生物反应工程-化学反应工程共35页文档
生物反应工程课件
酶是生物为提高其生化反应效率而产生的生物催化 剂。国际生物化学协会（IUB）根据催化反应的类 型，可将酶分为六大类：即氧、转、水、裂、异、 合。
补充讲解
化学反应分类： 基元反应——由反应物一步生成产物的反应，没有可由宏
+ CS
Cp)
1.2简单的酶催化反应动力学
例
1.2简单的酶催化反应动力学
1.2.3 参数的求取
rmax 和Km是M-M方程中两个重要的动力学 参数，必须在动力学实验的基础上，经过 适宜的数据处理，才能求取。
1.2简单的酶催化反应动力学
双倒数法(Linewear Burk): 对米氏方程两侧取倒数，得 线1r = 斜rm1ax率+ rKm为max C1SrKmam,x以，1r截~ 距C1S 为作图rm1ax，,得根一据直直线线，斜直率 和截距可计算出Km和rmax。
1.2简单的酶催化反应动力学
积分作图法：
rs = rmaxCS
积分
Km + CS
通过动力学实验，测出Cs～t系列数据，代 入式子，通过线性作图求得动力学参数
1.2简单的酶催化反应动力学
例题
1-1 某酶催化反应，分别在两个不同的初始酶浓度 （CE01=0.015g/L,CE02=0.00875g/L)下进行，得到不 同初始底物浓度时代反应初始速率数据，见列表。试 用H-W作图法求Km，rmax，k+2
观实验方法探测到的中间产物 复合反应——由两个以上的基元反应组合而成的反应。组 合的方式或先后次序成为反应机理
反应速率方程（动力学方程） 在其它因素固定不变的条件下，定量描述各种物质的浓
化学反应工程陈甘棠第二章第一节-31页文档资料
a 1 A 1 a 2A 2 a sA s 0
几点说明：
s
ai Ai 0
i 1
➢ 产物的计量系数为正，反应物的计量系数为负
➢ 计量方程式仅仅表示反应物间的质量变化，与反应历程无关。
05.04.2020
s
➢计量方程的写法统乘以非零因子都成立，即： ai Ai 0 i 1
➢为了消除计量系数在数值上的不确定性，规定计量系数里不 含公因子
即：
k
k0
exp
E RT
式中：k0——指前因子或频率因子，反应了反应中分子碰撞
几率大小，与分子热运动有关。
05.04.2020
E——活化能，
物理意义：把反应分子激发到可进行反应的活化状态时
说明：
所需要的能量
活化能大小直接反映了反应进行的难易程度。代表了反 应速率对温度的敏感程度。E越大k对T就越敏感。活化能E 越大，所需的反应温度就越高。
3 (1 3 1 0.4)源自4 1 (2) 3 1 0.4
4
0.5625
05.04.2020
5、反应速率方程
反应速率方程： 在溶剂及催化剂和压力一定的情况下，定量描述 反应速率与温度及反应物系的组成的关系式
双曲线型： 由所假定的反应机理推导而得 均相反应速率方程
幂函数型： 依据质量作用定律
基元反应 rAkcAcB
n k 0之
组分反应掉的摩尔数 xk 组分的起始摩尔数
2）反应程度
nk0 nk nk 0
各组分在反应前后摩尔数变化与其计量系数的比值，
用ξ表示
05.04.2020
0 n1n10 1
nini
i
nk nk 0
化学反应工程全套教学课件
可逆反应 不可逆反应
❖ 按照反应分子数分
单分子反应 双分子反应
多分子反应
❖ 按照反应机理分 单一反应
多重反应
平行反应 同时反应 连串反应 平行连串反应 集总反应
平行反应：一例如：氯苯的再氯化 k1
C6H5Cl + Cl2
k2
对-C6H4Cl2 + HCl 邻-C6H4Cl2 + HCl
❖ 本征动力学：又称化学动力学，是在理想条件下研究化学反 应进行的机理和反应物系组成、温度、压力等参数，不包括 传递过程及反应器结构等参数对反应速率的影响。
❖ 宏观反应动力学与本征动力学的区别：宏观反应动力学除了 研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递 过程对化学反应的交联作用及相互影响，与反应器的结构设 计和操作条件有关。
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自动控制水平 相关。
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化学反应过程 与质量、热量及动量传递过程同时进行，这种化学反应与物 理变化过程的综合称为宏观反应过程。
❖ 宏观反应动力学：研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应 动力学。
