生物工程设备习题答案

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1、生物工程设备习题集一.单项选择题：（每题1分）1. 目前啤酒厂的糖化锅中利用D进行搅拌。A.圆盘平直叶涡轮搅拌器B.螺旋浆式搅拌器C.醪液内二氧化碳的密度梯度D.二折叶旋桨式搅拌器2. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是A 。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3. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前L_，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4. 无论是种子罐或发酵罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时 间的要求是_,只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌

2、或芽孢。A.高温瞬时（1331,15秒钟）B.同实罐灭菌一样（1151,8-15分钟）C.高温长时（1271,45分钟）D.间歇灭菌 （100C, 30分钟，连灭三次）5. 机械轴封的动环的硬度比静环_旦_。动环的材料可用 静环最常用的材料。A.大，碳化钨钢，铸铁B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯C.小，聚四氟乙烯，不锈钢；D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。6. 溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件D。A.物料进口处或出口处采用浮头管板B.蒸发器壳体应有膨胀圈C.物料在加热管内有足够的浓缩倍数，一般为七倍D.加热的蒸气与物料之间有足够的温度差，一般为20-35C7. 目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐

3、内采用 J。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8. 空气过滤系统中空气加热器的作用是旦 。A.对空气加热灭菌B.升高空气温度，以降低空气的相对湿度C.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份D.升高空气温度，杀灭不耐热的杂菌9. 机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般_=_搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层 以下0.5米（大罐）。A.小于一个B.大于一个小于两个C.等于一个D.等于两个10. 自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的因此_轴封。A.应该用填料函B.应该用单端面机械C.应该用双端面机械。.无需11. 安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是

4、D 。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12. 外循环空气带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。.罐外上升管13. 为了减轻空气过滤系统的负荷空气压缩机最好选用_空气压缩机。A.往复式日.离心式C.高压D.无油润滑14. 培养基连续灭菌流程中选用管道维持器，应该使培养基在管道的流速达至IJ_C_,才能保证先进先出。A.过渡流B.层流C.活塞流D.湍流15. 塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用_与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。A.蒸气B/令凝水6酒精。热水16. 冷冻升华干燥主要是升华B。A

5、.游离水B.结构水6令凝水 D.气态水。二多项选择题：（每题1分）1. 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些_。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2. 圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用壁_与啤酒发酵醪进行热交换。A.乙二醇B.乙醇C.氨。.冷凝水3. 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_竺_封头。锥形B.椭圆蝶形。.球形4. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，是用_域2_使真空煮晶锅达到一定的真空度A.往复式真空泵B.蒸汽

6、喷射泵C.水力喷射泵D.高压水泵5. 味精厂等电罐在低温等电点操作时；罐中蛇管内可用_丛_使罐内的等电点液降温。A.冰盐水日.自来水C.氨。.冷凝水6. 空气过滤系统中丝网分离器的作用是分AC。A.油污B.全部杂菌6水滴D.部分杂菌7. 通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是AD_。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6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8. 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。锥形日.球形 蝶形 D.平板9. 贮气罐的作用是_AC。A.利用重力沉降作用分离部分油雾。B.降低罐内空

7、气温度。C.防止由于往复式空压机所产生的脉冲而引起的压力波动。D.升高罐内空气温度，使相对湿度下降。10. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是_aBC。A.分离油雾。B.分离泡沫和水汽。C.分离水滴。D.分离部分杂菌。11. 喷射自吸式发酵罐的优点是ABC。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12. 气升式动物细胞培养反应器与搅拌式动物细胞反应器相比，气升式反应器中二-ABCD _；反应器内液体循 环量大，细胞和营养成分能均匀分布于培养基中。A.产生的湍动温和而均匀，剪切力相当小，B.无泡沫形成，装料系数可以达到95%C.无

