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《生物工程设备》课程考试大纲一、课程基本信息1.课程编号：1201872.课程性质：专业方向课3.适用专业：生物工程4.考试对象：生物工程5.学时/学分：34学时/2学分二、课程考试目的《生物工程设备》是生物工程专业本科学生的专业方向课，课程考试旨在考查学生对生物反应器、空气净化、分离设备的结构、原理、应用、设计的掌握。
三、考试内容与要求第一章生物反应器设计基础（一）考试内容考查生物反应器设计的有关基础知识。
（二）考试要求1.了解生物反应器的设计基础2.掌握生物反应器的化学计量、动力学、氧的溶解与传递和热量传递基础第二章通风发酵设备（一）考试内容考查通风发酵设备设计的有关基础知识。
（二）考试要求1.了解通风发酵设备的结构2.理解通风发酵设备的工作原理3.掌握通风发酵设备的相关设计计算第三章嫌气发酵设备（一）考试内容考查嫌气发酵设备设计的有关基础知识。
（二）考试要求1.了解嫌气发酵设备的结构2.理解嫌气发酵设备的工作原理3.掌握嫌气发酵设备：酒精发酵罐、啤酒发酵罐的相关设计计算植物细胞（组织）和动物细胞培养反应器第四章．（一）考试内容考查嫌气发酵设备设计的有关基础知识。
（二）考试要求1.了解细胞培养器的结构2.理解细胞培养器的工作原理3.掌握细胞培养器的相关设计计算第五章固体物料的处理与粉碎设备（一）考试内容考查固体物料的筛选除杂设备及粉碎设备、加水设备等；液体培养基的制备及杀菌设备。
（二）考试要求1.了解固体物料的筛选除杂设备及粉碎设备、加水设备2.掌握液体培养基的制备及杀菌设备的相关设计计算第六章过滤、离心与膜分离设备（一）考试内容考查过滤速度的强化，过滤设备，离心分离设备，膜分离设备的特点及工作原理。
（二）考试要求1.了解过滤速度的强化2.理解膜分离设备的工作原理3.掌握过滤设备，离心分离设备，膜分离设备的特点和应用第七章萃取与色谱分离设备（一）考试内容考查萃取分离原理及设备的结构。
（二）考试要求1.了解分离技术的应用2.理解分离设备的工作原理3.掌握离子交换分离原理及设备、吸附分离设备、色谱分离设备的特点和应用第八章蒸发与结晶设备（一）考试内容考查常压与真空蒸发设备的特点及原理，了解结晶设备的特点。
生物工程设备课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解生物工程设备的基本概念、分类及其在生物技术产业中的应用；2. 掌握生物工程设备的工作原理、操作流程及维护方法；3. 了解生物工程设备在生物制品生产中的关键作用及影响产品质量的因素。
技能目标：1. 能够分析生物工程设备在生物制品生产中的适用性，并进行合理选型；2. 学会使用生物工程设备进行实验操作，并能处理简单的设备故障；3. 能够根据生产需求，对生物工程设备进行优化配置，提高生产效率。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对生物工程设备的兴趣，激发他们探索生物技术领域的热情；2. 增强学生的环保意识，使他们认识到生物工程设备在生物制品生产中的环保责任；3. 培养学生的团队合作精神，让他们在合作学习中体验到生物工程设备研究的乐趣。
课程性质分析：本课程为高年级生物工程专业课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高他们在生物技术产业中的实践能力。
学生特点分析：高年级学生对生物工程有一定了解，具备一定的理论基础，但实践经验不足。
学生对新鲜事物充满好奇，具备一定的自主学习能力和团队合作精神。
教学要求：1. 结合实际案例，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采取小组合作、讨论等形式，引导学生主动参与教学活动，培养学生的自主学习能力和团队合作精神；3. 强化实践环节，注重培养学生的动手能力，提高他们在生物技术产业中的竞争力。
