生物化工原理与设备
《化工原理》课程教学大纲
化工原理课程教学大纲课程名称：化工原理英文名称：Principles of Chemical engineering/ Unit operations of Chemical engineering 课程编码：x2030212学时数：96其中实践学时数：16课外学时数：0学分数：6.0适用专业：生物工程一、课程简介《化工原理》将课堂教学、化工单元实验操作与设计型教学内容相结合，使学生掌握化工单元操作各部分的基本原理，掌握流体输送过程的基本理论；掌握气体和液体混合物分离操作的基本理论和实际操作要求，掌握不同单元操作条件对化工单元过程生产效果的影响；掌握传热过程的基本定律和实际生产设备应用；掌握传热，精馏和吸收单元操作所应用典型装置的设计方法；了解本学科领域热点问题；熟悉新型化工单元操作中生物化工生产的典型应用。
最终掌握生物化工生产单元操作有机结合的典型案例及设计方法，了解生产安全相关法律法规，能够针对具体化工单元操作过程，编制完整的具有典型生物工程单元操作的设计方案，培养掌握具有化工基本知识的生物和化工领域的技术人才。
二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点绪论1、教学内容化工过程与单元操作；《化工原理》课程的性质与任务；2、基本要求了解部分：《化工原理》课程的性质、研究对象、任务与基本内容理解部分：因次、单位制和单位换算掌握部分：物料衡算与能量衡算熟练掌握：无3、重点和难点（1）重点：单元操作及基本特点（2）难点：无第一章流体流动1、教学内容流体概述；流体静力学方程及其应用；流体流动中的守恒原理；流体的流动状态分析；流体的阻力损失原因及阻力计算；简单管路的计算；流速和流量的测定方法。
2、基本要求了解部分：流体概述；流速和流量的测定方法理解部分：流体静力学方程及其应用；流体流动中的守恒原理；流体的流动状态分析；流体的阻力损失原因及阻力计算；简单管路的计算；掌握部分：流体静力学方程及其应用；流体的流动状态分析；简单管路的计算；熟练掌握：流体流动中的守恒原理；3、重点和难点（1）重点：流体静力学方程；连续性方程；柏努利方程；雷诺实验及应用；阻力计算（2）难点：柏努利方程；雷诺实验及应用；阻力计算第2章流体输送机械1、教学内容常用液体输送机械；离心泵的理论压头和实际压头(扬程)，功率和效率；离心泵的气缚与气蚀现象；泵的安装高度、流量调节、泵的选择；离心风机的性能与选择。
生物工程 化工原理
生物工程化工原理生物工程化工原理引言：生物工程化工原理是将生物技术与化学工程相结合的学科，通过利用生物体的生物化学反应和微生物的代谢能力，实现对化学反应的控制和优化。
本文将重点介绍生物工程化工原理的基本概念、应用领域以及相关的发展趋势。
一、生物工程化工原理的基本概念1. 生物工程化工原理的定义生物工程化工原理是指将生物技术与化学工程相结合，利用生物体的生物化学反应和微生物的代谢能力，实现对化学反应的控制和优化的学科。
2. 生物工程化工原理的基本原理生物工程化工原理是基于生物体的生物化学反应和微生物的代谢能力，通过调控生物体内的酶活性、调整代谢途径以及利用基因工程等手段，实现对化学反应的控制和优化。
3. 生物工程化工原理的关键技术生物工程化工原理涉及到许多关键技术，包括基因工程、发酵工艺、酶工程、代谢工程等。
这些技术的应用可以使化工过程更加高效、环保，提高产物的纯度和产量。
二、生物工程化工原理的应用领域1. 生物制药生物工程化工原理在生物制药领域有着广泛的应用。
通过利用基因工程技术，将目标基因导入到适当的宿主微生物中，使其产生所需的药物蛋白。
这种方法可以大大提高药物的生产效率和纯度，降低成本。
2. 生物能源生物工程化工原理在生物能源领域也有着重要的应用。
通过利用微生物的代谢能力，将可再生能源转化为生物燃料，如生物乙醇、生物柴油等。
这种方法不仅可以减少对化石燃料的依赖，还可以减少温室气体的排放。
3. 环境保护生物工程化工原理在环境保护领域也发挥着重要的作用。
通过利用微生物的降解能力，对有机废物和污染物进行分解和清除。
