6 生物反应器中的氧传递.

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生物反应器在模拟细胞微环境中的应用

生物反应器在模拟细胞微环境中的应用摘要：生物反应器在模拟细胞微环境中的应用非常广泛，是细胞体在外培养的关键技术环节。

本文介绍生物反应器的种类和各自特点，以及在体外模拟细胞微环境中的应用情况。

关键词：生物反应器；体外模拟；细胞微环境重组蛋白、疫苗、单抗等药物具有重要的药用价值，这些药物都是通过体外模拟细胞微环境进行细胞培养而生产的。

现在细胞培养技术无论是在培养规模、培养环境还是产物表达等方面都得到了大幅度的提高，其中生物反应器起了很大的作用。

1生物反应器如何设计才能对体外细胞微环境进行模拟进行生物反应器设计，为更好的模拟细胞微环境中，要综合考虑结构的严密性和可以承受高温的灭菌蒸汽，所以要采用对生物催化剂没有伤害以及耐腐蚀的材料，生物反应器的内壁要光滑，内部附件不宜太多，要留出大量的空间来进行细胞的培养。

要保证良好的气体和液体接触，并且液体和固体要具有好的热量交换性能，可以有效的进行质量和热量的传递，尽量减少能量的消耗和泡沫的产生，设计消沫装置来提高装料系数。

生物反应器是对微小生物的放大生产过程，是从实验室到工业生产的过程，要面临生物反应器的逐级放大问题，并不是简单的体积的放大，而是一个复杂的体系。

在生物反应器中，氧的传递速率要满足于细胞对氧的摄取速率，溶解氧的浓度也要保证。

在进行细胞的培养和发酵时，并释放一些热量，细胞在培养时会与周围环境产生物质的新陈代谢，发生分解和同化作用，分解作用会释放能量，同化作用会吸收能量。

同化作用主要是细胞的生长、繁殖以及生成产物都要需要能量，细胞从培养基吸收营养和基质。

从能量的角度来分析，分解产生的能量会大于同化产生的能量，多余的能量会转化为能量释放到外围环境中，无论是细胞反应还是酶反应，要及时将释放的热量排出去，才能保证细胞培养的正常进行，所以生物反应器会设置冷却装置。

2各种生物反应器的应用介绍2.1搅拌式生物反应器在体外模拟细胞微环境中的应用搅拌式生物反应器工作时，搅拌器旋转使液体在其中流动，类似于微生物发酵罐的工作原理，其主要结构包括培养罐、培养管、阀门、泵、马达、控制仪器。

生物反应工程(知识点参考)

名词解释1，返混:不同停留时间的物料的混合。

2，双膜理论:作为界面传质动力学的理论，该理论较好地解释了液体吸收剂对气体吸收质吸收的过程。

一种关于两个流体相在界面传质动力学的理论3，构象改变:在分子生物学里，一个蛋白质可能为了执行新的功能而改变去形状；每一种可能的形状被称为构象，而在其之间的转变即称为构象改变。

4，分配效应:分配的马太效应（Matthew Effect），是指好的愈好，坏的愈坏，多的愈多，少的愈少的一种现象。

5，酶的固定化技术:酶固定化技术是通过物理或化学的方法将酶连接在一定的固相载体上成为固定化酶，从而发挥催化作用。

固定化后的酶在保持原有催化活性的同时，又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用，可在生产工艺上实现连续化和自动化，更适应工业化生产的需要。

6，结构模型:就是应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型.7，固定化酶:水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水的但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。

在催化反应中以固相状态作用于底物。

8，停留时间:又称寄宿时间，是指在稳定态时，某个元素或某种物质从进入某物到离开该物所度过的平均时间。

9，恒化器：一种微生物连续培养器。

它以恒定的速度流出培养液，使容器中的微生物生长繁殖始终低于最快生长速度。

这种容器反映的是培养基的化学环境恒定。

而恒浊器反映的是细胞浊度（浓度）的恒定。

10，恒浊器：一种连续培养微生物的装置。

可以根据培养液中的微生物的浓度，通过光电系统观控制培养液的流速，从而使微生物高密度的以恒定的速度生长。

11，生物反应工程：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12，连续灭菌：就是将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加热,保温，降温的灭菌过程，也称连消。

