1、生物工程设备及工厂设计课程教学大纲 课程英文名称：Design of Biological Engineering Equipment and Factory课程编号: 1822123002课程计划学时：48 学分：3课程简介： 生物工程设备及工厂设计是生物工程专业一门专业选修课程，学位课。该课程是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体，是一门实践性很强的学科。课程主要介绍生物工程产业界常见的工业生产设备及生物工程研究领域的主要设备的基本原理、结构、特点、设计选用计算方法及发酵车间工艺设计。本课程既有一定基础理论，又有较强的工程实际应用，使本专业学生成为能在生物技术与工程领域从事产业化设计、
2、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。课程内容为：发酵设备计算及选型；无菌空气设备；分离设备；过滤、离心、萃取、吸附、离子交换、层析、蒸发、结晶、干燥等设备；发酵车间工艺设计。通过本课程的学习，了解和掌握不同类型的生物工程设备工作原理，懂得如何应用这些基本理论去分析和解决生产过程中的具体问题，改造原有生产过程使其更符合客观规律，实现生产过程的优化，提高生产过程的经济和社会效益。一、课程教学内容及教学基本要求第一章 设计概述本章重点是生产工艺设计，生物工厂设计的原则和特点，难点是生物工厂设计的特点。第一节 生物工程工厂设计的目的和要求本节要求了解生物工程工厂设计的目的和要求，工厂设计
3、在国民经济中的地位和意义(考核概率 1%)。第二节 设计工作的任务和内容本节要求了解设计工作的基本任务和内容(考核概率 1%)，理解总体设计和局部设计(考核概率 2%)。第三节 生产工艺设计本节要求了解生产工艺设计在总体设计中的地位，计算机在工艺设计中的应用(考核概率 1%)，理解生产工艺设计的依据与内容(考核概率 2%)。第四节 工厂设计工作原则本节要求理解解生物工厂设计的基本原则和特点(考核概率 2%)。第二章 项目建议书与建厂报告本章重点是可行性研究报告内容及编制方法，难点是可行性研究报告编制方法。第一节 项目建议书与建厂报告概述本节要求了解项目建议书的任务、意义及建厂报告的主要内容(考
4、核概率 2%)。第三节 可行性研究本节要求了解可行性研究的任务与意义以及可行性研究深度与审批程序(考核概率 1%)，理解可行性研究报告内容及编制方法(考核概率 4%)。第三章 厂址选择及总平面图设计本章重点是总体平面图的绘制方法，难点是绘制总体平面图。第一节 厂址选择本节要求了解厂址选择的原则，厂址选择的程序及厂址选择报告的编写(考核概率 2%)。第二节 总平面图设计本节要求了解厂内运输方式的选择，道路的布置形式，厂区竖向布置的内容与目的(考核概率 1%)，理解总平面设计的步骤，基本要求和具体规范(考核概率 2%)，掌握 (考核概率 6%)。第四章 发酵设备本章重点是机械搅拌通风发酵罐的基本结
5、构，难点是发酵罐溶氧系数、通风量计算及发酵罐的放大设计。第一节 机械搅拌通风发酵罐本节要求了解机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性 (考核概率 2%)， ，理解发酵罐放大方法(考核概率 4%)，掌握机械搅拌通风发酵罐的基本结构、溶氧系数计算(考核概率 12%)。1. 机械搅拌通风发酵罐的结构2. 机械搅拌通风发酵罐的通风与溶氧计算3. 机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性4. 机械搅拌通风发酵罐的热量传递5. 机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积第二节 自吸式发酵罐本节要求了解自吸式发酵罐的种类(考核概率 2%)，理解自吸式发酵罐的特点(考核概率 6%)。1吸式发酵罐的特点2机械搅拌自吸式发酵罐3.
