生物工程设备试题Word文档下载推荐.docx
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9、将升、降膜蒸发器两个浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比，减低设备高度，以进一步提高降膜蒸发的传热系数。
[填空题]
10通风发酵罐中，（）的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。
挡板
11板框式压滤工作时，滤饼留在（）内，滤液由（）流出。
滤框；
滤板
12空气除菌的方法有（）、热杀菌、（）、辐射杀菌。
过滤除菌；
静电除菌
13过滤分离因数是离心分离机转鼓内的悬浮液或乳浊液在离心力场中所受的（）与（）的比值，即（）与（）的比值。
离心力；
其重力；
离心加速度；
重力加速度
14深层过滤的对数穿透定律（）。
进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数
15请写出下面工艺流程图名称，并注明各个设备的名称。
1-输送机
2-斗式提升机
3-贮料斗
4-锤式粉碎机
5-螺旋输送机
6-粉浆罐
7-泵8-预热锅
9-近料控制阀
10-过滤器
11-泥浆泵
12-单向阀
13-三套管加热器
14-蒸煮管道
15-压力控制阀
16-后熟器
17-蒸汽分离器
18-真空冷凝器
19-蒸汽冷凝器
20-糖化锅
16发酵过程中放出热量的计算方法有哪些？
简要叙述。
①通过冷却水带走的热量进行计算：
发酵液测得每米³
发酵液每小时传给冷却器最大的热量通过以下公式计算。
②通过发酵液的温度升高进行计算：
于气温最热的季节选择主发酵期产生热量最快最大的时刻，通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，关闭冷却水，观察罐内发酵液在半小时内上升的温度，再换算为一小时内上升的温度，则可按下式计算出单位体积发酵液每小时放出最大热量的近似值。
③通过生物合成热进行计算：
发酵过程中的热量即为发酵过程散发热（即呼吸燃烧热）和搅拌热减去进、出口空气汽化热和辐射热。
④通过燃烧热进行计算：
根据赫斯定律：
热效应决定于系统的初态和终态，而与变化的途径无关。
反应的热效应，等于产物的生成热的总和减去作用物的生成热的总和。
17年产1万吨谷氨酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为10%，提取总收率90%，年生产日期为300天，每发酵罐的进料量为24吨／小时，每4小时盛满一罐，发酵周期为48小时。
请合理选择发酵罐的公称容积并计算所需要的发酵罐个数，发酵罐主要尺寸，发酵罐的实际容积。
（发酵罐装液系数0.75，采用标准通风搅拌发酵罐尺寸，椭圆形封头直边高hb=0.1D；
取发酵罐H：
D=2：
1）
18简述机械搅拌通风发酵罐的各部件作用及原理。
①罐体（壁厚计算）
由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢。
为了满足工业要求，在一定压力和温度下操作，罐为一个受压耐温容器，通常要求耐受130℃和0.25MPa（绝对压力）。
②搅拌器：
有平叶式、弯叶式、箭叶式涡轮式和推进式等；
其作用是打碎气泡，使氧溶解于发酵液中，并使生物细胞悬浮于发酵体系中，以维持适当的气-液-固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。
从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。
③挡板作用：
防止液面中央形成旋涡流动，增加其湍动和溶氧传质。
常挡板宽度取（0.1～0.12）D，装设4~6块即可满足全挡板条件。
所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。
要达到全挡板条件必须满足下式要求：
④轴封作用：
使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。
常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种
端面式轴封又称机械轴封：
密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。
