高等學校專業教材：生物工程設備（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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梁世中 編

圖書標籤:

• 生物工程
• 生物工程設備
• 專業教材
• 高等教育
• 工科
• 設備工程
• 生物技術
• 第二版
• 儀器儀錶
• 工程技術

齣版社： 中國輕工業齣版社

ISBN：9787501976430

版次：2

商品編碼：10513596

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2011-01-01

用紙：膠版紙

頁數：579

字數：866000

正文語種：中文

內容簡介

生物工程技術發展一日韆裏，近幾年來相應的生物發酵工程技術與設備又有新的發展進步。為此決定修訂本教材，刪除瞭過時的或繁瑣的章節內容，增加瞭先進的技術、設備介紹，第二版增加瞭生物工程工廠能源與動力設備、生物工程工廠清潔生産兩章，使本教材更具科學性和實用性。希望能更好地滿足生物工程、生物技術以及製藥工程、食品科學與工程、化學工程與工藝等有相關專業的師生參考與學習的需求，當然，本教材也可供從事生物工程技術及相關領域的研究生、科技工作者和工程技術人員參考應用。

目錄

第一篇 生物反應器
第一章 生物反應器設計基礎
第一節 生物反應器的化學計量基礎
第二節 生物反應器的生物學基礎
第三節 生物反應器的質量傳遞
第四節 生物反應器的熱量傳遞
第五節 生物反應器的剪切力問題
第二章 通氣發酵設備
第一節 機械攪拌通氣發酵罐
第二節 氣升式發酵罐
第三節 自吸式發酵罐
第四節 通氣固相發酵設備
第五節 其他類型的通氣發酵反應器簡介
第三章 嫌氣發酵設備
第一節 酒精發酵設備
第二節 啤酒發酵設備
第三節 連續發酵
第四章 植物細胞（組織）和動物細胞培養反應器
第一節 植物細胞（組織）培養反應器
第二節 動物細胞培養反應器
第三節 微藻培養反應器
第五章 生物反應器的檢測及控製
第一節 生化過程主要檢測的參變量
第二節 生化過程常用檢測方法及儀器
第三節 生物傳感器的研究開發與應用
第四節 生化過程控製概論
第六章 生物反應器的比擬放大
第一節 生物反應器的放大目的及方法
第二節 通氣發酵罐的放大設計

第二篇 生物反應物料處理及産物分離純化設備
第一章 物料處理與培養基製備
第一節 固體物料的處理與粉碎設備
第二節 液體培養基的製備及滅菌設備
第二章 過濾、離心與膜分離設備
第一節 過濾速度的強化
第二節 過濾設備
第三節 離心分離設備
第四節 膜分離設備
第三章 萃取與色譜分離設備
第一節 萃取分離方法及設備
第二節 離子交換分離原理及設備
第三節 吸附分離方法及設備
第四節 色譜分離方法及設備
第四章 蒸發與結晶設備
第一節 常壓與真空蒸發設備
第二節 結晶設備
第五章 乾燥設備
第一節 物料乾燥過程及生物製品乾燥的特點
第二節 非絕熱乾燥設備
第三節 絕熱乾燥設備
第四節 冷凍乾燥及其他乾燥設備
第六章 蒸餾設備
第一節 蒸餾分離提純原理
第二節 酒精蒸餾流程
第三節 粗餾塔
第四節 精餾塔

第三篇 輔助係統設備和清潔生産
第一章 空氣淨化除菌與空氣調節
第一節 空氣淨化除菌的方法與原理
第二節 空氣介質過濾除菌設備及計算
第三節 生物工業生産的空氣調節
第二章 設備和管道的清洗與殺菌
第一節 生物工業加工設備和管道的清潔與殺菌的目的和意義
第二節 常用清洗劑、清洗方法及設備
第三節 設備及管路的殺菌
第四節 方便清洗消毒的設備及管路管件的設計
第三章 生物工程工廠能源與動力設備
第一節 生物工程工廠供水係統
第二節 生物工程工廠供電係統
第三節 發酵工廠潔淨蒸汽係統設備
第四節 發酵工廠潔淨製冷係統設備
第四章 生物工程工廠清潔生産
第一節 清潔生産概述
第二節 清潔生産中節能節水方案實施
第三節 廢液處理
第四節 固體廢物處理
第五節 廢棄資源的綜閤利用
第六節 生物工程工廠清潔生産示例
附錄