13，间歇灭菌：在100℃条件下，灭菌30分钟，间隔24小时再重复操作三次。

生物反应工程原理复习题答案

生物反应工程原理复习题答案一、选择题1. 生物反应器的基本类型包括：A. 搅拌槽式B. 填充床式C. 流化床式D. 所有以上选项2. 微生物生长的四个阶段包括：A. 滞后期B. 对数生长期C. 稳定期D. 衰减期E. 所有以上选项3. 以下哪个不是生物反应器操作模式？A. 批式操作B. 连续操作C. 半连续操作D. 周期性操作二、填空题1. 生物反应器的设计通常需要考虑_________、_________和_________三个主要因素。

2. 在生物反应器中，_________是用来描述微生物生长速率的参数。

3. 微生物的代谢途径可以分为_________代谢和_________代谢。

三、简答题1. 简述批式操作和连续操作的区别。

2. 描述生物反应器中氧气传递的重要性及其影响因素。

四、计算题1. 假设一个生物反应器的体积为1000升，其中微生物的浓度为5克/升。

如果微生物的比生长速率为0.2/小时，计算1小时内生物量的增长量。

2. 给定一个流化床生物反应器，其气体流量为1000升/分钟，气体中氧气的体积分数为21%。

如果反应器的体积为5立方米，计算在30分钟内氧气的总传递量。

五、论述题1. 论述生物反应器中混合和传质的重要性，并举例说明如何优化这些过程。

2. 分析在工业生产中，为什么需要对生物反应器进行规模放大，并讨论规模放大过程中可能遇到的挑战。

六、案例分析题1. 某制药公司使用生物反应器生产抗生素。

在生产过程中，他们发现微生物的生长速率突然下降。

请分析可能的原因，并提出解决方案。

2. 一个废水处理厂使用活性污泥法处理工业废水。

请根据活性污泥法的原理，分析废水处理过程中可能出现的问题，并提出改进措施。

七、实验设计题1. 设计一个实验来评估不同搅拌速度对微生物生长速率的影响。

2. 设计一个实验来测定生物反应器中氧气的溶解度。

八、结束语通过本复习题的练习，希望能够帮助学生更好地理解和掌握生物反应工程的原理，为进一步的学习和研究打下坚实的基础。

气提生物反应器工作原理

气提生物反应器工作原理气提生物反应器（Gas-lift bioreactor）利用气体提升原理来加强液相循环以实现更好的生物反应效果。

其工作原理如下:1. 液相循环: 反应器中注入的气体通过管道进入反应液底部，与液体发生置换作用。

气体的进出可以通过控制阀门来调节。

当气体进入反应液底部时，由于气体密度比液体小，气液两相之间形成固定的界面，气体通过气液界面进入反应液。

进入液相的气体会形成气泡并向上浮动。

2. 液相混合: 气泡的上升过程中会带动液相发生对流，从而实现液相的混合。

气泡的上升速度越快，液相的对流效果越好。

3. 氧气传递: 气体中的氧气可以通过气泡与液相接触实现氧气的传递。

氧气会从气体相迁移到液相，而产生的废气会通过气液界面排放出反应器。

4. 压力控制: 反应器中的气泡会推动液体向上流动，从而形成液相循环。

通过调节反应器的气体进出速度和流量，可以控制液相的循环速度和压力。

适当的液相循环可以增强气液传质效果，提高反应的速率和效率。

总之，气提生物反应器通过气体提升和液相循环来实现液相混合和气体传质，从而提高生物反应的效果。

该反应器适用于生物工程和生物技术领域中的生物转化、发酵等反应过程。

5. 控制气体供给：气提生物反应器中的气体供给量需要根据反应物的需求进行调节。

通过控制供气速率和气体进出阀门，可以控制反应器内的气体浓度和压力，以满足反应过程对气体的需求。

6. 改进传质效果：气提生物反应器通过气泡的上升和液相的循环，改善了液相中的气体传质效果。

气泡的上升速度较快，可以保持气液界面的新鲜区域，进一步促进气体的传递到液相中。

同时，加强的液相循环可以减小气泡间的液相流动阻力，提高气液传质效率。

7. 降低气泡尺寸：为了提高气液界面的面积，并增强气体传质效果，气提生物反应器通常会使用小尺寸的气泡。

