-化工新技术与展望(4学时)

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1、第九章化工新技术与展望第一节生物化工技术1.1概述近年来，石油天然气等价格飞涨，下游企业面临严峻的运行危机。解决危机的主要途径之一就是转向以生物可再生资源为原料，反应条件温和、能耗低、选择性好、过程高效、可持续发展的新领域——生物化工。生物化工是化学工程的一个前沿分支。它应用化学工程的原理和方法，研究解决有生物体或生物活性物质参与的生产过程即生物反应过程中的基础理论及工程技术问题。它作为生物化学、微生物学及化学工程之间的边缘学科，是生物技术中将近代生物学的成就转变成生产力所必不可少的重要组成部分。1.1.1生物化工的定义及特点生物化工是化学工程与技术一级学科中

2、包括的主要二级学科之一，是生物工程领域的重要组成部分，是运用化学工程科学的原理和方法，对生物技术实验成果加以开发和工程化的一门学科，广泛服务于化学工业、制药工业、食品工业、农药工业、环境生态保护等领域，对国民经济的发展具有重要意义，有很强潜在的经济效益和社会效益。生物化工具有以下特点：(1)原料可再生性：采用生物技术生产化学品一般都以光合作用产物及其加工品等可再生资源为原料，来源丰富，价格较低，如淀粉、糖蜜、农作物的秸杆等，在生产过程中产生的废料危害性较小，有利于经济的可持续发展，促进农业产业化发展。但原料成分常难以控制，给生产过程和产品质量控制带来一定困难和

3、影响。(2)生产过程温和：在菌种的催化作用下，生产过程一般都在常温常压下进行，区别于许多化学反应需在高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件下进行，因而安全性极高。但酶催化剂易于失活，易受环境的影响和杂菌的污染一般不能长时间使用，常以分批操作生产为主。(3)反应专一性：由生物酶催化反应一般都有很好的专一性，不仅有底物专一性，而且还有立体化学专一性，因此现代生物技术过程副反应极少。(4)设备同一性：生物技术生产化学品的设备一般都很相似，常可更换生产品种，而不像传统化工设备有明显的专一性。1.1.2生物化工技术发展概况生物化工发展至今经历了一个多世纪。它的发展大致概括为3

4、个时期：从19世纪80年代起到20世纪30年代末，不少发酵产品，如乳酸、面包酵母、乙醇、柠檬酸等相继投入生产，这是属于第一代生物化工产品。这一时期的特点是工业生产是实验室规模的简单放大，人们着重于工艺的研究，而未形成严格的工程学科。第二代的生物化工产品从20世纪40年代随着抗生素工业的兴起而出现的。在这一时期，在具有通气搅拌装置的发酵罐中大量培养青霉素产生菌的方法出现了，代替了原来用上千个瓶子进行表面培养的产生方法。这一时期，化工工程师成功地解决了好气性微生物的大规模培养中的氧供应、培养基和空气的灭菌以及产品提取中的关键技术和设备问题，并从中建立了发酵过程中的

5、搅拌通气、培养基和空气灭菌等单元操作，为生物化学工程的建立奠定了初步的理论基础。从20世纪70年代末起，随着现代生物技术的兴起，生物化工又为利用重组微生物、动植物细胞大规模培养以生产药用多肽及蛋白质、疫苗、单克隆抗体等服务，从而出现了第三代生物化工产品。如用DNA重组体菌种生产的胰岛素、干扰素等。这些产品及其生产过程特点，进一步要求生物化学工程开拓新的生物反应器以及新的单元操作。1.2生物化工技术应用领域1.2.1生物农药生物农药是指以生物活体如细菌、真菌、病毒等微生物或其代谢产物为原料而制成的，或者是通过转基因、仿生合成具有特异作用的，用来防治农业病虫草鼠害

6、和卫生害虫等有害生物的生物活体及其生理活性物质，并可以制成商品上市流通的生物源制剂，包括细菌、病毒、真菌、线虫、植物生长调节剂和抗病虫草害的转基因植物等。生物农药具有化学农药所不具备的杀虫效率高、不产生公害、对人体和家畜都没有副作用、环境兼容性好的优点，将逐步取代化学农药，广泛应用于农作物防病、治虫、除草等方面，具有广阔的发展前景。生物农药具有高效、广谱、不易产生抗药性、对人畜安全、不污染环境等特点，而且原料易获得，生产成本低。生物农药与化学农药相比，其有效成分来源、工业化生产途径、产品的杀虫防病机理和作用方式等诸多方面，有着许多本质的区别，是当前农作物病虫害

7、防治中具有广阔发展前景的一种农药。生物农药主要具有以下几方面的优点：①选择性强，对人畜安全。②生态环境影响小。③可以防止害虫流行病。④可利用农副产品生产加工。我国生物农药的研究起始于20世纪50年代初，至今已有50多年的历史。回顾生物农药的发展历程可分为三个阶段：①从20世纪50年代初到70年代末，仿制国外成果或直接引进，成功开发了Bt杀虫剂、井冈霉素、公主岭霉素、多效霉素等生物农药，开辟了农用抗生素生物农药的第一个里程碑。②从1980年初国家恢复农药登记管理制度，对生物农药进行了重新登记注册，正式登记了生物农药品种有9个，到1995年底又临时登记了10个品种

8、，规范了生物农药的生产、布点和应用。生