生物工程設(shè)備

前言

　　現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成為人類徹底認(rèn)識與改造自然界，克服自身所面臨的人口膨脹、糧食短缺、環(huán)境污染、疾病危害、能源和資源短缺、生態(tài)平衡破壞等一系列重大問題的可靠手段和工具。世界各主要經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國都把生物技術(shù)確定為21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，生物經(jīng)濟(jì)正在成為繼信息產(chǎn)業(yè)之后知識經(jīng)濟(jì)的新代表?！　∩锕こ碳夹g(shù)是當(dāng)今最活躍、發(fā)展最迅速的、最重要的工程技術(shù)之一，在解決糧食安全、提高人類健康水平、促進(jìn)綠色制造、改善資源環(huán)境、緩解能源壓力、保障國家安全等領(lǐng)域有著舉足輕重的作用。生物技術(shù)以基因工程為先導(dǎo)，結(jié)合發(fā)酵工程、酶工程和生化工程等工程技術(shù)，構(gòu)成了現(xiàn)代生物技術(shù)。生物工程設(shè)備則是生物工程技術(shù)和化學(xué)工程與設(shè)備交叉的結(jié)合體?！　】v觀國內(nèi)外，有關(guān)生物工程設(shè)備的著作與教材甚少。其中，我國出版的有關(guān)教材只有寥寥數(shù)本，其中的代表作就是20世紀(jì)70年代末出版的由高孔榮教授主編的《發(fā)酵工程設(shè)備》，后于1991年改名為《發(fā)酵設(shè)備》。21世紀(jì)初，全國生物工程（原來稱發(fā)酵工程）教學(xué)指導(dǎo)小組與中國輕工業(yè)出版社決定組織編寫《生物工程設(shè)備》，經(jīng)華南理工大學(xué)、天津科技大學(xué)、西北科技大學(xué)等單位的有關(guān)教授通力合作，于2002年初由中國輕工業(yè)出版社在全國發(fā)行，受到了廣大讀者的好評。但生物工程技術(shù)發(fā)展一日千里，近幾年來相應(yīng)的生物發(fā)酵工程技術(shù)與設(shè)備又有新的發(fā)展進(jìn)步。為此決定修訂本教材，刪除了過時的或繁瑣的章節(jié)內(nèi)容，增加了先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備介紹，第二版增加了生物工程工廠能源與動力設(shè)備、生物工程工廠清潔生產(chǎn)兩章，使本教材更具科學(xué)性和實用性。希望能更好地滿足生物工程、生物技術(shù)以及制藥工程、食品科學(xué)與工程、化學(xué)工程與工藝等有相關(guān)專業(yè)的師生參考與學(xué)習(xí)的需求，當(dāng)然，本教材也可供從事生物工程技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的研究生、科技工作者和工程技術(shù)人員參考應(yīng)用。　　本教材分成三篇共16章，各章的編寫具體分工為：天津科技大學(xué)譚國民編寫第二篇第一章 和第六章 ；陜西科技大學(xué)陳合編寫第二篇第二章 、第三章 和第五章 ；河南工業(yè)大學(xué)王平諸編寫第二篇第四章 ；華南理工大學(xué)吳振強(qiáng)編寫第一篇第一章 和第三篇第三章 ，浦躍武編寫第一篇第三章 和第三篇第四章 ，鄭穗平編寫第一篇第四章 ，王菊芳編寫第三篇第一章 ，朱明軍編寫第一篇第五章 和第三篇第二章 ，梁世中編寫第一篇第二章 和第六章 ，并擔(dān)任全書的主編?！　”緯男蘧帲玫街袊p工業(yè)出版社等及有關(guān)單位的領(lǐng)導(dǎo)、專家和編審人員的支持，幾位作者部分的研究生參加了資料查閱整理、圖表制作和打印等工作，在此一并致以衷心的感謝。

