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《生物工程設(shè)備》課程教學(xué)大綱BiotechnologyEquipment一、課程基本信息學(xué)時(shí):48學(xué)分:3考核方式:考試,平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的30%中文簡(jiǎn)介:《生物工程與設(shè)備》是生物工程專業(yè)的專業(yè)必修課,是畫法幾何工程制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、物理化學(xué)、化工原理和生物工藝學(xué)等課程的后續(xù)課程。通過本課程的學(xué)習(xí),了解和掌握不同類型的生物反應(yīng)器工作原理,懂得如何應(yīng)用這些基本理論去分析和解決生產(chǎn)過程中的具體問題,改造原有生產(chǎn)過程使其更符合客觀規(guī)律,實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程的優(yōu)化,提高生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此,該課程對(duì)于培養(yǎng)現(xiàn)代生物工程技術(shù)的高級(jí)專門人才至關(guān)重要。《生物工程設(shè)備》最終解決的是一個(gè)工程問題,培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)是本課程教育的重要內(nèi)容。課程內(nèi)容安排時(shí)以微生物學(xué)現(xiàn)象為切入口,中間引入工程學(xué)概念,通過整個(gè)課程的學(xué)習(xí),讓學(xué)生建立起發(fā)酵過程生物學(xué)基礎(chǔ)和工程學(xué)基礎(chǔ)的完整概念。二、教學(xué)目的與要求本課程主要介紹生物制品生產(chǎn)中所涉及的設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)和操作方法,要求學(xué)生在掌握生物制品生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,通過學(xué)習(xí),重點(diǎn)掌握不同類型生物反應(yīng)器的構(gòu)造、原理和使用方法;能夠根據(jù)生物產(chǎn)品各種不同生產(chǎn)工藝的特點(diǎn),相應(yīng)地選擇不同的設(shè)備種類;了解原料處理、培養(yǎng)基制備、滅菌除菌和成品加工的常用設(shè)備以及產(chǎn)品下游提取設(shè)備的操作方法。通過課程學(xué)習(xí),為學(xué)生將來從事生物工程相關(guān)的科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。三、教學(xué)方法與手段1教學(xué)方法:講授法,兼有提問、設(shè)問啟發(fā)和課堂討論。2教學(xué)手段:采用多媒體、板書。為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo),本課程有兩位教師共同完成,并為學(xué)生指定課外閱讀資料和相關(guān)參考書,每章后面會(huì)布置思考題。針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容安排課堂的分組討論式教學(xué),帶著問題學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論,然后分別提出問題,組和組之間互相回答問題的方式,進(jìn)行部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)。四、教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo) 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)學(xué)時(shí)分配第一篇生物反應(yīng)器第一章生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.生物反應(yīng)器的化學(xué)計(jì)量基礎(chǔ)和生物學(xué)基礎(chǔ)了解生化反應(yīng)的平衡方程,維持的定義。理解細(xì)胞數(shù)、生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)方程、高濃度基質(zhì)及產(chǎn)物的抑制動(dòng)力學(xué)等。22.生物反應(yīng)器的質(zhì)量、熱量傳遞和剪切力問題了解機(jī)械攪拌生物反應(yīng)器的氣-液質(zhì)量傳遞,體積質(zhì)量傳遞系數(shù)kLA,和細(xì)胞活動(dòng)所釋放的熱量2重點(diǎn)與難點(diǎn):微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)和機(jī)械攪拌的質(zhì)量傳遞衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否掌握生物反應(yīng)器的概念,了解傳質(zhì)速率方程。