河南工業(yè)大學(xué)生物工程設(shè)備習(xí)題集

1、問(wèn)答題: (每題7分)1. 表達(dá)噴射自吸式發(fā)酵罐的工作原理。答: 噴射自吸式發(fā)酵罐的工作原理是用泵將發(fā)酵液送入文氏管中,由于文氏管的收縮段中流速增加,即動(dòng)壓力增加,靜壓力減小,形成負(fù)壓,將無(wú)菌空氣吸入,并被高速流動(dòng)的液體打碎、分散,與液體均勻混合,提高發(fā)酵液中的溶解氧，這是溶氧階段。當(dāng)發(fā)酵液從上升管進(jìn)入發(fā)酵罐后，微生物耗氧，同時(shí)發(fā)酵液向發(fā)酵罐底部循環(huán)，待發(fā)酵液中的溶解氧即將耗竭時(shí)，發(fā)酵液又從發(fā)酵罐底部被泵打入上升管，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。2. 酒精發(fā)酵罐由于操作失誤就可能造成罐內(nèi)真空甚至被吸癟，表達(dá)造成上述事故的原因，以及預(yù)防和修復(fù)(被吸癟)的方法。答：酒精發(fā)酵罐出現(xiàn)真空主要是發(fā)酵罐在密閉條件下轉(zhuǎn)罐

2、或進(jìn)行內(nèi)部清洗時(shí)造成的。由于大型發(fā)酵罐在工作完畢后放料的速度很快，有可能造成一定的負(fù)壓。另外，即便罐內(nèi)留存一局部CO2氣體，在進(jìn)行清洗時(shí)，由于清洗溶液中含有堿性物質(zhì)，與CO2進(jìn)行中和反響，除去了CO2也可能使罐內(nèi)形成真空。如果不即時(shí)進(jìn)氣，在外界壓力作用下發(fā)酵罐就會(huì)被壓癟。所以大型發(fā)酵罐應(yīng)設(shè)防止真空裝置，在罐頂安裝一個(gè)真空平安閥。真空平安閥的作用是當(dāng)罐內(nèi)出現(xiàn)真空時(shí)，閥門(mén)開(kāi)啟，允許空氣進(jìn)入罐內(nèi)，以建立罐內(nèi)外壓力的平衡。如果出現(xiàn)上述事故發(fā)酵罐被吸癟，可以用高壓水漲法使其復(fù)圓。3. 圓筒錐底啤酒發(fā)酵罐上為什么要安裝真空平安閥?祥細(xì)解釋它的作用。答：筒錐底啤酒發(fā)酵罐出現(xiàn)真空主要是發(fā)酵罐在密閉條件下轉(zhuǎn)罐或

3、進(jìn)行內(nèi)部清洗時(shí)造成的。由于大型發(fā)酵罐在工作完畢后放料的速度很快，有可能造成一定的負(fù)壓。另外，即便罐內(nèi)留存一局部CO2氣體,在進(jìn)行清洗時(shí),由于清洗溶液中含有堿性物質(zhì),與CO2進(jìn)行中和反響,除去了CO2也可能使罐內(nèi)形成真空。所以大型發(fā)酵罐應(yīng)設(shè)防止真空裝置。真空平安閥的作用是當(dāng)罐內(nèi)出現(xiàn)真空時(shí)，閥門(mén)開(kāi)啟，允許空氣進(jìn)入罐內(nèi)，以建立罐內(nèi)外壓力的平衡。4. 表達(dá)空氣帶升式(氣升式)發(fā)酵罐的工作原理。答：以外循環(huán)為例來(lái)說(shuō)明空氣帶升式(氣升式)發(fā)酵罐的工作原理。在罐外裝設(shè)上升管，與發(fā)酵罐構(gòu)成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，在上升管的下部有空氣噴嘴，空氣以250300米/秒的高速度噴入上升管，借噴嘴的作用而使空氣泡分割細(xì)碎，與上升

4、管的發(fā)酵液密切接觸。由于上升管內(nèi)的發(fā)酵液輕，加上壓縮空氣的噴流動(dòng)能，因此使上升管的液體上升，罐內(nèi)液體下降而進(jìn)入上升管，形成反復(fù)循環(huán)，在上升管提供微生物所需要的溶解氧，使發(fā)酵正常進(jìn)行。5. 表達(dá)噴射液化器的工作原理，它適用于哪些地方(工序)。答： 噴射液化器主要由噴嘴、吸入室、擴(kuò)大管和調(diào)節(jié)手輪組成。當(dāng)帶有壓力的物料以高速進(jìn)入噴射液化器經(jīng)過(guò)其內(nèi)部的噴嘴時(shí)，它的動(dòng)能增大，靜壓能變小，造成吸入室內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，將蒸汽吸入，并在吸入室內(nèi)與物料接觸，高速流向擴(kuò)大管，物料與蒸汽在擴(kuò)散管的喉部充分混合，物料被蒸汽加熱，在瞬時(shí)將物料加熱到所需的溫度80105。在擴(kuò)散段內(nèi)由于管徑逐漸增大，物料流速逐漸降低，動(dòng)能又轉(zhuǎn)化