8、机械运动部件，因而细胞损伤率比较低；D .反应器通过直接喷射空气供氧，氧传递速率高；三. 是非选择题：（每题1分）1. 安装在空气压缩机前的前置空气过滤器的主要作用是将空气过滤除菌，减轻总空气过滤器的过滤负荷。x2. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，可用水力喷射泵使真空煮晶锅达到一定的真空度V3. 溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是物料进口处和出口处应采用浮头管板，或者蒸发器壳体应有膨胀圈。x4. 空气过滤系统中空气加热器的作用是降低空气相对湿度。V5. 气升式发酵罐（空气带升式发酵罐）是用多孔环管将空气引入发酵罐。x6. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨

9、酸一钠盐的结晶，采用的是自然起晶法。x7.100 M 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm之间，所用变速装置为无极变速器，以调整搅拌 转速。x8. 外循环空气带升式发酵罐的优点之一是无需空气过滤净化系统。x9. 啤酒厂过滤槽的搅拌转速在15 rpm左右，而且轴是从罐下方进入罐内，因此应该用填料函轴封。x10. 进行沸腾造粒干燥生产时，以自我造粒形成的产品，质量最好。x11. 通用式机械搅拌发酵罐的高径比一般为1.7-2.5 V12. 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。x13. 柠檬酸溶液结晶时，只要使柠檬酸浓度大于其饱和溶解度就会有柠檬酸晶体析出

10、。x14. 空气压缩机出口的压缩空气温度一般是187-1981，大大高于空气的露点，因此进入贮气罐后，空气中的水 分不会析出，空气的相对湿度低，这样就保证了空气过滤介质不致受潮。x15. 空气带升式发酵罐中循环周期越长越有利于供氧。x16. 啤酒厂糖化锅的搅拌器一般搅拌转速在30 rpm以下,所用变速装置为三角皮带轮变速。x17. 自吸式发酵罐搅拌转速在600-900 rpm左右，而且轴是从罐下方进入罐内，因此应该用双端面机械轴封。V18. 自吸式发酵罐的转子的作用之一是吸入连续灭菌后的培养基。x19. 将溶液浓缩至过饱和就会有晶体析出。V20. 通用式机械搅拌发酵罐中搅拌器的作用是打碎泡沫促

11、使二氧化碳从醪液中排出。x21.100 M通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm之间，所用变速装置多为三角皮带轮变速。V22. 溢流喷射自吸式发酵罐中循环周期越长越有利于供氧。x23. 贮气罐的作用之一是防止下列情况：突然停电，致使空气压缩机停止工作，造成发酵罐内压力高于空气过滤器 的压力，醪液倒流，污染空气过滤器。V24棉花活性炭空气过滤器中所用的棉花为灭菌的脱脂棉。x25. 在a-淀粉酶发酵生产中，发酵罐内使用的是单管式空气分布器空气气泡的直径与通风量有关而与管口直径无 关。V26. 碟片式酵母离心机起动后随着转速增大，振动也增大，当达到某一值后，转速愈大，振动愈小。V2

12、7. 氧溶于发酵液属于气膜控制过程。V28. 设计空气预处理流程要求进过滤器的空气标准是 中60%,T=40OC。V29. 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。x30. 反渗透中的浓差极化增加了溶质透过膜的阻力。V31. 比较涡轮式搅拌器的三种形式，以平叶式所消耗功率最小x32. 目前啤酒厂的糊化锅中不用搅拌器而是靠锅内形成的密度梯度进行自然循环。33. 离心分离机的作用是分离两种不同重度的液体。V34. 味精厂等电罐在低温等电点操作时，罐中蛇管内可用制冷剂NH3使罐内的等电点液降温。V35. 酒精厂连续灭菌设备是由加热、维持、降温三部分组

13、成的整体。V36. 目前我国大多数味精厂常用的总过滤器为棉花活性炭过滤器。过滤器内的填装方法自下而上大致如下：孔板-金属丝网-麻布织品-棉花-麻布织品-活性炭-麻布织品-棉花-麻布织品-金属丝网-孑L板。V37. 离心喷雾干燥工段的排风机比送风机的功率大目的是使离心喷雾干燥塔内形成负压。V38. VVM的含意是在发酵温度时罐内压力为0.2 MPa（绝对）下每单位液体体积的气体体积流量。（1/min） V四. 填空题2. 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鲤发酵过程的正压操作_ ； _给微生物 提供氧气 ； 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