精彩書摘

生物反應器（bioreactor）是指以活細胞或酶為生物催化劑進行細胞增殖或生化反應提供適宜環境的設備，可分為細胞反應器和酶反應器兩大類。生物反應器種類很多，已廣泛用於發酵食品、藥品、環保等方麵。從生物反應過程說，發酵過程用的反應器稱為發酵罐；酶反應過程用的反應器則稱為酶反應器。另一些專為動植物細胞大量培養用的生物反應器，專稱為動植物細胞培養裝置。生物反應器中的物質、能量和熱量轉換與反應器的結構和內部裝置密切相關，換句話說，生物反應器的結構對生物反應的産品質量、收率（轉化率）和能耗起到關鍵作用。與化學反應器的主要不同點是生物（酶除外）反應都以“自催化”方式進行，即在目的産物生成的過程中生物自身要生長繁殖。因此，生物反應器的設計必須以生物體為中心，這就要求設計者既要有化學工程的知識，又要有生物學的基礎。設計工程師除瞭考慮反應器的傳質、傳熱等性能以外，還需要選擇適宜的生物催化劑，這包括瞭解産物在生物反應的哪一階段大量生成、適宜的pH和溫度，是否好氧和易受雜菌汙染等；生物體是活體，生長過程可能受到剪切力影響，也可能發生凝聚成為顆粒，或因自身産氣或受通氣影響而漂浮於液麵；材料的選擇能確保無菌操作的設計；檢驗與控製裝置的可靠性、安全性、經濟性等。總之，生物反應器的設計原理是基於強化傳質、傳熱等操作，將生物體活性控製在最佳條件，降低總的操作費用。
生物反應器的設計也因反應的目的不同而有所區彆。生物反應的目的可歸納為幾種：一是生産細胞，二是收集細胞的代謝産物，三是直接用酶催化得到所需産物。最初的生物反應器主要是用於微生物的培養或發酵，隨著生物技術的不斷深入和發展，它已被廣泛用於動植物細胞培養、組織培養、酶反應等場閤。

前言/序言

　　現代生物技術的發展，已經成為人類徹底認識與改造自然界，剋服自身所麵臨的人口膨脹、糧食短缺、環境汙染、疾病危害、能源和資源短缺、生態平衡破壞等一係列重大問題的可靠手段和工具。世界各主要經濟強國都把生物技術確定為21世紀經濟與科技發展的關鍵技術，生物經濟正在成為繼信息産業之後知識經濟的新代錶。
　　生物工程技術是當今最活躍、發展最迅速的、最重要的工程技術之一，在解決糧食安全、提高人類健康水平、促進綠色製造、改善資源環境、緩解能源壓力、保障國傢安全等領域有著舉足輕重的作用。生物技術以基因工程為先導，結閤發酵工程、酶工程和生化工程等工程技術，構成瞭現代生物技術。生物工程設備則是生物工程技術和化學工程與設備交叉的結閤體。
　　縱觀國內外，有關生物工程設備的著作與教材甚少。其中，我國齣版的有關教材隻有寥寥數本，其中的代錶作就是20世紀70年代末齣版的由高孔榮教授主編的《發酵工程設備》，後於1991年改名為《發酵設備》。21世紀初，全國生物工程（原來稱發酵工程）教學指導小組與中國輕工業齣版社決定組織編寫《生物工程設備》，經華南理工大學、天津科技大學、西北科技大學等單位的有關教授通力閤作，於2002年初由中國輕工業齣版社在全國發行，受到瞭廣大讀者的好評。但生物工程技術發展一日韆裏，近幾年來相應的生物發酵工程技術與設備又有新的發展進步。為此決定修訂本教材，刪除瞭過時的或繁瑣的章節內容，增加瞭先進的技術、設備介紹，第二版增加瞭生物工程工廠能源與動力設備、生物工程工廠清潔生産兩章，使本教材更具科學性和實用性。希望能更好地滿足生物工程、生物技術以及製藥工程、食品科學與工程、化學工程與工藝等有相關專業的師生參考與學習的需求，當然，本教材也可供從事生物工程技術及相關領域的研究生、科技工作者和工程技術人員參考應用。
　　本教材分成三篇共16章，各章的編寫具體分工為：天津科技大學譚國民編寫第二篇第一章 和第六章 ；陝西科技大學陳閤編寫第二篇第二章 、第三章 和第五章 ；河南工業大學王平諸編寫第二篇第四章 ；華南理工大學吳振強編寫第一篇第一章 和第三篇第三章 ，浦躍武編寫第一篇第三章 和第三篇第四章 ，鄭穗平編寫第一篇第四章 ，王菊芳編寫第三篇第一章 ，硃明軍編寫第一篇第五章 和第三篇第二章 ，梁世中編寫第一篇第二章 和第六章 ，並擔任全書的主編。
　　本書的修編，得到中國輕工業齣版社等及有關單位的領導、專傢和編審人員的支持，幾位作者部分的研究生參加瞭資料查閱整理、圖錶製作和打印等工作，在此一並緻以衷心的感謝。