5、為靜壓能，壓力隨之升高，從出口排出。 噴射加熱器適用于對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)液化，如在味精廠、制藥廠等的糖化工段(工序)等。6. 表達(dá)噴射加熱器的工作原理,它適用于哪些地方(工序)。答： 噴射加熱器主要由噴嘴、吸入室和擴(kuò)大管組成。當(dāng)物料以高速經(jīng)過(guò)噴嘴時(shí),它的動(dòng)能增大，靜壓能變小，造成吸入室內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，將蒸汽吸入室內(nèi)，物料與蒸汽在擴(kuò)散管的喉部充分混合,物料被加熱，在擴(kuò)散段內(nèi)速度逐漸降低，壓力隨之升高，動(dòng)能又轉(zhuǎn)化為靜壓能，從出口排出。噴射加熱器適用于連續(xù)加熱物料的地方(工序),如連續(xù)滅菌等。7. 表達(dá)自吸式發(fā)酵罐的工作原理。答: 自吸式發(fā)酵罐的主要構(gòu)件是自吸攪拌器(轉(zhuǎn)子)和導(dǎo)輪(定子),空氣管與定子相連接

6、,在轉(zhuǎn)子啟動(dòng)前,先用液體將轉(zhuǎn)子浸沒(méi),然后啟動(dòng)馬達(dá)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn),液體或空氣在離心力的作用下,被甩向葉輪外緣,在這個(gè)過(guò)程中,流體便獲得能量,假設(shè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速愈快,旋轉(zhuǎn)的線速度也愈大,那么流體的動(dòng)能也愈大,流體離開(kāi)轉(zhuǎn)子時(shí),由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芤灿?排出的風(fēng)量也越大。 當(dāng)轉(zhuǎn)子空膛內(nèi)的流體從中心被甩向外緣時(shí)，在轉(zhuǎn)子中心處形成負(fù)壓，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速愈大，所造成的負(fù)壓也愈大，由于轉(zhuǎn)子的空膛用管子與大氣相通，因此空氣不斷地被吸入，甩向葉輪的外緣，通過(guò)定子而使氣液均勻分布甩出。由于轉(zhuǎn)子的攪拌作用，氣液在葉輪的外緣形成強(qiáng)烈的混合流湍流，使剛剛離開(kāi)葉輪的空氣立即在不斷循環(huán)的發(fā)酵液中分裂成細(xì)微的氣泡，并在湍流

7、狀態(tài)下混合、翻騰、擴(kuò)散到整個(gè)罐中，因此轉(zhuǎn)子同時(shí)具有攪拌和充氣兩個(gè)作用。8. 表達(dá)溢流噴射自吸式發(fā)酵罐的工作原理。答: 溢流噴射自吸式發(fā)酵罐的工作原理是用泵將發(fā)酵液從發(fā)酵罐的底部提升到罐頂?shù)囊缌骺?，液體由于自重通過(guò)溢流管向發(fā)酵罐跌落，形成拋射流，由于液體外表層作用，使靠近流體外表的無(wú)菌空氣氣體邊界層具有一定的速率，從而形成氣體的流動(dòng)和自吸作用，并被高速流動(dòng)的液體打碎、分散,與液體均勻混合,使氧溶解在發(fā)酵液中的，這是溶氧階段。發(fā)酵液進(jìn)入發(fā)酵罐后，微生物耗氧，同時(shí)將代謝產(chǎn)生的二氧化碳和其它氣體不斷地從發(fā)酵液中別離并排出，發(fā)酵液的比重變大向發(fā)酵罐底部循環(huán)，待發(fā)酵液中的溶解氧即將耗竭時(shí)，發(fā)酵液又從發(fā)酵罐