这种方法可以有效地降低环境污染，改善生态环境。
三、生物工程化工原理的发展趋势1. 微生物组学的发展随着微生物组学的发展，我们对微生物的代谢途径和酶系统有了更深入的了解，可以更好地利用微生物的代谢能力进行化学反应的控制和优化。
2. 基因编辑技术的应用基因编辑技术的应用将为生物工程化工原理带来更大的突破。
生物催化的原理和应用
生物催化的原理和应用生物催化是指利用酶或微生物等生物体对化合物进行催化反应的过程。
相比于传统化学催化，生物催化具有更高的催化效率、更加环保、选择性更好等优点，因此被广泛应用于化工、制药、食品等诸多领域。
一、生物催化的基本原理酶是一种生物大分子催化剂，由蛋白质和辅助因子组成，具有催化化学反应的能力。
酶分子可以与底物分子进行互相作用，形成酶底物复合物，通过反应之后又生成新的产物和酶分子，在整个反应过程中酶本身不参与反应，也不改变反应的平衡常数。
酶催化过程中需要满足的条件主要包括适宜的温度、pH值等环境因素以及适宜酶底物比例等物理、化学的因素。
二、生物催化的应用1. 食品工业酶在食品加工生产中具有广泛的应用，一些常见的应用包括：食用油的加工工艺中发酵的脱酸化酶；发酵面包、酸奶中的酵母等。
2. 医药工业生物催化在药物的合成、提取、纯化等方面也扮演着重要的角色。
医药生产中，亲水性、疏水性等物质的合成和转化，通过境界界面催化技术和基于酶催化技术结合的生物催化工艺进行。
3. 化工工业生物催化在化工生产、环保等方面也得到了广泛的应用。
优良的化学特性为使生物催化在过程在工业生产中具备优势，而在环境保护领域，在废水处理、废气治理等同时发挥了重要作用。
生物催化技术通过提高传统化学方法的效率，降低副产品生成率，并能显著降低化工行业的资源消耗与环境污染。
三、生物催化技术发展目前，生物催化技术已经发展了多达上千种不同的化学反应，该技术的应用领域和成果日趋多样化和复杂化。
随着人们对环保和可持续发展的越来越认识和要求，化工过程的优化成为未来生物催化技术发展的主要方向。
目前，在国际上，生物催化工艺作为一种环保、低能耗、高效的新兴技术，受到广泛关注和重视。
总之，生物催化技术在现代化工、制药等产业，具有更加环保、高效、低成本的特点，已经成为一种热门的研究方向。
希望通过不断的技术创新，生物催化技术可以更好地应用于我们的生活和工作中，为我们创造更加便捷、高效的工作环境和生活品质。
生活中应用化工原理的例子
生活中应用化工原理的例子1. 肥料的制作和使用•化工原理：肥料的制作是通过化学合成或者物理处理，将具有提供植物所需营养元素的化合物制成固体或液体形式，以促进植物生长和增加产量。
•应用示例：–化学合成法制作尿素肥料：将氨气与二氧化碳通过高温高压合成尿素，尿素中的氮元素可以提供植物生长所需的养分。
–生物制作有机肥料：利用微生物的作用将有机废弃物进行堆肥，生成含有丰富有机物质的肥料，提供植物所需的营养。
2. 化妆品的制造•化工原理：化妆品的制造利用了化学合成、物理处理和生物技术等技术手段，将各种化学物质、天然提取物、香料等进行配方和加工，制成洗发水、面霜、口红等各种化妆品。
•应用示例：–洗发水的制造：化学原料如表面活性剂、防腐剂、增稠剂等与水进行混合和加热，经过乳化、稀释等工艺步骤，制成洗发水。
–口红的制造：将颜料、油脂、蜡等原料进行混合与加热，通过化学反应形成均匀的液体，经过冷却后制成固体口红。
3. 化纤纺织品的生产•化工原理：化纤纺织品的制造是通过将合成纤维通过纺丝、加工、染色等工艺步骤，制成各种纺织品，如聚酯纤维制成的衣物、尼龙纤维制成的袜子等。
•应用示例：–共聚纺丝工艺：将聚酯原料与其他添加剂混合，经过加热、提纺、冷却等步骤，使原料聚合成纤维，并通过拉伸、定型等工艺制成聚酯纤维。
–染色工艺：将纤维进行染色，通过化学反应将染料与纤维表面结合，使纺织品获得所需颜色。
4. 食品加工中的发酵•化工原理：食品加工中的发酵是利用微生物的作用，将食品原料经过适当的处理和培养条件，使其发生生化变化，产生新的风味、营养和保鲜效果。
