第6章生物反应器中的传质过程
高黏度培养液的表观黏度随剪切速率的不同 而变化。 ➢ 搅拌桨附近，剪切速率大，培养液黏度低； ➢ 反应器壁面附近，剪切速率小，培养液黏度 高，流动率较小。
6-1-2 发酵液的流变学特性
丝状菌培养液
➢非牛顿型流体特性； 一般呈假塑性流体、胀塑性流体等非牛顿型流体特性。
➢牛顿型流体特性； 细胞间形成网状结构，菌团在剪切速率下碎成小片，再絮集再
6-1-3 生物反应器中的传递过程
氧的溶解度
➢ 氧是一种难溶气体。 ➢ 在25℃和1×106Pa时，空气中的氧在纯水中 的溶解度仅为0.25mol/m3左右。 ➢ 培养基中含有大量有机物和无机盐，实际氧 在液相中的溶解度就更低。
6-1-3 生物反应器中的传递过程
菌体需氧量
当菌体浓度为1015个/m3，每个菌体体积（含水量80%） 为10-16m3(直径5.8μm)，细 胞呼 吸强度 为2.6×10-3mol 氧 /(kg细胞·s)，菌体密度为1000[kg/m3]，则每立方米培养基的 需氧量为：
a K n1
K n , n 1 随剪切率的增加而增加 a K n1
示
例
气体、水、低分子量 液体,低分子化合物的 水溶液
大多数微生物培养液， 淀粉悬浮，纸浆，油 漆
玉米粉和糖溶液，淀 粉，流沙等
平汉塑型 0 K p a 0 / K p
纸浆，牙膏，油，巧 克力及一些发酵液等
生物反应工程原理
第六章 生物反应器中的传质过程
6 生物反应器中的传质过程
1.生物反应体系中的传质现象 2.体积传质系数的测定 3.影响体积传质系数的主要因素 4.发酵体系中的氧传递模型 5.溶氧方程与溶氧速率的调节
学习目的： 了解生物反应体系中的流变学特性与质量传递过程。
掌握体积溶氧系数的测定方法、影响体积溶氧系数的主要 因素和评价高效生物反应器主要指标。
打碎，溶液呈牛顿型流体特性。 ➢流动特性随时间的变化而变化。
例如：链霉素发酵， ➢前24h培养液为胀塑性流体； ➢ 48h及96h呈牛顿型流体特性； ➢ 120h呈假塑性流体的特性。
6-1-2 发酵液的流变学特性
微小颗粒悬浮液的黏度是多种因素的函数
➢细胞颗粒浓度； ➢颗粒的形状、大小； ➢颗粒的变形度、表面特征等。
➢微生物的生命活动 引起发酵液物理性质 的变化。如黏度、表 面张力和离子强度。
2-3-61-1固-定1 流化体酶促的流反变应动学力特性学基础
➢流变学特性：液体在外加剪切力 作用下所产生的流变特性， 简称流变特性。 ➢外加剪切力的作用会产生相应的剪切速率（即速度梯度或 切变率，N/m2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：
6 生物反应器中的传质过程
6-1 生物反应体系中的传质现象
6-1-1 流体的流变学特性
本
6-1-2 发酵液的流变学特性
节 内
6-1-3 生物反应器中的传递过程 容
6-1-4 氧传递理论概述
6-2 体积传质系数的测定
6-3 影响体积传质系数的主要因素
6-4 发酵体系中的氧传递模型
6-5 溶氧方程与溶氧速率的调节
6-1 生物反应体系中的传质现象
➢生物反应器是生物技术开发中的 关键性设备，生物技术成果需要生 物反应器才能转化为产品。工业生 物过程的成功，依赖于生物反应器 的效率。
➢生物反应器的设计必须明确目的反应的变化规律 和速率变化。
6-1 生物反应体系中的传质现象
图1 黏度对不同过程的影响
➢黏度的改变会影响 液体的湍流性、界面 张力或液膜阻力等。
➢牛顿型流体，n=1，K=。 ➢非牛顿型流体，将/定名为表观黏度。给定流 体的表观黏度是剪切速率的函数。
6-1-1 流体的流变学特性
类别 牛顿型
假塑型 (幂律)
膨胀型 (幂律)
表1 与时间无关的纯黏性流体的流变特性
流变性方程
表观黏度a 恒定不变 a
K n ,0 n 1 随剪切率的增加而减少