8、底部被泵打入循環(huán)管，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。9. 通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐中的平直葉渦輪攪拌器為什么要安一個(gè)圓盤(pán)?答： 通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐中的平直葉渦輪攪拌器如果沒(méi)有圓盤(pán)，從攪拌器下方空氣管進(jìn)入的無(wú)菌空氣氣泡就會(huì)沿著軸部的葉片空隙上升，不能被攪拌葉片打碎，致使氣泡的總外表積減少，溶氧系數(shù)降低；同時(shí)氣泡大，上升速度快，走短路，傳質(zhì)效果差。而安一個(gè)圓盤(pán)，大的氣泡受到圓盤(pán)的阻擋，只能從圓盤(pán)中央流至其邊緣，從而被圓盤(pán)周邊的攪拌漿葉打碎、分散，提高了溶氧系數(shù)。10. 什么是軸封？機(jī)械軸封與填料函軸封相比有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：軸封是安裝在旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)備之間的部件，它的作用是阻止工作介質(zhì)液體、氣體沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出設(shè)備之處泄漏。

9、機(jī)械軸封與填料函軸封相比優(yōu)點(diǎn)是:a. 密封可靠，在一個(gè)較長(zhǎng)的使用期中不會(huì)泄漏或很少泄漏。清潔，無(wú)死角，可以防止雜菌污染。b. 使用壽命長(zhǎng)，正確選擇摩擦副和比壓的機(jī)械密封可使用年，最長(zhǎng)有用到年。c. 維修周期長(zhǎng)，在正常工作的情況下，不需要維修。d. 軸或軸套不受磨損。e. 摩擦功率耗損少，一般約為填料函密封的1050f. 機(jī)械軸封對(duì)軸的精度和光潔度沒(méi)有填料函要求那么嚴(yán)格，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對(duì)殼體孔的偏斜不敏感，對(duì)軸的震動(dòng)敏感性小。g.適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高真空、高壓、各種轉(zhuǎn)速以及各種腐蝕性、磨蝕性、易燃、易爆、有毒介質(zhì)的密封。其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要一定的加工精度和安裝技術(shù)。11. 發(fā)

10、酵罐實(shí)罐滅菌為什么要“三路進(jìn)汽? 實(shí)罐滅菌的進(jìn)汽和排氣原那么是什么?答： 所謂發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌的“三路進(jìn)汽就是在對(duì)培養(yǎng)基滅菌時(shí)，讓蒸汽從空氣進(jìn)口、排料口、取樣口進(jìn)入罐內(nèi)，使培養(yǎng)基均勻翻騰，到達(dá)培養(yǎng)基滅菌之目的。這是因?yàn)檫@三個(gè)管都是插入到發(fā)酵醪中，假設(shè)不進(jìn)蒸汽就會(huì)形成滅菌死角。實(shí)罐滅菌的進(jìn)汽和排氣原那么是“非進(jìn)即出，就是說(shuō)所有進(jìn)入發(fā)酵罐的管道在滅菌過(guò)程中如果不進(jìn)入蒸汽就一定要進(jìn)行排氣，使所有管道都被蒸汽或二次蒸汽通過(guò)，得以滅菌。不能有既不進(jìn)汽也不排汽的管道死角存在。12. 在培養(yǎng)基的滅菌過(guò)程中是否能做到絕對(duì)無(wú)菌？為什么？發(fā)酵生產(chǎn)中對(duì)培養(yǎng)基的滅菌的無(wú)菌程度是多少？答: 假設(shè)要求滅菌后絕對(duì)無(wú)菌，即Ns

11、=0，從上面公式可以看得出滅菌時(shí)間將等于無(wú)窮大，這對(duì)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是不可能，所以培養(yǎng)基滅菌后，在培養(yǎng)液中必然還產(chǎn)殘留一定的活菌。工程上通常以Ns=10-3個(gè)/罐來(lái)進(jìn)行計(jì)算，即雜菌污染降低到被處理的每1000罐中只殘留一個(gè)活菌的程度，這就可以滿足生產(chǎn)的要求了。13. 什么是離心別離機(jī)?表達(dá)離心別離機(jī)別離兩種不同重度液體的原理。答: 藉離心沉降速度的不同將輕重不同或互不溶解的兩種液體分開(kāi)的離心機(jī)稱作離心別離機(jī)。離心別離機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有數(shù)十只(50-80)形狀和尺寸相同的碟片,碟片按一定間距(0.5-1.2mm)疊置起來(lái)組成碟片組，每只碟片在離開(kāi)軸線一定距離的圓周上開(kāi)有幾個(gè)對(duì)稱分布的圓孔許多這樣的碟片疊置起

