成套发酵工程设备

篇一：发酵工程与设备

发酵工程与设备

《发酵工程与设备》习题

一、名词解释

VVM；Yx/s；qs ；YP/S ；μ；KL；kLa；kd；D；Dcrit；Ks；Km；YP/X；μmax；qCO2；qO2；td；YATP；补料分批发酵；临界氧浓度；呼吸商； 过滤效虑；雷诺准数；比热死速率常数（K）；活塞流反应器（PF）；连续式全混流型反应器（CFSTR）；返混；连续培养；高密度培养；补料培养；生产强度；固定化酶；固定化细胞；传氧效率

二、思考题

1、 举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点？

2、 工业化菌种应具备哪些特点？

3、 什么是培养基?发酵培养基的特点和要求？

4、 什么是前体？前体添加的方式？

5、 什么是生长因子？生长因子的来源？

6、 培养基设计的一般步骤？

7、 什么是种子的扩大培养？

8、 种子扩大培养的目的与要求及一般步骤？

9、 在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？

10、 什么是接种量？对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少？

11、 什么时发酵级数？发酵级数对发酵有何影响，影响发酵级数的因素有哪些？

12、比较接种、倒种和双种三者之间的区别。

13、 影响微生物需氧的因素有哪些？ 如何调节摇瓶发酵的供氧水平？如何调节通气搅 拌发酵罐的供氧水平？

14、测定Kla的方法有哪些？发酵液中Kla的调节可以采取哪些措施？

15、 氧的供需研究与反应器设计与放大的关系？

16、 准确判断发酵终点有什么好处？依据哪些参数来判断？

17、 pH对发酵的影响表现在哪些方面？ 发酵过程的pH控制可以采取哪些措施？

18、 发酵过程温度的选择有什么依据？

19、 染菌对发酵有什么危害，对提炼有什么危害？ 有哪些原因会引起染菌？染菌以后应采 取什么措施？

20、 为什么会感染噬菌体？感染了噬菌体后应采取哪些措施？

21、 泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？

22、 发酵中泡沫形成的原因是什么？常用的消泡剂有哪几类？对于黏稠的发酵液应选怎样 的消泡剂，对于较稀的发酵液应选怎样的消泡剂？

23、 用于在线检测的传感器必须符合哪些要求？

24、 pH电极的指示电极能测定pH值的原理是什么？

25、 pH电极的测量范围有没有限制？使用时应注意哪些问题？

26、 溶氧电极能够测定液体中溶氧浓度的原理是什么？ 影响溶氧电极测定的灵敏度和准确 性的因素有哪些？

27、高密度培养的意义是什么？难以实施的原因是什么？

28、试回答什么是生物反应过程中的直接参数和间接参数，并各举5个实例。

29、连续发酵技术与分批培养技术相比，有哪些优越性？为什么连续培养不能无限期地连续下

去，请简述之？

30、机械搅拌发酵罐中，搅拌器的搅拌作用是什么？搅拌转速的高低对不同种类微生物的生长、代谢有何影响？

31、什么是间歇培养？间歇培养时细胞生长过程中包括哪几个阶段？

32、机械搅拌发酵罐的基本结构包括哪些部件？

33、根据无抑制细胞生长动力学（Monod方程），试述μ与Cs(基质浓度)之间的关系。

34、氧从气相传递到液相的推动力是什么？并简述影响推动力的因素有哪些？

35、泡沫的控制方法可分哪两大类？请简述之。

36、为何在单级恒化器培养微生物时，D很大或很小时，Yx/s会偏离Yx/s=X/（S0-S）？

37、获得所培养细胞的生物量，可采用什么方法进行测定，试举2~3例？

37、影响分批发酵过程总的体积产率的因素有哪些？你认为生产上提高发酵产率可采用哪些可行性措施？

39、以下三种酶反应抑制的L-?B图中分别判断各为什么性质的抑制，并说明抑制剂对Km和rmax有什么影响？

A B

C

40、判断下图为何种生物反应器？请简述其操作原理。

41、指出下列分批发酵中的产物合成各属于哪种动力学模型，并简述之。

——生物量 ┄ ┄┄代谢物

42、发酵操作方式可分为分批、流加和连续三种，试述三种方法的优缺点。

43、MONOD方程与米氏方程有何区别？

44、全混流反应器与活塞流反应器的优缺点？

45、深层过滤的对数穿透定律。

