生物工程設(shè)備習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1、對(duì)輥式粉碎機(jī)中兩輥的轉(zhuǎn)速為何要有5%30%的速差？答：兩輥速度若相同，則輥筒對(duì)物料只有擠壓作用；若有速差，則可同時(shí)產(chǎn)生擠壓與剪切作用，從而增加粉碎度。2、錘式粉碎機(jī)是如何粉碎物料的？使用時(shí)必須注意什么？ 答：錘式粉碎機(jī)是用途比較廣泛的一種粉碎機(jī)械，主要構(gòu)件為加料斗、轉(zhuǎn)子、錘刀、篩板等。粉碎時(shí)，物料從上方料斗加入，在懸空狀態(tài)下受到錘刀的沖擊力而破碎，小于格柵網(wǎng)孔直徑的物料被篩面篩分后落進(jìn)出料口；而大于網(wǎng)孔直徑的則被拋至沖擊板上再次被高速旋轉(zhuǎn)的下排錘刀沖擊，直到撞碎成細(xì)小顆粒，從篩孔篩分落下進(jìn)入出料口。使用時(shí)一般應(yīng)注意：為避免物料堵塞篩孔，物料給水量不應(yīng)超過(guò)15%；錘

2、刀片應(yīng)嚴(yán)格準(zhǔn)確對(duì)稱安裝，保證主軸具有動(dòng)平衡性能，避免產(chǎn)生附加慣性力損傷機(jī)器和出現(xiàn)其他意外。3、機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐中擋板是否越多越好？在什么情況下需加擋板？什么叫全擋板條件？答：不是越多越好，一般只要46塊。只要存在液相的攪拌，就要考慮加裝擋板，只有在加擋板困難時(shí)才不設(shè)擋板。如在制作搪玻璃反應(yīng)罐時(shí)若加擋板則會(huì)給在金屬上均勻涂瓷釉帶來(lái)困難，故不加擋板，而把防腐作為主要目的；當(dāng)設(shè)置的換熱裝置為列管或排管，并且數(shù)量足夠多時(shí)，發(fā)酵罐內(nèi)不另設(shè)擋板；而冷卻管為盤管時(shí)，則應(yīng)設(shè)擋板。液體黏度越大，擋板的作用就越小。因?yàn)轲ざ纫后w與罐壁所產(chǎn)生的阻力，就相當(dāng)于擋板所起的作用。因此當(dāng)液體黏度高于50pa.s時(shí)就沒(méi)有必要再

3、用擋板。另外，擋板只適用于攪拌器直徑比罐徑小很多的場(chǎng)合，即旋轉(zhuǎn)式、槳式和渦輪式。錨式、框式、螺帶式等攪拌器的外緣直徑接近罐內(nèi)徑，不能安裝擋板，這幾種攪拌器常用于高黏度液體的攪拌。所謂“全擋板條件”是指能達(dá)到消除液面旋渦的最低條件。即：在一定轉(zhuǎn)速下再增加罐內(nèi)擋板（或附件）數(shù)也不會(huì)改善攪拌效果。4、簡(jiǎn)述機(jī)械攪拌反應(yīng)器中攪拌器的強(qiáng)化措施。為什么常采用圓盤渦輪式攪拌器？答：強(qiáng)化攪拌器的作用，提高發(fā)酵液的混合效果，對(duì)攪拌器常采用以下強(qiáng)化措施：（1）提高攪拌器轉(zhuǎn)速；（2）抑制攪拌罐內(nèi)的“打旋”現(xiàn)象，在攪拌罐內(nèi)安裝擋板；（3）加設(shè)導(dǎo)流筒等。因?yàn)闇u輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團(tuán)分散得很細(xì)，適用于低粘度

4、到中等粘度流體的混合、液-液分散、液-固懸浮。平直葉渦輪攪拌器如果沒(méi)有圓盤，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，致使氣泡的總表面積減少，溶氧系數(shù)降低。而安一個(gè)圓盤，大的氣泡受到圓盤的阻擋，只能從圓盤中央流至其邊緣，從而被圓盤周邊的攪拌漿葉打碎、分散，提高了溶氧系數(shù)。所以常采用圓盤渦輪式攪拌器。5、怎樣保證攪拌輸入功率并防止“打漩”現(xiàn)象？影響攪拌功率的因素有哪些？答：（1）工業(yè)上要盡量防止“打漩”流動(dòng)，常用的方法大致有2種：在罐內(nèi)加裝擋板：在攪拌罐內(nèi)壁安裝擋板，可以大大增加液體作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的阻力，消除圓周向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，是最常用的方法。裝置擋板后，可使

