生物反應工程

“生物反應工程”是一門結合工程知識的生物工程專業基礎的課程。其理論基礎為工程數學、化學反應工 程、生物反應工程、反應器分析、生化工程，著重於不同操作方法和不同影響因素下各類生物反應器的分析。全課程分為三部分，第一部分為生物反應的基本原理，論述酶動力學、細胞生長動力學及微生物培養過程中的熱量衡算；第二部分為生物反應器原理，論述在反應器中進行生物反應時伴隨的物理過程及其影響，反應器的流型、操作方法和穩定性，以及放大等有關反應器的基礎理論；第三部分為各類生物反應器，分別論述工業和科研中常見的攪拌反應器、鼓泡反應器、氣升式反應器固定床反應器和流化床反應器等，根據不同反應器的特點，對它們的結構、質量傳遞、熱量傳遞、動量傳遞進行了簡要描述和分析。本課程注重理論分析和實際應用的討論，提供較多的參考文獻。

生物反應工程 是一門以生物學、化學、工程學、計算機與信息技術等多學科為基礎的交叉學科，它以生物反應動力學為基礎，將傳遞過程原理、設備工程學、過程動態學及最優化原理等化學工程學方法與生物反應過程的反應特性方面的知識相結合，進行生物反應過程分析與開發，以及生物反應器的設計、操作和控制等。生物反應工程主要研究生物反應過程中帶有共性的工程技術問題。因此，其在生物工業中起著舉足輕重的作用。從學科分類看，生物反應工程是工業生物技術的核心。

生物反應工程的任務就是設計一個經濟上合理的過程，包括培養基配製與滅菌、無菌空氣的製備、菌種的擴大培養、過程設計、反應器設計與控制、產品回收與分離（包括廢水處理）等。這些操作的設計基礎是建立在質量傳遞、熱量傳遞和生物反應動力學（即三傳一反）的基礎之上。生物反應過程研究的目的是提供適宜的動力學速率方程，以描述微生物（或酶、動植物等）反應體系，確定這些方程在設計方面的用途，規劃實驗室的實驗，決定動力學方程所需的速率常數。

各種情況下的酶和細胞反應（過程）的動力學推導及其應用；好氧深層培養五種不同操作方式的基本概念和優缺點；反應器中氧的體積傳質係數的定義及其影響因素；間歇攪拌釜式反應器（BSTR）、連續攪拌釜式反應器（CSTR）和連續管式反應器（CPFR）基本設計方法，反應器中中簡單酶反應和細胞反應過程的解析。

熟悉動力學機理方程的推導獲得；恆化器法連續操作，恆濁器法連續操作。帶有細胞循環的單級CSTR和多級CSTR串聯情況的解析，生物反應器的設計和比擬放大。

第一章 緒論（2課時）

1.1 生物反應工程研究的

1.2 生物反應工程學科的形成與沿革目的

1.3 生物反應工程的研究內容與方法

1.3.1 生物反應動力學

1.3.2 生物反應器

1.3.3 生物反應過程的放大與縮小

第二章 酶促反應動力學（10課時）

2.1 酶促反應動力學的特點

2.2 均相酶促反應動力學

2.2.1 酶促反應動力學基礎

2.2.2 單底物酶促反應動力學

2.3 固定化酶促反應動力學

2.3.1固定化酶促反應動力學基礎

2.3.2 固定化酶促反應中的過程分析

2.4 酶的失活動力學

2.4.1 未反應時酶的熱失活動力學

2.4.2 反應中酶的熱失活動力學

第三章 微生物反應動力學（10課時）

3.1 微生物反應的特點

3.2 微生物反應過程的質量與能量衡算

3.2.1微生物反應過程的質量衡算

3.2.2 微生物反應過程的得率係數

3.2.3 微生物反應中的能量衡算

3.3 微生物反應動力學

3.3.1 生長速率

3.3.2 生長的非結構模型

3.3.3 基質消耗動力學

3.3.4 代謝產物的生成動力學

第四章 微生物反應器操作（10課時）

4.1 微生物反應器操作基礎

4.2 分批式操作

4.3 流加操作

4.3.1 無反饋控制的流加操作

4.3.2 有反饋控制的流加操作

4.4 連續式操作

4.4.1 恆化器法連續操作

4.4.2恆濁器法連續操作

4.4.3 固定化微生物反應器的連續操作

4.4.4 連續培養中的雜菌污染和菌種變異

第五章 動植物細胞培養動力學（2課時）

5.1 動植物細胞的培養特性

5.1.1 動物細胞培養的特性

5.1.2 植物細胞培養的特性

5.2 動植物細胞的培養條件

第六章 生物反應器中的傳質過程（8課時）

6.1 生物反應體系的流變特性

6.1.1 液體的流變學特性

6.1.2 發酵液的流變特性

6.2 氧的傳質反應模型

6.2.1 氧傳遞速率

6.2.2 影響氧傳質速率的因素

6.3 溶解氧、攝氧率與體積傳質係數的測定方法

6.3.1 溶解氧的測定

6.3.2 攝氧率的測定

6.3.3 KLa的測定

第七章 生物反應器（6課時）

7.1 生物反應器設計基礎

7.1.1 生物反應器的設計特點及生物學基礎

7.1.2 生物反應器中的混合

7.1.3 生物反應器中的傳熱

7.2 各類反應器

7.3 生物反應器的比擬放大

7.3.1 生物反應器放大的目的和方法

7.3.2 通風發酵罐的放大