生物工程设备教学大纲生物科学与工程学院生物工程教研室编2009年9月第三次修改编写说明生物工程设备是生物工程专业的专业核心课程之一，在我系的专业课教学中占有特别重要的地位。
生物工程设备是专门研究生物工厂设备的一门学科，是生物工程专业的专业课，在学过的生物工艺，化工原理，生物化学的基础上开设的。
生物技术是以基因工程为先导，结合发酵工程、酶工程和生化工程等技术，构成现代生物技术。
生物工程设备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体。
具体内容包括：生化反应器、生化反应物料处理及产物分离纯化设备和辅助系统设备的原理和设计及计算。
通过本课程的学习使学生能够了解和掌握发酵工厂常用的发酵设备、分离提取原理及设备。
并为学习其他工艺学奠定基础。
为了规范教学，提高我系的生物工程专业课的教学质量，特编写此大纲。
生物工程设备教学大纲，全面系统的介绍发酵工艺的内容，结合本学科的最新成果组织编写。
本大纲的内容有：教学目的与要求、教学重点与难点、教学内容、并提供了思考题、教学参考书及课时分配表等。
本大纲由李树立老师编写，教研室集体审定。
生物工程教研室2009年9月课时分配表目录理论教学部分：第一章概述第二章物料处理和输送设备第一节固体物料的处理与粉碎设备第二节固体物料输送设备第三节液体物料的输送设备第三章空气净化除菌设备第一节空气净化除菌的方法与原理第二节空气过滤除菌设备及计算第四章培养基的制备设备第一节糖蜜原料的稀释与澄清第二节淀粉质原料的蒸煮糖化设备第三节啤酒生产麦芽汁的制备第四节培养基的灭菌第五章通风发酵设备第一节机械搅拌通风发酵罐第二节气升式发酵罐(ALR)第三节自吸式发酵罐第四节通风固相发酵设备第五节其他类型的通风发酵反应器简介第六章嫌气发酵设备第一节酒精发酵设备第二节啤酒发酵设备第三节连续发酵第七章植物细胞(组织)和动物细胞培养反应器第一节植物细胞(组织)培养反应器第二节动物细胞培养反应器第三节微藻培养反应器第八章生物反应器的比拟放大第一节生物反应器的放大目的及方法第二节通气发酵罐的放大设计第九章过滤、离心与膜分离设备第一节过滤速度的强化第二节过滤设备第三节离心分离设备第四节膜分离设备第十章离子交换分离原理及设备第一节离子交换树脂第二节离子交换分离原理第三节离子交换设备第十一章蒸发与结晶设备第一节常压与真空蒸发设备第二节结晶设备第十二章干燥设备第一节固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点第二节非绝热干燥设备第三节绝热干燥设备第四节冷冻干燥及其他干燥设备第十三章蒸馏设备第一节蒸馏分离提纯原理第二节酒精蒸馏流程第三节粗馏塔第四节精馏塔第十四章生物反应器的检测及控制自学第十五章生物工程供水与制冷系统及设备自学实验教学部分：在生物工程实验课程中做实验一发酵罐操作技术实验二体积溶氧系数的测定理论教学内容第一章绪论【教学目的与要求】了解课程的目的和任务，掌握生化反应的目的，掌握生化反应器的分类，了解生化反应器设计基础内容。
【教学重点与难点】生化反应的目的，生化反应器的分类。
【教学方法】讲授为主。
【教学内容】一、课程介绍二、生化反应的目的三、生化反应器的分类四、生化反应器设计基础内容：【思考题】1、生化反应的目的？2、生物反应器的分类？【参考书目】《生物工程设备》梁世中主编，中国轻工业出版社2002年第二章物料处理和输送设备【教学目的与要求】了解发酵工厂物料处理和输送的方法，掌握机械输送设备的特点及选型；掌握气力输送的原理和流程及简单管道的计算。
【教学重点与难点】掌握机械输送设备和气力输送设备的特点及选型，气力输送流程的比较和管道计算。
【教学方法】讲授、自学与多媒体等直观教学手段相结合。
