生物工程設備

生物工程設備

本書內容包括了在生物過程工程中從原料處理、生物反應到生物產品提取純化等一系列操作過程設備，重點介紹了各種設備的原理、構造、設計、應用、參數檢測、放大、控制理論等工程方面的基本知識。本書理論與實踐密切結合，突出重點，力求反映生物工程設備的國內外最新進展。本書有助於培養生物工程類高級技術人才，解決生物過程中的技術瓶頸，促使更多的生物技術產品產業化。

本書可作為普通高等院校生物工程本科專業教材，也可作為生物技術、食品工程、製藥工程等本科專業的教材或教學參考書。對於廣大從事生物、製藥、食品、發酵、化工、輕工、環境等領域的科技、開發、生產、管理的專業人員，也是一本有價值的生產、設計和科研參考書。

本書有配套的多媒體課件，對一些生物工程設備進行更直觀、生動的介紹，以便讀者更容易地了解、掌握本書內容。

目錄

緒論1

第一篇生物質原料處理設備第一章生物質原料預處理設備4

第一節生物質原料篩選與分級設備4

一、磁力除鐵器4

二、篩選設備4

三、精選機6

第二節生物質原料的粉碎7

一、錘式粉碎機7

二、輥式粉碎機9

三、濕式粉碎機11

四、球磨機12

五、切片機13

六、超細粉碎機14

七、納米粉碎機15

第三節生物質原料混合設備16

一、迴旋型混合機16

二、固定型混合機17

第二章生物細胞培養基製備設備18

第一節液體培養基的滅菌18

一、濕熱滅菌原理和影響滅菌的因素18

二、連續滅菌流程與設備20

三、分批滅菌過程與設備23

第二節澱粉質原料的蒸煮與糖化25

一、連續蒸煮糖化25

二、間歇蒸煮糖化30

第三節纖維素和半纖維素的水解31

一、蒸汽爆裂法32

二、稀酸預處理法32

三、酸酶水解法34

第四節糖蜜原料的稀釋與澄清35

一、糖蜜稀釋器35

二、糖蜜原料的澄清36

第五節啤酒生產中麥芽汁的製備設備37

一、糊化鍋37

二、糖化鍋39

三、過濾槽39

四、麥汁煮沸鍋40

五、糖化醪過濾槽41

第六節固體培養基製備41

第二篇生物反應設備第三章生物反應器設計基礎45

第一節生物反應過程的剪切力45

一、剪切力的度量方法45

二、剪切作用的影響46

三、低剪切反應器的設計47

第二節生物反應器的傳質問題48

一、氣液質量傳遞(氣液傳質)48

二、液固質量傳遞53

第三節生物反應器的混合54

一、混合機理54

二、宏觀流體與微觀流體56

第四章生物反應器57

第一節機械攪拌式生物反應器58

一、機械攪拌式生物反應器的結構58

二、攪拌軸功率計算61

三、反應器中熱量傳遞64

第二節氣升式生物反應器66

一、氣升式生物反應器（ALR）的主要

類型及結構66

二、氣升式生物反應器的主要參數69

三、氣升式反應器的流體動力學模型70

四、氣升式反應器的設計71

第三節鼓泡塔生物反應器73

一、鼓泡塔生物反應器的結構73

二、流體力學特徵74

三、傳熱和傳質75

四、鼓泡塔反應器模型76

第四節膜生物反應器80

一、膜生物反應器的類型80

一、膜生物反應器的類型80

二、膜材料和膜組件81

三、膜生物反應器工藝設計的考慮因素84

四、膜生物反應器的應用85

第五節動植物細胞培養裝置和酶反應器86

一、動物細胞培養生物反應器86

二、植物細胞培養生物反應器93

三、酶生物反應器98

第六節微藻培養生物反應器104

一、開放式大池培養系統105

二、密閉式反應器105

第七節厭氧發酵生物反應器108

一、酒精發酵設備108

二、啤酒發酵設備111

第八節固態發酵生物反應器116

一、固態發酵基礎理論116

二、固態發酵的生物反應器118

三、固態發酵生物反應器的設計和應用127

第五章生物反應器的放大與控制130

第一節生物反應器的放大130

一、經驗放大法130

二、其他放大方法134

第二節生物反應器的參數檢測135

一、生物加工過程的參數135

二、檢測方法與儀器138

第三節控制理論與應用145

