第二章物料输送过程与设备离心泵：①原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力的作用下液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。

液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体送到工作地点。

同时，叶轮入口中心形成低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间产生了压差。

洗液罐中的液体在这个压差的作用下不断吸入管路及泵的吸入室，进入叶轮中心。

气蚀：离心泵工作时，叶轮中心处产生真空形成低压而将液体吸上，在真空区发生大量汽化气泡。

含气泡的液体挤入高压区急剧凝聚破裂产生局部真空。

周围的液体以极高的速度流向气泡中心，产生巨大的冲击力。

把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，叫做气蚀。

气缚：离心泵启动时，如泵内有空气，由于空气密度很小产生离心力。

因而液体中心产生低压不足以吸入液体，这样虽然启动离心泵也不能完成输送任务的现象。

往复泵：①原理：活塞自左向右移动时泵缸内形成负压，液体吸入电动往复泵阀进入缸内。

当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大。

由排出阀排出。

活塞往复一次则各吸入和排出一次液体，这成为一个工作循环。

②结构：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀漩涡轮：①特点：流量小。

压强大。

②原理：叶轮旋转时，液体进入流道，受旋转叶轮的离心力作用，被甩向四周环形流道并转动，叶轮内侧液体受离心力的作用大，而在流道内受到离心力作用小，由于所受离心力大小不同，因而引起液体作纵向漩涡运动。

螺纹杆泵：①特点：流量稳定、压强高、作为连消塔进料泵。

②原理：利用螺杆的回转来吸排液体。

压缩比：P出口/P进口（绝对压强）7.涡轮式空压机：①犹如一台多级串联的离心泵压缩机。

②特点：动气量大、出口压强大③③型号：DA型和SA型“D”---单吸“S”---双吸“A”—涡轮压气机往复式空压机：①缺点：气量不稳、空气中夹带油。

②原理：气罐并联。

吸入阀和排气阀具有止逆作用，使缸内气体数量保持一定，活塞移动使气体的压力升高，当达到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便开始顶开排气阀的弹簧进入出口管，不断排出。

活塞反向移动重复上述运动。

活塞在缸内不断作往复运动来吸入和排出气体。

③型号：生产中普遍使用L型（改造：活塞用塑料，加入二硫化钼）。

通风机：①分类：离心式和轴流式。

离心式用于气体输送；轴流式用于通风换气。

真空泵：干式和湿式。

按结构可分为往复式、回转式、蒸汽喷射式和水力喷射式（水冲泵）。

管材：无缝钢管、不锈钢管、焊接钢管、螺旋电焊钢管、铸铁管、软管。

12.管道的涂色：物料---黄色空气—蓝色蒸汽—红色水—绿色真空---浅黄色酸—褐色碱---粉红色消沫剂---棕色污水---黑色常用的阀门：截止阀、闸阀（水系统、真空管道）、隔膜阀（直通式和三通式，用于移种管道、无菌物料管道）、球阀（用于不调节真空管道和物料管道）和取样阀。

第三章液体培养基的设备灭菌液体培养基灭菌的方法：化学灭菌、射线、干热、湿热、过滤、火焰灭菌等。

湿热灭菌：利用高压饱和蒸汽与培养基直接混合时，冷凝释放大量的冷凝热，且湿热对细菌细胞壁具有穿透力，可灭菌优点：无毒无害、廉价易得。

湿热灭菌：①原理：利用高压包和蒸汽可与培养基直接混合时，冷凝释放大量冷凝热，并且湿热对细胞壁具有强大的穿透力，从而达到灭菌效果。

对数残留定律lgK=（-14845/T）+36.127 K=Ae-E/RT，K值越小，此微生物越耐热，K值与加热温度、微生物种类有关，是判断微生物受热灭亡难易程度的基本依据。

