精品生物工程设备教学大纲Word文件下载.docx

1、第十一章蒸发与结晶设备第十二章干燥设备第十三章蒸馏设备第十四章生物反应器的检测及控制第十五章生物工程供水与制冷系统及设备合计51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

2、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

3、 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

4、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【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。 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

5、设备1.谷物原料的粗选设备大麦粗选机（平摇振动筛）结构图磁力除铁器2.大麦的精选及分级设备大麦精选机大麦分级设备二、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.粉碎机械锤式粉碎机 对辊粉碎机圆盘钢磨MF260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、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、带式输送机 皮带输送机1.适用物料 2.结构原理、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

6、 3.螺旋输送机计算 、可弯曲螺旋输送机 二、 气力输送系统及设备、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 、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、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：、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1、解释

7、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。要求画出工艺流程草图计算风机风量计算输料管管径 。生物工程设备梁世中主编，中国轻工业出版社200

8、2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

9、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 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？1.生物工程设备梁世中主编，中国轻工业出版社20

10、02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【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。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

11、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?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

12、，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。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

13、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59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 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

14、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2.2510-3 Pa.s，密度1020kg/m3，发酵液为牛顿型流体，求Pg？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。【教学重点与难点】酒精发酵灌和啤酒设备的结构和计算。【教学方法】讲授为主第一节 酒精发酵设备一、酒精发酵罐结构有罐体、冷却盘管和水力洗涤装置二、酒精发酵的计算包括结构尺寸的确定、罐数的确定和冷却面积的计算第二节 啤酒发酵设备 一、啤

15、酒前、后发酵设备及计算前发酵设备及计算；后发酵设备及计算。二、新型啤酒发酵设备有三种：锥形罐、联合罐和朝日罐 第三节 连续发酵一、连续发酵时间的确定二、连续发酵理论罐数的确定三、连续发酵流程 主要有酒精发酵和啤酒发酵。啤酒发酵我国一般不采用。1.酒精发酵罐如何设计计算？2.啤酒发酵罐的形式？3.连续发酵设备的适用范围？某酒精工厂，每发酵罐的进料量为28t/h，每4h装满一罐，糖化液密度为1082kg/m3发酵周期72h，冷却水初、终温为20，25 ，若罐内采用蛇管冷却，发酵罐的总传热系数为2000kJ/m2.h.,试确定发酵罐的结构尺寸,罐数,冷却水耗量（假设发酵液热损包括蒸发热和向周围的散热

16、为生物合成热的10%即Q2+ Q3=10% Q1）。【教学目的与要求】了解植物细胞培养的方法和反应器,掌握动物细胞培养的方法和动物细胞培养系统。【教学重点与难点】动物细胞培养的方法和动物细胞培养系统 【教学方法】讲授和自学结合。【教学内容】 第一节 植物细胞（组织）培养反应器一、植物细胞培养过程的特点反应器二、植物细胞培养反应器三、植物组织培养及反应器第二节 动物细胞培养反应器一、动物细胞培养的方法贴壁培养、悬浮培养和固定化培养。二、细胞培养的操作方式三、动物细胞大规模培养反应器四、动物细胞大规模培养的应用第三节 微藻培养反应器 （自学）一、微藻生物技术的优越性二、微藻大规模培养的特点三、微藻

17、大规模培养反应器1.动物细胞培养操作方式及动物细胞反应器类型？2.常用动物细胞反应器的培养系统及特点？3.微囊系统的制作过程？第八章 生物反应器的比拟放大 【教学目的与要求】了解生物反应器的放大目的及方法，掌握Po/V相等准则和体积容氧系数相等准则放大的方法【教学重点与难点】生物反应器的放大目的及方法， Po/V相等准则和体积容氧系数相等准则放大的方法【教学方法】教师主讲结合实例教学第一节 生物反应器的放大目的及方法一、生物反应器的放大目的 二、生物反应器的放大的方法 生物反应器的放大的方法有理论放大法、半理论放大法、因次分析法和经验放大法。第二节 通气发酵罐的放大设计一、机械搅拌通气发酵罐的

18、经验放大法 机械搅拌通气发酵罐的经验放大法：以体积容氧系数相等的原则放大；以单位发酵液搅拌功率相等的原则放大；这两种应用最多。二、气升式反应器的放大1.机械通风反应器放大方法？2.几何体积的放大过程？3.体积溶氧系数相等原则的放大方法？4.单位体积搅拌功率相等的原则放大转速的计算？5.计算题：某通风发酵罐体积100L，拟放大到20m3生产罐，发酵液为牛顿型流体，黏度=2.25103Pa.s ，密度=1020kg/ m3，实验罐尺寸为直径375mm，搅拌叶轮直径125mm，高径比H/D=2.4，液深HL=1.5D，装液量60L，通风量1.0VVm，使用两挡六弯叶蜗轮搅拌器，转速350r/min，

