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《生物工程设备》教学大纲

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《发酵工程设备》教学大纲（适应生物技术本科专业）课程编号：233120
课程名称：发酵工程设备
总学时数：18
实验或上机学时：0
一、说明部分
1、课程性质
《发酵工程设备》是生物技术专业的主要专业课，它涉及到物理化学、化工原理、微生物工程、生物化学、生化工程等多种学科。

该专业的学生应在学好上述基础课程的基础上学习本课程。

2、教学目标及意义
《发酵工程设备》是生物学、化学和工程技术相交叉的学科，使生物技术专业的学生了解和认识专业工业化生产设备的现状及发展水平，学习相关理论知识，使学生具有运用《发酵工程设备》中有关理论解决实际问题的能力，使学生具有选用生物工程工业通用设备的能力，使学生具有设计生物技术专业设备主要结构尺寸的能力。

生物产品的研究开发及生产过程需要本学科为支撑条件，生物技术专业的学生应该了解和掌握发酵设备的基本原理、工艺操作，尤其是有关微生物产品产业化生产的相关设备和关键技术。

3、教学内容及教学要求
本课程是高等教育生物技术专业本科所设专业课之一，它是一门理论联系实际、应用性较强的课程。

本课主要介绍生物工程设备的基本内容、原理和各生物技术领域通用设备操作工艺及主要操作特点等。

总学时按18学时安排。

4、教学重点、难点
（1）本课程的重点内容包括：
①生物反应器中的三传；
②通风发酵罐设计原则，发酵过程热量计算方法；
③嫌气性发酵罐工作原理及工作条件的确定方法；
④通风发酵罐放大设计的基本原理；
（2）本课程的难点主要在通风发酵罐设计及发酵过程热量计算；通风发酵罐放大设计计算。

5、教学方法与手段
本课程的教学方式为课堂讲授，多媒体教学为辅。

通过简单动画的形式使学生了解复杂发酵设备的工作原理。

6、教材及主要的参考书
指定教材：《生物工程设备》梁世中
参考教材: 1《发酵设备》高孔荣主编
2《发酵工程与设备》四院合编
二、正文部分
第一章生物反应器设计基础
一、教学要求：
本章是生物反应器设计的基础，通过学习使学生了解生物反应器设计基础：化学计量、生物学、质量传递、能量传递和动量传递等基本原理。

二、教学内容：
知识要点：生物反应器中的三传：质量传递、能量传递、动量传递
三、本章学时数：1学时
第二章通风发酵设备
了解通风搅拌轴功率计算方法。

通气发酵液中溶氧速率及微生物耗氧速率，通风发酵罐的溶氧系数及测定；机械搅拌通风发酵罐的结构及基本条件。

（次重点）
掌握通风发酵罐设计原则，发酵过程热量计算方法；气升式发酵罐类型及带开式发酵罐工作原理及工作条件的确定方法。

二、教学内容：
第一节通风发酵罐
知识要点：通风发酵罐的型式；机械搅拌通风发酵罐的结构及基本条件。

第二节搅拌器轴功率计算
知识要点：搅拌器的型式；搅拌器轴功率计算。

第三节通气发酵罐中溶氧速率与通气、搅拌的关系
的方法及提高kLa的途径；通气发酵罐知识要点：双膜理论；测量k
La
中溶氧速率与通气、搅拌的关系；
第四节发酵罐的比拟放大
知识要点：比拟放大的依据；比拟放大的基本方法。

第五节参数的检测及自动化简介
知识要点：发酵罐设计基本原则；复合PH电极；溶氧电极pH
三、本章学时数：9学时
第三章嫌气性发酵设备和连续性发酵
一、教学要求：
了解嫌气发酵罐结构；连续发酵流程CIP清洗系统。

掌握发酵罐基本尺寸及数量计算；连续发酵时间的确定及其理论罐数的确定
第一节酒精发酵设备
知识要点：酒精发酵罐的计算；洗涤装置
第二节新型啤酒发酵设备
知识要点：圆筒体锥底发酵罐；联合罐；联单ＣＩＰ清洗系统
第三节连续发酵
知识要点：连续发酵的概念与特点
第四节连续发酵流程与设备
知识要点：酒精连续发酵流程及设备；啤酒连续发酵流程及设备；
三、本章学时数：4学时
第四章空气除菌设备
一、教学要求：
了解除菌方法；通风量计算方法及水与空气直接接触增减湿方法及原理
掌握过滤介质过滤除菌机理及附属设备结构与计算；数穿透定律及应用；除菌流程的分析方法及有关计算。

