生物工程通风搅拌反应器习题参考答案分析解析.docx

生物工程通风搅拌反应器习题参考答案分析解析.docx

《生物工程通风搅拌反应器习题参考答案分析解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物工程通风搅拌反应器习题参考答案分析解析.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

生物工程通风搅拌反应器习题参考答案分析解析

第1，2章通风搅拌反应器

一、单项选择题

1、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前___C___，以确保安全。

A.应该安装截止阀B.应该安装安全阀C.应该安装止回阀D.不应该安任何阀门

2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___A___反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米（大罐）。

A.小于一个或等于一个B.大于一个小于两个D.等于两个C.以上答案都不对

3、塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用B与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。

A.蒸气B.酒精C.冷凝水D.热水

4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_____C_____。

A.圆盘平直叶涡轮搅拌器B.螺旋浆式搅拌器C.无搅拌器D.锚式搅拌器

5、气升式发酵罐的优点是无需B。

A.空气过滤系统B.搅拌器C.空气喷嘴D.罐外上升管

6．机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是：

（A）

A．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降

B．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升

C．与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变

D．通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降

7．对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：

（C）

A．与通风量有关，与空气喷嘴直径有关

B．与通风量无关，与空气喷嘴直径有关

C．与通风量有关，与空气喷嘴直径无关

D．与通风量无关，与空气喷嘴直径无关

8.外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。

A.空气过滤系统B.搅拌器C.空气喷嘴D.罐外上升管

二、多项选择题

1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用__ABC_____封头。

A.锥形B.椭圆C.蝶形D.球形

2、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是__ACD___。

A.提高醪液湍流程度，有利于传质B.增加发酵罐罐壁的机械强度C.改变液流方向，由径向流改变为轴向流D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率

3、气升式发酵罐的特点有BD

A.高径比（H/D）比机械搅拌通风发酵罐的小　B.无需机械搅拌

C.无需空气压缩机D.溶氧速率较高

4、圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用ABC与啤酒发酵醪进行热交换。

A.乙二醇B.乙醇C.氨D.冷凝水

5、生产中使用的酒精发酵罐是受压容器，因此上下封头一般选用__ACD_封头。

A.锥形B.球形C.蝶形D.平板

6.喷射自吸式发酵罐的优点是。

A.空气吸入量与液体循环量之比较高B.无需搅拌传动系统C.气液固三相混合均匀D.适用好氧量较大的微生物发酵

三、填空题

1、目前，常用的通风发酵设备有

、

、

和

等，其中应用最多的是

。

2、通风发酵罐的消泡装置有

、

、

和

等。

3、通风发酵罐的主要结构有

、

、

和

等。

4、嫌气发酵设备包括

和

等，酒精发酵罐的全体积公式为

。

5、通用式发酵罐是典型机械搅拌通风发酵罐，其罐的传热装置有

、

和

等几种。

6．体外培养的动物细胞有两种类型,一种是________________，来源于血液、淋巴组织的细胞，许多肿瘤细胞（包括杂交瘤细胞）和某些转化细胞属于这一类型，可采用类似微生物培养的方法进行悬浮培养。

另一种是________________，大多数动物细胞，包括非淋巴组织的细胞和许多异倍体细胞属于这一类型，它们需要附着于带适量正电荷的固体或半固体表面上生长。

7.植物细胞悬浮培养所用生物反应器主要有

和

。

8、植物细胞培养反应器的固定化细胞培养反应器有

、

和

等类型。

四、判断题

（×）1、100m3通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160rpm之间，所用变速装置为无极变速器，以调整搅拌转速。

（√）2、通用式机械搅拌发酵罐的高径比一般为1.7-2.5

（×）3、一个10吨左右的通用式机械搅拌发酵罐往往采用夹套作为传热装置。

（√）4、在发酵罐排气系统中安装的碟式消泡器的工作原理与离心分离机基本相同。

（×）5、用通用式机械搅拌发酵罐进行糖化酶（黑曲霉）发酵时，在维持搅拌功率不变的前提下，减少搅拌器直径Ｄ，增加其转速ｎ，有利于提高溶氧系数，因此在糖化酶（黑曲霉）发酵罐设计时，采用小Ｄ高ｎ，对发酵有利。

（×）6、通用式机械搅拌发酵罐中搅拌器的作用是打碎泡沫,促使二氧化碳从醪液中排出。

（√）7、100m3通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160rpm之间,所用变速装置多为三角皮带轮变速。

（×）8、空气进罐的最后一个阀门往往采用安全阀，这是防止由于操作失误造成的发酵液倒流入空气过滤系统。

（×）9、比较涡轮式搅拌器的三种形式，以平叶式所消耗功率最小。

五、概念

1.搅拌器的轴功率

是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。

2.全挡板条件

是指在一定转数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：

D-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数

3.气体截留率

在通风液体中由于充气而导致的体积增加率。

通风前液体体积为VL,通风时体积的增加量为Vg,则气体截留率

六、问答题

1.以外循环为例来说明空气带升式（气升式）发酵罐的工作原理。

答：

在罐外装设上升管，与发酵罐构成一个循环系统，在上升管的下部有空气喷嘴，空气以250~300米/秒的高速度喷入上升管，与上升管的发酵液密切接触，使上升管内的发酵液密度较低，加上压缩空气的喷流动能，因此上升管的液体上升入罐。

罐内液体下降而进入上升管，形成反复循环，在上升管提供微生物所需要的溶解氧，使发酵正常进行。

2.通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘?

