2020-2021某大学《发酵工程设备》期末课程考试试卷合集(含答案)
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__ __ __ __ __ __ __ ：： 号号 线线学学 __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 名名 姓 姓 __ __ __ __订订__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 级级 班班 业业 专专 __ __装装__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 系系 院院 1、自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此应该用________轴封。 2020-2021《发酵工程设备》期末课程考试试卷A 2、动物细胞培养时，悬浮培养适用于 型动物细胞，贴壁培养适用于贴壁依赖型细胞。除此之外还有一种 培养对两类细胞都适用。 适用专业 试卷所需时间 120分钟 试卷总分 100分 3、啤酒厂生产麦芽汁多采用四器组合，四器为 、 、 考试日期 开卷/闭卷 闭卷 成 绩 和 。 一、选择题: (每题1分，共5分) 4、空气过滤除菌中常用的介质材料有__________ __ 、_____________、1、 无菌空气在机械搅拌发酵罐生产中的主要作用是______。 ________________等。 A.给培养微生物提供氧气，并可促进菌体在培养基中不断混合 B.主要起搅拌作用 5、啤酒发酵罐中发酵液的对流主要是依靠其中 的作用,另外冷却操作时C.打碎泡沫，防止逃液 D.防止产生涡流 啤酒 的变化也会引起罐的内容物的对流循环。 2、罐式连续蒸煮糖化设备中，为了使真空冷却器达到一定的真空度，除了________6、 转鼓直径小，转速高,一般为15000r/min,分离因数大,可达50000,之外都可以选用。 因此分离强度高,可用于液-液分离和微粒较小的悬浮液的澄清。。 A.真空泵 B.蒸汽喷射泵 C.水力喷射泵 D.高压水泵 7、膜过滤时为了减少浓差极化现象，可以采取错流操作或 等措施。 3、空气过滤系统中旋风分离器的作用是______________。 四、名词解释（共5小题，每小题3分，共15分） 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 1全挡板条件 4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用______________。 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、管道式光培养反应器最适合______________细胞培养。 2气流干燥 A.酵母菌 B.长春花细胞 C.Hela细胞 D.海藻细胞。 二、 判断题（对的打“√” ，错的打“×”每题1分，共5分） 3、CIP清洗系统 1、辊式粉碎机主要利用冲击力将物料粉碎。 2、空气过滤系统中空气加热器的作用是杀灭杂菌。 4、kLA 3、生产操作过程中，始终要保持发酵罐内的罐压为正压。 4、弱碱性阳离子交换树脂交换能力不受溶液pH的影响。 5、发酵液预处理 5、立式结晶锅多采用螺旋式搅拌器。 三、填空题（共14空，每空1分，共14分） 、 第 1 页 共 3页 ： 号 线 学 ： 姓名 订 级： 班 专业 装 ： 系 院 五、简答题（共6小题，每小题6分，共36分） 1、指出下列分批发酵中的产物合成各属于哪种动力学模型，并简述之。 rrArBCttt----------产物 生物量 2、叙述空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。 3、简述植物细胞培养与微生物细胞培养的不同之处。 4、淀粉质原料蒸煮糖化的目的是什么？ 5、如何选择固体物料的输送方式？ 6、为什么对于管式薄膜蒸发器的加热管子直径、长度选择要适当？ 六、画图题（共1小题，每小题15分，共15分） 1、请画出机械搅拌通风发酵罐的结构简图，并标出五个部位的名称，说明它们的作用。 第 2 页 共 3页 ： 号 学线 ： 名 姓 订 ： 级 班 业 专 装 ： 系 院 七、计算题（共1小题，每小题10分，共10分） 1、设计一台通风量为50M3/min的棉花活性炭空气过滤器，空气压力为 0.4 MPa(绝对压力)，已知棉花纤维直径 d=16微米，填充系数α= 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，要求因空气原因引起的倒罐率为0.1%，发酵周期 100 hr。工作温度为 40℃，平均气温为 20℃，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α= 8% 时棉花纤维的K值 空气流速 0.05 0.10 0.50 1.0 2.0 3.0 v (M/sec) k (1/cm) 0.193 0.135 0.1 0.195 1.32 2.55 第 3 页 共 3页 4.调节pH 2020-2021《发酵工程设备》期末课程考试试卷A答案 一、单项选择题: (每题1分) 1、A 2、D 3、A 4、C 5、D 二、 判断题（对的打“√” ，错的打“×” ）（1×10=10分） 1、×2、× 3、√ 4×、 5、× 5.加入助滤剂 五、简答题（共6小题，每小题6分，共36分） 1.答：A为生长偶联型，即类型Ⅰ(相关模型)：是指产物的生成与细胞的生长相关的过程，产物是细胞能量代谢的结果。