生物工程设备复习大纲.doc

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1、1.1生物反应器设计基础1、发酵罐数的确定。可参考课件作业1.2通风发酵罐1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。答:1.机械搅拌发酵罐(TRC)工作原理:利用机械搅拌器的作用,使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解,以保证供氧。优点:高生产效率,高经济效益。2.气升式发酵罐(ALR)工作原理:把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中,通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎,同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动,而气含率小的发酵液则下沉,形成循环流动,实现混合与溶氧传质。特点:1)反应溶液分布均匀2)较高的溶氧速率和溶氧效率3)剪切力小4)传热良好5)结构简单6)能

2、耗小7)不易染菌8)操作和维修方便3.自吸式发酵罐工作原理:不需空气压缩机提供加压空气,而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气,实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。优点:(1)不必配备空气压缩机及其附属设备,节约设备投资,减少厂房面积;(2)溶氧速率高,溶氧效率高,能耗较低;(3)生产效率高、经济效率高(4)设备便于自动化、连续化。缺点:较易产生杂菌污染,需配备低阻力损失低高效空气过滤系统,罐压较低,装料系数约为40%。4.通风固相发酵罐优点:设备简单,投资省。2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件作用及原理。1-轴封;2、20-人孔;3-梯;4-联轴;5-中间轴承;6-温度计

3、接口;7-搅拌叶轮;8-进风管;9-放料口;10-底轴承;11-热电偶接口;12-冷却管;13-搅拌轴;14-取样管;15-轴承座;16-传动皮带;17-电机;18-压力表;19-取样口;21-进料口;22-补料口;23-排气口;24-回流口;25-视镜;3、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算(非通气状态和通气状态注意参数单位)。非通气状态:通气状态:1.3嫌气发酵罐1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。2、酒精发酵罐的计算。3、啤酒发酵罐的计算及设计中涉及的问题(如压力、真空、发酵液混和及对流)等。4、新型啤酒发酵设备的优缺点。答:圆筒体锥底立式发酵罐(简称锥形罐)的优点在于能缩短发酵时间

4、,而且具有生产上的灵活性,适合于生产各种类型啤酒的要求。朝日罐的优点:可加速啤酒的成熟。发酵时罐的装量达96%,提高设备利用率,减少了排除酵母时发酵液的损失。缺点:动力消耗大。  5、CIP在位清洗。预冲洗-----碱预洗---中间清洗----固定喷头喷洗----碱喷洗----清水冲洗-----酸冲洗6、连续发酵与间歇发酵的优缺点。答:连续发酵:培养液浓度和代谢产物含量相对稳定,发酵周期短,设备利用率和生产效率高,易于自动化生产。缺点:微生物的突变,污染杂菌,混合均匀度不理想,丝状菌的输送困难。间歇发酵:操作简单,发酵周期长,发酵罐数多,设备利用率低。1.4.1动物细胞培养反应器1、动物

5、细胞培养的特点。答:1.细胞生长缓慢,易受微生物污染,培养时需要抗生素;2.动物细胞较微生物大得多,无细胞壁,机械强度低,适应环境能力差;3.培养过程需氧量少,且不耐受强力通风与搅拌;4.在机体中,细胞相互粘连以集群形式存在;5.培养过程产物分布于细胞内外,成本高,产品价格昂贵;6.大规模培养时,不可套用微生物反应的经验;7.原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡。2、动物细胞培养反应器的分类。答:1.通气搅拌式细胞培养反应器2.气升式细胞培养反应器3.中空纤维细胞培养反应器4.实验室水平的微囊细胞培养反应器5.工业化水平的大载体细胞培养反应器6.微载体细胞培养反应器7.活体生物反应器1.

6、4.2植物细胞培养反应器1、植物细胞培养反应器的分类。答:2、植物细胞培养与微生物培养的区别。答:细胞的大小细胞块的形状培养液的黏度需氧量Kla值比微生物培养的Kla值小得多对剪切力敏感需CO2和光照1.4.3微藻细胞培养反应器1、微藻细胞培养的特点及反应器种类。答:特点:(1)需要足够的光照;(2)需要供应大量的CO2和排放大量的O2;(3)混合均匀,防止细胞沉降,且使细胞受光均匀;(4)微藻的培养基多采用海水配制,除淡水藻外。种类:1.敞开式培养反应器2.密闭式培养反应器3.管道式光培养反应器4.浅层溢流光培养反应器1.5生物反应器的检测与控制1、生物工程对传感器的要求。答:(1)传

7、感器能经受高压蒸汽灭菌;(2)传感器及其二次仪表具有长期稳定性;(3)最好能在过程中随时校正;(4)探头材料不易老化,使用寿命长;(5)探头安装使用和维修方便;(6)解决探头敏感部位被物料(反应液)粘住、堵塞问题;(7)价格合理,便于推广使用。2、生物传感器及其组成。答:生物传感器将生物体的成份(酶、抗原、抗体、激素)或生物体本身(细胞、细胞器、组织)固定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。组成:敏感元件(分子识别元件)

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