12、來(lái)時(shí)，對(duì)應(yīng)的圓孔就形成垂直的通道。兩種不同重度液體的混合液進(jìn)入離心別離機(jī)后，通過(guò)碟片上圓孔形成的垂直通道進(jìn)入碟片間的隙道，并被帶著高速旋轉(zhuǎn)，由于兩種不同重度液體的離心沉降速度的不同，重液的離心沉降速度大，就離開(kāi)軸線向外運(yùn)動(dòng)，輕液的離心沉降速度小，那么向軸線流動(dòng)。這樣，兩種不同重度液體就在碟片間的隙道流動(dòng)的過(guò)程中被分開(kāi)。14. 在飼料工廠從發(fā)酵醪中別離酵母應(yīng)該選用什么離心機(jī)?表達(dá)該機(jī)別離酵母的原理。答: 在飼料工廠從發(fā)酵醪中別離酵母應(yīng)該選用離心澄清機(jī)。 離心澄清機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有數(shù)十只(5080)形狀和尺寸相同的碟片,碟片按一定間距(0.51.2mm)疊置起來(lái)組成碟片組。含有酵母的發(fā)酵醪液進(jìn)入離心澄清

13、機(jī)后，從碟片組外緣進(jìn)入各相鄰碟片間的薄層隙道，這時(shí)發(fā)酵醪也被帶著高速旋轉(zhuǎn)，由于固體和液體的離心沉降速度的不同，在碟片間的隙道中被分開(kāi)，固體(酵母)的離心沉降速度大，就離開(kāi)軸線向外運(yùn)動(dòng)，液體的離心沉降速度小，那么向軸線流動(dòng)。這樣，酵母和液體就在碟片間的隙道流動(dòng)的過(guò)程中被分開(kāi)。15. 在工廠中要將奶油(酯)從新鮮牛奶中別離出來(lái)應(yīng)該選用什么離心機(jī)?表達(dá)該機(jī)別離奶油的原理。答: 在工廠中要將奶油(酯)從新鮮牛奶中別離出來(lái)應(yīng)該選用離心別離機(jī)，它能藉離心沉降速度的不同將互不溶解的兩種液體分開(kāi)。離心澄清機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有數(shù)十只(50-80)形狀和尺寸相同的碟片,碟片按一定間距(0.5-1.2mm)疊置起來(lái)組成碟片

14、組，每只碟片在離開(kāi)軸線一定距離的圓周上開(kāi)有幾個(gè)對(duì)稱分布的圓孔許多這樣的碟片疊置起來(lái)時(shí)，對(duì)應(yīng)的圓孔就形成垂直的通道。兩種互不溶解的混合液進(jìn)入離心別離機(jī)后，通過(guò)碟片上圓孔形成的垂直通道進(jìn)入碟片間的隙道，并被帶著高速旋轉(zhuǎn)，由于互不溶解的兩種液體重度不同，離心沉降速度也不同，重液奶的離心沉降速度大，就離開(kāi)軸線向外運(yùn)動(dòng)，輕液酯的離心沉降速度小，那么向軸線流動(dòng)。這樣，奶油(酯)和奶就在碟片間的隙道流動(dòng)的過(guò)程中被分開(kāi)。16. 以超濾或反滲透為例講述膜別離原理。答： 以反滲透為例講述膜別離原理如下：假設(shè)有一個(gè)僅能透過(guò)溶劑而不能透過(guò)溶質(zhì)的半透膜，將純?nèi)軇┍确郊兯蜐馊芤悍謩e置于膜兩側(cè)，因施加在溶液上方的壓力不同

15、，表現(xiàn)出三種情況如下列圖所示。無(wú)外界壓力作用時(shí)，由于純?nèi)軇┧幕瘜W(xué)位 U1大于溶液中溶劑的化學(xué)位 U2，引起純?nèi)軇┧高^(guò)膜向溶液側(cè)遷移，這就是滲透，如圖A。對(duì)溶液施加壓力，提高其化學(xué)位，就降低了膜兩側(cè)溶劑的化學(xué)位差，從而降低了純?nèi)軇┫蛉芤簼B透的透過(guò)速率。當(dāng)施加在溶液上的壓力恰好使溶劑的化學(xué)位與純?nèi)軇┘兯幕瘜W(xué)位相等，于是系統(tǒng)到達(dá)滲透平衡，此時(shí)溶液承受的壓力稱為滲透壓 ，如圖B。對(duì)溶液施加的壓力超過(guò)滲透壓 時(shí)，溶液中溶劑的化學(xué)位高于純?nèi)軇┧幕瘜W(xué)位，于是溶液中溶劑水以壓力差為推動(dòng)力，透過(guò)膜向純?nèi)軇┧畟?cè)遷移，實(shí)現(xiàn)了從溶液中別離出溶劑水。由于此時(shí)溶劑的遷移方向與滲透方向相反，故稱為反滲透，如圖C。1