较小的气泡具有较大的表面积，可以增加与液相接触的机会，从而促进气体的传递和反应的进行。

8. 应用范围广泛：气提生物反应器由于其优秀的反应效果和操作灵活性，广泛应用于生物领域的多种反应过程，如生物发酵、废水处理、生物催化等。

生物反应器工作原理

生物反应器工作原理生物反应器的工作原理生物反应器是一种能够利用生物转化过程进行生产的设备，它可以支持和促进生物体内的生化反应。

生物反应器一般由反应容器、搅拌装置、温控系统、通气系统等组成，其工作原理依赖于生物体的生长、代谢和微生物的作用。

1. 生物反应器的基本原理生物反应器是为了在控制条件下促进生物体内的生化反应而设计的。

它提供了一个适合于生物体生长和代谢的环境，以支持其在反应器内进行所需的生化反应。

关键因素包括温度、满足生物体需要的底物和营养物质、pH值的维持和氧气的供给等。

2. 温控系统温控系统是生物反应器中的一个重要组成部分，它通常由温度传感器、加热装置和温度控制器组成。

通过感测反应器内的温度变化，控制器可以自动调节加热装置的输出来维持所需的反应温度。

保持适宜的温度可以提供生物体生长所需的理想环境，加速生化反应速率。

3. 搅拌装置搅拌装置用于保持反应器内物质的均匀混合，促进物质传递过程。

对于生物反应器而言，搅拌装置的设计旨在防止生物体的沉降和死区形成，使反应器内物质分布更加均匀。

搅拌装置的形式多种多样，包括机械搅拌、气体搅拌、涡流搅拌等。

4. 底物和营养物质的供给生物反应器中的底物和营养物质是支持生化反应进行的重要因素。

底物通过给定的供给策略被添加到反应器中，以满足生物体生长和代谢的需求。

供给策略可以根据具体反应的要求进行调节，例如连续供给、批次供给或脉冲供给等。

5. pH值的维持pH值对于生物体内的生化反应非常重要，它可影响酶的活性、细胞壁的稳定性和底物的溶解度等。

生物反应器中通常使用缓冲液来维持适宜的pH值。

pH值的控制可以通过添加酸或碱来调节，通常借助于自动控制系统来维持所需的pH范围。

6. 氧气供给氧气是生物体进行代谢反应所必需的。

在许多生物反应器中，气体搅拌是将氧气与培养基混合的常见方法。

通过气体供给系统，可控制氧气的流速、溶解度和分布，以满足生物体对氧气的需求。

7. 生化反应生物反应器的工作原理依赖于生物体的生长和代谢过程。

第三章生物反应器总论3生物反应器的通风和溶氧传质

（m2·s·Pa）； KL ――以氧浓度为推动力的总传质系数，m/s； p* ――与液相溶氧浓度c 平衡的氧气分压，Pa； c* ――与气相氧分压p 平衡的液相溶氧浓度，
mol/m3；
3.3 生物反应器的通风和溶氧传质
以上公式也可表述为推动力除以阻力的形式：
NA
P Pi 1
k0
NA
p p* 1
属于液膜传递控制，气体的传递速度由公式3-13决定。
3.3 生物反应器的通风和溶氧传质
氧气向水中的传递属于上述情况，因此，氧气向发酵液的传递速率可由下述公式计算：
溶氧速率 Na=KLa（c*-c）；（3-14）式中： Na――溶氧速率，mol/（m3·s）；
a――每单位体积发酵液中气液界面面积，m2/m3。由于a很难测定，KLa常常合并为一个常数，称为体积溶氧系数，单位s-1或 h-1。由公式3-14可看出，氧的传递推动力（c*-c）和体积溶氧系数KLa是影响溶氧速率的关键因素，任何影响这两个数的外界因素都影响发酵液中氧的传递。
3.3 生物反应器的通风和溶氧传质
6．消沫剂消沫剂对溶氧系数的影响较大，有双重作用。一方面，消沫剂能够降低表面张力，减小发酵液中气泡的直径，使发酵液中充满较多的小气泡，从而增加单位体积发酵液中的气液接触面积，增加溶氧系数；另一方面，消沫剂附着在气液接触界面，改变了传质液膜的组成，不但增加了液膜传质阻力，而且降低了气液界面的流动性，反而降低了溶氧系数。
3.3 生物反应器的通风和溶氧传质
一般来说，在一个罐式搅拌生物反应器中，溶氧系数KLa
可以用下式表示：
K La
X
( Pg VL
)
y
(Vg
)Z
式中：Pg ――在通气情况下的搅拌功率，W；