二、教学内容1. 生物工程设备概述- 设备分类与原理- 生物工程设备在生物技术产业中的应用2. 常见生物工程设备及其操作- 发酵罐、生物反应器等设备的工作原理与操作流程- 设备的维护与故障处理3. 生物工程设备在生物制品生产中的应用- 生物制品生产过程中的关键设备选型与配置- 影响生物制品质量的设备因素及解决方法4. 生物工程设备优化与技术创新- 生物工程设备的优化方法与策略- 生物工程设备在生物技术领域的技术创新案例5. 教学实践与案例分析- 组织学生进行生物工程设备实验操作- 分析实际案例，探讨生物工程设备在生产中的应用及优化教学内容安排与进度：第一周：生物工程设备概述第二周：常见生物工程设备及其操作第三周：生物工程设备在生物制品生产中的应用第四周：生物工程设备优化与技术创新第五周：教学实践与案例分析教材章节关联：本教学内容与教材中“生物工程设备”章节相关内容紧密关联，涵盖了设备原理、操作、应用与优化等方面的知识，旨在帮助学生全面了解生物工程设备在生物技术产业中的重要作用。
一、名词解释1、离心分离因数：是指离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值。
即f=FP/mg=rn2/900或f=vT2/gr2、CIP清洗：就地清洗简称CIP，又称清洗定位或定位清洗。
就地清洗是指不用拆开或移动装置，即采用高温、高浓度的洗净液，对设备装置加以强力作用，把与食品的接触面洗净的方法。
3、对数穿透定律：表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函数。
lg(N2/N1)=-K'L4、对数残留公式：2.303lgNo/Ns=kt lnNo/Ns=kt5、全挡板条件：是指在一定的转速下，再增加罐内附件，轴功率仍保持不变。
要达到全挡板条件必须满足下式要求：（b/D）n=（0.1-0.12）D/Dn=0.56、通气强度：每立方米发酵液每分钟通入的空气量7、溶氧传递速率：是指单位体积发酵液单位时间溶氧量。
OTR=Kla(c*-c) mol/(m3.h)8、浓差极化：当溶液从膜一侧流过时，溶剂及小分子溶质透过膜，大分子的溶质在靠近膜面处被截留。
并不断返回于溶液中，当这一返回速度低于大分子溶质在膜表面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成高浓度的溶质层，这就是浓差极化。
9、溶氧传递系数（Kla）:10、贴壁培养：是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式，主要适用于贴壁细胞，也适用于兼性贴壁细胞。
11、公称体积：是指罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和。
12、连续发酵：连续不断地流加培养液，同时又连续不断地排除发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，（或静止期），从而缩短发酵周期。
二、填空题1、目前植物细胞培养主要采用悬浮培养和固定化细胞系统2、悬浮培养生物反应器主要包括机械搅拌式反应器和非机械搅拌式反应器3、固定化细胞生物反应器主要包括填充床反应器、流化床反应器和膜反应器4、生物反应器放大的目标是在大规模培养中能获得小规模条件下的研究结果5、植物组织培养反应器主要包括发状根大规模培养和小规模的大规模快速繁殖6、动物细胞培养方法有贴壁培养、悬浮培养和固定化培养7、深层培养可分为分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式8、分批培养过程中，细胞的生长可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期9、动物细胞大规模培养反应器包括机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、中空纤维生物反应器、一次性生物反应器、空间生物反应器、大载体系统以及波浪反应器10、目前膜分离设备主要有4种形式：板式、管式、中空纤维式和螺旋卷式11、谷物原料粗选设备有大麦粗选机和磁力除铁器12、谷物原料精选设备有碟片式精选机和滚筒精选机13、谷物原料的分级设备有平板分级筛和圆筒分级筛14、谷物原料的粉碎方法有干式粉碎和湿式粉碎，其中，干式粉碎设备有锤式粉碎机和辊式粉碎机以及圆盘钢磨15、生物反应器的放大方法有理论方法、尝试法、半理论方法、因次分析法及经验规则16、机械搅拌通气发酵罐的经验放大法包括以体积溶氧系数Kla相等为基准的放大法、以Po/Vl相等的准则进行反应器放大、以搅拌叶尖线速度相等的准则进行放大和以混合时间相等的准则进行放大17、空气除菌方法主要包括热杀菌、辐射杀菌、静电除菌和过滤除菌法18、常用的干燥方法有对流干燥（固定床干燥、流化床干燥、气流干燥和喷雾干燥）、冷冻升华干燥、真空干燥等19、发酵罐的类型有机械搅拌通气发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐，其中，自吸式发酵罐又包括机械搅拌自吸式发酵罐、喷射自吸式发酵罐和溢流喷射自吸式发酵罐20、通气发酵罐分为：机械搅拌式、气升环流式、鼓泡式、自吸式、喷射式、溢流式三、问答题1、机械搅拌自吸式发酵罐工作原理：转子启动前将液体浸没，转子启动后，流体被甩向边缘，中心处形成负压。
