生物工程设备习题集
一. 单项选择题: (每题1分)
1. 目前啤酒厂的糖化锅中利用____________进行搅拌。
A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器 2. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是______________。
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 3. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前______，以确保安全。
A.应该安装截止阀 B.应该安装安全阀 C.应该安装止回阀 D.不应该安任何阀门
4. 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，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是____________________，只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
A.高温瞬时(133℃，15秒钟) B.同实罐灭菌一样(115℃，8-15分钟) C.高温长时(127℃，45分钟) D.间歇灭菌(100℃，30分钟，连灭三次)
5. 机械轴封的动环的硬度比静环_______。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。 A.大，碳化钨钢，铸铁 B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。
6. 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.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，一般为20-35℃ 7. 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 8. 空气过滤系统中空气加热器的作用是______________。
A.对空气加热灭菌 B.升高空气温度，以降低空气的相对湿度 C.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份 D.升高空气温度，杀灭不耐热的杂菌
9. 机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般__________搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。
A.小于一个 B.大于一个小于两个 C.等于一个 D.等于两个 10. 自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此________轴封。
A.应该用填料函 B.应该用单端面机械 C.应该用双端面机械 D.无需 11. 安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是______________。
A.将空气过滤为无菌空气 B.过滤分离空气中的油雾 C.过滤分离空气中的水滴 D.减轻总空气过滤器的过滤负荷 12. 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。 A.空气过滤系统 B.搅拌器 C.空气喷嘴 D.罐外上升管
13. 为了减轻空气过滤系统的负荷空气压缩机最好选用_________空气压缩机。 A.往复式 B.离心式 C.高压 D.无油润滑
14. 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。 A.过渡流 B.层流 C.活塞流 D.湍流
15. 塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用___________与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。 A.蒸气 B.冷凝水 C.酒精 D.热水
16. 冷冻升华干燥主要是升华___________。
A.游离水 B.结构水 C.冷凝水 D.气态水。
二. 多项选择题: (每题1分)
1. 好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是______。
A.给培养微生物提供氧气 B.也能起一定的搅拌作用，促进菌体在培养基中不断混合，加快生长繁殖速度 C.打碎泡沫，防止逃液 D.保持发酵过程的正压操作
2. 圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用___________与啤酒发酵醪进行热交换。 A.乙二醇 B.乙醇 C.氨 D.冷凝水
3. 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。 A.锥形 B.椭圆 C.蝶形 D.球形
4. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，是用__________使真空煮晶锅达到一定的真空度 A.往复式真空泵 B.蒸汽喷射泵 C.水力喷射泵 D.高压水泵
5. 味精厂等电罐在低温等电点操作时,罐中蛇管内可用________使罐内的等电点液降温。
A.冰盐水 B.自来水 C.氨 D.冷凝水
6. 空气过滤系统中丝网分离器的作用是分离______________。 A.油污 B.全部杂菌 C.水滴 D.部分杂菌
7. 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.改变液流方向，由径向流改变为轴向流 D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率
8. 生产中使用的酒精发酵罐是受压容器,因此上下封头一般选用_______封头。 A.锥形 B.球形 C.蝶形 D.平板 9. 贮气罐的作用是______________。
A.利用重力沉降作用分离部分油雾。 B.降低罐内空气温度。 C.防止由于往复式空压机所产生的脉冲而引起的压力波动。 D.升高罐内空气温度，使相对湿度下降。 10. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是______________。
A.分离油雾。 B.分离泡沫和水汽。 C.分离水滴。 D.分离部分杂菌。 11. 喷射自吸式发酵罐的优点是__________。
A.空气吸入量与液体循环量之比较高 B.无需搅拌传动系统 C.气液固三相混合均匀 D.适用好氧量较大的微生物发酵
12. 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，气升式反应器中＿＿＿＿＿＿；反应器内液体循环量大，细胞和营养成分能均匀分布于培养基中。
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% 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，氧传递速率高；
三. 是非选择题: (每题1分)
1. 安装在空气压缩机前的前置空气过滤器的主要作用是将空气过滤除菌，减轻总空气过滤器的过滤负荷。 2. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，可用水力喷射泵使真空煮晶锅达到一定的真空度 3. 溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是物料进口处和出口处应采用浮头管板，或者蒸发器壳体应有膨胀圈。
4. 空气过滤系统中空气加热器的作用是降低空气相对湿度。
