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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
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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
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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。
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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
谢谢!
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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