根据Weisz的观点：西勒准数为1，且无任何扩散 限制时，细胞和其它成分的生物催化反应以最大反应 速率而进行，但事实上达不到。
6-1-3 生物反应器中的传递过程
生物反应过程
➢基质的传质速率低于生物催化剂的反应速率时，生物催化 剂的催化效率受到基质传递速率的限制。 ➢可提高限制性基质的传递速率来改善产物的生成速率。例 如单细胞蛋白（SCP）和多糖的发酵。
f ( )
（1）
➢上式称为流变性方程，其图解形式叫做流变图。
2-3-61-固1-定1 化流酶体促的反流应变动学力特学性基础
➢ 多种经验方程描述非牛顿流体的流变特性。 最简
单的形式是指数律方程。
K n
（2）
式中：K——稠密度指数，或称指数律系数Pa·s； n——流变性指数，或称指数律的方次。
新生霉素 卡那霉素 曲古霉素 曲古霉素 非洛霉素
诺尔斯氏链霉菌 产黄青霉菌 产黄青霉菌 产黄青霉菌 灰色链霉菌 雪白链霉菌 卡那霉素菌
卡那霉素链霉菌 卡那霉素链霉菌 卡那霉素链霉菌
牛顿性流体 假塑性流体 塑性流体 胀塑性流体 塑性流体 塑性流体 假塑性流体 塑性流体 假塑性流体 假塑性流体
6-1-2 发酵液的流变学特性
凯松塑型
1 0
2
K 'p
1
2
a
[(
பைடு நூலகம்
0
)1 2
KP ]2
血，蕃茄酱，桔子汁 及一些发酵液等
0为屈服应力，Kp为刚性系数， K’p为凯松黏度。
6-1-2 发酵液的流变学特性
影响发酵液流变学特性的因素
（1）细胞浓度 发酵液细胞浓度低，流变学特性是牛顿型流体。
➢ 稀薄的细菌发酵液； ➢ 水解糖或糖蜜为原料培养酵母的醪液； ➢ 噬菌体侵害的发酵液等。
（2）细胞形态 丝状或团状，流变学特性都是非牛顿型流体。
➢ 丝状菌（霉菌或放线菌）的菌丝体纠缠在一起，使悬浮液 黏度达数Pa·s。 ➢ 团状菌丝体是以稳定的球状积聚生长，直径可达几mm。
6-1-2 发酵液的流变学特性
表2 发酵液的流变特性
产物
微生物
发酵液流变特性
制霉菌素 青霉素 青霉素 青霉素 链霉素
例如，青霉素培养液的屈服应力与刚性系数都随发酵 时间的增加而增大。
发酵前期与后期： ➢ 刚性系数可增加近百倍 ➢ 表观黏度明显增加。
6-1-3 生物反应器中的传递过程
生物工业中不同生产工段，都包含有物质传递过程 ➢ 上游操作中的原料预处理； ➢ 生化反应器的操作与控制； ➢ 下游操作中的产品回收。
生物反应工程教学大纲
十堰职业技术学院生物化工专业生物反应工程课程教学大纲(60-70学时）马俊林编一、《生物反应工程》课程的性质和任务《生物反应工程》是一门以生物学、化学工程学、计算机与信息技术等多学科为基础的交叉学科，它以生物反应动力学为基础，将传递过程原理、设备工程学、过程动力学及最优化原理等化学工程学方法与生物反应过程的反应特性方面的知识相结合，进行生物反应过程的分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制等。
生物反应工程主要研究生物反应过程中带有共性的工程技术问题，因此，它在生物工业中起着举足轻重的作用，生物反应工程是工业生物技术的核心。
根据生物体的不同，生物反应过程可分为酶促反应过程，细胞反应过程（包括单一微生物细胞、多种微生物细胞的混合反应、动植物细胞培养等）和废水的生物处理过程。
生物反应工程的研究内容就是研究各种生物反应过程的生物反应动力学、生物反应器和生物反应过程的放大与缩小等。
生物反应工程是生物化工专业的一门主干专业课。
二、《生物反应工程》课程的基本要求通过本课的学习，要求学生了解生物反应工程研究的目的，生物反应工程学科的形成与沿革和生物反应工程领域的拓展。
理解酶促反应动力学、微生物反应动力学、动植物细胞培养动力学的特征和生物反应器中的传质过程。
掌握微生物反应过程的质量和能量衡算；动植物细胞的生长模型与培养条件。
熟练掌握微生物反应器的操作和生物反应器的特征、操作及设计。