內(nèi)容概要

生物工程技術(shù)發(fā)展一日千里，近幾年來相應(yīng)的生物發(fā)酵工程技術(shù)與設(shè)備又有新的發(fā)展進(jìn)步。為此決定修訂本教材，刪除了過時的或繁瑣的章節(jié)內(nèi)容，增加了先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備介紹，第二版增加了生物工程工廠能源與動力設(shè)備、生物工程工廠清潔生產(chǎn)兩章，使本教材更具科學(xué)性和實用性。希望能更好地滿足生物工程、生物技術(shù)以及制藥工程、食品科學(xué)與工程、化學(xué)工程與工藝等有相關(guān)專業(yè)的師生參考與學(xué)習(xí)的需求，當(dāng)然，本教材也可供從事生物工程技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的研究生、科技工作者和工程技術(shù)人員參考應(yīng)用。

書籍目錄

第一篇  生物反應(yīng)器  第一章  生物反應(yīng)器設(shè)計基礎(chǔ)    第一節(jié)  生物反應(yīng)器的化學(xué)計量基礎(chǔ)    第二節(jié)  生物反應(yīng)器的生物學(xué)基礎(chǔ)    第三節(jié)  生物反應(yīng)器的質(zhì)量傳遞    第四節(jié)  生物反應(yīng)器的熱量傳遞    第五節(jié)  生物反應(yīng)器的剪切力問題  第二章  通氣發(fā)酵設(shè)備    第一節(jié)  機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐    第二節(jié)  氣升式發(fā)酵罐    第三節(jié)  自吸式發(fā)酵罐    第四節(jié)  通氣固相發(fā)酵設(shè)備    第五節(jié)  其他類型的通氣發(fā)酵反應(yīng)器簡介  第三章  嫌氣發(fā)酵設(shè)備    第一節(jié)  酒精發(fā)酵設(shè)備    第二節(jié)  啤酒發(fā)酵設(shè)備    第三節(jié)  連續(xù)發(fā)酵  第四章  植物細(xì)胞(組織)和動物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器    第一節(jié)  植物細(xì)胞(組織)培養(yǎng)反應(yīng)器    第二節(jié)  動物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器    第三節(jié)  微藻培養(yǎng)反應(yīng)器  第五章  生物反應(yīng)器的檢測及控制    第一節(jié)  生化過程主要檢測的參變量    第二節(jié)  生化過程常用檢測方法及儀器    第三節(jié)  生物傳感器的研究開發(fā)與應(yīng)用    第四節(jié)  生化過程控制概論  第六章  生物反應(yīng)器的比擬放大    第一節(jié)  生物反應(yīng)器的放大目的及方法    第二節(jié)  通氣發(fā)酵罐的放大設(shè)計第二篇  生物反應(yīng)物料處理及產(chǎn)物分離純化設(shè)備  第一章  物料處理與培養(yǎng)基制備    第一節(jié)  固體物料的處理與粉碎設(shè)備    第二節(jié)  液體培養(yǎng)基的制備及滅菌設(shè)備  第二章  過濾、離心與膜分離設(shè)備    第一節(jié)  過濾速度的強(qiáng)化    第二節(jié)  過濾設(shè)備    第三節(jié)  離心分離設(shè)備    第四節(jié)  膜分離設(shè)備  第三章  萃取與色譜分離設(shè)備    第一節(jié)  萃取分離方法及設(shè)備    第二節(jié)  離子交換分離原理及設(shè)備    第三節(jié)  吸附分離方法及設(shè)備    第四節(jié)  色譜分離方法及設(shè)備  第四章  蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備    第一節(jié)  常壓與真空蒸發(fā)設(shè)備    第二節(jié)  結(jié)晶設(shè)備  第五章  干燥設(shè)備    第一節(jié)  物料干燥過程及生物制品干燥的特點    第二節(jié)  非絕熱干燥設(shè)備    第三節(jié)  絕熱干燥設(shè)備    第四節(jié)  冷凍干燥及其他干燥設(shè)備  第六章  蒸餾設(shè)備    第一節(jié)  蒸餾分離提純原理    第二節(jié)  酒精蒸餾流程    第三節(jié)  粗餾塔    第四節(jié)  精餾塔第三篇  輔助系統(tǒng)設(shè)備和清潔生產(chǎn)  第一章  空氣凈化除菌與空氣調(diào)節(jié)    第一節(jié)  空氣凈化除菌的方法與原理    第二節(jié)  空氣介質(zhì)過濾除菌設(shè)備及計算    第三節(jié)  生物工業(yè)生產(chǎn)的空氣調(diào)節(jié)  第二章  設(shè)備和管道的清洗與殺菌    第一節(jié)  生物工業(yè)加工設(shè)備和管道的清潔與殺菌的目的和意義    第二節(jié)  常用清洗劑、清洗方法及設(shè)備    第三節(jié)  設(shè)備及管路的殺菌    第四節(jié)  方便清洗消毒的設(shè)備及管路管件的設(shè)計  第三章  生物工程工廠能源與動力設(shè)備    第一節(jié)  生物工程工廠供水系統(tǒng)    第二節(jié)  生物工程工廠供電系統(tǒng)    第三節(jié)  發(fā)酵工廠潔凈蒸汽系統(tǒng)設(shè)備    第四節(jié)  發(fā)酵工廠潔凈制冷系統(tǒng)設(shè)備  第四章  生物工程工廠清潔生產(chǎn)    第一節(jié)  清潔生產(chǎn)概述    第二節(jié)  清潔生產(chǎn)中節(jié)能節(jié)水方案實施    第三節(jié)  廢液處理    第四節(jié)  固體廢物處理    第五節(jié)  廢棄資源的綜合利用    第六節(jié)  生物工程工廠清潔生產(chǎn)示例附錄