属于此类型的有乙醇、葡萄糖酸、乳酸的生产等。 B为非偶联型，即类型Ⅲ (非相关模型)：产物的生成与细胞的生长无直接联系，产物是二次代谢物。属于此类型的有抗生素、微生物毒素等代谢产物的生成。 C为混合型，即类型Ⅱ(部分相关模型)：该类反应产物的生成与基质消耗仅有间接2、答：气升式生物反应器操作原理为： 把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入该反应器外管的发酵液中，通过气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在外管中向上运动，从而将气液混合物带到圆柱体的反应器中并向下运动，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。 3、植物细胞培养与微生物的区别： a.细胞的大小:植物细胞一般比微生物细胞大； b.细胞块的形状:植物细胞为块状，而微生物细胞有球状、杆状、螺旋状等； c.培养液的黏度:植物细胞培养液有一定的黏度； d.需氧量:植物细胞培养的耗氧量比微生物细胞的好氧量少； e.植物细胞的Kla值比微生物培养的Kla值小得多； f.植物细胞对剪切力敏感； g.植物细胞培养需CO2和光照； 4、答：a.糊化：原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。采用的方法是用蒸汽加热蒸煮。 b.灭菌：借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。 5、固体物料的输送设备斗式提升机、皮带运输机、螺旋输送机、气力输送系统。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。斗式提升机垂直提升固体物料，适用于松散型、小颗粒物料。一般对于大麦、大米等松散的粒状物料，最适宜用气流输送；而较大的块第 4 页 共 3页 三、填空题（共14空，每空1分，共14分） 1、双端面 2、 非贴壁依赖型、包埋 3、糊化锅、糖化锅、麦汁过滤槽、煮沸锅 4、棉花、活性炭、多孔陶瓷、烧结材料等 5、CO2、温度 6、管式离心机 7、加大流速 结果，产物是能量代谢的间接结果。属于此类型的有柠檬酸和氨基酸的生成。 四、名词解释（共5小题，每小题3分，共15分） 1全挡板条件：指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。 2气流干燥：利用热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使湿物料达到干燥的目的。 3、CIP清洗系统：CIP清洗系统是Clean In Place的简称,即原位清洗。 例如：进行大罐清洗工作的关键设备是喷射洗涤设备。 4、kLA：体积质量传递系数。它是质量传递的比速率，指在单位浓度差下，单位时间单位面积所吸收的气体。 5、发酵液预处理：增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去高价无机离子和杂蛋白质，降低液体黏度，实现有效分离。方法有： 1.加热 2.凝聚和絮凝 3.加入盐类 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。 6、答：对于管式薄膜蒸发器的加热管子直径、长度选择要适当。管径不宜过大，因为加热管管径越大，长度要求越长。长管加热器结构复杂，应考虑热胀冷缩的应力对结构的影响。所以管长一般在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。 N1= 5000×50×60×100 = 1.5×109 N2= 10－3 N2N112.18L90.2(cm)k'0.135∴ lgP1 = 0.1 MPa P2= 0.4 MPa V1= 50 M/min = 0.83 M/sec 由气态方程得： V2V1P1T20.22(M3/sec)P2T1 六、画图题（共1小题，每小题15分，共15分） 答： 1）搅拌器：混合、增强传热传质 2）冷却管：降温 3）轴：带动搅拌叶轮转动 4）空气分布器：吹入无菌空气，并使空气均匀分布。 5）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。 D4V240.221.67VS3.140.1 （M） 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. 七计算题（共1小题，每小题10分，共10分） 解： 查表： 当v0= 0.1 M/sec 时,K'=0.135 lgN2k'LN1 第 5 页 共 3页 __ __ __ __ __ __ __ ：： 号号线线学学 __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 名名 姓姓 __ __ __ __订订__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 级级 班班 业业 专专 __ __装装__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 系系 院院 8、管道式光培养反应器最适合以下哪类细胞培养？ 。 2020-2021《发酵工程设备》期末课程考试试卷A1 A.酵母菌 B.长春花细胞 C.Hela细胞 D.海藻细胞。 9、以下设备需要装设搅拌器的是 。 适用专业 试卷所需时间 120分钟 试卷总分 100分 A.喷射自吸式发酵罐 B. 酒精发酵罐 C.流化床生物反应器 D.