复习题

一、离心泵的性能参数有哪些?特性曲线的规律是什么？

答：离心泵的性能参数有:

a流量Q：单位时间内排到管路系统的液体体积

b压头H：离心泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量

c效率η：反映能量损失大小的参数称为效率。 
d轴功率N ：由电机输入泵轴的功率

离心泵的特性曲线
离心泵压头H、轴功率N及效率η均随流量Q而变，它们之间的关系可用泵的特性曲线或离心泵工作性能曲线表示。 

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（1）离心泵的压头一般随流量加大而下降(在流量极小时可能有例外)。 

（2）离心泵的轴功率在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。故在启动离心泵时，应关闭泵出口阀门，以减小启动电流，保护电机。停泵时先关闭出口阀门主要是为了防止高压液体倒流损坏叶轮。 
（3）额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数。

二、常见的空气过滤除菌流程有哪几种?特点及适用范围是什么?

1、两级冷却、分离、加热空气除菌流程

特点：1）比较完善的空气除菌流程，可以适应各种的气候条件(特别是空气湿含量大的地区)，能充分分离空气中含有的水分，使空气在低的相对湿度下进入过滤器，提高过滤效率。

2）经第一级冷却(30-35)后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒，且雾粒浓度比较大，适宜用旋风分离器分离。第二级冷却使空气进一步冷却(20-25)后，析出的一部分较小的雾粒，宜采用丝网分离器分离，这样可发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效率高的特点；

      3）除水后，空气的相对湿度还是100％，可用加热的方法调整空气的相对湿度为50-60％，一般是加热到30-35。

2、一级冷却、压缩空气除菌流程

3、一级冷却、分离、压缩空气除菌流程

 

三、为什么酒精发酵罐一般不用配置机械搅拌装置？

答：酒精发酵罐一般不用配置机械搅拌装置
酒精发酵罐工作时罐内不同高度的发酵液中CO2含量有所不同，一般罐底CO2气泡密集程度高，醪液相对密度小，罐上部CO2气泡密集程度低，醪液相对密度大，于是相对密度小的底部发酵液具有上浮的提升力，同时上升的CO2气泡对周围的液体也具有一定的拖拽力，这拖拽力和液体上浮的提升力结合就构成气体搅拌作用。

若罐体较大，罐内产生的CO2较少时，可配置侧向搅拌器。
4、试述动物细胞贴壁培养反应器的特点。

动物细胞贴壁培养反应器特点：

a、结构简单，投资少，技术成熟.
b、劳动强度大，单位体积所能提供的细胞生长的表面积小，按体积计算细胞产率低。
c、检测和控制环境条件受到限制。

五、试述锤式粉碎机的结构、原理?

锤式粉碎机一般由供料装置、机体、转子、齿板、筛片(板）、排料装置以及控制系统等部分组成。由锤架板和锤片组构成的转子由轴承支承在机体内，上机体内安有齿板，下机体内安有筛片，包围整个转子，构成粉碎室。。
  锤片式粉碎机工作时，物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被高速旋转的锤刀产生的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。如此反复打击，使物料粉碎成小碎粒。在打击、撞击的同时还受到锤片端部与筛面的摩擦、搓擦作用而进一步粉碎。在此期间，留在筛面上的较大颗粒，再次受到粉碎，而细颗粒由筛片的筛孔漏出。

六、旋风分离器的工作原理是什么?

旋风分离器的工作原理是将夹带水滴或油滴的空气由进气管高速进入，并在环隙中高速旋转，在离心力作用下，水滴或油滴被抛向器壁，然后沿着器壁流下。只要能满足气体在旋风分离器里的停留时间大于水滴或油滴沿圆周切线方向运动到器壁的时间，水滴或油滴就可沉降下来。

七、搅拌功率及搅拌转数放大有哪些方法?

