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1、生物工程设备课程教学大纲 课程名称：生物工程设备 课程类型:（必修课）总 学 时：45 讲课学时：36 学 分：2.5 学分 适用对象:生物工程专业、生物技术专业、先修课程：微生物学，生物化学，化工原理，生物工程工艺学原理，化工设备机械基础；一、课程性质、目的和任务 生物工程设备课程是生物工程等专业本科生的专业必修课程，为学生在具备了必要的微生物学基础、酶学基础、生物工程专业基础知识之后的必修专业课程。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：物料预
2、处理与培养基灭菌流程与设备；发酵设备设计及放大方法、计算；空气净化系统工艺计算与设备设计；物料过滤与离心设备原理与计算；萃取、吸附、层析设备介绍、离子交换流程与设备计算、干燥流程与设备设计计算；制冷工艺流程与设备设计计算、发酵工厂车间设计简介。举例说明工厂设备设计的方法与内容，进行小设计。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。二、教学基本要求 学生在学过上述先修课的基础上，通过本课程的学习，要求学生了解和掌握在生产过程中各个单元操作所使用的设备工作原理及设计计算方法，懂得如何应用这
3、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，实现发酵过程的优化，提高生产效率，创造更大的经济效益和社会效益，三、教学内容及要求 教学内容 教学要求 第一章 物料预处理与培养基基灭菌设备 物料粉碎、筛分设备结构及工作原理；物料输送方法与原理、设备的结构与原理；培养基灭菌方法、设备的结构、工作原理、设计计算。了解物料处理方法：筛选、粉碎、输送方式与设备结构。了解培养基分批灭菌与连续灭菌流程、设备的结构、工作原理。掌握灭菌流程的设计计算。第二章 空气除菌工艺流程及设备 空气除菌方法；空气除菌流程、主要设备、辅助 设备的作用及工艺计算；介质过滤机理和除菌效率、过滤器
4、的设计计算。了解发酵工厂对无菌空气的要求；掌握一般空气除菌工艺流程的形式；掌握空气除菌流程工艺计算、主要设备与辅助设备的作用；2/4 第三章 生物反应器与发酵参数检测元件 不同型式发酵罐的结构、操作特性及其工作原理。不同型式搅拌器的作用效果；搅拌功率的计算，牛顿型流体搅拌功率的计算、非牛顿型流体对传氧系数、传氧效率的计算的影响。发酵参数的检测、控制的方法和原理及仪器。植物细胞、动物细胞、微藻细胞培养过程的特点、培养方法与反应器型式。通风发酵罐的放大原则及其放大方法与计算：几何尺寸放大、恒定的 kla 放大、恒定 P0/V 放大、恒定ND 放大、恒定 t（混合时间）放大。了解通用式发酵罐、气升式
5、发酵罐、自吸式发酵罐的结构、工作原理；掌握搅拌功率、传氧系数、传氧效率的计算。了解植物、动物、微藻细胞培养反应器的结构与特点。掌握通风发酵罐的放大方法与计算。第四章：固-液分离设备 常用固液分离的方法；几种过滤分离设备的结构、技术参数、工作原理与生产能力的计算。几种离心分离设备的型号、结构、生产能力的计算。离心分离设备的放大方法。简单介绍膜分离设备的结构与工作原理。了解常压过滤机、加压过滤机、真空过滤机、离心过滤机、管式离心机、碟片离心机设备结构及原理。掌握过滤设备、离心设备生产能力的计算。了解膜分离设备的结构。第五章：萃取设备 介绍萃取设备的结构与原理。了解萃取设备的结构；掌握层析方法与原理
