高等学校专业教材：生物工程设备（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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梁世中 编

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• 仪器仪表
• 工程技术

出版社： 中国轻工业出版社

ISBN：9787501976430

版次：2

商品编码：10513596

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-01-01

用纸：胶版纸

页数：579

字数：866000

正文语种：中文

内容简介

生物工程技术发展一日千里，近几年来相应的生物发酵工程技术与设备又有新的发展进步。为此决定修订本教材，删除了过时的或繁琐的章节内容，增加了先进的技术、设备介绍，第二版增加了生物工程工厂能源与动力设备、生物工程工厂清洁生产两章，使本教材更具科学性和实用性。希望能更好地满足生物工程、生物技术以及制药工程、食品科学与工程、化学工程与工艺等有相关专业的师生参考与学习的需求，当然，本教材也可供从事生物工程技术及相关领域的研究生、科技工作者和工程技术人员参考应用。

目录

第一篇 生物反应器
第一章 生物反应器设计基础
第一节 生物反应器的化学计量基础
第二节 生物反应器的生物学基础
第三节 生物反应器的质量传递
第四节 生物反应器的热量传递
第五节 生物反应器的剪切力问题
第二章 通气发酵设备
第一节 机械搅拌通气发酵罐
第二节 气升式发酵罐
第三节 自吸式发酵罐
第四节 通气固相发酵设备
第五节 其他类型的通气发酵反应器简介
第三章 嫌气发酵设备
第一节 酒精发酵设备
第二节 啤酒发酵设备
第三节 连续发酵
第四章 植物细胞（组织）和动物细胞培养反应器
第一节 植物细胞（组织）培养反应器
第二节 动物细胞培养反应器
第三节 微藻培养反应器
第五章 生物反应器的检测及控制
第一节 生化过程主要检测的参变量
第二节 生化过程常用检测方法及仪器
第三节 生物传感器的研究开发与应用
第四节 生化过程控制概论
第六章 生物反应器的比拟放大
第一节 生物反应器的放大目的及方法
第二节 通气发酵罐的放大设计

第二篇 生物反应物料处理及产物分离纯化设备
第一章 物料处理与培养基制备
第一节 固体物料的处理与粉碎设备
第二节 液体培养基的制备及灭菌设备
第二章 过滤、离心与膜分离设备
第一节 过滤速度的强化
第二节 过滤设备
第三节 离心分离设备
第四节 膜分离设备
第三章 萃取与色谱分离设备
第一节 萃取分离方法及设备
第二节 离子交换分离原理及设备
第三节 吸附分离方法及设备
第四节 色谱分离方法及设备
第四章 蒸发与结晶设备
第一节 常压与真空蒸发设备
第二节 结晶设备
第五章 干燥设备
第一节 物料干燥过程及生物制品干燥的特点
第二节 非绝热干燥设备
第三节 绝热干燥设备
第四节 冷冻干燥及其他干燥设备
第六章 蒸馏设备
第一节 蒸馏分离提纯原理
第二节 酒精蒸馏流程
第三节 粗馏塔
第四节 精馏塔

第三篇 辅助系统设备和清洁生产
第一章 空气净化除菌与空气调节
第一节 空气净化除菌的方法与原理
第二节 空气介质过滤除菌设备及计算
第三节 生物工业生产的空气调节
第二章 设备和管道的清洗与杀菌
第一节 生物工业加工设备和管道的清洁与杀菌的目的和意义
第二节 常用清洗剂、清洗方法及设备
第三节 设备及管路的杀菌
第四节 方便清洗消毒的设备及管路管件的设计
第三章 生物工程工厂能源与动力设备
第一节 生物工程工厂供水系统
第二节 生物工程工厂供电系统
第三节 发酵工厂洁净蒸汽系统设备
第四节 发酵工厂洁净制冷系统设备
第四章 生物工程工厂清洁生产
第一节 清洁生产概述
第二节 清洁生产中节能节水方案实施
第三节 废液处理
第四节 固体废物处理
第五节 废弃资源的综合利用
第六节 生物工程工厂清洁生产示例
附录

