1、生物工程设备课程教学大纲一、 课程说明（一）开课对象：生物技术与应用专业（二）课程性质：生物工程设备课程是生物技术、生物工程等专业学生的专业必修课程。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。（三）课程目的：生物工程设备课程的任务主要是通过课堂教学和课外练习，使学生掌握生物工程的设备流程、设备结构及工作原理，主要设备的设计计算及选型，了解设备的安装与维修。同时，了解国内外生物工程设备的新技术和发展趋势。通过学习，提高学生独立分析和解决问题的能力，增强学生的动手能力，培养工程素养。本课程既有有一定基础理论，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
2、领域从事产业化设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才，为以后工作奠定基础。（四）课程的基本原则：1、理论与实践相结合的原则 2、传统教学与现代教学相结合的原则3、教师教与学生学相结合的原则（五）学时数、学分数及学时数具体分配：学时数：64学分数：4学时数具体分配：章（节） 教学内容 总时数 理论时数 实践时数绪论 绪论 1 1第一章物料预处理与培养基基灭菌设备 5 3 2第二章空气除菌工艺流程及设备 6 4 2第三章生物反应器与发酵参数检测元件 14 10 4第四章 固-液分离设备 6 4 2第五章 萃取设备 4 2 2第六章层析设备和离子交换设备 6 4 2第七章 蒸发和结晶
3、设备 4 2 2第八章生物产品干燥设备 10 6 4第九章生物制药生产GMP 规范要点 6 6期终复习 2 2总计 64 44 20（六）教学方法和教学方法建议：课堂授课：本课程采用课堂教学与实验教学相结合的方法，针对不同的内容采用不同的教学方法。要求学生课前认真预习，教师认真备课，要有备课笔记，上课时合理运用多媒体教学。课后习题：根据每章内容都留有课后作业，并每次均由老师批发并给出成绩，及时反馈教学信息。（七）考核方式和成绩记载说明：理论考试为闭卷。作业/平时学习：30 % ，考试成绩占:70 %实验成绩采用考查法进行考核。二、课程内容纲要与各章的基本要求第一章 物料预处理与培养基基灭菌设备
4、教学目标：了解物料处理方法：筛选、粉碎、输送方式与设备结构。了解培养基分批灭菌与连续灭菌流程、设备的结构、工作原理。掌握灭菌流程的设计计算。教学重点、难点：重点：物料粉碎、筛分设备结构及工作原理；培养基连连续灭菌流程、设备。难点：培养基灭菌工艺计算教学时数：3教学内容：第一节 培养基的准备与要求 一、微生物培养基的种类和常用原料及规格 二、动物细胞、植物细胞和微藻细胞培养基与灭菌方法 第二节 培养基的灭菌方法及设备 第三节 培养基实罐灭菌的计算 第四节 培养基连续灭菌的设备及计算 一、连续灭菌的设备 二、连消培养基冷却设备 第二章 空气除菌工艺流程及设备教学目标：了解发酵工厂对无菌空气的要求；
5、掌握一般空气除菌工艺流程的形式；掌握空气除菌流程工艺计算、主要设备与辅助设备的作用；教学重点、难点：重点：空气除菌流程及设备作用。难点：空气净化流程空气状态变化的计算。教学时数：4教学内容：第一节 供发酵工厂使用的无菌空气的质量指标 第二节 压缩空气的预处理原理及工艺流程设计 一、压缩空气预处理的目的 二、压缩空气的冷却 三、压缩空气的除水原理及压缩空气预处理 系统的工艺流程设计 第三节 压缩空气预处理系统的设备设计 第四节 空气除菌设备 一、空气总过滤器的结构与计算 二、空气分过滤系统及过滤器的设计第三章 生物反应器与发酵参数检测元件教学目标： 了解通用式发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐的
