发酵工程设备与工厂设计大纲

1、课程名称：发酵工程设备与工厂设计英文名称：Fermentation engineering equipment and design of engineering plant课程编码：学时/学分：48/2适用专业与层次：生物工程、本科一、课程的教学目的和任务发酵工程设备与工厂设计包括两个部分，一是发酵工程设备课程，另一个是生物工程工厂设计，前者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

2、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。生物工程工厂设计是生物工程专业一门专业选修课程，学位课。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。课程主要介绍生物工程产业界常见的工业生产设备及生物工程研究领域的主要设备的基本原理、结构、特点、设计选用计算方法及发酵车间工艺设计。本课程既有一定基础理论，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。通过本

3、课程的学习，懂得如何应用这些基本理论去分析和解决生产过程中的具体问题，改造原有生产过程使其更符合客观规律，实现生产过程的优化，提高生产过程的经济和社会效益。二、课程内容和基本要求91 原料的预处理及输送设备1.1 固体物料的输送设备1.2 固体物料的预处理及粉碎设备1.3 液体物料的输送及均质设备基本要求：掌握固体物料的预处理及粉碎设备，理解液体物料的输送及均质设备。2 培养基制备设备2.1 培养基制备设备2.2 培养基的灭菌及冷却设备基本要求：掌握培养基的灭菌及冷却设备。3 空气除菌及调节设备3.1 空气除菌设备3.2 空气调节设备基本要求：掌握空气除菌设备及其工艺流程，掌握主要的空气调节设

4、备。4 种子制备及扩大培养设备4.1 种子制备设备4.2 酵母的扩大培养设备基本要求：掌握酵母的扩大培养设备。5 发酵罐及附属设备5.1 嫌气发酵设备5.2 好氧（通风）发酵设备5.3 新型生物反应器基本要求：熟练掌握常用的嫌气发酵设备和好氧（通风）发酵设备，了解典型的新型生物反应器。6 液固分离设备6.1 液固分离方法6.2 重力沉降设备6.3 过滤设备6.4 离心分离设备6.5 膜分离设备基本要求：掌握常见的重力沉降设备和过滤设备，了解膜分离设备的工作原理。7 萃取及离子交换设备7.1 萃取分离设备7.2 离子交换设备基本要求：掌握萃取分离的原理和离子交换的原理，掌握常用的离子交换设备。8

5、 蒸发结晶干燥设备8.1 蒸发设备8.2 结晶设备8.3 干燥设备基本要求：掌握典型的干燥设备及其优缺点。0 绪论0.1课程的目的和任务0.2生物工程工厂设计的重要性0.3工厂设计的任务和内容0.4生产工艺设计在总体设计中的重要地位0.5生产工艺设计的依据、内容和深度0.6工厂设计工作原则教学要求：了解生物工程工厂设计的目的和要求，工厂设计在国民经济中的地位和意义。了解设计工作的基本任务和内容，理解总体设计和局部设计。了解生产工艺设计在总体设计中的地位，计算机在工艺设计中的应用。1 基本建设程序1.1 概述1.1.1执行基本建设程序的重要性1.1.2基本建设程序的内容1.2项目申请报告1.2.

6、1项目申请报告的任务1.2.2项目申请报告的主要内容1.3可行性研究1.3.1可行性研究的任务和意义1.3.2可行性研究报告的内容1.4设计任务书1.4.1设计任务书的内容1.4.2设计任务书的附件1.5初步设计阶段1.5.1概述1.5.2初步设计的主要内容与成果1.5.3初步设计的步骤1.5.4初步设计的深度1.5.5初步设计阶段工艺设计人员应向协同设计的相关专业提交的资料1.6施工图设计阶段1.6.1施工图设计的内容与成果1.6.2施工图设计的步骤1.6.3施工图设计的深度1.6.4施工图设计阶段工艺设计人员应向协同设计的相关专业提交的资料基本要求：了解可行性研究报告内容及编制方法，掌握可