❖ 停留时间分布：在非理想流动中，不同的质点在反应器中的停 留时间不同，形成停留时间分布。
寿命分布：指质点从进入到离开反应
停留时间分布有两种
器时的停留时间分布
年龄分布：指仍然停留在反应器中的
质点的停留时间分布。
寿命和年龄的关系：寿命是反应器出口处质点的年龄。
❖ 返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返混，又称为 逆向混合。是不同年龄质点的混合，逆向是时间的概念上的 逆向，不同于一般的搅拌混合。
(完整word版)生物反应工程原理
1.微生物反应与酶促反应的主要区别？答：微生物反应与酶促反应的最主要区别在于，微生物反应是自催化反应，而酶促反应不是。
此外，二者还有以下区别：（1）酶促反应由于其专一性，没有或少有副产物，有利于提取操作，对于微生物反应而言，基质不可能全部转化为目的产物，副产物的产生不可避免，给后期的提取和精制带来困难，这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。
（2）对于微生物反应，除产生产物外，菌体自身也可是一种产物，如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时，可用于提取这些物质。
（3）与微生物反应相比，酶促反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制。
微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产，因此，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞因素的影响，并且微生物会发生遗传变异，因此，实际控制有一定难度。
（4）酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程，与微生物反应相比，在经济上有时并不理想。
微生物反应是生物化学反应，通常是在常温、常压下进行；原料多为农产品，来源丰富。
（5）微生物反应产前准备工作量大，相对化学反应器而言，反应器效率低。
对于好氧反应，需氧，故增加了生产成本，且氧的利用率不高。
（6）相对于酶反应，微生物反应废水有较高BOD值。
2. 何为连续培养的稳定状态？当时，一定是微生物连续培养的稳定状态吗？答：连续培养是将细胞接种于一定体积的培养基后，为了防止衰退期的出现，在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基；与此同时，含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出，以保持培养体积的恒定。
连续培养的稳定状态时，此时反应器的培养状态可以达到恒定，细胞在稳定状态下生长。
在稳定状态下细胞所处的环境条件如营养物质浓度、产物浓度、pH值可保持恒定，细胞浓度以及细胞比生长速率可维持不变。
稳定状态可有效的延长分批培养中的对数生长期。
理论上讲，该过程可无限延续下去。
细胞很少受到培养环境变化带来的生理影响，特别是生物反应器的主要营养物质葡萄糖和谷氨酰胺，维持在一个较低的水平，从而使他们的利用效率提高，有害产物积累有所减少。
生物反应工程共38页
以上海交大为例，生物技术专业旨在培养具有扎实的现代生命科学理论基础和
熟练的操作技能与工程基础知识、掌握计算机以及外语的高级专业人才。研究方向为生
物大分子的结构与功能、基因分子生物学、人类与动物分子遗传学、微生物代谢与调控
以及植物基因工程等。
该专业主要学习与基因工程、蛋白质工程等相关的基础理论和操作技能。主要课程有： 普通生物学、生物化学、神经生物学、微生物学、微生物原理、基因工程原理与方法、 细胞工程、生化工程、酶与酶工程、发酵工程、计算机在生命科学中的应用、生命科学 信息与情报、生命科学基础讲座等。
物和微生物细胞本身；
1.2生物工程
1.2. 1生物工程的定义 人们以现代生命科学为基础，结合先进的
工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按 照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为 人类生产出所需产品或达到某种目的。
1.2.2. 生物工程的分类：
