本书共10章，介绍了生物工厂工艺设计的概念、特点和要求，生物工厂的基本建设程序，工艺流程设计，工艺计算，工艺设备的设计与选型，车间布置设计，管道设计，工艺设计应提交的设计条件，非工艺设计，课程设计与说明书等内容。
本书层次清晰，内容安排合理，针对性和应用性强，可作为高等院校生物工程、生物技术、发酵工程、生物制药和食品科学与工程等专业本科生及研究生的教材或参考书，也适合相关企业的科研技术人员自学。
本书有配套的多媒体课件，以便读者更容易地了解和掌握本书内容。选用本书作为教材时，推荐教学时数为32～48学时。
在生物产业中，工艺设计是实现生物产品从实验室研究到工业化生产过程的必经阶段，因为新建、改建或扩建一个生物工厂，都离不开工艺设计。
生物工厂工艺设计是在学习了生物工艺学、生物工程设备、生物反应与分离工程、化工原理等课程的基础上，为培养能在生物产业领域从事设计生产管理和新技术研究、新产品开发所需工程技术人才而开设的一门理论和实践紧密结合的课程。本课程重点突出了对学生工程技能方面的培养，通过课堂教学和实践可为相关专业的技术人才提供两个方面的支撑：一是在了解生物工厂基本建设程序和组成的基础上，重点掌握生物工厂工艺设计的相关内容，为其他专业的设计工作提供数据资料和技术支持，使其具备设计生物工厂的基本能力，完成工程师的综合训练；二是通过设计生物工厂的生产工艺图纸，撰写工艺设计说明书，培养学生在生物工厂工艺设计过程中的工程素养和技能。
在编写过程中，本书力求突出如下特点：
① 在涉及概念和理论等内容时，本书注重穿插学习方法的介绍和讲解，并将更多的学时和内容重点放在设计方法、设计技能以及设计过程的阐述上。
② 随着生物产业的飞速发展，以及相关新工艺、新技术和新设备的不断涌现，本书在介绍基础理论知识的同时，更注重对相关前沿知识和成果的介绍。
③ 由于生物工厂工艺设计具有学科交叉、实践性强等特点，因此本书在涉及案例与不同类型生物工厂设计分析的同时更注重知识点的综合性和完整性。
本书由邓祥元和高坤编写，其中第5～8章由邓祥元编写，其余各章由高坤编写，在编写过程中参阅了大量同行的教材、资料与文献，谨此表示诚挚的谢意。此外，在本书编写过程中，江苏科技大学生物技术学院给予了大力支持，化学工业出版社的领导和编辑给予了悉心指导，在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在一些疏漏和不足之处，恳请广大读者批评指正。
编者
2019年5月16日
邓祥元，江苏科技大学，副教授，自2009年到江苏科技大学工作以来，作为主讲教师，本人先后承担了生物工程和生物技术专业的《生物工程设备及其设计》、《发酵工厂设计概论》、《生物工艺学原理》、《食品工艺学》、《酶制剂工艺学》、《免疫生物制品》、《分子生物学》和《生物制品》等7门专业基础课和专业课的教学任务，并承担了《海洋科学导论》、《新能源概论》及《海洋药物导论》等3门校级公选课的教学工作，累计授课近5000人次，教学效果好，好评率达95%以上。邓祥元博士现为国际清洁能源拔尖创新人才（2018年）、江苏省六大人才高峰高层次人才（2018年）、江苏省高校青蓝工程中青年学术带头人（2016年）、江苏科技大学首批深蓝工程青年学者（2015年）。自2009年7月到江苏科技大学工作以来，本人依托学校科研平台，结合自身科研特点，围绕生物资源开发利用开展了系列研究工作，并积极开展生物工程学科的基础理论研究和科研创新。至今共承担完成了科研课题二十余项，其中包括国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金等课题，发表有较高质量和一定创见性的学术论文70余篇，获得中国发明专利4件。
第1章绪论1
1.1概述1
1.2生物工厂工艺设计的概念和主要内容2
1.2.1生物工厂工艺设计的概念2
1.2.2生物工厂工艺设计的主要内容2
1.3生物工厂工艺设计的特点和要求2
1.4学习本课程的目的和方法3
第2章生物工厂的基本建设程序5
2.1概述5
2.2设计前期工作阶段6
2.2.1项目建议书6
2.2.2可行性研究6
2.2.3设计委托（任务）书7
2.3设计中期工作阶段7
2.3.1设计工作所涉及的专业和分工8
2.3.2国际通用的工艺设计程序9
2.3.3初步设计阶段11
2.3.4技术设计阶段13
2.3.5施工图设计阶段13
2.4设计后期工作阶段14
第3章工艺流程设计15
3.1概述15
3.1.1工艺流程设计的重要性15
3.1.2工艺流程设计的任务和成果15
3.1.3工艺流程设计的原则16
3.2工艺流程设计的基本程序16
3.2.1产品方案的确定16
3.2.2产量的确定19
3.2.3工艺流程图的绘制20
3.3常见单元设备的自控流程31
3.3.1泵的自控流程设计31
3.3.2换热设备的自控流程设计32
3.3.3反应器的自控流程设计33
3.4工艺流程的完善与优化35
第4章工艺计算37
4.1物料衡算37
4.1.1概述37
4.1.2实例解析42
4.2热量衡算50
4.2.1概述50
4.2.2实例解析53
4.3用水量衡算57
4.3.1概述57
4.3.2实例解析58
4.4计算耗冷量61
4.4.1概述61
4.4.2实例解析65
4.5计算抽真空量68
4.5.1概述68
4.5.2实例解析70
4.6计算无菌压缩空气消耗量71
4.6.1概述71
4.6.2实例解析74
4.7计算用电量75
4.7.1概述75
4.7.2实例解析76
第5章工艺设备的设计与选型78