精彩书摘

生物反应器（bioreactor）是指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，可分为细胞反应器和酶反应器两大类。生物反应器种类很多，已广泛用于发酵食品、药品、环保等方面。从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。生物反应器中的物质、能量和热量转换与反应器的结构和内部装置密切相关，换句话说，生物反应器的结构对生物反应的产品质量、收率（转化率）和能耗起到关键作用。与化学反应器的主要不同点是生物（酶除外）反应都以“自催化”方式进行，即在目的产物生成的过程中生物自身要生长繁殖。因此，生物反应器的设计必须以生物体为中心，这就要求设计者既要有化学工程的知识，又要有生物学的基础。设计工程师除了考虑反应器的传质、传热等性能以外，还需要选择适宜的生物催化剂，这包括了解产物在生物反应的哪一阶段大量生成、适宜的pH和温度，是否好氧和易受杂菌污染等；生物体是活体，生长过程可能受到剪切力影响，也可能发生凝聚成为颗粒，或因自身产气或受通气影响而漂浮于液面；材料的选择能确保无菌操作的设计；检验与控制装置的可靠性、安全性、经济性等。总之，生物反应器的设计原理是基于强化传质、传热等操作，将生物体活性控制在最佳条件，降低总的操作费用。
生物反应器的设计也因反应的目的不同而有所区别。生物反应的目的可归纳为几种：一是生产细胞，二是收集细胞的代谢产物，三是直接用酶催化得到所需产物。最初的生物反应器主要是用于微生物的培养或发酵，随着生物技术的不断深入和发展，它已被广泛用于动植物细胞培养、组织培养、酶反应等场合。

前言/序言

　　现代生物技术的发展，已经成为人类彻底认识与改造自然界，克服自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、疾病危害、能源和资源短缺、生态平衡破坏等一系列重大问题的可靠手段和工具。世界各主要经济强国都把生物技术确定为21世纪经济与科技发展的关键技术，生物经济正在成为继信息产业之后知识经济的新代表。
　　生物工程技术是当今最活跃、发展最迅速的、最重要的工程技术之一，在解决粮食安全、提高人类健康水平、促进绿色制造、改善资源环境、缓解能源压力、保障国家安全等领域有着举足轻重的作用。生物技术以基因工程为先导，结合发酵工程、酶工程和生化工程等工程技术，构成了现代生物技术。生物工程设备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体。
　　纵观国内外，有关生物工程设备的著作与教材甚少。其中，我国出版的有关教材只有寥寥数本，其中的代表作就是20世纪70年代末出版的由高孔荣教授主编的《发酵工程设备》，后于1991年改名为《发酵设备》。21世纪初，全国生物工程（原来称发酵工程）教学指导小组与中国轻工业出版社决定组织编写《生物工程设备》，经华南理工大学、天津科技大学、西北科技大学等单位的有关教授通力合作，于2002年初由中国轻工业出版社在全国发行，受到了广大读者的好评。但生物工程技术发展一日千里，近几年来相应的生物发酵工程技术与设备又有新的发展进步。为此决定修订本教材，删除了过时的或繁琐的章节内容，增加了先进的技术、设备介绍，第二版增加了生物工程工厂能源与动力设备、生物工程工厂清洁生产两章，使本教材更具科学性和实用性。希望能更好地满足生物工程、生物技术以及制药工程、食品科学与工程、化学工程与工艺等有相关专业的师生参考与学习的需求，当然，本教材也可供从事生物工程技术及相关领域的研究生、科技工作者和工程技术人员参考应用。
　　本教材分成三篇共16章，各章的编写具体分工为：天津科技大学谭国民编写第二篇第一章 和第六章 ；陕西科技大学陈合编写第二篇第二章 、第三章 和第五章 ；河南工业大学王平诸编写第二篇第四章 ；华南理工大学吴振强编写第一篇第一章 和第三篇第三章 ，浦跃武编写第一篇第三章 和第三篇第四章 ，郑穗平编写第一篇第四章 ，王菊芳编写第三篇第一章 ，朱明军编写第一篇第五章 和第三篇第二章 ，梁世中编写第一篇第二章 和第六章 ，并担任全书的主编。
　　本书的修编，得到中国轻工业出版社等及有关单位的领导、专家和编审人员的支持，几位作者部分的研究生参加了资料查阅整理、图表制作和打印等工作，在此一并致以衷心的感谢。