【教学内容】第一节固体物料的处理与粉碎设备一、固体物料的筛选除杂设备1.谷物原料的粗选设备⑴大麦粗选机（平摇振动筛）结构图⑵磁力除铁器2.大麦的精选及分级设备⑴大麦精选机⑵大麦分级设备二、固体物料的粉碎设备1.物料粉碎的力学分析2.物料的粉碎度3.粉碎机械⑴锤式粉碎机⑵对辊粉碎机⑶圆盘钢磨⑷MF—260型钢片式磨粉机三、固体物料的加水粉碎（湿法粉碎）1.湿法粉碎设备2.砂轮磨四、微细粉碎和超微细粉碎第二节固体物料输送设备一、机械输送设备㈠、斗式提升机斗式运输机1、适用物料：最常用的是以橡胶带牵引的D型斗式提升机。
2、构造和原理3. 斗式提升机的计算㈡、带式输送机皮带输送机1.适用物料2.结构原理㈢、螺旋输送机螺旋运输机搅龙1.适用物料2.结构和原理：如结构图略3.螺旋输送机计算㈣、可弯曲螺旋输送机二、气力输送系统及设备㈠、气流输送原理1.颗粒在垂直管中的悬浮：2.颗粒在水平管的悬浮3.颗粒在输送管中的运动状态㈡、气流输送的流程1.真空输送流程2.压送式气流输送流程3.混合式气流输送流程㈢、气流输送系统的组成设备1、进料装置：吸嘴和加料器2、分离装置3、空气除尘装置：㈣、气流输送系统设计1、流程的选择和确定2、工艺流程图和设备流程图3、气流输送系统的计算第三节液体物料的输送设备一、泵的选型计算1、离心泵：2、往复泵（属于容积泵）3、旋转泵二、输送管路、管件1、管径的计算与选择2、管道介质流速的选择3、管件：根据管道直径对应选择【思考题】1、解释概念：粉碎比、混合比、压头、冲程、2、磁力除铁器有哪几种？大麦的精选和分级设备有哪些？3、粉碎机的类型及其主要作用力？4、固体物料的单台输送设备有哪些？其适用输送物料和条件？5、气流输送的流程有几种？特点？比较各流程。
6、气流输送的设备组成？7、生物工业常用的泵及适用物料范围8、某啤酒厂真空输送麦芽。
每天输送量20吨，操作4h，输送的水平距离50m，垂直距离25m，90°大弯管(r/D=6)2个，沉降式卸料器排料，后接旋风分离器、袋滤器再由真空泵排空，空气管长20m， 90°弯管(r/D=2) 4个。
要求⑴画出工艺流程草图⑵计算风机风量⑶计算输料管管径。
【参考书目】《生物工程设备》梁世中主编，中国轻工业出版社2002年《发酵工程设备》中国轻工业出版社《生物工艺学》中国轻工业出版社第三章空气净化除菌设备【教学目的与要求】掌握空气净化原理和介质过滤除菌设备的计算【教学重点与难点】空气净化原理和介质过滤除菌设备的计算【教学方法】结合实例教学【教学内容】第一节空气净化除菌的方法与原理一、生物工业生产对空气质量的要求1空气中微生物的分布2生物工业生产对空气质量的要求3空气含菌量的测定二、空气净化除菌的方法与原理（一）空气除菌的方法1热杀菌2辐射杀菌3静电除菌4过滤除菌（二）过滤除菌的机理1惯性冲击滞留作用机理2拦截滞留作用机理3布朗扩散作用机理4 重力沉降作用机理5静电吸附作用机理第二节空气介质过滤除菌设备及计算一、空气介质过滤除菌流程（一）空气除菌流程的要求（二）空气除菌流程1两级冷却、分离、加热的空气除菌流程2空气压缩冷却过滤流程3前置高效过滤器除菌流程二、空气介质过滤除菌设备及设计计算空气过滤器1空气过滤除菌的对数穿透定律2对数穿透定律的校正3空气过滤压力降的计算4过滤介质a棉花b玻璃纤维c活性炭d 超细玻璃纤维纸e 石棉滤板f 烧结材料过滤介质g 新型过滤介质和过滤器简介5过滤器结构及计算a纤维介质深层过滤器：结构尺寸包括直径和高度b平板纤维纸过滤器6过滤器的计算举例【思考题】1、空气除菌的方法？2、生物工业“无菌空气”的要求？3、什么是穿透率？【参考书目】1.《生物工程设备》梁世中主编，中国轻工业出版社2002年2.《发酵设备》高孔荣主编，中国轻工业出版社1991年3.《发酵工程与设备》，中国轻工业出版社1981年4.《生物工艺原理》贺小贤主编，化学工业出版社 2003年第四章培养基的制备设备【教学目的与要求】了解常用培养基制备的流程，掌握常用的灭菌的机理和采用流程。