三、讲课内容1、绪论教学内容：生物反应工程研究的目的；生物反应工程学的形成与沿革；生物反应工程的研究内容与方法；生物反应动力学；生物反应器；生物反应过程的放大与缩小。
教学要求：熟练掌握生物反应工程的概念，生物反应工程的研究内容与方法；理解生物反应工程研究的目的；了解生物反应工程学科的形成与沿革，生物反应过程的放大与缩小。
教学重点：生物反应动力学和生物反应器。
教学建议：教学中注意和化学反应动力学及化学反应器进行比较。
2、酶促反应动力学教学内容：酶促反应动力学的特点；酶的基本概念；酶的稳定性及应用特点；酶和细胞的固定化技术；酶促反应的特征。
第六章生物反应器中的传质过程
(2)在气液界面上，两相的浓度总是相互平衡(空气中 氧的浓度与溶解在液体中的氧的浓度处于平衡状态)， 即界面上不存在氧传递阻力。
(3)在两膜以外的气液两相的主流中，由于流体充分 流动，氧的浓度基本上是均匀的，也就是无任何传 质阻力，因此，氧由气相主体到液相主体所遇到阻 力仅存在于两层滞流膜中。
气液界面附近氧分压与浓度的变化如图6—3所示。
发酵过程中，有的微生物以菌丝团(或絮状物)的 形式生长繁殖，这时，基质必须通过扩散进入 菌丝团内，基质的扩散与利用是同步进行的。 当菌丝团内的基质浓度低于主体发酵液中的， 且反应速度与基质浓度呈正比时，产物的生成 速度和菌体的生成速度都将低于悬浮单一细胞 的相应速度。为克服发酵过程中的扩散限制， 可通过减小菌丝团尺寸的方法来解决。
利用氧电极进行kLa的测量有多种方法，动态法是常用 的方法之一。通风培养液中氧的物料衡算为：
有多种经验方程来描述非牛顿型流体的流变特性， 其中最简单的形式是指数律方程。
6．1．2 发酵液的流变学特性
发酵液中的主要成分是菌体，因此，发酵 液流变学特性受菌体的大小和形状的 影 响。一些稀薄的细菌发酵液，以水解糖 或糖蜜为原料培养酵母的醪液，为噬菌 体侵害的发酵液等为牛顿型流体。丝状 菌(霉菌或放线菌)悬浮液不同于细菌和酵 母菌悬浮液，菌丝呈丝状或团状。
另外，发酵液黏度的改变会影响液体的湍 动性、界面张力或液膜阻力等。图6—1 是黏度对不同过程影响的示意图。由图 6—1可知，了解发酵液流变学特性的变 化(特别是黏度变化)，对掌握生物反应过 程传质与混合特点，进而改进发酵过程 控制工艺条件及生物反应器设计都有重 要意义。
6.1.1 流体的流变学特性
微小颗粒(如菌体)悬浮液的黏度是多种因素的函 数，除依赖菌体颗粒的浓度外，还受颗粒的形 状、大小、颗粒的变形度、表面特性等因素影 响。在霉菌或放线菌等的发酵中，发酵液的流 动特性常出现大幅度变化。例如，青霉素发酵 液的屈服应力与刚性系数都随发酵时间的增加 而增大。发酵后期与前期相比，刚性系数可增 加近百倍，表观黏度明显增加。
生物反应器
生物反应器生物反应器是一种生物技术设备，主要用于生物发酵、生物转化和生物固定化等过程的实现，是生物技术学领域中的核心设备之一。
生物反应器按规模大小可分为实验室规模、小型工业规模、大型工业规模及超大型规模，广泛应用于生物制药、食品工业、环保工程、化工领域及实验室研究等不同领域。
本文主要介绍生物反应器的基本概念、分类、结构、功能与应用等方面的内容。
一、生物反应器的基本概念生物反应器是一种专门用于维持和促进生物体生长繁殖，并对物质能量进行转化的设备。
是利用微生物生长代谢的能力，进行化学制品或生物制品的生产。
反应器内部常温度、氧气含量、pH值、营养物浓度等参数进行监测与控制，以维持接近理想的生长环境，从而提高微生物总体产量和单独化合物的产量。
二、生物反应器的分类按微生物名称分为真菌反应器和细胞反应器两种；按操作条件分为常压和高压反应器两种；按反应器内混合方式分为不同类型，如机械混合反应器、气液混合反应器、液相连续搅拌反应器、固相悬浮式反应器等；按生产工艺分则有批量式反应器、半连续式反应器和连续式反应器等。