啤酒多罐式连续考试日期 开卷/闭卷 闭卷 成 绩 发酵设备 一、单项选择题: (每题1分，共10分) 10、从多个地方向较远处运送玉米采用哪种气流输送方式最好？ 。 1、典型的细菌生长曲线中指数生长期和减数生长期比生长速率为 。 A.吸引式 B.压送式 C. 真空、压力输送 D.螺旋输送 A.二、 判断题（对的打“√” ，错的打“×”每题1分，共10分） max,SK B.ln2maxμ,Smax C. max max/2 D.max/2, maxS SSmaxKS1、气升环流式发酵罐的高径比一般为1.7～3.5。（ ） 2、在细胞活动热释放过程中，基质氧化态越 ，耗氧量越 ，热释放越 。 2、在某些情况下，生物反应器内的剪切作用在一定范围内也具有很多正面影响。A.高，少，多 B.低，少，少 C.高，少，少 D.低，少，多 （ ） 3、机械搅拌发酵罐内以下装置不具有防止液面中央形成漩涡流动，增强湍动和溶3、对于通气发酵罐，提高罐压，可使饱和溶氧增大，从而使溶氧速率提高，在大氧传质作用的是 。 多数发酵进行过程中，罐顶压强取0.15MPa最好。（ ） A树立的列管 B.挡板 C. 树立的蛇管 D.涡轮式搅拌器 4、气升环流式发酵罐中循环周期越长越有利于供氧。（ ） 4、以下可以用于杂交瘤细胞培养（生产单克隆抗体）的生物反应器有 。 5、 加热是发酵液预处理最简单且最常用的方法。（ ） ①笼式通气搅拌器②气升式细胞培养反应器③中空纤维细胞培养反应器④大载体6、通常结晶设备应有搅拌装置，搅拌器的形式与速度一般趋向于采用较大直径的细胞培养反应器 搅拌桨叶，较低的转到速度。（ ） A. ①、② B. ③、④ C. ①、③、④ D. ①、②、③、④ 7、生产操作过程中，始终要保持发酵罐内的罐压为正压。（ ） 5、罐式连续蒸煮糖化设备中，为了使真空冷却器达到一定的真空度，除了________8、袋滤器的除尘机理只是简单的滤布截留作用。（ ） 之外都可以选用。 9、设备和管道的清洗时，清洗剂温度越高洗得越干净。（ ） A.真空泵 B.蒸汽喷射泵 C.水力喷射泵 D.高压水泵 10、弱酸性阳离子交换树脂交换能力不受溶液pH的影响。（ ） 6、动物细胞培养的操作方式中，哪一种细胞不是始终留在反应器中？ 三、填空题（共22空，每空1分，共22分） A.流加式操作 B.分批式操作 C.连续操作 D.灌注培养 7、对黏度较高的液体的蒸发浓缩最好应采用 。 1、Gaden根据产物生成速度与细胞生长速度之间的A.管式升膜蒸发器 B.套筒式升膜蒸发器 C.套管式升膜蒸发器D. 降膜蒸发器 关系，将代谢产物生成动力学分为三种类型。右图 第 6 页 共 3页 属于 型动力学模型，产物的生成与细胞的生长 。 2、某抗生素厂的一台发酵罐，内径3400mm，园筒部分高度10000mm，上、下椭圆封头体积各为6.25m3，该发酵罐发酵罐的公称体积为 ，发酵罐装料80 m3，1、下图为机械搅拌自吸式发酵罐的结构简图，在图上标出2、4、7、9、10、11各部件的名称，并分别简述其作用。 发酵罐的容积装料系数约为 。 3、降膜式蒸发器中，为了使液体均匀分布于各加热管中，可采用不同的 。 4、对于结晶速度比较快，容易自然起晶，且要求结晶晶体较 大的产品，多采用 ，例如谷氨酸 钠的结晶就采用这种设备。 5、我国啤酒厂大麦芽、大米的粉碎都是采用 粉碎机，属于 法粉碎。 6、错板式糖蜜连续稀释器的工作原理是 。 7、麦芽汁煮沸锅的作用有 、 、 、灭菌、灭酶的作用。 8、液液萃取中的混合设备可以采用 ，分离设备可 以采用分离因数很大的 。 错板式糖蜜连续稀释器 9、硅藻土在过滤操作中常用作 、 和作为预涂层。 10、对生物发酵过程的控制来讲，在线检测是首选方式。生物工业中罐压检测常用 ，温度的测定最常用的是 ，而关于培养基成分如糖类及发酵产物等的分析检测，可用各种 进行测定。 11、在用蒸汽加热灭菌时，要保证管道彻底灭菌,管路配置应能彻底排除 ，故管路应有一定的斜度和装设排污阀门。在灭菌开始时，还必须注意把设备和管路中存留的 充分排尽，否则造成假压而实际灭菌温度达不到要求。 11、发酵工厂用于垂直向上提升物料的输送设备有： 。 2、气体搅拌式反应器（尤其是气升式反应器）用于植物细胞培养有何优缺点？ 四、简答题（共6小题，每小题6分，共36分） 第 7 页 共 3页 3、简述膜分离技术的分离原理，分析在进行超滤时如何克服浓差极化。 4、圆筒体锥底发酵罐有何优点？如何实现罐内发酵液的对流与热交换？ 5、提高物料的干燥速度可以采取哪些措施？对于浆状物料应选择哪种干燥设备？对于易氧化且高度热敏性的液体物料应选择哪种干燥设备？ 6、淀粉质原料蒸煮糖化的目的是什么？罐式连续蒸煮糖化流程中对加热罐和后熟罐的个数和直径有何要求？ 五、计算题（共1小题，每小题11分，共11分） 某厂有50m3机械搅拌发酵罐，发酵罐内径为3m，罐内装有三组圆盘六箭叶涡轮，搅拌器直径为1.17m，搅拌转速为120rpm，通气强度为1.0VVm，罐内装有四块标准挡板，发酵罐装液量为35m3，醪液粘度1.60×10-3 N·s/ m2，醪液密度1050 kg/ m3 ，三角皮带的效率是 0.91，轴承的效率是0.98，端面轴封增加的功率为1%，求轴功率Pg和Kd，并选择合适的电机。（已知在充分湍流状态时，圆盘六箭叶涡轮的功率准数为3.7。P0nNP3LDi5 Pg2.2510（3P02Di3Q0.08)0.390.7Kd（2.363.3n)Pg/VL 0.56vS0.7109mol/(mLminatm)(pO2)式中符号单位分别为Pg—Kw，VL—m3，vS—cm/min，Q－cm3/min。） 第 8 页 共 3页 六、画图题（共1小题，每小题11分，共11分） 1、下列是沿海潮湿地区一家味精厂空气处理的简易流程图，判断该流程是否合理，试简述原理。