《現代化工過程控製與優化技術》 內容簡介 本書係統、深入地闡述瞭現代化工生産過程中涉及的控製理論、先進控製策略、過程優化技術以及這些技術在實際工業係統中的應用。全書內容緊密結閤化工行業的實際需求，旨在為讀者提供一套全麵、實用的化工過程自動化與優化解決方案。 第一部分：化工過程控製基礎與經典控製 本部分首先迴顧瞭化工過程的基本特性，如時滯、非綫性和不確定性，為後續復雜控製理論的學習奠定基礎。隨後，詳細介紹瞭經典控製理論的核心內容。 1. 化工過程動態特性分析： 深入探討瞭化工單元操作（如反應器、精餾塔、換熱器）的機理建模方法，包括一階慣性加時滯模型、傳遞函數和狀態空間錶示法。重點分析瞭化工過程中的常見動態挑戰，如串級控製帶來的耦閤效應和放大效應。 2. 經典反饋控製設計： 詳盡闡述瞭PID控製器的設計、整定與改進。內容涵蓋瞭Ziegler-Nichols法、反鎖相分析法等經典整定方法，並引入瞭基於模型的精確整定技術。針對工業現場常見的性能不佳和控製難題，探討瞭PID參數的在綫自整定和增量式控製策略。此外，本書還對前饋控製、比值控製、串級控製等先進經典控製結構進行瞭深入分析，並給齣瞭它們在化工裝置（如精餾塔的側綫采齣和迴流控製）中的具體應用案例和工程實現考量。 3. 過程辨識與模型獲取： 強調瞭準確過程模型對於先進控製設計的重要性。係統介紹瞭時間域和頻率域的係統辨識方法，包括階躍響應法、最小二乘法等參數估計技術。重點講解瞭如何處理工業數據中的噪聲和輸入信號的限製，以及模型階次的確定和模型驗證的標準。 第二部分：先進過程控製（APC）技術 本部分是本書的核心，聚焦於解決經典PID控製難以應對的多變量、強耦閤、約束優化等復雜控製問題。 1. 模型預測控製（MPC）的理論與實踐： 核心原理： 詳細解析瞭MPC的滾動優化原理、預測模型的使用、控製律的求解過程以及約束處理機製。對比瞭LTI（綫性時不變）MPC和NLMPC（非綫性MPC）的基本差異和適用場景。 步進式推導： 從經典的動態矩陣控製（DMC）和全互役控製（FQH）齣發，逐步推導齣基於奇異值分解（SVD）的二次規劃（QP）求解方法，確保控製器的穩定性和計算效率。 應用拓展： 重點闡述瞭如何將MPC應用於大型化工裝置，如乙烯裂解爐的溫度分布控製、大型閤成氨裝置的聯箱壓力和組分控製。討論瞭模型失配（Model Mismatch）對MPC性能的影響及魯棒性設計策略。 2. 強耦閤係統的解耦控製： 針對精餾塔、反應精餾等強相互作用係統，係統介紹瞭逆解耦和前饋解耦技術。詳細分析瞭內環反饋解耦和動態矩陣解耦的區彆，並給齣瞭使用對角綫/非對角綫矩陣進行實時計算和補償的流程。 3. 魯棒控製與自適應控製： 探討瞭在化工過程參數存在不確定性或發生顯著漂移時，如何保證控製係統的性能和穩定性。引入瞭H-infinity（$H_{infty}$）控製的設計理念，用於處理外部乾擾和模型誤差。對於催化劑失活等導緻的參數時變問題，詳細講解瞭基於誤差模型和基於參考模型的自適應控製（MRAC）策略，包括如何安全地在綫切換和更新控製器參數。 第三部分：化工過程優化與集成 本部分將控製係統提升到操作效益最大化的層麵，關注於過程的經濟性運行。 1. 靜態與動態優化基礎： 區分瞭靜態優化（確定最佳操作點）和動態優化（過程軌跡優化）。係統介紹瞭拉格朗日乘數法、KKT條件等在確定最優操作點（如最大收率、最低能耗）中的應用。 2. 實時優化（RTO）係統： RTO是連接過程控製層和企業決策層的關鍵技術。本書詳細描述瞭RTO係統的架構，包括數據采集與預處理、在綫過程模型修正、優化求解器（如內點法、序列二次規劃SQP）的集成。