生物反应器原理

生物反应器原理
生物反应器是一种用于进行生物反应的装置，它可以提供适宜的环境条件，促
进生物体进行代谢活动，从而实现特定的反应过程。

生物反应器广泛应用于生物工程、生物制药、环境工程等领域，具有重要的科研和工程应用价值。

生物反应器的原理主要包括反应体系、生物体系和环境条件三个方面。

首先，
反应体系是指反应器中所包含的物质组成，包括底物、产物、辅助剂等。

其次，生物体系是指反应器中所包含的生物体，例如微生物、酶等。

最后，环境条件包括温度、pH值、氧气供应等因素，这些条件对于生物体的生长、代谢和反应过程起着
至关重要的作用。

生物反应器的原理可以简单概括为提供适宜的环境条件，促进生物体进行代谢
活动。

在反应体系中，底物通过特定的反应途径被生物体转化为产物，同时伴随着能量的释放或吸收。

生物体系中的生物体通过代谢活动参与到反应过程中，从而实现底物到产物的转化。

环境条件的调控可以影响生物体的生长速率、代谢活性以及反应过程的进行。

生物反应器的原理在实际应用中具有重要的意义。

通过对反应体系、生物体系
和环境条件的精确控制，可以实现对特定反应过程的调控和优化，提高产物的产率和纯度，降低废物的产生和能源的消耗。

同时，生物反应器的原理也为生物工程和生物制药等领域的研究提供了重要的理论基础，促进了相关技术的发展和应用。

总之，生物反应器的原理是一个复杂而又精密的系统工程，它涉及到物质转化、生物代谢和环境调控等多个方面。

只有深入理解生物反应器的原理，才能更好地应用和推广生物反应器技术，实现对生物体系的有效控制和利用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。

生物反应器原理：微生物在反应器中的生长

生物反应器原理：微生物在反应器中的生长生物反应器是用于进行生物工艺过程的设备，其主要目的是提供适宜的环境，以支持微生物在其中进行生长、代谢和产物合成等生物反应。

以下是生物反应器中微生物生长的基本原理：基质与营养物质供应：生物反应器中提供的培养基是微生物生长的基础，包含了微生物所需的碳源、氮源、磷源、微量元素等。

这些物质为微生物提供了能量和原料，支持其代谢和生长。

温度控制：微生物的生长通常对温度敏感，因此生物反应器会通过加热或冷却系统来维持适宜的温度范围。

温度的控制对微生物的生长速率和代谢活性有重要影响。

pH控制：微生物对环境的酸碱度（pH值）也敏感。

生物反应器中通常设有 pH 控制系统，确保培养基的酸碱度在微生物生长的适宜范围内。

气体供应与气体传质：微生物通常需要氧气进行呼吸，而某些微生物也可能是厌氧生物，需要在缺氧或无氧条件下生长。

因此，生物反应器中有适当的气体供应系统，以满足微生物对氧气或其他气体的需求。

搅拌与氧传递：为了保持培养基的均匀性，生物反应器通常通过搅拌系统来提高培养基的混合程度。

此外，搅拌还有助于提高氧气在培养基中的传递效率，确保微生物有足够的氧气供应。

生物质传递：生物反应器中，微生物生长后会产生细胞质和代谢产物，而这些物质需要被传递出去，以维持培养基的适宜环境。

通常通过排放废液或分离技术来实现。

在线监测与控制：为了确保微生物在生物反应器中的良好生长，常常使用在线监测系统，监测关键参数如培养基中的营养物质浓度、微生物生长速率、产物浓度等，并根据监测结果进行实时的控制调整。

