在发酵培养过程中蒸发带出的水分越多。

8.采用旋风丝网除沫分水器，设备平衡如何考虑与空压机一一对应配置。

旋风丝网除沫分水器分水效率与流速有关，进气管道确定后流量增加或减少会影响设备的分离效率。

9.空气除菌采用热灭菌是否可行对设备有何要求可行；要求设备耐更高的温度、压力，冷却量增加第三章1. 通用式机械搅拌微生物反应器有哪些主要结构部件组成罐体结构比例尺寸罐体；搅拌装置；挡板；通气设备；传热装置；机械消泡装置；尾气处理设备。

/d=1-2H/D=；B/d=；d/D=3；S/D=；W/D=1/8-1/12；S12. 搅拌在生物反应过程中的作用气体分散、气泡分散、传质、传热、混合3. 通用式机械搅拌微生物反应器的搅拌桨如何组合选用根据发酵液的生理特性、理化特性及搅拌在生物反应器中的作用，采用径向轴向桨的组合应用，通常底层采用径向桨分散气体，提高溶氧，上层采用轴向桨满足混合的要求。

4. 工业上通气式发酵罐为何通常使用圆盘涡轮式搅拌器避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿着搅拌轴上升5. 用于发酵罐的搅拌器有哪几种类型径向流搅拌器：半圆管桨、抛物叶桨、六平叶桨、六弯叶桨、六箭叶桨；轴向流搅拌器：四宽叶螺旋式桨、机翼螺旋桨、四斜叶、扇形圆弧叶桨、螺旋桨。

6. 通用式机械搅拌发酵罐采用变速搅拌有何优点变速搅拌更能适应发酵过程中不同生长期对搅拌转速的不同要求，这样不仅可以节约搅拌所消耗的电能，并使一个发酵罐能够适应多种产品的生产。

同时在培养基采用实罐灭菌工艺时，采用低转速搅拌，可避免电机因无通气下，搅拌电流超标，导致电机烧掉。

7. 如何提高生物反应器的供氧能力提高空气流量；改变搅拌桨形式；提高搅拌转速和桨径；提高氧分压；改造培养基性质第四章1.*固液分离设备根据其原理分为哪些类型举例说明各有哪些设备分批式与连续式操作，得到的物料有什么主要区别A沉降设备重力沉降：重力沉降槽，增稠器离心沉降：管式离心机，碟片式离心机，卧式螺旋离心机、三足式离心机过滤设备常压过滤机加压过滤机：板框压滤机、板滤机真空过滤机：真空鼓式过滤机、叶滤机离心过滤机：三足式离心机膜分离设备微滤器、超滤器、反渗透器B分批操作指每次操作向设备中投入一批物料，经过处理后排出全部物料后再重新投料；连续操作是指进料与出料同时进行。

故分批操作后的物料出料流率、含固量可能有变化，连续操作得到的物料出料流率、含固量变化可能不大，同时两者滤渣的含水率和紧实度有区别，分批式操作滤渣含水率低，滤饼紧密度高，处理后料液含固量低。

2.*某热敏性物料中固体颗粒较细，需要采用离心设备进行液固分离。

工艺改进后黏度增加，原来离心机已不再合适，需要改用其他形式离心机，配套设备应做如何调整考虑到物料黏度的增加，为保证分离效率，应采用分离因素更大的设备，如转速更高的离心机；考虑到物料的热敏性，则需要在一定范围内对物料进行预冷，增加配套的制冷设备。

第五章1. 萃取设备由哪几部分组成各有哪些设备类型针对离心机的生产能力的计算公式，从料液特性、设备操作参数、设备结构参数三分面，分析对其生产能力的影响。

当料液黏度略有增大，如何调节操作参数以保证分离质量指标使用管式离心机进行液液分离时，如果产品在溶媒相，则操作时应注意什么A．有分段式的混合设备与分离设备，与连续式的混合分离一体设备。

混合设备有：混合罐、混合管、混合泵和喷射混合器；分离设备有管式离心机、碟片式离心机和螺旋式离心机；混合分离一体机设备有：萃取塔、萃取离心机。

B．公式中前半部分为重力沉降速度，与物料特性相关；后半式为当量沉降面积，即分离因数与设备重力沉降面积之积的量纲，分离因素为设备操作参数，沉降面积为设备的结构参数。