•应用示例：–面包的发酵：将面粉、酵母、水等原料进行混合后，通过适当的温度和湿度，使酵母菌进行发酵，产生二氧化碳，使面团膨胀发酵，最终制成松软的面包。
–酸奶的发酵：将牛奶中加入乳酸菌，通过恰当的温度和时间，乳酸菌进行发酵分解乳糖，产生乳酸和其他有益物质，使牛奶变成酸奶。
5. 玻璃制品的生产•化工原理：玻璃制品的生产是通过化学反应将石英砂、碳酸盐等原料与辅助助剂经过熔融和成型等工艺步骤制成固态非晶体材料。
干货 化工厂常见的十四种设备结构及原理动态图解
应用：
发展节能产品、节能技术、节能工艺；发展少污染、无污染、低排放产品和工艺；促进低碳发展、循环经济；减少资源消耗、节约资源；保护生态。
5．离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。二、除尘设备，是指把粉尘从烟气中分离出来的设备，也叫除尘器。大家都有戴口罩的经历，口罩就是一种简易的过滤除尘设备。除尘设备的除尘机理很简单，它与口罩的除尘机理一样，是通过滤材料对烟气中飞灰颗粒的机械拦截来实现的。
简单，处理能力大，有相当高的分离效能，广泛应用于石油炼制工业和石油化工中。
四、阀门是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的装置是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止并能控制其流量的装置。阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。用于流体控制的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格繁多，阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达10m的工业管路用阀。可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、液态金属和放射性流体等各种类型流体地流动，阀门的工作压力可从
冷凝器：
用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内汽液两相间的接触传质得以进行。
十二、压缩机
压缩机：
将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝（放热）→膨胀→蒸发(吸热)的制冷循环。
851化工原理知识点总结
851化工原理知识点总结一、化工原理基础1、化工原理的定义化工原理是研究化工反应过程、化工设备与化工产品性能的科学。
化工原理学是将物理、化学、工程学和数学原理应用于化工反应过程研究及化工生产的学科。
2、化工反应过程化工反应过程是指物质在化学、物理或生物因素作用下发生变化的过程。
化工反应过程是化工生产的基础。
化工反应原理是全面了解各种原料的物理化学特性，选择工艺条件，确定设备型号和操作要点的基础。
3、化工设备化工设备是进行化学反应、分离、提纯和储存化工产品的机械或设备。
化工设备的主要功能包括：各种化工反应设备、蒸馏器、析取设备、萃取设备、结晶器、过滤设备、离心机、混合、搅拌设备、搬运储存设备。
4、化工产物化工产品是通过工程化工反应和设备工艺过程获得的化学产品。
化工产品对社会的生产和生活有重要作用。
二、化工反应动力学化工反应动力学是研究化工反应速率与反应机理的科学。
化工反应速率是量化描述反应物质浓度与时间的关系。
1、反应动力学理论反应动力学理论是化工原理基础，了解反应动力学理论对化工操作有重要的指导作用。
2、反应速率反应速率是化学物质浓度随时间变化的速率，描述了反应的快慢。
3、反应速率常数与反应级数反应速率常数是描述反应物质转化速率规律的常数，反应级数是衡量化学反应中各参与组分对反应速率的影响程度的方式。
4、反应速率与温度、压力、浓度的关系化工反应速率与温度、压力、浓度的关系是化工操作中需要注意的因素，温度、压力、浓度对反应速率有一定的影响。
5、反应活性能及影响反应活性是指单位时间内1mol反应物所消耗的能量，影响反应活性的因素包括温度、浓度、催化剂等。