这些基本原理的合理应用能够有效地支持微生物在生物反应器中的生长和代谢过程，从而实现对特定产物的高效生产。

生物反应器在生物技术、制药、食品工业等领域发挥着重要的作用。

生物反应器中的传质过程

第六章生物反应器中的传质过程
主要内容
6.1、 6.1、生物反应体系的流变学特性 6.2、 6.2、生物反应器中的传递现象 6.3、 6.3、体积传质系数的测定及其影响因素 6.4、 6.4、发酵体系中的氧的传递 6.5、 6.5、溶氧方程与溶氧速率的调节
6.1 生物反应体系的流变特性
粘度对不同过程的影响
6.2.1 氧传递理论概述
图6-2 氧从气泡到细胞中传递过程示意图
氧传递阻力包括：氧传递阻力包括：气膜阻力——1/k1 气膜阻力气液界面阻力—— 1/k2 气液界面阻力液膜阻力—— 1/k3 液膜阻力反应液阻力 ——1/k4 细胞外液膜阻力—— 1/k5 细胞外液膜阻力液体与细胞之间界面的阻力—— 1/k6 液体与细胞之间界面的阻力细胞之间介质的阻力 —— 1/k7 细胞内部传质的阻力 —— 1/k8 等等。等等。
与时间无关的纯粘性流体的流变特性
流变性方程表观粘度表观粘度a 恒定不变 = a 示例
τ = γ
τ = K γ n , 0 < n < 1 随剪切率的增加而减少 = Kγ
n 1 a
τ = Kγ
n
,n >1
随剪切率的增加而增加 a = K γ n 1
a = τ 0 / γ + K p
τ = τ 0 + K pγ
τ = τ 1 2 + K 'p γ 1 2 0
有多种经验方程来描述非牛顿流体的流变特其中最简单的形式是指数律方程。性，其中最简单的形式是指数律方程。
τ = Kγ
n
（6-2）
式中：稠密度指数，式中：K——稠密度指数，或称指数律系数稠密度指数或称指数律系数Pas；； n——流变性指数，或称指数律的方次。流变性指数，流变性指数或称指数律的方次。对于牛顿型流体，对于牛顿型流体，n=1，K=。对于非牛顿型，流体，流体，将τ/γ定名为表观粘度。给定流体的表观粘 γ定名为表观粘度。度是剪切速率的函数。度是剪切速率的函数。表6-1中τ0为屈服应力，中为屈服应力Pa， Kp为刚性系数为刚性系数Pas，Kp为凯松粘度为凯松粘度为刚性系数，为凯松粘度(Pas应液的流变学特性：反应液的流变学特性：是指液体在外加剪切力作用下所产生的流变特性， τ 作用下所产生的流变特性，简称流变特性。当给定的流体在外加剪切力的作用下，当给定的流体在外加剪切力的作用下，一定产生相应的剪切速率γ 即速度梯度或切变率，生相应的剪切速率γ（即速度梯度或切变率，N/m2 ），两者之间的关系为该流体在给定温度和压或Pa），两者之间的关系为该流体在给定温度和压），力下的流变特性：力下的流变特性：

氧的供需与传递、生物反应器

,p*=HC,
p=HC*
1/ KL = (C*-C)/J=(C*-Ci)/J+(Ci-C)/J
1/ KL =1/(Hkg)+1/kl 同理: 1/ KG =1/kg+H/kl
对于氧气来说，H很大，因此就有1/(Hkg)远远小于 1/kl，即1/ KL ≈1/kl，说明液膜阻力占传质过程阻力的主导地位。由于液相中的C和C*易测定或推算，因此，以（C*-C)为推动力表示的传质通量J普遍。 J=KL(C*-C)
4.2.2 液——固相间的氧传递
当氧的传递达到稳态时，通过细胞或细胞团外液膜的传递速率为OTR=KLCαc(CL-CC)
式中： αc液固比表面积，m2/m3; CC细胞或细胞团表面氧浓度，mol/m3, CL液相主体氧浓度，mol/m3. α2 α3 设细胞或细胞团为球形，即有NSh=2+α1NRe· Sc N
NSh为Sherwood 准数， NSh =(KLCdp)/DL NRe为Renolds准数，NRe=(dpωρL)/μL NSc为Schmidt准数, NSc = μL /(DLρL); 式中dp—颗粒直径，m; DL—氧在液相中的分子扩散系数， m2/s; ω —固液相对运动速度，m/s; μL —液体黏度，Pa.s; ρL—液体密度,kg/m3; α1、 α2、 α3 —常数。
阳极：Pb,
Pb
4OH－ Pb2++2e
电解质
透气的塑料袋
氧从液相主体到阴极表面的推动力是氧分压。
则氧的扩散通量 J=K(PL-PC)
I=4FAJ=4FAKPL=K’PL
扩散电流和氧浓度之间有一个线性关系.
◇压力法
恒温密闭容器中,有体积为VL的液体。通入气体压力为P1,体积为VG的气体至平衡时为P2。