46、什么是双膜理论？

47、 试述流变模型的定义？发酵液流体的类型共有哪几种？

48、生物反应器的放大方法有哪些？

49、什么是选择性培养基？它在工业微生物学工作中有何重要性？试举一例并

分析其中的选择性原理。

50、以氨基酸代谢为例，说明为什么有些突变菌株对末端代谢产物的结构类似物

具有抗性？

三、计算题

1、在一定培养条件下，培养大肠杆菌，测定实验数据如下：

S（mg/L）

μ（h-1） 100 120 153 170 220 0.667 0.706 0.754 0.773 0.815

求(1)在该培养条件下，大肠杆菌的最大比生长速率μMAX,饱和常数KS

(2)比生长速率为μMAX时的倍增时间τd。

2、某菌株的比生长速率为0.15h-1，试求该微生物的倍增时间。

3、设计一台通风量为50M /min的棉花活性炭空气过滤器， 空气压力为 0.4 MPa(绝对压力)，已知棉花纤维直径 d=16 微米，填充系数α= 8%，空气线速度为 0.1 M/sec，若进入空气过滤器的空气含菌量是 5000 个/M ， 要求因空气原因引起的倒罐率为0.1%，发酵周期 100 hr。工作温度为 40℃，平均气温为 20℃，计算空气过滤器的尺寸(过滤介质厚度和过滤器直径)。 表1 纤维直径 d=16 微米，填充系数α= 8% 时棉花纤维的K'值

空气流速 v (M/sec) 0.05

2.0 3.0

k' (1/cm) 0.1930.135

4、Monod在其发表的论文中首次提出了以他的名字命名的著名monod方程。作为该方程的实验基础，他提供了在一间歇操作的釜式反应器中进行的四组反应实验结果。反应器中进行的是在乳糖溶液中培养细菌的生长。下面摘录了其中一组实验数据，试用MoMod方程拟合上述实验数据，并求其动力学参数(实验数据见表2)。

表2

序号 1

CS

137 114 90 43 29 9

5、某一发酵过程是在一连续搅拌的釜式反应器中进行，反应基质连续稳定地加入，反应产物连续稳定流出。假设其发酵反应可表示为S十X—X十P 若已知Cx0＝0，Cp0＝0，反应器有效体积为1L。现改变加入反应器内基质的流量和浓度，同时测定反应器出口未反应基质和细菌的浓度，得到的数据列在表3。试根据上述数据，确定其速率方程式。

表3

6、室温下蔗糖在蔗糖酶的催化作用下水解得到产物。蔗糖的初始浓度Cs0＝1.0mm0l/L，酶的初始浓度C E0＝0.01lmmol/L。现在一间歇式操作的实验反应器测得了不同时间下蔗糖的浓度(见表

4)，根据实验提供的数据确定，(1)该反应速率能否用M—M方程描述?(2)如可以，试求动力学参数Km和k+2的值。

表4

t(h) 1

7、在含有相同酶浓度的五个反应物系中，分别加入不同浓度的底物，并测定其初始速率，然后再在同样五个反应物系中分别加入浓度为2.2×10-1mmol／L的抑制剂，并测其初始的反应速率，其数据见表5。试根据表中数据决定其其抑制类型及动力学参数值。

表5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0.006 0.005 Cs(mmol/L) 0.84 0.68 0.53 0.38 0.27 0.16 0.09 0.04 0.018 2 CX 15.5~23.0 23.0~30.0 30~38.8 38.8~48.5 48.5~58.3 58.3~61.3 61.3~62.5 2 3 4 5 6 7 ⊿t 0.54 0.36 0.33 0.35 0.37 0.38 0.37 0.1 0.195 1.32 2.55 0.10 0.50 1.0

篇二：发酵工程设备设计

发酵罐设计说明书

题目：设计生产红霉素机械搅拌通风发酵罐

2009年5月

任务书

一、题目

题目：机械搅拌通风发酵罐的设计

二、设计依据、条件

1、应用基因工程菌株发酵生产红霉素，此产物是次级代谢产

物。

2、发酵罐体积：50M

3

3、高径比为2，南方某地，蛇管冷却。 4、初始水温20℃，出水温度28℃。 5、非牛顿型流体，三级发酵。 三、设计项目、要求

（1）确定工艺参数几何尺寸，以及主要设备工作部件尺寸的设计，如：罐体封头的壁厚、冷却面积及用水量、搅拌轴功率等。 （2）对整个设计方案进行分析、拟定 （3）一定情况下结合具体的图形来解释说明