基因工程(Gene engineering) 细胞工程(Cell engineering) 酶工程(Enzyme engineering) 发酵工程(Fermentation engineering) 蛋白质工程(Protein engineering)
抗生素——青霉素
罗伯茨（W. Roberts，1874)首次报道微生物的颉 颃（xie hang）现象（antagonism）灰绿青霉生 长旺盛的液体会使人工感染细菌困难
廷德尔（J.Tyndall,1876）青霉菌与细菌液体培养 中有颉颃现象
巴斯德和朱伯特（J.F.Joubert，1877)用炭疽芽孢 杆菌培养物感染动物
以清华大学为例，生物科学与技术系是培养在生物科技领域从事科学研究、教学和
应用开发工作的高水平人才的专门系科。现设有生物科学和生物技术两个本科专业，为 了拓宽人才培养口径，招生时按生物科学一个专业招生。虽然分为两个专业，但课程安 排和教学内容上并没有什么区别，只是在写毕业论文时各有侧重。生物科学专业主要涉 及生物化学、分子生物学、生物物理学、结构生物学和细胞发育生物学等学科领域。生 物技术专业主要包括生物芯片技术、微生物发酵工程、藻类技术、细胞工程及酶工程和 生态环境工程。
生物反应工程
化学反应工程陈甘棠第一章-文档资料36页
硫酸生产
S O 212O2 S O 3
H2O H2SO 4
05.12.2019
低能耗制H2
1 Ca2B H r2O CaO2 H B r
2 CaO B r 2 Ca2Br12O2
700-7500c 500-6000c
3 3Fe2B 4H r2O F2O e46 H B r + H2
反应用于净化原料
银催化剂
CH2 CH2 CHCH
加氢 CH2 CH2 氧化
（微量） CH CH H2 H2CC2H H2
CHCH
O
H2C CH2
C H C H H 2O
O
用于能源过程
400c
Ca2C C l H 3OH 1400c
氯化钙·甲醇络合物
H
iC4 H8
1000c 阳离子树脂
OCCCH 3
H2 H
(MTBE)
硫酸
CH3
H2O+iC4H8
HO C C CH3
H2 H
(叔丁醇)
05.12.2019
b ：高纯硅生产
化学 纯 Si
Si
光谱 纯 Si
Si
SiF 4 (G ) SiF 4 (G )
SiSiF4 2SiF2
05.12.2019
三、反应工程的研究方法
1、模型化方法
参数计算式 建立数学模型 动力学方程式
物料、热量、动量衡算式 求解数学模型的计算方法 计算机软件的实现及计算结果
05.12.2019
2、试验的方法
设备传递过程模型的测定 如：大型冷模测定
无法计算的参数的测定 如：热力学、动力学、催化剂等的参数
微生物反应器操作生物反应工程共讲
V V dt
基于上式，菌体量为
XV X0V0expt)(
流量为
FF0expt)(
从以上成果可知，采用这种方式操作，不但能 确保微生物呈指数生长，而且能保持基质浓度一定。 流加基质浓度Sin与反应器内反应液最终体积、最终 菌体量Xf和菌体收率YX/S有如下关系：
Sin
XfVf X0V0 YX S(Vf V0)
流加培养操作
流加操作时，特定基质加入到反应器后，
反应液体积就会发生变化，这时μ、γ和π旳可定
义如下：
1 d(XV)
XV dt
X1VFSind(dVtS)
1 d(VP)
VX dt
式中，V为反应液体积，F是体积流量，Sin是流 加液中旳基质浓度，FSin为基质旳质量流量。
4.3.1 无反馈控制旳流加操作
连续操作有两大类型，即CSTR（continuous stirred tank reactor）型和CPFR(continuous plug flow tulular reactor）型。
根据达成稳定状态旳措施不同，CSTR型连续 操作，大致可分为三种。一是恒化器法 （chemostat），二是恒浊器法（turbidstat）， 第三是营养物恒定法（nutristat）。
当 t=0 S S 0 ; X X 0 ; P 0 ; 0 ;
时 0 ; 0 ;Q o 2 ( Q o 2 ) 0 ;Q c 2 o ( Q c 2 ) 0 o
一般微生物旳最适温度、最适pH旳范围较窄。 例 如 ， Calam 等 人 研 究 了 温 度 对 产 黄 青 霉 （Penicillum chrysogenum）生长速率和青霉 素生成速率旳影响，发觉最适生长温度为30℃， 进行呼吸旳最适温度为21.7～28.6℃，产物青霉 素旳最适生成温度为24.7℃。生产中一般采用定 值控制。在这么旳条件下，能够以为分批培养过 程中旳动态特征取决于基质与微生物浓度（接种 量）及微生物反应旳诸比速率旳初始值，所以， 支配分批式培养统旳主要原因是基质与微生物旳 浓度旳初始值。
