生化反应器原理13
生化反应工程原理习题答案
生化反应工程原理习题答案生化反应工程原理习题答案生化反应工程是一门研究生物化学反应在工业生产中应用的学科，它涉及到生物反应的原理、工艺、设备等方面。
在学习生化反应工程的过程中，习题是不可或缺的一部分。
下面将为大家提供一些生化反应工程原理习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是生化反应工程？答：生化反应工程是将生物化学反应应用于工业生产中的一门学科。
它研究的是如何利用生物体内的酶、微生物等生物催化剂，通过控制反应条件和优化工艺流程，实现高效、可持续的生物化学反应。
2. 生化反应工程的应用领域有哪些？答：生化反应工程广泛应用于食品、制药、化工等领域。
例如，生化反应工程可以用于生产食品添加剂、药物、酶制剂等。
此外，生化反应工程还可以应用于环境保护领域，例如利用微生物降解有机废水、废弃物等。
3. 生化反应工程中常用的反应器有哪些？答：生化反应工程中常用的反应器有批式反应器、连续流动反应器和固定床反应器等。
批式反应器适用于小规模实验室研究，连续流动反应器适用于大规模工业生产，固定床反应器适用于催化剂固定在固定床上的反应。
4. 生化反应工程中的反应条件有哪些因素？答：生化反应工程中的反应条件包括温度、pH值、反应物浓度、反应时间等。
这些因素会影响反应速率、产物选择性和产量等。
5. 什么是生化反应工程中的产物选择性？答：生化反应工程中的产物选择性是指在反应过程中产生的不同产物之间的选择性。
通过调节反应条件和优化催化剂等，可以控制产物的选择性，从而实现高效、经济的生化反应。
6. 生化反应工程中的酶催化反应有什么特点？答：生化反应工程中的酶催化反应具有高效、特异性和温和的特点。
酶作为生物催化剂，能够在相对较低的温度和中性条件下催化反应，具有较高的选择性和活性。
7. 生化反应工程中的微生物反应有什么特点？答：生化反应工程中的微生物反应具有较高的底物适应性和底物转化能力。
微生物通过代谢途径将底物转化为产物，具有较高的效率和产物选择性。
生化分析仪基本原理与结构
图1-4
玻璃板相对的两面刻有对称的槽，由边缘向中心呈螺旋状环绕。两块板合拢时，上下槽合成一圆形孔道，液体可从一端流入而从另一端流出。透析时，在两块板之间夹一层透析薄膜，则在膜上下各形成一个管道。图1－4中的样品和第一试剂从上侧管道通过，而第二试剂则从下侧管道通过。此时小分子物质透过膜进入下侧管道与第二试剂反应，而样品中的蛋白质则作为废液从上侧管道流出。
02
系统自动识别样品架及样品编号，识别试剂、校准品及其批号、失效期，有的还可识别校验校准曲线等信息。
01
反应系统： 反应盘：装载一系列反应比色杯（cuvettes），多为转盘形式。反应测定过程中按固定程序，在加样臂、加液臂、搅拌棒、光路和清洗装置之间转动。有的仪器在反应杯中完成反应后再吸入比色杯比色，现在更常见的是反应和检测同在比色杯中进行，效率更高，尤其适用于连续监测法。比色杯多采用硬质石英玻璃、硬质玻璃、无紫外光吸收的丙烯酸塑料等，
01
生化分析仪的种类较多，可从不同的角度进行分类：
02
按反应装置的结构可分为连续流动式、分立式和离心式3类。
03
按自动化程度可分为全自动、半自动和手工型3类。
04
按同时可测定项目可分为单通道和多通道两类。单通道每次只能检测一个项目，但项目可以更换。多通道每次同时可以测多个项目。
按仪器的复杂程度及功能可分为小型、中型和大型3类。小型一般为单通道、半自动及专用分析仪；中型为单通道（可更换几十个项目）或多通道，常同时可测2～10个项目；大型均为多通道仪器，同时可测10个以上项目，分析项目可自选或组合，不仅能进行临床生化检验，而且可进行药物监测及进行免疫球蛋白的测定。
这类仪器中，样品和样品之间可以用空气来隔离，也可以用空白试剂或缓冲液来隔离。用空气分隔的叫空气分段式系统，用空白试剂或缓冲液分隔的叫非分段式系统。
生化反应工程原理
填空题1理想的酶反应器主要有两种：CPFR和CSTR2养的传递有串联模型和并联模型（不好这样说）3KLa中a大小取决于所设计的空气分布器，空气流动速率，反应器的体积和空气泡的直径等且空气泡的直径越小，越有利于传递4的物理意义是最大反应速率和最大传质速率之比。
Da准数越小，固定化酶表面浓度[S]s越是接近主题浓度[S],辨明最大传质速率越是大于最大反应速率，为反应控制。
Da准数越小，越好。
5内部扩散与催化反应是同时进行的，二者相互影响，外扩散通常是先于反应。
6影响固定化酶促反应的蛀牙因素是：分子构象的改变，位阻效应，微扰效应，分配效应和扩散效应7有效电子数：当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔系数的4倍称为基质的有效电子数若碳源为葡萄糖，其完全燃烧是每摩尔葡萄糖需要6mol，所以有效电子数是24，氧化一个有效电子伴随着焓值变化109.0KJ.即8通过对细胞和环境之间能量的交换关系的研究，为培养基中（组分）的选择提供参考9影响酶催化反应的环境因素有（温度），（pH），浓度等。
影响酶催化反应的浓度因素有（底物浓度）和（效应物浓度）。
影响酶催化反应的最基本的因素是（浓度）。