14、_。3. 圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用_乙醇_、或_乙三醇_或_氨_与啤酒发酵醪进行热交换。4. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，扃以选用_往复式真空泵_、或蒸汽喷射泵_、或 水力喷射泵_使真空煮晶锅达到一定的真空度5. 空气过滤系统中贮气罐的作用是_消除压力波动，保证输出气流的连续性_、储存一定数量的压缩空气。用节 用气量或以备发生故障和临时需要应急使用_、-进一步分离压缩空气中的水分和油分6. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是-分离油雾.分离泡沫和水汽、分离水滴。7. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前应该安装_止回阀，以确保安全。8. 空气过滤系统中空气加热器

15、的作用是_降低空气相对湿度丁9. 自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的因此应该用_双端面机械_轴封。10. 塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用_酒精_与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。五. 名词解释：(每题3分)1. 蒸发过程的必要条件充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量。保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。一定的热交换面积，以保证传热量。2. 搅拌器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。3. 搅拌器输入搅拌液体的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。也称搅拌器的轴功率。4. 深层过滤的对数穿透定律进入滤层的微粒

16、数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。ln N = - KLN15. 搅拌雷诺准数雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比，即Re =普，而在搅拌容器中，液体的代表速度u= n Di ,并以搅拌器直径Di 代替管径d,此时的雷诺准数称为搅拌雷诺准数Rem =凹就旦6. 沸腾干燥沸腾干燥是利用流态化技术即利用热的空气流体使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使粒子中的水分迅速汽化，达到干燥目的。7. 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8. 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：b(0.10.12)D八-n =n

17、 = 0.5DDD-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数9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V g = gV + V11. 流化床的体积随着气体流速的增加加而增大，流化床体积与固体床体积之比称为膨胀率。Vn12 .热敏性物料对热过程敏感，受热后会引起产物发生化学变化或物理变化而影响产品质量的物料。六. 画图题：（每题5分）1. 画出喷射液化器的示意图，并注明所画设备名称和各个部件名称。2. 画出水力喷射泵的示意图，并注明所画设备名称和各个部件名称。3. 画出蒸汽喷射泵的示意图，并注明所画设备名称和各个部件名称。4. 画

18、出蒸汽加热器的示意图，并注明所画设备名称和各个部件名称。5. 画出通用式机械搅拌发酵罐（20 M 3以上）的示意图，并至少注明十个部件的名称。6. 画出培养基连续灭菌的流程图，并注明各个设备的名称。7. 画出柠檬酸厂4 M 3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。8. 画出酒精连续发酵的流程图，并注明各个设备的名称。七. 问答题:（每题7分）1. 疝喷射自吸式发酵罐的工作原理。答：喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液送入文氏管中，由于文氏管的收缩段中流速增加，即动压力 增加，静压力减小，形成负压，将无菌空气吸入，并被高速流动的液体打碎、分散，与液体均匀混合，提高发酵液

19、中的 溶解氧，这是溶氧阶段。当发酵液从上升管进入发酵罐后，微生物耗氧，同时发酵液向发酵罐底部循环，待 发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入上升管，开始下一个循环。2. 酒精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：酒精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 CO2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

20、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。3. 圆筒锥底啤酒发酵罐上为什么要安装真空安全阀?样细解释它的作用答：筒锥底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CO2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7CO 2也可能使罐内形成真空。所以大型发酵罐应

21、设防止真空装 置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。4. 叙述空气带升式（气升式）发酵罐的工作原理答：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。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250300米/秒的高速度喷入上升管，借喷嘴的作用而使空气 泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，因此使上 升管的液体上升，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。5. 叙述喷射液化器的工作原理，它适用于哪些地方