（4）考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚

（5）对整个发酵罐的设计进行总结，得出规范的说明书

目录

1 设计条件（设计方案的分析）???????????5 2 机械通风发酵罐设计???????????????6

2.1

夹套反应釜的总体结构????????????6

2.2几何尺寸的确定???????????????6 2.3主要部件尺寸的设计计算???????????8

2.3.1罐体材料????????????????8 2.3.2罐体筒壁厚???????????????8 2.3.3封头壁厚????????????????9 2.4挡板????????????????????9 2.5搅拌器????????????????? ?102.6人孔和视镜?????????????????102.7接口管???????????????????112.8冷却装置设计????????????????12 2.8.1冷却方式选择??????????????12 2.8.2冷却用水量计算?????????????12 2.8.3冷却面积的计算?????????????132.9搅拌轴功率的计算??????????????142.9.1不通气条件下的轴功率P0计算 ??????142.9.2通气搅拌功率Pg的计算 ?????????15 3设计小结????????????????????18 4参考文献????????????????????18

摘要此为我设计的发酵罐说明书，我设计的是一台

50M的机械搅拌通风发酵罐，发酵生产红霉素，发酵罐主要

3

由罐体和冷却蛇管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对机械搅拌通风

发酵罐的几何尺寸进行计算，再确定主要设备工作部件尺寸的设计，如：罐体封头的壁厚、冷却面积及用水量、搅拌轴功率。本说明书结合了个人所学知识绘制出装配图，让机械搅拌通风发酵罐具体形象的展现在眼前，一目了然。通过精细的计算和设计绘制，使此次设计的发酵罐能达到生产最优标准，应用并服务于生产实践。

关键词机械搅拌通风发酵罐 红霉素 设计绘

制 生产

第一章 设计方案的分析、拟定

我设计的是一台50M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产红霉素。经查阅资料得

知生产红霉素的菌种有红色链霉菌、红霉素链霉菌、红色糖多孢菌，综合最适发酵温度、PH、等因素选择红霉素链霉菌，该菌种最适发酵温度为31℃，pH为6.6~7.2，培养基为发酵培养基，主要成分为淀粉10%、黄豆饼粉5%、硫酸铵0.5%、磷酸二氢钾0.2%、碳酸钙2%。

发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和

人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。

这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤。

压力P——除注明外，压力均指表压力，单位用MPa表示。 工作压力——指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 设计压力——指设定的容器顶部的最高压力。它与设计温度一起作为设计载荷条件，其值不小于工作压力。

一般在装有安全阀时Pd=(1.05~1.1)Pw 当无安全阀时，Pd=(1.0~1.05) *1、设计压力

容器的设计压力是指相应的设计压温度下，用以确定壳体厚度的压力，其值不得小于最高工作压力。容器的最高工作压力是指在正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高表压力。

*2、设计温度

设计温度是指容器在正常操作情况，在相应的设计压力下设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。当元件的金属温度大于等于0℃时设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度，当元件金属温度低于0℃时设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。

表1-1 发酵罐主要设计条件

篇三：发酵工程设备与工厂设计大纲

课程名称：发酵工程设备与工厂设计

英文名称：Fermentation engineering equipment and design of engineering plant 课程编码： 学时/学分：48/2

适用专业与层次：生物工程、本科 一、课程的教学目的和任务

《发酵工程设备与工厂设计》包括两个部分，一是《发酵工程设备》课程，另一个是《生物工程工厂设计》，前者的任务主要是通过课堂教学和课外练习，使学生掌握生物工程的设备流程、设备结构及工作原理，主要设备的设计计算及选型，了解设备的安装与维修。同时，了解国内外生物工程设备的新技术和发展趋势。通过学习，提高学生独立分析和解决问题的能力，增强学生的动手能力，培养工程素养。本课程既有有一定基础理论，又有较强的工程实际应用，使本专业学生成为能在生物技术与工程领域从事产业化设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才，为以后工作奠定基础。

《生物工程工厂设计》是生物工程专业一门专业选修课程，学位课。该课程是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体，是一门实践性很强的学科。课程主要介绍生物工程产业界常见的工业生产设备及生物工程研究领域的主要设备的基本原理、结构、特点、设计选用计算方法及发酵车间工艺设计。本课程既有一定基础理论，又有较强的工程实际应用，使本专业学生成为能在生物技术与工程领域从事产业化设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。通过本课程的学习，懂得如何应用这些基本理论去分析和解决生产过程中的具体问题，改造原有生产过程使其更符合客观规律，实现生产过程的优化，提高生产过程的经济和社会效益。