二、教学内容：
第一节空气除菌
知识要点：通风发酵对无菌空气的要求；空气除菌的方法
第二节空气过滤除菌流程
知识要点：两级分离、冷却、加热的空气除菌流程；高效前置过滤除菌流程
第三节过滤除菌设备原理结构和计算
知识要点：深层过滤效率；深层过滤原理；对数穿透定律；提高过滤效率的措施
三、本章学时数：3学时
第五章植物细胞（组织）和动物细胞培养反应器
一、教学要求：
了动植物细胞培养的基本方法和设备基本结构。

二、教学内容：
知识要点：动植物细胞培养的方式、类型和特点；动植物细胞培养反应器的结构、操作要求。

三、本章学时数：1学时。

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生物工程与设备培训课程

生物工程与设备培训课程

生物工程与设备培训课程简介生物工程与设备培训课程是一门旨在培养学生在生物工程领域运用设备进行实验和研究的能力的课程。

生物工程是将工程技术应用于生物学领域，结合生物学、化学和工程学的知识，为生物科学的发展做出贡献。

该课程将重点介绍生物工程的基础理论和实践操作，以及常用的生物工程设备的使用方法和维护技巧。

课程内容第一部分：生物工程基础理论1.生物工程简介：生物工程的定义、发展历程和应用领域；2.细胞生物学：细胞结构与功能，细胞培养技术；3.分子生物学：DNA、RNA、蛋白质的结构和功能，基因工程技术；4.生物反应器：反应器种类和结构、传质和传质过程、反应动力学。

第二部分：生物工程设备的使用方法1.培养箱的使用：培养箱的基本功能，温度和湿度的控制方法；2.高速离心机的使用：离心机的结构和分类，离心速度和离心时间的设定；3.全自动生物反应器的操作：仪器的组成和原理，运行步骤和注意事项；4.分离和纯化设备的使用：过滤器、离心机、电泳设备的操作和维护。

第三部分：实践操作和案例分析1.培养细胞的方法和技巧：细胞培养的准备工作、培养基的配制、细胞的传代方法；2.基因工程实验：转染技术、蛋白表达和鉴定，基因测序技术的应用；3.生物反应器的操作实验：培养菌种、调控反应条件，监测和记录实验数据；4.生物工程实例分析：介绍一些生物工程在医药、农业等领域的应用案例，分析其原理和效果。

学习目标通过参加生物工程与设备培训课程，学生将能够： 1. 理解生物工程的基本概念、原理和应用领域； 2. 掌握生物工程实验所涉及的基础理论知识； 3. 熟悉生物工程常用设备的使用方法和维护技巧； 4. 运用所学知识和技能进行生物工程实验和案例分析。

授课方式该课程将以面授和实验操作相结合的方式进行授课。

授课时间为每周两次，每次两个小时。

课程中将进行理论讲解、设备演示和实践操作。

考核方式该课程的考核方式为闭卷考试和实验报告。

闭卷考试将主要测试学生对课程理论知识的掌握程度，实验报告将主要评估学生的实践操作能力和案例分析能力。

第十一章生物工程设备课件

第十一章生物工程设备课件

第十章 干燥过程与设备
第一节 气流干燥 第二节 喷雾干燥 第三节 沸腾干燥与沸腾造粒干燥 第四节 真空干燥和真空冷冻干燥
概论
利用热能除去固体物料中湿份的单元操 作
产品生产最后工序
常用方法：对流干燥、冷冻干燥、 真空干燥、微波干燥等
主要内容：干燥设备和计算
分类方式
热能传递给湿物料的方式：直接干燥、 间接干燥、介电加热干燥
式中 D——干燥管的直径，m。
第二节 喷雾干燥
喷雾干燥：利用喷雾器将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具 有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交 换，迅速排除本身的水分，在短时间内获得干燥 。
压力喷雾法（又称机械喷雾法）：利用往复运动的高压泵
气流喷雾法：依靠的压缩空气通过喷嘴时产生的高速度，将液 体吸出并雾化
一、气流干燥流程与设备
概念：
把含有水的块状或粉粒状物料，通过适当的方法使它们分散到热空气中， 在与热气流并流输送的同时进行干燥而获得粉状干燥制品的过程。
流程：
湿物料
加料斗
器
固体产品
风机排走废气经
加料器 锁气管
气流干燥管 出口9卸出，
分离
二、气流干燥器的型式 （一）按照加料方式分类
直接加料型
t 1 ，t 2
2 ——进入和离开干燥器的热空气的温度，℃；
——干燥时的微粒的温度，即湿球温度。
空气传给物料的热量可用下列公式计算：
Q 'Q Q 损 -L (I2'-I0)
Q ——空气加热器的热损失，kJ/h，；
Q 损 ——干燥器的热损失，kJ/h； I 2 ' ——当初始空气湿含量为，离开干燥器的温度为时的热焓量。 I 0 ——初始空气的热焓量，kJ/h；
生物工程设备课程设计课件1PPT课件