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除上述放大原则以外，还有两个原则需要考虑：

以恒定搅拌叶轮尖端线速度作为放大原则

以恒定混合时间作为放大或者校正基准

八、在好气发酵过程中，试述控制溶氧的工艺方法。

发酵溶氧主要受通气、搅拌、罐压、发酵液性质影响，在菌体允许剪切力的情况下要加强搅拌剧烈程度(还可提高传质效果)，适当提高罐压，做好消泡工作、可以的话还可以添加物质改变发酵液的特症，增加溶氧。

不应首选提高通气比，因为空气进罐后利用率太低，通的越多浪费越多。

九、试述蒸发与结晶的定义，它们的区别是什么？

蒸发(或称浓缩):将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽 化而将溶液浓缩的过程。

结晶:将高浓度的溶液或过饱和溶液缓慢冷却(或蒸发)，使溶质慢慢形成晶体析出的过程。
区别：蒸发是将部分溶剂汽化，使溶液浓度增加，溶质没有发生相变;而结晶是将过饱和溶液冷却、蒸发，或加入晶种使溶质结晶析出。
十、试述内压容器按压力承受方式的分类，各自的特点是什么。

低压容器（0.1MPa≤P＜1.6MPa）     中压容器（1.6MPa≤P＜10.0MPa）

高压容器（10.0MPa≤P＜100MPa）    超高压容器（P≥100MPa）。

十一、空气深层过滤中，介质过滤除菌的机理是什么?

介质过滤除菌不是真正的面积过滤，而是一种滞留现象。
微粒随空气流通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次的改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进,这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面。
十二、离心泵的基本结构和工作原理是什么?

1、离心泵的基本构造是由六部分组成的,分别是:叶轮,泵体,泵轴,轴承,密封环,填料函。
叶轮是核心部分,它转速高输出力大,叶轮上的叶片又起到主要作用。

泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用,并与安装轴承的托架相连接。
泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接,将电动机的转距传给叶轮.所以它是传递机械能的主要部件。
轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。
密封环又称减漏环。

填料函主要由填料、水封环、填料筒、填料压盖、水封管组成，主要作用是为了封闭泵壳与泵轴的空，不让泵内的水流流出也禁止外界空气进入，始终保持水泵内的真空。
2、离心泵的工作原理

在离心泵启动前,泵壳内灌满被输送的液体;启动后,叶轮由轴带动高速转动,叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下,液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量,以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中,液体由于流道的逐渐扩大而减速,又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道,送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动,液体便会不断地被吸入和排出。

十三、试述蒸发(浓缩)过程都必需满足什么条件。

充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量。
保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽迅速排除。
有一定的换热面积，良好的换热装置，以保证传热量。
十四、简述微生物培养基的种类和灭菌操作?

从功能上分，基础培养基、选择性培养基、显色培养基、特殊培养基等

从形态上区分，有固体、半固体、流体、液体四种
还可以按氧区分，需氧培养基、厌氧培养基
还可以按成分分，天然培养基、半合成培养基、合成培养基

培养基灭菌方法很多，可利用热、化学药物及电磁波来杀死微生物，也可用机械方法，例如:过滤、离心分离、静电方法除去微生物。但在发酵工业中，大量培养基的处理广泛应用蒸汽加热灭菌的方法。操作控制方便，经济效果好。

分批灭菌(间歇灭菌)，中小型厂多采用。

将培养液在发酵罐中，用蒸汽加热达到预定灭菌温度后，保持一定时间，然后冷却到发酵温度。这种灭菌方法不需单独灭菌设备，操作简单，但加热和冷却所需时间长，这不仅延长了发酵罐的操作周期，还使培养基养分也受到破坏。
连续灭菌，灭菌的每一过程均在相应设备中完成，已被广泛采用。
十五、什么是真空蒸发浓缩?详细叙述升膜式蒸发器的工作原理。

真空蒸发浓缩:溶液在真空状态，较低温度下即可沸腾、溶剂汽化。
升膜式蒸发器由蒸发加热管、二次蒸汽液沫导管、分离器和循环管四部分组成。
工作原理：原料液由加热器的下部进料管进入，在正常工作时，液面只达加热管高度的1/4-1/5。加热器管外通入蒸汽加热，溶液进入加热管即被加热，蒸发拉成液膜，浓缩液与二次蒸汽一并上升，从加热管上端切线方向进入分离器，浓缩液则从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。
十六、简述细胞培养反应器的种类及其特点? 