②优点：无毒、无有害的残留物和廉价的特点。

灭菌：①主要矛盾：灭菌程度和营养成分的破坏。

②关键：注意温度和时间。

③原则：高温短时分批灭菌：①概念：将培养基配制在发酵罐里，用饱和蒸汽直接加热以达到预定灭菌温度并保温维持一段时间，然后在冷却发酵温度，这过程叫分批灭菌。

②优点：成本低、操作方便、不需其他辅助设备缺点：时间长、利用率低。

③流程：将配制好的培养基泵入发酵罐内，密闭后启动搅拌。

灭菌前将各排气阀门打开，将蒸汽引入夹套进行预热，待罐温升至75～90℃，将排气阀逐渐关小。

将蒸汽从进气口引入，排料口取样直接通入罐中，升温至118～120℃罐压0.09～0.1MPa维持20～25min。

保温后关闭进气阀，使罐压接近大气压，通入无菌空气，夹套冷凝降温，降低培养基的温度。

④操作要点：凡是与培养基接触的管道都要进蒸汽，凡是不与培养基接触的管道都要排蒸汽。

⑤优劣判别标准：达到无菌要求，营养成分破坏少，培养基体积与计料体积相符合，泡沫少。

连消：①把发酵罐预先灭菌，在罐外进行高效连续不断的加热，然后保温灭菌和冷却，最后连续进入已灭菌好的发酵罐中培养。

②流程：配料罐→料泵→预热罐（75～90℃）→连消泵→加热器（130～140℃，20～30s迅速升温）→维持罐和冷却器③特点：高温短时；优点：营养成分破坏少、质量好、发酵单位很高。

④设备：见流程连消塔结构：蒸汽导入管、小孔（利于蒸汽均匀从个各小孔喷出，关键）、排料管、排污口维持罐：①作用：保温灭菌。

②结构：进料口、出料口、排污口。

解：⑴求理论灭菌时间：C0=2×107个/ml C S=0.01/15×106个/ml由lgK=（-14845/T）+36.127 T=273+135可得K=0.5525s-1т理论=（2.303/0.552）lgC0/C S得т理论=1.2minт维=3×т理论=3.6min V维罐=V物×т维=15×3.6/60=0.91min⑵C S=0.001/（2×107×15×106）=3.3×10-18由Da=Kт=4.3得т=77.9s L=wт Re=dwρ/μDz/wd=0.678/Re0.0815w=V/（S横·d内）Pe=L/【（Dz/wd）d】习题：某厂原来的连续灭菌设备，每小时处理量为12m3，灭菌温度为130℃，现因生产发展，要求每小时处理量提高到15m3，院设备中加热器与冷却器都留有余地，能满足生产发展需要。

唯有维持罐容积不变，若要使用源设备适应生产发展需要，问操作控制上如何调整才能适应。

解：V维持=V处理×т停留 V处理=V维持/т停留则V处1/V初2=т停2/т停1=K1/K2 lgK=（-14845/T）+36.127T1=130+273=403K 则K1=0.195 12/15=0.195/K2得K2=0.244 可得T2=131.2℃应提高灭菌温度到132℃。

第四章空气净化除菌设备空气净化除菌的方法：a.除去：静电吸附、介质过滤 b.杀死：辐射、加热、化学药物。

工业生产过程中采用过滤的方法。

深层过滤除菌机理：惯性冲击滞留作用、拦截滞留、布朗扩散、重力沉降、静电吸附作用等.绝对过滤除菌的机理：介质的空隙小于细菌，实现过滤除菌。

无菌空气的质量指标：压缩空气的压强在0.2—0.35Mpa（表）、空气流量、空气温度较发酵温度高10℃左右、相对湿度在60—70%、洁净度达到100级。

旋风分离器的设计要点：进口气速和结构比例尺寸（初级分离水滴设备）丝网除沫器的设计要点：空塔气速、丝网的填充密度和设备的结构比例尺寸（精细除水设备）空气冷却器作用：除水减湿空气加热器作用：降低相对湿度无菌空气：通过除菌设备后压缩空气中含菌量降到最低或达到洁净度100的空气VVM：单位时间单位体积发酵液通入气体量空气过滤设备设计：过滤设备及作用：①吸风塔：吸入空气（压缩后的）②前置过滤器：降低空气中的尘埃的含量③空气压缩机：克服压缩空气输送过程的压力和发酵罐的液柱高度所需的压强。