细胞培养技术中的生物反应器设计与优化

细胞培养技术中的生物反应器设计与优化一、引言细胞培养技术是现代生物科学的重要研究领域之一，它广泛应用于生物制药、组织工程、基因工程、癌症治疗等领域。

生物反应器作为细胞培养技术的核心装置，对细胞生长和代谢产物的生产效率有着至关重要的影响。

因此，生物反应器的设计和优化对于提高细胞培养过程中的产量、质量及成本效益具有重要意义。

本文将从生物反应器的设计、运行参数、传热传质效率、流量和搅拌速率等角度，简要介绍细胞培养技术中的生物反应器设计与优化。

二、生物反应器的设计生物反应器是细胞培养的关键装置，其设计需要考虑到包括细胞生长所需物质（培养基、氧气、温度等）的输送，收集代谢产物、对生物环境的监控等方面的因素，其结构也应能够为细胞自由生长提供足够的空间，提高反应器的填充率和细胞密度。

基于细胞类型、目标代谢产物和生产要求等因素选择不同的可控式反应器进行培养。

1.泡沫床反应器泡沫床是一种三维的拓扑结构，具有良好的生长环境和高的细胞密度。

通常，泡沫床反应器用于生产大量微生物单细胞蛋白、基因表达、疫苗和酵母细胞等大量代谢产物的培养。

其基本组成包括冷却器、搅拌器、气、液分布器、床体等。

2.悬浮式反应器悬浮式反应器又称为液体床反应器，是一种单相混合反应器，可以快速混合决定过程和均质悬浮的细胞或微生物。

在新陈代谢过程中应用较广，如单细胞蛋白代谢产物、抗生素的生产、细胞质合成、细胞生长等。

其基本组成包括气体入口、液位控制器、搅拌器、光照、水甲醛等等。

三、细胞培养中反应器运行参数反应器运行参数是细胞培养反应器的关键设定，针对不同的细胞类型、生产要求和目标产物等因素予以调控，能够提高产量、质量、保存生命周期、多样性、市场竞争力等方面的优势，如温度、pH值、氧气、营养等。

1.温度温度是细胞培养过程中的重要参数之一，不同细胞类型的最适生长温度不同，过高或过低的温度会严重影响细胞生长的速率和细胞数量。

在实际研究中，温度通常设置在35℃-37℃之间，为保证培养过程中温度的稳定性和均匀性，应根据反应器的结构进行优化设计。

生物反应器中的氧传递

生物反应器中的氧传递在发酵中微生物只能利用溶解于水中的氧，不能利用气态的氧。

而氧是难溶气体，在latm下、20°C时，氧在纯水中的溶解度为0.21mmol/L，在发酵液中溶解度更低，每升发酵液中菌体数一般为108〜109个，耗氧量非常大，如果终止供氧，极短时间内发酵液中溶氧将降为零。

因此，氧常常成为发酵过程的限制性基质，解决好氧传递总是成为发酵过程的关键问题。

体积溶氧系数k L a是表征生物反应器传递氧效能的重要指标。

工业生产中，将除菌后的空气通入发酵液中，使之分散成细小的气泡，尽可能增大气泡接触面积和接触时间，以促进氧的溶解。

氧的溶解实质上是气体传递的过程，是由气相向液相传递的过程。

这一过程可用双膜理论加以阐明。

1双膜理论液相液膜这是一个放大的气泡，在气泡与包围着气泡的液体之间存在着界面，在界面的气泡一侧存在着一层气膜，在界面的液体一侧存在着一层液膜。

气膜内的气体分子与液膜内的液体分子都处于层流状态，分子间无对流运动，氧的分子只能以扩散方式，即靠浓度并差推动而穿过双膜进入液相主流。

另外，气泡内膜以外的气体分子处于湍流状态，称气体主流，主流中的任一点氧分子的浓度相等。

液体主流也是如此。

在双膜之间的两相界面上，氧的分压强与溶于界面液膜中的氧浓度处于平衡关系。

传质过程处于稳定状态，传质途径上各点的氧浓度不随时间而变。

液相主流气体吸收双膜理论图解从图中可以看出，通过气膜的传氧推动力为p-P j，通过液膜时推动力为c-c。

在稳定传质过程中，通过气、液膜的传氧速率N应相等。

N=k(P-P)=k(C-C⑴giLi式中N：传氧速率(kmol/m2.h)k:气膜传质系数［kmol/(m2hatm)］gk L：液膜传质系数(m/h)设：P*为与液相主流中溶氧浓度C相平衡的氧的分压强(atm)。