10反应器放大的目的是使产品的（质优）和（成本低效益好）；必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境（相同）。
11若要消除外扩散限制效应，最常用的方法是（）；若是要消除内扩散限制效应，最常用的方法是（）。
12影响机械通气搅拌发酵过程中体系溶氧系数的因素有（操作变量），（培养液的理化性质），（反应器的结构）。
13根据Garden模型，如果产物和细胞的速率-时间曲线的变化趋势同步，则该产物的生成模型是（）。
15对米氏方程的讨论当CS<<Km时，，属一级反应。
当CS>>Km时，，属零级反应。
当CS＝Km 时，。
Km在数量上等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。
16K m值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。
生化反应工程原理简答题
1补料分批培养主要应用在哪些情况中？①生长非偶联型产物的生产②高密度培养③产物合成受代谢物阻遏控制④利用营养缺陷型菌株合成产物⑤补料分批培养还适用于底物对微生物具有抑制作用等情况。
⑥此外，如果产物黏度过高或水分蒸发过大使传质受到影响时，可以补加水分降低发酵液黏度或浓度。
2比较理想酶反应器CSTR型与CPFR型的性能？A停留时间的比较：在相同的工艺条件下进行同一反应，达到相同转化率时，两者所需的停留时间不同，CSTR型的比CPFR型反应器的要长，也就是前者所需的反应器体积比后者大。
另外，以对两反应器的体积比作图可知，随反应级数的增加，反应器的体积比急剧增加。
B酶需求量的比较：对一级动力学：转化率越高，CSTR中所需酶的相对量也就越大。
另外，比值还依赖于反应级数，一级反应时其比值最大，0级反应时其比值最小。
C酶的稳定性：0级反应时，CSTR与CPFR内酶活力的衰退没有什么区别。
但如果反应从0级增至一级，那么，两种反应器转化率下降的差别就变得明显。
CPFR产量的下降要比CSTR快得多，因而CPFR中酶的失活比CSTR中更为敏感。
但是，如上所述，在某些场合，操作条件相同，要得到同样的转化率，CSTR所需酶的数量远大于CPFR所需的量。
D反应器中的浓度分布：CSTR与CPFR中的底物浓度分布。
由图可知，在CPFR中，虽然出口端浓度较低，但在进口端，底物浓度较高；CSTR中底物总处于低浓度范围。
如果酶促反应速率与底物的浓度成正比，那么对于CSTR而言，由于整个反应器处于低反应速率条件下，所以其生产能力也低。
3试着分析目前连续式操作难以大规模应用的原因？连续培养的工业生产应用的受限原因(连续培养的应用主要集中在研究领域)。
⑴杂菌污染问题。
因连续培养以长期、稳定连续运转为前提，在整个培养过程中，必需不断地供给无菌的新鲜培养基，好氧发酵时，必需同时供给大量的无菌空气，这两种供给的过程中极易带来杂菌的污染，长期保持连续培养的无菌状态非常困难。
生化反应工程原理
填空题1理想的酶反应器主要有两种：CPFR和CSTR2养的传递有串联模型和并联模型（不好这样说）3KLa中a大小取决于所设计的空气分布器，空气流动速率，反应器的体积和空气泡的直径等且空气泡的直径越小，越有利于传递4的物理意义是最大反应速率和最大传质速率之比。
Da准数越小，固定化酶表面浓度[S]s越是接近主题浓度[S],辨明最大传质速率越是大于最大反应速率，为反应控制。
Da准数越小，越好。
5内部扩散与催化反应是同时进行的，二者相互影响，外扩散通常是先于反应。
6影响固定化酶促反应的蛀牙因素是：分子构象的改变，位阻效应，微扰效应，分配效应和扩散效应7有效电子数：当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔系数的4倍称为基质的有效电子数若碳源为葡萄糖，其完全燃烧是每摩尔葡萄糖需要6mol，所以有效电子数是24，氧化一个有效电子伴随着焓值变化109.0KJ.即8通过对细胞和环境之间能量的交换关系的研究，为培养基中（组分）的选择提供参考9影响酶催化反应的环境因素有（温度），（pH），浓度等。
影响酶催化反应的浓度因素有（底物浓度）和（效应物浓度）。
影响酶催化反应的最基本的因素是（浓度）。
10反应器放大的目的是使产品的（质优）和（成本低效益好）；必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境（相同）。
11若要消除外扩散限制效应，最常用的方法是（）；若是要消除内扩散限制效应，最常用的方法是（）。
12影响机械通气搅拌发酵过程中体系溶氧系数的因素有（操作变量），（培养液的理化性质），（反应器的结构）。
13根据Garden模型，如果产物和细胞的速率-时间曲线的变化趋势同步，则该产物的生成模型是（）。
15对米氏方程的讨论当CS<<Km时，，属一级反应。
当CS>>Km时，，属零级反应。
当CS＝Km 时，。
Km在数量上等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。
16K m值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。