三、生物反应器的结构生物反应器结构包括传质层、反应层和生物活性层三个部分。
传质层由反应器外壳和传质器件（气体传输系统与吸收液传输系统）组成，热量传递和质量传递的效率决定于传质器件的选择和设计。
反应层由反应器罐体、搅拌器、传热器、控制仪等组成，其内部环境的压力、温度、营养物浓度、气相浓度、氧含量、pH值等参数决定了反应的产物和效率。
生物活性层是一个重要的环节，是水生生物或微生物参与反应的主要部分。
其中，微生物是生物活性层的核心，它们根据营养状态发生生长、代谢和能量转换等复杂的反应，完成指定的反应目的。
四、生物反应器的功能生物反应器的主要功能是实现微生物生长代谢和化学过程，从而获得所需的生物制品或化学成品。
其次，需要满足反应器内环境的生物学和物理学参数要求，如空气、水、营养物、pH、pO2、温度、压力、流量等参数，确保最大的反应效率和最佳的反应条件。
生化反应工程试题库
试题库结构章节 试题分布名词解释 数学表达式 简答题图形题推导题判断题 计算题合计第一章 0 0 9 0 0 0 0 9 第二章 0 0 11 0 0 0 2 13 第三章 1 3 9 3 11 4 2 33 第四章 1 11 6 7 1 11 14 51 第五章 3 1 7 8 2 0 13 34 第六章 6 0 6 2 0 0 0 14 第七章 2 2 2 2 0 0 13 21 第八章 0 0 36 0 0 0 2 38 合计 13 17 86 22 14 15 46 213一、名词解释[03章酶促反应动力学]酶的固定化技术：[04章微生物反应动力学]有效电子转移：[05章微生物反应器操作]流加式操作：连续式操作：分批式操作：[06章生物反应器中的传质过程]粘度：牛顿型流体：非牛顿型流体塑性流体假塑性流体胀塑性流体[07章生物反应器]返混：停留时间：二、写出下列动力学变量（参数）的数学表达式[03章酶促反应动力学]1. Da准数：2. 外扩散效率因子：3. 内扩散效率因子：[04章微生物反应动力学]1. 菌体得率：2. 产物得率：3. 菌体得率常数：4. 产物得率常数：5. 生长比速：6. 产物生成比速：7. 基质消耗比速：8. 生长速率：9. 产物生成速率：10. 基质消耗速率：11. 呼吸商：[05章微生物反应器操作]1. 稀释率：[07章生物反应器]1. 停留时间：2. 转化率：三、简答题：[01章绪论]1．什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2．生物反应工程研究的主要内容是什么？3．生物反应工程的研究方法有哪些？4．解释生物反应工程在生物技术中的作用。
5. 为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6. 何为系统生物学？7. 简述生化反应工程的发展史。
8. 如何理解加强“工程思维能力”的重要性。
9. 为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？[02章生物反应工程的生物学与工程学基础]1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。
生物反应器的原理
生物反应器的原理生物反应器是一种用于进行生物化学反应的设备，它可以提供理想的环境条件，以支持生物体的生长、代谢和产物合成。
生物反应器的原理涉及多种方面，包括传质、反应、能量转换等。
一、传质生物反应器中的传质是指底物和产物在反应器内部的传输过程。
传质过程包括传质阻力和传质速率两个方面。
传质阻力是指底物和产物在反应过程中的扩散阻力、溶解性以及质量转移的阻力。
传质阻力对于反应速率、底物利用率以及产物浓度均有重要影响，因此在设计和控制生物反应器时需要考虑传质过程。
传质速率是指底物和产物在反应器内部的传输速率，它受到反应器内部气体和液体流动的影响。