5. 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。
6. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，采用的是自然起晶法。
7. 100 M 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm 之间，所用变速装置为无极变速器，以调整搅拌转速。
8. 外循环空气带升式发酵罐的优点之一是无需空气过滤净化系统。
9. 啤酒厂过滤槽的搅拌转速在 15 rpm 左右，而且轴是从罐下方进入罐内，因此应该用填料函轴封。 10. 进行沸腾造粒干燥生产时，以自我造粒形成的产品，质量最好。 11. 通用式机械搅拌发酵罐的高径比一般为1.7-2.5
12. 一个 10 吨左右的通用式机械搅拌发酵罐往往采用夹套作为传热装置。
13. 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出。
14. 空气压缩机出口的压缩空气温度一般是 187-198℃，大大高于空气的露点，因此进入贮气罐后，空气中的水分不会析出，空气的相对湿度低，这样就保证了空气过滤介质不致受潮。 15. 空气带升式发酵罐中循环周期越长越有利于供氧。
16. 啤酒厂糖化锅的搅拌器一般搅拌转速在 30 rpm以下,所用变速装置为三角皮带轮变速。
17. 自吸式发酵罐搅拌转速在 600-900 rpm 左右，而且轴是从罐下方进入罐内，因此应该用双端面机械轴封。 18. 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。 19. 将溶液浓缩至过饱和就会有晶体析出。
20. 通用式机械搅拌发酵罐中搅拌器的作用是打碎泡沫,促使二氧化碳从醪液中排出。
21. 100 M 通用式机械搅拌发酵罐一般搅拌转速在140-160 rpm 之间,所用变速装置多为三角皮带轮变速。 22. 溢流喷射自吸式发酵罐中循环周期越长越有利于供氧。
23. 贮气罐的作用之一是防止下列情况：突然停电，致使空气压缩机停止工作，造成发酵罐内压力高于空气过滤器的压力，醪液倒流，污染空气过滤器。
24. 棉花活性炭空气过滤器中所用的棉花为灭菌的脱脂棉。
25. 在α-淀粉酶发酵生产中,发酵罐内使用的是单管式空气分布器,空气气泡的直径与通风量有关,而与管口直径无关。
26. 碟片式酵母离心机起动后随着转速增大，振动也增大，当达到某一值后，转速愈大，振动愈小。 27. 氧溶于发酵液属于气膜控制过程。
28. 设计空气预处理流程要求进过滤器的空气标准是 ψ<60%，T=40℃。
29. 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液倒流入空气过滤系统。 30. 反渗透中的浓差极化增加了溶质透过膜的阻力。
31. 比较涡轮式搅拌器的三种形式，以平叶式所消耗功率最小。
32. 目前啤酒厂的糊化锅中不用搅拌器而是靠锅内形成的密度梯度进行自然循环。 33. 离心分离机的作用是分离两种不同重度的液体。
34. 味精厂等电罐在低温等电点操作时,罐中蛇管内可用制冷剂 NH3 使罐内的等电点液降温。 35. 酒精厂连续灭菌设备是由加热、维持、降温三部分组成的整体。
36. 目前我国大多数味精厂常用的总过滤器为棉花活性炭过滤器。过滤器内的填装方法自下而上大致如下：
孔板 - 金属丝网 - 麻布织品 - 棉花 -麻布织品 -活性炭 -麻布织品 - 棉花 - 麻布织品 - 金属丝网 - 孔板。 37. 离心喷雾干燥工段的排风机比送风机的功率大,目的是使离心喷雾干燥塔内形成负压。
38. VVM 的含意是在发酵温度时罐内压力为 0.2 MPa(绝对)下,每单位液体体积的气体体积流量。(1/min)
四.填空题
2. 好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是__________________________________；__________________________________；__________________________________________________。
3. 圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用___________、或____________________或___________________与啤酒发酵醪进行热交换。
4. 味精厂精制车间在真空煮晶锅中进行谷氨酸一钠盐的结晶，可以选用_____________、或_______________________、或______________________使真空煮晶锅达到一定的真空度
5. 空气过滤系统中贮气罐的作用是________________________________、_____________________________________________、_______________________________________________________________ 6. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是______________。
7. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前应该安装________阀，以确保安全。 8. 空气过滤系统中空气加热器的作用是______________。
9. 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。
10. 塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用___________与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。
五.名词解释: (每题3分)
1. 蒸发过程的必要条件
①充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量。②保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。③一定的热交换面积，以保证传热量。 2. 搅拌器轴功率
是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。 3. 搅拌器输入搅拌液体的功率
是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。也称搅拌器的轴功率。
4. 深层过滤的对数穿透定律
进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。
lnN2??KL N1du?,而在搅拌容器中,液体的代表速度 u= n Di ,并以搅拌器直径 Di
5. 搅拌雷诺准数
雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比,即Re??代替管径 d,此时的雷诺准数称为搅拌雷诺准数Rem?nDi2??
6. 沸腾干燥
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，使粒子中的水分迅速汽化，达到干燥目的。 7. 离心澄清机
藉离心沉降速度的不同将固液两相分开的离心机称作离心澄清机
8. 全挡板条件
是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：
b(0.1~0.12)D?n??n?0.5 DDD-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数
9． 气体截留率
在通风液体中由于充气而导致的体积增加率。通风前液体体积为 VL,通风时体积的增加量为 Vg,则气体截留率
??VgVL?Vg
与固体床
11． 流化床的体积随着气体流速的增加而增大，流化床体积
体积之比称为膨胀率。
VK
K?