三部分：
动环和静环、弹簧加荷装置、辅助密封元件
⑤空气分布器
空气分布器的作用：
吹入无菌空气，并使空气均匀分布。
分布装置的形式有单管及环形管等，常用的分布装置有单管式。
空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。
⑥消泡装置
消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置，从而达到消泡的目的。
两种消泡方法：
（1）加入化学消泡剂；
（2）使用机械消泡装置
⑧轴承
中型发酵罐一般在罐内装有底轴承；
大型发酵罐装有中间轴承。
⑨冷却装置（竖式蛇管冷却和竖式列管冷却器可以起到档板的作用。
）
19写出啤酒发酵罐的计算公式：
①前发酵槽的计算发酵槽数目的确定：
（）前发酵槽体积的确定：
（）前发酵槽冷却面积计算：
（）②后发酵槽的计算后发酵槽数目的确定：
（）后发酵槽全体积的确定：
（）
N=nt；
；
20简述连续发酵与间歇发酵的优缺点。
间歇发酵：
操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。
连续发酵：
培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，从而保证了产品质量和产量稳定的优点，同时发酵周期短，设备利用率和生产效率高，节省人力和物力以及生产管理稳定，易于自动化生产。
连续发酵存在的问题：
（1）微生物的突变
（2）污染杂菌
（3）混合均匀度不理想
（4）丝状菌的输送困难
21植物细胞培养具有的优点有哪些？
（1）代谢产物的生产完全在人工控制条件下进行，可以通过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的代谢产物；
（2）培养在无菌条件下进行，可排除病菌和虫害侵扰；
（3）可以进行特定的生物转化反应；
（4）可以探索新的合成路线和获得新的有用物质等。
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22简述光生物电极的测量原理。
①生物发光反应的测量原理；
②生物物质的光吸收、光激发；
③生物反应物质对光传播对干扰原理。
竞争结合型、光吸收型、荧光淬灭型、指示剂型、生物发光型和光传递干扰型。
组织传感器
以动植物组织薄片材料作为生物敏感膜的电化学传感器称为组织电极，此系酶电极的衍生型电极.动植物组织中的酶是反应的催化剂.与酶电极比较，组织电极具有如下优点：
1.酶活性较离析酶高。
2.酶的稳定性增大。
3.材料易于获得。
工作原理：
将热能变化转换为电信号；
将光效应转换为电信号；
直接产生电信号。
23固体物料的筛选除杂设备具体包括哪些？
谷物原料粗选设备：
大麦粗选机、磁力除铁器。
大麦精选机：
利用杂粒与大麦不同的特点进行分离。
谷物原料的精选设备：
碟片式精选机：
特点：
工作面积大，转速高，产量大，碟片损坏可以更换。
滚筒精选机：
优点：
分离出来的杂粒中含大麦较少，缺点：
袋孔利用系数低，产量低，且工作面磨损后不能恢复。
大麦的分级设备：
平板分级筛：
分离效率高；
占地面积小；
能耗低；
造价、维修困难。
圆筒分级筛：
设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。
缺点：
筛面利用率少，仅为整个筛面的1/5。
24简述两辊式粉碎机的工作原理。
由两个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住辊啮入两辊之间，物料受到挤压力而被破碎。
25简述实罐灭菌、连续灭菌及灭菌时间的计算。
实罐灭菌：
将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，又称分批灭菌。
要保证分批灭菌的成功，必须有：
1.内部结构合理，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象的发酵罐；
2.压力稳定的蒸汽；
3.合理的操作方法
灭菌时间的计算
例：
有一发酵罐，内装培养基40m3，在121℃的温度下进行实罐灭菌。
设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2×
107个，在121℃时的灭菌速率常数为0.0287s-1。
试求灭菌失败的机率为0.001所需的时间。