生物反应工程第三章
Yx / s
生成细胞的质量 X 消耗基质的质量 S
• 单位:g细胞/g基质。 注：细胞是指干细胞的质量
• 微分细胞得率（或瞬时细胞得率） ：某一瞬间的 细胞得率。 dX rX dX dt YX S dS dt dS rS
• rx：微生物细胞的生长速率；rs：基质的消耗速
求酵母细胞的Yx/s和Yx/o
• 同化作用，也称合成代谢，是生物 体从环境中取得物质，转化为体内 新的物质的过程。 • 异化作用，也称分解代谢，生物体 内的原有物质分解代谢，释放能量， 转化为环境中的物质的过程。
• 微生物反应的特点之一是通过呼吸链（电子传 递）氧化磷酸化生成ATP。 • 当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的mol数的4 倍称为该基质的有效电子数。 • 基于有效电子数的细胞得率Y-ave
四、pH • 不同微生物有其最适生长的pH值范围。大 多数自然环境的pH值为5～9，许多微生物 的最适生长pH也在此范围内，只有少数种 类可生长在pH值低于2或高于10的环境中。 大多数酵母与霉菌在微酸性（pH5～6）环 境中生长最好，而细菌、放线菌则在中性 或微碱性条件下生长最好。
五、湿度 • 细菌要求水活度（湿料饱和蒸汽压/相同 温度下纯水饱和蒸汽压）在0.90～0.99 之间；大多数酵母菌的为0.80～0.90； • 真菌及少数酵母菌要求在0.60～0.70。 因此，固态发酵常用真菌的原因就是其 对水活度要求低，可以排除其它杂菌的 污染。
酵母菌的生长方式有出芽繁殖、裂殖和芽裂 （如同菌丝生长）三种。在最适条件下， 酵母在45 min内就可以分裂，比较典型的 分裂时间为90～120 min。 霉菌的生长特性是菌丝伸长和分枝。从菌丝 体（顶端生长）的顶端细胞间形成隔膜进 行生长，一旦形成一个细胞，它就保持其 完整性。霉菌的倍增时间可短至60～90 min，但典型的霉菌倍增时间为4～8 h。
生物反应工程-化学反应工程
得率系数
研究细胞反应过程总物质和能量变化的规律， 常用得率系数对碳源等物质生成细胞或其他产物 的潜力进行定量评价。例如：
生成细胞的质量 X 细胞得率 Yx/c= 消耗基质的质量 S
生物反应器的设计、优化与放大
生物反应器是使生物技术转化为产品 生产力的关键设备，使用高效率生物反应 器的目的是提高产品生成速率，减少有关 辅助设备，降低生产成本，获得尽可能大 的经济效益。
2 反应工程的用途、作用
反应动力学
反应模式 速率方程 活化能
反应器的设计与分析
各因素（T, P, c）的变化规律 最佳工况
研究目的：
提供适宜的动力学方程，以描 述微生物（酶、动植物等）反应体 系，确定这些方程在设计方面的用 途，规划实验室的实验，决定动力 学方程所需的速率常数。
1.2生物反应工程的发展过程
21世纪高等院校 —生物工程类
生物反应工程
Bioreation Engineering
李敬
第一章 绪论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 生物反应工程的研究目的 生物反应工程的发展过程 生物反应工程的主要内容 生物反应工程的研究方法 思考题
1.1生物反应工程的研究目的
生物技术产品生产过程
生物催化剂 - enzyme - microbioass - animal and plant cell
1979年，日本山根恒夫《生物反应工 程》，生物反应工程是一门以速率为基础， 研究酶反应、微生物反应及废水处理过程 的合理设计、操作和控制的工程学。 1985年，德国学者卡尔.许格尔提出生 物反应工程的研究应当包括两个方面，一 是宏观动力学，它涉及生物、化学、物理 之间的相互关系；二是生物反应器工程， 它主要涉及不同的反应器对生物化学和物 理过程的影响。
生物反应工程实验讲义
《生物反应工程》实验讲义及实验报告班级：学号：姓名：成绩：实验一 游离酶与固定化酶酶学性质比较实验目的：掌握测定酶动力学参数的实验方法，作图法计算酶动力学参数，掌握固定化酶的方法，以及固定化酶后动力学参数的变化。
实验原理：要建立一个完整的酶动力学方程，必须要通过动力学实验确定其动力学参数。
对M —M 方程，就是要确定r max 和K m 值。
但直接应用M —M 方程求取动力学参数所遇到的主要困难在于该方程为一非线性方程。
为此常将该方程加以线性化，通过作图法直接求取动力学参数。