如不合理，试提出修改意见，并画出合理的流程图。要求标出所画设备的名称并阐明每个设备的作用。 粗过滤器→空压机→丝网分离器→旋风分离器→分过滤器→总过滤器→发酵罐 第 9 页 共 3页 搅拌通常比机械搅拌更为有效。且非机械搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结2020-2021《发酵工程设备》期末课程考试试卷A1答案 一、单项选择题: (每题1分) 1、A 2、C 3、D 4、D 5、D 6、C 7、D 8、D 9、D 10、C 二、 判断题（对的打“√” ，错的打“×” ）（1×10=10分） 1、× 2、√ 3、× 4、√5、√ 6、√ 7√、 8、× 9、× 10、× 构简单。无需轴封。缺点：往往因搅拌强度过低而使培养物混合不均。过量通气易于驱除培养液中的CO2和乙烯。过高的溶氧对合成次级代谢产物不利。 3、小分子物质透过膜，而大分子或固体粒子被阻挡。当溶液从膜的一侧流过时，溶剂与小分子物质透过膜，大分子的溶质在靠近膜面处被截留。并不断返回至溶液主流中，当这一速度低于大分子溶质在膜面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成高浓度的溶质层，这就是浓差极化。为了减少浓差极化，通常采取错流操作或加大流速等措施。 4、答：这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要求。目前，锥形发酵罐成为国内外啤酒工厂使用较多的设备。依靠CO2梯度的作用、 温度的控制、CO2上升的拖曳力促进发酵液的对流和热交换。 5、答：提高空气温度，降低空气湿度，改善空气与物料间的对流，提高真空度，减小颗粒直径。对于浆状物料应选择喷雾干燥、滚筒干燥，对于易氧化且高度热敏性的液体物料应选择真空干燥、冷冻干燥设备。 6、答：a.糊化：原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。采用的方法是用蒸汽加热蒸煮。 b.灭菌：借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。 罐式连续蒸煮的加热罐和后熟罐，其直径不宜太大，个数不能太少。原因是避免返混，保证液体先进先出，保证受热时间。 三、填空题（共22空，每空1分，共22分） 1、GadenI型，偶联 2、97 m、77.5-77.6% 3、分布器 4、 真空煮晶锅 5、辊式、干 6、糖蜜与水等由于挡板的作用不停地改变方向，实现混合。 7、蒸发水分、凝固蛋白质 、煮出酒花中有效成分 8、混合罐、 超高速碟片式离心机或管式离心机 9、助滤剂、过滤介质 10、隔膜式压力表、铂电阻温度计、酶电极（生物传感器） 11、冷凝水、空气 12、斗式提升机 3、四、简答题（共6小题，每小题6分，共36分） 1、答：2：进风管：进无菌空气；4：转子：转动形成负压，吸入无菌空气；7：轴封：轴与罐体密封连接；9：定子，导向并使气体均匀分布；10：冷却蛇管：冷却；11：消沫器：消除泡沫 2、答：植物细胞的特点：一般来说，植物细胞培养的需氧量及kLa值与一般微生物培养相比要低得多。对剪切力敏感需CO2和光照。对于低或中等需氧系统，气体五、计算题（共1小题，每小题11分，共11分） Di2L(120/60)1.17210504答：Re 146.61031.96101205 P03NP3LDi5＝33.7149.334（kW）10501.17＝603第 10 页 共 3页 Pg2.2510（3P02Di3Q0.08)0.39233.空气储罐：消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。 4.6.冷却器：将空气中的水分和油冷却成雾状。 5.旋风分离器：将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去。 7.丝网分离器：除去较细的水雾和油雾。 8.加热器：对空气进行干燥。 9.总过滤器：除去菌体和灰尘。 10．分过滤器：对空气过滤除菌。 149.3341201170.39) 350000000.08110.487(kW)2.25103(110.487 （11%）125.131（kW）0.910.984Q435000000vS495.4(cm/min) 22D3000.7kL（2.363.3n)Pg/VL 0.56vS0.7109（2.363.33)110.5/350.5651.285106molO2/(mLminatm)(pO2)495.40.71200.7109 11．发酵罐。 六、画图题（共1小题，每小题11分，共11分） 答：不合理。由于空气湿度大应对压缩后的空气进行冷却，以形成油雾、 水雾；旋风分离器应放在丝网分离器之前；总过滤器应放在分过滤器之前；应适当加热以降低空气湿度。 1粗过滤器：主要起捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。 2.空压机：提供具有一定压力的空气。 第 11 页 共 3页 线 线____：____号______ ：号学5、一般来说，植物细胞培养的需氧量及kLa值与一般微生物培养相比要低得多。 2020-2021《发酵工程设备》期末课程考试试卷B 适用专业 试卷所需时间 120分钟 试卷总分 100分 三、填空题（共14空，每空1分，共14分） r1、图1为分批发酵中的产物合成，属于 型动力A学模型，产物的生成与细胞的生长 直接联系。 