生物工程设备教学大纲

1、生物工程设备课程教学大纲英文课程名BioprocessEquipment总学时40学分2.5课程编码G106075理论教学学时40适用专业生物工程课程类别（请在课程所属类别栏注明选修或必修）通识课程实践教学学时实验学时先修课程微生物学、生物化学、物理化学、化工原理大类基础课程上机学时开课学院（部）生物工程学院专业课程必修其它基层教学组织生物工程系一、课程简介生物工程设备是生物工程专业的主干必修专业课，是在微生物学、生物化学、物理化学和化工原理等课程学习的基础上开设的有关生物加工过程设备的原理、构造、设计及应用的一门专业课。主要研究生物过程工程及设备的相关问题，从生物工程的研究内容和范畴出发，根

2、据生物工程设备共性技术，阐述生物生产过程中主要设备的作用原理、设计方法和设备的选型等内容，具有明显的工程化特色。二、教学目标2.1 课程教学目标通过本课程的学习，使学生能够进一步了解国内外生物技术和生物工程的研究前沿，认识原料处理设备、生物反应设备、生物分离设备、辅助设备等的应用与研究开发现状及发展趋势，掌握生物过程设备流程、主要设备的结构、设计计算、工程放大、优化控制等技术，能够独立地解决生物工业生产、实验研究及技术开发等方面的设备问题，从而利用所学的知识提升传统生物技术产业，推动生物技术成果的产业化，提高工业生物技术产业的经济和社会效益。同时进一步培养学生的社会责任感、创新精神、实践能力和

3、国际视野培养,促进学生知识、能力、素质的协调发展。2.2 课程目标与毕业要求（指标点）对应关系课程目标：（1）通过本课程学习，掌握进行复杂生物工程问题的设计、研发等所需的生物加工过程与装备设计、选型、应用操作等知识（对应毕业要求指标点1.4）。（2）能够将生物加工过程与设备知识和设计规范等用于生物工程产品市场方案和生产工艺的设计（对应毕业要求指标点3.1）。（3）能够针对复杂生物工程问题中设备选型等问题，根据对象特点，设计生物工程设备、进行优化、调整和改进（对应毕业要求指标点3.2）。三、课程教学内容及学时分配1.理论教学安排序号章节或知识模块教学内容学时分配教学要求（应明确教学重点、难点和教

4、学方法）学生任务作业要求自学要求讨论1绪论生物技术的发展过程；生物过程工程学基本概念；生物技术设备的基本概念；生物过程工程概述。3能力培养教学要求：掌握生物技术的含义；了解生物技术尤其是工业生物技术的研究内容及发展状况；重点介绍浙江工业大学生物化工学科的研究成果，了解生物工程设备和生物过程工程的基本概念及特点。素质培养教学要求：通过讲授工业生物技术成功案例增强学生对本课程的学习兴趣。增强学生的工程概念和素养。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解人类社会面临的可持续发展问题、工业生物技术定义、发展历程及现状、生物工程设备课程的性质和研究内容、生物工程设备的发展以及工

5、程学基本概念，通过青霉素的研发这一范完成课后习题。课后自学第一章的内容。15分钟讨论：6人一组，列举生物技术的应用及重大进展。例了解工业生物技术产业化开发中装备的重要性，并将课程组教师科研成果引入教学内容。难点：工程思维和概念的确立教学方法：教师讲授，案例教学，学生讨论。2A章生物质原料预处理设备生物质原料筛选与分级设备的结构与工作原理；生物质原料常用粉碎设备的结构和工作原理；生物质原料固体间的混合机理、设备的结构和工作原理。2能力培养教学要求：了解各种生物质原料预处理设备的结构、原理。素质培养教学要求：掌握原料预处理设备的计算和选型。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重

6、点：了解生物质原料的特性、生物质原料筛选与分级设备的结构与工作原理、生物质原料的粉碎的目的、生物冶炼发展现状等，掌握常用粉碎设备的结构与工作原理、生物质原料固体间的混合机理、设备的结构与工作原理。难点：设备的功率计算、选型。教学方法：教师讲授，案例教学。完成课后习题。自学第二章的内容。3第F生物细胞培养基制备过程与设备培养是火菌的必要性、方法；湿热火菌的原埋、灭菌程度的计算、培养基灭菌的主要矛盾及解决方法；连续灭菌流程中的设备结构、工作原理、设计；分批灭菌及连续灭菌的操作注忌事项等；纤维素的利用、淀粉的糊化与糖化、麦芽汁的制备、糖蜜稀释及火菌，相关设备的结构、工作原理及设计等。培养基制备设3能