6、反应动力学模型反应动力学模型是描述化学反应动力学过程的数学方程。
7、反应机理反应机理是描述反应过程中反应物质转化成产物的详细过程。
三、催化反应催化反应是通过催化剂加速化学反应的过程，催化反应是化工工程中常见的重要反应过程。
催化剂是一种能够降低反应活化能，加快化学反应速率的物质。
化工反应原理与设备(第二版)PPT杨西萍李倩主编 模块七
石油化学工程系
《专业技能取证实训》
一、生化反应器的类型
①按操作方式分
①间歇操作：适用对象，特点 ②连续操作：适用对象，特点
分
③半间歇操作：适用对象，特点
类
方 ②按反应器结构方式分：釜式、管式、塔式、膜式等
法
③按能量输入方式分：机械搅拌式、气体提升式、 液体喷射环流式等
石油化学工程系
《专业技能取证实训》
悬
按使 固 体 颗 粒
浮 的 方 式 分 类
①机械搅拌悬浮式 ②气体鼓泡搅拌淤浆反应器 ③三相流化床反应器 ④三相输送床反应器
⑤具有导流筒的内环流反应器
石油化学工程系
二、滴流床三相反应器
《专业技能取证实训》
①床层内为两相流体(气体和液体)
滴
流
②气液两相可以并流，也可以逆流，但在实际中
床
以并流操作为多数。
三
③流向的选择取决于物料处理量、热量回收以及
相
传质和化学反应的推动力。
反 应 器
④逆流时流速会受到液泛现象的限制，而并流 则无此限制，可以允许采用较大的流速。
特
⑤滴流床反应器一般都是绝热操作。如果是放
点
热反应，轴向有温升。为防止温度过高，一般
总是使气体或部分冷却后的产物循环。
石油化学工程系
《专业技能取证实训》
模块七: 其它反应《器专业简技介能取证实训》
目标要求： 1 了解气液固三相反应器、生化反应器、电化学 反应器和聚合反应器的分类和基本特征。 2 理解气液固三相反应器、生化反应器、电化学 反应器和聚合反应器中流体流动、传质与传热的 特点。 3 掌握常见气液固三相反应器、生化反应器、电 化学反应器和聚合反应器的特点和工业应用。
细胞生物反应器设备工艺原理
细胞生物反应器设备工艺原理细胞生物反应器是一种用于培养细胞生长和分裂的设备，具体包括反应器、控制系统、传感器、采样系统等组成。
设备构成细胞生物反应器主要由以下几个部分组成：反应器反应器一般应选用高透光的材质制作，如玻璃或者透明塑料。
反应器要具有良好的密闭性，可以防止氧气和废气的泄漏，同时也可以保证细胞培养过程中不会受到外界环境的干扰。
控制系统控制系统主要是用于控制反应器中温度，pH值，营养成分等因素的影响。
这个系统是由生物反应器和电子系统两个部分组成，它们一起负责控制反应温度、压力、搅拌速度、通风速度、液位高度和营养成分等参数。
传感器传感器可以实时监测反应器中的温度、氧气含量、pH值和细胞数量等参数，并通过串口传输到计算机进行记录和处理，同时也可以通过控制系统进行调整。
采样系统采样系统主要是用于在细胞培养过程中采集样本，用于后续分析和检测。
主要工艺过程细胞生物反应器的工艺过程主要包括以下几个步骤：培养基预处理细胞生物反应器使用的培养基必须严格消毒处理，以避免细菌和病毒的污染。
同时还要根据细胞类型和培养需求进行培养基的配方和调整，以保证细胞培养过程中的营养需要得到满足。
细胞接种和培养将处理好的培养基注入反应器中，然后将细胞接种于培养基中，开始进行细胞培养。
在这个过程中，需要根据细胞类型和培养需求设定适当的温度、通风和搅拌速度等参数，并进行实时监测，以保证培养环境的稳定。
生产后处理细胞生物反应器中的细胞不断生长和分裂，最终形成大量细胞，需要进行后续处理。
一般包括细胞分离、提取重要的代谢产物、蛋白质纯化等步骤，以满足后续实验或者生产的需求。
总结细胞生物反应器是一种机械化控制下的细胞培养设备，在细胞培养领域中有着广泛的应用。
通过对反应器的组成和主要工艺过程的了解，我们可以更好的利用这种设备进行细胞培养和生产，同时可以对其进行优化和改进，以满足不同的研究和生产需求。
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《生物化工原理与设备》课程教学大纲
胡道伟鲁明波邬建国
一、课程名称：生物化工原理与设备