学 __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 名名 姓姓 __ __ __ __订订__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 级级 班班 业业 专专 __ __装装__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ ：： 系系 院院 考试日期 开卷/闭卷 闭卷 成 绩 2、麦芽汁煮沸锅的作用有 、 一、选择题: (每题1分，共5分) 灭菌、灭酶1、 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。 t的作用。 A.空气过滤系统 B.搅拌器 C.空气喷嘴 D.罐外上升管 3、蒸发装置主要由_______________和——生物量 ┄ ┄┄代谢物2、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_______封头。 __________________两部分组成。对热敏性物料，为了缩图1 A.锥形 B.椭圆或蝶形 C.蝶形或锥形 D.球形或锥形 短受热时间，并达到所要求的蒸发浓缩量，通常采用 3、味精厂等电罐在低温等电点操作时,罐中蛇管内可用________使罐内的等电点蒸发。 液降温。 4、空气增湿方法主要有__________ 、__ _ __和____________三种方法。 A.冰盐水或氨 B.自来水 C.氨 D.冷凝水 5、 发酵工厂中的斗式提升机的卸料方式有 ，该卸料方式适合 4、 通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是_________。 于 物料的卸料。另一种卸料方式为 ，该卸料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.防止泡沫方式适合于黏度较大或较重不易甩出的物料的卸料。 产生 D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率 四、名词解释（共5小题，每小题3分，共15分） 5、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不正确的是____ 。 1实罐灭菌 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% 2装料系数 C．无机械运动部件，因而细胞损伤率比较低；D．反应器通过直接喷射空气供氧，3绝对过滤 氧传递速率高。 4 Yx/s 二、 判断题（对的打“√” ，错的打“×”每题1分，共5分） 5、喷雾干燥 1、发酵罐的通风量越大，泡沫越少；搅拌转速越大，泡沫越少。 五、简答题（共6小题，每小题6分，共36分） 2、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。 1、圆筒锥底啤酒发酵罐上为什么要安装真空安全阀?祥细解释它的作用。 3、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2、叙述机械搅拌自吸式发酵罐的工作原理。 液倒流入空气过滤系统。 3、用膜分离(超滤和反渗透)技术分离化工产品有什么特点? 4、使用高压蒸汽灭菌锅，灭菌结束后，可以马上开盖取物。 第 12 页 共 3页 4、采用真空煮晶锅进行味精的精制，其优点是什么？ 5、什么是沸腾干燥，叙述沸腾干燥的原理。 6、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？ 六、画图题（共1小题，每小题15分，共15分） 1、画出浙江沿海地区的空气除菌流程并说明每个设备的作用。 七、计算题（共1小题，每小题10分，共10分） 1、某厂10m3机械搅拌发酵罐，发酵罐直径D=1.8m，一只圆盘六箭叶涡轮搅拌器直径Di=0.6m ，罐内装有四块标准挡板，装液量VL为6m3，搅拌转速 ω=150rpm，通气强度为1.0VVm，醪液粘度μ=2.25×10-3 N·s/ m2，醪液密度 ρ=1020 kg/ m3 ,Di2L求轴功率Pg和Kd。（已知Re，Pg≈0.577P0，0.56Kd2.363.3nPg/VLvs0.7109）。 第 13 页 共 3页 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2021-2021《发酵工程设备》期末课程考试试卷B答案 一、单项选择题: (每题1分) 1、B 2、B 3、A 4、A 5、B 二、 判断题（对的打“√” ，错的打“×” ）（1×10=10分） 1、×2、× 3、×4×、 5、√ 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。所以大型发酵罐应设防止真空装置。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。 2、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,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。 3、答： 膜分离(超滤和反渗透)技术分离化工产品特点是： ①. 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。 ②. 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。 ③. 