《现代化工过程控制与优化技术》 内容简介 本书系统、深入地阐述了现代化工生产过程中涉及的控制理论、先进控制策略、过程优化技术以及这些技术在实际工业系统中的应用。全书内容紧密结合化工行业的实际需求，旨在为读者提供一套全面、实用的化工过程自动化与优化解决方案。 第一部分：化工过程控制基础与经典控制 本部分首先回顾了化工过程的基本特性，如时滞、非线性和不确定性，为后续复杂控制理论的学习奠定基础。随后，详细介绍了经典控制理论的核心内容。 1. 化工过程动态特性分析： 深入探讨了化工单元操作（如反应器、精馏塔、换热器）的机理建模方法，包括一阶惯性加时滞模型、传递函数和状态空间表示法。重点分析了化工过程中的常见动态挑战，如串级控制带来的耦合效应和放大效应。 2. 经典反馈控制设计： 详尽阐述了PID控制器的设计、整定与改进。内容涵盖了Ziegler-Nichols法、反锁相分析法等经典整定方法，并引入了基于模型的精确整定技术。针对工业现场常见的性能不佳和控制难题，探讨了PID参数的在线自整定和增量式控制策略。此外，本书还对前馈控制、比值控制、串级控制等先进经典控制结构进行了深入分析，并给出了它们在化工装置（如精馏塔的侧线采出和回流控制）中的具体应用案例和工程实现考量。 3. 过程辨识与模型获取： 强调了准确过程模型对于先进控制设计的重要性。系统介绍了时间域和频率域的系统辨识方法，包括阶跃响应法、最小二乘法等参数估计技术。重点讲解了如何处理工业数据中的噪声和输入信号的限制，以及模型阶次的确定和模型验证的标准。 第二部分：先进过程控制（APC）技术 本部分是本书的核心，聚焦于解决经典PID控制难以应对的多变量、强耦合、约束优化等复杂控制问题。 1. 模型预测控制（MPC）的理论与实践： 核心原理： 详细解析了MPC的滚动优化原理、预测模型的使用、控制律的求解过程以及约束处理机制。对比了LTI（线性时不变）MPC和NLMPC（非线性MPC）的基本差异和适用场景。 步进式推导： 从经典的动态矩阵控制（DMC）和全互役控制（FQH）出发，逐步推导出基于奇异值分解（SVD）的二次规划（QP）求解方法，确保控制器的稳定性和计算效率。 应用拓展： 重点阐述了如何将MPC应用于大型化工装置，如乙烯裂解炉的温度分布控制、大型合成氨装置的联箱压力和组分控制。讨论了模型失配（Model Mismatch）对MPC性能的影响及鲁棒性设计策略。 2. 强耦合系统的解耦控制： 针对精馏塔、反应精馏等强相互作用系统，系统介绍了逆解耦和前馈解耦技术。详细分析了内环反馈解耦和动态矩阵解耦的区别，并给出了使用对角线/非对角线矩阵进行实时计算和补偿的流程。 3. 鲁棒控制与自适应控制： 探讨了在化工过程参数存在不确定性或发生显著漂移时，如何保证控制系统的性能和稳定性。引入了H-infinity（$H_{infty}$）控制的设计理念，用于处理外部干扰和模型误差。对于催化剂失活等导致的参数时变问题，详细讲解了基于误差模型和基于参考模型的自适应控制（MRAC）策略，包括如何安全地在线切换和更新控制器参数。 第三部分：化工过程优化与集成 本部分将控制系统提升到操作效益最大化的层面，关注于过程的经济性运行。 1. 静态与动态优化基础： 区分了静态优化（确定最佳操作点）和动态优化（过程轨迹优化）。系统介绍了拉格朗日乘数法、KKT条件等在确定最优操作点（如最大收率、最低能耗）中的应用。 2. 实时优化（RTO）系统： RTO是连接过程控制层和企业决策层的关键技术。本书详细描述了RTO系统的架构，包括数据采集与预处理、在线过程模型修正、优化求解器（如内点法、序列二次规划SQP）的集成。重点讨论了如何将RTO的优化结果安全、平滑地转化为目标设定值（Setpoints）下发给APC层，实现“软约束”到“硬约束”的有效过渡。 3. 能量集成与过程强化（PF）的控制挑战： 结合新兴的PF技术（如微反应器、反应精馏），分析了其带来的快速动态和严格的温度/浓度梯度控制需求。探讨了先进控制在热集成网络（如Pinch分析结果的动态维护）中的应用，以实现全厂范围内的能源效率优化。 第四部分：工业实施与软件工具 本部分聚焦于理论向工程实践的转化。 1. 工业自动化系统集成： 简要介绍了现代工厂的DCS（集散控制系统）和PLC的架构，以及如何通过OPC UA等标准协议实现控制算法与操作层面的数据交互。 2. 仿真与虚拟调试： 强调了在实际部署前，使用高保真度仿真环境（如Aspen Plus或MATLAB/Simulink）进行控制策略的验证和鲁棒性测试的重要性。提供了在仿真环境中构建高精度非线性动力学模型的方法。 3. 故障诊断与安全互锁： 讨论了基于模型的（如残差分析）和基于信号的故障检测与隔离（FDI）方法。同时，阐述了如何将先进控制策略与SIS（安全仪表系统）进行逻辑隔离，确保控制系统优化操作的安全性。 总结： 本书综合了过程系统工程、自动控制理论和化工热力学等多个学科的知识，旨在培养读者从系统层面理解和设计复杂化工过程控制与优化方案的能力。