当料液黏度增大，为保证同样质量指标可采用提高转速或调小进料流量来保证分离质量指标。

C．可适当选用大内径堤圈，提高产品收得率，但同时会夹带略多水相2. 什么是超临界萃取与常规萃取相比，CO2超临界萃取有什么特点对设备有什么特殊要求A．以超过临界温度、临界压力状态下的超临界流体，将物料中的组分萃取出来的过程。

B．室温及CO2气体笼罩，防止热敏性物质的氧化的逸散；不含溶剂，过程干净无残留；CO2气体无味、无臭、无毒、安全；CO2气体成本低，纯度高，容易制取，重复循环使用；萃取和分离合二为一。

调节压力和温度，是CO2与萃取物分离迅速，效率高，能耗较少，工艺简单，速度快。

C．压力高，对设备制造，参数控制要求高。

第六章1. 层析系统由哪些设备组成各有哪些设备类型层析系统由：泵、阀门、层析柱、检测器、收集器组成。

泵：蠕动泵、隔膜泵、注射泵、柱塞泵；阀门：上样阀、缓冲液选择泵、分流/旁通泵；层析柱：玻璃层析柱、护套层析柱、径向柱、高分辨率层析柱；检测器：紫外/可见光检测器、示差检测器、电导检测器、pH检测器；组分收集器：圆盘式组分收集器、方型组分收集器2. 离子交换设备有哪些操作方式固定床法有哪些吸附形式放大的核心依据与放大原则是什么两者相比有什么相同与不同A．按操作方式：分批法（静态吸附）、固定床法（动态吸附和柱吸附）、流动床法（连续吸附）。

B．正吸附，反吸附，混合床C．核心依据是单位体积树脂的交换溶液体积相等，原则是交换器符合相等或线速度相等。

D．按前者原则放大，设备高径比不变，料液流动阻力相对较大。

3. 反吸附交换罐中液体的流速是如何考虑的设备结构上如何配套A．控制自上而下的交流液流速，使树脂颗粒在交换罐内呈沸腾状态而不溢出罐外为宜。

B. 可采用扩大段以降低交换液流速，防止树脂颗粒被带出。

第七章1．蒸发设备有哪些类型强化薄膜蒸发设备的操作关键是什么蒸发的节能措施如何理解冷凝效果对保证真空度的影响A．非膜式（真空夹套，标准式），膜式（升膜式、降膜式、循环式、刮板式、离心薄膜式）B．操作关键：物料接近沸点温度进料；适当的温差（20-35摄氏度）；足够和合适的真空度；足够的冷凝量；良好的气液分离装置效果C．良好的冷凝效果，一方面可以把蒸汽冷凝为水，降低真空系统的吸气体积负荷量，另一方面降低对真空泵中水温的升温负荷、接近气化，进而降低吸气量与真空度的影响。

冷凝器设置真空泵。

D．良好保温（蒸发、气液分离器及之间管道）；工作蒸汽排凝的控制和回收；冷热物料间接换热；多效；采用水冲泵。

2. 蒸发浓缩设备的蒸发面积计算公式中各F=Q/K△t m中各参数如何获取F：可根据料液特性，选择合适的蒸发器类型，得到其蒸发强度，结合上述蒸发量Q，计算获得蒸发面积；也可根据所选蒸发器类型，得其传热系数，并结合蒸发器平均温度差，计算获得蒸发面积。

可将两者计算结果进行校核。

K：根据物料特性，选择合适的蒸发器，得到其传热系数。

：可在20-35℃范围内选择合适的数值。

△t m3. 如何理解蒸发与结晶的相互关系根据不同溶解度的温度特性，结晶设备分为哪几类要控制晶体的质量，前提条件是什么A．蒸发：当其溶质可以结晶时，蒸发是浓缩至过饱和状态的实现结晶的方法之一，当其溶质无法结晶时，浓缩后可通过干燥方法获取产品；结晶：蒸发是结晶的浓缩方式之一，还可以通过降温，或通过真空降温与蒸发浓缩来实现，或通过萃取等其他方法来实现浓缩。