膜分离技术不仅适用于有机物和无机物、病毒、细菌的分离，而且还适用于许三、填空题（共14空，每空1分，共14分） 1、生长偶联、有 2、蒸发水分、 凝固蛋白质、煮出酒花中有效成分 3、加热器、蒸发室、薄膜蒸发 4、往空气中通入直接蒸汽、 喷水、空气混合增湿 5、离心卸料、适用干燥松散且磨损小的物料、重力卸料 四、名词解释（共5小题，每小题3分，共15分） 1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。 2装料系数：发酵罐中的装液量与发酵罐体积的比值，称为装料系数。 3绝对过滤：是介质之间的孔隙小于被滤除的微生物，当空气流过介质层后，空气中的微生物被滤除。 4 Yx/s：细胞对基质的得率系数，等于生成的细胞质量除以消耗基质的质量。 5、喷雾干燥：是利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。 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。 4. 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。 4、答：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。 五、简答题（共6小题，每小题6分，共36分） 1.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，有可能造成一定的第 14 页 共 3页 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。 5、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。 6、答: N1τ2.303log0kNs7.丝网分离器：除去较细的水雾和油雾。 8.加热器：对空气进行干燥。 9.总过滤器：除去菌体和灰尘。 10．分过滤器：对空气过滤除菌。 11．发酵罐 七、计算题（共1小题，每小题10分，共10分） 解：先求搅拌雷诺准数： 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=10-3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。 Di2L150/60(0.6)10204 Re40.81032.25102因Re≥104，所以发酵系统在充分湍流状态，即有功率系数NP = 3.7。故两组叶轮的不通气时搅拌功率为： 1505p0NPLD3.710200.64585(W)4.585(KW) 6035i3六、画图题（共1小题，每小题15分，共15分） 答：应该采用两次冷却，两次分离，适当加热的空气过滤除菌流程。 通气搅拌功率为 : Pg≈0.577×P0=2.645KW 空截面气速为: vs611.822.359m/min235.9(cm/min) 4从而可算出溶氧系数： Kd2.363.3nPg/VL2.363.32.645/65.471060.560.56vs0.71090.7235.90.71500.7109 1粗过滤器：主要起捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。 2.空压机：提供具有一定压力的空气。 3.空气储罐：消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。 4.6.冷却器：将空气中的水分和油冷却成雾状。 5.旋风分离器：将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去。 第 15 页 共 3页 _ _ _ _ _ _ _ ： 号 线学 _ _ _ _ _ _ _ _ _ ： 名 姓 _ _ _ _订_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ： 级 业班 专 _ _装_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ： 系 院 产生 D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率 2020-2021《发酵工程设备》期末课程考试试卷B1 7、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到______，才能保证先进先出。 试卷所需时 A.过渡流 B.层流 C.活塞流 D.湍流 适用专业 间 120分钟 试卷总分 100分 一、单8、管道式光培养反应器最适合以下哪类细胞培养？ 考试日期 开卷/闭卷 闭卷 成 绩 项选择A.酵母菌 B.长春花细胞 C.Hela细胞 D.海藻细胞。 题: 9、目前啤酒厂夹套式麦芽汁煮沸锅中常用的搅拌器为 。 (每题1分，共10分) A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C. 后弯曲的圆周曲面搅拌器D. 1、在细胞活动热释放过程中，基质氧化态越 ，耗氧量越 ，热释放锚式搅拌器 越 。 10、溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是__________。 A.高，少，多 B.低，少，少 C.高，少，少 D.低，多，多 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2、 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。 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，A.