5、機(jī)械能明顯增加。改變攪拌器插入的位置：如將攪拌器偏心或偏心且傾斜安裝，由于攪拌器的軸線與罐軸偏離一定的位置，可以避免圓周向流動(dòng)，也不存在液面凹陷問(wèn)題。（2）影響攪拌功率的因素可分為幾何因素、物性因素和操作因素。其中幾何因素包括葉輪直徑；葉片數(shù)目、形狀及葉片長(zhǎng)度和寬度；容器直徑；容器中液體的高度；葉輪距容器底部的距離；擋板數(shù)目及寬度等等，物性因素主要有液體的密度、黏度，此外當(dāng)液體表面有下凹現(xiàn)象時(shí)，必有部分液體被舉到平均液面以上，這部分液體必須克服重力做功，因此重力加速度也是印象攪拌功率的物理因素之一，操作因素主要是葉輪的轉(zhuǎn)速等。6、嫌氣發(fā)酵設(shè)備與通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備在結(jié)構(gòu)方面有何區(qū)別？答：嫌氣發(fā)酵設(shè)備因

6、不需要通入昂貴的無(wú)菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造和操作時(shí)，都比好氣發(fā)酵設(shè)備簡(jiǎn)單得多：比重較小的發(fā)酵液具有上浮的提升力；而且在發(fā)酵時(shí)上升的CO2氣泡對(duì)周圍的液體具有一種拖拽力。由于拖拽力和提升力結(jié)合后所造成的氣體攪拌作用，使罐的內(nèi)容物得到循環(huán)，所以無(wú)機(jī)械攪拌裝置。微生物在嫌氣發(fā)酵過(guò)程中總的發(fā)酵熱，一般由生物合成熱Q1，蒸發(fā)熱損失Q2，罐壁向用圍散失的熱損失Q3等三部分熱量所組成，故溫度控制采用罐內(nèi)蛇管和罐外壁直接水噴淋相結(jié)合，排料管在罐的底部。而好氣發(fā)酵設(shè)備中的發(fā)酵熱，除Q1 ，Q2，Q3外，還有Q4（即機(jī)械攪拌放熱），故其冷卻裝置多用列管（排管），因?yàn)榱泄艿膫鳠嵝Ч?，且列管可起相?yīng)的擋板作用

7、，從而可簡(jiǎn)化通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備的結(jié)構(gòu)，減少染菌機(jī)會(huì)。7、為何酒精發(fā)酵罐的冷卻裝置多用蛇管,而機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐多用列管?答：微生物在嫌氣發(fā)酵過(guò)程中總的發(fā)酵熱，一般由生物合成熱Q1，蒸發(fā)熱損失Q2，罐壁向用圍散失的熱損失Q3等三部分熱量所組成，故酒精發(fā)酵罐的溫度控制采用罐內(nèi)蛇管和罐外壁直接水噴淋相結(jié)合，排料管在罐的底部。因?yàn)樯吖軗Q熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造、維修、造價(jià)較低，能耐高壓，但發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)設(shè)相應(yīng)的擋板，且擋板的長(zhǎng)度自液面起到罐底為止；而好氣發(fā)酵設(shè)備中的發(fā)酵熱，除Q1 ，Q2，Q3外，還有Q4（即機(jī)械攪拌放熱），故其冷卻裝置多用列管（排管），因?yàn)榱泄軗Q熱器結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積所具有的傳熱面積大、傳熱效果

8、好，且列管換熱器可起相應(yīng)的擋板作用，從而可簡(jiǎn)化通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備的結(jié)構(gòu)，減少染菌機(jī)會(huì)。8、圓筒錐底啤酒發(fā)酵罐上為什么要安裝真空安全閥?詳細(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)留存一部分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)行中和反應(yīng),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。真空安全閥的作用是當(dāng)罐內(nèi)出現(xiàn)真空時(shí)，閥門開啟，允許空氣進(jìn)入罐內(nèi)，以建立罐內(nèi)外壓力的平衡。9、微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能有何區(qū)別？