二、课程内容和基本要求 1 原料的预处理及输送设备 1.1 固体物料的输送设备 1.2 固体物料的预处理及粉碎设备 1.3 液体物料的输送及均质设备

基本要求：掌握固体物料的预处理及粉碎设备，理解液体物料的输送及均质设备。 2 培养基制备设备

2.1 培养基制备设备 2.2 培养基的灭菌及冷却设备

基本要求：掌握培养基的灭菌及冷却设备。 3 空气除菌及调节设备 3.1 空气除菌设备 3.2 空气调节设备

基本要求：掌握空气除菌设备及其工艺流程，

1

掌握主要的空气调节设备。 4 种子制备及扩大培养设备 4.1 种子制备设备 4.2 酵母的扩大培养设备

基本要求：掌握酵母的扩大培养设备。 5 发酵罐及附属设备 5.1 嫌气发酵设备 5.2 好氧（通风）发酵设备 5.3 新型生物反应器

基本要求：熟练掌握常用的嫌气发酵设备和好氧（通风）发酵设备，了解典型的新型生物反应器。 6 液固分离设备 6.1 液固分离方法 6.2 重力沉降设备 6.3 过滤设备 6.4 离心分离设备 6.5 膜分离设备

基本要求：掌握常见的重力沉降设备和过滤设备，了解膜分离设备的工作原理。 7 萃取及离子交换设备 7.1 萃取分离设备 7.2 离子交换设备

基本要求：掌握萃取分离的原理和离子交换的原理，掌握常用的离子交换设备。 8 蒸发结晶干燥设备 8.1 蒸发设备 8.2 结晶设备 8.3 干燥设备

基本要求：掌握典型的干燥设备及其优缺点。 0 绪论

0.1课程的目的和任务 0.2生物工程工厂设计的重要性 0.3工厂设计的任务和内容

0.4生产工艺设计在总体设计中的重要地位 0.5生产工艺设计的依据、内容和深度 0.6工厂设计工作原则

教学要求：了解生物工程工厂设计的目的和要求，工厂设计在国民经济中的地位和意义。了解设计工作的基本任务和内容，理解总体设计和局部设计。了解生产工艺设计在总体设计中的地位，计算机在工艺设计中的应用。 1 基本建设程序 1.1 概述

1.1.1执行基本建设程序的重要性 1.1.2基本建设程序的内容 1.2项目申请报告

1.2.1项目申请报告的任务 1.2.2项目申请报告的主要内容 1.3可行性研究

1.3.1可行性研究的任务和意义 1.3.2可行性研究报告的内容 1.4设计任务书

1.4.1设计任务书的内容 1.4.2设计任务书的附件 1.5初步设计阶段

1.5.1概述

1.5.2初步设计的主要内容与成果

2

1.5.3初步设计的步骤 1.5.4初步设计的深度

1.5.5初步设计阶段工艺设计人员应向协同设计的相关专业提交的资料 1.6施工图设计阶段

1.6.1施工图设计的内容与成果 1.6.2施工图设计的步骤 1.6.3施工图设计的深度

1.6.4施工图设计阶段工艺设计人员应向协同设计的相关专业提交的资料

基本要求：了解可行性研究报告内容及编制方法，掌握可行性研究报告编制方法。了解项目建议书的任务、意义及建厂报告的主要内容。 2厂址选择与工厂总平面设计 2.1厂址选择的重要性及原则

2.1.1厂址选择的重要性 2.1.2厂址选择的原则 2.1.3厂址选择的工作程序 2.1.4厂址选择报告 2.2总平面设计

2.2.1总平面设计的内容 2.2.2总平面设计的原则和要求 2.2.3总平面设计的方法 2.2.4厂内运输设计 2.2.5总平面布置图的绘制

基本要求：了解厂址选择的原则，厂址选择的程序及厂址选择报告的编写。了解厂内运输方式的选择，道路的布置形式，厂区竖向布置的内容与目的，理解总平面设计的步骤，基本要

求和具体规范。 3工艺流程设计 3.1概述

3.2生产方法的选择和工艺流程的设计原则

3.2.1生产方法的选择 3.2.2工艺流程的设计原则 3.3工艺流程的设计步骤

3.3.1生产工艺流程示意图 3.3.2工艺流程草图的设计 3.3.3工艺流程图的设计 3.4工艺流程图

3.4.1概述

3.4.2带控制点工艺流程图的绘制 基本要求：掌握生产工艺流程示意图，然后进行衡算；根据设备选型情况，充实和修改工艺流程示意图，形成工艺流程草图；根据设备设计选型和工艺流程草图，进行车间设备布置设计；根据设备布置情况，再完善工艺流程草图，形成生产工艺流程图。 4工艺计算 4.1物料平衡计算