连续灭菌：
指培养基连续加热、维持和冷却后进入发酵罐。
有以下优点：
（1）提高产量，设备利用率高。
（2）与分批灭菌比较，培养液受热时间短，培养基中营养成分破坏较少。
（3）产品质量较容易控制；
蒸汽负荷均衡，操作方便。
（4）降低了劳动强度，适用于自动控制。
有一发酵罐，内装培养基40m3，在131℃的温度下进行连续灭菌。
107个，在131℃时的灭菌速率常数为0.25s-1。
26简述离子交换的原理。
离子交换过程包括5步：
1.A+自溶液扩散到树脂表面；
2.A+从树脂表面扩散到树脂内部的活性中心；
3.A+在活性中心发生交换反应；
4.解吸离子B+自树脂内部的活性中心扩散到树脂表面；
5.B+从树脂表面扩散到溶液。
27简述升膜式蒸发器工作原理、降膜式蒸发器工作原理。
1）升膜式蒸发器
物料从加热器下部进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。
对于加热管子直径、长度选择要适当，管径不宜过大，一般在25～28毫米之间，管长与管径之比一般为100－150，这样才能使加热面供应足够成膜的汽速。
2）降膜式蒸发器
物料从加热管上部进入，经分配器导流管进入加热管，沿管壁成膜状向下流。
3）升降膜式蒸发器
物料先进入升膜加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜蒸发，浓缩液从下部进入汽液分离器，分离后，二次蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓缩液从分离器下部出料。
升降膜式蒸发器的特点：
①易达到升膜和降膜的要求；
②有利于降膜均匀分布，提高传热系数；
③用升膜控制降膜进料，有利于操作；
④两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比，减低设备高度。
28简述气流干燥流程中脉冲管的工作原理。
物料在脉冲管底部，压缩空气从底部左右方向进入，而热空气则从底部下方进入，压缩空气和热空气均充分和物料接触，而形成对流进行传热与传质，热空气再从上方出去。
29简述水蒸汽蒸馏的原理。
水蒸汽蒸馏是用水蒸汽来加热混合液体，使具有一定挥发度的被测组分与水蒸汽分压成比例地自溶液中一起蒸馏出来。
当某些物质沸点较高，直接加热蒸馏时，因受热不均匀易局部炭化，还有些被测成分，当加热到沸点时可能发生分解。
这些成分的提取，可用水蒸汽蒸馏。
原理：
当植物性芳香原料浸在水中并加热至沸腾或用蒸汽通过芳香原料的料层中，由于原料组织表面的芳香油分与沸水或蒸汽直接接触，从而产生水和油的两个蒸汽分压。
混合蒸汽通过导气管进入冷凝器进行冷凝冷却，然后再经过油水分离后，即得精油。
所谓“水散”，就是指水向原料组织进行渗透，并以它作为载体，将精油逐步扩散到组织表面，这种现象称为“水散”所用。
只有当精油传递到组织表面，才能形成水和油两个分压，精油才能被蒸出，所以“水散”作用在水蒸汽蒸馏过程中就显得十分重要了。
“水散”方法有两种：
一种是锅外“水散”，另一种是锅内“水散”。
水蒸汽蒸馏的常规方法大致可分为三种形式，即水中蒸馏、水上蒸馏与直接蒸馏。
30简述两级冷却、分离、加热的空气除菌流程（各设备的结构及作用）。
流程：
空气→粗过滤器→空压机→贮罐→一级冷却器→旋风分离器→二级冷却器→丝网分离器→加热器→过滤器→无菌空气
流程特点：
两次冷却，两次分离，适当加热
粗过滤器：
搜集较大灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，减轻总过滤器负荷
压缩机：
吸入空气并使其获得较高的离心力，再将其部分动能转变为静压输出
贮罐：
消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定空气压力，利用重力沉降除去部分油雾
一级冷却器：
降低空气温度，将油、水冻结成较大雾粒
旋风分离器：
分离空气中较大微粒，并除去油和水
二级冷却器：
降低空气温度，使其进一步冷却后析出较小的雾粒
丝网分离器：
分离较小直径的雾粒
加热器：
将空气相对湿度降低至50%-60%，保证过滤器正常进行
过滤器：
除去空气中余留的较小雾粒，获得无菌空气
31如何选择输送方式？
选择输送方式时，应根据物料的特性、输送量、输送距离、线路状况、动力消耗等因素，综合进行考虑。
一般对于大麦、大米等松散的粒状物料，最适宜用气流输送；
