本書(shū)詳細(xì)介紹了生物產(chǎn)品加工過(guò)程中流體動(dòng)量傳遞、傳熱、傳質(zhì)的特點(diǎn)和規(guī)律，重點(diǎn)介紹了八大主要單元操作，即流體輸送、過(guò)濾、沉降、離心、吸收、萃取、蒸餾和干燥。每章后備有習(xí)題，其中思考題用于指導(dǎo)學(xué)生在預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)中對(duì)知識(shí)點(diǎn)的思考；選擇題用于考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度；計(jì)算題用于培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決生物領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
本書(shū)可作為高等學(xué)校生物與醫(yī)藥相關(guān)專業(yè)，如生物工程、食品工程、環(huán)境工程及制藥工程專業(yè)本科生、研究生的教材，也可供從事生物產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)的科研人員和技術(shù)人員參考閱讀。

龔大春，博士生導(dǎo)師，中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)會(huì)員，中國(guó)化工學(xué)會(huì)生物化工專業(yè)委員會(huì)常委，中國(guó)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)理事，湖北生物工程學(xué)會(huì)理事。 宜昌市生物催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，三峽大學(xué)生物質(zhì)研究所所長(zhǎng)，艾倫麥克德?tīng)柮椎略偕茉囱芯克彼L(zhǎng)。 1992年畢業(yè)于重慶大學(xué)化工學(xué)院獲碩士學(xué)位，2005年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)生物化工專業(yè)，師從歐陽(yáng)平凱院士，從事生物催化研究。2008年1月到美國(guó)農(nóng)業(yè)部西部研究中心做gaoji訪問(wèn)學(xué)者，從事木質(zhì)纖維素的生物煉制技術(shù)的研究。

隨著我國(guó)生物經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)生物工程高級(jí)工程技術(shù)人才需求會(huì)愈來(lái)愈大。化工原理課程作為大學(xué)生從基礎(chǔ)課程到工程課程的橋梁，愈來(lái)愈重要。但是由于長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)生物工程、食品工程等相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生培養(yǎng)都是以傳統(tǒng)大化工為背景學(xué)習(xí)化工原理，導(dǎo)致對(duì)生物產(chǎn)品的生物特性理解不夠深入，學(xué)習(xí)化工原理后不能很好地應(yīng)用在生物產(chǎn)品的加工中。因此，急需一本針對(duì)生物產(chǎn)品單元操作的教材。編寫(xiě)《生物化工原理》對(duì)于培養(yǎng)高質(zhì)量的生物工程類人才具有至關(guān)重要的作用。
本書(shū)以生物加工為背景，編寫(xiě)了生物產(chǎn)品的流體流動(dòng)、輸送、過(guò)濾、沉降、離心、傳熱、吸收、萃取、蒸餾和干燥等單元操作，拓展了生物產(chǎn)品加工的應(yīng)用特色，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程及設(shè)計(jì)實(shí)踐提供必要的工程觀念和實(shí)踐操作基礎(chǔ)知識(shí)。在每章章末引入導(dǎo)學(xué)習(xí)題，使讀者在獲取知識(shí)的同時(shí)，提高分析、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
本書(shū)得到了南京工業(yè)大學(xué)趙權(quán)宇老師和化學(xué)工業(yè)出版社的大力幫助與支持，在此表示衷心的感謝。
本書(shū)特別適合生物工程專業(yè)及相關(guān)工科專業(yè)的學(xué)生作為教材使用。

三峽大學(xué)生物工程學(xué)科化工原理教研室
2025年2月1日

第1章 生物加工過(guò)程中的流體流動(dòng)001
1.1 概述001
1.2 流體流動(dòng)在典型生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用、常見(jiàn)流體的基本參數(shù)及流體類型003
1.3 牛頓型流體的流動(dòng)規(guī)律004
1.3.1 流體靜力學(xué)方程004
1.3.2 壓強(qiáng)的表示方法006
1.3.3 流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用006
1.3.4 流體流動(dòng)中的守恒原理008
1.3.5 流體流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征013
1.3.6 流體流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的阻力損失019
1.3.7 流體流動(dòng)的工程應(yīng)用028
1.3.8 流體流動(dòng)關(guān)鍵參數(shù)測(cè)定033
1.4 典型生物加工中非牛頓型流體的流動(dòng)特點(diǎn)及規(guī)律039
1.4.1 非牛頓型流體的分類039
1.4.2 非牛頓型流體的流動(dòng)特點(diǎn)041
1.4.3 非牛頓型流體的工程應(yīng)用方法042
習(xí)題042

