生物加工过程与设备

生物技术是探索生命现象和生物物质的运动规律，并利用生物体的机能或模仿生物体的机能进行物质生产，为社会服务的一门技术，是21世纪最活跃、发展最迅速的科学技术之一，它将为解决人类面临的能源、资源、健康、环境、粮食等问题开辟新的途径，对促进医药、食品、化工、材料、农牧渔业、环境保护等国民经济重要领域的发展有着举足轻重的作用。近年来，人们已经认识到现代生物技术的发展离不开化学工程技术，如生物质原料的处理、生物反应器的设计、生物产物的分离纯化等都会用到化学工程的原理和方法及技术，由此，结合生物技术和化学工程的生物加工过程应运而生。生物技术发展的最终目标是造福人类，取得相应的经济效益和社会效益，因此，随着生物技术的迅速发展，作为生物技术实现产业化的关键技术之一——生物加工过程与设备的研究开发日益受到各方面的重视和关注，已成为生物技术的一个十分重要的领域。
生物技术是国家重点发展的高新技术，国内的许多高校都设立了生物工程专业，生物工程设备是该专业的一门必修课。尽管，现代社会的信息来源具有多样性，但教材和参考书仍然是学生获得知识和教师传授知识的良好载体。编写本书的目的之一是为生物工程、生物技术、食品工程、制药工程等专业提供一本实用的教材和参考书。
近年来，生物工程技术已经取得了令人瞩目的巨大成就和发展，与此相对应，生物加工过程与设备的技术进步也日益明显。为进一步促进生物加工过程与设备的发展，满足生物工程技术的教学科研和产品开发生产的需要，本书对国内外生物加工过程与设备的基本内容和最新发展做了阐述和总结。愿本书能对我国的生物加工产业的发展有积极作用。
本书由郑裕国、薛亚平、金利群、张勇、王志江、郑仁朝、张建芬、廖春燕、董华平、卢志明等同志编写，研究生徐建妙、徐亚蓉、吴明火、陈静、蔡谦为本书查阅了资料，王文峰、程建、屠国根、任小景等为本书绘制了全部插图。在全书的编写过程中，得到了中国工程院院士、浙江工业大学校长沈寅初教授的悉心指导和热情鼓励，也得到了浙江工业大学领导和教师的大力支持，还得到了浙江工业大学绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地的关心和支持。在全书的构思、编写、修改、审阅、出版等众多环节中，得到了化学工业出版社的大力支持和指导。在此，编者对所有关心、指导、帮助和支持本书出版的前辈、同仁和朋友们表示深切的谢意。
由于编者的水平和经验有限，书中难免存在不当和遗漏之处，敬请读者批评和指正。

编者200４年春于浙江工业大学·杭州

本书以进行生物加工过程分析和设备设计与选型的需要为目的，系统阐述了生物加工过程的基本原理，对生物工程设备的作用、设计计算、选型和结构特点进行了详细讨论，内容包括在生物工程技术中从原料处理、生物反应到生物产品提取纯化等一系列操作过程与设备。本书力求理论与实践密切结合，突出重点，并反映生物加工过程与设备的国内外最新进展。

第一章生物质原料处理过程与设备1
第一节生物质原料筛选与分级1
第二节生物质原料的粉碎6
第三节生物质原料固体间的混合20
第二章生物细胞培养基制备过程与设备24
第一节液体培养基的灭菌24
第二节淀粉质原料的蒸煮与糖化34
第三节纤维素和半纤维素的水解44
第四节糖蜜原料的稀释与澄清51
第五节啤酒生产中麦芽汁的制备设备54
第六节淀粉水解制糖60
第七节固体培养基制备67
第三章物料输送过程与设备73
第一节液体输送设备73
第二节气体输送设备79
第三节固体输送设备83
第四章空气供给工程102
第一节空气除菌过程与设备102
第二节生物加工过程的空气调节124
第五章生物反应器设计基础141
第一节生物反应过程模型简介141
第二节生物反应过程的剪切力147
第三节生物反应器的传质问题150
第四节生物反应器的混合156
第五节生物反应器的操作方式159
第六章生物反应器结构与设计计算168
第一节机械搅拌式生物反应器168
第二节气升式生物反应器177
第三节鼓泡塔生物反应器184
第四节膜生物反应器191
第五节酶生物反应器200
第六节固定化生物反应器206
第七节固态发酵生物反应器213
第八节动物细胞培养生物反应器229
第九节植物细胞培养生物反应器238
第十节微藻培养生物反应器244
第十一节嫌气发酵生物反应器249
第七章生物反应器的放大与控制259
第一节生物反应器的放大259
第二节生物反应器的参数检测264
第三节控制理论与应用281
第八章细胞破碎与料液分离过程设备286
第一节细胞破碎设备286
第二节固液分离设备288
第三节膜分离技术与设备302
第九章萃取过程与设备313
第一节液液萃取分离过程与设备313
第二节双水相萃取322
第三节固液萃取方法与设备330
第四节超临界萃取过程与设备334
第十章离子交换、吸附与色谱分离设备342
第一节离子交换过程原理与设备342
第二节吸附过程原理及设备360
第三节色谱原理与设备372
第十一章蒸发与结晶398
第一节蒸发398
第二节结晶415
第十二章蒸馏过程与设备424
第一节蒸馏424
第二节分子蒸馏442
第三节水蒸气蒸馏447
第十三章干燥过程与设备458
第一节气流干燥458
第二节喷雾干燥464
第三节沸腾干燥与沸腾造粒干燥472
第四节真空干燥和真空冷冻干燥477
第十四章生物工程压力容器485
第一节概述485
第二节压力容器的材料488
第三节内压薄壁容器设计494
附录508
参考文献511