生物反应工程原理
第一章生物工程导论1.生化反应工程的概念以生物反应动力学为基础，利用化学工程方法研究生物反应过程的一门学科。
2.生化反应工程研究对象研究生物反应动力学反应器设计3.生化反应特点优点：反应条件温和设备简单同一设备进行多种反应通过改良菌种提高产量缺点：产物浓度低，提取难度大废水中的COD和BOD较高前期准备工作量大菌种易变异，容易染杂菌4.生化反应动力学本征动力学：又称微观动力学，生化反应所固有的速率没有物料传递等工程因素影响。
反应器动力力学：宏观动力学，在反应器内所观察到的反应速率是总速率考虑。
5.生化工程研究中的数学模型结构模型：由过程机理出发推导得出半结构模型：了解一定机理结合实验数据经验模型：对实验数据的一种关联第二章生物反应工程的生物学与工程基础1.因次：导出单位，也称量纲。
2.红制及基本单位密度比容气体密度压力第三章微生物反应计量学教材p53-641.反应计量学：对反应物组成及转化程度的数量化研究2.得率系数与维持因数：得率系数：细胞生成量与基质消耗量的比值维持因数：单位质量细胞进行维持代谢时所消耗的基质。
3.细胞组成表达式及元素衡算方程细胞组成表达式CH1-8O0.5N0.2元素衡算方程CHmOn+aO2+bNH3=CCH2O3Nr+d H2O +e CO24.得率系数与计量系数关系当细胞反应是细胞外产物的简单反应时，得率系数与计量系数关系如下：5．呼吸商：二氧化碳产生速率与氧气消耗速率之比6.实例计算第四章均相酶反应动力学（教材P8-10,26-38）1．酶活力表达方法及催化特性催化特性：酶具有很强的专一性较高的催化效率反应条件温和易失活，温热，氧化失活2.了解反应速率方程的几种形式零级反应：反应速率与底物浓度零次方成正比一级反应：反应速率与底物浓度一次方成正比二级反应：反应速率与浓度二次方成正比连锁酶促反应：3.米式方程快速平衡和拟稳态三点假设4.米式方程推导5.M-M方程与B-M方程比较6.酶反应一级动力学表达式及计算7.动力学常数Km与Vm的求取8.影响酶反应速率的因素：底物浓度酶浓度产物浓度PH值温度激活剂抑制剂9.竞争性、非竞争性、和反竞争性抑制的概念及动力学表达式竞争性：抑制剂为底物类似物，酶结合位点结合阻碍底物一般可逆非竞争性：抑制剂与酶活性位点以外结合，不影响底物的结合，最终可形成三联复合物反竞争性：抑制剂不与游离酶结合，但与复合物ES结合形成三联复合物10.酶失活动力学模型及测定方法第五章固定化酶与固定化细胞（教材P15-17,39-46）1.固定化酶、细胞制备方法与特点固定化细胞：物理化学手段将细胞限制哎一定空间保持活性并连续使用2.固定化酶与游离酶区别3.评价固定化酶生物催化剂指标固定化酶活力偶联率及相对活力4.固定化酶促反应动力学本征速率及本征动力学代表酶的真实特性；固定化酶催化反应速率受扩散和传质影响；所测速率是宏观有效反应速率和游离酶不同。
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。
细胞生物反应器设备工艺原理
细胞生物反应器设备工艺原理细胞生物反应器是一种用于培养细胞生长和分裂的设备，具体包括反应器、控制系统、传感器、采样系统等组成。
设备构成细胞生物反应器主要由以下几个部分组成：反应器反应器一般应选用高透光的材质制作，如玻璃或者透明塑料。
反应器要具有良好的密闭性，可以防止氧气和废气的泄漏，同时也可以保证细胞培养过程中不会受到外界环境的干扰。
控制系统控制系统主要是用于控制反应器中温度，pH值，营养成分等因素的影响。
这个系统是由生物反应器和电子系统两个部分组成，它们一起负责控制反应温度、压力、搅拌速度、通风速度、液位高度和营养成分等参数。
传感器传感器可以实时监测反应器中的温度、氧气含量、pH值和细胞数量等参数，并通过串口传输到计算机进行记录和处理，同时也可以通过控制系统进行调整。
采样系统采样系统主要是用于在细胞培养过程中采集样本，用于后续分析和检测。
主要工艺过程细胞生物反应器的工艺过程主要包括以下几个步骤：培养基预处理细胞生物反应器使用的培养基必须严格消毒处理，以避免细菌和病毒的污染。
同时还要根据细胞类型和培养需求进行培养基的配方和调整，以保证细胞培养过程中的营养需要得到满足。
细胞接种和培养将处理好的培养基注入反应器中，然后将细胞接种于培养基中，开始进行细胞培养。
在这个过程中，需要根据细胞类型和培养需求设定适当的温度、通风和搅拌速度等参数，并进行实时监测，以保证培养环境的稳定。
生产后处理细胞生物反应器中的细胞不断生长和分裂，最终形成大量细胞，需要进行后续处理。
一般包括细胞分离、提取重要的代谢产物、蛋白质纯化等步骤，以满足后续实验或者生产的需求。
总结细胞生物反应器是一种机械化控制下的细胞培养设备，在细胞培养领域中有着广泛的应用。
通过对反应器的组成和主要工艺过程的了解，我们可以更好的利用这种设备进行细胞培养和生产，同时可以对其进行优化和改进，以满足不同的研究和生产需求。
第七章-生化反应器
微生物反应器
动植物细胞反应器
第七章 生化反应器
反应器的特点与设计原则
生化反应( 生化反应(器)的特点