空气过滤系统 B.搅拌器 C.空气喷嘴 D.罐外上升管 一般为20-35℃ 3、 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，我们称为空二、 判断题（对的打“√” ，错的打“×” ）（1×10=10分） 罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是____________________，只有这样1、通用式机械搅拌发酵罐的高径比一般为1.7-2.5。（ ） 才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。 2、发酵罐热交换用的树立的列管、排管或蛇管也可起相应的挡板作用。（ ） A.高温瞬时(133℃，15秒钟) B.同实罐灭菌一样(115℃，8-15分钟) C.高温长3、 空气过滤系统中空气加热器的作用是杀灭杂菌。（ ） 时(121℃，45分钟) D.间歇灭菌(100℃，30分钟，连灭三次) 4、味精厂等电罐在低温等电点操作时,罐中蛇管内可用________使罐内的等电点4、结晶设备通常都具有搅拌装置。（ ） 5、 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。（ ） 液降温。 6、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。（ ） A.冰盐水或氨 B.自来水 C.氨 D.冷凝水 7、自吸式发酵罐的罐压应维持在负压。（ ） 5、以下可以用于杂交瘤细胞培养（生产单克隆抗体）的生物反应器有 。 8、棉花活性炭空气过滤器中所用的棉花为灭菌的脱脂棉。（ ） ①笼式通气搅拌器②气升式细胞培养反应器③中空纤维细胞培养反应器④大载体9、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细胞培养反应器 出。（ ） A. ①、② B. ③、④ C. ①、③、④ D. ①、②、③、④ 10、一般来说，植物细胞培养的需氧量及kLa值与一般微生物培养相比要低得多。6、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是_________。 （ ） 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.防止泡沫三、填空题（共15空，每空1分，共15分） 第 16 页 共 3页 1、某酒精工厂,每发酵罐的进料量为24t/h,每4h装满一罐,糖化醪密度为1075 Kg/m3,装料系数为0.9, 故此发酵罐的全体积约为 m3。 2、蒸发装置主要由_______________和__________________两部分组成。对热敏性物料，为了缩短受热时间，并达到所要求的蒸发浓缩量，通常采用 蒸发。 3、双转子锤式粉碎机比单转子锤式粉碎机的理论优越性在于 。 4、用于植物细胞培养的固定化细胞培养反应器类型有 、 、膜反应器。 5、空气减湿方法主要有__________ 、__ _ __和_____________ 三种方法。 6、发酵工厂用于垂直提升物料的输送设备是 。 7、液-液萃取设备应包括3个部分： 、 和溶剂回收设备。 8、CIP清洗系统是Clean In Place的简称，即 ,进行大罐清洗工作的关键设备是 。 四、简答题（共8小题，每小题6分，共48分） 1、说明图1所示反应器的类型及工作原理。 2、简述植物细胞培养与微生物细胞培养的不同之处。 3、生物工业中的物料为什么要进行粉碎？常用的粉碎方式有哪两种？ 4、叙述喷雾干燥原理及特点。 5、淀粉质原料蒸煮糖化的目的是什么？ 6、为什么对于管式薄膜蒸发器的加热管子直径、长度选择要适当？ 7、为什么对于通风式发酵罐和嫌气式发酵罐都需要对其反应体系内的压强进行监控? 最常用的压强检测仪是什么?为了保证耐压罐的压力安全，罐上还有必要设立何种装置？ 8、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。 五、画图题（共1小题，每小题8分，共8分） 1、下列是沿海潮湿地区一家味精厂空气处理的简易流程图，判断该流程是否合理，如不合理，试提出修改意见，并画出合理的流程图。 粗过滤器→空压机→丝网分离器→旋风分离器→分过滤器→总过滤器→发酵罐 六、计算题（共1小题，每小题9分，共9分） 试设计一台通风量为10m3/min（标准状态）的棉花过滤器，空气压力为4大气压(绝压)，进入空气过滤器的空气含菌量是4000个／m3，发酵周期150h，要求因空气原因引起的倒罐率为0.1%，工作温度为30℃，计算空气过滤器的尺寸(过滤介质厚度和过滤器直径)(注：采用棉花纤维直径df =16μm，填充系数α= 8%，空气线速度vs = 0.1m/s；过滤常数K = 13.5/m)。 图1 第 17 页 共 3页 e.植物细胞培养需CO2和光照； 2020-2021《发酵工程设备》期末课程考试试卷B1答案 一、单项选择题: (每题1分) 1、C 2、B 3、C 4、A 5、D 6、D 7、D 8、D 9、C 10、D 二、 判断题（对的打“√” ，错的打“×” ）（1×10=10分） 1、× 2、√ 3、× 4、√ 5、×6、√ 7、× 8、× 9、× 10、√ 3. 答： a.固体物料经粉碎后，颗粒变小，原料的表面积显著增大，可加速蒸煮时的溶解过程。节省蒸汽，减少能量消耗，提高淀粉利用率，并能减少输送管道的阻塞现象，便于连续化生产。 b.粉碎方式有湿法粉碎和干法粉碎两种。 