评《生物处理工程：系统，设备与装备》

食品与生物工程学院 朱明军

由BJORN K.LYDERSEN, NANCY A.D’ELIA 和KIM L.NELSON 等人编著的《生物处理工程：系统，设备与装备》（<<BIOPROCESS ENGINEERING: SYSTEMS, EQUIPMENT AND FACILITIES>>）一书1994年由John Wiley & Sons, Inc.出版发行。

该书由四个部分组成，即处理系统，系统组成，支持系统和工厂设计。该书将工厂中的设备分为两类：一类是实际产品合成或处理过程中的设备，如发酵罐，离心机和色谱柱等；另一类是对处理提供支持的设备，如水系统，蒸汽发生器，废水系统和空调系统等。在书分别在处理系统和支持系统中介绍。

在第二部分系统组成中，主要介绍一些象泵，过滤器和阀门等必不可少的构件。最后一部分工厂设计覆盖了整个工厂的规划和设计，包括处理安全性和效果的要求等。现就主要内容介绍如下：

第一部分：处理系统

1.发酵罐设计。介绍了设计原理，氧传递和热传递的相互关系，氧传递（理论，增加氧传递及其后果，泡沫，气含率，气体线性速率，压力，氧的富集，搅拌，顶端速度和剪切），热传递（理论和应用），培养基流变学（定义和流变类型），混合（搅拌器和挡板，流变学，哺乳动物细胞），发酵罐容器的设计（安全性，材料，焊接，精加工，清洁，喷嘴，夹套，蛇管，挡板，分布器，视孔，排污阀，人孔，静密封，蒸汽闸），搅拌系统的设计（传动装置的定位，密封，轴振动，轴的定位），设计实例（设计基础，总体平衡和大小，初步尺寸计算，发酵曲线，尺寸重新计算，培养基冷却，机械设计，容器和搅拌系统）；

2.大规模动物细胞培养。介绍了动物细胞培养和生物反应器技术，搅拌罐特性（几何尺寸，搅拌，通气，pH控制，温度和灭菌），支持系统（水和蒸汽，培养基准备，接种放大），下游工艺，非传统的细胞培养工艺，搅拌罐灌注培养反应器，陶瓷载体，流化床，细胞培养的实例。

3.细胞分离系统。介绍了培养基预处理，细胞分离中的CGMP，传统过滤（转鼓过滤器，过滤理论，过滤器大小的估算），错流微孔过滤，离心（原理，碟片式离心机，倾析式离心机，其他工业规模的离心机，小试规模的离心机），细胞内产品：细胞破碎，投资和操作费用；

4.用于澄清和浓缩的切线流过滤。介绍了TFF在生物技术中的应用（哺乳动物细胞培养，细菌发酵体系，剪切），TFF体系设计（系统设计，泵，罐设计），TFF操作与设计的关系（系统准备，产品处理，产品再生，膜再生），可靠性，自动化，系统费用，应用要求。TFF系统安装技巧，TFF在生物工艺中的应用实例；

5.色谱系统。介绍了工程放大（依据，吸附工艺的放大，分配色谱的放大），设备（一般要求，色谱柱，泵，检测器，阀门，管道和容器），自动色谱系统（液体处理单元的设计，数据处理，单元的设计，操作），安装，投产和可靠性等；

第二部分：系统组成

6.生物容器：设计和材料。介绍了相关的标准和用户说明书（国家标准，生物技术标准，说明书等），容器材料--------不锈钢，镍-铬钢的焊接（焊接技术，在容器建造中的应用，镍-铬钢的切割），表面处理（机械处理，化学处理，钝化，电化学处理，表面处理的检查），设计依据（死角，密封），生物容器的组成（机械密封，填料密封，磁电藕），静态衬套，选择容器构件（视镜，人孔，挡板，热交换器，孔等）；

7.管道和阀门。介绍了设计（布局和暗管道），管道材料（选择的经济性，卫生管道），抛光，钝化，管道的尺寸（压降），连接和清洁，管道应用，在线仪表，软管，阀门（控制阀门，取样和放料阀门，阀门尺寸等）；

8.泵。介绍了水力学理论（流率，压力，柏努利方程，总压力的计算，柏努利方程的校正，净正吸入压力，气蚀现象，马力等），离心泵，排液泵，离心泵和排液泵的比较，泵曲线和图表，自动灌水泵，建造的材料和设计特点，泵马达（单相和三相马达），问题的发现和解决，维护等；

