1、生物工程設備課程教學大綱 課程名稱：生物工程設備 課程類型: （必修課）總 學 時：45 講課學時：36 學分：2.5學分適用對象: 生物工程專業、生物技術專業、先修課程：微生物學，生物化學，化工原理，生物工程工藝學原理，化工設備機械基礎；一、課程性質、目的和任務 生物工程設備課程是生物工程等專業本科生的專業必修課程，為學生在具備了必要的微生物學基礎、酶學基礎、生物工程專業基礎知識之后的必修專業課程。該課程是生物工程技術和化學工程與設備交叉的結合體，是一門實踐性很強的學科。課程主要介紹生物工程產業界常見的工業生產設備及生物工程研究領域的主要設備的基本原理、結構、特點、設計選用計算方法：物料預處

2、理與培養基滅菌流程與設備；發酵設備設計及放大方法、計算；空氣凈化系統工藝計算與設備設計；物料過濾與離心設備原理與計算；萃取、吸附、層析設備介紹、離子交換流程與設備計算、干燥流程與設備設計計算；制冷工藝流程與設備設計計算、發酵工廠車間設計簡介。舉例說明工廠設備設計的方法與內容，進行小設計。本課程既有一定基礎理論，又有較強的工程實際應用，使本專業學生成為能在生物技術與工程領域從事產業化設計、生產、管理和新技術研究、新產品開發的工程技術人才。二、教學基本要求 學生在學過上述先修課的基礎上，通過本課程的學習，要求學生了解和掌握在生產過程中各個單元操作所使用的設備工作原理及設計計算方法，懂得如何應用這些

3、基本理論去分析和解決生產過程中的具體問題，改造原有生產過程使其更符合客觀規律，實現發酵過程的優化，提高生產效率，創造更大的經濟效益和社會效益，三、教學內容及要求 教學內容教學要求第一章 物料預處理與培養基基滅菌設備物料粉碎、篩分設備結構及工作原理；物料輸送方法與原理、設備的結構與原理；培養基滅菌方法、設備的結構、工作原理、設計計算。了解物料處理方法：篩選、粉碎、輸送方式與設備結構。了解培養基分批滅菌與連續滅菌流程、設備的結構、工作原理。掌握滅菌流程的設計計算。第二章 空氣除菌工藝流程及設備空氣除菌方法；空氣除菌流程、主要設備、輔助設備的作用及工藝計算；介質過濾機理和除菌效率、過濾器的設計計算。

4、 了解發酵工廠對無菌空氣的要求；掌握一般空氣除菌工藝流程的形式；掌握空氣除菌流程工藝計算、主要設備與輔助設備的作用；第三章 生物反應器與發酵參數檢測元件不同型式發酵罐的結構、操作特性及其工作原理。不同型式攪拌器的作用效果；攪拌功率的計算，牛頓型流體攪拌功率的計算、非牛頓型流體對傳氧系數、傳氧效率的計算的影響。發酵參數的檢測、控制的方法和原理及儀器。植物細胞、動物細胞、微藻細胞培養過程的特點、培養方法與反應器型式。通風發酵罐的放大原則及其放大方法與計算：幾何尺寸放大、恒定的kla放大、恒定P0/V放大、恒定ND放大、恒定t（混合時間）放大。了解通用式發酵罐、氣升式發酵罐、自吸式發酵罐的結構、工作

5、原理；掌握攪拌功率、傳氧系數、傳氧效率的計算。了解植物、動物、微藻細胞培養反應器的結構與特點。掌握通風發酵罐的放大方法與計算。第四章：固-液分離設備常用固液分離的方法；幾種過濾分離設備的結構、技術參數、工作原理與生產能力的計算。幾種離心分離設備的型號、結構、生產能力的計算。離心分離設備的放大方法。簡單介紹膜分離設備的結構與工作原理。了解常壓過濾機、加壓過濾機、真空過濾機、離心過濾機、管式離心機、碟片離心機設備結構及原理。掌握過濾設備、離心設備生產能力的計算。了解膜分離設備的結構。第五章：萃取設備介紹萃取設備的結構與原理。了解萃取設備的結構；掌握層析方法與原理第六章層析設備和離子交換設備體積排阻

