生物工厂工艺设计题库含答案

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1、复习资料1、 简述酒精生产过程对淀粉原料进行糖化时的主要设备及作用。（1）主要设备：糖化工段主要设备由真空冷却气液分离器、真空泵、连续糖化罐及螺旋板式换热器。（2）作用：真空冷却气液分离器：蒸煮醪自接近常压的气液分离器出来经过减压阀，醪液产生大量的蒸汽，温度骤降，汽醪混合液流体以极高速度进入真空冷却气液分离器，醪液温度降至与容器真空度相对应的温度。因此气液分离器的设计主要是保证汽醪分离，输送曲液（糖化醪液稀释水）到喷射-蒸汽的湍流中是依靠发生引射的混合效果，使曲液与蒸煮醪充分接触。醪液冷却下来连续的流入糖化醪内。真空泵：维持真空冷却气液分离器真空环境。连续糖化罐：将已糖化醪或曲乳（液）混合，维

2、持一定的发酵温度（60、3045min）,保持流动状态，淀粉在酶的作用下变成可发酵性糖。螺旋板式换热器：螺旋板式换热器用于后冷却。2、 简述可行性研究的任务、意义和主要内容。（1） 任务：根据三级经济规划(包括国家、地区与行业的)要求，或根据市场经济的要求，对拟建(扩、改建)工程项目的技术性、经济性和工程实施性，进行全面调查、预测、分析和论证，做出是否合理可行的科学评价，最后写出可行性研究报告，为国家主管部门对项目做出决策提供可靠依据。（2） 意义：可行性研究实质是对投建的工程项目，进行全面的技术经济分析，从而避免和减少建设项目决策的失误，提高建设投资的综合效益，是决定项目投资命运的关键。如果

3、没有可行性研究，或者有研究但不深入、分析预测不准确、经济评价不科学，都会对项目的投资与投产带来难以弥补的经济损失。（3）主要内容：1、总论（项目背景，研究工作依据和范围） 2、根据经济预测、市场预测确定项目建设的规模和产品方案 3、资源、原材料、动力、运输、供水等配套条件及公用设施的落实情况 4、建厂条件、厂址选择方案及总图布置方案 5、工艺技术、主要设备选型、建设标准及相应的技术经济指标 6、主要单项项目、公用辅助设备、总体布置方案和土建工程量估计 7、环境保护、安全生产、劳动卫生、消防、GMP等要求和采取的相应措施方案 8、企业组织、劳动定员和人员培训设想 9、建设工期和实施进度 10、投

4、资估算和资金筹措 11、经济效益和社会效益评价 12、结论3、简述总平面设计的内容、原则和步骤。（1）内容：1平面布置设计 ；2竖向布置设计；3运输设计；4管线综合设计；5绿化设计。（2）原则：严格遵照“依据”的要求进行布置设计。既要结合厂址自然条件因地制宜，又要注重技术经济性、节约用地、节省投资和留有发展余地。（依据：审批的设计任务书、厂址选择报告和厂址总平面布置方案草图及生产工艺流程简图。）（3）步骤：(一)初步设计方案图(总平面布置资料图) 工厂总平面布置图(初步设计成品图) (二)施工图设计工厂总平面施工资料图工厂总平面布置施工图4、 简述物料衡算的方法和步骤。(1)明确衡算目的要求；

5、如通过物料衡算确定生产能力、纯度、收率等数据。(2)绘出物料流程示意图，划定衡算范围；画流程简图步骤及要点如下： 1）流程简图中的设备可用方框表示;2）用线条和箭头表示物料流股的途径和流向；3）标出流股的已知变量（流量、组成等）4）未知量用符号表示。根据已知量和未知量划定体系，应特别注意尽量利用已知条件，要求的未知量要通过体系边界，且应使通过边界的物料流股的未知项尽量少。(3) 写出所有化学反应方程式；包括所有主副反应，且为配平后的，将各反应的选择性、收率注明。(4) 收集与物料衡算有关的计算数据；规模和年生产日；原辅材料、中间体及产品的规格；有关的定额和消耗指标；有关的物理化学常数，如密度、

6、蒸气压、相平衡常数等。(5) 选定衡算基准；计算中要将基准交代清楚，过程中基准变换时，要加以说明。(6)列出物料平衡方程式，进行物料衡算；(7)编制物料平衡表；(8)必要时画出物料衡算图。5、 简述啤酒厂糖化设备的组合方式及优点：（1） 二器组合：常见于小型啤酒厂。由一只糖化过滤槽和一只糊化煮沸锅构成一套单式糖化系统,每天可糖化2次左右。该套组合的特点是:一锅二用,投资少,设备利用率高,但生产效率较低。（2） 四器组合：常见于中型啤酒厂。由糊化锅、糖化锅、过滤槽和煮沸锅4只专用设备构成一套复式糖化系统,每天可糖化4次左右。该套组合的特点是设备分工明确,但利用率极不均衡。（3） 五器组合：常见于