而较大的块状物料或过细的粉状物料，气流输送时困难较大。
输送量大且能连续运行的操作，宜用气流输送；
输送量少且是间歇操作的，不宜用气流输送。
对短距离输送，宜用低压压送；
长距离输送，则以高压压送有利。
32简述水处理的三个阶段及设备。
1）水过滤机理：
水过滤是一系列不同过程的综合效应，包括筛滤、深层过滤和静电吸附。
常用水的过滤装置：
①砂滤棒过滤器：
砂滤棒（又称砂芯）系选用多孔陶瓷原料经高温烧结而成。
棒身具有许多细微孔，是过滤器发挥过滤作用的主体部分，未经处理的原水经过滤棒本身透过达到过滤澄清的目的。
过滤器分上下二层，中间置放隔水板一块。
隔水板即是固定滤棒的装置，又起液体过滤前后分界作用。
②活性炭过滤器：
活性微孔径为2～5nm。
利用活性炭的表面吸附和机械过滤作用除去水中的杂质，常用于离子交换法和电渗析法的前处理。
③中空纤维超滤装置
2）水的软化或脱盐
①离子交换装置
②电渗析装置
利用阴、阳离子交换膜对水中离子具有选择性和透过性的特点。
在外加直流电场的作用下，使原水中阴、阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜迁移，从而达到除盐的目的。
电渗析器有立式和卧式两种。
由离子交换膜、隔板、电极、极框、压紧装置等组成。
3）水的杀菌
①氯杀菌：
常用的氯杀菌剂有活性二氧化氯、漂白粉和次氯酸钠。
②紫外线杀菌
③臭氧杀菌
33蒸发过程的必要条件是什么？
①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。
②保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。
③一定的热交换面积，以保证传热量。
34离心澄清机
藉离心沉降速度的不同将固液两相分开的离心机称作离心澄清机。
35叙述喷射加热器的工作原理，它适用于哪些地方（工序）。
喷射加热器主要由喷嘴、吸入室和扩大管组成。
当物料以高速经过喷嘴时，它的动能增大，静压能变小，造成吸入室内出现负压，将蒸汽吸入室内，物料与蒸汽在扩散管的喉部充分混合，物料被加热，在扩散段内速度逐渐降低，压力随之升高，动能又转化为静压能，从出口排出。
喷射加热器适用于连续加热物料的地方（工序），如连续灭菌等。
36什么是离心分离机？
叙述离心分离机分离两种不同重度液体的原理。
藉离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离机。
离心分离机机的转鼓内有数十只（50-80）形状和尺寸相同的碟片，碟片按一定间距（0.5-1.2mm）叠置起来组成碟片组，每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几个对称分布的圆孔许多这样的碟片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂直的通道。
两种不同重度液体的混合液进入离心分离机后，通过碟片上圆孔形成的垂直通道进入碟片间的隙道，并被带着高速旋转，由于两种不同重度液体的离心沉降速度的不同，重液的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，轻液的离心沉降速度小，则向轴线流动。
这样，两种不同重度液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。
37在味精生产过程中（包括麸酸）使用了哪些结晶设备？
采用真空煮晶锅进行味精的精制，其优点是什么？
在味精生产过程中（包括麸酸）使用了三种结晶设备，立式结晶箱（也称等电罐），卧式结晶箱（也称育晶槽），真空煮晶锅。
采用真空煮晶锅进行味精的精制，其优点是可以控制溶液的蒸发速度和进料速度，以维持溶液一定的过饱和度进行育晶，同时采用连续通入未饱和液来补充溶质的量，使晶体长大。
真空煮晶锅内的真空度可用蒸汽喷射泵、水力喷射泵或真空泵来产生。
38简述流化床干燥的特点。
1.传热传质速率大。
由于颗粒在气流中自由翻动，颗粒周围的滞流层几乎消除，气一固间的传热效果优于其他干燥过程。
体积传热系数一般都在4200OkJ／（m3·
h·
℃）以上，是所有干燥器中体积干燥强度最大的一种。
2.干燥温度均匀，易于控制。
由于物料在干燥器中的停留时间可以控制，可使发酵设备习题集物料的最终含水量降到很低水平，且不易发生过热现象。
3.连续化、自动化操作。