分为往复式和螺杆式④压缩空气贮罐：稳定压强，消除空气的脉动；让高温的空气在贮罐里停留一段时间，引起空气的部分杀菌作用。

⑤空气冷却器：使压缩空气除水减湿。

⑥水滴分离设备：除水。

11.提高过滤除菌的效果方法：①尽量减少吸入空气的菌数。

②根据实际需要选择合适的设备，预处理阶段要尽量除油和除水。

③选择合适的过滤设备，采用二级过滤、预过滤和除锈。

12除水过程中x和φ的关系：⑴无相变时，即X一定。

在压缩过程中，随着T↑,PS↑,P↑, φ↓。

降温过程中，随着T↓,P S↓,P一定，φ↑。

升温过程中，随着T↑,P S↑，P一定，φ↓。

⑵有水析出时，X降低。

当T﹤T d（露点）时，有水析出，X↓。

13.除水机理：⑴相对湿度：φ=100﹪达到饱和；φ﹥100﹪有水析出；φ﹤100﹪无水析出⑵湿含量：从状态1到状态2。

X1=X2无水析出；X1﹥X2有水析出。

通风发酵设备气升式发酵罐的原理：将压缩空气由喷嘴喷出，推动培养液沿导流筒上升（富气区，液体密度小）由内向外或由外向内循环，从而实现混合传质。

该罐结构简单，易清洗。

适用于对溶氧要求低、耐剪切力性能差的细胞培养。

2.通用式发酵罐：①原理：利用机械搅拌搅拌物料产生轴向和径向流动，从而使罐内物料混合良好，液体中的圆形颗粒保持悬浮状态。

利于固体和营养物质充分接触，便于吸收营养，还有可以打碎气泡，增加气液接触面积，提高气液间的传质速率，加强氧的传递效率及消除泡沫。

并通入无菌空气维持菌体氧气需要。

②几何尺寸：H/D=1.7～3 d/D=1/2～1/3w/D=1/8～1/12 B/d=0.8～1.0 S/d=1.5～2.5S1/d=1～2（H：发酵罐筒身高m；D：发酵罐内径m；d：搅拌器直径m；w：挡板宽度m；S：两搅拌器间距m；B：下搅拌器距底间距m；S1：上搅拌器距液面的间距m）③公称容积：罐的筒身容积加上底封头容积之和。

V0=V c+V b④装料系数：η0=V/V0=0.6～0.75通用式发酵罐结构及作用：①罐体：贮装发酵液。

②搅拌装置：a作用：一是产生强大的总体流动，将流体均匀分布于容器各处,以达到宏观均匀。

二是产生强烈的湍动，使液体、气体、固体微团尺寸减小。

两种作用有利于混合、传热和传质，对氧的溶解具有决定性意义。

B形式：轴流式（螺旋式）和径流式（涡轮式）。

③挡板：改变被搅拌流体的流动方向，使之产生纵向运动，从而消除液面中央部分产生的下凹漩涡。

“全挡板条件”指达到消除液面漩涡的最低挡板条件。

④通气装置：通入无菌氧气维持菌体生长。

⑤传热装置：移去生物氧化产生的热量和机械搅拌产生的热量，保证发酵在恒温下进行。

⑥机械消沫装置：减少发酵液泡沫，防止发酵液外溢，减少染菌机会。

空气分布装置：①形式：单孔式、多孔管。

大多数采用单孔管，管开口朝下。

消沫装置形式：耙式、刮板式、涡轮式、射流式和碟片式。

轴功率计算：①轴功率P指搅拌器传入液体的功率。

②电机确定：考虑减速装置的机械效率η，电动机应介于通气与不通气之间的功率。

例题：今有一发酵罐，内径为2m，装液高度为3m，安装一个六弯叶涡轮搅拌器，搅拌器直径为0.7m，转速为150r/min，设发酵液密度为1050kg/m3，黏度为0.1Pa·s，试求搅拌器所需功率。