生物工程設備

本書由華東理工大學陳國豪教授主編，俞俊棠教授主審。全書共分九章：培養基準備與培養基滅菌的設備、發酵用壓縮空氣預處理及除菌設備、生物反應器與發酵參數檢測元件、液固分離設備、萃取設備、離子交換和層析設備、蒸發和結晶設備、生物製品乾燥設備、生物製藥生產GMP規範要點和附錄等，它覆蓋了當前生物技術工業化生產的全部關鍵單元操作與裝備。本書特點是生物過程及設備的計算、設計案例豐富，能幫助學生掌握各種裝備的工作原理、強化途徑和單體設備計算、設計或選型。本書為普通高等教育十一五”國家級規劃教材，可作為高校生物工程專業本科學生的教材，也可作為從事發酵工程，微生物製藥工程，酶製劑、有機酸、氨基酸生產，現代生物技術等工程技術人員參考書。

第一章培養基準備與培養基滅菌的設備1

第一節培養基的準備與要求1

一、微生物培養基的種類和常用原料

及規格1

二、動物細胞、植物細胞和微藻細胞

培養基與滅菌方法3

第二節培養基的滅菌方法及設備4

第三節培養基實罐滅菌的計算4

第四節培養基連續滅菌的設備及計算10

一、連續滅菌的設備10

二、連消培養基冷卻設備16

第二章發酵用壓縮空氣預處理及

除菌設備19

第一節供發酵工廠使用的無菌空氣的

質量指標19

第二節壓縮空氣的預處理原理及工藝

流程設計20

一、壓縮空氣預處理的目的20

二、壓縮空氣的冷卻20

三、壓縮空氣的除水原理及壓縮空氣預處理

系統的工藝流程設計20

第三節壓縮空氣預處理系統的設備設計22

第四節空氣除菌設備27

一、空氣總過濾器的結構與計算27

二、空氣分過濾系統及過濾器的設計28

第三章生物反應器與發酵參數檢測

元件33

第一節微生物反應器33

一、發酵罐的類型33

二、通用式發酵罐34

三、其他形式的發酵罐43

第二節動物細胞培養反應器47

一、動物細胞懸浮培養生物反應器48

二、動物細胞貼壁培養反應器49

三、動物細胞微載體懸浮培養反應器50

第三節植物細胞反應器52

一、植物細胞懸浮培養的特性52

二、大規模植物細胞培養反應器52

第四節生物反應器攪拌功率的計算54

一、攪拌功率計算的基本方程式54

二、攪拌功率計算的修正56

三、多層攪拌器的功率計算57

四、通氣情況下的攪拌功率計算57

五、非牛頓型流體攪拌功率的計算58

六、生物反應器攪拌功率的確定60

七、電機功率的確定61

第五節生物反應器中的氧傳遞61

一、細胞對氧的需求61

二、培養過程中的氧傳遞62

三、氣液接觸中的傳質係數64

四、影響氣液相氧傳遞速率的因素65

五、氧傳質係數的測定方法67

第六節生物反應器的放大設計68

一、幾何尺寸的放大69

二、空氣流量的放大69

三、攪拌功率及攪拌轉速的放大70

四、放大方法的比較72

第七節生物反應器的發酵參數檢測元件72

一、生物反應器的參數檢測73

二、用於生化過程檢測的感測器73

三、發酵過程式控制制概論81

第四章液固分離設備86

第一節液固分離設備概述86

一、過濾原理86

二、沉降原理87

三、液固分離設備的類別91第二節過濾設備及計算91

一、板框壓濾機91

二、真空轉鼓過濾機95

三、三足式離心機97

第三節離心沉降設備及計算99

一、管式離心機99

二、螺旋卸料離心機101

三、碟片式離心機102

四、生物體分離離心機105

第四節膜分離設備108

一、膜的結構108

二、膜分離過程設備110

第五章萃取設備113

第一節溶劑萃取法概述113

第二節溶劑萃取設備114

一、分段式萃取設備114

二、多級離心萃取機117

三、連續逆流離心萃取機117

第三節液液萃取設備的計算119

一、液液萃取過程的計算119

二、液液萃取設備的計算120

三、離心分離機及離心萃取機中分

界面計算123

四、離心分離機的生產能力計算125

第六章層析設備和離子交換設備126

第一節層析設備126

一、層析原理126

二、層析設備的組成128

第二節離子交換設備136

一、離子交換概述136

二、離子交換的操作方式136

三、離子交換設備的結構137

四、離子交換設備的設計139

第七章蒸發和結晶設備144

第一節蒸發設備144

第二節蒸發設備的計算與設計151

第三節結晶設備155

第八章生物產品乾燥設備158

第一節乾燥過程的基本計算方法159

一、濕空氣的性質159

二、乾燥過程的物料及熱量衡算160

三、乾燥速率及乾燥時間的計算162

第二節氣流乾燥器及其計算163

一、顆粒在氣流中的運動規律164

二、顆粒在氣流中運動時的傳熱和傳質169

三、直管式氣流乾燥器的計算170

四、旋風式氣流乾燥及其計算174

第三節沸騰乾燥器及其計算177

一、固體流化過程的三個階段178

二、沸騰乾燥器的計算179

第四節噴霧乾燥塔(器)及其計算186

一、霧化器的結構計算187

二、噴霧乾燥塔（器）的結構及計算193

第五節沸騰造粒乾燥器及其計算197

一、沸騰造粒乾燥器的形式198

二、沸騰造粒乾燥器的設計198

第六節真空乾燥與冷凍乾燥設備200

一、真空乾燥200

二、冷凍乾燥203

第九章生物製藥生產GMP規範要點208

第一節藥品生產的GMP208

一、GMP的發展歷史208

二、GMP的概念208

三、GMP的特點208

四、實施GMP的意義209

五、GMP的特徵和內容209

六、GMP的實施認證209

第二節GMP對原料葯生產的要求209

一、生產特殊要求209

二、原料葯生產質量控制要點211

三、原料葯生產驗證工作要點211

第三節GMP對發酵類原料葯生產設備的

設計、製造、安裝與管理的要求212

一、對發酵設備的一般要求212

二、設備和管道用材應保證不使藥物

受到污染213

三、機械設備設計和製造要求213

四、防止機械設備在運動過程產生

異物的污染213

五、無菌原料葯設備的特殊要求214

六、方便清洗消毒的設備及管路管件的

設計214

七、裝卸、運輸應避免造成污染216

八、設備管理和驗證216

第四節GMP對發酵類原料葯生產系統的

要求217

一、發酵類原料葯生產設備與管道的衛生

要求217

二、常用清洗劑、清洗方法及設備219

三、設備及管路的滅菌223

第五節GMP對生產環境的要求225

一、生物工業生產對空氣凈化調節設施的

要求225

二、潔凈室空氣的溫濕度控制230

第六節生物製藥生產中與產品質量有關的

其他基礎設施問題231

一、水的質量231

二、生物安全232

三、廢物處理232

四、溶劑回收233

附錄全國主要城市氣象資料彙編234

參考文獻235