通常有下述几种作图方法。
Lineweaver —Burk 法(简称L-B 法)。
将M —M 方程取其倒数得到下式：sr m sC K r r 111maxmax+=(1)以1／r s 对1／C s 作图可得一直线，该直线斜率为K m ／r max ，直线与纵轴交于1／r max ，与横轴交于一1／K m 。
此法又称双倒数图解法。
Hanes —Woo1f 法(简称H —W 法)。
将式(1)两边均乘以Cs 得到maxmaxr C r K r C s m ss += (2)以C s ／r s 对C s 作图，得一斜率为1／r max 的直线，直线与纵轴交点为K m ／r max ，与横轴交点为一K m 。
(3)Eadie —Hofstee 法(简称E-H 法)。
将M —M 方程重排为ss ms C r K r r -=max （3）以r s 对r s ／C s 作图，得一斜率为一K m 的直线，它与纵铀交点为r max ，与横轴交点为r max ／K m 。
固定化酶亦称固相酶或水不溶酶。
它是通过物理或化学的方法使溶液酶转变为在一定的空间内其运动受到完全约束、或受到局部约束的一种不溶于水，但仍具活性的酶。
它能以固相状态作用于底物进行催比反应。
固定化酶的主要优点是，在催化反应以后很容易从反应系统中分离出来，不仅固定化酶可以反复使用，而且产物不受污染容易精制，固定化后的酶大多数情况下其稳定性增加，仅有少数的稳定性下降，固定化酶有一定的形状和一定的机械强度，可以装填在反应器中长期使用，便于实现生产连续化和自动化。
化学工程中的生物反应工程
化学工程中的生物反应工程生物反应工程是化学工程中一门重要的学科，它以生物反应为研究对象，主要涉及到微生物代谢、发酵工程等方面的内容。
随着生物技术的不断发展，生物反应工程在医药、食品、化妆品、生态环境等领域都有着重要应用。
下面，我们将从生物反应工程的定义、主要内容和应用等方面进行探讨。
一、生物反应工程的定义生物反应工程是以规范的微生物发酵过程作为研究对象，研究生物反应系统中的生物过程、化学过程、传质过程及系统操作控制等问题的学科。
生物反应系统可通过添加适当营养成分而使微生物代谢，产生所需的物质或产生有用生物学成分，实现各种用途。
在生物反应工程中，经常需要对生物学功效进行修饰或加工，以获得更好的效果。
二、生物反应工程的主要内容（一）微生物代谢微生物代谢是生物反应工程的核心内容之一，它包括微生物生长、能量代谢、合成代谢等方面。
微生物代谢的特点是脆弱易变、条件苛刻、基因突变等，在实际应用过程中，需要掌握微生物代谢的规律，选择适合的微生物菌株，以及优化培养条件等。
（二）发酵工程发酵工程是微生物代谢的一部分，其主要目的是通过微生物发酵过程来生产某种物质。
发酵过程包括各种生物反应、传质以及控制的过程。
对这些过程的研究和优化，将直接影响到生产过程的稳定性和产品的质量。
（三）生物传质学生物传质学是研究生物反应系统中传质和扩散过程的科学。
在生物反应过程中，物质的扩散和传输将直接影响微生物的代谢和生长，因此必须对传质规律和传质过程进行深入研究。
（四）生物过程的建模和仿真生物过程的建模和仿真是了解生物反应过程的关键步骤之一。
模型的建立可以提高研究的效率和准确性，为更加精细的优化提供了有力的支持。
与此同时，生物过程的仿真也可以通过计算机模拟等方法，不仅可以预测生物反应系统的动态行为，还可以进行控制策略的设计和优化。
三、生物反应工程的应用生物反应工程的应用非常广泛，主要集中在医药、食品、化妆品、生态环境等领域。
（一）医药生物工程技术的发展为药物的合成和生产提供了新的思路和技术手段。
化学反应与生物反应工程的比较分析
化学反应与生物反应工程的比较分析化学反应与生物反应工程是两种不同类型的反应工程。
化学反应工程通常涉及纯化化学品、设计反应条件和开发化学过程。
而生物反应工程则是在生物学和工程学的交界处，旨在利用微生物或酶产生机械能、化学能或电能。
对于化学反应工程和生物反应工程的性质和应用，存在很大的不同。
在这篇文章中，我们将通过详细比较分析这两种反应工程，在不同方面的异同点，来更好地理解这两种不同的反应工程，并探索它们的不同用途。
1. 计量学在化学反应工程中，通常会涉及到量的测量和精确控制。
这包括化学品的准确配比、温度的调整和反应物的加入。
此外，化学反应工程还将化学品的特性、配比和反应的动力学等方面考虑在内，以制定最佳的反应条件。
在生物反应工程中，重点是生物过程和反应机理。
在这种情况下，处理和测量“生物物质”的方法就必须考虑到这些动态因素。
