设备,思考题.doc

名词解释：
1)对数残留定律：在灭菌过程中，微生物受到不利环境的作用随时间增加而逐渐死亡，减少的速率（dN/dt）与一瞬间残留的微生物数量成正比。
2)纳滤(NF）：反渗透和超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术，是一个能从溶液中分离出相对分子量为300-10000的物质的分离过程。
3)错流过滤：在泵的推动下料液平行于膜面流动，与死端过滤不同的是料液流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平。
4)双水相萃取：利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
5)超临界萃取：利用超临界温度、临界压力状态下的气体具有特异溶解能力，选择性地溶解 混合液体和固体中的溶质，分离液体或固体混合物的单元操作。 
6)动物细胞培养生物反应器：由传统微生物反应器设计或改造而成的具备低的剪切效应、较好的传递效果和力学性质的细胞培养生物反应器。其主要结构形式以搅拌式、气升式和固定床式为主。 
7)中空纤维细胞培养法：细胞能在中空纤维上不断地从流动的培养液中获得营养物质，细胞代谢产物和培养物又可随培养液的流动而运走。
8)微囊化培养技术：微囊化技术是用固定化技术将细胞包裹在微囊里，在培养液中悬浮培养。
9)酶反应器：以酶为催化剂进行生物反应所需要的设备。

1. 粉碎的粒径范围如何划分？P7
粗碎：原料粒度40～1500mm，成品粒度5～50mm 
中细碎：原料粒度5～50mm，成品粒度0.1～5mm 
微粉碎：原料粒度5～10mm，成品粒度＜100μm 
超微粉碎：原料粒度0.5～5mm，成品粒度＜25μm 
2.机械粉碎的5种形式（5种粉碎力）P7
挤压、冲击、研磨、劈力、剪切
3.影响灭菌的因素是什么？P19
1） 培养基成分（糖等高慢）；2)培养基的物理状态（固比液长）；3）pH（低，时间短）； 
4） 培养基的微生物数量（多长）；5）微生物细胞含水量（多易）； 
6）微生物细胞菌龄（老强）；7）微生物的耐热性；8）空气排出情况；9）搅拌；10）泡沫。 
4.培养基的灭菌工业上可为哪几类？P18
1)湿热灭菌；2）连续灭菌；3）分批灭菌
5.连续灭菌与间歇灭菌相比有何特点 P20、23
连续灭菌 
优点：1)保留较多的营养质量；2)容易放大；3）较易自动控制；4）糖受蒸汽的影响较少； 5）缩短灭菌周期；6）在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少；7）发酵罐利用率高；8）蒸汽负荷均匀。
缺点：设备比较复杂，投资较大。
间歇灭菌 
优点：1)设备投资较少; 2)染菌的危险性较小; 3)人工操作较方便;
4)对培养基中固体物质含量较多时更为适宜。 
缺点：灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。
6.工业上实罐灭菌的条件是什么？空消：一般维持在什么条件？P23
灭菌条件：1）内部结构合理无死角；2）压力稳定的蒸汽；3）合理的操作方法 
空消条件：一般维持灌压0.15～0.2MPa，灌温125～130℃，保持30～40min
7.管路在实消时均应遵循的原则是什么？ 不进则出
8.按能量输入方式不同，生物反应器可分为哪几类？P57
1）通过机械搅拌输入能量的搅拌式发酵罐 
2）利用气体喷射动能的气升式发酵罐 
3）用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发酵罐 
9.通风式发酵罐生产时应保持什么压力状态？
保持正压状态，避免外界空气通过排气口进入发酵灌导致染菌的发生。2.5MPa 
10.生物反应器的作用是什么？P57
生物反应器是生物反应过程中的主要设备，在生物反应过程中具有中心的作用，是实现生物技术产品产业化的关键设备。
11.生物反应器按催化剂类型或培养对象可分几类？按操作方式如何分类？P57
对象：酶促反应器、微生物培养发酵罐、植物细胞反应器、动物细胞反应器