章節(jié)摘錄

　　生物反應(yīng)器（bioreactor）是指以活細(xì)胞或酶為生物催化劑進(jìn)行細(xì)胞增殖或生化反應(yīng)提供適宜環(huán)境的設(shè)備，可分為細(xì)胞反應(yīng)器和酶反應(yīng)器兩大類。生物反應(yīng)器種類很多，已廣泛用于發(fā)酵食品、藥品、環(huán)保等方面。從生物反應(yīng)過程說，發(fā)酵過程用的反應(yīng)器稱為發(fā)酵罐；酶反應(yīng)過程用的反應(yīng)器則稱為酶反應(yīng)器。另一些專為動植物細(xì)胞大量培養(yǎng)用的生物反應(yīng)器，專稱為動植物細(xì)胞培養(yǎng)裝置。生物反應(yīng)器中的物質(zhì)、能量和熱量轉(zhuǎn)換與反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝置密切相關(guān)，換句話說，生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)對生物反應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量、收率（轉(zhuǎn)化率）和能耗起到關(guān)鍵作用。與化學(xué)反應(yīng)器的主要不同點是生物（酶除外）反應(yīng)都以“自催化”方式進(jìn)行，即在目的產(chǎn)物生成的過程中生物自身要生長繁殖。因此，生物反應(yīng)器的設(shè)計必須以生物體為中心，這就要求設(shè)計者既要有化學(xué)工程的知識，又要有生物學(xué)的基礎(chǔ)。設(shè)計工程師除了考慮反應(yīng)器的傳質(zhì)、傳熱等性能以外，還需要選擇適宜的生物催化劑，這包括了解產(chǎn)物在生物反應(yīng)的哪一階段大量生成、適宜的pH和溫度，是否好氧和易受雜菌污染等；生物體是活體，生長過程可能受到剪切力影響，也可能發(fā)生凝聚成為顆粒，或因自身產(chǎn)氣或受通氣影響而漂浮于液面；材料的選擇能確保無菌操作的設(shè)計；檢驗與控制裝置的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等?？傊锓磻?yīng)器的設(shè)計原理是基于強(qiáng)化傳質(zhì)、傳熱等操作，將生物體活性控制在最佳條件，降低總的操作費用?！　∩锓磻?yīng)器的設(shè)計也因反應(yīng)的目的不同而有所區(qū)別。生物反應(yīng)的目的可歸納為幾種：一是生產(chǎn)細(xì)胞，二是收集細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，三是直接用酶催化得到所需產(chǎn)物。最初的生物反應(yīng)器主要是用于微生物的培養(yǎng)或發(fā)酵，隨著生物技術(shù)的不斷深入和發(fā)展，它已被廣泛用于動植物細(xì)胞培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、酶反應(yīng)等場合。

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