22、（工序）。答：喷射液化器主要由喷嘴、吸入室、扩大管和调节手轮组成。当带有压力的物料以高速进入喷射液化器 经过其内部的喷嘴时，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，并在吸入室内与 物料接触，高速流向扩大管，物料与蒸汽在扩散管的喉部充分混合，物料被蒸汽加热，在瞬时将物料加热到 所需的温度（80 105。0。在扩散段内由于管径逐渐增大，物料流速逐渐降低，动能又转化为静压能，压 力随之升高，从出口排出。喷射加热器适用于对物料进行连续液化，如在味精厂、制药厂等的糖化工段（工序）等。6. 疝喷射加热器的工作原理它适用于哪些地方（工序）。答：喷射加热器主要由喷嘴、吸入室和扩大管组成。当

23、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。7. 叙述自吸式发酵罐的工作原理。答：自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器（转子）和导轮（定子）,空气管与定子相连接，在转子启动前,先用液体将转 子浸没，然后启动马达使转子转动，由于转子高速旋转，液体或空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，在这个过程中, 流体便获得能量，若转子的转速愈快，旋转的线速度也愈大则流体的动能也愈大流体离开转子时，

24、由动能转变为压力 能也愈大，排出的风量也越大。当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子的转速愈大，所造成的负压也愈 大，由于转子的空膛用管子与大气相通，因此空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过定子而使气液均匀分布 甩出。由于转子的搅拌作用，气液在叶轮的外缘形成强烈的混合流（湍流），使刚刚离开叶轮的空气立即在不断 循环的发酵液中分裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中，因此转子同时具有搅拌和充 气两个作用。8. 疝溢流喷射自吸式发酵罐的工作原凰答:溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液体由于自重通过 溢流管向发

25、酵罐跌落，形成抛射流，由于液体表面层作用，使靠近流体表面的无菌空气气体边界层具有一定的速 率，从而形成气体的流动和自吸作用，并被高速流动的液体打碎、分散与液体均匀混合，使氧溶解在发酵液中的， 这是溶氧阶段。发酵液进入发酵罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化碳和其它气体不断地从发酵液中分 离并排出，发酵液的比重变大向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵 打入循环管，开始下一个循环。9. 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

26、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；同时气泡大，上 升速度快，走短路，传质效果差。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。10. 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:a. 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。b. 使用寿命长，正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用25年，最长有用到9年。c. 维

27、修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。d. 轴或轴套不受磨损。e. 摩擦功率耗损少，一般约为填料函密封的10-50%f. 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。g. 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。11. 发酵罐实罐灭菌为什么要“三路进汽” ？实罐灭菌的进汽和排气原则是什么？答：所谓发酵罐实罐灭菌的三路进汽”就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

28、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 就会形成灭菌死角。实罐灭菌的进汽和排气原则是非进即出，就是说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。12. 在培养基的灭菌过程中是否能做到绝对无菌？为什么？发酵生产中对培养基的灭菌的无菌程度是多少？答：1 Nt 2.303log ok Ns若要求灭菌后绝对无菌，即Ns=0，从上面公式可以看得出灭菌时间将等于无穷大，这对生产来说是不可能， 所以培养基灭菌后，在培养液中必然还产残留一定的活菌。工程上通常以 Ns=10-

29、3个/罐来进行计算，即杂菌污染降低到被处理的每1000罐中只残留一个活菌的程度，这就可以满足生产的要求了。13. 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。答：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

30、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。14. 在饲料工厂从发酵醪中分离酵母应该选用什么离心机叙述该机分离酵母的原理答：在饲料工厂从发酵醪中分离酵母应该选用离心澄清机。离心澄清机的转鼓内有数十只（5080）形状和尺寸相同的碟片，碟片按一定间距（0.51.2mm）叠置起来组成碟 片组。含有酵母的发酵醪液进入离心澄清机后，从碟片组外缘进入各相邻碟片间的薄层隙道，这时发酵醪也被带 着高速旋转，由于固体和液体的离心沉降速度的不同，在碟片间的隙道中被分开，固体（酵母