传质速率受到多种因素的影响，包括搅拌速度、反应器内部结构、底物浓度、温度等。
二、反应生物反应器的反应过程是指生物体在特定环境条件下进行代谢活动和产物合成的过程。
反应过程可以分为两个步骤，即生物体的生长和代谢。
生物体的生长是指在适宜的环境条件下，生物体通过吸收底物和营养物质进行新陈代谢并增加体积和数量的过程。
生物体的生长过程涉及到细胞生长、分裂、增殖等多种生物学过程。
生物体的代谢是指生物体通过酶、酶类和代谢途径进行的化学转化过程。
代谢过程中产生的底物和产物可以进一步作为反应物或产物参与反应。
三、能量转换生物反应器中的能量转换是指生物体在反应过程中能量的转化和利用。
能量转换包括吸热反应和放热反应两个方面。
吸热反应是指生物体在代谢过程中吸收能量的过程。
生物体通过吸收外界的热能来提供代谢活动所需的能量，进而促进生物体的生长和代谢。
放热反应是指生物体在代谢过程中释放能量的过程。
生物体在进行代谢活动时会放出热能，这些热能可以被利用来提供反应过程中的热能需求，例如保持反应器内部的恒温。
四、控制策略生物反应器的控制策略主要包括控制温度、pH值、溶氧量等。
这些参数对于反应速率、底物利用率和产物合成等都具有重要的影响。
温度的控制可以影响生物体的生长速率和产物合成速率。
不同的生物体对于温度的要求不同，因此在设计反应器时需要根据具体的生物体选取适当的温度范围，并通过控制加热或制冷来实现对温度的控制。
生物反应器中传质与反应的耦合研究
生物反应器中传质与反应的耦合研究生物反应器作为一种常见的生物技术设备，具有广泛的应用价值。
其中，传质与反应是生物反应器中非常重要的耦合过程，对于反应过程的控制和优化具有重要意义。
本文将在此基础上对生物反应器中传质与反应的耦合研究展开讨论。
1. 传质与反应的基本概念生物反应过程通常包括生物反应、代谢产物转移和营养物质供应三个阶段。
其中，传质是指物质在不同物质之间的传递过程，包括质量传递和能量传递两个方面。
反应是指化学物质在特定条件下发生化学变化的过程。
传质与反应在生物反应器中是紧密耦合的。
传质过程决定了物质在反应中的扩散速率和分布，进而影响反应速率和反应效果。
反过来，反应过程也会对传质起到反馈作用，使传递过程发生变化。
2. 生物反应器中传质与反应的耦合特点传质与反应在生物反应器中的耦合特点主要包括以下几个方面：（1）物质的浓度和流动速度决定了传质的速率和顺序，直接影响反应速率和质量转移。
（2）微生物体系的生长和代谢需要某些营养物质，而生成的代谢产物也会影响传质过程。
（3）反应的温度和pH值等条件都会影响反应过程和传质过程，从而影响反应效果。
（4）在反应器中，物质之间的相互作用会产生复杂的动力学效应，对传质和反应同时产生影响。
3. 生物反应器中传质与反应的实验设计在研究生物反应器中传质和反应的耦合过程时，需要进行实验设计。
一般可从以下几个方面入手：（1）优化反应器的设计：反应器设计时，应该尽可能地降低传质阻力，保证传质通畅。
同时，反应器的设计应该符合微生物生长和代谢的需要，以保证反应效果。
（2）优化营养物质供应：微生物生长和代谢需要各种营养物质，为了保证反应器中微生物的正常生长和代谢，需要优化营养物质的供应方式。
（3）优化反应器的操作条件：反应器操作时需要控制反应器的温度、pH、溶解氧等条件，以保证微生物代谢的正常进行。
（4）建立传质与反应的模型：建立物质传递和反应动力学模型，进行理论模拟和数值模拟，预测反应过程和传质过程的变化规律，为反应器的控制和优化提供依据。
《生化工程》学习指南
《生化工程》学习指南一、课程性质生化工程，也称生物反应工程，是化学工程与生物技术的交叉学科，也是应用化学工程的原理与方法将生物技术的实验室成果进行工业开发的一门学科，是生物工程专业的一门核心课程。