4.1.1物料衡算的意义、方法和步骤 4.1.2主要技术经济指标的确定 4.1.3计算实例 4.2热量平衡计算

4.2.1热量衡算的意义、方法和步骤 4.2.2计算实例(100000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算) 4.3水平衡计算

3

4.3.1水衡算的意义、方法和步骤 4.3.2计算实例(100000t/a淀粉原料酒精厂蒸馏车间水衡算) 4.4耗冷量计算

4.4.1耗冷量计算的意义、方法和步骤 4.4.2计算实例(100000t/a啤酒厂发酵车间耗冷量计算)

4.5无菌压缩空气消耗量计算

4.5.1无菌压缩空气消耗量计算的意义、方法和步骤

4.5.2计算实例 4.6抽真空量计算

4.6.1 抽真空量计算的意义、方法、步骤 4.6.2 计算实例

基本要求：了解过程水平衡和无菌空气消耗量计算的方法和步骤，理解物料衡算和能量衡算的意义，掌握物料衡算和能量衡算的原理与计算方法。

5设备的设计与选型 5.1概述

5.1.1设备设计与选型的任务 5.1.2设备设计与选型的原则 5.2专业设备的设计与选型

5.2.1专业设备设计与选型的依据 5.2.2专业设备设计与选型的程序和内容 5.2.3专业设备设计与选型的特点 5.2.4专业设备设计与选型的实例 5.3通用设备的设计与选型

5.3.1液体输送设备选型

5.3.2气体输送设备选型 5.3.3固体输送设备选型 5.3.4空气洁净设备选型 5.3.5通用设备选型注意事项 5.4非标准设备的设计

5.4.1起贮存专业的罐、池设计 5.4.2起混合调量灭菌的非标准设备设计 5.4.3起计量作用的非标准设备设计 5.4.4应用举例 5.5设备一览表

5.5.1主要设备明细表 5.5.2设备一览表 5.6 化工设备图

基本要求：了解设备设计的原则，掌握专业设备设计与选型的依据、程序和内容。 6车间布置设计 6.1概述

6.1.1车间布置设计的任务和重要性 6.1.2车间布置设计的依据 6.1.3生物工程工厂生产车间的组成 6.1.3车间布置设计的内容 6.2车间布置设计的原则 6.3生物制药洁净厂房布置设计

6.3.1GMP

6.3.2生产环境区的划分 6.3.3洁净厂房的车间布置 6.4车间布置设计的有关技术与参数

6.4.1车间布置设计的有关技术 6.4.2车间布置设计的有关参数

4

6.5设备布置图

6.5.1概述

6.5.2设备布置图的绘制

基本要求：了解车间布置设计的原则、内容和步骤，理解车间布置的方法。 7管道设计与布置 7.1概述

7.1.1管道布置设计的意义 7.1.2内容和步骤 7.2工艺管道的设计计算

7.2.1管子、管件、阀门的选择 7.2.2管径、壁厚计算 7.2.3管道压力降计算 7.2.4管道热补偿计算 7.3管道布置设计

7.3.1管道布置设计的任务和原则 7.3.2管道布置设计的内容 7.3.3管道布置设计的特点 7.3.4管道布置设计的有关参数 7.4管道布置图

7.4.1概述

7.4.2管道布置图的绘制

基本要求：了解管道布置设计的意义、内容和步骤，管道及附件的选择，理解管道计算方法和生物工厂管道布置的特点。 8公用工程

三、教学模式

8.1给排水工程

8.1.1设计依据

8.1.2给排水设计的目的、任务、内容 8.2供电工程

8.2.1内容和要求 8.2.2电力负荷及供电要求 8.3供热工程

8.3.1锅炉设备的选择 8.3.2锅炉容量和台数的确定 8.4 供冷工程

8.4.1制冷装置的几种类型 8.4.2制冷系统

8.5 计量检测仪表和自动控制工程

8.5.1设计任务和内容

8.5.2生产过程参数自动调节系统 8.5.3电子计算机在生物工程生产中的应用

8.6制药厂洁净车间净化空气系统

8.6.1净化空调系统的分类 8.6.2洁净室内的气流组织方式 8.6.3空气的净化系统

8.6.4制药厂空气洁净技术的应用 基本要求：本章内容均为一般性了解。了解原料接收站、中心试验室等辅助部门的设计知识。了解水、暖、电、热、气等公用工程的设计知识。

本课程采用传统教学与多媒体教学相结合的授课方式，在听课对象没有任何工程学基础的前提下尽量用多媒体的方式使学生理解化工单元操作及设备的原理，从而达到教学目的。

5