7、行性研究报告编制方法。了解项目建议书的任务、意义及建厂报告的主要内容。2厂址选择与工厂总平面设计2.1厂址选择的重要性及原则2.1.1厂址选择的重要性2.1.2厂址选择的原则2.1.3厂址选择的工作程序2.1.4厂址选择报告2.2总平面设计2.2.1总平面设计的内容2.2.2总平面设计的原则和要求2.2.3总平面设计的方法2.2.4厂内运输设计2.2.5总平面布置图的绘制基本要求：了解厂址选择的原则，厂址选择的程序及厂址选择报告的编写。了解厂内运输方式的选择，道路的布置形式，厂区竖向布置的内容与目的，理解总平面设计的步骤，基本要求和具体规范。3工艺流程设计3.1概述3.2生产方法的选择和工艺流

8、程的设计原则3.2.1生产方法的选择3.2.2工艺流程的设计原则3.3工艺流程的设计步骤3.3.1生产工艺流程示意图3.3.2工艺流程草图的设计3.3.3工艺流程图的设计3.4工艺流程图3.4.1概述3.4.2带控制点工艺流程图的绘制基本要求：掌握生产工艺流程示意图，然后进行衡算；根据设备选型情况，充实和修改工艺流程示意图，形成工艺流程草图；根据设备设计选型和工艺流程草图，进行车间设备布置设计；根据设备布置情况，再完善工艺流程草图，形成生产工艺流程图。4工艺计算4.1物料平衡计算4.1.1物料衡算的意义、方法和步骤4.1.2主要技术经济指标的确定4.1.3计算实例4.2热量平衡计算4.2.1热

9、量衡算的意义、方法和步骤4.2.2计算实例(100000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算)4.3水平衡计算4.3.1水衡算的意义、方法和步骤4.3.2计算实例(100000t/a淀粉原料酒精厂蒸馏车间水衡算)4.4耗冷量计算4.4.1耗冷量计算的意义、方法和步骤4.4.2计算实例(100000t/a啤酒厂发酵车间耗冷量计算)4.5无菌压缩空气消耗量计算4.5.1无菌压缩空气消耗量计算的意义、方法和步骤4.5.2计算实例4.6抽真空量计算4.6.1 抽真空量计算的意义、方法、步骤4.6.2 计算实例基本要求：了解过程水平衡和无菌空气消耗量计算的方法和步骤，理解物料衡算和能量衡算的意义，掌握物料衡算和

10、能量衡算的原理与计算方法。5设备的设计与选型 5.1概述5.1.1设备设计与选型的任务5.1.2设备设计与选型的原则5.2专业设备的设计与选型5.2.1专业设备设计与选型的依据5.2.2专业设备设计与选型的程序和内容5.2.3专业设备设计与选型的特点5.2.4专业设备设计与选型的实例5.3通用设备的设计与选型5.3.1液体输送设备选型5.3.2气体输送设备选型5.3.3固体输送设备选型5.3.4空气洁净设备选型5.3.5通用设备选型注意事项5.4非标准设备的设计5.4.1起贮存专业的罐、池设计5.4.2起混合调量灭菌的非标准设备设计5.4.3起计量作用的非标准设备设计5.4.4应用举例5.5设

11、备一览表5.5.1主要设备明细表5.5.2设备一览表5.6 化工设备图基本要求：了解设备设计的原则，掌握专业设备设计与选型的依据、程序和内容。6车间布置设计6.1概述6.1.1车间布置设计的任务和重要性6.1.2车间布置设计的依据6.1.3生物工程工厂生产车间的组成6.1.3车间布置设计的内容6.2车间布置设计的原则6.3生物制药洁净厂房布置设计6.3.1GMP6.3.2生产环境区的划分6.3.3洁净厂房的车间布置6.4车间布置设计的有关技术与参数6.4.1车间布置设计的有关技术6.4.2车间布置设计的有关参数6.5设备布置图6.5.1概述6.5.2设备布置图的绘制基本要求：了解车间布置设计的