重點討論瞭如何將RTO的優化結果安全、平滑地轉化為目標設定值（Setpoints）下發給APC層，實現“軟約束”到“硬約束”的有效過渡。 3. 能量集成與過程強化（PF）的控製挑戰： 結閤新興的PF技術（如微反應器、反應精餾），分析瞭其帶來的快速動態和嚴格的溫度/濃度梯度控製需求。探討瞭先進控製在熱集成網絡（如Pinch分析結果的動態維護）中的應用，以實現全廠範圍內的能源效率優化。 第四部分：工業實施與軟件工具 本部分聚焦於理論嚮工程實踐的轉化。 1. 工業自動化係統集成： 簡要介紹瞭現代工廠的DCS（集散控製係統）和PLC的架構，以及如何通過OPC UA等標準協議實現控製算法與操作層麵的數據交互。 2. 仿真與虛擬調試： 強調瞭在實際部署前，使用高保真度仿真環境（如Aspen Plus或MATLAB/Simulink）進行控製策略的驗證和魯棒性測試的重要性。提供瞭在仿真環境中構建高精度非綫性動力學模型的方法。 3. 故障診斷與安全互鎖： 討論瞭基於模型的（如殘差分析）和基於信號的故障檢測與隔離（FDI）方法。同時，闡述瞭如何將先進控製策略與SIS（安全儀錶係統）進行邏輯隔離，確保控製係統優化操作的安全性。 總結： 本書綜閤瞭過程係統工程、自動控製理論和化工熱力學等多個學科的知識，旨在培養讀者從係統層麵理解和設計復雜化工過程控製與優化方案的能力。案例豐富，理論嚴謹，是化工、化學工程、過程控製等相關專業研究生及一綫工程師的理想參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常吸引人，沉穩的藍色搭配簡潔的白色字體，一眼就能感受到這是一本學術嚴謹的專業教材。翻開書頁，紙張的質感也很好，厚實而光滑，印刷清晰，排版閤理，即使長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。目錄部分非常詳盡，涵蓋瞭生物工程設備領域的方方麵麵，從基礎的原理到具體的應用，都有條不紊地展開。我尤其對其中關於發酵罐設計與操作的部分感到好奇，這部分的內容在我的本科學習中接觸不多，希望能通過這本書獲得更深入的瞭解，掌握其關鍵的設計理念和優化策略。同時，我也注意到書中有大量的圖錶和公式，這對於理解復雜的工程原理非常有幫助，期待能夠通過這些可視化信息，將抽象的概念具象化，更好地掌握生物工程設備的核心知識。整體而言，這本書給我的第一印象是專業、全麵，並且對細節的處理十分到位，這讓我對接下來深入的學習充滿期待，相信它能為我的專業知識體係打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在生物製藥公司工作的初級工程師，一直在尋找一本能夠幫助我提升實際操作技能和理論知識的參考書。《生物工程設備（第2版）》這本書的信息量無疑是巨大的，我初步瀏覽瞭一下，發現它涉及瞭從細胞培養到下遊分離的各種關鍵設備。我特彆關注瞭其中關於純化設備的部分，比如層析柱的設計原理、填料的選擇以及操作參數的優化，這些都是我們在實際生産中經常遇到的難題。書中的描述似乎非常詳盡，並配有大量的案例分析，這對於我來說是非常寶貴的。我希望通過閱讀這本書，能夠更深入地理解這些設備的工作機製，學習如何根據不同的生物分子特性來選擇和設計最閤適的純化方案，從而提高産品的收率和純度。此外，對於設備維護和故障排除的章節，我也抱有很大的期望，因為這直接關係到生産的穩定性和效率，能夠掌握這些知識，無疑會大大提升我在工作中的價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，它不僅僅是一本教材，更像是一本值得反復研讀的工具書。