动物细胞培养生物反应器的操作模式(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--动物细胞培养生物反应器的操作模式米力第四军医大学细胞工程中心，国家863西安细胞工程基地陕西西安，710032动物细胞培养工艺的选择首先考虑的重要一点是该产品所涉及的生物反应器系统。
选择反应器系统也就是选择产品的操作模式，操作模式选择将决定该产品工艺的产物浓度、杂质量和形式、底物转换度、添加形式、产量和成本，工艺可靠性等。
与许多传统的化学工艺不同，动物细胞反应器设备占整个工艺资金总投入的主要部分（＞50%），也就是说动物细胞培养工艺的选择主要部分是生物反应器系统的选择。
选择反应器系统及培养工艺时，必须对工艺的整体性进行全面考虑，主要包括以下几个方面：细胞株及生长形式、产物表达量和稳定性，培养基质及代谢物，产物分离和纯化难度等。
动物细胞大规模培养的生物反应器操作模式，一般分为分批式操作（batch）、流加式操作（Fed-batch）、半连续式操作（semi-continuous）、连续式操作（continuous）和灌流式操作（perfusion）五种操作模式。
1. 批式操作（batch culture）批式操作是动物细胞规模培养发展进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。
该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养，在培养过程中其体积不变，不添加其它成分，待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基的操作方式。
该方式的特点:(1) 操作简单。
培养周期短，染菌和细胞突变的风险小。
反应器系统属于封闭式，培养过程中与外部环境没有物料交换，除了控制温度、pH值和通气外，不进行其他任何控制，因此操作简单，容易掌握；(2)直观的反应细胞生长代谢的过程。
由于培养期间细胞的生长代谢是在一个相对固定的营养环境，不添加任何营养成分,因此可直观的反应细胞生长代谢的过程,是动物细胞工艺基础条件或"小试"研究常用的手段；(3)可直接放大。
生物工程设备第一章绪论●生物工程设备(bioengineering equipment)：就是生物工程类工厂或实验室为生物反应提供最基本也是最主要的能够满足特定生物反应工艺过程的专门技术装备或设施。
即为生命体完成一定反应过程所提供的特定环境。
●生物工程设备是现代生物技术的基本原理与工程学原理相交叉的应用性学科，是将生物技术成果产业化的桥梁。
●吕文虎克发明显微镜、柯赫建立了微生物分离纯化和纯培养技术、弗莱明发现了青霉素，并确认青霉素对伤口感染更有疗效●通风搅拌发酵技术的建立标志着实现了真正意义的生物工程设备；代表：青霉素●对通气搅拌生物反应器进行了改造，发展了气升式反应器，设备向着大型化、自动化发展●20 世纪70 年代基因重组技术诞生；代表产物是胰岛素第二章原料处理及灭菌设备●目前常用的处理方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法●预处理包括：筛选去杂、磁力除铁、精选分级、原料粉碎●筛分机械原理：根据颗粒的几何形状及其粒度，利用带有孔眼的筛面对物料进行分选的机器，具有去杂、分级两个功能●网目：以每英寸长度内的筛孔数表示，称为网目数，简称网目，以M表示●振动筛：发酵工厂应用最为广泛，带有风力除尘功能的筛选设备，多用于清除物料中小或者轻的杂质。
●滚筒筛分类有 1.并列式：颗粒直径分布均匀；2,串联式：小颗粒含量较多的；3.同轴式：大颗粒含量不多的物料●重力分选原理：干重重力分选、湿重重力分选●湿重重力分选利用不同密度的颗粒在水中受到的浮力及下降阻力的差异进行分选的。