1、 动植物细胞悬浮培养:

特点：a、搅拌转数低(几十转/分)。
     b、通气方式独特。

2、动物细胞贴壁培养:
特点：a、结构简单，投资少，技术成熟。
    b、劳动强度大，单位体积所能提供的细胞生长的表面积小，按体积计算    细胞产率低。
    c、检测和控制环境条件受到限制。
3、动物细胞微载体培养:  

特点：a、可进行高密度细胞的培养。

4、细胞固定化培养

特点：a、细胞生长密度高，抗剪切力和抗污染能力强。

动物细胞培养用中空纤维反应器

特点：a、生长面积与容积之比达40余倍，其溶氧传质速率大

b、适用于大规模动物细胞培养

5、大多数植物细胞可采用间歇式反应器来进行培养。摇瓶、通用式发酵罐、鼓泡式、气升式和旋转圆筒式的生物反应器都可用于植物细胞培养。

十七、试述生物反应器开发的趋势和未来方向。

生物反应器新的发展趋势和未来方向，主要表现为：
1．开发活力高和选择性高的生物催化剂将继续占主要地位。 
2．改进生物反应器热量、质量传递的方法
  随生物催化剂比活力的提高，生物反应器的性能受传质传热的限制就急需解决，必须改进生物反应器传质传热的方法和设施。

3．工业规模生物反应器朝着大型化、自动化方向发展，并且计算流体力学技术被应用于反应器设计与放大，增强了对于生物反应器供氧、混合与剪切性能的可预期性。

4、高通量、微型化生物反应器应用于生物过程工艺快速开发和优化

5、针对具体培养对象的特殊性，出现了一些专门反应器，如光生物反应器、膜反应器、植物反应器、动物细胞一次性反应器、酶反应器等，这些新型生物反应器也正逐步实现工业规模应用。
十八、试述生物工业中常采用真空蒸发的特点。

   1) 物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温所产生的质变；

   2) 沸腾温度低，提高热交换的温度差，增加传热强度；

   3) 为二次蒸汽利用创造条件，可采用双效或多效蒸发，提高热能利用率；

   4) 沸腾温度降低，热损失减少。

十九、试述影响萃取操作的因素有哪些?

(1)萃取剂的选择。萃取剂应对欲分离的产物有较大的溶解度，并有良好的选择性，这些可用分离因素来表征，萃取剂选择除要求萃取能力强，分离程度高以外，在操作方面还要求：萃取剂与萃余液的相互溶解度要小，黏度低，便于两相分离萃取剂易回收，化学稳定性好且价廉易得。
(2)pH范围，pH一方面影响选择性，另一方面又影响分配系数，因而影响产物的萃取收得率。另外，pH还应选取在产物稳定的范围内。
(3)温度的确定:大多数生物工业产品在较高温度下都不稳定，故萃取应维持在室温或较低温度下进行。但低温下料液黏度高，传质速率慢，故萃取速度低。因此工艺条件允许时，可适当提高萃取温度，升高温度有时对提高分配系数有利。
(4)盐析、带溶剂、去乳化的作用：加入盐析剂如硫酸铵，氧化钠等可使产物在水中溶解度降低，从而使产物更多地转入溶剂中，另外也能减少萃取剂在水中的溶解度。
二十、什么是蒸发与结晶?蒸发与结晶的最大区别是什么?

蒸发(或称浓缩):将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化而将溶液浓缩的过程。

结晶:将高浓度的溶液或过饱和溶液缓慢冷却(或蒸发)，使溶质慢慢形成晶体析出的过程。
蒸发与结晶之间最大区别在于，蒸发是将部分溶剂从溶液中排出，使溶液浓度增加，溶液中的溶质没有发生相变，而结晶过程则是通过将过饱和溶液冷却、蒸发，或投入晶种使溶质结晶析出。

二十一、试述圆柱锥底发酵罐的特点。

（1）该罐具有锥底，主发酵后回收酵母方便。

（2）圆柱锥形罐具有相当高度，凝聚力较强的酵母可以沉淀，凝聚性差的酵母就需要离心分离。

（3）圆柱锥底罐是密闭罐，既可以作发酵罐，也可以作贮酒罐（二罐法）;也可将发酵和贮酒合二为一（一罐法）。由于是密闭罐，可以回收二氧化碳，CO₂气体由罐顶排出罐外并收集。

(4)罐内发酵液由于液体高度而产生CO2梯度(即形成密度梯度)。通过冷却控制，可使发酵液进行自然对流，罐体越高对流越强。由于强烈对流的存在，酵母发酵能力提高，发酵速度加快，发酵周期缩短。
(5)罐本身具有冷却夹套，冷却面积能够满足工艺上的降温要求。

