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生物工程設備

為了解決高壓清洗機泡沫罐的問題，作者陶興無（主編） 這樣論述：

全書內容共分九章：原料的輸送及前處理設備，培養基的滅菌和空氣除菌設備，生物反應器設計基礎，微生物反應器，動植物細胞培養反應器與酶反應器，生物反應器的設計、放大及參數檢測，細胞破碎與固液分離設備，萃取與色譜設備，蒸發、結晶與乾燥設備。全面介紹了生物工程設備的結構、工作原理及設計與選型原則。為方便教學，每章內容均配有思考題。 本書可作為生物工程、生物技術、生物製藥以及食品科學與工程、化學工程等專業的教材或參考書，也適合相關科研設計院所和企業人員自學。 第一章原料的輸送及前處理設備1 第一節物料的輸送設備1 一、固體物料的輸送設備1 二、液體物料的輸送設備9 第二節固體物料的分

選（除雜）與分級設備13 一、分選（除雜）設備13 二、精選設備15 三、分級設備17 四、除鐵、去石設備18 第三節固體物料的粉碎設備21 一、粉碎原理和方法21 二、錘式粉碎機24 三、輥式粉碎機27 四、其它粉碎機28 第四節澱粉質原料的水解設備30 一、傳統的連續蒸煮糖化設備流程30 二、雙酶法連續噴射液化及糖化設備流程31 三、傳統的蒸煮加熱設備32 四、連續液化噴射器（水熱器）33 五、水力噴射真空泵35 六、糖化罐37 第五節麥芽汁製備和糖蜜原料稀釋設備37 一、麥芽汁製備設備38 二、糖蜜原料的稀釋設備41 複習思考題44 第二章培養基的滅菌和空氣除菌設備45 第一節培養基滅

菌設備45 一、濕熱滅菌的原理45 二、培養基的分批滅菌46 三、培養基的連續滅菌設備流程47 四、加熱設備49 五、維持（保溫）設備52 六、冷卻設備54 第二節空氣除菌設備57 一、生物反應器用無菌空氣標準57 二、壓縮空氣的預處理流程58 三、壓縮空氣預處理設備60 四、空氣過濾的常用介質及其除菌機制65 五、空氣篩檢程式的結構和性能67 第三節設備與管路的清洗與滅菌78 一、設備和管路的清洗78 二、CIP清洗系統簡介80 三、設備及管路的滅菌81 複習思考題85 第三章生物反應器設計基礎86 第一節生物反應器的分類86 一、根據生物催化劑分類86 二、根據底物加入方式分類87 三、

根據反應器結構特徵及動力輸入方式分類88 四、根據反應器通氣情況分類89 第二節生物反應器設計的機械基礎89 一、壓力容器設計的基本知識89 二、無夾套生物反應器（內壓薄壁容器）的應力分析91 三、夾套生物反應器（外壓容器）的失穩93 四、生物反應器強度設計參數的確定94 五、生物反應器的壁厚計算97 六、生物反應器的壓力試驗101 第三節生物反應器中的傳遞與混合103 一、生物反應流體的流變特性103 二、剪切力對生物反應的影響105 三、生物反應器中氧的傳遞106 四、生物反應器中的熱量傳遞111 五、生物反應器中的流動和混合特徵112 複習思考題115 第四章微生物反應器116 第一節

機械攪拌通風發酵罐116 一、基本結構116 二、罐體和傳熱裝置116 三、通氣和攪拌裝置120 四、軸封裝置和傳動裝置125 五、消泡和尾氣排放裝置128 六、機械攪拌通風發酵罐的優缺點131 第二節氣升式通風發酵罐131 一、鼓泡塔反應器簡介131 二、氣升式環流式反應器的結構與類型135 三、氣升式環流式反應器的傳遞特性參數139 四、氣升式環流式反應器的操作特性141 五、氣升式環流式反應器的設計要點143 六、氣升式環流式反應器的優缺點144 第三節自吸式通風發酵罐145 一、機械攪拌自吸式發酵罐145 二、噴射自吸式發酵罐149 第四節厭氧微生物反應器151 一、酒精發酵罐151

二、啤酒發酵罐156 三、廢水厭氧處理反應器161 第五節固態發酵生物反應器164 一、固態發酵體系的傳質和傳熱165 二、靜態固態發酵生物反應器166 三、動態發酵生物反應器169 複習思考題178 第五章動植物細胞培養反應器與酶反應器180 第一節動植物細胞大規模培養方法180 一、動植物細胞培養特性180 二、動植物細胞大規模培養方法和生產操作方式182 第二節動物細胞培養反應器185 一、動物細胞貼壁培養反應器185 二、動物細胞懸浮培養反應器186 三、動物細胞微載體培養反應器191 四、大載體培養反應器192 第三節植物細胞培養反應器193 一、植物細胞懸浮培養反應器193 二、

植物細胞固定化培養反應器196 第四節酶反應器198 一、游離酶反應器199 二、固定化酶反應器202 三、酶反應器的選型209 四、酶反應器的操作212 複習思考題214 第六章生物反應器的設計、放大及參數檢測215 第一節發酵罐的設計215 一、發酵罐容積設計215 二、發酵罐的幾何尺寸和壁厚設計216 三、換熱裝置的冷卻面積設計218 四、攪拌器的軸功率設計221 五、發酵罐的附件設計223 第二節發酵罐的比擬放大223 一、幾何尺寸的放大224 二、空氣流量的放大224 三、攪拌轉速及功率的放大226 四、放大方法的比較227 第三節酶反應器的設計227 第四節生物反應過程的參數檢測