9、這些特點(diǎn)使得培養(yǎng)他們的反應(yīng)器有何異同點(diǎn)？答：動(dòng)物細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞壁、非常脆弱、對(duì)剪切作用十分敏感以及對(duì)體外培養(yǎng)環(huán)境有嚴(yán)格的要求，傳統(tǒng)的用于微生物的攪拌反應(yīng)器用作動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)顯然是不合適的。2、相比之下，植物細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求較動(dòng)物細(xì)胞簡(jiǎn)單。且由于植物細(xì)胞有細(xì)胞膜，故可以像微生物一樣在液體中進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，但對(duì)流體的剪切力的耐受性比微生物要低。3、但由于動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)一般要求在高密度下才能得到一定濃度的培養(yǎng)產(chǎn)物，培養(yǎng)所需時(shí)間比微生物要長(zhǎng)，因此對(duì)無(wú)菌條件及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)具有特殊的要求。反應(yīng)器的異同點(diǎn)：傳統(tǒng)的微生物反應(yīng)器不能用于動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)，而具備低剪切效應(yīng)、較好的傳遞效果和力學(xué)性質(zhì)是動(dòng)物細(xì)胞設(shè)計(jì)和改進(jìn)

10、必須遵循的原則，關(guān)鍵是改進(jìn)攪拌槳和通氣裝置，即是將通用式發(fā)酵罐中對(duì)細(xì)胞剪切損傷較大的攪拌器和通氣裝置改為對(duì)細(xì)胞損傷較小的，通常可用螺旋槳攪拌器取代圓盤渦輪式攪拌器，以減少液體攪動(dòng)時(shí)的剪切力；用擴(kuò)散滲透通氣裝置取代傳統(tǒng)的通氣管，攪拌轉(zhuǎn)速控制在10r/min，其溶氧系數(shù)能達(dá)到10l/h即可。在這樣低的轉(zhuǎn)速下，罐內(nèi)擋板可去掉。 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器最初大多采用微生物反應(yīng)器，但由于植物細(xì)胞與微生物細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，植物細(xì)胞比微生物細(xì)胞大，對(duì)氧需求小，對(duì)剪切力卻很敏感，因此不能采用微生物反應(yīng)器那樣高的剪切攪拌，而是宜采用直徑較大的羅氏攪拌器；大角度槳形板攪拌器；平葉形攪拌器(加擋板)； 螺旋槳式攪拌器等。

11、植物細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)介于微生物和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)之間：凡是能夠用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的設(shè)備，都可以進(jìn)行植物細(xì)胞培養(yǎng)；不能用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的設(shè)備也可能用于植物細(xì)胞培養(yǎng)。10、微生物、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)用的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的主要區(qū)別是什么？答：主要區(qū)別就是攪拌器及通氣裝置的改進(jìn)。動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中要求攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的剪切力小，混合性能好，同時(shí)應(yīng)在通氣過(guò)程中盡量減少操作對(duì)細(xì)胞的損傷程度而又能達(dá)到充足供氧的目的，因此動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)攪拌速度較慢，而微生物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中攪拌速度快、范圍廣。因此不能采用微生物反應(yīng)器那樣高的剪切攪拌，而應(yīng)對(duì)攪拌罐進(jìn)行改進(jìn)，即將培養(yǎng)微生物所用的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐中對(duì)細(xì)胞剪切損傷較大的攪拌器

12、和通氣裝置改為對(duì)細(xì)胞損傷較小的，通常可用螺旋槳攪拌器取代圓盤渦輪式攪拌器，以減少液體攪動(dòng)時(shí)的剪切力；用擴(kuò)散滲透通氣裝置取代傳統(tǒng)的通氣管，氣液交換在通氣腔中進(jìn)行。11、中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器、微載體培養(yǎng)系統(tǒng)應(yīng)用方面已取得哪些進(jìn)展？答：中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器應(yīng)用方面已取得的進(jìn)展是：既可培養(yǎng)懸浮生長(zhǎng)的細(xì)胞，又可培養(yǎng)貼壁依賴性細(xì)胞，且細(xì)胞密度可高達(dá)109/mL數(shù)量級(jí)，如果能控制系統(tǒng)不受污染，則能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，具有很高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。 微載體培養(yǎng)系統(tǒng)應(yīng)用方面已取得的進(jìn)展是：為細(xì)胞生物學(xué)研究和病毒及其他生物制品的生產(chǎn)提供了大量的細(xì)胞，且可以為某些不能在懸浮培養(yǎng)情況下生產(chǎn)的細(xì)胞轉(zhuǎn)向懸浮培養(yǎng)及大量繁殖提供了有效的