7、力培养教学要求：掌握培养基灭菌原理、流程、设备的结构、工作原理、设计和计算。了解纤维素的利用、淀粉的糊化与糖化、麦芽汁的制备、糖蜜稀释及火菌，相关设备的结构、工作原理及设计等。素质培养教学要求：使学生获得生物细胞培养基制备过程的计算、设计和选型能力。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：培养基灭菌的必要性、方法；微生物的热完成课后习题。预习第三章的内容。备的结构、原理及使用要点、设计计算。阻及相对热阻，湿热火菌的原理、灭菌程度的计算、培养基灭菌的主要矛盾及解决方法；连续灭菌流程中的设备结构、工作原理、设计，分批灭菌及连续灭菌的操作注意事项等；纤维素的利用、淀粉的糊化与糖

8、化、麦芽汁的制备、糖蜜稀释及火菌，相关设备的结构、工作原理及设计等。培养基制备设备的结构、原理及使用要点、设计计算。难点：培养基灭菌计算时学生往往会直接把每毫升的杂菌数当成每升或立方米中的微生物数量，从而导致杂菌总数计算错误，进而得到错误的结果。此外，培养基灭菌的主要矛盾及解决方法也比较难以掌握，因而需要加强学生对HTST过程的理解和领会。教学方法：教师讲授，案例教学。4第三章生物反应器设计基础生物反应过程的剪切力形成原因、计算方式、剪切力对微生物及酶的影响、低剪切力搅拌器的设计等；物质和能量传递；生物反应器的混合机理。4能力培养教学要求：了解生物反应器设计中生物反应动力学、剪切力、混合、传质

9、、传热等的影响及计算。素质培养教学要求：使学生掌握育美生物反应器设计的基础知识，为后续章节的学习打下基础。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解和掌握生物反应的动力学基础和化学计量基础、生物反应过程的剪切力形成原因、计算方式、剪切力对不向微生物及酶的影响、低剪切力搅拌器和反应器的设计等；了解生物反应器的传质问题，介绍气-液传质：氧传递基本理论-完成课后习题。预习第四章的内容。了解体积传质系数及其计算方法。双股理论、体积溶氧系数kLa测定方法；设备参数及操作变数对kLa的影响；发酵液对kLa的影响；提高kLa的措施；生物反应器的混合机理。难点：生物反应器传质的过程及原

10、理、kLa的计算。教学方法：教师讲授，案例教学。5第四章生物反应器介绍生物反应器的要求，各种生物反应器的发展、结构、工作原理、操作、设计计算4能力培养教学要求：掌握各种生物反应器的结构、工作原理、操作、设计计算。素质培养教学要求：使学生建立过程工程中有关反应器的概念和素养。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：良好的生物反应器的要求、机械搅拌式生物反应器等各种生物反应器的发展、结构、工作原理、操作、设计计算，一次性生物反应器的进展。难点：机械搅拌生物反应器等生物反应器的设计计算。教学方法：教师讲授，案例教学，学生讨论。完成课后习题。预习第五章的内容。调研目前市场所售的生

11、物反应器，包括其结构、应用范围等15分钟讨论：6人一组，列举一次性生物反应器等各种新型生物反应器的研究进展。6第五章生物反应器的放大与控制生物反应器的放大问题、生物反应器的检测与控制系统4能力培养教学要求：掌握工程放大的必要性、放大的原则和方法；掌握生物反应检测的参变量及其检测方法和仪器，常用的生物传感器；掌握应用于生物反应的各项控制系统。素质培养教学要求：使学生建立工程放大概念、思维方式和素养。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解生物工程产品开发的一般流程，掌握生物反应器放大的重要性、生物反应器放大相关的几个重要公式，了解多尺度生物反应器的多尺完成课后习题。预习

12、第六章的内容。调研常用的检测仪器、生物传感器等。度原理、生物反应器的设计和放大缩小问题、生物反应器的检测与控制系统。难点：放大准则的选取及放大设计计算；计算过程中学生容易出现计算错误。教学方法：教师讲授，案例教学。7第六章细胞破碎与料液分离设备细胞破碎设备；固液分离设备；膜分离技术与设备等的发展、设备选型计算、结构、工作原理2能力培养教学要求：掌握细胞破碎设备、固液分离设备、膜分离技术与设备等的设备结构、工作原理和选型计算。素质培养教学要求：使学生建立工业生物技术产业下游技术的分离工程概念和素质。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解和掌握生物工程产品在细胞内外的分

13、布情况、细胞破碎设备、固液分离设备、膜分离技术与设备等设备的工作原理、结构、选型计算及其发展。难点：根据产品进行的设备选型计算。教学方法：教师讲授，案例教学。完成课后习题。预习第七章的内容。调研生物工业常用的萃取设备。8第七章萃取设备介绍液-液萃取分离设备、双水相萃取、固液萃取方法与设备、超临界萃取设备等萃取设备的发展、工作原理、操作方式、选型计算等2能力培养教学要求：掌握萃取的原理、萃取设备的发展、工作原理、操作方式和选型计算。素质培养教学要求：使学生建立工业生物技术产业下游技术的分离工程概念和素质。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：生物工程产品的特性、液-液萃取

