生物反应工程-绪论本科_精品文档.ppt

1、生生 物物 反反 应应 工工 程程z参考书：参考书：yShuler M L and Kargi F.Bioprocess Engineering,Prentice Hall Press,2002,New Jersey.y戚以政戚以政,汪叔雄汪叔雄.生化反应动力学与反应器生化反应动力学与反应器.化学工业化学工业出版社出版社,北京北京.y日本日本 山根恒夫山根恒夫生物反应工程生物反应工程z考试权重：考试权重：y平时平时 30%；y期末考试期末考试 70%；（闭卷考试）（闭卷考试）2各章学时分配各章学时分配z总学时总学时 46y绪论：绪论：2y第一章第一章 酶催化反应动力学：酶催化反应动力学：8y第

2、二章第二章 细胞反应动力学：细胞反应动力学：8y第三章第三章 固定化生物催化剂反应过程动力学：固定化生物催化剂反应过程动力学：6y第四章第四章 生物反应器的操作模型：生物反应器的操作模型：6y第五章第五章 生物反应器的传递特性生物反应器的传递特性 6y第六章第六章 生物反应器的混合特性生物反应器的混合特性 4y第七章第七章 生物反应器的设计与放大生物反应器的设计与放大 63绪 论40.1 0.1 生物反应过程的主要特征生物反应过程的主要特征z生物技术：生物技术：应用自然科学和工程学原理，依靠生物催化剂生物催化剂的作用，将物料进行加工或为社会服务的技术。5典型的生物产品生产过程典型的生物产品生产

3、过程6生物反应过程特点生物反应过程特点z采用生物催化剂z独特反应特性z反应条件温和z原料为可再生资源z细胞反应连续操作困难z分离复杂，产物浓度较低70.2 0.2 生物反应工程学的任务生物反应工程学的任务z生物反应工程：以生物反应动力学为基础生物反应工程：以生物反应动力学为基础,将传递过程等化学工程原理与方法和生物反将传递过程等化学工程原理与方法和生物反应过程特点结合，研究生物反应器的设计、应过程特点结合，研究生物反应器的设计、放大和生物反应过程的优化操作与控制的学放大和生物反应过程的优化操作与控制的学科。科。（生物反应过程开发涉及的内容）8z将实验室的研究成果放大到工业规模装置上将实验室的研

4、究成果放大到工业规模装置上进行工业化生产。进行工业化生产。（生物反应过程开发的过程）z多学科交叉多学科交叉（生物反应工程学涉及的学科）生物学化学工程学生物化工(生物反应工程)9The Story of PenicillinAlexander Fleming10Penicillin Inhibits the Bacterial Growth1112More Penicillin=More Life Survived13早期的青霉素生产技术Research restricted due to WWIIInitially produced in milk bottlesProduction shif

5、ted to America to avoid German bombsEarly penicillin culture facility at the Sir William Dunn School of Pathology,Oxford,England.14zOne of the first Penicillin factorieszTerre Haute IndianazJune 194440年代的青霉素工厂青霉素工业化生产了替代低效的实验室生产方法，以满足军用需求及少量的民用需求。15青霉素工业化发酵青霉素工业化发酵 生物化学工程诞生生物化学工程诞生z时间：时间：20世纪世纪4060年

6、代年代z大规模液体发酵罐大规模液体发酵罐z搅拌装置（搅拌桨、轴封）搅拌装置（搅拌桨、轴封）z通气装置（空气过滤、分散器）通气装置（空气过滤、分散器）z灭菌装置（管路、阀门、罐内）灭菌装置（管路、阀门、罐内）z无菌状态（接种、采样、隔离）无菌状态（接种、采样、隔离）z控制装置（温度、控制装置（温度、pH、溶氧、消泡）、溶氧、消泡）z流加装置（碱、葡萄糖、前体）流加装置（碱、葡萄糖、前体）目前规模：百吨至千吨级发酵罐目前规模：百吨至千吨级发酵罐16工程放大摇瓶试验小试中试工业化生产17青霉素分离流程图青霉素发酵液，过滤，溶剂萃取，活性炭处理，过滤去除炭，结晶，晶体过滤，晶体洗涤，晶体过滤和干燥。1

7、8z2020世世纪纪后后期期（197019708080年年）生生物物反反应应工工程程学学科科的的形形成成：英英国国学学者者阿阿特特金金逊逊（19711971）首首次次提提出出生生化化反反应应工程。工程。z2020世世纪纪9090年年代代基基因因工工程程与与生生物物反反应应工工程程不不断断融融合合、发展。发展。190.3 0.3 生物反应工程的重点内容生物反应工程的重点内容酶反应动力学酶反应动力学细胞反应动力学细胞反应动力学固定化催化剂反应动力学固定化催化剂反应动力学反应器操作动力学反应器操作动力学建立反应动力学建立反应动力学选择与设计反应器选择与设计反应器生物反应工程生物反应工程生物反应器操作

8、生物反应器操作生物反应器传递与混合生物反应器传递与混合生物反应器放大生物反应器放大20z生物工艺学z化工原理z物理化学(化学反应动力学)z高等数学(微积分)需要的前提知识需要的前提知识21生物反应过程动力学生物反应过程动力学z研究生物反应过程的速率及其影响因素z包括两个层次y本征动力学（微观动力学）y反应器动力学（宏观动力学）传递因素22生物反应过程动力学的几个方面生物反应过程动力学的几个方面z均相酶催化反应动力学：分子水平描述动力学，由反应机理建立模型方程，模型参数具有明确的物理意义。23细胞反应动力学细胞反应动力学z结构模型：考虑胞内组成变化和代谢网络，反映胞内部分本质和机理。z黑箱模型：

9、完全经验模型，不考虑过程机理，模型不具有明确的物理意义。z非结构模型：理论定量与经验公式结合，状态变量与模型参数有限，模型参数具有明确的物理意义。24z固定化生物催化剂反应动力学固定化生物催化剂反应动力学z固定化酶催化反应动力学：反应物传质速率对酶催化反应过程速率的影响。z固定化细胞反应动力学：反应物传质速率对细胞反应过程速率的影响。25生物反应器操作动力学生物反应器操作动力学z分批分批z连续连续z补料分批补料分批26生物反应器生物反应器z生物反应器的传递特性(传质、传热、动量传递)z生物反应器的设计与放大27反应器的类型反应器的类型z搅拌槽式反应器z管式反应器z气体搅拌塔式反应器（气升式反应器）z动、植物细胞培养反应器贴壁培养贴壁培养光合作用光合作用28Stirred tank reactor29Air lift reactor303132生物反应器的优化与控制33讨论z说说你知道的生物反应器有哪些类型？z反应速率的影响因素有哪些？34