干燥与冷却可连续进行，干燥与分级可同时完成，有利于连续化、自动化操作，且设备结构简单，生产能力高，动力消耗小。
39、空气过滤系统中旋风分离器的作用是（）。
A.分离油雾和水滴
B.分离全部杂菌
C.分离二氧化碳
D.分离部分杂菌
40、安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是（）。
A.将空气过滤为无菌空气
B.过滤分离空气中的油雾
C.过滤分离空气中的水滴
D.减轻总空气过滤器的过滤负荷
D
[多项选择题]
41、好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是（）。
A.给培养微生物提供氧气
B.也能起一定的搅拌作用，促进菌体在培养基中不断混合，加快生长繁殖速度
C.打碎泡沫，防止逃液
D.保持发酵过程的正压操作
A,B,C
42、空气过滤系统中旋风分离器的作用是（）。
A.分离油雾
B.分离泡沫和水汽
C.分离水滴
A,C
43培养基
是指供特定的微生物、动物细胞、植物细胞、细胞组织、微藻生物等进行生长、繁殖、代谢和合成产物需要的，按一定比例配制而成的营养物质。
44什么叫临界流化速度？
什么是吹出速度？
临界流化速度即床层的压降等于单位截面床层的重力，全部颗粒刚好浮起时流体的表观流速。
为流化操作时的最小速度。
吹出速度：
气流将物料从顶部吹出的速度叫吹出速度，也就是流化操作时的最大速度。
45分批培养中的细胞生长的阶段分为哪几个？
各阶段微生物反映的是什么生长状况？
A.迟滞期，生物种子接入培养基后对环境有一个适应阶段，此阶段细胞的总量和浓度保持不变，即细胞不生长也不合成产品。
B.加速生长期，细胞适应新环境开始生长和繁殖，细胞的个体差异造成细胞量的逐步增加。
C.指数生长期，又称对数期，细胞的数量每隔一段固定的时期就会翻一翻。
D.减数生长期，细胞的生长繁殖造成营养物质的稀少，代谢产物对其生长造成影响并受到限制，因袭增长速度减缓。
E.平衡生长期，细胞的增长和死亡速率相等，达到平衡，此时设备的你哦孤独达到最大并保持恒定，为产品大量合成的阶段。
F.负生长期，在营养和代谢产物的共同作用下，细胞的死亡速率大于生长速率，细胞数量成降低趋势。
46辊式粉碎机是如何粉碎物料？
它有几类？
原理：
主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒，装在两辊之间的物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。
两辊式、四辊式、五辊式、六辊式。
47球磨机粉碎时，粒度，研磨体的尺寸，装填量之间有什么样的关系？
在粒度较大物料研磨时，研磨体的尺寸要大些，装填量少些，使冲力作用加强；
反之，研磨体尺寸小些，装填量多些，则有利于小粒物料的研磨。
研磨体装填量、尺寸大小和转速的配合直接影响着球磨机的操作质量。
研磨体（球体）装填量越少，筒体转速越大（在极限转速范围内），则研磨体的滑动也越小，故对物料的研磨作用也较小。
48请说明气流输送的原理。
借助强烈的空气流沿管道流动，把悬浮在气流中的物料送至所需的地方。
A.粒子向下加速运动：
W＞Fa+Fs2）
B.粒子相对静止（或匀速直线下落）：
W=Fa+Fs3）
C.粒子向上加速运动：
W+Fs＜Fa粒子不再静止悬浮，而是向上作加速运动。
此时的气流速度大于粒子的悬浮速度，气流速度迫使粒子向上运动。
49气力输送系统由哪五部分组成？
1供料器
（1）吸嘴
（2）旋转加料器
2输料管
3分离器
（1）容积式分离器
（2）离心式分离器
4空气除尘器
（1）离心式除尘器
（2）布袋式过滤器（3）洗涤式除尘器
5风机或真空泵
50四器组合的啤酒麦芽汁制备系统由哪些设备组成？
四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁蒸煮锅；
51有哪些方法可实现空气的增湿和减湿？
增湿方法1.往空气中直接通入蒸汽；
2.喷水；
3.空气混合增湿。
减湿方法1.喷淋低于该空气露点温度的冷水；
2.使用热交换器把空气冷却至其露点以下；
3.空气经压缩后冷却至初温，使空气减湿；
4.用吸收或吸附法除掉水气，使空气减湿；
5.通入干燥空气。
52水的软化脱盐可采用哪些方法？
离子交换法、电渗析法、反渗透法等。
53
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