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2.2 蛇管换热装置
根据工艺要求温度、总散热量等确定冷却装置 （设管、列管等）的冷却面积、管径、长度、高 度等参数。
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无挡板的涡轮搅拌反应器
蛇管中径与容器直径之比
Dc/D=0.80; 蛇管高度与容器直径之比
Lc/D=1.00; 蛇管管子外径与蛇管中径之比
Dco/Dc=0.042; 每圈蛇管之间距与蛇管管子外 径之比Sc/dco=1.0; 蛇管距器底的高度与容器直径 之比Hc/D=0.10。
2020/3/25
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3. 发酵罐搅拌装置设计
搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。搅拌器的形式主要 有：桨式、推进式、涡轮式等，一般在设计任务书中给定。
当搅拌器型式确定后，设计的主要内容是确定搅拌器直径、 搅拌器与搅拌轴的连接结构，进行搅拌轴的强度设计和临 界转速校核，选择轴的支承结构。
搅拌器的直径Dj与发酵罐D1内径之比根据文献推荐值选取。
（2）培养学生对生物工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题 的能力。树立正确的设计思想，掌握机械搅拌通风生物反应器设计的 基本方法和步骤，为今后创造性设计生物反应器和相关技术改造工作 打下一定的基础。
（3）培养学生熟悉、查阅并综合运用各种有关的设计手册、规范、 标准、图册等设计技术资料；进一步培养学生识图、制图、运算、编 写设计说明书等基本技能；完成作为工程技术人员在机械设计方面所 必备的设计能力的基本训练。
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1 罐体的设计
1．1 罐体的结构设计
罐体由顶盖、筒体和罐底组成，通过支座安装在基础
或平台上，罐底通常采用椭圆形封头，顶盖在受压状态下
操作，常选用椭圆形封头，对直径较小的种子罐，顶盖可
生物工程课程设计教学大纲

生物工程课程设计教学大纲

生物工程课程设计教学大纲（生物工程专业本科适应）一、教学目的和基本要求生物工程课程设计是生物工程专业学生在毕业设计（论文）前进行的一次综合训练。

通过本课程设计培养学生综合运用所学知识解决工程问题的能力，为毕业设计（论文）打好应有的理论基础。

通过生物工程课程设计的训练，学生要达到的基本要求如下：1、进一步巩固加深所学《生物工艺学》、《生物工程设备》、《生物工厂设计》、《生物反应工程》和《发酵工艺学》等专业课程的基本理论和知识，使之系统化、综合化。

2、培养学生综合运用基础理论和专业知识解决工程实际问题的能力。

3、掌握有关设计手册（如《化工设备设计手册》、《化学工程手册》等）的使用。

二、时间安排生物工程课程设计在学生结束所有基础课和专业课的学习后进行，时间共二周，一般安排在第七学期第十九周和第二十周进行三、指导教师1、指导教师资格：必须具有讲师以上职称的教师才能独立指导生物工程课程设计，助教可协助副教授和教授指导课程设计。

2、指导教师人数：一般情况下，每班安排指导教师两人。

四、选题生物工程课程设计的选题分两种基本类型：1．生物工程设备的设计（设备型）：如生物反应器（发酵罐）、空气过滤器、水解锅（糖化锅）、结晶罐、离子交换柱、干燥器、蒸馏塔等等。

2．生物工厂工段设计（工段型）：如原料气流输送、蒸煮、糖化、无菌空气制备、发酵、以及生物产品提取与精制的各种分离工序等。

3．具体选题由指导教师确定。

五、进行方式作为毕业设计（论文）的过渡，生物工程课程设计采用分组方式进行，每小组3~5人，每组一题，各组间选题可相同，但其规模（或产量）不得相同。

六、课程设计说明书要求学生在课程设计过程中可相互讨论，但要求各自独立完成并撰写设计说明书，设计说明书一般要求在5000字以上，具体内容如下：1．前言2．设计任务和设计基本依据3．工艺设计①对于设备型设计，主要包括设备结构及主要尺寸的确定、搅拌功率及通风量的计算、电机的选择、传热面积及冷却水用量的计算等。