生物工程设备复习大纲.doc

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,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1．4．2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）和信