(6)锥形罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵。

(7)可采用CIP自动清洗装置，清洗方便。
(8)锥形罐加工方便(可在现场就地加工)，实用性强。
二十二、简述植物细胞培养的特点以及常用的培养器的类型及优缺点。

植物细胞培养的特点：细胞个大生产速率慢培养液的黏度随细胞浓度的增加而显著上升有坚固的细胞壁，代谢产物不分泌到胞外而留在细胞内，因此要得到大量次级代谢产物，必须进行高密度培养。Kιa值比微生物培养的Kιa值小得多对剪切力敏感需CO2和光照。

 

植物细胞培养常用的培养器：

I悬浮培养反应器:机械搅拌反应器、非机械搅拌反应器

II 固定化细胞反应器:填充床反应器、流化床、膜反应器

I机械搅拌式反应器
优点：混合性能好，传氧效率高，操作弹性大，可用于细胞高密度培养。

缺点：剪切力大。
非机械搅拌式反应器
优点：剪切力较小，结构简单，没有搅拌轴更易保持无菌。
缺点：搅拌强度过低往往使培养物混合不均匀，对量的通气对细胞生长有阻碍作用，过量的溶氧对植物细胞合成次级代谢产物不利。

II 填充床反应器

优点：改善了细胞间的接触和互相作用，单位体积细胞较多。

缺点:由于混合效果不好常使来内单的传递、气体的排出、温度和pH的控制较困难，支持物破碎还易使填充床堵塞。

流化床

优点：混合效果较好:

缺点：流体的切变力和固定化颗粒的碰撞常使支持物颗粒破损，另外，流体力学复杂使其放大困难。

膜反应器
优点：与凝胶固定化相比，膜反应器的操作压力较低，流体力学易于控制，易于放大，而且能提供更均匀的环境条件，用时还可以进行产物分离以解除产物的反馈抑制。

缺点：成本较高。
二十三、试述生物反应器设计和操作的限制因素。
我们期望反应器的生产能力(g/L-h)越高越好。反应器的生产能力主要取决于两方面的因素:

1.生物催化剂(酶，微生物)的浓度和比活力。
2.反应器的传质和传热能力：当生物催化剂浓度较低且比活力也较低时，生物催化剂的因素是反应器生产能力的限制因素:但是生物催化剂的浓度较高且比活力也较高时，反应器传质和传热能力就成为提高反应器生产能力的限制因素。
  传质问题在高耗氧的生物反应过程中非常突出。人们设计了许多反应器结构，以提高传质效率。一般为了保持溶氧水平在生物临界溶氧水平之上，常输入更多的气体或者设法更好地分散气体，从而消耗大量的能量。

在热量传递方面，生物反应器通常在20~65C之间进行，为保持某一过程恒温培养，移出生物热发生困难，这个问题在大型反应器中表现更为突出。

二十四、为什么说“生物反应器的结构对生物反应器的产品质量、收率和能耗起到关键作用”?

与化学反应器的主要不同点是，生物（酶除外)反应都以“自催化”方式进行，即在目的产物生成的过程中生物自身要生长繁殖。因此，生物反应器的设计必须以生物体为中心，这就要求设计者既要有化学工程的知识，又要有生物学的基础。设计工程师除了考虑反应器的传质、传热等性能以外，还需要选择适宜的生物催化剂，这包括了解产物在生物反应的哪阶段大量生成、适宜的pH和温度，是否好氧和易受杂菌污染等；生物体是活体，生长过程可能受到剪切力影响，也可能发生凝聚成为颗粒，或因自身产气或受通气影响而漂浮于液面，材料的选择能确保无菌操作的设计；检验与控制装置的可靠性、安全性、经济性等。总之，生物反应器的设计原理是基于强化传质、传热等操作，将生物体活性控制在最佳条件，降低总操作费用。
二十五、风力输送的方式有哪些?各自的输送特点是什么。

1.吸引式输送

特点:多点吸料送到一点、负压状态，物料不会泄漏、风机在运行时不会污染物料、加料装置简单、物料造成风机磨损，输送动力有限，输送距离短，输送量小。
2.压力输送

特点:一点加料送到多点、输送动力大，输送距离长，输送量大、风机工作环境较好、需要特殊加料装置；正压输送，粉料易泄漏；风机污染物料。
3.混合式气流

特点：多点到多点的送料、提高了风机的工作效率、结构复杂。