16、7. 什么是超濾過(guò)程中的濃差極化現(xiàn)象，如何降低濃差極化現(xiàn)象。答：待別離液從膜面一側(cè)流過(guò)時(shí)，靠近膜面的液體處于層流狀態(tài)；同時(shí)，當(dāng)水及小分子溶質(zhì)透過(guò)膜面時(shí)，大分子的溶質(zhì)在靠近膜面處被阻留。被阻留分子從膜面返回液體主流的速度受其通過(guò)層流區(qū)的擴(kuò)散速度所控制，當(dāng)這一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就必然會(huì)在膜面的一側(cè)逐漸形成一高濃度的被阻留溶質(zhì)層。這就是濃差極化。隨著濃縮倍數(shù)的提高，濃差極化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，膜的透過(guò)通量也越來(lái)越低。提高液流的雷諾準(zhǔn)數(shù)，可以減小層流區(qū)的厚度，增大被阻留分子返回液體主流的速度，這是削弱濃差極化的重要措施。但其些酶在高的剪切應(yīng)力下，容易喪失其局部酶活力，因此不能無(wú)限提高液體

17、流速提高液流的雷諾準(zhǔn)數(shù)方法之一。提高液溫也是削弱濃差極化常用的方法，但也受被濃縮液及膜的耐熱性的限制。18. 用膜別離(超濾和反滲透)技術(shù)別離化工產(chǎn)品有什么特點(diǎn)?答： 膜別離(超濾和反滲透)技術(shù)別離化工產(chǎn)品特點(diǎn)是：. 膜別離過(guò)程中不發(fā)生相變化,與有相變化的別離法和其他別離法相比,能耗要低。. 膜別離過(guò)程是在常溫下進(jìn)行的,因而特別適用于對(duì)熱敏性物質(zhì)的別離、分級(jí)、濃縮和富集。例如用于果汁、酶、藥品生產(chǎn)中。3. 膜別離技術(shù)不僅適用于有機(jī)物和無(wú)機(jī)物、病毒、細(xì)菌的別離，而且還適用于許多特殊溶液體系的別離，如將溶液中大分子與無(wú)機(jī)鹽的別離，一些共沸物或近沸物系的別離等。4. 由于只是用壓力作為超濾和反滲透的

18、推動(dòng)力，因此別離裝置簡(jiǎn)單，操作方便，易于自動(dòng)控制，易于維修。19. 什么是真空蒸發(fā)濃縮？祥細(xì)表達(dá)升膜式蒸發(fā)器的工作原理。答：溶液在真空狀態(tài)，較低的溫度下即沸騰、溶劑汽化，這稱之為真空蒸發(fā)濃縮。升膜式蒸發(fā)器的工作原理。溶液在加熱的管子里由下而上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在管壁的液體受熱溫度上升，密度下降，而管子中心的液體溫度變化較小，這就使管內(nèi)液體產(chǎn)生如圖a所示的自然對(duì)流運(yùn)動(dòng)。溫度升得越高對(duì)流越劇烈，當(dāng)溫度升到相應(yīng)沸騰溫度時(shí)，溶液便開(kāi)始沸騰，產(chǎn)生蒸汽氣泡分散于連續(xù)的液相中。由于蒸汽氣泡的密度小故氣泡通過(guò)液體而上升，如圖b所示。液相因混有蒸汽氣泡，使液體靜壓頭下降，液體繼續(xù)受熱，溫度不斷上升，氣泡大量增加。蒸汽氣泡

19、相互碰撞，小氣泡就聚合成大氣泡于管子中部上升，氣泡增大，氣體上升的速度那么加快，如圖c所示。當(dāng)氣泡繼續(xù)增大形成柱狀，占據(jù)管子中部的大局部空間時(shí)，氣體以很大的速度上升，而液體受重力作用沿氣泡邊緣下滑，如圖d所示。 液體下降較多時(shí)，大個(gè)柱狀氣泡那么被液層截?cái)啵鐖De所示。假設(shè)液體溫度繼續(xù)上升，溶液的蒸發(fā)速度繼續(xù)增加，氣泡的上升速度激增，蒸汽的密度也增大，由于重力作用，滑流下來(lái)的液體很快受熱蒸發(fā)，未蒸發(fā)的濃縮液體也被高速氣流帶著上升，氣泡斷層不能形成，蒸汽占據(jù)了整個(gè)管子中部空間，液體只能分布于管壁，開(kāi)始形成液膜，如圖f所示，這時(shí)稱為環(huán)形流。環(huán)形流液體的上升是靠高速蒸汽氣流對(duì)流層的拖帶而形成，稱之為“