6、 第六章层析设备和离子交换设备 体积排阻层析、离子交换层析、反相层析、疏水层析、亲和层析、单床式、多床式、复床式、混合床式、反吸附装置；离子交换的方式：静态、动态（固定式、移动式）、离子交换设备的结构、设备放大计算。了解层析方法与原理、层析设备的组成；了解离子交换操作方式、设备结构与形式。掌握离子交换装置的计算、放大与计算。第七章：生物产品干燥设备 气流干燥的形式、附属设备的作用；气流干燥、喷雾干燥工艺流程与设备的设计计算：气速、管径、管长、液滴喷距；干燥塔直径。机械式雾化器、气流式雾化器、离心盘式雾化器结构与工作原理。沸腾造粒干燥设备。掌握气流干燥流程、喷雾干燥流程。掌握雾化器的工作原理。了
7、解干燥器、干燥塔的设计与计算及生产能力的计算。第八章：制冷流程与设备 直接蒸发式制冷系统、间接蒸发式制冷系统；常用的制冷剂、制冷循环过程、制冷工艺流程及制冷系统中设备。了解制冷流程；掌握制冷原理及制冷循环过程。了解绍制冷流程中主要设备及其辅助设备的结构与作用。了解氨压机的工作原理。3/4 氨压机的工作原理及其工作过程在 P-V 图、T-S图上的表示、提高制冷效率的措施。制冷能力的设计计算 掌握提高制冷效率的措施。熟悉制冷能力的设计计算。第九章：工厂设计简介 基本建设程序及厂址选择的原则和程序；工厂总平面布置的形式；车间布置设计的原则、内容：草图、布置图；车间布置设计的有关技术、管道设计与布置、
8、管道设计与布置的内容、步骤、工艺管道的设计计算、发酵工厂车间管道布置的特点。了解工厂基本建设程序、厂址选择、车间布置设计、管道设计与布置的原则、内容。第十章：设备设计计算 举例说明工厂设备设计的方法与内容。依据工厂的生产能力，完成发酵工厂常用的一种设备（带搅拌的发酵设备）的设计计算。四、课程的重点和难点 绪论：重点：是生物工程设备在生产中的重要地位。第一章 物料预处理与培养基基灭菌设备 重点：物料粉碎、筛分设备结构及工作原理；培养基连连续灭菌流程、设备。难点：培养基灭菌工艺计算 第二章 空气除菌工艺流程及设备 重点：空气除菌流程及设备作用。难点：空气净化流程空气状态变化的计算。第三章 生物反应
9、器与发酵参数检测元件 重点：不同型式发酵罐的结构及其工作原理、发酵罐的设计。难点：设备的放大设计计算 第四章：固-液分离设备 重点：各种固液分离方法、设备工作原理、生产能力的计算。难点：分离设备生产能力的计算。第五章：萃取设备 重点：萃取设备的结构与原理。第六章 层析设备和离子交换设备 重点：层析设备的工作原理、离子交换工艺流程与设备。难点：离子交换设备放大计算。第七章：生物产品干燥设备 重点：气流干燥、喷雾干燥、沸腾造粒干燥工艺流程与主要设备与辅助设备工作原理。难点：机械式雾化器、气流式雾化器、离心盘式雾化器结构及工作原理。第八章：制冷流程与设备 4/4 重点：直接蒸发式制冷系统、间接蒸发式
10、制冷系统及制冷系统中设备的工作原理，制冷能力的计算。难点：氨压机的工作过程在 P-V 图、T-S 图上的表示、制冷能力的设计计算 第九章：工厂设计简介 重点：基本建设程序及厂址选择的原则和程序；工厂、车间布置设计的原则、内容。第十章：设备设计计算 重点：举例说明工厂设备设计的方法与内容。五、实践环节 任选一发酵工厂设备的进行小型设计。六、参考性教学时间安排 讲课学时 习题课 讨论课 实验 其他 合计 绪论 1 1 第一章 3 3 第二章 3 1 4 第三章 6 2 8 第四章 3 3 第五章 2 2 第六章 3 3 第七章 3 3 第八章 3 2 5 第九章 2 2 第十章 4 5 9 复习 2 2 合计 35 5 5 45 六、考核方式 期末笔试+小型设计 七、推荐教材和教学参考书 教 材：生物工程设备陈国豪主编，化学工业出版社，年。参考书：生物工程设备梁世中主编，中国轻工业出版社，年。八、说明 大纲制订人：黄惠莉 制订日期：2009.09.01