31、）的离心沉降速度大， 就离开轴线向外运动，液体的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，酵母和液体就在碟片间的隙道流动的过程 中被分开。15. 在工厂中要将奶油（酯）从新鲜牛奶中分离出来应该选用什么离心机?叙述该机分离奶油的原理。答：在工厂中要将奶油（酯）从新鲜牛奶中分离出来应该选用离心分离机，它能藉离心沉降速度的不同将互不溶解 的两种液体分开。离心澄清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。两种互不溶解的混合液进入

32、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，由于互不溶解的两种液体重度不同，离心沉降速度也不同，重液（奶）的离心沉降速度大，就 离开轴线向外运动，轻液（酯）的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，奶油（酯）和奶就在碟片间的隙道流动的 过程中被分开。16. 以超滤或反渗透为例讲述膜分离原凰答：以反渗透为例讲述膜分离原理如下：* fli a f f假设有一个仅能透过溶剂而不能透过溶质的半透膜，将纯溶剂（比如纯水）和浓溶液分别置于膜两侧，因施 加在溶液上方的压力不同，表现出三种情况如下图所示。无外界压力作用时，由于纯溶剂（水）的化学位 U大于溶液中溶剂的化学位U2,

33、引起纯溶剂（水）透过膜 向溶液侧迁移，这就是渗透，如图A。对溶液施加压力，提高其化学位，就降低了膜两侧溶剂的化学位差，从而降低了纯溶剂向溶液渗透的透过速 率。当施加在溶液上的压力恰好使溶剂的化学位与纯溶剂（纯水）的化学位相等，于是系统达到渗透平衡， 此时溶液承受的压力称为渗透压An，如图B。对溶液施加的压力超过渗透压n时，溶液中溶剂的化学位高于纯溶剂（水）的化学位，于是溶液中溶剂 （水）以压力差为推动力，透过膜向纯溶剂（水）侧迁移，实现了从溶液中分离出溶剂（水）。由于此时溶 剂的迁移方向与渗透方向相反，故称为反渗透，如图C。17. 什么是超派过程中的浓差极化现象，如何降低浓差极化现氤答：待分离

34、液从膜面一侧流过时，靠近膜面的液体处于层流状态；同时，当水及小分子溶质透过膜面时，大 分子的溶质在靠近膜面处被阻留。被阻留分子从膜面返回液体主流的速度受其通过层流区的扩散速度所控 制，当这一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就必然会在膜面的一侧逐渐形成一高浓度的被阻留溶质 层。这就是浓差极化。随着浓缩倍数的提高，浓差极化现象越来越严重，膜的透过通量也越来越低。提高液流的雷诺准数，可以减小层流区的厚度，增大被阻留分子返回液体主流的速度，这是削弱浓差极化的 重要措施。但其些酶在高的剪切应力下，容易丧失其部分酶活力，因此不能无限提高液体流速（提高液流的雷诺准数方法之一）。提高液温也是削弱浓差极化常

35、用的方法，但也受被浓缩液及膜的耐热性的限制。18. 用膜分离（超滤和反渗透）技术分离化工产品有什么特点？答：膜分离（超滤和反渗透）技术分离化工产品特点是： .膜分离过程中不发生相变化，与有相变化的分离法和其他分离法相比，能耗要低。 .膜分离过程是在常温下进行的，因而特别适用于对热敏性物质的分离、分级、浓缩和富集。例如用于果汁、 酶、药品生产中。膜分离技术不仅适用于有机物和无机物、病毒、细菌的分离，而且还适用于许多特殊溶液体系的分离，如将溶液 中大分子与无机盐的分离，一些共沸物或近沸物系的分离等。由于只是用压力作为超滤和反渗透的推动力，因此分离装置简单，操作方便，易于自动控制，易于维修。19.什