5.1概述78
5.1.1工艺设备的分类78
5.1.2工艺设备设计与选型的任务、原则和阶段78
5.1.3工艺设备设计与选型的流程80
5.1.4工艺设备装配图的绘制81
5.2专业设备的设计与选型81
5.2.1专业设备设计与选型的依据、内容和特点81
5.2.2实例解析82
5.3通用设备的设计与选型93
5.3.1液体输送设备选型93
5.3.2气体输送设备选型96
5.3.3固体输送设备选型99
5.3.4通用设备的选型注意事项103
5.4非标准设备的设计与选型104
5.4.1非标准设备的类型104
5.4.2非标准设备设计与选型的流程105
5.4.3非标准设备的设计与选型实例106
5.5生物工厂中常用的工程材料107
5.5.1工程材料的分类107
5.5.2工程材料的性能108
5.5.3几种常见的工程材料111
5.5.4工程材料的选用114
5.6工程材料的腐蚀和防腐蚀115
5.6.1耐腐蚀材料的选择115
5.6.2材料的防腐蚀措施116
5.7主要设备明细表及设备一览表117
5.7.1主要设备明细表117
5.7.2设备一览表117
第6章车间布置设计119
6.1概述119
6.1.1车间布置设计的重要性和目的119
6.1.2生物工厂车间的组成119
6.1.3车间布置设计的内容和步骤119
6.2车间的总体布置121
6.2.1厂房形式121
6.2.2厂房总平面布置123
6.2.3厂房平面布置和立面布置124
6.2.4车间公用及辅助设施的布置124
6.3设备布置的基本要求125
6.3.1满足工艺要求125
6.3.2满足建筑要求126
6.3.3满足安装和检修要求127
6.3.4满足安全和卫生要求127
6.4多功能车间的布置127
6.4.1产品方案128
6.4.2工艺设备的设计和选择128
6.4.3车间布置129
6.5车间布置设计方法和车间布置图130
6.5.1车间布置设计的方法和步骤130
6.5.2初步设计车间布置图130
6.5.3初步设计车间布置图的绘制步骤131
6.5.4厂房的详细画法131
6.5.5设备的详细画法134
6.5.6施工图设计车间布置图138
第7章管道设计140
7.1概述140
7.1.1管道设计的作用和意义140
7.1.2管道设计的条件、内容和阶段140
7.2管道、阀门和管件的选择与连接141
7.2.1管道及其选择141
7.2.2阀门及其选择149
7.2.3管件及其选择154
7.2.4管道的连接154
7.3管道布置设计155
7.3.1管道布置155
7.3.2管道的支承159
7.3.3管道的柔性设计160
7.3.4管道的隔热160
7.4管道布置设计图样162
7.4.1管道布置图162
7.4.2管道轴测图170
7.4.3计算机在管道布置设计中的应用171
第8章工艺设计应提交的设计条件172
8.1概述172
8.2设备及机泵条件173
8.2.1塔类设备条件173
8.2.2反应器设备条件173
8.2.3热交换器设备条件174
8.2.4加热炉设备条件175
8.2.5容器类设备条件175
8.3土建条件175
8.3.1厂房及设备基础、外形尺寸、位置、标高条件176
8.3.2设备基础、楼板及钢平台的载荷条件176
8.3.3设备吊装要求的土建条件176
8.3.4设备地脚螺栓条件177
8.3.5管廊及其他土建条件177
8.3.6其他要说明的条件内容177
8.4自控条件178
第9章非工艺设计180
9.1厂房180
9.1.1厂房的结构组成与定位轴线180
9.1.2厂房的室内装修（以洁净厂房为例）182
9.2仓库183
9.2.1仓库的分类与平面布置183
9.2.2仓库设备与管理184
9.3公用系统188
9.3.1给排水系统188
9.3.2供电系统189
9.3.3供汽系统190
9.3.4供暖系统194
9.3.5制冷系统195
9.3.6供气系统196
9.3.7消防系统197
9.4劳动安全管理与环境保护198
9.4.1劳动安全管理198
9.4.2环境保护202
9.4.3清洁生产与清洁工艺207
9.5工程经济概算208
9.5.1工程项目的设计概算208
9.5.2项目投资208
9.5.3成本估算211
9.5.4工程项目的财务评价212
第10章课程设计与说明书213
10.1概述213
10.2课程设计的任务214
10.2.1课程设计的基本环节214
10.2.2课程设计的具体任务214
10.3课程设计任务书214
10.3.1味精糖化车间（工厂）设计214
10.3.2味精发酵车间（工厂）设计215
10.3.3啤酒发酵车间（工厂）设计218
10.3.4酒精发酵车间（工厂）设计218
10.3.5糖化酶发酵车间（工厂）设计219
10.3.6其他参考选题220
10.4课程设计说明书的撰写220
10.4.1课程设计说明书的构成220
10.4.2说明书撰写基本要求及格式221
10.5课程设计文本示例225
10.5.1封面示例225
10.5.2课程设计任务书示例226
10.5.3目录示例227
10.5.4摘要示例228
10.5.5正文示例229
10.5.6结论示例229
10.5.7参考文献示例230
10.5.8致谢示例230
10.6考核方法与成绩评定230
10.6.1考核方法230
10.6.2成绩评定表231
参考文献232
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