C*为与气相主流中氧的分压强相平衡的氧的浓度(kmol/m3)。

根据亨利定律：C*=P/H或P*=HCH为亨利常数，随气体及溶剂及温度而异，它表示气体溶于溶剂的难易。

生物反应工程复习重点无习题

1.生物反应工程的定义:一生物反应动力学为基础,将传质过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学方法生物过程方面的知识相结合，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。

2.生物反应动力学：主要研究生物反应速率和各种因素对反应速率的影响。

生物反应器的研究内容：（1）生物反应器中的传递特质即传质、传热及动量；（2）生物器的设计与放大；（3）生物反应器的优化与控制，包括优化操作与优化设计。

3.生物反应器的研究内容（1-34）(1)生物反应器中的传递特性。

(2)生物反应器的设计与放大。

(3)生物反应器的优化与控制。

3.酶促反应中竞争性抑制动力学方程4.酶促反应中非竞争性抑制动力学方程5.酶促反应中反竞争性抑制动力学方程6.判断酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制曲线竞争型非竞争型反竞争型7.比较酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制Km、rmax的变化8.双底物酶催化反应的机理有哪些？随机机制：两个底物S1和S2随机地与酶相结合，产物P1和P2也随机地释放出来。

许多激酶类的催化机制属于此种。

顺序机制：两个底物S1和S2与酶结合形成复合物是有顺序的，酶先与底物S1结合形成ES1复合物，然后ES1再与S2结合形成具有催化活性的ES1S2。

乒乓机制：最主要的特点是底物S1和S2始终不同时与酶结合，其机理式。

转氨酶9.固定化酶的优点：(1) 可连续稳定地生产产物；(2) 反应产物地纯度高、质量好；(3) 生产的副产物少；(4) 反应的动力学常数、反应的最佳pH和反应温度可能按意愿经固定化调整；(5) 固定化酶、细胞在使用时可以再生或回收，可反复使用；(6) 容易实现连续自动控制，节约劳动力；(7) 可大大提高酶、细胞的比生产能力10.酶固定化的方法：（1）载体结合法：将酶或细胞利用共价键或离子键、物理吸附等方法结合于水不溶性载体上的一种固定化方法。

水不溶性载体：纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等。

生化工程知识点

生物反应工程知识点第一章绪论*生物反应过程：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程。

技术产品的生产过程。

生物反应过程最重要特征：有生物催化剂的参与*由四部分组成：原材料的预处理---生物催化剂的制备---生物反应器及反应条件的选择与监控---产品的分离纯化。

整个生物反应过程以生物反应器为核心把反应前与后称为上游加工和下游加工。

重点内容：1）建立生物反应过程动力学，以确定包括传质因素影响在内的生物反应过程的宏观速率；2）建立与设计生物反应器，以保证为生物反应过程提供适宜的物理和化学环境，实现反应过程的优化。

反应过程的特点：1）采用可再生资源为主要原料，来源丰富，价格低廉，原料成分难以控制。

2）反应条件温和。

3）生物催化剂易失活，难以长期使用。

4）生产设备较简单、能耗较低。

5）反应基质与产物浓度不能太高，生产效率较低。

6）反应机理复杂，较难检测与控制。

7）反应液杂质多，分离提纯困难1.2.2.1生物反应动力学①本征动力学：（微观动力学）它是指没有传递等工程因素影响时，生物反应固有的速率。

该速率除反应本身的特性外，只与反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关，而与传递因素无关。

②宏观动力学：（反应器动力学）它是指在一反应器内所观测得到的总反应速率及其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。

研究方法（细胞反应动力学模型--数学模型方法）：机理模型（结构模型）、半经验模型、经验模型生物技术的最终目的：建立工业生产过程，并且又以生化反应过程为核心。

第二章均相酶催化反应动力学酶催化作用的特点：高效的催化活性；高度的专一性；催化作用条件温和；酶活性的不稳定性（易变性失活）；常需要辅因子的参与（金属离子、辅酶、辅底物）；酶活性的可调节性（酶浓度调节、共价修饰调节、抑制调节、反馈调节、神经体液调节、别构调节）酶催化反应类型：氧化还原酶类；转移酶类；水解酶类；裂合酶类；异构酶类；合成酶类（连接酶类）酶的转化数Kcat:每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数，是酶催化效率的一个指标催化周期T=1/KcatKm 是酶的特征常数之一，一般只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关，可用于鉴定酶。

