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13级生物工程设备期末总复习提纲

2013级生物工程 游琳娜

第二章

1.空气除菌有几种方法？

1) 热杀菌:可用蒸汽或电来加热空气，以达到杀菌的目的；利用空气被压缩时所产生

的热量对空气进行加热保温杀菌，在生产上具有重要意义。

2) 辐射杀菌：α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波等从理论上讲都能

起到杀菌作用。但紫外线杀菌效率低，时间长。一般要结合甲醛蒸汽或苯酚喷雾来保证无菌室的高度无菌。

3) 静电杀菌：利用静电引力吸附带电粒子以达到除菌除尘目的。

4) 介质过滤除菌法：采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气所含的微生物，从而获得无菌空气。

2. 请具体说明介质过滤除菌的机理（空气介质相对过滤除菌基本原理）。

微粒随空气流动通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流的前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，这些改变引起微粒对过滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸附等作用把微粒滞留在纤维表面。 1) 惯性冲击滞留作用机理：（气流速度较大时）

由于微粒直冲到纤维表面，因摩擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上，这称为惯性冲击滞留作用。

2) 拦截滞留作用机理：（气流速度较小时）

在滞流区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留。这就是拦截捕集作用。 3) 布朗扩散作用机理

在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机会，从而被捕集。（直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的运动，称为布朗运动） 4) 重力沉降作用机理

当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就发生沉降现象（大颗粒比小颗粒作用显著）。微粒的沉降作用提高了拦截捕集作用。 5) 静电吸附作用机理

干空气对某些非导体的物质——如纤维和树脂处理过的纤维，作相对运动摩擦时，会产生静电现象。悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电荷。这些带电荷的微粒会被带相反电荷的介质所吸附。 第三章 1.自吸式发酵罐

? 自吸式发酵罐概念：自吸式发酵罐是一种不需另行通入压缩空气，而依靠特殊的吸气装

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置自行吸入无菌空气并同时完成液体和气体的混合对流实现溶氧传质的发酵罐。 ? 自吸式发酵罐根据吸气装置不同分类：机械搅拌自吸式、喷射自吸式、溢流喷射自吸式 ? 自吸式发酵罐特点：

优点：⑴节约设备（压缩机)投资，减少厂房面积。

⑵溶氧速率和溶氧效率高；能耗较低。

⑶生产效率高，经济效益好（酵母和醋酸的发酵）。 缺点：(1)由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。

(2)必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统。

? 自吸式发酵罐的主体结构包括：

（1）罐体（2）自吸搅拌器及导轮；（3）轴封；（4）换热装置；（5）消泡器 ? 机械搅拌自吸式发酵罐

(1)构造：自吸式发酵罐的主要的构件是自吸搅拌器及导轮，简称为转子及定子。

转子由箱底向上升入的主轴带动。当转子转动时，其框内的液体被甩出，形成局 部真空而由导气管吸入空气。转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶 轮等，叶轮均为空心形。

(2)原理：它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮中形成负压， 从而将罐外的空气吸到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成细小的气泡分散在 液体之中，气液混合流体通过导轮流到发酵液主体。

? 文氏管吸气自吸式发酵罐原理：用泵使发酵液通过文氏管吸气装置，由于液体在文氏管

的收缩段流速增加，形成真空而将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现溶氧传质。

? 溢流喷射自吸式发酵罐原理：液体溢流时形成抛射流，由于液体的表面层与其相邻的气体的动量传递，使边界层的气体有一定的速率，从而带动气体的流动形成自吸作用。 2．气升式发酵罐

? 机械搅拌发酵罐不足：（采用气升式发酵罐可以克服以下的缺点）

(1)设备构造比较复杂 (2)动能消耗较太 (3)轴封易泄露和染菌 ? 工作原理

⑴把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡

分割细碎；

⑵同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含量小的发酵液则下沉，形成

循环流动，实现混合与溶氧传质。

⑶反应器内液体混合均匀，因不用机械搅拌器，减少了剪切作用对细胞的损伤。 ? 类型：

常见：气升环流式反应器、气液双喷射气升环流反应器、设有双层板的塔式气升发酵罐 根据结构特点：内循环式和外循环式

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? 特点（无需搅拌器，定向循环流动，故有许多优点）： ⑴ 反应溶液分布均匀；

⑵有较高的溶氧速率和溶氧效率； ⑶剪切力小，对生物细胞损伤小； ⑷传热良好；

⑸结构简单，易于加工制造。

⑹操作和维修方便。 ? 主要结构及操作参数 1)主要结构参数：

（1）反应器的高径比 h/D=5-9

（2）导流筒径与罐径比 DE/D=0.6-0.8

（3）空气喷嘴直径与反应器直径比D1/D以及导流筒上下面到罐顶及罐底的距离均对发

酵液的混合和流动、溶氧等有重要作用 2) 操作特性

(1)平均循环时间tm

发酵液必须维持一定的环流速度以不断补充氧，使发酵液保持一定的溶氧浓度，适应微生物生命活动的需要。

循环周期：发酵液在环流管内循环一次所需要的时间。(循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。)

（2）液气比R

定义：发酵液环流量Vc和通风量VG之比。

VCVG

(3) 气升式反应器的溶氧传质

取决于发酵液的湍流及气泡的剪切细碎状态。

计算题：一气升环流式发酵罐中发酵液体积为10m3，导流筒半径为200mm，导流筒内发酵液的平均流速为1.5m/s，若通风量为1m3/min。试计算发酵液的环流量VC（m3/min）、平均循环时间tm（s）及液气比R。 ? 对气升式发酵罐的看法：

对于“节能”观念很强的现今社会，再加上发酵行业的开始迅猛发展，气升式发酵罐会逐渐成为生物反应器的“罐中之王”．由于其结构简单，易于制造，操作和维修简便，有较高的溶氧速率与溶氧效率，传热良好，剪切力小，对生物细胞损伤小，更重要的是它与机械搅拌式发酵罐相比节电70%-80%，降低成本，且无菌操作可靠性更高，给发酵行业带来更多的利润．但是发酵液在环流管内循环一次的时间，需根据培养的微生物种类及其耗氧的速率

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