36、么是真空蒸发浓缩？祥细叙述州I寤发器的工作原理。答：溶液在真空状态，较低的温度下即沸腾、溶剂汽化，这称之为真空蒸发浓缩。升膜式蒸发器的工作原理。溶液在加热的管子里由下而上运动时，在管壁的液体受热温度上升，密度下降， 而管子中心的液体温度变化较小，这就使管内液体产生如图a所示的自然对流运动。温度升得越高对流越激 烈，当温度升到相应沸腾温度时，溶液便开始沸腾，产生蒸汽气泡分散于连续的液相中。由于蒸汽气泡的密 度小故气泡通过液体而上升，如图b所示。液相因混有蒸汽气泡，使液体静压头下降，液体继续受热，温度 不断上升，气泡大量增加。蒸汽气泡相互碰撞，小气泡就聚合成大气泡于管子中部上升，气泡增大，气体上

37、升的速度则加快，如图c所示。当气泡继续增大形成柱状，占据管子中部的大部分空间时，气体以很大的速度 上升，而液体受重力作用沿气泡边缘下滑，如图d所示。液体下降较多时，大个柱状气泡则被液层截断，如 图e所示。若液体温度继续上升，溶液的蒸发速度继续增加，气泡的上升速度激增，蒸汽的密度也增大，由于 重力作用，滑流下来的液体很快受热蒸发，未蒸发的浓缩液体也被高速气流带着上升，气泡断层不能形成， 蒸汽占据了整个管子中部空间，液体只能分布于管壁，开始形成液膜，如图f所示，这时称为环形流。环形流 液体的上升是靠高速蒸汽气流对流层的拖带而形成，称之为爬膜”现象。这时液膜沿管壁上升不断受热蒸 发，浓度不断增大，最

38、后与蒸汽一齐离开，管子越高则上升蒸发时间越长，溶液浓缩越大。20. 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？ 答：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。21. 什么是沸腾干燥，叙述沸腾干燥的原理。答：沸腾干燥是利用流态化技术，即利用热的空气流体使孔板上

39、的粒状物料呈流化沸腾状态，当气流速度与颗 粒沉降速度相等，压力降与流动层单位面积的重量达到平衡时（此时压力损失变成恒定），粒子就在热气体 中呈悬浮状态，粒子中的水分迅速汽化，达到干燥目的。24 .气流干燥的特点（1）干燥强度大。由于气体在干燥管内流速大，一般为10 20m/s，气一固间存在一定的相对速度，因而 固体物料与空气之间产生剧烈的相对运动，使物料表面的气膜不断更新，大大降低了传热和传质的气膜阻 力。一般干燥器全管平均体积传热系数为42001300kj/（m3-h-）o（2 ）干燥时间短。物料在干燥管内仅停留1 5s即可达到干燥要求。因此对于热敏性物料仍可采用较高的介 质温度。如用140

40、。的热空气干燥赤霉素，1301热空气干燥四环素均能获得优质产品。(3 )适用性广。可使用于各种粉粒状、碎块状物料的干燥，粒径范围约为 O.l 10mm。湿含量可大至 3O%4O%。(4)设备结构简单。占地面积小，生产能力大，能连续操作，可实现自动控制。气流干燥对物料有一定的磨损，因此不适合于对晶形有一定要求的物料，且热能利用程度较低，一般热利用 率仅为30%左右。25喷雾干燥的特点(1 )干燥速度快、时间短，一般为330s，由于料液雾化成20 60p m的雾滴，其表面积相应高达200 5000m2 / m3，物料水分极易汽化而干燥。(2) 干燥温度较低。虽然采用较高温度的热空气，但由于雾滴中含

41、有大量水分，其表面温度不会超过加热空气的湿球温度，一般为50 60。，加之物料在干燥器内停留时间短，因此物料最终温度不会太高，非常适 合于热敏性物料的干燥。(3) 制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。但喷雾干燥的容积干燥强度小，放干燥室体积大，热量 消耗多，一般蒸发1kg水分约需6000kJ热量，相当于消耗2.5 3.5kg的蒸汽。26 .流化床干燥原理流化床干燥(也称沸腾干燥)是利用流态化技术，即利用热空气流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态 的干燥过程。流化床干燥中，热空气的流速与颗粒的自由沉降速度相等，当压力降近似等于流动层单位面积 的质量时，床层便由固定态变化流化态，床层开始膨