6、層析、離子交換層析、反相層析、疏水層析、親和層析、單床式、多床式、復床式、混合床式、反吸附裝置；離子交換的方式：靜態、動態（固定式、移動式）、離子交換設備的結構、設備放大計算。了解層析方法與原理、層析設備的組成；了解離子交換操作方式、設備結構與形式。掌握離子交換裝置的計算、放大與計算。第七章：生物產品干燥設備氣流干燥的形式、附屬設備的作用；氣流干燥、噴霧干燥工藝流程與設備的設計計算：氣速、管徑、管長、液滴噴距；干燥塔直徑。機械式霧化器、氣流式霧化器、離心盤式霧化器結構與工作原理。沸騰造粒干燥設備。掌握氣流干燥流程、噴霧干燥流程。掌握霧化器的工作原理。了解干燥器、干燥塔的設計與計算及生產能力的計

7、算。第八章：制冷流程與設備直接蒸發式制冷系統、間接蒸發式制冷系統；常用的制冷劑、制冷循環過程、制冷工藝流程及制冷系統中設備。氨壓機的工作原理及其工作過程在P-V圖、T-S圖上的表示、提高制冷效率的措施。制冷能力的設計計算了解制冷流程；掌握制冷原理及制冷循環過程。了解紹制冷流程中主要設備及其輔助設備的結構與作用。了解氨壓機的工作原理。掌握提高制冷效率的措施。熟悉制冷能力的設計計算。第九章：工廠設計簡介基本建設程序及廠址選擇的原則和程序；工廠總平面布置的形式；車間布置設計的原則、內容：草圖、布置圖；車間布置設計的有關技術、管道設計與布置、管道設計與布置的內容、步驟、工藝管道的設計計算、發酵工廠車間

8、管道布置的特點。了解工廠基本建設程序、廠址選擇、車間布置設計、管道設計與布置的原則、內容。第十章：設備設計計算舉例說明工廠設備設計的方法與內容。依據工廠的生產能力，完成發酵工廠常用的一種設備（帶攪拌的發酵設備）的設計計算。四、課程的重點和難點 緒論：重點：是生物工程設備在生產中的重要地位。第一章 物料預處理與培養基基滅菌設備重點：物料粉碎、篩分設備結構及工作原理；培養基連連續滅菌流程、設備。難點：培養基滅菌工藝計算第二章 空氣除菌工藝流程及設備重點：空氣除菌流程及設備作用。難點：空氣凈化流程空氣狀態變化的計算。第三章 生物反應器與發酵參數檢測元件重點：不同型式發酵罐的結構及其工作原理、發酵罐的

9、設計。難點：設備的放大設計計算第四章：固-液分離設備重點：各種固液分離方法、設備工作原理、生產能力的計算。難點：分離設備生產能力的計算。第五章：萃取設備重點：萃取設備的結構與原理。第六章 層析設備和離子交換設備重點：層析設備的工作原理、離子交換工藝流程與設備。難點：離子交換設備放大計算。第七章：生物產品干燥設備重點：氣流干燥、噴霧干燥、沸騰造粒干燥工藝流程與主要設備與輔助設備工作原理。難點：機械式霧化器、氣流式霧化器、離心盤式霧化器結構及工作原理。第八章：制冷流程與設備重點：直接蒸發式制冷系統、間接蒸發式制冷系統及制冷系統中設備的工作原理，制冷能力的計算。難點：氨壓機的工作過程在P-V圖、T-S圖上的表示、制冷能力的設計計算第九章：工廠設計簡介重點：基本建設程序及廠址選擇的原則和程序；工廠、車間布置設計的原則、內容。第十章：設備設計計算重點：舉例說明工廠設備設計的方法與內容。五、實踐環節 任選一發酵工廠設備的進行小型設計。六、參考性教學時間安排 講課學時習題課討論課實驗其他合計緒論11第一章33第二章314第三章628