9.筒式过滤。介绍了过滤器的类型（聚丙烯深层过滤筒，聚丙烯折叠式过滤筒，不含树脂纤维素折叠过滤筒，多孔不锈钢过滤器，膜折叠过滤器，亲水膜折叠过滤筒，低蛋白结合膜折叠过滤筒，疏水膜折叠过滤筒），过滤器壳体，发酵和细胞培养------过滤器应用（发酵空气的预过滤，无菌空气过滤，分布器，废气过滤，流体原材料过滤，培养基中支原体和病毒的去除），下游工艺------过滤器的应用，蒸汽灭菌程序，过滤器完整性测试，在生物技术使用的过滤器的可靠性；

10.减压。减压发生（火，阻塞出口，动力供应停止，热膨胀），减压设备的大小（减压设备类型，减压阀，自裂片），安装，维护和问题的解决，举例；

11.生物处理仪表和控制。介绍了工艺控制的基本原理，测量元件（温度测量，压力，液位，流量，pH，溶氧，CO₂，NADH和NADPH测量，细胞密度分析仪，粘度传感器，生物传感器，分析仪器），显示、控制和记录仪器，信号传递，维护和校正；

第三部分：支持系统

12.处理设备的清洗：设计和应用实践。介绍了卫生工厂设计，清洁剂，清洁方法以及CIP系统等；

13.处理设备的灭菌：介绍了设备灭菌（容器，空气过滤器，培养基过滤器，阀门和管道等），灭菌的监控，灭菌的可靠性，问题的发现和解决，无菌检查，自动化等；

14.医药水系统：设计和可靠性。介绍了水的等级，卫生设计，水处理系统（水处理设备，软化剂，炭柱，脱离子剂，连续去离子，膜过滤，超滤，反向渗透，蒸馏，蒸汽发生器），水分配系统，可靠性等；

15.生物技术生产工厂辅助设备：介绍了工厂蒸汽系统，清洁蒸汽系统，冷却水系统，冷凝塔，空气和气体系统（压缩空气生成系统，压缩气体）；

16.生物废物处理系统。介绍了微生物死亡动力学（热死亡动力学，影响处理效率的因素），化学处理（氯化学，微生物对氯的敏感性），排放和收集系统，系统设置（分批处理，连续僵化，废气，仪表和控制，超临界水氧化），工程设计等；

17.加热，通风和空调（HVAC）。介绍了设计基础（管理和法规，温度和湿度，房间划分），增压，空气处理系统（脱湿剂，增湿剂，空气处理单元的选择和定位，系统运行程序，应急电力），HVAC系统组成，建设控制和自动化系统等；

第四部分：工厂设计

18.程序和工厂设计。介绍了管理要求（联邦法规，CGMP, NIH准则），生物医药工厂设计依据（人员，设备和原材料的流动，实验室，中心设施和，特殊空间管理等），项目设计，内部调整等；

19.项目设计。介绍了项目设计的一般原则，规划设计（工艺发展，工厂布局，经济分析，调整和优化，项目安排），工程，设计和建造，可靠性等；

20.影响生物制药工厂设计和运行的安全性规则。介绍了美国的准则和法规（NIH准则，食品药物管理局FDA, 环保局EPA, 农业局，职业安全预卫生局），国际生物技术法规（经济合作与发展组织OECD重组DNA安全性依据）；

21.生物制药工厂的认证。介绍了为什么要认证，何时认证（设计，测试，维护和运行，认证时间），认证结构（安装要求，运行要求，工艺要求等），认证资源（人，设备，其他资源等），系统和工艺的认证等；

从以上对该书内容的介绍可以看出，该书内容非常丰富，覆盖面广，比以往的大多数关于生物处理的书包含更广的内容，这是该书的一个明显的特点。另外，该书每一部分的作者都是从生物处理装备设计和运行的实用性出发，提供大量有用的资料，作者在书中提供的资料主要依赖他们在实际工作中获得的直接经验以及与同事的交流。因此该书具有很强的实用性。该书对于从事生化工程、食品工程、微生物及化学工程专业的研究人员及工厂技术人员具有很高的参考价值，也可作为在校大学生及研究生的教学参考书。

本书馆藏索书号：Q81·B615