20、爬膜現(xiàn)象。這時(shí)液膜沿管壁上升不斷受熱蒸發(fā)，濃度不斷增大，最后與蒸汽一齊離開(kāi)，管子越高那么上升蒸發(fā)時(shí)間越長(zhǎng),溶液濃縮越大。20. 在味精生產(chǎn)過(guò)程中包括麩酸使用了哪些結(jié)晶設(shè)備？采用真空煮晶鍋進(jìn)行味精的精制,其優(yōu)點(diǎn)是什么？答：在味精生產(chǎn)過(guò)程中包括麩酸使用了三種結(jié)晶設(shè)備，立式結(jié)晶箱也稱中和罐，臥式結(jié)晶箱也稱育晶槽，真空煮晶鍋。采用真空煮晶鍋進(jìn)行味精的精制,其優(yōu)點(diǎn)是可以控制溶液的蒸發(fā)速度和進(jìn)料速度，以維持溶液一定的過(guò)飽和度進(jìn)行育晶，同時(shí)采用連續(xù)通入未飽和液來(lái)補(bǔ)充溶質(zhì)的量，使晶體長(zhǎng)大。真空煮晶鍋內(nèi)的真空度可用蒸汽噴射泵、水力噴射泵或真空泵來(lái)產(chǎn)生。21. 什么是沸騰枯燥，表達(dá)沸騰枯燥的原理。答: 沸騰枯燥是

21、利用流態(tài)化技術(shù),即利用熱的空氣流體使孔板上的粒狀物料呈流化沸騰狀態(tài)，當(dāng)氣流速度與顆粒沉降速度相等，壓力降與流動(dòng)層單位面積的重量到達(dá)平衡時(shí)此時(shí)壓力損失變成恒定，粒子就在熱氣體中呈懸浮狀態(tài)，粒子中的水分迅速汽化，到達(dá)枯燥目的。22. 簡(jiǎn)述冷凍枯燥原理，實(shí)現(xiàn)真空冷凍枯燥的必要條件是什么？根據(jù)熱力學(xué)原理，當(dāng)壓力降到某一數(shù)值時(shí)，水的沸點(diǎn)與冰點(diǎn)相重合，固態(tài)冰就可以不經(jīng)液態(tài)而直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。這時(shí)的壓力稱為三相點(diǎn)壓力，數(shù)值為609.3Pa，其相應(yīng)的溫度稱為三相點(diǎn)溫度，數(shù)值為+0.0098。如下圖，當(dāng)壓力低于三相點(diǎn)壓力時(shí)，固態(tài)的冰經(jīng)加熱后直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的水蒸汽。實(shí)現(xiàn)真空冷凍枯燥的必要條件是枯燥過(guò)程的壓力應(yīng)低于操

22、作溫度下冰的飽和蒸汽壓。?？刂圃谙鄳?yīng)溫度下冰的飽和蒸氣壓的。如 -40時(shí)枯燥，操作壓力應(yīng)為2.76.7Pa。23冷凍枯燥特點(diǎn)1枯燥溫度低，特別適合于高熱敏性物料的枯燥，如抗生素類、生物制品等活性物質(zhì)的枯燥。又系在真空下操作，氧氣極少，物料中易氧化物質(zhì)得到了保護(hù)，因此，制品中的有效物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)成分損失很少。2能保持原物料的外觀形狀。物料在升華脫水前先進(jìn)行預(yù)凍，形成穩(wěn)定的固體骨架。枯燥后體積形狀根本不變，不失原有的固體結(jié)構(gòu)，無(wú)干縮現(xiàn)象。3凍干制品具有多孔結(jié)構(gòu)，因而有理想的速溶性和快速?gòu)?fù)水性?？菰镞^(guò)程中，物料中溶于水的溶質(zhì)就地析出，防止了一般枯燥方法中因物料水分向外表轉(zhuǎn)移而將無(wú)機(jī)鹽和其他有效成分帶到物

