《生物工程設(shè)備》課程教學(xué)大綱BiotechnologyEquipment一、課程基本信息學(xué)時：48學(xué)分：3考核方式：考試，平時成績占總成績的30%中文簡介：《生物工程與設(shè)備》是生物工程專業(yè)的專業(yè)必修課，是畫法幾何工程制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、物理化學(xué)、化工原理和生物工藝學(xué)等課程的后續(xù)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，了解和掌握不同類型的生物反應(yīng)器工作原理，懂得如何應(yīng)用這些基本理論去分析和解決生產(chǎn)過程中的具體問題，改造原有生產(chǎn)過程使其更符合客觀規(guī)律，實現(xiàn)發(fā)酵過程的優(yōu)化，提高生產(chǎn)過程的經(jīng)濟和社會效益。因此，該課程對于培養(yǎng)現(xiàn)代生物工程技術(shù)的高級專門人才至關(guān)重要?！渡锕こ淘O(shè)備》最終解決的是一個工程問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)是本課程教育的重要內(nèi)容。課程內(nèi)容安排時以微生物學(xué)現(xiàn)象為切入口，中間引入工程學(xué)概念，通過整個課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生建立起發(fā)酵過程生物學(xué)基礎(chǔ)和工程學(xué)基礎(chǔ)的完整概念。二、教學(xué)目的與要求本課程主要介紹生物制品生產(chǎn)中所涉及的設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理、特點和操作方法，要求學(xué)生在掌握生物制品生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)，重點掌握不同類型生物反應(yīng)器的構(gòu)造、原理和使用方法；能夠根據(jù)生物產(chǎn)品各種不同生產(chǎn)工藝的特點，相應(yīng)地選擇不同的設(shè)備種類；了解原料處理、培養(yǎng)基制備、滅菌除菌和成品加工的常用設(shè)備以及產(chǎn)品下游提取設(shè)備的操作方法。通過課程學(xué)習(xí)，為學(xué)生將來從事生物工程相關(guān)的科學(xué)研究與生產(chǎn)實踐打下堅實的基礎(chǔ)。三、教學(xué)方法與手段1教學(xué)方法：講授法，兼有提問、設(shè)問啟發(fā)和課堂討論。2教學(xué)手段：采用多媒體、板書。為了實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，本課程有兩位教師共同完成，并為學(xué)生指定課外閱讀資料和相關(guān)參考書，每章后面會布置思考題。針對不同的教學(xué)內(nèi)容安排課堂的分組討論式教學(xué)，帶著問題學(xué)生以小組為單位進行討論，然后分別提出問題，組和組之間互相回答問題的方式，進行部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)。四、教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo) 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)學(xué)時分配第一篇生物反應(yīng)器第一章生物反應(yīng)器設(shè)計基礎(chǔ)1.生物反應(yīng)器的化學(xué)計量基礎(chǔ)和生物學(xué)基礎(chǔ)了解生化反應(yīng)的平衡方程，維持的定義。理解細(xì)胞數(shù)、生長和產(chǎn)物形成動力學(xué)方程、高濃度基質(zhì)及產(chǎn)物的抑制動力學(xué)等。22.生物反應(yīng)器的質(zhì)量、熱量傳遞和剪切力問題了解機械攪拌生物反應(yīng)器的氣-液質(zhì)量傳遞，體積質(zhì)量傳遞系數(shù)kLA，和細(xì)胞活動所釋放的熱量2重點與難點：微生物發(fā)酵動力學(xué)和機械攪拌的質(zhì)量傳遞衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否掌握生物反應(yīng)器的概念，了解傳質(zhì)速率方程。第二章通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備1.機械攪拌通氣發(fā)酵罐.