6、 喷射自吸式发酵罐4. 溢流自吸式发酵罐第三节 带升式发酵罐本节要求了解气升式发酵罐的类型和操作参数(考核概率 2%)，掌握气升式发酵罐的工作原理和特点 (考核概率 6%)。1气升式发酵罐的特点2气升式发酵罐的主要结构和操作参数。第四节 塔式发酵罐本节要求了解塔式发酵罐的特点和应用(考核概率 2%)，理解塔式发酵罐的结构和工作原理(考核概率 6%)。1. 塔式发酵罐的结构和工作原理2. 塔式发酵罐的应用第五节 其它发酵罐本节要求了解固相发酵设备和厌氧发酵设备的种类、结构和应用(考核概率 4%)。1. 固相发酵设备2. 厌氧发酵设备第五章 空气除菌设备本章重点是空气除菌的原理，难点是空气过滤器的
7、设计。第一节 空气除菌方法与原理本节要求了解空气中微生物分布特点(考核概率 1%)，理解空气含菌量的测定方法，及过滤除菌原理(考核概率 2%)，掌握空气除菌的 4 种方法(考核概率 4%)。1 生物工业生产对空气质量的要求1.1 空气中微生物的分布1.2 生物工业生产对空气质量的要求1.3 空气含菌量的测定2 空气净化除菌方法及原理2.1 空气除菌方法2.2 介质过滤除菌机理第二节 空气介质过滤器的设计本节要求了解过滤介质种类( (考核概率 1%)，理解空气过滤器的设计计算考核概率 2%)，掌握空气除菌的具体流程和空气过滤器的设计原理(考核概率 4%)。1 介质过滤除菌流程1.1 空气除菌流程
8、的要求1.2 空气除菌流程2 空气介质过滤设备及设计计算2.1 空气过滤除菌的原理2.2 过滤介质第三节 空气除菌设备的组成元件本节要求了解空气过滤相关设备 (考核概率 1%)1 粗过滤器2 空气压缩机3 空气贮罐4 气液分离器5 空气冷却器6 空气过滤器第六章 提取与纯化设备本章重点是各种分离设备的原理，结构及特点，过滤、吸附等设备操作与计算，难点是如何依据分离产物的特点，选择适宜的分离设备，各种分离设备的结构、操作及设计。第一节 过滤、离心与膜分离设备本节要求了解过滤介质的选择，板式压滤机结构、工作原理，了解管式离心机和碟片式离心机的生产能力(考核概率 2%)，理解转筒真空过滤机的结构与操
9、作，管式离心机和碟片式离心机的结构、操作、区别与放大，板式、管式及螺旋卷式膜过滤器的结构与操作(考核概率 6%)，掌握改变发酵液过滤特性的方法，小型过滤试验装置，板框压滤机结构、工作原理及工艺计算，离心分离原理及分离因数，中空纤维式膜分离器的结构与操作(考核概率 8%)。1 过滤速度的强化2 过滤设备3 离心分离设备4 膜分离设备第二节 萃取与色谱分离设备本节要求了解各种类型的离心萃取机，色谱分离设备与放大(考核概率 2%)，理解萃取过程中的混合与分离设备，离子交换设备与计算(考核概率 4%)，掌握萃取、吸附、离子交换和色谱分离的原理，吸附操作与设备计算(考核概率 10%)。1 萃取原理与设备
10、2 吸附分离原理与设备3 离子交换分离原理与设备4 色谱分离原理与设备第三节 蒸发与结晶设备本节要求了解蒸发设备的结构与操作，搅拌结晶箱的结构及结晶设备计算(考核概率 2%)，理解设计结晶设备应注意的条件(考核概率 4%)，掌握蒸发与结晶的原理，蒸发设备的组成，常压与真空蒸发的比较，结晶设备的类型与特点(考核概率 6%)。1 蒸发设备2 结晶设备第四节 干燥设备本节要求了解各种干燥方法及干燥设备的选型原则(考核概率 1%)；理解气流、流化床及喷雾干燥原理、特点及设备(考核概率 2%)，掌握干燥机理及生物工业产品干燥的特点，冷冻干燥流程及设备(考核概率 6%)。1 气流干燥2 流化床干燥3 喷雾
11、干燥4 冷冻干燥第七章 生物工厂工艺设计本章重点是生产工艺流程图的绘制，物料衡算和能量衡算，典型设备的选型，难点是物料衡算和能量衡算，设备设计与选型。第一节 生产工艺流程设计本节要求了解生产工艺流程设计的任务及程序(考核概率 1%)，理解工艺流程设计的原则和步骤(考核概率 2%)，掌握流程图上常用符号的表示方法及生产工艺流程图的绘制方法 (考核概率 6%)。1 生产工艺流程的选择2 生产工艺流程设计3 流程图上常用符号的表示方法4 生产工艺流程和带控制点的工艺流程图的绘制第二节 工艺计算本节要求了解过程水平衡和无菌空气消耗量计算的方法和步骤(考核概率 2%)，理解物料衡算和能量衡算的意义与方法