第二章通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備1.機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐.掌握工作原理,結(jié)構(gòu)以及各部分尺寸之間的關(guān)系,了解該設(shè)備的設(shè)計(jì)過程22.氣升發(fā)酵罐、自吸式發(fā)酵罐、噴射式發(fā)酵罐了解工作原理及特點(diǎn),主要結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)43.通氣固相發(fā)酵設(shè)備了解機(jī)械通風(fēng)固體曲發(fā)酵設(shè)備的原理與結(jié)構(gòu)。2重點(diǎn)與難點(diǎn):掌握機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐和氣升式發(fā)酵罐的原理與結(jié)構(gòu)衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):掌握各種類型的通風(fēng)發(fā)酵反應(yīng)器工作原理、結(jié)構(gòu)與使用第三章嫌氣性發(fā)酵設(shè)備1.酒精發(fā)酵設(shè)備了解酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算42.啤酒發(fā)酵設(shè)備了解啤酒前、后發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算,新型啤酒發(fā)酵設(shè)備,CIP清洗系統(tǒng)的流程及操作步驟43.連續(xù)發(fā)酵掌握連續(xù)發(fā)酵基本理論,連續(xù)發(fā)酵時(shí)間的確定;了解各種產(chǎn)品的連續(xù)發(fā)酵流程2重點(diǎn)與難點(diǎn):酒精和啤酒設(shè)備衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):學(xué)習(xí)酒精發(fā)酵設(shè)備,啤酒發(fā)酵設(shè)備組成結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)備選型第四章生物反應(yīng)器的比擬放大了解生物反應(yīng)器的放大目的與放大的基本方法第二篇物料處理及產(chǎn)物分離純化第一章物料處理與培養(yǎng)基制備1.固體物料的處理與粉碎設(shè)備錘式和輥式粉碎機(jī)的原理及構(gòu)造12.液體培養(yǎng)基的制備及殺菌設(shè)備酒精、啤酒的培養(yǎng)基的糖化鍋蒸煮鍋的原理構(gòu)造及組合方式等3重點(diǎn)與難點(diǎn):酒精和啤酒發(fā)酵設(shè)備的原理與結(jié)構(gòu)衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否能夠選擇培養(yǎng)基處理的工藝、所需設(shè)備的原理、設(shè)備組成與設(shè)計(jì)計(jì)算第二章過濾、離心與膜分離設(shè)備1.過濾速度的強(qiáng)化了解過濾介質(zhì)、過濾微分方程、濾餅比阻力與過濾壓差、過濾速度的強(qiáng)化、優(yōu)化操作條件12.過濾設(shè)備掌握板框式壓濾機(jī)、板式壓濾機(jī)、轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理23.離心分離設(shè)備掌握碟片式離心機(jī)的構(gòu)造與分離原理,離心分離因素;了解管式離心機(jī)、碟式離心機(jī)的構(gòu)造與分離原理24.膜分離設(shè)備了解膜分離方法和幾種典型的膜分離設(shè)備1重點(diǎn)與難點(diǎn):過濾和離心分離設(shè)備為重點(diǎn),掌握結(jié)構(gòu)和工作原理衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否能掌握過濾和膜分離設(shè)備的原理、設(shè)備組成與設(shè)計(jì)計(jì)算第三章蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備1.蒸發(fā)設(shè)備掌握各類常壓蒸發(fā)設(shè)備,真空蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理,多效蒸發(fā)流程12.結(jié)晶設(shè)備了解結(jié)晶的定義與過程,結(jié)晶設(shè)備的特點(diǎn),各類結(jié)晶結(jié)構(gòu)與工作原理,連續(xù)結(jié)晶設(shè)備的設(shè)計(jì)要2重點(diǎn)與難點(diǎn):各種蒸發(fā)工藝與設(shè)備的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和工作原理衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):能否理解蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理,設(shè)備的選用方法,操作方法,工藝優(yōu)化第四章干燥設(shè)備1.