14、分离设备、完成课后习题。预习第八章的内容。调研生物工业中常用的萃取设备。双水相萃取、固-液萃取方法与设备、超临界萃取设备等萃取设备的发展、工作原理、操作方式、选型计算、三废处理、安全事宜等。难点：设备选型计算。教学方法：教师讲授，案例教学。9第八章离子交换、吸附与层析分离设备介绍离子交换过程原理与设备、吸附过程原理及设备、层析原理与设备的发展、工作原理、操作方式、选型计算等2能力培养教学要求：掌握离子交换、吸附与层析分离设备的发展、工作原理、操作方式和选型计算。素质培养教学要求：使学生建立工业生物技术产业下游技术的分离工程概念和素质。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点

15、：了解离子交换原理、吸附过程原理、层析原理；掌握离子交换设备、吸附设备、层析设备的发展、工作原理、操作方式、选型计算等。难点：掌握设备选型、计算。教学方法：教师讲授，案例教学。完成课后习题。预习第九章的内容。调研生物工业中常用的离子交换设备、吸附及层析设备等。10第九章蒸发与结晶设备介绍蒸发、结晶工作原理、操作方式、选型计算等。2能力培养教学要求：掌握蒸发与结晶设备的工作原理、操作方式和选型计算。素质培养教学要求：使学生建立工业生物技术产业下游技术的分离工程概念和素质。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解并掌握生物工程产品的特性，蒸发、结晶设备的工作原理、操作方式

16、、选型计算等。完成课后习题。预习第十章的内容。调研生物工业常用的蒸发结晶设备难点：蒸发和结晶设备计算及选型。教学方法：教师讲授，案例教学。11第十章蒸储设备介绍蒸福、分子蒸播、水蒸汽蒸储等设备的结构、工作原理、操作方式、选型计算等。2能力培养教学要求：掌握蒸储设备的工作原理、操作方式和选型计算。素质培养教学要求：使学生建立工业生物技术产业下游技术的分离工程概念和素质。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解蒸播原理；掌握离子交换蒸播设备的发展、工作原理、操作方式、选型计算等。难点：蒸储设备计算及选型。教学方法：教师讲授，案例教学。完成课后习题。预习第十一章的内谷。调研

17、生物工业及实验室中常用的蒸储设备。12第十一章干燥设备介绍气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥与沸腾造粒干燥、真空干燥和真空冷却干燥设备的结构、工作原理、操作方式、选型计算等2能力培养教学要求：掌握干燥设备的工作原理、操作方式和选型计算。素质培养教学要求：使学生建立工业生物技术产业下游技术的分离工程概念和素质。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解干燥过程中水分去除的机理。掌握气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥与沸腾造粒干燥、真空干燥和真空冷冻干燥等设备的结构、工作原理、操作方式、选型计算等识。难点：相关设备的选型与计算。教学方法：教师讲授，案例教学。完成课后习题。预习第十二章的

18、内容。调研，业及实验室中常用的干燥设备。13第十二章物料输送设备介绍固体物料的机械输送、气流输送原理、流程、设计计算等3能力培养教学要求：掌握物料输送设备的工作原理、操作方式和选型计算。素质培养教学要求：使学生建立生物工业中物料完成课后习题。预习第十三章的内谷。调研生输送的概念和设备选型等能力。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解生物工程企业原料的一般性质、掌握固体物料的机械输送、气流输送原理、流程、设计计算等，输送流程的选择及操作安全注意事项。难点：气流输送设备设计计算。教学方法：教师讲授，案例教学。物工业中常用的干燥设备。14第十三章空气净化与调节设备介绍空气

19、除菌的原理、方法，深层介质过滤除菌的机理、过滤计算等；并介绍空气调节设备结构、选型计算等4能力培养教学要求：掌握空气净化与调节设备的除菌机理、结构、选型计算。素质培养教学要求：使学生建立生物工业中空气净化与调节概念和设备选型等能力。培养社会责任感、创新精神、实践能力和国际视野并协调发展。重点：了解生物工程企业对空气的需求、空气中微生物的分布、空气除菌的原理、方法、深层介质过滤除菌的机理、过滤计算等、各种膜材料在无菌空气制备中的应用；掌握空气的调节设备结构和计算选型等。难点：空气深层介质除菌机理及设备过滤计算选型、空气的调节设备结构和计算选型等。教学方法：教师讲授，案例教学，学生讨论。完成课后习题。调研生物工业空气净化与调节设备。15分钟讨论：6人一组，讨论空气除菌技术的应用。15复习。1能力培养教学要求：复习各章节要求掌握的重点知识。素质培养教