Vn
12． 热敏性物料一一一对热过程敏感，受热后会引起产物发
化或物理变化而影响产品质量的物料。
生化学变
六.画图题: (每题5分)
1. 画出喷射液化器的示意图，并注明所画设备名称和各个部2. 画出水力喷射泵的示意图，并注明所画设备名称和各个部3. 3．画出蒸汽喷射泵的示意图，并注明所画设备名称和各
称。
4. 画出蒸汽加热器的示意图，并注明所画设备名称和各个部5. 画出通用式机械搅拌发酵罐(20 M 以上)的示意图，并
十个部件的名称。
6. 画出培养基连续灭菌的流程图，并注明各个设备的名称。 7. 画出柠檬酸厂 4 M通用式机械搅拌种子发酵罐的示意
注明十个部件的名称。
8．画出酒精连续发酵的流程图，并注明各个设备的名称。
33件名称。 件名称。 个部件名件名称。 至少注明
图，并至少
七. 问答题: (每题7分)
1. 叙述喷射自吸式发酵罐的工作原理。
答: 喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液送入文氏管中,由于文氏管的收缩段中流速增加,即动压力增加,静压力减小,形成负压,将无菌空气吸入,并被高速流动的液体打碎、分散,与液体均匀混合,提高发酵液中的溶解氧，这是溶氧阶段。当发酵液从上升管进入发酵罐后，微生物耗氧，同时发酵液向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入上升管，开始下一个循环。
2. 酒精发酵罐由于操作失误就可能造成罐内真空甚至被吸瘪，叙述造成上述事故的原因，以及预防和修复(被吸
瘪)的方法。
答：酒精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。如果不即时进气，在外界压力作用下发酵罐就会被压瘪。所以大型发酵罐应设防止真空装置，在罐顶安装一个真空安全阀。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。如果出现上述事故（发酵罐被吸瘪），可以用高压水涨法使其复圆。
3. 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。 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。 4. 叙述空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。
答：以外循环为例来说明空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。在罐外装设上升管，与发酵罐构成一个循环系统，在上升管的下部有空气喷嘴，空气以250~300米/秒的高速度喷入上升管，借喷嘴的作用而使空气泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复循环，在上升管提供微生物所需要的溶解氧，使发酵正常进行。
5. 叙述喷射液化器的工作原理，它适用于哪些地方(工序)。
答： 喷射液化器主要由喷嘴、吸入室、扩大管和调节手轮组成。当带有压力的物料以高速进入喷射液化器
经过其内部的喷嘴时，它的动能增大，静压能变小，造成吸入室内出现负压，将蒸汽吸入，并在吸入室内与物料接触，高速流向扩大管，物料与蒸汽在扩散管的喉部充分混合，物料被蒸汽加热，在瞬时将物料加热到所需的温度（80～105℃）。在扩散段内由于管径逐渐增大，物料流速逐渐降低，动能又转化为静压能，压力随之升高，从出口排出。
喷射加热器适用于对物料进行连续液化，如在味精厂、制药厂等的糖化工段(工序)等。 6. 叙述喷射加热器的工作原理,它适用于哪些地方(工序)。
答： 喷射加热器主要由喷嘴、吸入室和扩大管组成。当物料以高速经过喷嘴时,它的动能增大，静压能变小，造成吸入室内出现负压，将蒸汽吸入室内，物料与蒸汽在扩散管的喉部充分混合,物料被加热，在扩散段内速度逐渐降低，压力随之升高，动能又转化为静压能，从出口排出。 喷射加热器适用于连续加热物料的地方(工序),如连续灭菌等。 7. 叙述自吸式发酵罐的工作原理。
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。
8. 叙述溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理。
答: 溢流喷射自吸式发酵罐的工作原理是用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液体由于自重通过溢流管向发酵罐跌落，形成抛射流，由于液体表面层作用，使靠近流体表面的无菌空气气体边界层具有一定的速率，从而形成气体的流动和自吸作用，并被高速流动的液体打碎、分散,与液体均匀混合,使氧溶解在发酵液中的，这是溶氧阶段。发酵液进入发酵罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化碳和其它气体不断地从发酵液中分离并排出，发酵液的比重变大向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入循环管，开始下一个循环。
9. 通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘? 答： 通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大，上升速度快，走短路，传质效果差。而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻挡，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。
10. 什么是轴封？机械轴封与填料函轴封相比有什么优缺点？
答：轴封是安装在旋转轴与设备之间的部件，它的作用是阻止工作介质（液体、气体）沿转动轴伸出设备之处泄漏。
机械轴封与填料函轴封相比优点是:
a. 密封可靠，在一个较长的使用期中不会泄漏或很少泄漏。清洁，无死角，可以防止杂菌污染。 b. 使用寿命长，正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用２～５年，最长有用到９年。 c. 维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。 d. 轴或轴套不受磨损。
e. 摩擦功率耗损少，一般约为填料函密封的10～50％
f. 机械轴封对轴的精度和光洁度没有填料函要求那么严格，对旋转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，需要一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一定要进行排气，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:
N1τ?2.303log0kNs
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，
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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。