在接近中性的pH、 在接近中性的pH、较低的温度及近似细胞生理条件下进行 pH 使反应过程控制最优化， 使反应过程控制最优化，以达到最佳酶反应状态 维持最佳发酵状态， 维持最佳发酵状态，使细胞保持良好生长状态 可以定向的产生一些用一般化学方法难以甚至无法得到的 产品 极大多数生化反应皆在水相中进行
河南
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 动物细胞培养生物反应器
设计必须考虑如下要求 安全因素：具备严密的防污染性能， 安全因素：具备严密的防污染性能，还应有防止反应器中 有害物质或生物体散播到环境的功能。 有害物质或生物体散播到环境的功能。 操作因素：便于操作和维护。 操作因素：便于操作和维护。
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 生化反应( 生化反应(器)的种类 机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器-发酵罐的部分部件
消泡器 消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、 消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、梳 状式及孔板式。 状式及孔板式。
甘肃
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 生化反应( 生化反应(器)的种类 机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器-发酵罐的部分部件
• 1、搅拌罐式反应器：
• (1)分批搅拌罐式反应器 • 优点是：装置较简单，造价较低，传质阻力很小，反应能 很迅速达到稳态。 • 缺点是：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，易失去 活性，故在工业生产中，间歇式酶反应器很少用于固定化 酶，但常用于游离酶。
第七章 生化反应器
• 反应器的种类及选择与操作 • 酶反应器
生物反应器的设计与操作
生物反应器的设计与操作生物反应器作为生化工程领域的重要组成部分，在制药、食品和生物制品等行业中发挥着不可替代的作用。
生物反应器的设计和操作是影响其性能和效率的关键因素。
本文旨在介绍生物反应器的设计原理和操作技术，以便更好地理解和掌握这一领域的知识。
一、生物反应器的设计原理生物反应器是一种可以维持生物物质生长和代谢的设备，其原理是通过提供合适的营养物质和生长环境，使微生物或其他生物物质在一定的温度、pH值、氧气气体、搅拌强度等条件下进行生长和代谢反应。
其主要构成部分有反应釜、控制系统、传感器和数据监测系统等。
在反应器的设计中，需要考虑以下几个方面：1. 反应釜的选材和结构设计反应釜的选材和结构设计是影响反应器性能和使用寿命的关键因素。
一般来说，反应釜的材质应该具有耐腐蚀性、耐高温、强度高等特点。
常见的反应釜材料有玻璃钢、不锈钢、陶瓷等。
反应釜的结构设计也应注意到避免盲区、防止污染等因素。
2. 生物体系的选取生物体系的选取是根据反应器的实际应用需求而进行的。
比如，烟酰胺生产线中使用的Pseudomonas fluorescens ATCC 13525就是通过筛选获得并通过后续的培养优化而得到的。
又比如，垃圾处理时常用的是团藻类等微生物等进行处理，其在反应器中的栽培需求是苛刻的，比如对氧气和二氧化碳的摄取、对温度、搅拌和水平等因素的适应性要求都较高。
3. 控制系统的设计反应器的控制系统用于实时监测和调整反应器中的各项参数，如温度、酸碱度、氧气气体、搅拌强度等。
一般来说，反应器控制系统的设计应遵守以下原则：稳定性、速度、准确度和可靠性。
否则，会有较大的影响到成品或应用。
二、生物反应器的操作技术生物反应器的操作技术包括灭菌、采样、培养和清洗等步骤。
下面介绍一下这几个步骤的具体操作：1. 灭菌灭菌是在反应器使用前进行的步骤，主要是为了杀死可能存在于反应器中的微生物，防止其污染反应器和反应物质。
灭菌方法包括高压氧气灭菌、干热灭菌和紫外线灭菌等。
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。
生化反应器ppt课件
rP
max
(1
P Pmax
)[(P P0 ) YP/ X
X0]
代入积分得： 分 反馈回反应器的入口，
t 2）带循环时的 X1，S1，rXr，Dcr，Xr，XF
状态参数与操作变量的关系
max r
6 管式反应器CPFR
Pt
Pmax P0 YP/ X X 0
ln
X t (Pmax X 0 (Pmax
而
力学，，有则 效因子与转化率， 无关，因此
令：
，
2）带循环时的 X1，S1，rXr，Dcr，Xr，XF
，
K 当为单底物无抑制时，且酶无失活，将米氏方程代入L积分得m：
t r
(1 )r L max
ln S0 St
3、微生物反应
• 微生物反应过程以对数生长期和减速期的时间作为反应时
间，tr tr1 tr2，若对数期开始时细胞浓度为X0,指数期末为X1，减速期
若微生物的生长符合Monod方程，且YX/S为常数，则代入积分得