方式：间歇式生物反应器、连续式生物反应起、半连续式生物反应器 
12.消泡剂应该具备哪些条件？耙式消泡器的长度约为罐径的几倍？
1） 有较低的表面张力；2)有足够大的铺展系数；3）水中的溶解度较小； 
4）对发酵过程中氧的传递以及对提取过程中产物的分离提取不产生影响；
5）耐高温，不干扰溶解氧、PH等测定仪表的使用；6）消泡剂来源方便，价格便宜；
7）对微生物、人畜无毒性。 
耙式消泡器：消泡器的长度约为灌径的0.65倍 
13.通风发酵罐一般装料高度为圆柱部分高度是多少？
一般装料高度为圆柱高度的70%，但泡沫少时可取90%，多时可取60%。
14.生物加工过程的控制参数有哪些？
设定参数(物理参数）：常规在线测量和控制发酵过程的设定参数，（如温度、压力、通气量、
搅拌转速、液位等）。
状态参数（化学参数）：是指能反映反应过程中微生物的生理代谢状况的参数，（如pH值、
DO、溶解CO2浓度、尾气O2含量、尾气CO2含量、黏度、菌体浓度等）。 
间接参数：是指那些通过基本参数计算求得的参数，（如氧利用速率、二氧化碳释放速率、
比生产速率、体积传质速率、呼吸熵等)。 
15.要提高溶解氧浓度，常采取什么措施？
常采用搅拌，通入无菌空气的方法来提高溶解氧浓度。
16.发酵过程对传感器的要求是什么？
①常规要求：准确性、精确度、灵敏度、分辨能力要高，响应时间滞后小，工作稳定，可靠性好，易维修。 
②不允许有其他杂菌污染。 
③能耐高压蒸汽灭菌，不能耐受蒸汽灭菌的传感器可在罐外法灭菌后装入。
④保持无菌，与外界大气隔绝。 ⑤材料耐污染，结构无死角，易清洗，无泄漏。 
⑥不受周围环境条件变化影响。
17.良好的生物反应器的技术要求是什么？P45
1）结构严密，耐灭菌，耐腐蚀；
2）良好的气-液-固接触和混合性能，高效的热能、质量、动能传递性能；
3）易于放大；4）满足生物反应要求下，降低能耗；
5）良好的热能交换性能，以维持生物反应最适温度；6）良好的检测与控制设备；
18.气升式生物反应器（ALR）的主要类型有哪些？P66
带升式发酵罐、气升及外循环发酵罐、气升环流发酵罐、塔式发酵罐
19.机械搅拌发酵罐的径高比是多少？酒精发酵罐的高径比H/D为多少？
机械搅拌发酵罐的高径比H/D=2.5～4    酒精发酵罐的高径比H/D=1.1～1.5
20.机械搅拌式生物反应器主要有哪几部分组成？最大达500m3 P58
罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却器、消泡器、人孔、视镜等。

21.螺旋桨式搅拌器的特点是什么？
1）顺时针和逆时针旋转分别将液体向下和向上推进，形成轴向的旋转运动。
2）其混合效果较好，但造成的剪率较低，对气泡的分散效果不好。
3）常用以提高液体循环速度。4）螺距一般等于搅拌器直径。
22.搅拌器的作用是什么？搅拌桨的形式主要有哪些？P59
作用：打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于醪液中。
（混合和传质，即使通入的空气分散气泡并与发酵液充分混合，使气泡破碎以增大气液接触界面，以获得所需要的氧传递速率，并使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气液固三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。）
形式：涡轮式（平叶式、弯叶式、箭叶式）；推进式
23.挡板有何作用？全挡板条件是什么？P59
挡板的作用：防止液面中央形成旋涡流动，增强湍动和溶氧传质。
全挡板条件：是达到消除液面旋涡的最低条件，在一定的转速下，增加罐内附件而轴功率保持不变。
24.发酵罐挡板宽度一般为多少？挡板与罐壁之间的距离是多少？P59
挡板宽度：（0.1～0.12）D，装设4～6块即可满足全挡板条件。 
挡板与罐壁之间的距离：挡板宽度的(1/5～1/8)，避免形成死角，防止物料与菌体堆积
25.动物细胞反应器有哪几类？动物细胞大规模培养技术主要有哪些？
动物细胞反应器：1）气升式；2）中空纤维管；3）流化床；4）搅拌罐；5）堆积床；
6）一次性；7）载体细胞培养系统 
