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《生物反應工程與設備》

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《生物反應工程與設備》是全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材之一。

1 《生物反應工程與設備》 -內容簡介

《生物反應工程與設備》《生物反應工程與設備》

《生物反應工程與設備》是當今世界最活躍、發展最迅速、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、保障國家安全等領域處於舉足輕重的地位。生物技術以基因工程為先導,結合發酵工程、酶工程和生化工程等工程技術,構成了現代生物技術。生物反應工程與設備則是生物工程技術和化學工程與設備交叉的結合體。

工程碩士的培養目標是為了滿足適應中國經濟建設和社會發展對高層次工程技術和工程管理人才的需要,工程碩士專業學位側重於工程應用和工程管理,以「進校不離崗」的方式培養應用型、複合型高層次工程技術和工程管理人才。 

2 《生物反應工程與設備》 -目錄

第一篇 生物反應工程原理
第一章 生物反應工程基礎理論
第一節 生物反應的計量學
一、生物反應過程的元素衡算
二、生物反應過程的得率係數
三、生物反應過程的能量衡算
四、生物反應過程的質量衡算
第二節 生物反應動力學
一、細胞生長動力學模型
二、細胞生長的非結構動力學
三、細胞生長的結構模型
四、底物消耗動力學
五、產物生成動力學
第三節 案例分析
練習與思考題
參考文獻
第二章 生物反應器設計基礎
第一節 生物反應液的流變學特性
一、流體的流變學分類
二、影響發酵液流變特性的因素
三、流體的剪切作用
第二節 生物反應器的通氣與攪拌
一、生物反應器中的氧傳遞
二、生物反應器中的熱傳遞
三、生物反應器中的混合和攪拌
四、空氣分佈器
五、氣含率
六、氣泡直徑
第三節 生物反應器中溶氧係數的測定
一、亞硫酸鹽氧化法
二、動態法
三、穩態法
第四節 微生物反應器操作
一、微生物反應器操作基礎
二、分批式操作
三、反覆分批操作
四、流加操作
五、連續式操作
練習與恩考題
參考文獻

第二篇 生物反應器及其研發與應用
第一章 通氣發酵反應器及其研發與應用
第一節 機械攪拌通氣發酵罐
一、機械攪拌通氣發酵罐的結構
二、機械攪拌通氣發酵罐的通氣與溶氧傳質
三、機械攪拌通氣發酵罐的攪拌與流變特性
四、機械攪拌通氣發酵罐的熱量傳遞
五、機械攪拌通氣發酵罐的幾何尺寸及體積
六、機械攪拌通氣發酵罐的設計舉例
第二節 氣升式發酵反應器
第三節 自吸式發酵罐
一、自吸式發酵罐的特點
二、機械攪拌自吸式發酵罐
三、噴射自吸式發酵罐
四、溢流噴射自吸式發酵罐
第四節 通氣固相發酵設備
一、自然通氣固體曲發酵設備
二、機械通氣固體發酵設備
第五節 其他類型的通氣發酵反應器
練習與思考題
參考文獻
第二章 厭氧發酵反應器及其研發與應用
第一節 酒精發酵設備
一、酒精發酵設備的基本要求
二、酒精發酵罐的結構
三、酒精發酵罐的計算
第二節 啤酒發酵設備
一、啤酒前、后發酵設備
二、啤酒前、后發酵設備的計算
三、新型啤酒發酵設備
四、CIP清洗系統
第三節 厭氧發酵反應器的拓展
一、廢水厭氧反應器
二、廢水厭氧反應器的應用狀況
練習與思考題
參考文獻
第三章 動植物細胞和微藻培養反應器
第一節 植物細胞(組織)培養反應器
一、植物細胞培養過程的特點
二、植物細胞培養反應器
三、植物組織培養及反應器
第二節 動物細胞培養反應器
一、動物細胞培養方法
二、動物細胞培養的操作方式
三、動物細胞大規模培養反應器
四、動物細胞大規模培養技術的應用
第三節 微藻培養反應器
一、微藻生物技術的優越性
二、微藻大規模培養的特點
三、微藻大規模培養反應器
練習與思考題
參考文獻
第四章 生物反應器的放大與模擬
第一節 生物反應器的放大目的與方法
一、生物反應器放大目的
二、生物反應器放大方法
第二節 機械攪拌與氣升式通氣反應器的放大
一、機械攪拌通氣發酵罐的經驗放大法
二、氣升式反應器的放大
第三節 案例分析
練習與思考題
參考文獻
第五章 生物反應器的檢測和控制
第一節 概述
第二節 生物反應過程常用檢測方法及儀器
一、流量、液位、壓力及溫度測量
二、轉速、軸功率、粘度及菌
……
第三篇 生物反應工程輔助系統和設備 

3 《生物反應工程與設備》 -文摘

一、細胞生長動力學模型

細胞的生長、繁殖和代謝是一個複雜的生物化學過程。該過程既包括細胞內的生化反應,也包括細胞內外的物質交換,還包括細胞外的物質傳遞及反應。該體系具有多相、多組分、非線性的特點。同時,細胞的培養和代謝還是一個複雜的群體的生命活動,通常每1 ml培養液中含104~1010個細胞,每個細胞都經歷著生長、成熟直至衰老的過程,同時還伴有退化、變異。因此,要對這樣一個複雜的體系進行精確的描述幾乎是不可能的。為了工程上的應用,首先要進行合理的簡化,在簡化的基礎上建立過程的物理模型,再據此推出數學模型,幫助人們加深對生物過程的認識。簡化的主要內容有下述幾點。

第一,細胞反應動力學是對細胞群體的動力學行為的描述,而不是對單一細胞進行描述。所謂細胞群體,是指細胞在一定條件下的大量聚集。

第二,不考慮細胞之間的差別,而是取其性質上的平均值,在此基礎上建立的模型稱作確定論模型;如果考慮每個細胞之間的差別,則建立的模型為概率論模型。目前在應用時一般取前者。

第三,細胞的組成也是複雜的,它含有蛋白質、脂肪、碳水化合物、核酸、維生素等,且這些成分的含量隨著環境條件的變化而變化。如果是在考慮細胞組成變化的基礎上建立的模型,則稱為結構模型。該模型能從機理上描述細胞的動態行為。在結構模型中,一般選取RNA、DNA、糖類及蛋白質的含量作為過程的變數,將其表示為細胞組成的函數。但是,由於細胞反應過程極其複雜,加上檢測手段的限制,給動力學研究帶來了困難,致使結構模型的應用受到了限制。

如果把細胞看作單組分,則環境的變化對細胞組成的影響可以忽略,在此基礎上建立的模型稱為非結構模型。它是在實驗研究的基礎上,通過物料衡算建立起來的經驗或半經驗的關聯模型。

在細胞生長過程中,如果細胞內各種成分均以相同的比例增加,則稱為均衡生長。如果由於各組分的合成速率不同而使各組分增加的比例也不同,則稱為非均衡生長。從模型的簡化考慮一般採用均衡生長的非結構模型。
第四,如果將細胞作為與培養液分離的生物相處理,這樣建立的模型稱為分離化模型,一般在細胞濃度很高時採用此模型,在此模型中需要說明培養液與細胞之間的物質傳遞作用。如果把細胞和培養液視為一項——液相,則在此基礎上所建立的模型為均一化模型。 

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