输入量＝输出量+反应量+累积量
响反应速率的因素，均能影响反应时间tr,即反应时间只与动
力学有关，而与反应器大小无关。
体积的计算
• 反应器的有效体积VR：是物料所占有的体积，是由物料的处理量决定 的，也就是说是由设计生产能力决定的，若单位时间内物料的处理量
P0 ) Pt )
2）带循环时，因为
，
，所以 ， ，
实际生产过程中有产物抑制时产物浓度的最佳值为 理想的微生物生长是菌量相对于时间以指数规律增加，所以可以使流加的物料以时间的指数函数增加，即指数流加。
为什么同一个反应过程，在其他条件均相同的条件下，采用BSTR所需的反应时间要小于CSTR中的反应时间？
生化反应器
④轴封
填料函式轴封
填料函式轴封的优点是结构简单。 主要缺点是： ①死角多，很难彻底灭菌，易渗漏和灭菌 ②轴的磨损较严重 ③填料压紧后摩擦功率消耗大
④寿命短
机械轴封
端面式轴封又叫机械轴封。 优点： ①清洁 ②密封可靠，在较长地使用期中，不会泄漏或很少泄漏 ③无死角，可以防止杂菌污染 ④使用寿命长，质量好的可用2～5年不需维修。 ⑤摩擦功率耗损小，一般为填料函式的10～50％。 ⑥轴或轴套不受磨损 ⑦它对轴的精度和光洁度没有填料函那么要求严格 ， 对轴的震动敏感性小。
生化反应器
第一节 生化反应器的种类和结构
生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一
一个优良的培养装置应具有： 严密的结构 良好的液体混合性能 高的传质和传热速率 灵敏的检测和控制仪表
根据反应是否需要氧气为基准，可分为: 需氧微生物反应器（通气发酵罐） 厌氧微生物反应器（嫌气发酵罐）
一、机械搅拌发酵罐
气液传递速率方程： OTR= kLa(C*-CL) 1、影响推动力的因素 C* （１）纯氧在不同温度水中的溶解度（大气压强 1.01×105Pa）
温度（℃） 0 10 15 20 溶解度 （mol/m3) 2.18 1.70 1.54 1.38 温度（℃） 25 30 35 40 溶解度 （mol/m3) 1.26 1.16 1.09 1.03
5.溶解氧对发酵代谢产物生成的影响
溶解氧浓度对黄色短杆菌生产氨基酸的影响:溶解 氧浓度低于临界氧浓度时，谷氨酸和天门冬氨酸 类氨基酸的产量下降；但苯丙氨酸、缬氨酸和亮 氨酸生产的最佳氧浓度分别为临界氧浓度的0.55、 0.60和0.85倍。
二. 培养过程中的氧传递
氧传递的阻力
供氧方面的阻力: 1.从气相主体到气液界面的气膜传递阻力1/kG 2. 气液界面的传递阻力1/kI 3.从气液界面通过液膜的传递阻力1/kL 4.液相主体的传递阻力kLB 耗氧方面的阻力: 5.细胞或细胞团的液膜阻力1/kLG 6.固液界面的传递阻力1/kIS 7.细胞团内的传递阻力1/kA 8.细胞壁的阻力1/kW 9.反应阻力1/kR
生物反应器中的生化动力学问题
生物反应器中的生化动力学问题生物反应器是生化反应过程中最常用的设备之一，它可以为生物体系提供一系列相关的生化变化和运动。
然而，生物反应器的生化动力学问题是一个备受关注的话题。
本文将从生物反应器的生化循环、反应过程及机制等几个方面来分析生物反应器中的生化动力学问题。
一、生化循环生化循环是指生物反应器中生化物质的运动过程。
这个过程中，生物体系中各种成分和代谢物质的流动和变化是相互联系的。
在生物反应器的生化循环过程中，各个成分之间存在着非常复杂的动力学关系，这些关系有着严格的物理学和化学原理的约束。
生化循环中的一个典型问题就是物质的传递和代谢速度的不均衡。
由于每个生物反应器的生化循环过程是非常复杂的，这种不均衡在很多情况下会引起反应过程的不同程度的不确定性，一些正常的生化反应也有可能导致反应力学的不稳定。
因此，研究生物反应器生化循环的动力学特点，可以更好地辅助我们了解生化反应过程中的各种变化和变量。
二、反应过程生化反应在生物反应器中的动力学过程，往往会受到一些物理场和化学场的影响。
反应过程中的化学反应和反应产物，同时也影响着反应速率和反应动力学。
因此，反应过程中的大量数据收集和分析是极其重要的。
生物反应器中的反应过程通常需要基于多个物理学和化学参数来考虑。
涉及的参数包括反应速率、反应条件、温度、压力、反应物种类和反应浓度等。
这些参数非常关键，因为任何一个变量的改变可能会对整个反应过程产生以外的影响。
三、废物处理生物反应器的废物处理过程，也是其生化动力学的一个重要部分。
废物处理过程中，反应速率成为了一个主要的动力学参数。
除此之外，反应条件、废物种类和浓度、以及固体和液态废物处理的方式也都是废物处理过程中不可忽视的参数。
在废物处理过程中，生物反应器往往会受到很多因素的影响。
这些因素包括废物种类和浓度、反应物种类和浓度，以及压力和温度等。
此外，反应过程中的反应速率也可能受到废物处理方式的影响。
因此，对这些参数及其相互作用的研究，对于能有效地处理废物至关重要。
生物反应器的设计原理及操作方法
生物反应器的设计原理及操作方法生物反应器是生物工程中的关键设备，它能够控制微生物在特定条件下进行生长、代谢、分化等过程，从而生产出预期产品。
本文将介绍生物反应器的设计原理及操作方法，帮助读者更好地了解生物反应器的基本原理和操作技巧。
