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生物反应工程

交叉学科名

一个由生物反应动力学与化学反应工程结合的交叉分支学科。 着重解决不同性质的生物反应在不同型式的生物反应器中以不同的操作方式操作时的优化条件。

综述
“生物反应工程”是一门结合工程知识的生物工程专业基础的课程。其理论基础为工程数学、化学反应工 程、生物反应工程、反应器分析、生化工程，着重于不同操作方法和不同影响因素下各类生物反应器的分析。全课程分为三部分，第一部分为生物反应的基本原理，论述酶动力学、细胞生长动力学及微生物培养过程中的热量衡算；第二部分为生物反应器原理，论述在反应器中进行生物反应时伴随的物理过程及其影响，反应器的流型、操作方法和稳定性，以及放大等有关反应器的基础理论；第三部分为各类生物反应器，分别论述工业和科研中常见的搅拌反应器、鼓泡反应器、气升式反应器固定床反应器和流化床反应器等，根据不同反应器的特点，对它们的结构、质量传递、热量传递、动量传递进行了简要描述和分析。本课程注重理论分析和实际应用的讨论，提供较多的参考文献。
生物反应工程 是一门以生物学、化学、工程学、计算机与信息技术等多学科为基础的交叉学科，它以生物反应动力学为基础，将传递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学工程学方法与生物反应过程的反应特性方面的知识相结合，进行生物反应过程分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制等。生物反应工程主要研究生物反应过程中带有共性的工程技术问题。因此，其在生物工业中起着举足轻重的作用。从学科分类看，生物反应工程是工业生物技术的核心。
生物反应工程的任务就是设计一个经济上合理的过程，包括培养基配制与灭菌、无菌空气的制备、菌种的扩大培养、过程设计、反应器设计与控制、产品回收与分离（包括废水处理）等。这些操作的设计基础是建立在质量传递、热量传递和生物反应动力学（即三传一反）的基础之上。生物反应过程研究的目的是提供适宜的动力学速率方程，以描述微生物（或酶、动植物等）反应体系，确定这些方程在设计方面的用途，规划实验室的实验，决定动力学方程所需的速率常数。
课程教学大纲
课程的重点
各种情况下的酶和细胞反应（过程）的动力学推导及其应用；好氧深层培养五种不同操作方式的基本概念和优缺点；反应器中氧的体积传质系数的定义及其影响因素；间歇搅拌釜式反应器（BSTR）、连续搅拌釜式反应器（CSTR）和连续管式反应器（CPFR）基本设计方法，反应器中中简单酶反应和细胞反应过程的解析。
课程的难点
熟悉动力学机理方程的推导获得；恒化器法连续操作，恒浊器法连续操作。带有细胞循环的单级CSTR和多级CSTR串联情况的解析，生物反应器的设计和比拟放大。
第一章 绪论（2课时）
1.1 生物反应工程研究的
1.2 生物反应工程学科的形成与沿革目的
1.3 生物反应工程的研究内容与方法
1.3.1 生物反应动力学
1.3.2 生物反应器
1.3.3 生物反应过程的放大与缩小
第二章 酶促反应动力学（10课时）
2.1 酶促反应动力学的特点
2.2 均相酶促反应动力学
2.2.1 酶促反应动力学基础
2.2.2 单底物酶促反应动力学
2.3 固定化酶促反应动力学
2.3.1固定化酶促反应动力学基础
2.3.2 固定化酶促反应中的过程分析
2.4 酶的失活动力学
2.4.1 未反应时酶的热失活动力学
2.4.2 反应中酶的热失活动力学
第三章 微生物反应动力学（10课时）
3.1 微生物反应的特点
3.2 微生物反应过程的质量与能量衡算
3.2.1微生物反应过程的质量衡算
3.2.2 微生物反应过程的得率系数
3.2.3 微生物反应中的能量衡算
3.3 微生物反应动力学
3.3.1 生长速率
3.3.2 生长的非结构模型
3.3.3 基质消耗动力学
3.3.4 代谢产物的生成动力学
第四章 微生物反应器操作（10课时）
4.1 微生物反应器操作基础
4.2 分批式操作
4.3 流加操作
4.3.1 无反馈控制的流加操作
4.3.2 有反馈控制的流加操作
4.4 连续式操作
4.4.1 恒化器法连续操作
4.4.2恒浊器法连续操作
4.4.3 固定化微生物反应器的连续操作
4.4.4 连续培养中的杂菌污染和菌种变异
第五章 动植物细胞培养动力学（2课时）
5.1 动植物细胞的培养特性
5.1.1 动物细胞培养的特性
5.1.2 植物细胞培养的特性
5.2 动植物细胞的培养条件
第六章 生物反应器中的传质过程（8课时）
6.1 生物反应体系的流变特性
6.1.1 液体的流变学特性
6.1.2 发酵液的流变特性
6.2 氧的传质反应模型
6.2.1 氧传递速率
6.2.2 影响氧传质速率的因素
6.3 溶解氧、摄氧率与体积传质系数的测定方法
6.3.1 溶解氧的测定
6.3.2 摄氧率的测定
6.3.3 KLa的测定
第七章 生物反应器（6课时）
7.1 生物反应器设计基础
7.1.1 生物反应器的设计特点及生物学基础
7.1.2 生物反应器中的混合
7.1.3 生物反应器中的传热
7.2 各类反应器
7.3 生物反应器的比拟放大
7.3.1 生物反应器放大的目的和方法
7.3.2 通风发酵罐的放大
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