《反应工程整》ppt课件

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1、1.生物技术的定义和特点生物技术的定义利用生物有机体(从微生物直到高等动植物)或其组成部分(包括器官、组织、细胞或细胞器等)发展新产品或新工艺的一种操作技术体系应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务——国际经济合作发展组织(1982)11.生物技术的定义和特点生物技术的特点物料—可再生资源(碳水化合物、蛋白质等)：价廉物美生物作用剂—生物催化剂(酶、细胞)：专一性强、转化率高、条件温和、机理复杂产品或服务—涉及多领域知识与技术—交叉多学科21.生物技术的定义和特点工程生物工程生物化学化学工程生物化学生物技

2、术生物技术（Biotechnology）多学科示意图Bioengineering3“生物工程”（生化工程）是运用化学工程的原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成为生物反应过程的一门学科。简单地说：是为生物技术服务的化学工程。“生物工程”研究生物反应过程中有普遍性意义的特殊工程技术问题，如大规模细胞培养过程、大规模培养基和空气的灭菌过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反应器的优化操作和设计、生物反应过程的参数检测和计算机应用、生化产品的分离纯化等过程中的工程技术问题。由于“生物工程”是化学工程的一个分支学科或被认为是生物学和化学工程相结

3、合的交叉学科而又被称为“生物化工”。1.生物技术的定义和特点42.生物反应过程的意义和特点“生物反应过程”实质上是利用生物催化剂以从事生物技术产品的生产过程。当过程采用游离的整体微生物活细胞为生物催化剂时，一般称此为发酵过程（也称微生物培养过程、微生物转化过程等）。当生物催化剂为游离或固定化酶时，此过程则称为酶反应过程。另外，还有动、植物细胞（组织）培养过程。52.生物反应过程的意义和特点一般生物反应过程示意图生物催化剂的制备原材料的预处理反应器及反应条件的选择产物的分离纯化6生物反应过程具有下列特点：由于采用生物催化剂，反应过程在常温常压下进行，且

4、可运用DNA重组技术及原生质体融合等现代生物技术组建或改造生物催化剂而赋予生物反应过程以现实和潜在的活力，但生物催化剂易于失活，易受环境的影响和杂菌的污染，一般不能长时间使用。以采用可再生资源（renewableresources—碳水化合物、蛋白质等）为主要原材料，来源丰富、价格低廉，过程中废物的危害性较小，但原料成分往往难以控制，给产品质量带来一定影响。2.生物反应过程的意义和特点7与化工生产相比，生产设备较为简单，能量消耗一般也较少，但由于过高的底物或产物浓度常导致酶的抑制或细胞不能耐受如此高的渗透压而失活，因此反应液中的底物（基质）浓度不能过

5、高，因此导致很大的反应器体积且要求在无杂菌污染情况下进行操作。酶反应过程的专一性强，转化率高，但成本较高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液中杂质较多，给提取纯化带来团难。2.生物反应过程的意义和特点84.生物反应过程的生物学与工程学基础──形成了经典的以动力学为基础的工程学概念生物反应工程：它涉及二方面的内容，即宏观微生物反应动力学和生物反应器工程。其中反应器工程是指包括影响微生物反应宏观动力学的生物反应器形式、结构、操作方式、物料混和传递过程特性等宏观动力学：但是实际发酵过程是在生物反应器中进行，因此，从实用意义出发，人们重

6、视一定反应器内检测到的反应速率即总反应速率及其影响因素，这就是宏观动力学研究。动力学与反应器工程本征动力学：即没有在生物反应器中各种形式的传递过程等工程因素影响时的微生物反应的固有反应速率。94.生物反应过程的生物学与工程学基础───形成了经典的以化学计量学和热力学研究为基础的发酵工程生物学从工程学角度研究对生长反应的影响。研究各类微生物代谢平衡的理论、方法和实际有效的实验量化数据。例如胞内反应中分解代谢、合成代谢和大分子物质合成之间的物质和能量的关系。要经过1000多步胞内反应才能转化为代谢产物和细胞成分，我们不可能对这些反应进行一一定量的计算微生

7、物生长和反应过程研究必须从基质进入细胞，胞内反应，代谢产物的胞内外分泌等全过程进行分析10种子扩大培养将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种。种子扩培的目的获得一定数量和质量的纯种缩短发酵时间、提高设备利用率、保证生产水平11种子的要求总量及浓度能满足要求生理状况稳定活力强，移种至发酵后，能够迅速生长无杂菌污染12种子制备一般工艺流程实验室阶段：不用种子罐，所用的设备为培养箱、摇床等实验室常见设备，在工厂这些培养过程一般都在菌种室完成，因此形象地将这些培养过程

8、称为实验室阶段的种子培养。生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进行，一般在工程归为发酵车间管理，因此形象地称这