如何对生物反应进行测量和控制，是生物反应工程中的一个重要方面，需要长期积累和不断学习。
2. 实验条件化学反应通常在“干净”的实验室环境中进行，以确保实验数据或结果正确。
实验室应用现代化技术，如计算机、自动化技术、智能控制等，以确保实验过程的高效性和准确性。
生物反应工程通常在工业规模下进行，需要在特定环境条件下致力于工程化处理。
这类工程需要额外考虑生物质的生长、代谢和其他复杂的失衡情况。
在这种情况下，需要具备专业知识和经验，以对生产批次进行复杂而全面的计划、管理和监控。
3. 安全性在化学反应工程中，实验室和工厂中需要标准化的系统安全措施。
化学品可能会发生爆炸、自燃和氧化，并且有毒性，尤其是在化工设备中尤为重要。
因此，在进行化学反应前，需要进行充分的安全检查，并采取列出的措施。
在生物反应工程中，安全问题是生物学和环境学领域中的关键领域。
严密的监控和严格的现场管理是生物反应工程成功的关键。
例如，在培养环境中维持杂质的控制、卡片和标识的显著标记以及保持主要设备的清洁和创新。
4. 意义化学反应工程所达到的最终目标是纯化化学品、改进石油提炼过程和优化食品加工。
《生物反应工程》PPT课件
反应工程一些基本概念
对于某反应： aA bB cC dD
A和B为底物，C和D为产物。 转化率
指某一底物转化的百分率或分率，其定义为： 某一底物的转化量
X 该底物的起始量
转化率是针对底物的。如果底物不只一种，那么根据不同的底物计 算所得的转化率数值可能是不一样的。因此在谈到转化率时需说明是哪 个底物。
朱建良
第一章 绪论（4学时）
基本要求： • 了解典型生物反应过程，知道各组成部分的任务、目的和要求。 • 明确生物反应工程的研究对象和任务。 • 了解生物反应工程的研究方法，掌握生物反应器设计放大的基本方法。 • 掌握反应工程一些基本概念：
底物，产物；反应转化率，收率，选择性。 重点： • 明确生物反应工程的研究对象、任务和生物反应器设计放大的基本方法。 • 掌握反应工程一些基本概念。
全程转化率大于单程转化率。
• 只要知道了关键组分底物的转化率，其他底物的转化率便可根据原料组 成和化学计量关系一一算出。
收率
收率是针对反应产物的，其定义为：
反应生成产物所消耗的 关键组分底物量
Y
关键组分底物的起始量
对于单一反应，转化率和收率数值相等。但是对于反应系统中进行的反 应不只一个时，转化率和收率数值不等，一般转化率大于收率。
上式中包含化学计量系数在内。 工业上也常用重量收率这个概念。其定义与上式相似：
反应生成产物的重量 Y 关键组分底物的起始重 量
重量收率的最大值可以超过100%。
对于有物料循环的反应系统，与转化率一样，收率也有单程收率和全程 收率之分。
选择性 对于多个反应组成的复合反应，除了转化率和收率外，还需增加变量才
已转化的关键组分底物关键组分量生成目的产物所消耗的24主要参考书1贾士儒生物反应工程原理南开大学出版社19902山根恒夫著周斌译生化反应工程西北大学出版社19923合叶修一等著胡章助等译生物化学工程反应动力学4俞俊棠等著生物化学工程化学工业出版社19915baileyjeet
《生物反应工程》课件
04
生物反应工程的应用实例
生物燃料的生产
生物燃料的生产是生物反应工程的重要应用之一。通过利用 微生物或酶，将植物油、废弃油脂、二氧化碳等转化为可再 生能源，如生物柴油和生物乙醇。
生物燃料的生产有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气 体排放，并促进可持续能源的发展。
生物塑料的生产
生物塑料是利用生物反应工程生产的 可降解塑料，具有环保、可持续的优 点。
农药的生产等。
生物反应工程的重要性
提高生产效率
通过优化生物反应过程， 可以提高生产效率，降低
生产成本。
保护环境
优化生物反应过程可以减 少废物的产生，降低对环
境的污染。
促进可持续发展
生物反应工程的进步有助 于推动可持续发展，促进 人类社会与自然环境的和
谐共生。
02
生物反应工程的基本原理
生物反应工程的基本原理
酶的生产和应用
酶是生物反应工程中的关键物质，具 有高效催化的特点。
通过微生物培养或酶的提取，可以生 产出各种酶，用于催化各种化学反应 ，如水解、酯化、氧化还原等。酶在 制药、化工、食品等领域有广泛应用 。
05
生物反应工程的未来发展
提高生物反应的效率
优化微生物菌种
通过基因工程技术对微生物菌种 进行改良，提高其代谢效率和产 物产量。
节能减排
研究节能减排技术，降低 生物反应过程中的能耗和 排放，减少对环境的负面 影响。