一、生物反应器的设计原理1.1 选择适当的基质生物反应器是利用微生物代谢产生生物产物的过程，所以选择适当的基质是其首要设计原理。
基质中必须包含微生物所需要的营养物质，并能够满足微生物的生长和代谢需要。
选择基质时需要考虑微生物的菌种、培养温度、pH值等因素，以便为微生物提供最适宜的生长环境。
1.2 确定反应器的类型生物反应器的类型有很多，根据微生物的生长形态分为培养皿式反应器和悬浮式反应器。
培养皿式反应器主要用于附着生长的微生物，例如细胞培养、细菌单克隆发育等；悬浮式反应器则适用于浮游性微生物的培养和生产，例如发酵类的生产。
同时还需要根据需求确定反应器的大小和形状，以便满足生产的需求。
1.3 设计反应器的操作参数反应器操作参数的设定是生物反应器的关键，可分为生化参数和物理参数。
生化参数是指液体中化学参数的设置，如培养基中的营养物含量、温度、pH值等；物理参数是指反应器本身的一些参数，包括搅拌速度、气体流速、曝气方式等。
通过合理的操作参数设置可以满足微生物生长的需要，提高产物的产量和质量。
二、生物反应器的操作方法2.1 准备工作生物反应器的操作需先做好准备工作。
包括清洗反应器和配件，制备适当的培养基、出气口等。
此外，还要仿制保证操作环境的洁净度，避免外界的干扰和微生物的污染。
2.2 下料对于悬浮式生物反应器，需要通过下料将培养基等物料加入反应器，形成生产过程中的培养环境。
此时需要注意下料的速度、流量和方法，以及下料口的位置和大小。
通过合理的下料操作可确保培养物质的分散及加入过程的平稳，避免对微生物产生不利影响。
2.3 搅拌操作搅拌操作是生物反应器中常用的操作方法。
通过合理的搅拌操作可使培养基中的营养物质和微生物充分混合，并避免其附着于反应器的内壁和底部。
生化反应工程知识点总结
生化反应工程知识点总结在生化反应工程的研究和应用中涉及到很多的基本理论和关键技术，下面我将对生化反应工程中的一些重要知识点进行总结和归纳。
一、生物反应器的基本类型和特点生化反应工程中，生物反应器是进行生化反应的主要装置。
根据不同的反应过程和要求，生物反应器可以分为多种类型，主要包括批式反应器、连续流动反应器、循环反应器、固定床反应器等。
不同类型的生物反应器具有不同的特点和适用范围，选择合适的反应器对于生化反应的控制和优化具有至关重要的意义。
1.批式反应器批式反应器是将反应物一次性加入反应器中，允许反应物在反应过程中发生变化，反应结束后，将产物从反应器中分离。
批式反应器的优点是操作简单，易于控制，适用于小规模的试验和研究。
但是其生产效率比较低，不适用于大规模工业生产。
2.连续流动反应器连续流动反应器是在反应过程中不间断地加入新的反应物，产物和反应物同时流出反应器。
连续流动反应器可以保持反应物的浓度和温度等参数稳定，有利于提高生产效率，适用于大规模的工业生产。
3.循环反应器循环反应器是在反应过程中将反应液不断地循环通过反应器，通过控制循环速度和时间来控制反应过程。
循环反应器可以有效地提高反应效率，适用于某些需要密闭反应环境的反应。
4.固定床反应器固定床反应器是将固定在反应器中的生物体用于反应，可以有效地控制生物体的生长和代谢过程。
固定床反应器适用于某些需要生物体来完成反应的场合。
以上几种生物反应器的类型具有各自的特点和适用范围，在实际的生化反应工程中，需要根据具体的反应过程和要求来选择合适的反应器类型。
二、微生物的选择和改良在生化反应工程中，微生物是一种重要的生物反应体，用于完成生化反应过程。
根据反应的要求，选择合适的微生物对于反应的效率和产品的质量有着重要的影响。
1.微生物的选择在选择微生物时，需要考虑到微生物的代谢活性、生长速度、产物生成能力和对环境的适应能力等方面的因素。
在不同的反应条件下，不同的微生物可能会表现出不同的特性，需要根据具体的反应过程来选择合适的微生物。
13种厌氧生物反应器结构及原理
厌氧微生物处理是目前高浓度有机废水处理工艺中不可或缺的处理工段，它较好氧微生物处理不仅能耗低，同时还可以产生沼气作为能源二次利用。
厌氧反应容积负荷高较好氧反应高出很多，对于处理同等量的COD厌氧反应投资更低。
目前常用的厌氧处理工艺有：UASB、EGSB、CSTR、IC、ABR、UBF等。
其他厌氧处理工艺有：AF、AFBR、USSB、AAFEB、USR、FPR、两相厌氧反应器等。
（1）UASB名叫上流式厌氧污泥床反应器，是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床。
UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。
在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。
要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。
沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。
沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。
