广州大学生物工程设备试题(计算题).doc

计算题 有一发酵罐，内装培养基50m3，每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2×107个。在121℃的温度下进行实消，该温度下的灭菌速度常数为0.0287秒-1。试求灭菌失败的机率为0.001（即考虑灭菌后残余芽孢数为0.001个）所需时间。若在131℃的温度下进行连消，在131℃时的灭菌速度常数为0.25秒-1，试求灭菌失败的机率为0.001（即考虑灭菌后残余芽孢数为0.001个）所需时间。 解：由题可知， 131℃时，K=0.25秒-1，t= 一发酵罐，装料体积为28m3，蛇管传热面积30m2，发酵温度为28℃，采用低温水作冷却 介质，其进口温度为9℃，出口温度为20℃，冷却水用量为9.6 m3/hr。试计算其发酵热 及传热系数K（已知发酵液比重ρ=1000kg/m3，冷却水比热c＝4.18kJ/kg. ℃） 解：有题可知，tF=28℃，t1=9℃，t2=20℃ =12.7℃ = Q=qm*c*（t2-t1 ）=[9.6*1000*4.18*（20-9）]/3600=122.6kw Q A*△tm K= =122.6*1000/（30*12.7）=321.8w/ m2. ℃ 某抗菌素厂需新建30子罐，装料系数为60%，已计算出主发酵期生物合成热Q1=4.4×105搅拌热Q2=7.2×104查有关资料可知汽化热Q3 =1×104醪液的比重为ρ=1.04×103 kg/，发酵温度为32℃，冷却水进口温度为16℃，出水温度为25℃，冷却水的平均比热Cp=4.186 kkg · ℃)， 罐内采用竖式蛇管冷却，蛇管为水煤管，其规格为 53/60 (mm)，壁厚3mm，其导热系数λ=188 Kj根据生产经验数据可取传热系数α1和α2分别为2.7×103 k1.45×103kJ/m2.h.℃，另外管壁水垢层的热阻取 1/16750试求发酵罐冷却面积、竖式蛇管总长度和冷却水耗量。 冷却面积 A=πdL 传热总系数K值 对数平均温度差 解:1.总的热量 Q=Q1+Q2-Q3 =4.4×105+7.2×104-1×104 =5.02×105(kJ/h) 冷却水耗量 =1.33×104 (kg/h) 对数平均温度差 4.K值的计算 = 1.931×103 kJ/(M2 ·h·℃) 5.冷却面积 根据生产实际情况取整A=25M2 冷却蛇管总长度 =140.17 (M) 根据生产实际情况取整L=145M，如果分为6组，则每组为24.17M，可将竖式冷却蛇管总长度修正为L=144M，则每组竖式冷却蛇管总长度为24M。 答:发酵罐冷却面积25M2，蛇管总长度144M和冷却水耗量13300 kg/h。 有一20m3气升式内环流发酵罐，其装料系数为75%，若该发酵罐H/D=8,DE/D=0.8，下封 头体积约为0.075D3，求该发酵罐主要尺寸（罐高、罐直径及导流筒直径）；若导流筒内发酵液的平均线速度为0.25m/s，求该反应器的平均循环时间。 解：由已知，H/D=8，De/D=0.8,Vm=0.25m/s 总体积V0≈ ==20 所以，D=1.46m 所以，H=11.68m，De=1.17m 又VL/V0=0.75，故VL=15m3 =15/[(3.14/4)*1.172*0.25]=55.84s=0.93min 5、某通风发酵罐内径为3.1m，圆柱部分高度为6.2m，采用标准椭圆封头，上、下封头体积均为2.1m3，装入发酵罐的发酵液为11m3，求： （1）发酵罐公称容积； （2）装料系数。 解：（1）公称体积= =（3.14/4）*3.12*6.2+2.1=48.87m3 （2）V0≈ =（3.14/4）*3.12*6.2 + 0.15*3.13 =51.