制药技术中生物反应器的溶氧与气体携带技巧

制药技术中生物反应器的溶氧与气体携带技巧制药技术在现代医药领域发挥着重要的作用。

生物反应器作为制药生产中的核心设备之一，扮演着重要的角色。

溶氧与气体携带技巧是生物反应器操作中至关重要的环节。

本文将重点探讨制药技术中生物反应器的溶氧与气体携带技巧。

首先，溶氧是生物反应器中生物过程的一个关键参数。

适当的溶氧水平可以促进生物反应器中微生物的生长和代谢活性。

而无法达到足够溶氧水平则可能导致细胞生长受限。

因此，精确控制生物反应器中的溶氧量是至关重要的。

生物反应器中溶氧的含量可以通过控制气体的供应和搅拌速度来调节。

首先，选择合适的气体供应方式可以确保溶氧效果的高效与稳定。

常见的气体供应方式包括气体进气管、气体外循环等。

不同的供气方式对溶氧的影响不同，可以根据具体的生物反应器要求选择最适合的方式。

此外，合适的搅拌速度也对溶氧效果有着直接的影响。

适当的搅拌速度可以增强气液间的质量传递，提高气体的溶解度。

因此，在生物反应器操作过程中，根据具体的反应物和反应过程，选择适当的搅拌速度是确保充分溶氧的重要步骤之一。

除了溶氧外，气体在生物反应器中的携带也是一个需要注意的技巧。

在制药过程中，常常需要将微生物、酶或病毒等物质携带到特定的位置进行处理。

因此，有效地携带这些物质到达目标位置是制药过程中的一个关键挑战。

针对气体携带技巧的需求，可以采用不同的方法。

一种常见的方法是通过改变气体流动方式来实现物质的携带。

例如，使用气体通道和微流控技术可以实现对物质的定向携带。

此外，在设计生物反应器时，可以通过合理的设备结构和组件布置来优化气体携带效果。

此外，还可以利用膜技术来实现气体的携带。

膜技术具有选择性透气性的特点，可以过滤掉不需要的成分，将目标物质有效地携带到目标位置。

膜技术在生物反应器中的应用具有广泛的潜力，可以实现高效、精确的气体携带。

在实际操作中，为了确保溶氧与气体携带技巧的有效实施，需要进行严格的监测和控制。

通过使用传感器和监测设备可以实时监测溶氧水平和气体携带效果，根据监测结果进行调整和优化操作参数。

生物反应器的原理及类型

总体流动的湍动程度决定漩涡的尺寸和强度，而不同尺寸和强度的漩涡对液团又有着不同的破碎作用。
通常，总体湍流的湍动程度越高，漩涡的尺寸越小，强度越高，数量越多。
漩涡尺寸越小，破碎作用越大，所产生的液团也越小。大尺度的漩涡只能产生较大尺寸的液团，因为尺寸较小的液团将被大漩涡卷入与其一起旋转而不是被破碎。
总体流动的流行相当复杂，不同形式的搅拌器各不相同。最典型的螺旋桨式搅拌器和涡轮式搅拌器所形成的流型结构。两者相比，螺旋桨式搅拌器可提供更大的流量，特别适用于要求大尺度混合均匀的搅拌。
2）小尺度混合机理
A、互溶液体的混合机理
总体流动可将混合液体中的一种流体破碎成较大的液团，并同时将液团带至容器的各处，造成宏观上的均匀。但是，但是总体流动不足以将液团破碎到很小尺寸。尺寸很小的液团是有总体流动中的湍动造成的，湍流可以看成是由平均流动与大量不同尺寸、不同强度的漩涡运动叠加而成的。总体流动中高速旋转的漩涡与液体微团之间会产生很大的相对运动和剪切力，液团正是在这种剪切力的作用下被破碎的更加小
价的原料被升值了。因此，生物反应器的设计和
操作，是生物工程中一个及其重要的问题，它对
产品的成本和质量有很大影响。
产物
产品提取或液化副产物
废物
一般生化反应过程
第一节生物反应器原理
质量传递培养液的流变学性质
生物反应器的混合剪切力
一、生物反应器中的质量传递混合物中某一组分从其高浓度区域向低浓度区域方向迁移的过程 .与动量传递、热量传递并列为三种传递过程。质量传递可以在一相内进行，也可能在相际进行。
为表示生物反应器中的剪切力，人们提出了多种表示方法，通常有以下几种。
桨叶尖速度