12、原则、内容和步骤，理解车间布置的方法。7管道设计与布置7.1概述7.1.1管道布置设计的意义7.1.2内容和步骤7.2工艺管道的设计计算7.2.1管子、管件、阀门的选择7.2.2管径、壁厚计算7.2.3管道压力降计算7.2.4管道热补偿计算7.3管道布置设计7.3.1管道布置设计的任务和原则7.3.2管道布置设计的内容7.3.3管道布置设计的特点7.3.4管道布置设计的有关参数7.4管道布置图7.4.1概述7.4.2管道布置图的绘制基本要求：了解管道布置设计的意义、内容和步骤，管道及附件的选择，理解管道计算方法和生物工厂管道布置的特点。8公用工程 8.1给排水工程8.1.1设计依据8.1.2给

13、排水设计的目的、任务、内容8.2供电工程8.2.1内容和要求8.2.2电力负荷及供电要求8.3供热工程8.3.1锅炉设备的选择8.3.2锅炉容量和台数的确定8.4 供冷工程8.4.1制冷装置的几种类型8.4.2制冷系统8.5 计量检测仪表和自动控制工程8.5.1设计任务和内容8.5.2生产过程参数自动调节系统8.5.3电子计算机在生物工程生产中的应用8.6制药厂洁净车间净化空气系统8.6.1净化空调系统的分类8.6.2洁净室内的气流组织方式8.6.3空气的净化系统8.6.4制药厂空气洁净技术的应用基本要求：本章内容均为一般性了解。了解原料接收站、中心试验室等辅助部门的设计知识。了解水、暖、电、

14、热、气等公用工程的设计知识。三、教学模式本课程采用传统教学与多媒体教学相结合的授课方式，在听课对象没有任何工程学基础的前提下尽量用多媒体的方式使学生理解化工单元操作及设备的原理，从而达到教学目的。四、考核形式本课程成绩应包括理论课成绩和平时成绩。理论课成绩占总成绩的70%，主要以纸笔测试形式评定；平时成绩可占总成绩的30%，根据作业、提问等综合评定。五、学时分配表本课程计划理论讲授48学时。各章的教学时数分配如下表。序号章标题理论课学时1原料的预处理及输送设备22培养基制备设备33空气除菌及调节设备34种子制备及扩大培养设备35发酵罐及附属设备46液固分离设备37萃取及离子交换设备38蒸馏设备

15、29蒸发结晶干燥设备210基本建设程序211厂址选择及工厂总平面设计312工艺流程设计313工艺计算314设备的设计与选择315车间布置设计316管道设计与布置317公用工程3合 计48六、重要思考题1、原料的预处理及输送设备简述原理的预处理过程。2、培养基制备设备常用的培养基制备设备有哪些?3、空气除菌及调节设备简述空气除菌的流程。4、种子制备及扩大培养设备常用的种子制备及扩大培养设备有哪些？5、发酵罐及附属设备常用的发酵罐有哪几种？各用在什么场合？6、液固分离设备常用的液固分离设备有哪些？7、萃取及离子交换设备萃取的原理和离子交换的原理分别是什么？8、蒸馏设备简述精馏的原理。9、蒸发结晶干

16、燥设备常用的干燥设备有哪几种？0、绪论生产工艺设计的主要依据有哪些？联系实际谈下对这门课程的认识？1、基本建设程序可行性研究的任务和意义？施工图阶段的图纸包括？2、厂址选择与工厂平面设计厂址选择的重要性？厂址选择的总原则有哪些？3、工艺流程设计工艺流程的设计原则。工艺流程草图的制图要求。工艺流程设计经历三个阶段？4、工艺计算热量衡算的意义物料衡算的方法和步骤。5、设备的设计与选型设备选型的依据？间歇操作设备生产能力数量和容积的设计计算？6、车间布置设计车间布置设计的原则是什么。车间布置设计的有关参数有哪些? 7、管道设计与布置管道布置的内容和步骤有哪些？简述车间管道布置设计的任务和原则？8、公用工程简述给排水设计的目的、任务和主要内容是什么？制冷装置有几种类型？七、教材与参考书教材：池永红主编，发酵工程设备，高等教育出版社，2013年第1版。吴思方主编，生物工程工厂设计概论，中国轻工业出版社，2009年第二版。参考书：1 发酵工厂设备，中国轻工业出版社，黎润钟主编。 2生化分离工程，化学工业出版社，孙彦编。 3新编生物工艺学(下册)，化学工业出版社，俞浚棠、唐孝宣主编。