第2章 生物加工過(guò)程中的流體輸送050
2.1 概述050
2.1.1 流體輸送機(jī)械的分類050
2.1.2 輸送流體所需的能量及管路特性曲線050
2.2 離心泵的特點(diǎn)及工作原理051
2.2.1 離心泵的構(gòu)造051
2.2.2 離心泵的工作原理053
2.2.3 離心泵的特性參數(shù)和特性曲線053
2.2.4 離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)056
2.3　離心泵的使用注意事項(xiàng)057
2.3.1 離心泵的安裝高度057
2.3.2 離心泵的類型060
2.3.3 離心泵的選用061
2.4　其他類型的流體輸送機(jī)械063
2.4.1 隔膜泵063
2.4.2 齒輪泵064
2.4.3 真空泵064
2.4.4 羅茨鼓風(fēng)機(jī)065
習(xí)題066

第3章　生物加工過(guò)程中的過(guò)濾、沉降和離心　//　070
3.1　概述070
3.1.1 生物加工中的過(guò)濾操作070
3.1.2 生物加工中的沉降操作070
3.1.3 生物加工中的離心操作071
3.2　顆粒及顆粒床層的特性071
3.2.1 單顆粒的特性071
3.2.2 床層的特性072
3.2.3 流體流過(guò)固定床的壓降073
3.3　過(guò)濾075
3.3.1 過(guò)濾原理075
3.3.2 過(guò)濾的基本理論078
3.3.3 過(guò)濾過(guò)程的計(jì)算084
3.3.4 過(guò)濾設(shè)備085
3.3.5 生物加工中過(guò)濾操作的強(qiáng)化090
3.4　沉降091
3.4.1 重力沉降091
3.4.2 離心沉降096
3.5 離心機(jī)100
習(xí)題101

第4章 生物加工過(guò)程中的傳熱106
4.1 概述106
4.1.1 傳熱操作在生物加工中的重要作用106
4.1.2 傳熱的基本類型107
4.1.3 常用的載熱體及其選擇107
4.1.4 典型換熱器108
4.2 熱傳導(dǎo)110
4.2.1 傅里葉定律和熱導(dǎo)率110
4.2.2 平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)111
4.2.3 圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)113
4.3 對(duì)流傳熱115
4.3.1 對(duì)流傳熱分析115
4.3.2 對(duì)流傳熱速率方程116
4.3.3 對(duì)流傳熱關(guān)聯(lián)式116
4.4 有相變的流體傳熱過(guò)程120
4.4.1 蒸汽冷凝120
4.4.2 沸騰給熱121
4.5 傳熱過(guò)程的計(jì)算122
4.5. 熱量衡算方程式122
4.5.2 傳熱速率方程式123
4.5.3 平均溫度差法和傳熱過(guò)程基本方程126
4.5.4 總傳熱速率方程應(yīng)用129
4.6 換熱器類型131
4.6.1 間壁式換熱器131
4.6.2 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)134
4.6.3 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選型136
4.6.4 生物醫(yī)藥領(lǐng)域常用的新型換熱器140
4.7 傳熱過(guò)程的強(qiáng)化146
4.7.1 過(guò)程強(qiáng)化傳熱原理146
4.7.2 過(guò)程強(qiáng)化傳熱的案例147
習(xí)題151