42、胀，颗粒悬浮于气流中，并在气流中呈沸腾状翻动，但 仍保持一个明确的床界面，颗粒不会被气流带走。干燥过程处在稳定的流态化阶段。27 .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 /( m3h。)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

43、力高，动力消耗小。28. 流化床干燥操作过程中可能出现的几种不正常现象及原因：(1)沟流和死床 气速虽然已超过临界流速umf,但床层仍不流化，某些部分被气流吹成一条沟道”，气体 由此穿过床层，这种现象称为沟流，未流化部分称为死床。也有可能出现局部沟流和局部死床，见 图(a)(b)。产生沟流时，床层压力降低于 p ,其差值正好表明沟流的严重程度。气一固接触不良，使传热传质过程不能很好进行，降低产品质量和设备的生产效能；而死床部分容易产生产 品的烧结现象。研究表明，颗粒性质、床层高度、设备结构、气体流速等因素，都会导致沟流的产生，例如，床层很薄；颗 粒很细、太湿、易粘合成团块、物料颗粒带静电，易产

44、生抱团；气速过低或气流分布不均匀；分布板结 构不合理，如开孔率大小不合适，床内构件阻碍气体流动等。消除沟流与死床的办法有：加大气速；若物料太湿，可进行预先干燥；分布板开孔率大小不合适时，可应用 小型试验进行检验确定。(2 )腾涌 流化床内的气泡汇合长大，当其直径接近床层直径时，把以上的颗粒物料像活塞一样向上托起，达到一定高度以后崩裂，颗粒被抛出很高，然后纷纷落下。这种现象称为腾涌”，又称活塞流等，见图 (c) 所示。产生腾涌时，床层压降剧烈波动。此时床层极不均匀，传质传热很难进行，固体颗粒严重磨损和带出，设备 零件被冲击而损坏。颗粒性质、床层高度和气速等，都会引发腾涌产生，例如，床高 H0与床

45、径D之比值H0/D较大时，大颗粒比 小颗粒更易产生腾涌；H0/D较大而气速又较高，也易产生此现象，一般当H0/D1m)以 及床层内加设内部构件等，均可防止腾涌。(3)层析现象 在气固系统中，往往因为固体颗粒大小相差较大或密度不同，在操作过程中会产生层析现象。 如卧式沸腾干燥箱的操作过程中，细颗粒或粉末状的物料被气体带出，一般中等颗粒的物料能逐渐向卸料口 接近而卸出，而大颗粒的物料由于层析现象沉降于床层底部，造成无法流化或结疤现象。在生产中经常有此 现象，最后用人工取出。装有往复推料器时能全部自动出料，避免了此现象的发生.29. 流化床干燥中的返料在流化床干燥中料液一边雾化，一边加入晶核，在操作

46、上称为返料，开始操作时必须预先在干燥器内加入一 定量的晶核(称底料)才能喷入料液，以防止喷入的料液黏壁。加入晶核颗粒大小与产品粒度有关，晶核大 者，产品颗粒大，返料量小时，则产品颗粒大，因此，可用调节返料量来控制床层的粒度分布。30. 试述超临界流体萃取的工作原理超临界流体的密度接近于液体，密度越大，溶解能力越高。而其粘度 接近于气体，自扩散系数比液体大约 100倍。这说明超临界流体具有接近液体的密度和类似液体的溶解能力，具有接近气体的粘度和扩散速度。这就意味着超临界流体有很高的传质速率和很快达到萃取平衡的能力，这就是超临界流体萃取比溶液萃取分 离效果好的主要原因。在超临界状态下，将超临界流体

47、与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量 大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，极性增大，利用程序 升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通 过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质 则自动完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取 分离的基本原理。31. 试述分子蒸馏的基本原理从分子运动平均自由程的公式可以看出，不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，其平均自由程也不相 同