7、中型啤酒厂的技术改造中。在四器组合的基础上,增加一只暂贮罐,用于暂贮过滤后的麦汁,可以此缩短等待煮沸锅的时间,提高整个系统的生产效率,使每天的糖化能力增加到6次。（4） 六器组合：常见于大型啤酒厂。一只糊化锅，一只糖化锅，一只过滤槽和两只麦汁煮沸锅，一只回旋沉淀槽，一只麦汁冷却器。每天可糖化8次左右,该套组合的特点是糊化锅与糖化锅的利用率已达到最高。6、 简述生物反应器放大的基本方法及其特点。（1） 基本方法：理论方法：所谓理论放大法，就是建立及求解反应系统的动量、质量和能量平衡方程，2个反应系统可用同一微分方程描述；半理论方法：考虑液流主体的流动，忽略局部如搅拌叶轮或罐壁附近的复杂流动；因次

8、分析法：维持生物发酵系统参数构成的无因次数群（称为准数）恒定不变，把反应系统的动量、质量、热量衡算以及有关的边界条件、初始条件以无因次形式写出用于放大过程；数学模型法：利用数学模型进行模拟放大；经验规则：维持P0/V不变或者维持P0/V不变。（2）特点：把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大，而是以相似论的方法进行放大。在生物反应器中存在三种不同类型的重要过程：热力学过程，微观动力学过程和传递过程。其中传递过程在生物反应器比拟放大中影响最大：1）反应器放大后，系统内的动量传递过程将相应变化，2）搅拌器的搅拌剪切作用随反应器规模增大而增加，3）这不仅影

9、响细胞团的分散状态如絮凝，悬浮，结成团块，严重时还会使细胞本身产生剪切损伤作用放大后，传递过程对生物发酵过程的影响：1）通气发酵厌气发酵2）连续发酵间歇发酵。7、 简述生物工程设备清洁程度的确认方式。（1） 清洁程度的检验（2） 表面清洁规范（3） 蛋白质污染物清洁的检验（4） 清洗后残余细胞的检验（5） 致热物质的检验（6） 最终漂洗结果的检验8、 简述发酵罐实罐灭菌采用的“三路进汽”原理和实罐灭菌的进、排汽原则。（1） 原理：“三路进汽”是在对培养基灭菌时，让蒸汽从空气进口、排料口、取样口进入罐内，使培养基均匀翻腾，达到培养基灭菌之目的。这是因为这三个管都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形

10、成灭菌死角。（2） 原则：进、排汽原则是“非进即出”：所有进入发酵罐的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定要进行排气，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通过，得以灭菌。不能有既不进汽也不排汽的管道（死角）存在。9、 简述项目建议书的任务、意义和主要内容。（1）任务：项目建议书是设计工作的前奏，其任务是向国家、省、市有关主管部门直接申请工程项目，以期批准立项，进行厂址选择调研工作及可行性研究工作。（2）意义：对于大、中型工程项目国家有严格的管理规定，需要按程序报国家有关部门批准。对于小型工程项目，项目建议书由主管部门批准，可按明确的设计方案，直接进行施工图设计，使设计程序得以简化。 （3）内容：1

11、、投资项目提出的必要性； 2、产品方案、拟建规模和建设地点的初步设想； 3、资源情况、建设条件、协作关系的初步分析； 4、投资估算和资金筹措设想； 5、项目大体进度安排； 6、经济效益和社会效益的初步评价。10、 简述厂址选择的一般原则及厂址方案比较的方法。（1） 原则：厂址的位置要符合城市规划(供汽、供电、给排水、交通运输、职工文化生活、商业网点)和微生物发酵工厂对环境的特殊要求。厂址的地区要接近原料、燃料基地和产品销售市场，还要接近水源和电源。具有良好的交通运输条件。场地有效利用系数较高，并有远景规划的最终总体布局。有一定的基建施工条件和投产后的协作条件。厂址选择要有利于三废处理，保证环境

12、卫生。（2） 比较方法：厂址比较方法主要有统计学方法和方案比较法。统计学方法：就是把厂址的诸项条件(自然条件和技术经济条件)当作影响因素，把要比较的厂址编号，然后对每一厂号厂址的每一个影响因素，逐一比较其优缺点，并打上等级分值，最后把诸因素比较的等级分值进行统计，得出最佳厂号的选择结论。方案比较法：就是以厂址自然条件为基础，以技术经济条件为主体，列出其中若干条件作为主要影响因素，形成厂址方案。然后对每一方案的优缺点进行比较，最后结合以往的选择厂址经验，得出最佳厂号的选择结论。11、 简述连续发酵的特点和基本方式。（1） 特点：优点：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