c. ①消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗； ②粉碎过程中，淀粉已开始吸水膨胀，提高了蒸煮效果； ③粉碎后经预热，提高了蒸汽的利用率； ④机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。 4. 答：喷雾干燥原理：喷雾干燥是利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热质交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。 特点：（1）干燥速度快、时间短，一般为3～3Os。 （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5O～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。 三、填空题（共15空，每空1分，共15分） 1. 100 2. 加热器、蒸发室、薄膜蒸发 4.克服环流能量损耗 5. 填充床反应器、流化床反应器 6.往空气中通入干燥空气、喷淋低于该空气露点温度的冷水、使用热交换器以把空气冷却至露点以下等 7. 斗式提升机或气力输送系统 9．混合设备、分离设备 10. 原位清洗、喷射洗涤装置 （3）制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。 5.答：a.糊化：原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。采用的方法是用蒸汽加热蒸煮。 b.灭菌：借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。 罐式连续蒸煮的加热罐和后熟罐，其直径不宜太大，个数不能太少。原因是避免返混，保证液体先进先出，保证受热时间。 6、答：保证加热面供应足够的气速，爬膜工作状况是逐步形成的，管径越大则管子需要越长。但长管结构比较复杂。故L/D=100-500。 7、答：(1)对通气生物发酵反应，必须往反应器中通入无菌的洁净空气，一是供应生物细胞呼吸代谢所必要的氧，二是强化培养液的混合与传质，三是维持反应器有适宜的表压，以防止外界杂菌进入生物反应系统。对气升式反应器，通气压第 18 页 共 3页 四、简答题 1.答：外循环气升式生物反应器。操作原理为： 把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入该反应器外管的发酵液中，通过气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在外管中向上运动，从而将气液混合物带到圆柱体的反应器中并向下运动，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。 2、答：植物细胞培养与微生物的区别： a.细胞的大小:植物细胞一般比微生物细胞大； b.细胞块的形状:植物细胞为块状，而微生物细胞有球状、杆状、螺旋状等； c.培养液的黏度:植物细胞培养液有一定的黏度； d.需氧量:植物细胞培养的耗氧量比微生物细胞的好氧量少； e.植物细胞的Kla值比微生物培养的Kla值小得多； d.植物细胞对剪切力敏感； 强的适度控制是高效溶氧传质及能量消耗的关键因素之一。对嫌气发酵，如酒精发酵和啤酒发酵，反应过程中要产生大量的CO六、计算题（共1小题，每小题8分，共8分） 2气体，要回收气体或排除气体都需要对罐压进行控制。另外，也需要维持反应器有适宜的表压，以防止外界杂菌进解：由题意可知,在一个发酵周期内进入空气过滤器的杂菌数为： 入生物反应系统。 lgN2(2)最常用的压强检测仪是隔膜式压力表。 Nk'L 1(3)为了保证耐压罐的压力安全，罐上还有必要设立安全阀。 N1= 4000×10×60×150 = 3.6×108 8、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N32= 10 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,∴L=0.86m 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P1 = 0.1 MPa P2= 0.4 MPa 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V331= 10 M/min = 0.17M/sec 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，通过碟片上圆孔由气态方程得： 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V32=0.047 M/sec 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D= 0.775 （M） 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答: 该空气过滤器的过滤介质厚度为 0.86cm ,过滤器直径为 0.775 M. 动的过程中被分开。 五、画图题（共1小题，每小题9分，共9分） 答：不合理，沿海地区水分含量大，应加强除油水。 1粗过滤器2.空压机3.空气储罐4.6.冷却器5.旋风分离器7.丝网分离器8.加热器9.总过滤器10．分过滤器11．发酵罐 第 19 页 共 3页 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/f50070f153e2524de518964bcf84b9d528ea2c1b.html