答：

通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低。

而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻挡，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。

3．啤酒发酵罐由于操作失误就可能造成罐内真空甚至被吸瘪，叙述造成上述事故的原因,以及预防和修复（被吸瘪）的方法。

答：

啤酒发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下转罐或进行内部清洗时造成的。

由于大型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快，有可能造成一定的负压。

另外，即便罐内留存一部分CO气体,在进行清洗时,由于清洗溶液中含有碱性物质,与CO2进行中和反应,除去了CO2也可能使罐内形成真空。

如果不即时进气，在外界压力作用下发酵罐就会被压瘪。

所以大型发酵罐应设防止真空装置，在罐顶安装一个真空安全阀。

真空安全阀的作用是当罐内出现真空时，阀门开启，允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平衡。

如果出现上述事故（发酵罐被吸瘪），可以用高压水涨法使其复圆。

4.什么是轴封？

机械轴封与填料函轴封相比有什么优缺点？

答：

轴封是安装在旋转轴与设备之间的部件，它的作用是阻止工作介质（液体、气体）沿转动轴伸出设备之处泄漏。

机械轴封与填料函轴封相比优点是:

密封可靠，在一个较长的使用期中不会泄漏或很少泄漏。

清洁，无死角，可以防止杂菌污染。

使用寿命长，正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用２～５年，最长有用到９年。

.维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。

轴或轴套不受磨损。

摩擦功率耗损少，一般约为填料函密封的10～50％

机械轴封对轴的精度和光洁度没有填料函要求那么严格，对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感，对轴的震动敏感性小。

适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种转速以及各种腐蚀性、磨蚀性、易燃、易爆、有毒介质的密封。

其缺点是：

结构复杂，需要一定的加工精度和安装技术。

七、画图题

1.画出通用式机械搅拌发酵罐（50M

以上）的示意图，并至少注明十个部件的名称。

2.画出柠檬酸厂5M

通用式机械搅拌种子发酵罐的示意图，并至少注明十个部件的名称。

八、计算题（第1、2题可任选一题）

1．某味精厂需新建50M3种子罐,装料系数为60%,已计算出主发酵期生物合成热Q1=7.0×105kj/h，搅拌热Q2=8.5×104kj/h,查有关资料可知汽化热Q3=1×104kj/h，醪液的比重为ρ=1.04×103kg/M3，发酵温度为32℃，冷却水进口温度为15℃，出水温度为26℃，冷却水的平均比热Cp=4.186kj/（kg.℃），罐内采用不锈钢盘管冷却，其规格为53/60（mm）,壁厚3.5mm，其导热系数λ=188kj/（M•h•℃），根据生产经验数据可取传热系数α1和α2分别为2700kj/（M

•h•℃）和1.45×10

kj/（M

•h•℃），另外管壁水垢层的热阻取1/16750M

•h•℃/kj，试求发酵罐冷却面积、盘管总长度和冷却水耗量。

参考公式：

　　　　　　　　；

；　　　　　　　　　　；　　　　

解:

1.总的热量

Q=Q1+Q2-Q3=7.0×105+8.5×104-1×104=7.75×105（kJ/h）

2.冷却水耗量

3.对数平均温度差

4.K值的计算

5.冷却面积

6

取整为38M2。

6.冷却蛇管总长度

2某抗菌素厂需新建30M3种子罐，装料系数为60%，已计算出主发酵期生物合成热Q1=4.4×105kj/h，搅拌热Q2=7.2×104kj/h，查有关资料可知汽化热Q3=1×104kj/h，醪液的比重为ρ=1.04×103kg/M3，发酵温度为32℃，冷却水进口温度为16℃，出水温度为25℃，冷却水的平均比热Cp=4.186kj/（kg·℃），罐内采用竖式蛇管冷却，蛇管为水煤管，其规格为53/60（mm），壁厚3.5mm，其导热系数λ=188kj/（M·h·℃），根据生产经验数据可取传热系数α1和α2分别为2.7×103kj/（M2·h·℃）和1.45×103kj/（M2·h·℃），另外管壁水垢层的热阻取1/16750M2·h·℃/kj，试求发酵罐冷却面积、竖式蛇管总长度和冷却水耗量。

参考公式：

　　　　　　　　；

；　　　　　　　　　　；　　

解:

1.总的热量

Q=Q1+Q2-Q3

=4.4×105+7.2×104-1×104

=5.02×105（kJ/h）

2.冷却水耗量

=1.33×104（kg/h）

3.对数平均温度差

4.K值的计算

=1.932×103kJ/（M2·h·℃）

5.冷却面积

根据生产实际情况取整A=25M2

6.竖式冷却蛇管总长度

=140.92（M）

3．有一50m3的发酵罐，装料系数为0.7,罐的直径为3m,采用三层六弯叶涡轮搅拌器进行搅拌,搅拌桨直径为1m,搅拌器转速为130转/分,罐内装有4块档板,通气量为25m3/min,罐压为0.05Mpa（表压）,培养温度为28℃,发酵液的粘度为1.96×10-3Pa·s,密度为1050kg/m3,封头直边高度为0.04m,封头凸出高度为（1/4）D

求:

液柱高度HL及H/D?

不通气时的搅拌功率为多少?

通气时搅拌功率为多少?

解：

1）求液柱高度HL及H/D

从安全的角度，把50m3的发酵罐认