6、结构、工作原理；掌握搅拌功率、传氧系数、传氧效率的计算。了解植物、动物、微藻细胞培养反应器的结构与特点。掌握通风发酵罐的放大方法与计算。教学重点、难点：重点：不同型式发酵罐的结构及其工作原理、发酵罐的设计。难点：设备的放大设计计算教学时数：10教学内容：第一节 微生物反应器 一、发酵罐的类型 二、通用式发酵罐 三、其他形式的发酵罐 第二节 动物细胞培养反应器 一、动物细胞悬浮培养生物反应器 二、动物细胞贴壁培养反应器 三、动物细胞微载体悬浮培养反应器 第三节 植物细胞反应器 一、植物细胞悬浮培养的特性 二、大规模植物细胞培养反应器 第四节 生物反应器搅拌功率的计算 一、搅拌功率计算的基本方程式
7、 二、搅拌功率计算的修正 三、多层搅拌器的功率计算 四、通气情况下的搅拌功率计算 五、非牛顿型流体搅拌功率的计算 六、生物反应器搅拌功率的确定 七、电机功率的确定 第五节 生物反应器中的氧传递 一、细胞对氧的需求 二、培养过程中的氧传递 三、气-液接触中的传质系数四、影响气液相氧传递速率的因素 五、氧传质系数的测定方法 第六节 生物反应器的放大设计 一、几何尺寸的放大 二、空气流量的放大 三、搅拌功率及搅拌转速的放大 四、放大方法的比较 第七节 生物反应器的发酵参数检测元件 一、生物反应器的参数检测 二、用于生化过程检测的传感器 三、发酵过程控制概论第四章 固-液分离设备 教学目标：了解常压过
8、滤机、加压过滤机、真空过滤机、离心过滤机、管式离心机、碟片离心机设备结构及原理。掌握过滤设备、离心设备生产能力的计算。了解膜分离设备的结构。教学重点、难点：重点：各种固液分离方法、设备工作原理、生产能力的计算。难点：分离设备生产能力的计算。教学时数：4教学内容：第一节 液-固分离设备概述 一、过滤原理 二、沉降原理 三、液-固分离设备的类别 第二节 过滤设备及计算 一、板框压滤机 二、真空转鼓过滤机 三、三足式离心机 第三节 离心沉降设备及计算 一、管式离心机 二、螺旋卸料离心机 三、碟片式离心机 四、生物体分离离心机 第四节 膜分离设备 一、膜的结构 二、膜分离过程设备第五章 萃取设备教学目
9、标：了解萃取设备的结构；掌握层析方法与原理教学重点、难点：重点：萃取设备的结构与原理。教学时数：2教学内容：第一节 溶剂萃取法概述 第二节 溶剂萃取设备 一、分段式萃取设备 二、多级离心萃取机 三、连续逆流离心萃取机 第三节 液-液萃取设备的计算 一、液-液萃取过程的计算 二、液-液萃取设备的计算 三、离心分离机及离心萃取机中分界面计算 四、离心分离机的生产能力计算 第六章 层析设备和离子交换设备教学目标：了解层析方法与原理、层析设备的组成；了解离子交换操作方式、设备结构与形式；掌握离子交换装置的计算、放大与计算。教学重点、难点：重点：层析设备的工作原理、离子交换工艺流程与设备。难点：离子交换
10、设备放大计算。教学时数：4教学内容：第一节 层析设备 一、层析原理 二、层析设备的组成 第二节 离子交换设备 一、离子交换概述 二、离子交换的操作方式 三、离子交换设备的结构 四、离子交换设备的设计第七章 蒸发和结晶设备教学目标：掌握蒸发设备的计算与设计；了解常用的蒸发和结晶设备。教学重点、难点：重点： 蒸发设备的计算与设计难点：蒸发设备的计算与设计教学时数：2教学内容：第一节 蒸发设备 第二节 蒸发设备的计算与设计 第三节 结晶设备第八章 生物产品干燥设备教学目标：掌握气流干燥流程、喷雾干燥流程。掌握雾化器的工作原理；了解干燥器、干燥塔的设计与计算及生产能力的计算。教学重点、难点：重点：气流