固體物料干燥機(jī)理及生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點(diǎn)了解固體物料干燥機(jī)理、生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點(diǎn)12.非絕熱干燥設(shè)備掌握常壓干燥設(shè)備、真空干燥設(shè)備的構(gòu)造和工作原理3.絕熱干燥設(shè)備掌握氣流干燥原理與設(shè)備,噴霧干燥原理與設(shè)備,流化床干燥原理與設(shè)備24.真空冷凍干燥及其他干燥設(shè)備了解真空冷凍干燥的原理及特點(diǎn)、流程及設(shè)備1重點(diǎn)與難點(diǎn):非絕熱和絕熱干燥設(shè)備的原理及特點(diǎn)、流程衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否了解常用的工業(yè)干燥方法與相關(guān)設(shè)備特點(diǎn),掌握根據(jù)工藝要求選用設(shè)備的方法以及初步具備設(shè)備設(shè)計(jì)與選型能力第五章蒸餾設(shè)備1.蒸餾的原理與類型掌握蒸餾分離的基本原理,蒸餾的三種類型12.酒精蒸餾流程掌握氣相過塔、液相過塔定義及使用范圍,精餾段、提餾段、排醛塔、定義與結(jié)構(gòu)13.粗餾塔掌握粗餾塔板類型及結(jié)構(gòu)14.精餾塔掌握精餾塔板類型及結(jié)構(gòu)1重點(diǎn)與難點(diǎn):酒精的蒸餾流程,精餾塔和粗餾塔的結(jié)構(gòu)和工作原理衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否了解常用的蒸餾方法與相關(guān)設(shè)備特點(diǎn)能否清晰地說明酒精蒸餾的原理及設(shè)備原理第三篇輔助系統(tǒng)設(shè)備第一章空氣除菌進(jìn)化與空氣調(diào)節(jié)1.空氣介質(zhì)過濾除菌設(shè)備及計(jì)算掌握空氣介質(zhì)過濾除菌流程及設(shè)備0.52.生物工業(yè)生產(chǎn)的空氣調(diào)節(jié)了解生物工業(yè)生產(chǎn)對(duì)空氣調(diào)節(jié)的要求,空氣增濕與減濕的原理及方法,空氣調(diào)節(jié)設(shè)備0.5重點(diǎn)與難點(diǎn):空氣介質(zhì)過濾除菌流程及設(shè)備衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo):是否掌握發(fā)酵工業(yè)無菌空氣的制備原理與方法。能否根據(jù)工藝要求與環(huán)境條件設(shè)計(jì)空氣除菌流程第二章設(shè)備與管道的清洗與滅菌1.生物工業(yè)加工設(shè)備與管道的衛(wèi)生要求了解生物工業(yè)加工設(shè)備與管道的衛(wèi)生要求0.252.常用清洗劑、清洗方法及設(shè)備了解常用清洗劑、清洗方法及設(shè)備0.253.設(shè)備及管路的殺菌了解設(shè)備及管路殺菌的概述,發(fā)酵罐及容器的殺菌,空氣過濾器的殺菌,管道及閥門的殺菌,通風(fēng)發(fā)酵罐清洗與滅菌管路流程0.254.方便清洗消毒的設(shè)備及管路管件的設(shè)計(jì)了解設(shè)備材料的選擇及加工要求,設(shè)備與管路管件的設(shè)計(jì)與加工0.25重點(diǎn)與難點(diǎn):清洗殺菌設(shè)備,CIP清洗流程衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否了解管道與設(shè)備清洗方法、滅菌的常用方法第三章物料輸送系統(tǒng)設(shè)備1.固體物料的輸送了解機(jī)械輸送設(shè)備,螺旋輸送機(jī),氣流輸送系統(tǒng)及設(shè)備2重點(diǎn)與難點(diǎn):斗式提升機(jī)、帶式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)的構(gòu)造、原理與適用范圍;氣流輸送的原理、流程衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):是否能夠清晰地理解斗式提升機(jī)、帶式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)的構(gòu)造、原理第四章生物工程供水與制冷系統(tǒng)設(shè)備1.水處理系統(tǒng)及設(shè)備了解水的過濾、軟化及脫鹽、殺菌的原理與設(shè)備0.52.供水系統(tǒng)及設(shè)備了解來水供水系統(tǒng),地下水供水系統(tǒng)0.253.發(fā)酵工廠潔凈空氣與制冷系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單了解壓縮式制冷循環(huán),制冷系統(tǒng)設(shè)備,耗冷量計(jì)0.25重點(diǎn)與難點(diǎn):供水系統(tǒng)衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):簡(jiǎn)單了解水處理系統(tǒng)與設(shè)備、供水系統(tǒng)設(shè)備和潔凈蒸汽與制冷系統(tǒng)設(shè)備五、推薦教材和教學(xué)參考資源推薦教材:梁世中.《生物工程設(shè)備》(第一版).北京:中國輕工業(yè)出版社,2008
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