结构形式见图1。
（2）EGSB，中文名膨胀颗粒污泥床，是第三代厌氧反应器，于20世纪90年代初由荷兰Wageingen农业大学的Lettinga等人率先开发的。
其构造与UASB反应器有相似之处，可以分为进水配水系统、反应区、三相分离区和出水渠系统。
与UASB反应器不同之处是，EGSB反应器设有专门的出水回流系统。
EGSB反应器一般为圆柱状塔形，特点是具有很大的高径比，一般可达3~5，生产装置反应器的高度可达15~20米。
生化反应器原理12
5.3.1 单级CSTR的生化反应特征 （1）单级CSTR的反应时间
F，CS0，CX0
VR，CS，CX
F，CS，CX
CX0，CS0，F CX，CS，VR CX，CS，F
在单级CSTR中的反应的底物质量平衡关系
输入CRTR 输出CRTR 在CRTR内 的底物质 的底物质 反应消耗底
XS
1
CS CS0
有
F X S CS0 VR VS
平均反应时间
ta
VR F
CS0 X S VS
CS0 CS VS
（2）酶促反应的单级CSTR的反应方程
对均相的酶促反应，且反应符合M-M的动力 学方程，则
ta
CS0 CS VS
CS0 CS Vmax CS
Km CS
Vmax
量速率
量速率
物的质量速率
即
F CS0 F CS VR VS 式中 F——进出单级CSTR的流量，（L/s）
CS0 ， CS—— 进 出 单级 CSTR 的 底 物浓 度 ， （mol/L或g/L）
VR——单级CSTR的有效体积，（L）
VS——底物的反应速率，（mol/L·s或g/L·s） 定义底物的转化率
定义细胞的生产能力
则 PX D CX
PX
D YX / S CS 0
K
m
S ax
D D
为求得对稀释速率D的最大的细胞生产能力，令
dPX 0 dD 有最佳的稀释速率
Dopt max1
K S K S CS0
KS
由小于，大所多 以D数o的pt就细在胞D反c的应附的近C且S0远小大于于DcK。S，单级KCS STC很RS0
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✓ 用酶量大。
➢ 当产物抑制时（特别是产物抑制符合非竞争性 抑制时），由于CSTR的产物浓度较PFR的分布高 得多，因而对CSTR的影响较PFR要大
✓ 达到相同的反应效果时， CSTR的体积较 PFR要大
✓ CSTR的体积较PFR用酶量要大
e
L
1
1
1
th
31
1
31
5.4.4 在PFR中的细胞反应方程 ➢ PFR无返混 ——必须不间断地接种——否则 细胞将被“冲出” ➢ 对PFR——反应速率V不得为零——细胞反 应——经历延滞期等细胞反应速率为零的阶段
——一般不单独使用PFR进行细胞反应
带有循环的细胞反应的PFR
进入PFR的底物浓度CSI可由进入反应体系的底物、 循环回的底物进行物料平衡求取，即
F CS0 r F CSE F(1 r) CSI
CSI
CS0 r CSE 1 r
反应时间为
因为
t PFR
(1 r)
CS 0 rCSE 1 r
CSE
dC S VS
VS
1 YX / S VX
1
YX / S
max CS
KS CS
CX
C X C X 0 YX / S (CS0 CS )
1 e L h VS ， 则反应时间
t PFR
1
1eL
CS 0 dC S
CS hVS
当反应为酶促本征反应限制时h=1，有
tPFR Vmax1 e L CS0 X S Km ln1 X S
当CS0/Km=远小于1时，固定化酶为球形，有
t PFR
Vmax1
K m ln1 X S
CS0 KI
Km KI
1
CS0 KI
K
m
ln1
X
S
对CSTR竞争性抑制的酶促反应方程可改写 为
VR, CSTR F
k2
CE0
CS0
XS
K
m
1
XS X
S
Km CS0 X S 2 KI 1 XS
对PFR非竞争性抑制的酶促反应方程可改写 为
VR, PFR F
k2
CE0
CS0
X S 1
Km KI
5.4 活塞流反应器（PFR） PFR是一类细长的反应器的抽象 反应液在PFR中以平稳、等速、不受干扰的
方式流动，其特征为：
➢ 在流动方向上，不存在“返混” ➢ 反应液各质点在PFR中的停留时间是一致的 ➢ 垂直于流动方向的同一截面上的反应液的物、 化特性不随时间变化
5.4.1 PFR的反应时间的表达式
其中CX0=0，则 积分得
t PFR
max
(1
r
)
KS CS0
ln CS 0 r CSE r CSE
ln
1
r
r
带有循环的细胞反应的PFR的反应时间tPFR是 关于循环比r和反应体系出口的底物浓度的函数。
5.4.5 在PFR中的细胞热死灭方程 设在PFR内的灭菌温度为恒定的，则在PFR
1
CS0 KI
K m
ln1
X
S
CS02 2X S X S 2
2K I
对CSTR非竞争性抑制的酶促反应方程可改写为
VR, CSTR F
k2
CE0
CS0
XS
Km
XS 1 XS
Km CS0 X S 2 KI 1 XS
CS02
X
2 S
KI
➢ 非竞争性抑制比竞争性抑制具有更大的影响
VS1 Vamx CS1 VS 2 Vamx CS 2 VSn Vamx CSn
