2020年(生物科技行业)河南工业大学生物工程设备习题集

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，需要壹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壹定要进行排气，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:

若要求灭菌后绝对无菌，即Ns=0，从上面公式能够见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，在培养液中必然仍产残留壹定的活菌。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罐中只残留壹个活菌的程度，这就能够满足生产的要求了。

13. 什么是离心分离机?叙述离心分离机分离俩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俩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,碟片按壹定间距(0.5-1.2mm)叠置起来组成碟片组，每只碟片在离开轴线壹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。俩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，且被带着高速旋转，由于俩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，俩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(50~80)形状和尺寸相同的碟片,碟片按壹定间距(0.5~1.2mm)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)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俩种液体分开。

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,碟片按壹定间距(0.5-1.2mm)叠置起来组成碟片组，每只碟片在离开轴线壹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。俩种互不溶解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，且被带着高速旋转，由于互不溶解的俩种液体重度不同，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理。

答：以反渗透为例讲述膜分离原理如下：

假设有壹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俩侧，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U1大于溶液中溶剂的化学位U2，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，就降低了膜俩侧溶剂的化学位

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和纯溶剂（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Δπ，如图B。

对溶液施加的压力超过渗透压Δπ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和渗透方向相反，故称为反渗透，如图C。

17. 什么是超滤过程中的浓差极化现象，如何降低浓差极化现象。

答：待分离液从膜面壹侧流过时，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，当这壹速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就必然会在膜面的壹侧逐渐形成壹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，能够减小层流区的厚度，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壹）。提高液温也是削弱浓差极化常用的方法，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：

①.膜分离过程中不发生相变化,和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，而且仍适用于许多特殊溶液体系的分离，如将溶液中大分子和无机盐的分离，壹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。

19. 什么是真空蒸发浓缩？祥细叙述升膜式蒸发器的工作原理。

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，最后和蒸汽壹齐离开，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（也称中和罐），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,其优点是能够控制溶液的蒸发速度和进料速度，以维持溶液壹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