第5章 生物加工過(guò)程中的吸收操作159
5.1 概述159
5.1.1 吸收操作在生物加工中的應(yīng)用161
5.1.2 本章基本假定161
5.2 氣液相平衡162
5.2.1 平衡時(shí)溶解度162
5.2.2 相平衡與吸收過(guò)程的關(guān)系164
5.3 擴(kuò)散與單相傳質(zhì)166
5.3.1 雙組分混合物的分子擴(kuò)散166
5.3.2 擴(kuò)散系數(shù)169
5.3.3 對(duì)流傳質(zhì)169
5.4 相際傳質(zhì)170
5.4.1 相際傳質(zhì)速率方程170
5.4.2 傳質(zhì)阻力的控制步驟171
5.5 低濃度氣體吸收172
5.5.1 吸收塔的物料衡算172
5.5.2 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算175
5.6 吸收操作的強(qiáng)化及應(yīng)用182
習(xí)題184

第6章 生物加工過(guò)程中的萃取操作190
6.1 概述190
6.2 萃取操作在生物加工中的應(yīng)用190
6.3 液液萃取的基本原理191
6.4 萃取液液相平衡192
6.4.1 三角形相圖192
6.4.2 溶解度曲線193
6.5 單級(jí)萃取過(guò)程的計(jì)算196
6.6 萃取設(shè)備197
6.6.1 混合-澄清槽197
6.6.2 多級(jí)離心萃取機(jī)199
6.7 生物加工中影響萃取效率的因素分析199
6.7.1 萃取劑的選擇199
6.7.2 pH的范圍200
6.7.3 溫度的確定200
6.7.4 鹽析、帶溶劑、去乳化的作用200
6.8 生物加工過(guò)程中新型綠色萃取技術(shù)200
6.8.1 超臨界流體萃取200
6.8.2 超臨界二氧化碳萃取201
6.8.3 超臨界流體萃取的方法201
6.8.4 新型綠色萃取劑離子液體簡(jiǎn)介202
習(xí)題203

第7章 生物產(chǎn)品分離的蒸餾操作207
7.1 概述207
7.2 雙組分體系氣液相平衡208
7.2.1 雙組分體系氣液相圖208
7.2.2 相對(duì)揮發(fā)度210
7.3 蒸餾方法211
7.3.1 單級(jí)蒸餾211
7.3.2 多級(jí)蒸餾215
7.4 雙組分精餾的計(jì)算218
7.4.1 精餾塔的物料衡算218
7.4.2 進(jìn)料狀態(tài)對(duì)精餾的影響221
7.4.3 理論板數(shù)的確定224
7.4.4 回流比的影響和選擇227
7.5 精餾裝置231
7.5.1 塔板結(jié)構(gòu)231
7.5.2 塔板上流體力學(xué)狀況232
7.5.3 塔板負(fù)荷性能圖234
7.5.4 塔高和塔徑235
7.6 精餾裝置的節(jié)能237
7.6.1 精餾的節(jié)能方法237
7.6.2 精餾的節(jié)能裝置238
習(xí)題239

第8章 生物產(chǎn)品的干燥247
8.1 概述247
8.1.1 生物產(chǎn)品的去濕方法247
8.1.2 干燥操作的分類248
8.1.3 對(duì)流干燥的基本原理248
8.1.4 生物產(chǎn)品干燥的特點(diǎn)248
8.2 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖249
8.2.1 濕空氣的性質(zhì)249
8.2.2 焓濕圖及其應(yīng)用254
8.3 生物產(chǎn)品的干燥速率與干燥時(shí)間257
8.3.1 濕物料的物性參數(shù)258
8.3.2 生物產(chǎn)品所含水分的性質(zhì)259
8.3.3 干燥過(guò)程的平衡關(guān)系259
8.3.4 干燥過(guò)程的速率關(guān)系260
8.3.5 恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算263
8.4 生物產(chǎn)品干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算264
8.4.1 干燥過(guò)程的物料衡算265
8.4.2 干燥過(guò)程熱量衡算266
8.4.3 空氣經(jīng)過(guò)干燥器的狀態(tài)變化267
8.4.4 干燥系統(tǒng)的熱效率268
8.5 生物產(chǎn)品的常見(jiàn)干燥設(shè)備270
8.5.1 干燥設(shè)備的選用270
8.5.2 干燥器的主要形式271
8.5.3 干燥器操作條件的確定276
習(xí)題278

參考文獻(xiàn)282