48、。分子蒸馏技术是利用不同种类分子逸出液面后平均自由程不同的性质实现的。在一个高真空的设备中，放置 一个加热面和一个冷凝面，加热面冷凝面之间的距离小于轻分子的平均自由程而大于重分子平均自由程。混 合液从加热面上过并被加热获得能量，轻分子的平均自由程大，可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝面而 被捕集、冷凝，从而破坏了轻分子的动态平衡，混合液中的轻分子不断逸出，并在冷凝面上被捕集、冷凝， 而重分子的平均自由程小，因达不到冷凝面而很快趋于动态平衡，不再从混合液中逸出，而在原来液面并被 收集，这样，便达到了混合物分离的目的。八. 计算题1.一台连续灭菌设备，培养基流量 Q = 18 M3/h，发酵罐装料

49、容积72 M3，培养基的原始污染程度 为105个/ml,发酵工艺要求因培养基灭菌原因引起的倒罐率为0.1%，即Ns= 10-3个/批，灭菌温 度T = 398 K,查图得此时的反应速度常数为k=11分-1，维持段采用无缝钢管公称直径 Dg = 150 mm。试求培养基连续灭菌过程中维持时间t以及维持管的长度L约需多少。2 .某丙酮丁醇厂需新建100 M 3丙酮丁醇发酵罐，已计算出主发酵期生物合成热Qj =4x105 kj/h,蒸发热损失Q2 为Q的5%,查有关资料可知罐向周围环境散失的热损失Q3 =1.2x104 kj/h,醪液的比重为p =1.082x103 kg/M 3 ,发酵温度为30

50、1,冷却水进口温度为20 C,出水温度为25 1,冷却水的平均比热Cp=4.186 kj/(kg.C),罐内采用蛇管冷却,冷却蛇管为水煤管,其规格为53/60 (mm)，壁厚3.5mm ,其导热系数入=188 kj/(M.h.C)根据生产经验数据可取传热系数a 和a 2分别为2700 kj/(M2 .h.C)和1.45x104 kj/(M2 .h. C),另外 管壁水垢层的热阻取1/16750 M 2 .h.C/kj,试求发酵罐冷却面积、蛇管总长度和冷却水耗量。解：1.总的热量Q=4x105 -5%x4x105 -1.2x104 =3.68x105 (kJ/h)Q3.68 x 1052. 冷却

51、水耗量 W = Cp(t2 - ti) = 4186 x (25- 20) = 17600 (kg/h)(t t ) (t -t )F1F22.303lg3. 对数平均温度差At”=tF -12= 7.2 (C)1 11 + 上 + S + 1110003514. K = a 1 a 2 入 16750 = 2700 + 14500 + 188 + 16750=1931 kJ/(M 2 .hC)Q3.68 x 1055. 冷却面积 F = K - Atm = 1931 x 7.2 = 26.5 M 2 答：._3、设计一台通风量为50M 3 /min的棉花活性炭空气过滤器，空气压力为0.4 M

52、Pa(绝对压力)，已知棉花纤维直 径d = 16微米，填充系数a = 8%，空气线速度为0.1 M/sec，若进入空气过滤器的空气含菌量是5000个 /M 3 ,要求因空气原因引起的倒罐率为0.1%，发酵周期100 hroT作温度为40C，平均气温为20C，计算 空气过滤器的尺寸(过滤介质厚度和过滤器直径)。表1纤维直径d = 16微米，填充系数a = 8%时棉花纤维的K值空气流速v 0(M/sec)0.050.100.501.02.03.0k(1/cm)0.1930.1350.10.1951.322.55解： 查表：当v0= 0.1 M/sec 时,K=0.135lg N = - k LNiN1= 5000x50x60x100 = 1.5x10 9N2= 10 -3一12.18=90.2( cm )-0.135P2= 0.4 MPa. lg十. L = 一k P1 = 0.1 MPaV1= 50 M 3 /min = 0.83 M 3 /sec 由气态方程得：V = V% -T = 0.22( M 3 / sec)21 P T:7F: 4 X 0.22( M )D =厂=, = 1.67、兀 V 3.14 x 0.1 S答：该空气过滤器的过滤介质厚度为90.2 cm，过滤器直径为1.67 M.