23、料外表，產(chǎn)生外表硬化現(xiàn)象。4冷凍枯燥脫水徹底一般低于25，質(zhì)量輕，產(chǎn)品保存期長(zhǎng)，假設(shè)采用真空密封包裝，常溫下即可運(yùn)輸、保存，十分簡(jiǎn)便。但冷凍枯燥需要較昂貴的專用設(shè)備，枯燥周期長(zhǎng)，能耗較大，產(chǎn)量小、加工本錢(qián)高。24氣流枯燥的特點(diǎn)w 1枯燥強(qiáng)度大。由于氣體在枯燥管內(nèi)流速大，一般為1020m/s，氣一固間存在一定的相對(duì)速度，因而固體物料與空氣之間產(chǎn)生劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使物料外表的氣膜不斷更新，大大降低了傳熱和傳質(zhì)的氣膜阻力。一般枯燥器全管平均體積傳熱系數(shù)為42001300kj/(m3·h·)。2枯燥時(shí)間短。物料在枯燥管內(nèi)僅停留15s即可到達(dá)枯燥要求。因此對(duì)于熱敏性物料仍可采用較高的

24、介質(zhì)溫度。如用140的熱空氣枯燥赤霉素，130熱空氣枯燥四環(huán)素均能獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。3適用性廣?？墒褂糜诟鞣N粉粒狀、碎塊狀物料的枯燥，粒徑范圍約為O.l10mm。濕含量可大至3O4O。4設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。占地面積小，生產(chǎn)能力大，能連續(xù)操作，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。氣流枯燥對(duì)物料有一定的磨損，因此不適合于對(duì)晶形有一定要求的物料，且熱能利用程度較低，一般熱利用率僅為3O左右。25噴霧枯燥的特點(diǎn)w 1枯燥速度快、時(shí)間短，一般為33Os，由于料液霧化成2060m的霧滴，其外表積相應(yīng)高達(dá)2005O00m2m3，物料水分極易汽化而枯燥。w 2枯燥溫度較低。雖然采用較高溫度的熱空氣，但由于霧滴中含有大量水分，其外表溫度不會(huì)

25、超過(guò)加熱空氣的濕球溫度，一般為5O60，加之物料在枯燥器內(nèi)停留時(shí)間短，因此物料最終溫度不會(huì)太高，非常適合于熱敏性物料的枯燥。w 3制品具有良好的分散性和溶解性，成品純度高。但噴霧枯燥的容積枯燥強(qiáng)度小，放枯燥室體積大，熱量消耗多，一般蒸發(fā)1kg水分約需6000kJ熱量，相當(dāng)于消耗2.53.5kg的蒸汽。26流化床枯燥原理流化床枯燥也稱沸騰枯燥是利用流態(tài)化技術(shù)，即利用熱空氣流使置于篩板上的顆粒狀濕物料呈沸騰狀態(tài)的枯燥過(guò)程。流化床枯燥中，熱空氣的流速與顆粒的自由沉降速度相等，當(dāng)壓力降近似等于流動(dòng)層單位面積的質(zhì)量時(shí)，床層便由固定態(tài)變化流化態(tài)，床層開(kāi)始膨脹，顆粒懸浮于氣流中，并在氣流中呈沸騰狀翻動(dòng)，但仍

26、保持一個(gè)明確的床界面，顆粒不會(huì)被氣流帶走?？菰镞^(guò)程處在穩(wěn)定的流態(tài)化階段。27流化床枯燥的特點(diǎn)1傳熱傳質(zhì)速率大。由于顆粒在氣流中自由翻動(dòng)，顆粒周?chē)臏鲗訋缀跸瑲庖还涕g的傳熱效果優(yōu)于其他枯燥過(guò)程。體積傳熱系數(shù)一般都在4200OkJm3·h·以上，是所有枯燥器中體積枯燥強(qiáng)度最大的一種。2枯燥溫度均勻，易于控制。由于物料在枯燥器中的停留時(shí)間可以控制，可使物料的最終含水量降到很低水平，且不易發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。3連續(xù)化、自動(dòng)化操作?？菰锱c冷卻可連續(xù)進(jìn)行，枯燥與分級(jí)可同時(shí)完成，有利于連續(xù)化、自動(dòng)化操作，且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力高，動(dòng)力消耗小。28. 流化床枯燥操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的幾種不