所以
CS1
1
CS 0 1 Vamx t
CS2
1
CS1 1 Vamx t
CSn
1
CSn1 1 Vamx t
CSn
C Sn
C Sn
CS 0 CS1 1 Vamx t CS 2 1 Vamx t 2
VSn
Vamx CSn K m CSn
对于VR1= VR2=…= VRn的串联CSTR体系 因为反应时间
有
t1
VR1 F
，t2
VR2 F
，……
tn
VRn F
t1
t2
tn
t
tT n
式中 tT——反应液在串联的多级CSTR中的总的
平均停留时间
因CS对i皆C小S0于远C小S0，于有Km的酶促反应（一级反应），
比较BSTR的均相酶促反应方程，两者的形式是 完全一样的，因而断言PFR与BSTR的反应特征是 相同的。
在PFR内 ➢ 对竞争性抑制的酶促反应，有
t PFR
Vm ax
CS0
XS
1
Km KI
K m 1
CS0 KI
ln1
X
S
➢ 非竞争性抑制的酶促反应，有
tPFR
Vm a x
CS0
X S 1
n→∞
➢ n=1时，多级串联CSTR为单级CSTR ➢ n= ∞时，多级串联CSTR为PFR
根据多级串联的CSTR的酶促反应的底物浓 度与反应时间的关系式，第1级CSTR的底物浓度 与反应时间的关系为
VS1 t1 CS0 CS1
……
第n级CSTR的底物浓度与反应时间的关系为
其中
VSn tn CSn1 CSn
CS0 KI
Km KI
CS02
2XS XS2 2KI
Km
1
CS0 KI
ln1
X
S
➢ 对高浓度底物抑制的酶促反应，有
tPFR
Vm ax
CS0
XS
CS02
2XS 2K SI
XS2
K m ln 1 X S
5.4.3 在PFR中的固定化酶促反应方程
固定化酶在PFR内的反应液相占的体积分率 为eL，则固定化酶相所占的体积分率为（1－eL）， 酶促反应应该发生在载体固相，考虑到载体内扩 散的影响的因素有底物在PFR中的反应速率为
t CSTR
CS0
XS
Km
XS 1 XS
tFPR/tCSTR
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0
C S 0/K m=0.1
100 10
1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
XS
在等C S 0/Km下的t FPR/t CSTR 与X S 的关系
（2）PFR与单级CSTR的酶促反应器有效体 积的比较
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
转化率 X S 等C S 0/K m 下CSTR和FPR的转化率X S 与
反应时间t 关系
CSTR
FPR
➢ 无抑制酶促反应，采用PFR有利于缩短反 应时间，提高反应效率。
➢ 反应的转化率越高，tPFR与 tCSTR，的差异 越大
t PFR CS0 X S K m ln1 X S
➢ 转化率XS越高，CS0/Km越低，需酶量CE0, CSTR 与CE0,PFR的差异越大
例如当XS=0.95，CS0/Km=1时，CE0, CSTR是 CE0,PFR的5.1倍。
（4）PFR与单级CSTR的酶促反应的产物浓 度的比较
（1）、（2）、（3）的结论适用于（4）
（5）PFR与单级CSTR的酶促反应的抑制效 应的比较
K SI
61
51
41
FCSTR/FPFT
31
21
11
1
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
XS
➢ PFR受高浓度底物抑制效应的影响要大于
CSTR
对于PFR或多级串联的CSTR可通过多点进料 液的方式缓解高浓度底物抑制效应。
PFR竞争性抑制的酶促反应方程可改写为
VR, PFR F
k2
CE0
CS0
X S 1
tPFR k2 CE0 CS0 X S Km ln 1 X S
CSTR的酶促反应方程改写为
tCSTR k2
CE0
CS 0
XS
K
m
1
XS X
S
停留时在间一t定作的图CS0/Km下，以转化率XS对反应液的
70
60
50
反应时间 t
40
C S 0/K m=100
30
20
10
C S 0/K m=10
n2
即
ln
C Sn CS0
Vmax tT
上式符合PFR的一级反应的特征。类似地对 上式的Vmax用细胞热死灭的速度常数kd替换，底 物浓度CSi用活细胞量速度常数CXi替换，也可得
到当反应级数n趋于无穷大时，多级串联CSTR即 为PFR的结论。
5.5.2 PFR与单级CSTR的用酶促反应的比较 （1）单级CSTR与PFR的酶促反应时间比较 将PFR的酶促反应方程改写为
对PFR高浓度底物抑制的酶促反应方程可改
写为
VR, PFR
F
k2
CE0
CS0
XS
Km
ln
1
XS
CS02 2X S X S 2 2K SI
对CSTR高浓度底物抑制的酶促反应方程可
改写为
VR, CSTR F
k2
CE0
CS0
XSKm1来自XS XSCS02 X S X S 2
C E0,CSTR
CS0
XS
Km
XS 1 XS
C E0, PFR CS 0 X S K m ln 1 X S