●典型重力分选机械粒状原料密度去石机采用干法重力分选块根原料除石机该设备通常采用湿法重力分选●精选设备常用的有滚筒式精选机、碟片式精选机、螺旋球度精选机●螺旋球度精选机从长颗粒中分离出球形颗粒●粉碎的理论模型（a）体积粉碎模型（b）表面粉碎模型（c）均一粉碎模型●粉碎：粉碎是固体物料尺寸由大变小的过程，是利用机械力来克服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作。
1-绪论1.什么是工业生物技术？工业生物技术是利用生化反应进行工业品的生产加工技术，是人类模拟生物体系实现自身发展需求的高级自然过程。
以生物催化剂为核心内容的工业生物技术是继医药生物技术、农业生物技术之后，国际生物技术发展的“第三次浪潮”。
2.生物工程设备的作用是什么？利用生物技术手段将原料转化为产品，包含了一系列的生物反应过程、化学反应过程和物理操作过程。
这些反应过程和操作过程具有不同的生产工艺条件，需要在不同的反应设备和操作设备中进行，按照不同的方式进行排列、组合构成不同的生物技术生产流程。
因此，随着生物技术的迅猛发展，离不开生物工程设备的研究、开发；生物工程设备的发展又可以极大地促进生物技术产品的开发和生产。
可以说，生物工程设备在现代生物技术产业中具有十分重要的地位，对生物技术的发展有巨大的促进和推动作用。
3.生物工程设备的发展趋势？①开发符合要求的新型材料；②改进反应器设计，使之在流体力学及几何学等方面更接近生理状态，并根据某种细胞的培养过程或细胞的某种培养方式，开发动植物细胞专用反应器；③将反应器培养技术、现代仪器分析手段和智能专家控制系统进行集成，实现植物组织大规模培养过程的在线优化控制和自动化；④开发出适合不同产物的分离提取且可提高分离提取效率的生物工程设备。
2-生物质原料筛选与分级设备1.机械粉碎的工作原理有哪几种形式？挤压、冲击、研磨、劈碎、剪切2.为何要进行原料预处理？原料预处理的方法有哪些？①杂质会造成机械磨损。
在粉碎过程中使粉碎机的筛板磨损，运转部位磨损毁坏。
②影响反应过程和生产过程。
例如，影响产物的分离，损坏生产设备；蒸馏过程中在蒸馏塔中沉积，阻塞溢流管路。
方法主要包括：分级、除杂、粉碎、清洗。
3.原料粉碎的目的和常用的设备有哪些？在生产中，为了使原料顺利溶解、混合，加速后续的生物反应和化学反应的速度，对于使用固体的生物质原料，需要将其破碎、研磨，使大块物料破碎成小块或粉末物料。
⽣物⼯程设备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。
生物反应器技术的应用在现代生物科技领域，生物反应器是一个至关重要的工具，它是一种能够模拟自然界生物过程的人造设备，用来培养、维持生物体、微生物、细胞等生物材料的种植和发育的机器。
在近年来，随着生物工程技术的发展和应用，生物反应器已经成为一种重要的科技手段，被广泛应用于生物基因工程、微生物发酵、制药等领域，对人类健康事业、食品生产等多个方面产生了深刻的影响。
生物反应器概述生物反应器是一种工程设备，其功能是提供一种适宜的环境和场所，使生物体、微生物、细菌等生物材料能够正常生长和发育。
生物反应器的主要部件包括反应器本体、搅拌器、气体增加装置、离心机等。
反应器本体的构成主要包括反应器柱体、反应器罩和反应器轴等，通常是由不锈钢或其他材质制成，具有高强度、不易生锈的特点。
搅拌器则能够提供足够的氧气和营养物质，以促进生物体或微生物的增殖，从而实现她们的长期生长与发育。
气体增加装置则能够根据反应器内气体的需要自动进行释放气体或增加压力，从而保证反应器内的恒定气体环境，提高反应器的工作效率和稳定性。
离心机则是对生物反应器中培养好的细胞、微生物等生物材料进行离心分离，分离其有效成分，并将其提取出来，用于后续的生产加工、分析等操作。
生物反应器分类按照生物反应器中介质物质不同分类，可以将生物反应器分为液体生物反应器和固体生物反应器，其中液体生物反应器应用更为广泛。
液体生物反应器主要应用于细胞、蛋白质等大分子物质的培养，以及微生物发酵等领域。
按照反应器的体积大小，液体生物反应器通常可以分为微型反应器、小型反应器、中型反应器和大型反应器等。
微型反应器的体积通常不到1毫升，主要用于在实验室中进行生物材料的初步筛选，小型反应器一般在1~100升之间，主要用于生产中较小批量的生物材料生产。
中型反应器的体积在100~5000升之间，主要用于中等批量的生物材料生产，以及研究性项目中的规模制备。
大型反应器的体积在5000~30000升之间，主要用于工业规模生产，能够应对大规模生产所需的产出量。