该研究主要采用化学动力学、传递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学工程学原理，也涉及到生物化学、微生物学、微生物生理学和遗传学等许多学科领域。
二、学习方法《生化工程》是一门理论与工程实践相结合的应用基础课程。
它重点研究了酶反应动力学、细胞反应动力学、理想反应器模型、传质与传递过程以及反应器的选择、设计与放大，这些内容都是相互关联，有机结合的。
在学习过程中，要理解各种理想数学模型的原理和推导过程，重点考察物料平衡，注意培养逻辑推理能力，多想、多看，理解并记住一些经典理论方程。
另外，以工程放大的角度，从点到面，系统思考一个生物过程体系的方方面面。
三、各章学习指南本课程是学习如何将实验室的研究成果进行工业化开发的一门学科，是工程放大的基础。
本课程的模式和公式比较多，有些必须要记住，有些可以推导或了解一下。
第一章绪论主要内容：从青霉素、链霉素的发现及其工业化生产中引出现代发酵工程及产业，生化工程的研究进展重点：生化工程的定义，生物反应过程的特点难点：了解生化工程与化学工程之间的差别与共同点。
第二章均相酶催化反应动力学主要内容：包括酶反应的特征，可逆酶反应的动力学，影响酶反应的因素重点：酶促反应的影响因素，米氏方程表达式，Km的含义，L-B双倒数法测定参数，别构酶的Hill方程，pH的对酶动力学的影响及pK-pH关系。
难点：反应级数判定和计算理解快速平衡学说与稳态学说之间的区别，会用两种学说进行反应动力学推导掌握几种不同可逆抑制的原理及动力学推导，包括竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争抑制第三章固定化酶反应动力学主要内容：包括固定化酶反应动力学的特征，外扩散限制反应，内扩散限制反应。
重点：固定化酶的定义、优缺点，几种固定化酶的方法，外扩散限制下的酶反应速率与传质关系，内扩散限制条件下的φ（Thile）西勒模数的意义，如何减少内扩散限制的对酶动力学的影响。
第6章 生物反应器
第6章生物反应器生物反应器就是指提供适宜细胞生长和产物形成的各种条件，促进细胞的新陈代谢，在低消耗下获得高产量的一种反应设备。
一个优良的发酵罐应具备的条件：1)结构简单;2)不易染菌;3)良好的液体混合性能;4)较高的传质传热速率;5)单位时间单位体积的生产能力高;6)同时还应具有配套而又可靠的检测和控制仪表。
工业生产用的发酵罐趋向大型化和自动化。
6.1 通风发酵罐一、通用式发酵罐又称机械搅拌通气式发酵罐，使之既有机械搅拌装置，又有压缩空气分布装置的发酵罐。
1、工作原理是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液的溶解氧。
一个好的通用式发酵罐的基本条件：1)具有适宜的径高比；通常H/D = 2～4，罐身长有利于氧的溶解2)能承受一定压力；水压试验压力为工作压力的1.5倍，即0.38MPa3)搅拌通风装置要能使气泡分散细碎，气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高氧的利用率4)具有足够的冷却面积；5)罐内应抛光，尽量减少死角，使灭菌彻底，避免染菌；6)搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。
2、结构特点发酵罐主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、空气分布器、挡板、冷却装置、人孔及视镜等。
1) 罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢2) 搅拌器和搅拌轴其作用一是打碎空气气泡，增加气－液接触界面，以提高气－液间的传质速率；二是为了使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。