11、干燥、喷雾干燥、沸腾造粒干燥工艺流程与主要设备与辅助设备工作原理。难点：机械式雾化器、气流式雾化器、离心盘式雾化器结构及工作原理。教学时数：6教学内容：第一节 干燥过程的基本计算方法 一、湿空气的性质 二、干燥过程的物料及热量衡算 三、干燥速率及干燥时间的计算 第二节 气流干燥器及其计算 一、颗粒在气流中的运动规律 二、颗粒在气流中运动时的传热和传质 三、直管式气流干燥器的计算 四、旋风式气流干燥及其计算 第三节 沸腾干燥器及其计算 一、固体流化过程的三个阶段 二、沸腾干燥器的计算 第四节 喷雾干燥塔(器)及其计算 一、雾化器的结构计算 二、喷雾干燥塔（器）的结构及计算 第五节 沸腾造粒干燥器
12、及其计算 一、沸腾造粒干燥器的形式 二、沸腾造粒干燥器的设计 第九章 生物制药生产 GMP 规范要点教学目标：了解生物制药生产 GMP 的概念；了解 GMP 对原料药生产的要求；掌握 GMP 对发酵类原料药生产设备的设计、制造、安装与管理的要求；了解 GMP 对发酵类原料药生产系统和环境的的要求；了解生物制药生产中与产品质量有关的其他基础设施问题。教学重点、难点：重点：GMP 的概念；GMP 对发酵类原料药生产设备的设计、制造、安装与管理的要求。难点： GMP 对发酵类原料药生产设备、生产系统和环境的要求。教学时数：6教学内容：第一节 药品生产的 GMP 一、GMP 的发展历史 二、GMP 的
13、概念 三、GMP 的特点 四、实施 GMP 的意义 五、GMP 的特征和内容 六、GMP 的实施认证 第二节 GMP 对原料药生产的要求 一、生产特殊要求 二、原料药生产质量控制要点 三、原料药生产验证工作要点 第三节 GMP 对发酵类原料药生产设备的设计、制造、安装与管理的要求 一、对发酵设备的一般要求 二、设备和管道用材应保证不使药物受到污染 三、机械设备设计和制造要求 四、防止机械设备在运动过程产生异物的污染 五、无菌原料药设备的特殊要求 六、方便清洗消毒的设备及管路管件的设计 七、装卸、运输应避免造成污染 八、设备管理和验证 第四节 GMP 对发酵类原料药生产系统的要求 一、发酵类原料
14、药生产设备与管道的卫生要求 二、常用清洗剂、清洗方法及设备 三、设备及管路的灭菌 第五节 GMP 对生产环境的要求 一、生物工业生产对空气净化调节设施的要求 二、洁净室空气的温湿度控制 第六节 生物制药生产中与产品质量有关的其他基础设施问题 一、水的质量 二、生物安全 三、废物处理 四、溶剂回收三、推荐教材及参考书目课1. 发酵工业概论，李燕等主编，北京:中国轻工业出版社,2002 年 2 月2. 微生物工程工艺原理，姚汝华主编，华南理工大学出版社，1996 年 3 月3. 发酵设备，高孔荣主编，北京:中国轻工业出版社,19964. 生物工艺与工程试验技术，贾士汝主编，北京:中国轻工业出版社,2002 年 9 月5. 生物工程设备 ，梁世中，中国轻工业出版社，2002 年 10 月6. 发酵设备 ，高孔荣，中国轻工业出版社，1991 年 12 月7. 发酵工厂工艺设计概论 ，吴思方，中国轻工业出版社，1995 年 8 月8. 工业生化技术设备 ，陈国毫，华东理工大学出版社，1994 年 3 月9. 发酵生产设备，袁庆辉主编，中国轻工业出版社，1985 年10. 生化反应动力学与反应器，戚以政，汪叔雄编著，化学工业出版社，1996 年