掌握工作原理，結(jié)構(gòu)以及各部分尺寸之間的關(guān)系，了解該設(shè)備的設(shè)計過程22.氣升發(fā)酵罐、自吸式發(fā)酵罐、噴射式發(fā)酵罐了解工作原理及特點，主要結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)43.通氣固相發(fā)酵設(shè)備了解機械通風(fēng)固體曲發(fā)酵設(shè)備的原理與結(jié)構(gòu)。2重點與難點:掌握機械攪拌通氣發(fā)酵罐和氣升式發(fā)酵罐的原理與結(jié)構(gòu)衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):掌握各種類型的通風(fēng)發(fā)酵反應(yīng)器工作原理、結(jié)構(gòu)與使用第三章嫌氣性發(fā)酵設(shè)備1.酒精發(fā)酵設(shè)備了解酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及設(shè)計計算42.啤酒發(fā)酵設(shè)備了解啤酒前、后發(fā)酵設(shè)備及計算，新型啤酒發(fā)酵設(shè)備，CIP清洗系統(tǒng)的流程及操作步驟43.連續(xù)發(fā)酵掌握連續(xù)發(fā)酵基本理論，連續(xù)發(fā)酵時間的確定；了解各種產(chǎn)品的連續(xù)發(fā)酵流程2重點與難點：酒精和啤酒設(shè)備衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):學(xué)習(xí)酒精發(fā)酵設(shè)備，啤酒發(fā)酵設(shè)備組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)備選型第四章生物反應(yīng)器的比擬放大了解生物反應(yīng)器的放大目的與放大的基本方法第二篇物料處理及產(chǎn)物分離純化第一章物料處理與培養(yǎng)基制備1.固體物料的處理與粉碎設(shè)備錘式和輥式粉碎機的原理及構(gòu)造12.液體培養(yǎng)基的制備及殺菌設(shè)備酒精、啤酒的培養(yǎng)基的糖化鍋蒸煮鍋的原理構(gòu)造及組合方式等3重點與難點：酒精和啤酒發(fā)酵設(shè)備的原理與結(jié)構(gòu)衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否能夠選擇培養(yǎng)基處理的工藝、所需設(shè)備的原理、設(shè)備組成與設(shè)計計算第二章過濾、離心與膜分離設(shè)備1.過濾速度的強化了解過濾介質(zhì)、過濾微分方程、濾餅比阻力與過濾壓差、過濾速度的強化、優(yōu)化操作條件12.過濾設(shè)備掌握板框式壓濾機、板式壓濾機、轉(zhuǎn)鼓真空過濾機的結(jié)構(gòu)與工作原理23.離心分離設(shè)備掌握碟片式離心機的構(gòu)造與分離原理，離心分離因素；了解管式離心機、碟式離心機的構(gòu)造與分離原理24.膜分離設(shè)備了解膜分離方法和幾種典型的膜分離設(shè)備1重點與難點：過濾和離心分離設(shè)備為重點，掌握結(jié)構(gòu)和工作原理衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否能掌握過濾和膜分離設(shè)備的原理、設(shè)備組成與設(shè)計計算第三章蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備1.蒸發(fā)設(shè)備掌握各類常壓蒸發(fā)設(shè)備，真空蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，多效蒸發(fā)流程12.結(jié)晶設(shè)備了解結(jié)晶的定義與過程，結(jié)晶設(shè)備的特點，各類結(jié)晶結(jié)構(gòu)與工作原理，連續(xù)結(jié)晶設(shè)備的設(shè)計要2重點與難點：各種蒸發(fā)工藝與設(shè)備的特點、結(jié)構(gòu)和工作原理衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):能否理解蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理，設(shè)備的選用方法，操作方法，工藝優(yōu)化第四章干燥設(shè)備1.固體物料干燥機理及生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點了解固體物料干燥機理、生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點12.