动物细胞大规模培养技术：1）中空纤维培养法；2）微载体培养技术；3）微囊化培养技术
26.应用中空纤维管生物反应器培养动物细胞时的优点是什么？
1）剪切力小，基本不会损伤动物细胞，广泛用于动物细胞培养。 
2）由于设计的独特性，即可培养悬浮生长的细胞，又可培养贴壁依赖性细胞，细胞密度最高可达109个/mL，主要用于杂交瘤细胞生长单克隆抗体。 
3）细胞能在中空纤维上不断的从流动的培养液中获得营养物质，细胞代谢产物和培养物又可随培养液的流动而运走。 
4）该反应器能为细胞提供一个温和的生长环境，可控溶氧，介质组成，温度和PH值。
5）占用空间小，方便分离和纯化，细胞保持高度活性，适合各种细胞培养。
27.啤酒露天发酵罐的锥体角度一般为多少？
一般为60度（60—85）
28.固体静态发酵反应器有哪几类？
1）填充床生物反应器；2）流动床生物反应器；3）转鼓式生物反应器；
4）浅盘式生物反应器；5）搅拌生物反应器； 6）压力脉动固态发酵生物反应器
29. 目前反应器的放大方法主要有哪些？
经验放大法、因次分析法、时间常数法、数学模拟法
30. 经验放大原则是什么？
(1)几何相似放大：形状相似，体积倍数放大；(2)以单位体积液体中搅拌功率相同放大；
(3)以单位培养液体积的空气流量相同原则进行放大；
(4)以空气线速度相同的原则进行放大；(5)以溶氧系数相同的原则；
(6)以混合时间相同的准则；（7）搅拌器叶尖速度相同的准则。
31. 固-液萃取，依溶剂流动与否又分为哪几类？
依溶剂流动与否又分为：静态浸出和动态浸出 
静态浸出：间歇的加入溶剂，静置一定时间。 
动态浸出：溶剂不断的流入和流出系统或溶剂爱与固体同时不断的进入和离开系统。
32.作为萃取剂的超临界流体必须具备条件是什么？
(1)萃取剂需具有化学稳定法，对设备没有腐蚀性；
(2)临界温度不能太低或太高，最好在室温附近或操作温度附近；
(3)操作温度应低于被萃取溶质的分解温度，或变质温度；
(4)临界压力不能太高，可节约压缩动力费；
(5)选择性要好，容易得到高纯度制品；  (6)溶解度要高，可以减少溶剂的循环量；
(7)萃取剂要容易获取，价格要便宜。
二氧化碳由于具有合适的临界条件、对健康无害、不燃烧、不腐蚀、价格便宜和易于处理等优点，是最常用的临界萃取剂。
33.双水相萃取常用的成相亲水聚合物是哪些？
双水相系统形成的两相均是水溶液，它特别适用于生物大分子和细胞粒子。 
葡聚糖（Dextran）与聚乙二醇（PEG）按一定比例与水混合，溶液浑浊，静置平衡后，分成互不相溶的两相，上相富含聚乙二醇，下相富含葡聚糖。
34.常见的膜分离过程有哪些？
透析、反渗透、纳滤、超滤、微滤、电渗析、气体透过
35.膜分离的优点是什么？
(1）处理效率高，设备易放大 (2）操作温度低，化学、机械强度小
(3）选择性好、起到部分纯化作用 (4）密封操作，回收率高，透过液可循环使用
36.膜分离技术中，纳滤、超滤、微滤的操作压力各为多少？
超滤0.1-1.0MP   微滤0.05-0.5MP   反渗透1.0-10.0MP
37.膜分离的推动力一般有哪些？
浓度差、压力差、电位差 
38. 助滤剂应该具有哪些性质？
(1)能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流体阻力。 
(2)具有化学稳定性。 (3)在操作压强范围内，具有不可压缩性。
39.工业发酵所需的无菌空气除菌和灭菌的方法有哪些？P287
除菌：介质过滤、辐射、化学药品、加热、静电吸附等
（其中辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌等都是将有机体蛋白质变性而破坏其活力从而杀死微生物。而介质过滤和静电吸附则是利用分离方法将微生物粒子除去。）
灭菌：化学法：化学药品灭菌法：甲醛、苯酚 
物理法：干热灭菌法、湿热灭菌法、射线灭菌法、电磁波、过滤除菌法、火焰灭菌法
40.常用的空气过滤介质有哪些? P298
纤维状或颗粒状过滤介质：棉花、活性炭、玻璃纤维、烧结金属、多孔陶瓷、多孔塑料 
过滤纸类介质：主要是玻璃纤维纸 
非织造布：滤布 
微孔膜类过滤介质：