3) 挡板其作用是为防止发酵液随搅拌器运转而产生旋涡，以提高混合效果。
4) 空气分布器其作用是将无菌空气引入到发酵液中同时初步分散气泡。
5) 冷却装置在发酵过程中，细胞呼吸和机械搅拌都将产生一定热量，为了保证发酵在一定温度下进行，必须将这些热量及时移去，因此需要设置冷却装置。
6) 消泡器分耙式消泡器和半封闭涡轮消泡器二、机械搅拌自吸式发酵罐利用机械搅拌的高速旋转而吸入空气的一种发酵罐。
高等反应工程第六章PPT
原料在反应器内循环流动。
反应器性能评价
01
02
03
04
转化率
转化率是衡量原料在反应过程 中被转化的程度，通常以百分
比表示。
选择性
选择性是衡量产物中所需产物 的比例，通常以百分比表示。
收率
收率是实际获得的产物量与理 论可获得的最大产物量之间的 比值，通常以百分比表示。
06 本章小结
主要内容回顾
重点讲述了反应工程中的化学反应动力学和传 递过程，包括反应速率方程、反应机理、反应
动力学参数的确定方法等。
介绍了反应工程中的热力学基础，包括热力学第一定 律、热力学第二定律和平衡常数等。
介绍了反应工程的定义、发展历程和反应工程 的核心问题。
讨论了反应器类型和设计，包括釜式反应器、管 式反应器、塔式反应器等，以及反应器的优化和 放大。
自适应控制
鲁棒控制
随着反应过程的进行，不断更新控制策略 以适应变化的情况。
设计控制器，使其在存在不确定性和干扰 的情况下仍能保持良好的控制性能。
优化与控制的案例分析
案例一
某化学反应过程的优化与控制：介绍如何应用上述策略和方法对 某具体化学反应过程进行优化和控制。
案例二
某生物反应过程的优化与控制：介绍如何应用上述策略和方法对 某具体生物反应过程进行优化和控制。
反应器集成技术
将多个反应步骤集成在一个反应器中，实现多步骤反应的连续化、 高效化，降低能耗和物耗。
反应过程强化技术
超声波强化技术
利用超声波的振动和空化作用，强化反应物料的混合、传热和传 质，提高反应速度和产物收率。
微波强化技术
利用微波的电磁场作用，促进分子间的振动和摩擦，加速化学反应 的进行，提高反应速度和选择性。
对流传质及相间传质理论
对流传质机制
总结词
对流传质的机制主要包括分子扩散和对流扩散两种方式。
详细描述
分子扩散是指流体中分子在浓度梯度作用下，从高浓度区域 向低浓度区域的迁移过程，是物质传递的基本方式之一。对 流扩散则是在流体流动过程中，由于流体的宏观运动导致的 物质迁移现象。
对流传质过程影响因素
总结词
对流传质过程的影响因素主要包括流体流速、温度、浓度差、流体物理性质和壁 面性质等。
对流传质与相间传质的关系
对流传质与相间传质的联系
相间传质是物质传递的一种方式，对流传质则是相间传质的一种特殊形式。
对流传质与相间传质都涉及到物质从一相传递到另一相的过程，即传递的 主体是两相之间的界面。
在对流传质过程中，流体的流动会对传递过程产生影响，流体的流动状态 和流动特性将对传递Hale Waihona Puke 率产生影响。强化实验与模拟研究
通过强化实验和模拟研究，深入探索对流传质及相间传质的内在机制， 为理论发展提供有力支撑。
THANKS
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相间传质过程影响因素
相界面特性
01
相界面上的物理化学性质（如表面张力、界面张力、吸附作用
等）对相间传质有重要影响。
流动特性
02
流体的流动特性（如流速、流向、流动模式等）对相间传质有
重要影响。
传递参数
03
扩散系数、流体物性等传递参数对相间传质有重要影响。这些
参数的变化将影响物质传递的快慢和方向。
03
对流传质与相间传质的区别
对流传质主要关注的是流体流动对传递过程的影响，而相间传质则更注重两相之间 的传递机理和传递过程。
对流传质通常发生在流体流动的过程中，而相间传质可以在静止或流动状态下发生。