我的專業背景相對較弱，在接觸到一些專業性強的課程時，常常感到力不從心。《生物工程設備（第2版）》這本書的語言風格相對嚴謹，但同時也注重概念的清晰闡述，這對於我這樣的初學者來說非常友好。我特彆喜歡書中對每一個設備原理的解釋，通常會先從基礎的物理化學原理講起，然後再深入到具體的設計細節和操作要領，這種循序漸進的講解方式讓我能夠逐步理解和消化。此外，書中還穿插瞭一些對行業發展趨勢的分析，這讓我能夠對生物工程設備在未來發展方嚮有一個大緻的瞭解。我相信，通過認真學習這本書，我能夠大大彌補我在專業知識上的不足，為我未來在該領域的學習和發展奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名多年的生物工程實踐者，我深知理論與實踐相結閤的重要性。《生物工程設備（第2版）》這本書，從我的角度來看，是一本非常務實的著作。它並沒有停留在純粹的理論堆砌，而是將復雜的工程原理與實際應用緊密結閤。例如，我在工作中經常會遇到關於滅菌和消毒設備的選擇與操作的問題，書中對不同滅菌方法的原理、適用範圍以及操作細節的闡述，都非常到位，並且還列舉瞭一些實際案例，這對於我日後的工作具有很強的指導意義。此外，書中的一些章節還探討瞭設備的安全性和環保性，這在當前日益強調綠色生産和可持續發展的背景下，顯得尤為重要。我相信，通過學習這本書，我能夠更全麵地認識生物工程設備在整個生産流程中的作用，並不斷優化我的工作方法，以提高整體的生産效率和産品質量。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來瞭一種全新的學習體驗。我是一名即將畢業的研究生，正在為畢業論文尋找相關的技術支持和理論依據。在閱讀《生物工程設備（第2版）》的過程中，我被其深度和廣度所震撼。書中對於一些前沿的生物反應器設計，如連續流反應器和微流控反應器，有著非常深入的探討，這為我的研究提供瞭重要的思路。我尤其對書中關於設備放大（scale-up）問題的論述非常感興趣，這是一個在科研成果走嚮工業化生産過程中至關重要但又充滿挑戰的環節。書中詳細分析瞭從實驗室規模到工業規模過程中可能遇到的各種工程問題，並提供瞭相應的解決方案和優化方法，這對於我正在進行的課題研究非常有啓發性。我期待能夠從中汲取養分，為我的論文撰寫提供堅實的理論支撐，也為我未來在生物工程領域的職業發展打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

不錯，京東信的過 不錯，京東信的過

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不錯，京東信的過 不錯，京東信的過

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非常好的一本書，喜歡！

評分☆☆☆☆☆

速度比較快！速度比較快！

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掃盲，掃盲，掃盲，掃盲

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非常好的一本書，喜歡！

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

寄來的書的邊角有點爛，這是快遞的原因？還是商傢的原因？

評分☆☆☆☆☆

不錯，京東信的過 不錯，京東信的過