【教学重点与难点】高温短时间灭菌的基础、常用的灭菌流程。
【教学方法】讲授、自学与多媒体等直观教学手段相结合。
【教学内容】第一节糖蜜原料的稀释与澄清一、间歇式稀释设备：二、糖蜜连续稀释器如图三、糖液的酸化澄清设备第二节淀粉质原料的蒸煮糖化设备一、淀粉质原料蒸煮糖化的目的二、蒸煮设备1、蒸煮罐2、套管加热器：3、真空冷却器4.糖化设备第三节啤酒生产麦芽汁的制备一、啤酒厂糖化设备的组合方式四器组合：六器组合：八器组合：二器组合：1、糊化锅2.糖化锅3.麦汁煮沸锅4.糖化醪过滤槽第四节培养基的灭菌一、培养基热灭菌动力学1、对数残留公式与理论灭菌时间2、灭菌温度与菌体死亡反应速度常数的关系3、活化能：二、连续灭菌流程：喷射连续灭菌流程图喷射加热器【思考题】1.概念:粉碎比,活化能2.啤酒糖化设备的组合方式？3.灭菌时间与活化能的关系4.计算题：某啤酒厂一次糖化操作糖化锅投料量麦芽粉1160kg，每百kg 加水420kg，糊化锅投料麦芽粉254kg，大米762kg每百kg混合料加水430kg，混合后糖化醪的密度为1070kg/m3，计算糖化锅的体积及几何尺寸?【参考书目】《生物工程设备》梁世中主编，中国轻工业出版社2002年《发酵工程设备》中国轻工业出版社《生物工艺学》中国轻工业出版社第五章通风发酵设备【教学目的与要求】了解各种通风发酵设备结构及其设备特点，掌握机械搅拌通风发酵罐的容量尺寸计算，掌握通风发酵罐搅拌轴功率的计算。
掌握自吸发酵罐的吸气原理，了解通风固相发酵设备和其他类型的发酵设备。
【教学重点与难点】机械搅拌通风发酵罐的容量尺寸计算，通风发酵罐搅拌轴功率的计算，自吸发酵罐的吸气原理。
【教学方法】讲授、自学与录像等直观教学手段相结合。
【教学内容】第一节机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐的结构主要有罐体、搅拌器挡板、轴封、空气分布器、消泡器组成。
二、机械搅拌通风发酵罐几何尺寸和体积重点径高比和公称体积三、机械搅拌通风发酵罐的通风和溶氧传质传统的双膜理论、通风比、通气强度。
四、发酵液的流变特性和机械搅拌通风发酵罐搅拌功率发酵液的流体的流变特性分为：牛顿性流体和非牛顿性流体五、机械搅拌通风发酵罐的热量传递机械搅拌通风发酵罐的热量计算方法有三种：通过生物合成热；冷却水带出的热量和发酵液的温升。
六、机械通风发酵罐的通气功耗补充第二节气升式发酵罐(ALR)一、气升式反应器的特点发酵液分布均匀，容氧速率和效率较高；二、气升环流式发酵罐的主要结构及操作参数结构包括径高比5~9较好，导流筒径与罐径比等。
操作参数有平均循环时间和气液比第三节自吸式发酵罐一、自吸式发酵罐的特点二、机械搅拌自吸式发酵罐机械搅拌自吸式发酵罐原理和设计要点三、喷射自吸式发酵罐第四节通风固相发酵设备第五节其他类型的通风发酵反应器简介【思考题】1.概念：平均循环时间、全挡板条件、持气率、气液比R2.自吸发酵罐吸气原理3.双膜理论的前提,氧由气泡传递到溶液中生物细胞的步骤？4.机械通风发酵罐空截面气速的上限？5.计算题.已知：某细菌发酵罐，直径2.17m，叶轮直径0.72m，采用两只六平叶蜗轮，搅拌转速109r/s，通风量Vg=5.55m3/min（已换为罐内状态），醪液黏度为2.25×10-3 Pa.s，密度1020kg/m3，发酵液为牛顿型流体，求Pg？【参考书目】《生物工程设备》梁世中主编，中国轻工业出版社2002年《发酵工程设备》中国轻工业出版社《生物工艺学》中国轻工业出版社第六章嫌气发酵设备【教学目的与要求】掌握酒精发酵灌和啤酒发酵罐结构和计算；了解连续发酵设备、新型啤酒发酵设备。