案例丰富，理论严谨，是化工、化学工程、过程控制等相关专业研究生及一线工程师的理想参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来了一种全新的学习体验。我是一名即将毕业的研究生，正在为毕业论文寻找相关的技术支持和理论依据。在阅读《生物工程设备（第2版）》的过程中，我被其深度和广度所震撼。书中对于一些前沿的生物反应器设计，如连续流反应器和微流控反应器，有着非常深入的探讨，这为我的研究提供了重要的思路。我尤其对书中关于设备放大（scale-up）问题的论述非常感兴趣，这是一个在科研成果走向工业化生产过程中至关重要但又充满挑战的环节。书中详细分析了从实验室规模到工业规模过程中可能遇到的各种工程问题，并提供了相应的解决方案和优化方法，这对于我正在进行的课题研究非常有启发性。我期待能够从中汲取养分，为我的论文撰写提供坚实的理论支撑，也为我未来在生物工程领域的职业发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名多年的生物工程实践者，我深知理论与实践相结合的重要性。《生物工程设备（第2版）》这本书，从我的角度来看，是一本非常务实的著作。它并没有停留在纯粹的理论堆砌，而是将复杂的工程原理与实际应用紧密结合。例如，我在工作中经常会遇到关于灭菌和消毒设备的选择与操作的问题，书中对不同灭菌方法的原理、适用范围以及操作细节的阐述，都非常到位，并且还列举了一些实际案例，这对于我日后的工作具有很强的指导意义。此外，书中的一些章节还探讨了设备的安全性和环保性，这在当前日益强调绿色生产和可持续发展的背景下，显得尤为重要。我相信，通过学习这本书，我能够更全面地认识生物工程设备在整个生产流程中的作用，并不断优化我的工作方法，以提高整体的生产效率和产品质量。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本教材，更像是一本值得反复研读的工具书。我的专业背景相对较弱，在接触到一些专业性强的课程时，常常感到力不从心。《生物工程设备（第2版）》这本书的语言风格相对严谨，但同时也注重概念的清晰阐述，这对于我这样的初学者来说非常友好。我特别喜欢书中对每一个设备原理的解释，通常会先从基础的物理化学原理讲起，然后再深入到具体的设计细节和操作要领，这种循序渐进的讲解方式让我能够逐步理解和消化。此外，书中还穿插了一些对行业发展趋势的分析，这让我能够对生物工程设备在未来发展方向有一个大致的了解。我相信，通过认真学习这本书，我能够大大弥补我在专业知识上的不足，为我未来在该领域的学习和发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，沉稳的蓝色搭配简洁的白色字体，一眼就能感受到这是一本学术严谨的专业教材。翻开书页，纸张的质感也很好，厚实而光滑，印刷清晰，排版合理，即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。目录部分非常详尽，涵盖了生物工程设备领域的方方面面，从基础的原理到具体的应用，都有条不紊地展开。我尤其对其中关于发酵罐设计与操作的部分感到好奇，这部分的内容在我的本科学习中接触不多，希望能通过这本书获得更深入的了解，掌握其关键的设计理念和优化策略。同时，我也注意到书中有大量的图表和公式，这对于理解复杂的工程原理非常有帮助，期待能够通过这些可视化信息，将抽象的概念具象化，更好地掌握生物工程设备的核心知识。整体而言，这本书给我的第一印象是专业、全面，并且对细节的处理十分到位，这让我对接下来深入的学习充满期待，相信它能为我的专业知识体系打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在生物制药公司工作的初级工程师，一直在寻找一本能够帮助我提升实际操作技能和理论知识的参考书。《生物工程设备（第2版）》这本书的信息量无疑是巨大的，我初步浏览了一下，发现它涉及了从细胞培养到下游分离的各种关键设备。我特别关注了其中关于纯化设备的部分，比如层析柱的设计原理、填料的选择以及操作参数的优化，这些都是我们在实际生产中经常遇到的难题。书中的描述似乎非常详尽，并配有大量的案例分析，这对于我来说是非常宝贵的。我希望通过阅读这本书，能够更深入地理解这些设备的工作机制，学习如何根据不同的生物分子特性来选择和设计最合适的纯化方案，从而提高产品的收率和纯度。此外，对于设备维护和故障排除的章节，我也抱有很大的期望，因为这直接关系到生产的稳定性和效率，能够掌握这些知识，无疑会大大提升我在工作中的价值。

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非常好的一本书，喜欢！

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寄来的书的边角有点烂，这是快递的原因？还是商家的原因？

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