234 一、溫度234 二、罐壓234 三、攪拌轉速和功率235 四、空氣和料液流量236 五、液位和泡沫238 六、pH及溶解CO2濃度238 七、溶氧濃度及氧化還原電位239 八、發酵罐排氣(尾氣)中O2分壓和CO2分壓240 複習思考題242 第七章細胞破碎與固液分離設備243 第一節細胞機械破碎設備243 一、高壓勻漿器243 二、高速珠磨機243 三、噴霧撞擊破碎器244 四、超聲波破碎器244 五、細胞破碎機械的選用244 第二節過濾設備245 一、板框壓濾機245 二、轉鼓真空過濾機247 三、過濾機的選用250 第三節離心設備250 一、三足式離心機251 二、管式離心機25

1 三、碟片式離心機253 四、臥式螺旋卸料離心機255 五、離心機的選用255 第四節膜分離設備256 一、膜結構及其分離機理256 二、膜組件257 三、膜組件的選用259 複習思考題260 第八章萃取與色譜設備261 第一節萃取設備261 一、溶劑萃取流程261 二、混合設備261 三、分離設備263 四、混合-分離萃取機264 第二節離子交換設備266 一、離子交換設備的分類266 二、離子交換設備的結構267 三、離子交換設備的設計要點269 第三節色譜設備270 一、色譜分離的基本原理270 二、色譜系統的基本組成271 三、色譜柱結構272 四、工業規模的色譜分離裝置274 五

、徑向色譜274 複習思考題275 第九章蒸發、結晶與乾燥設備276 第一節蒸發設備276 一、迴圈型蒸發器276 二、單程型（膜式）蒸發器277 三、蒸發器的輔助設備281 四、蒸發設備的選用282 第二節結晶設備282 一、冷卻結晶器282 二、蒸發結晶器284 三、真空結晶器287 四、結晶設備的選用289 第三節乾燥設備289 一、對流型（絕熱）乾燥設備289 二、傳導型（非絕熱）乾燥設備296 三、冷凍乾燥機298 四、乾燥設備的選用301 複習思考題302 參考文獻303 生物工程設備是生物工程、生物技術和生物製藥等專業開設的專業必修課，是在學習了微生物學、生

物化學、化工原理、生物工藝學、生物分離技術等課程的基礎上，為培養生物技術產業化開發與生產所需工程技術人才而開設的一門理論與實踐緊密結合的課程。本課程具有實踐性強、應用面廣、內容多、所關聯課程多、更新快等特點。隨著高等教育的快速發展，許多高校壓縮專業課學時。在教學中存在著學生工程意識薄弱、教材內容更新相對較慢等問題。為了達到知識面寬、淺顯易懂、突出新知識、實用以及教師易教、學生易學的目的，本書強調基本原理和關鍵設備，突出工程實踐，內容體系完整，反映學科新成果，難度適中，篇幅較小，符合新形勢下高校專業課的教學要求。本書以生物加工過程為主線，介紹生物工程設備的結構、工作原理及工藝設計計算與選型原則，

力圖反映該領域的新應用成果。全書分為三部分：第一部分為原料的前處理設備及滅（除）菌設備，第二部分為生物反應器，第三部分為生物產品分離設備。使用本教材時，推薦教學時數為32至48學時。 本書力求突出以下特點： 1.努力反映生物工程設備應用新成果。近年來，生物工程技術的發展日新月異，各種先進的生物工程設備層出不窮。本書對那些已顯陳舊的內容進行了刪減，增加了生物工程設備應用新成果的內容。 2.重點突出，注重實用,力求反映基本概念和基本內容。在知識點方面，圍繞設備設計及選型這一主題展開。在內容方面，重點介紹核心設備——生物反應器，適當介紹與其相關的設備。盡可能多地選擇與生產實際緊密相連的工程實例

，拉近“所學”與“所用”的距離，達到學以致用的目的。 3.敘述簡潔，層次清晰，便於自學。生物工程設備的工作原理分析和設計需要深厚的理論基礎，但對工程技術人員來說，更需要瞭解和掌握的是基本原理及應用特性。本書用較少的數學推導，簡潔的文字，配以適量的插圖來呈現生物工程設備基本內容和知識，通俗易懂。因此，本書也適合相關科研設計院所和生產企業技術人員以及相關領域的專業人員學習參考。 本書由武漢輕工大學陶興無和江賢君編寫。江賢君編寫第四章第四、五節，第五章和第六章；陶興無編寫其餘各章節並統稿。此外，研究生陳強、李政、李燕、樊永波、劉仁祿和許曉梅等也為本書的資料搜集整理做了大量工作。編寫過程中參閱了大

量同行的教材、資料與文獻，謹此對這些作者表示誠摯的感謝！ 限於編者水準，書中難免存在一些疏漏和不足之處，懇請讀者批評指正。 陶興無 2016年9月於武漢