非絕熱干燥設(shè)備掌握常壓干燥設(shè)備、真空干燥設(shè)備的構(gòu)造和工作原理3.絕熱干燥設(shè)備掌握氣流干燥原理與設(shè)備，噴霧干燥原理與設(shè)備，流化床干燥原理與設(shè)備24.真空冷凍干燥及其他干燥設(shè)備了解真空冷凍干燥的原理及特點、流程及設(shè)備1重點與難點：非絕熱和絕熱干燥設(shè)備的原理及特點、流程衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否了解常用的工業(yè)干燥方法與相關(guān)設(shè)備特點，掌握根據(jù)工藝要求選用設(shè)備的方法以及初步具備設(shè)備設(shè)計與選型能力第五章蒸餾設(shè)備1.蒸餾的原理與類型掌握蒸餾分離的基本原理，蒸餾的三種類型12.酒精蒸餾流程掌握氣相過塔、液相過塔定義及使用范圍，精餾段、提餾段、排醛塔、定義與結(jié)構(gòu)13.粗餾塔掌握粗餾塔板類型及結(jié)構(gòu)14.精餾塔掌握精餾塔板類型及結(jié)構(gòu)1重點與難點：酒精的蒸餾流程，精餾塔和粗餾塔的結(jié)構(gòu)和工作原理衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否了解常用的蒸餾方法與相關(guān)設(shè)備特點能否清晰地說明酒精蒸餾的原理及設(shè)備原理第三篇輔助系統(tǒng)設(shè)備第一章空氣除菌進化與空氣調(diào)節(jié)1.空氣介質(zhì)過濾除菌設(shè)備及計算掌握空氣介質(zhì)過濾除菌流程及設(shè)備0.52.生物工業(yè)生產(chǎn)的空氣調(diào)節(jié)了解生物工業(yè)生產(chǎn)對空氣調(diào)節(jié)的要求，空氣增濕與減濕的原理及方法，空氣調(diào)節(jié)設(shè)備0.5重點與難點：空氣介質(zhì)過濾除菌流程及設(shè)備衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)：是否掌握發(fā)酵工業(yè)無菌空氣的制備原理與方法。能否根據(jù)工藝要求與環(huán)境條件設(shè)計空氣除菌流程第二章設(shè)備與管道的清洗與滅菌1.生物工業(yè)加工設(shè)備與管道的衛(wèi)生要求了解生物工業(yè)加工設(shè)備與管道的衛(wèi)生要求0.252.常用清洗劑、清洗方法及設(shè)備了解常用清洗劑、清洗方法及設(shè)備0.253.設(shè)備及管路的殺菌了解設(shè)備及管路殺菌的概述，發(fā)酵罐及容器的殺菌，空氣過濾器的殺菌，管道及閥門的殺菌，通風(fēng)發(fā)酵罐清洗與滅菌管路流程0.254.方便清洗消毒的設(shè)備及管路管件的設(shè)計了解設(shè)備材料的選擇及加工要求，設(shè)備與管路管件的設(shè)計與加工0.25重點與難點：清洗殺菌設(shè)備，CIP清洗流程衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)：是否了解管道與設(shè)備清洗方法、滅菌的常用方法第三章物料輸送系統(tǒng)設(shè)備1.固體物料的輸送了解機械輸送設(shè)備，螺旋輸送機，氣流輸送系統(tǒng)及設(shè)備2重點與難點：斗式提升機、帶式輸送機、螺旋輸送機的構(gòu)造、原理與適用范圍；氣流輸送的原理、流程衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)：是否能夠清晰地理解斗式提升機、帶式輸送機、螺旋輸送機的構(gòu)造、原理第四章生物工程供水與制冷系統(tǒng)設(shè)備1.水處理系統(tǒng)及設(shè)備了解水的過濾、軟化及脫鹽、殺菌的原理與設(shè)備0.52.供水系統(tǒng)及設(shè)備了解來水供水系統(tǒng)，地下水供水系統(tǒng)0.253.發(fā)酵工廠潔凈空氣與制冷系統(tǒng)設(shè)備簡單了解壓縮式制冷循環(huán)，制冷系統(tǒng)設(shè)備，耗冷量計0.25重點與難點：供水系統(tǒng)衡量學(xué)習(xí)是否達到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)：簡單了解水處理系統(tǒng)與設(shè)備、供水系統(tǒng)設(shè)備和潔凈蒸汽與制冷系統(tǒng)設(shè)備五、推薦教材和教學(xué)參考資源推薦教材：梁世中.《生物工程設(shè)備》(第一版).北京：中國輕工業(yè)出版社，2008