12、(考核概率 2%)，掌握物料衡算和能量衡算的原理与计算方法(考核概率 12%)。1 物料平衡计算2 热量衡算3 过程水的平衡4 无菌空气消耗量的计算第三节 设备设计及选型本节要求了解设备设计及选型的任务，非标准设备设计及选型方法(考核概率 1%)，理解设备设计及选型的原则，通用设备设计及选型方法(考核概率 2%)，掌握专业设备设计及选型方法(考核概率 4%)。1 设备设计及选型的任务与原则2 专业设备设计及选型 3 通用设备设计及选型4 非标准设备设计及选型第八章 生产车间和管道布置设计本章重点是车间与管道布置的方法，难点是管道计算。第一节 车间布置设计本节要求了解车间布置设计的原则、内容和步
13、骤(考核概率 1%)，理解车间布置的方法(考核概率 2%)。1 车间布置设计的原则和内容2 车间布置设计的步骤和方法第二节 管道设计与布置 本节要求了解管道布置设计的意义、内容和步骤，管道及附件的选择(考核概率 1%)，理解管道计算方法和生物工厂管道布置的特点(考核概率 4%)。1 管道布置设计的内容和步骤2 工艺管道设计计算3 管道布置设计第九章 辅助部门及公用工程本章内容均为一般性了解。第一节 辅助部门本节要求了解原料接收站、中心试验室等辅助部门的设计知识(考核概率 2%)。1 原料接收站2 中心试验室3 化验室4 仓库5 工厂运输6 机修车间第二节 公用工程本节要求了解水、暖、电、热、气
14、等公用工程的设计知识 (考核概率 2%)。1 供水工程2 冷冻工程3 供电工程4 供热工程5 供气工程第十章 环境保护与综合利用本章重点是二氧化碳及废水的回收利用，难点是噪声控制。第一节 废气、废水和废渣的处理与综合利用本节要求了解二氧化碳的回收利用，废水的检测与处理，废渣的综合利用(考核概率 4%)。第二节 噪声防治本节要求了解噪声控制方法(考核概率 2%)。二、教学内容学时分配一览表教学内容 理论学时 实践学时建议的教学组织形式、方法、手段第一章 设计概述 2 多媒体，讲授第二章 项目建议书与建厂报告2多媒体，讲授与自学结合第三章 厂址选择及总平面图设计 2 多媒体，讲授与自学结合第四章
15、发酵设备 12 多媒体，讲授与讨论结合第五章 空气除菌设备 2 多媒体，讲授第六章 提取与纯化设备 12 多媒体，讲授与讨论结合第七章 生物工厂工艺设计 10 多媒体，讲授与讨论结合第八章 生产车间和管道布置设计 2 多媒体，讲授与自学结合第九章 辅助部门及公用工程 2 多媒体，讲授与自学结合第十章 环境保护与综合利用 2 多媒体，讲授与自学结合合计三、大纲附录1、建议教材：发酵工厂工艺设计概论 ，中国轻工业出版社，吴思方主编。生物工程设备 ，中国轻工业出版社，吴思方主编。2、参考书目：发酵工厂设备 ，中国轻工业出版社，黎润钟主编。生化分离工程 ，化学工业出版社，孙彦编。新编生物工艺学 （下册
16、） ，化学工业出版社，俞浚棠、唐孝宣主编。生物分离原理及技术 ，化学工业出版社, 欧阳平凯主编。 生物化工原理 ，上海科学技术出版社，顾其丰主编。生化反应动力学与反应器 ，化学工业出版社，戚以政等。 微生物工程 ，科学出版社，曹军卫等。生物反应工程原理 ，科学出版社，贾士儒。 发酵过程优化原理与实践 ，化学工业出版社，陈坚等。3、有关说明：本门课程采用多媒体课件和传统教学方法相结合进行课堂讲授，部分章节采用讲授与讨论结合方式进行，第二章至第七章均布置作业（含一次小的设计型作业） ，使学生巩固已学知识，作业全批全改，对作业出现的问题，课堂给予讲解，布置学生课外查阅有关生物工程设备方面的文献，以增强学生对本门课程的理解及前沿知识的了解。本门课程考核方式采用平时成绩和期末考试相结合，期末考试成绩占 6070，平时成绩占3040，平时成绩分为课堂出勤，作业和小设计或小论文（含课堂讨论情况）三部分，其中课堂出勤占 5，作业占 5，小设计或小论文（含课堂讨论情况）占 2030。期末试题中各章节分值比重应于计划学时相一致，同时为提高学生分析问题和解决问题的能力，在期末试卷中应包含论述、设计和计算题，这三类题型卷面分值不低于 40。