13、效率高，易于自动化生产，发酵过程中微生物维持稳定状态，细胞处于均质状态。缺点：微生物的突变、染菌、混合均匀度、丝状菌的输送。（2）方式：从单罐连续发酵发展到多罐的串联连续发酵。从单罐连续发酵发展到多罐的串联连续发酵。基本理论是连续发酵动力学为主。12、 简述工艺流程的设计原则和设计步骤。（1）原则：保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量要求；尽量采用成熟的、先进的技术和设备。（努力提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、电、汽及其他能源的消耗，降低生产成本，使工厂建成后能迅速投产，在短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠）实施清洁生产，有完善的三废

14、治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用；确保安全生产，以保证人身和设备的安全；生产过程尽量采取机械化与自动化，实现稳产、高产。（2）步骤：绘制工艺流程框图；绘制工艺流程示意图；绘制物料流程图；绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图；绘制施工阶段带控制点的工艺流程图。13、 简述车间布置设计的原则和基本内容。（1）基本原则：1、车间布置应符合生产工艺要求的原则； 2、车间布置应符合生产操作要求的原则； 3、车间布置应符合设备安装、检修要求的原则； 4、车间布置应符合厂房建筑要求的原则； 5、车间布置应符合节约建设投资要求的原则； 6、车间布置应符合安全、卫生和防腐蚀的要求

15、7、车间布置应符合生产发展的要求。（2）基本内容：1、厂房的整体设计； 2、设备的排列和布置； 3、车间附属工程设计； 4、车间布置设计说明； 5、车间布置设计的图纸。14、 简述机械搅拌通风发酵罐的冷却方式及其使用范围和特点。15、 简述气升式发酵罐的工作原理。工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过汽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下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。虽然没有搅拌器，但形成定向循环流动。16、简述热量衡算的方法和步骤。(1)明确衡算目的，如通过热量衡算确定某设备或装置的热负荷、加热剂或冷却

16、剂的消耗量等数据。(2)明确衡算对象，划定衡算范围，并绘出热量衡算示意图。(3)收集与热量衡算有关的热力学数据，如定压比热、相变热、反应热等。(4)选定衡算基准，在计算各项热量之前，首先要确定一个计算基准。一般情况下，可以0和1.013105 Pa为计算基准。对于有反应的过程，也常以25和1.013105Pa为计算基准。(5)列出热量平衡方程式，进行热量衡算。当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时，输入系统的热量与离开系统的热量应平衡，由此可得出传热设备的热量平衡方程式为：(6)编制热量平衡表。17、简述厂房的整体布置的原则。（1）厂房的整体布置应根据生产规模，工艺流程、原料来源、水源、

17、电源、热源、交通、气候条件、厂区地形特点、工程及水文地质条件以及主要生产车间与辅助生产车间、公用福利设施的关系而定。有几种式布置和分散式布置两种方式，单多采用几种式布置，即将主要生产工段几种在一个联合车间内，各个工艺布置实例都是集中式布置。（2）厂房的平面布置应考虑工艺流程的合理性，力求简单，紧凑，占地面积小，运输方便，并留有扩建的余地。柱网布置应尽可能符合建筑模数制的要求。（3）厂房垂直方向的布置采用多层或单层，主要根据工艺特点确定。每层层高主要由设备高度，检修安装要求而定，并满足采光通风的要求，但最低层高不宜低于2.5m。层高的确定应符合建筑模数制的要求。（4）厂区布置和主要道路应贯彻不流

18、与货流分流的原则，尽量避免相互交叉。厂区道路面应选用整体性好、灰尘少的材料，如沥青、混凝土。车辆的停车场应远离药品生产厂房。厂房与道路之间应有一定距离的卫生缓冲带，缓冲带可种植草坪，严禁种花，树木周围以卵石覆盖土壤，绿化设计做到“土不见天”。18、简述常见加热剂和冷却剂的种类及特点。19、 简述专业设备设计与选型的程序和内容。(1)设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。(2)设备的选型及该型号设备的性能、特点评价。(3)设备生产能力的确定。(4)设备数量计算(考虑设备使用维修及必需的裕量)。(5)设备主要尺寸的确定。(6)设备化工过程(换热、过滤、干燥面积、塔板数等)的计算。(7

19、)设备的传动搅拌和动力消耗计算。(8)设备结构的工艺设计。(9)支撑方式的计算选型。(10)壁厚的计算选择。(11)材质的选择和用量计算。(12)其他特殊问题的考虑。20、简述生物反应器开发的趋势。生物反应器新的发展趋势，主要表现为:（1）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; （2）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; （3）对于生物加工过程高密度高产率要求，使得包含新型空气分布系统与搅拌系统有机组合的生物反应器得到了广泛的应用，极大地提高了能源使用效率; （4）多种先进传感技术被运用于生物过程的在线测定，提高了对于生物过程生理代谢状态认识的准确性和即时性;（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。