一、生物過程的控制特徵145

二、先進控制理論在反應器控制中的應用148

第三篇產物分離設備第六章細胞破碎與料液分離設備150

第一節細胞破碎設備150

一、高速珠磨機150

二、高壓勻漿器151

三、超聲波振蕩器151

第二節固液分離設備152

一、過濾設備152

二、離心分離設備156

第三節膜分離技術與設備161

一、反滲透膜分離技術與設備161

二、納濾膜分離技術與設備166

三、超濾膜分離技術與設備166

四、微濾膜分離技術與設備167

第七章萃取設備168

第一節液液萃取分離設備168

一、液液萃取分類168

二、液液萃取設備169

三、液液萃取過程與計算171

第二節固液萃取設備173

一、固液萃取原理173

二、固液萃取設備175

第三節超臨界萃取設備177

一、超臨界流體的性質177

二、超臨界流體萃取過程178

三、超臨界流體萃取系統178

第八章離子交換、吸附和層析分離

設備182

第一節離子交換過程原理與設備182

一、離子交換過程原理182

二、離子交換設備185

第二節吸附過程原理與設備192

一、吸附過程與原理193

二、吸附設備195

第三節層析原理與設備200

一、凝膠層析200

二、親和層析過程與設備205

第九章蒸發與結晶設備213

第一節蒸發設備213

一、概述213

二、常用蒸發設備結構214

三、蒸發器的附屬設備218

四、蒸發器的選型219

五、蒸發設備的設計計算220

第二節結晶設備226

一、晶核的生成和晶體的生長226

二、結晶設備的結構與特點226

第十章蒸餾過程與設備230

第一節酒精蒸餾230

一、兩塔式流程230

二、三塔式蒸餾231

三、多塔蒸餾232

第二節分子蒸餾232

一、分子蒸餾的原理233

二、分子蒸餾器的種類與特徵234

第三節水蒸氣蒸餾236

一、水蒸氣蒸餾的過程和原理237

二、水蒸氣蒸餾的方式與設備238

第十一章乾燥設備245

第一節氣流乾燥245

一、氣流乾燥流程與設備245

二、氣流乾燥器的形式245

三、氣流乾燥的特點和適用範圍246

四、氣流乾燥的計算248

第二節噴霧乾燥249

一、氣流噴霧乾燥設備250

二、離心噴霧乾燥設備251

第三節沸騰乾燥與沸騰造粒乾燥255

一、沸騰乾燥原理、特點和形式255

二、單層卧式多室的沸騰乾燥設備構造

和操作255

三、沸騰造粒乾燥設備的原理、流程和

設備構造256

四、沸騰乾燥的計算258

第四節真空乾燥和真空冷凍乾燥259

一、真空乾燥259

二、真空冷凍乾燥259

第四篇其他設備第十二章物料輸送設備265

第一節液體輸送設備265

一、離心泵265

二、往複泵268

三、其他類型的泵269

第二節氣體輸送設備270

一、空氣壓縮機270

二、離心通風機272

三、離心鼓風機273

第三節固體輸送設備274

一、帶式輸送機274

二、斗式提升機275

三、螺旋輸送機276

四、氣力輸送設備277

第十三章空氣供給工程設備287

第一節空氣除菌設備287

一、空氣除菌和滅菌方法287

二、空氣過濾除菌流程289

三、空氣預處理設備290

四、介質過濾除菌294

第二節生物加工過程的空氣調節303

一、空氣調節的方法304

二、空氣的增濕和減濕的原理304

三、空氣調節設備及其計算306

第十四章生物工程壓力容器312

第一節概述312

一、壓力容器的基本要求312

二、壓力容器的結構與分類312

三、壓力容器零部件的標準化314

第二節壓力容器的材料315

一、壓力容器用鋼的基本要求315

二、壓力容器用鋼的品種與類型316

三、壓力容器的腐蝕及防護措施317

四、壓力容器鋼材的選擇319

第三節內壓薄壁容器設計320

一、內壓薄壁圓筒的應力分析320

二、內壓薄壁圓筒的設計321

三、設計參數的確定322

四、封頭的設計324

五、壓力試驗328

附錄330