绿色生产
研究绿色生产技术，减少 对原材料和能源的消耗， 降低生产过程中的环境污 染，实现可持续发展。
谢谢您的聆听
THANKS
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化学反应工程
Chemical Reaction Engineering
第一章 绪 论
❖ 化学工业定义 经过一系列物理过程和化学过程从廉价 原料制造出高附加值产品的工业。
❖ 化工过程典型流程 无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加 工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成 为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部 分：
算来进行放大的方法。 --半经验放大法：把模型放大法和经验放大法相互结合的一种方法。
❖ 在造船、筑坝等很多领域上相似理论和因次分析为基准的相似放大法是 非常有效的，但相似放大法在化学反应器放大方面则无能为力，主要原 因是无法同时保持物理和化学相似。
❖ 化工过程的优化——化学反应工程学的目的
1）优化设计、优化操作 2）经济、技术（优化指标）
❖ 放大效应——当反应规模变大时，本征反应特性不变，
而传递特性却会发生很大变化，其结果是反应过程与实 验室完成的反应表现出很大差异，即出现所谓“放大效 应”。 故进行反应器放大时应选用与实验过程不完全相同，与 反应规模相适应的传递和流动参数。
代表人物
丹克来尔 (mhohler) 梯尔（Thiele） 史尔多维奇
霍根（Hougen） 华生（Waston）
丹克沃茨（Dankwerts) 泰勒（Taylor） 烈文斯彼尔 (Levenspiel)
1-1 化学反应的分类
1. 单一反应与复合反应
单一反应：可用一个反应方程式独立描述的反应。 ——可逆反应
（对于一定的反应物系）而言，随时间、空间变化。其中， r为反应系统中某一组分的反应速率，C代表浓度，P为系 统的总压。
反应器设计分析--研究反应器内上述因素的变化规律，找出 最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。
生物反应工程原理 PPT课件
9.1 概述
生物反应工程研究的目的
生物反应过程的特征在于有生物催化剂参与反应。与化学反应相比，生物反 应所需的条件比较温和、反应速率有时比化学反应过程慢得多；反应的复杂 性有时难以预计等。自然界中的生物现象可以说是千变万化，但是其中起主 导作用的便是生物催化反应。微生物的生长繁殖，细胞个数增加，形态不断 变化，这些可以用微生物的生长速率来描述。
rP (rS )
k cat e[S ] rP,max [S ] K S [S ] K S [S ]
（9-12）
式中：rS——底物的消耗速率(负号表示减少)； rP——产物的生成速率； KS——平衡常数KS=k-1/k+1，其又称饱和常数(saturationconstant)。 利用稳态法求解(9-12)式，在这段时间里，生成速率与消耗速率相等， 达到动态平衡，即所谓“稳态”。基于此，可获得如下米氏方程：
9.2 酶促反应动力学
酶和细胞的固定化技术
固定化技术是针对在实际应用中，无论采用何种操作方式，酶都 难以回收利用的问题而研究开发的新技术。 酶的固定化会引起酶性质的改变。主要表现在： ① 底物专一性的改变 由于形成立体障碍，高分子底物难以接近固定化后的酶分子，使酶的 底物特异性发生变化，导致底物专一性改变。 ② 稳定性增强 一般来说，固定化酶比游离酶的稳定性好，主要表现在热稳定性、保 存和使用稳定性的增加。 ③ 动力学常数的变化 米氏常数的减小，对固定化酶的实际应用是很有利的，可保证反应进 行得更完全。固定化酶的催化反应中，若有扩散阻力，则表观米氏常 数变大。
kcat e[S ] rP,max [S ] rP (rS ) K m [S ] K m [S ]
式中：Km——米氏常数，mol／L，
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子上。——叔本华
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
生物反应工程-化学反应工程
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比