19、请按Po/V相等的准则放大，（放大罐空气流量为5.55 m3/min） 求放大罐的几何尺寸和Pg 【教学目的与要求】了解常用的加压过滤、真空过滤和离心沉降有关设备及计算 【教学重点与难点】加压过滤、真空过滤和离心沉降有关设备的选型 【教学方法】教师主讲 第一节 过滤速度的强化 一、过滤介质和过滤介质的特性 过滤介质的特性和常用的过滤介质 二、过滤操作条件的优化 1改变发酵液的物理特性：加热、凝聚和絮凝、加入盐类、调节PH、加入助滤剂。 2操作条件的优化：提高过滤压力，降低滤饼比阻优化操作时间第二节 过滤设备一、板框式及板式压滤机（一）压滤机：结构和型号。（二）板式压滤机（三）自动板框压滤机（四

20、）板框压滤机的工艺计算1物料恒算2板框式压滤机的选择和台数3过滤面积及生产能力的计算二、真空过滤机 （一）转筒真空过滤机的结构和操作（二）转筒真空过滤机的生产能力第三节 离心分离设备一、离心分离原理和离心分离因数（一）碟式离心机的分离原理（二）离心分离因数二、常用离心机结构及选型（一）管式离心机结构及操作（二）常用离心机的生产能力 悬浮液中的颗粒在离心机中能够分离并沉降在转鼓壁上的条件四、.膜分离设备 过滤介质的渗透性、离心分离因数2.常用的过滤介质.3.如何进行过滤条件的优化？4.离心沉降的原理及沉降条件？5.根据分离因数分类，管式分离机的习惯分类？第十章 离子交换原理与设备【教学目的与要求

21、】了解树脂的分类和特性和分类方法，掌握离子交换原理和常用离子交换设备和放大方法。【教学重点与难点】树脂的性能、交换原理，离子交换设备的放大。【教学方法】讲授、多媒体等直观教学手段相结合。第一节离子交换树脂一、交换树脂结构：二、分类：有四种分类方法1. 骨架结构主要成分：2.合成的聚合反应：共聚型、缩聚型树脂。3.骨架的物理结构：4.活性离子：阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂：弱酸性阳离子交换树脂：对金属离子亲和力：H+ Fe+3Al+3Ca+2Mg+2K+NH4+Na+强碱性阴离子交换树脂：弱碱性阴离子交换树脂： 5. 树脂编号 补充编号 强酸性阳 弱酸性阳 强碱性阴 弱碱

22、性阴统一 1100 101200 201300 301400上海 731740 721730 711720 701710三、树脂合成 1.加聚法 2.缩聚法四、树脂的理化性能1.颗粒度 2.交换容量 3.机械强度：4.膨胀度5.含水量和密度 第二节 离子交换分离原理一、交换机理：二、交换速度方程三、影响交换速度因素1.颗粒大小2.交联度3.离子化合价4.离子、分子大小第三节离子交换设备 一、常用离子交换设备二、离子交换设备的计算1.树脂用量和罐体积:2.交换设备的放大根据交换罐负荷相等的原则放大按空塔流速相等的原则放大溶液通过床层的压力降P 例题：树脂的交换容量（再生、工作）、含水量、交换负荷

23、2.树脂的分类方法，特性。3.离子交换的原理和步骤用弱酸型树脂（钠型湿树脂）吸附某发酵液,其体积流量为2.8m3/h,树脂床高度1.2m,直径1m,又测得树脂的最大粒径0.86mm,最小粒径0.42mm,平均粒径0.56mm,静止时床层空隙率为32%,湿树脂密度1140kg/m3,发酵液密度视为1000kg/m3,黏度0.002Pa.s,若将流量放大2倍,计算放大后交换罐中树脂床的高度及直径,正吸附时发酵液通过床层的压力降及反吸附时的压力降。生物工艺学 中国轻工业出版社第一节 离子交换分离原理及设备【教学目的与要求】了解常压蒸发设备和结晶设备，掌握蒸发的基本要求、升降膜真空浓缩的原理及结晶的原

24、理、煮晶锅的计算。【教学重点与难点】蒸发的基本要求、升降膜真空浓缩的原理及结晶的原理。第一节 蒸发设备一、常压蒸发设备1.夹套加热式麦汁煮沸锅 2. 内置加热器式麦汁煮沸锅 二、真空蒸发设备：1.管式薄膜蒸发器.升膜式管式薄膜蒸发器 关键： 形成爬膜形成爬膜的必要条件：足够的传热温差和传热强度；产生的二次蒸汽量和蒸汽速度达到足以带动溶液成膜上升的程度。.降膜蒸发器 关键是液体如何分配均匀常用的分配器 .升降膜式蒸发器第二节结晶设备一、结晶原理晶体的形成过程晶体形成的速度二、起晶的方法1.自然起晶 很少采用2.刺激起晶 柠檬酸结晶3.晶种起晶 味精三、结晶设备按操作方式分：间歇结晶设备 简单、方便连续结晶设备 复杂、晶体小一般不采用按改变溶液浓度方法可分为浓缩结晶设