Principle and equipment of Biochemical Engineering
二、课程编码：
三、学时与学分：48/3
四、先修课程：
五、课程教学目标
通过本课程的学习，掌握生物化工生产中有关单元操作的基本原理和方法，为生物技术产品研究开发打下工程学的基础。
六、适用学科专业：
生物技术
七、基本教学容与学时安排
●绪论（2学时）
生物技术与生物化工的关系
生物化工过程及其有关的单元操作
本课程的容，性质及任务
本课程常用的有关基本概念、物理量的单位及换算
●流体流动（2学时）
流体静力学的基本方程式
流体的密度
流体的静压强
流体静力学基本方程式
流体静力学基本方程式的应用
●管流体流动的基本方程式（2学时）流体的流量与流速
定态流动与非定态流动
流动的连续性方程
管道流动的能量衡算式——柏努利方程柏努利方程的应用
●真实流体的性质（2学时）
牛顿粘性定律及流体的粘性
非牛顿型流体
流动类型及雷诺准数
生物流体的非牛顿粘性——流变学基础常用的粘度测定方法
●管真实流体的流动（2学时）
圆管流体的切应力分布
流体在圆管的速度分布
流动边界层的概念
流动阻力与管路计算
流体在直管中的流动阻力
管路中的局部阻力
管路系统中的能量损失
管路的计算
流量测量
●流体输送机械（2学时）
离心泵
离心泵的结构及工作原理
离心泵的性能指标
离心泵的特性曲线及工作点调节气蚀现象及安装高度
●往复泵（2学时）
其他类型泵
通风机，鼓风机，压缩机，真空泵●机械分离概述（2学时）
生物化工生产中的分离操作
非均相混合物的机械分离
颗粒及颗粒床层的特性
沉降
沉降过程中颗粒的受力分析
沉降速度
重力沉降及设备
离心沉降及离心分离因数
离心沉降设备
●过滤（2学时）
过滤的基本概念
过滤基本方程
恒压过滤
过滤常数的测定
过滤设备
生物化工生产及制药行业的空气过滤净化●传热的基本概念（2学时）
传热的基本方式
传热过程中流体的热交换方式
间壁换热器
载热体及其选择
热传导
热传导和傅立叶定律
导热系数
跨平壁的热传导
跨圆筒壁的热传导
●对流传热（2学时）
对流传热速率方程及对流传热系数
对流传热机理
保温层的临界直径
●传热计算（2学时）
对流传热过程中的能量衡算
总传热速率方程和总传热系数
平均温度差法
对流传热的系数关联式
●换热器（2学时）
间壁式换热器的类型
列管式换热器
生化反应过程中的温度控制
●蒸馏（2学时）
双组分溶液的气液相平衡
两组分理想物系的气液平衡
两组分非理想物系的气液平衡
蒸馏与精馏原理
蒸馏及精馏原理和过程
精馏操作流程及条件
●双组分连续精馏的分析与计算（2学时）理论板的概念及恒摩尔流假定
物料衡算和操作线方程
进料热状况的影响
●理论板层数的求法（2学时）
回流比的影响及其选择
连续精馏过程的热量衡算
●其他蒸馏方式（2学时）
简单蒸馏
平衡蒸馏
●液－液萃取（2学时）
萃取的基本概念
组成在三角形相图上的表示方法
液－液相平衡关系在三角形相图上的表示萃取过程在三角形相图上的表示
萃取操作在生物化工生产上的应用
●萃取操作的流程和计算（2学时）
单级萃取的计算
多级错流接触萃取的计算
●多级逆流接触萃取的计算（2学时）萃取设备
混合－澄清槽
塔式萃取设备
离心萃取设备
萃取设备的选择
●超临界萃取（2学时）
什么是超临界萃取
超临界萃取的流程分析
超临界萃取在生物分离过程中的应用●干燥概述（2学时）
湿空气的性质及湿度图
湿空气的性质
湿空气的湿焓图
干燥过程的物料衡算和热量衡算
湿物料中含水量的表示方法
干燥过程的物料衡算
干燥过程的热量衡算
空气通过干燥器时的状态变化
●干燥速率和干燥时间（2学时）
干燥过程中的平衡关系及速率关系
干燥时间的计算
干燥设备
干燥器的主要型式
干燥器的选择及设计
冷冻干燥
冷冻干燥的基本原理
冷冻干燥的流程及设备
冷冻干燥在生物制品生产过程中的应用●膜分离技术（2学时）
膜分离过程简介
膜分离过程的主要传递机理
膜分离装置与工艺
膜分离技术的应用
八、教材及参考书
化工原理,（上，下册），玉英主编，天津大学，1999年九、考核方式：开卷考试。