27、正?，F(xiàn)象及原因：(1)溝流和死床 氣速雖然已超過(guò)臨界流速u(mài)mf，但床層仍不流化，某些局部被氣流吹成一條“溝道，氣體由此穿過(guò)床層，這種現(xiàn)象稱為“溝流，未流化局部稱為“死床。也有可能出現(xiàn)局部溝流和局部死床，見(jiàn)圖 (a)(b)。產(chǎn)生溝流時(shí)，床層壓力降低于p，其差值正好說(shuō)明溝流的嚴(yán)重程度。氣固接觸不良，使傳熱傳質(zhì)過(guò)程不能很好進(jìn)行，降低產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備的生產(chǎn)效能；而死床局部容易產(chǎn)生產(chǎn)品的“燒結(jié)現(xiàn)象。研究說(shuō)明，顆粒性質(zhì)、床層高度、設(shè)備結(jié)構(gòu)、氣體流速等因素，都會(huì)導(dǎo)致溝流的產(chǎn)生，例如，床層很??；顆粒很細(xì)、太濕、易粘合成團(tuán)塊、物料顆粒帶靜電，易產(chǎn)生“抱團(tuán)；氣速過(guò)低或氣流分布不均勻；分布板結(jié)構(gòu)不合理，如開(kāi)孔率大小不

28、適宜，床內(nèi)構(gòu)件阻礙氣體流動(dòng)等。消除溝流與死床的方法有：加大氣速；假設(shè)物料太濕，可進(jìn)行預(yù)先枯燥；分布板開(kāi)孔率大小不適宜時(shí)，可應(yīng)用小型試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)確定。 (2)騰涌 流化床內(nèi)的氣泡集合長(zhǎng)大，當(dāng)其直徑接近床層直徑時(shí)，把以上的顆粒物料像活塞一樣向上托起，到達(dá)一定高度以后崩裂，顆粒被拋出很高，然后紛紛落下。這種現(xiàn)象稱為“騰涌，又稱活塞流等，見(jiàn)圖 (c)所示。產(chǎn)生騰涌時(shí)，床層壓降劇烈波動(dòng)。此時(shí)床層極不均勻，傳質(zhì)傳熱很難進(jìn)行，固體顆粒嚴(yán)重磨損和帶出，設(shè)備零件被沖擊而損壞。顆粒性質(zhì)、床層高度和氣速等，都會(huì)引發(fā)騰涌產(chǎn)生，例如，床高H0與床徑D之比值H0/D較大時(shí)，大顆粒比小顆粒更易產(chǎn)生騰涌；H0/D較大而氣速又

29、較高，也易產(chǎn)生此現(xiàn)象，一般當(dāng)H0/D<1、設(shè)備比擬大(D>1m)以及床層內(nèi)加設(shè)內(nèi)部構(gòu)件等，均可防止騰涌。(3)層析現(xiàn)象 在氣固系統(tǒng)中，往往因?yàn)楣腆w顆粒大小相差較大或密度不同，在操作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生層析現(xiàn)象。如臥式沸騰枯燥箱的操作過(guò)程中，細(xì)顆?；蚍勰畹奈锪媳粴怏w帶出，一般中等顆粒的物料能逐漸向卸料口接近而卸出，而大顆粒的物料由于層析現(xiàn)象沉降于床層底部，造成無(wú)法流化或結(jié)疤現(xiàn)象。在生產(chǎn)中經(jīng)常有此現(xiàn)象，最后用人工取出。裝有往復(fù)推料器時(shí)能全部自動(dòng)出料，防止了此現(xiàn)象的發(fā)生29. 流化床枯燥中的返料在流化床枯燥中料液一邊霧化，一邊參加晶核，在操作上稱為返料，開(kāi)始操作時(shí)必須預(yù)先在枯燥器內(nèi)參加一定量的

30、晶核稱底料才能?chē)娙肓弦?，以防止噴入的料液黏壁。參加晶核顆粒大小與產(chǎn)品粒度有關(guān)，晶核大者，產(chǎn)品顆粒大，返料量小時(shí)，那么產(chǎn)品顆粒大，因此，可用調(diào)節(jié)返料量來(lái)控制床層的粒度分布。二. 計(jì)算題1 一臺(tái)連續(xù)滅菌設(shè)備，培養(yǎng)基流量 Q = 18 M3h，發(fā)酵罐裝料容積 72 M3 ，培養(yǎng)基的原始污染程度為 105 個(gè)ml，發(fā)酵工藝要求因培養(yǎng)基滅菌原因引起的倒罐率為0.1%，即 Ns= 10-3個(gè)批，滅菌溫度 T = 398 K，查圖得此時(shí)的反響速度常數(shù)為 k=11 分-1，維持段采用無(wú)縫鋼管公稱直徑 Dg = 150 mm 。試求培養(yǎng)基連續(xù)滅菌過(guò)程中維持時(shí)間以及維持管的長(zhǎng)度 L 約需多少。2某丙酮丁醇廠需新建 100 M丙酮丁醇發(fā)酵罐,已計(jì)算出主發(fā)酵期生物合成熱 Q1 =4×10kj/h