13、手段。 12、簡(jiǎn)述植物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)以及常用的培養(yǎng)器的類型及優(yōu)缺點(diǎn)。答：(1)植物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)： 細(xì)胞的大小比微生物細(xì)胞大 細(xì)胞塊的形狀 培養(yǎng)液的黏度隨細(xì)胞濃度的增加而顯著上升 需氧量低 Kla 值比微生物培養(yǎng)的Kla值小得多 對(duì)剪切力敏感 需CO2和光照(2) 機(jī)械攪拌式反應(yīng)器：混合性能好，傳氧效率高，操作彈性大，可用于細(xì)胞高密度培養(yǎng)；缺點(diǎn)：剪切力大。非機(jī)械攪拌式反應(yīng)器：所產(chǎn)生的剪切力較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有攪拌軸更易保持無(wú)菌。缺點(diǎn)：攪拌強(qiáng)度過(guò)低往往使培養(yǎng)物混合不均；過(guò)量的通氣對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)有阻礙作用；過(guò)量的溶氧對(duì)植物細(xì)胞合成次級(jí)代謝產(chǎn)物不利。填充床反應(yīng)器：?jiǎn)挝惑w積細(xì)胞較多，由于混合效果不好，常使

14、床內(nèi)氧的傳遞、氣體的排出、溫度和pH的控制較困難；支持物破碎還易使填充床堵塞。流化床反應(yīng)器：混合效果較好，但流體的切變力和固定化顆粒的碰撞常使支持物顆粒破損，另外，流體力學(xué)復(fù)雜使其放大困難。膜反應(yīng)器：與凝膠固定化相比，膜反應(yīng)器的操作壓力較低，流體力學(xué)易于控制，易于放大，而且能提供更均勻的環(huán)境條件，同時(shí)還可以進(jìn)行產(chǎn)物分離以解除產(chǎn)物的反饋抑制，但成本較高。13、你認(rèn)為最適合于植物細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器、培養(yǎng)方法及操作方式，并說(shuō)明其理由。答：最適合于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器是：中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器，理由是：1) 無(wú)氣泡損傷作用；2) 避免了代謝廢物對(duì)細(xì)胞的毒害作用；3) 無(wú)剪切作用；4)

15、傳質(zhì)速率高；5) 可用于高密度細(xì)胞培養(yǎng)。是一種既可用于懸浮培養(yǎng)，又可用于貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)反應(yīng)器。 最適合于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)方法是：包埋培養(yǎng)，因?yàn)檫@種培養(yǎng)方法既適用于貼壁依賴性細(xì)胞，又適用于非貼壁依賴性細(xì)胞，可獲得較高的細(xì)胞密度。最適合于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的操作方式：灌注式，因?yàn)榭墒古囵B(yǎng)過(guò)程保持在穩(wěn)定的，廢代謝物低于抑制水平的狀態(tài)下，可大大提高細(xì)胞生長(zhǎng)密度，且有助于產(chǎn)物的表達(dá)和純化。最適合于植物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器是：在植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和損傷細(xì)胞的主要是剪切力，而不是氧供應(yīng)不足，相反，過(guò)高的氧濃度往往抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成。提高混合程度，減低剪切力，是目前設(shè)計(jì)適于植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器的主要原則，相對(duì)于傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器，非攪拌式反應(yīng)器所產(chǎn)生的剪切力較小，對(duì)細(xì)胞的損傷小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氧傳遞效率高，容易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期無(wú)菌培養(yǎng)，因此被認(rèn)為適合植物細(xì)胞培養(yǎng)。最適合于植物細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)方法是：固定化培養(yǎng)法?？?/p>