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生物反应工程课件

生物反应工程课件
广义的酸碱催化;共价催化;邻近及定向效应;扭曲变形和构象变化效 应;多元催化与协同效应。
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

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

化学反应工程陈甘棠第二章第一节-31页文档资料
2、化学计量方程
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

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

(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

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

生物反应工程
南京工业大学南京工业大学南京工业大学南京工业大学----生工生工生工生工0804080408040804----吴凌天吴凌天吴凌天吴凌天 2为: 对于细胞反应过程对于细胞反应过程对于细胞反应过程对于细胞反应过程,,,,由于培养基(底物原料)的组成在不断变化,因此不同反应时刻的细胞得率系数一般不为常数。为此定义微分细胞得率系数如下: 对于整个间歇对于整个间歇对于整个间歇对于整个间歇((((分批分批分批分批))))细胞反应过程细胞反应过程细胞反应过程细胞反应过程,,,,还可以有总的细胞得率系数或平均细胞得率系数。这个系数可以通过测定反应过程中的菌体浓度和底物浓度来求得: 11.11.11.11.细胞生长的非结构动力学细胞生长的非结构动力学细胞生长的非结构动力学细胞生长的非结构动力学 细胞反应过程十分复杂,它包括细胞的生长、繁殖,底物的消耗,代谢产物的生成。既包括细胞内的生化反应,又包括细胞内和外的物质交换,以及胞外物质的传递;细胞反应是个多相和多组分参与的非线性体系;细胞反应过程是一个复杂群体的生命活动,每个细胞经历生长、成熟直至死亡整个过程,同时伴随退化和变异。要对这么复杂的一个体系进行精确描述几乎是不可能的。为此工程上的应用首先要对体系进行合理的简化,在此基础上建立物理模型,再推出数学模型。 简化主要考虑以下几个方面: 细胞反应动力学是对细胞群体的动力学行为的描述,而不对单一细胞进行描述。 不考虑细胞之间的差别,而是取其性质上的平均值,这是确定论模型。如果考虑每个细胞之间的差别,这是概率论模概率论模概率论模概率论模型型型型。 细胞的组成是复杂的,且随环境而变化。如果考虑细胞组成的变化,这是结构模型结构模型结构模型结构模型。如果把细胞看成一单一组分,环境影响不考虑,这是非结构模型非结构模型非结构模型非结构模型。 如果将细胞作为与培养液分离的生物,这是分离化模型。如果把细胞和培养液视为一相(液相),这是均一化模型均一化模型均一化模型均一化模型。 本部分只讨论非结构、确定论和均一化的均衡生长模型,即非结构动力学非结构动力学非结构动力学非结构动力学((((模型模型模型模型))))。 12.12.12.12.间歇间歇间歇间歇((((分批分批分批分批))))反应时细胞生长动力学反应时细胞生长动力学反应时细胞生长动力学反应时细胞生长动力学 ((((倍增时间倍增时间倍增时间倍增时间????????)))) 间歇反应时细胞生长的周期可以分为5个阶段:延迟期、指数期、减速期、静止期和衰亡期。 延迟期延迟期延迟期延迟期::::它是细胞在环境改变后表现出的一个适应阶段。接种后细胞浓度在一段时间内无明显增加。造成延迟期存在的原因原因原因原因有: 新培养基中含有较丰富的某种营养物质,而在老环境中则缺乏这种物质,细胞在新环境中必须合成有关的酶来利用这些物质,从而表现出延迟期。 许多胞内酶需要辅酶或活化剂,他们又是一些小分子或离子,具有较大的通过细胞膜的能力,当细胞转移到新环境中,这些物质可能因扩散作用从细胞中向外流失。这也是造成延迟期的一个原因。 菌种的种龄和接种量也影响延迟期的长短,种子越年轻,延迟期越短,接种量越大,延迟期越短。 指数期指数期指数期指数期::::在此阶段中,培养基中的营养物质较充分,细胞生长不受限制,细胞的浓度随时间呈指数增加。由于细胞的生长不受底物浓度限制,其比生长速率达到最大值并保持。 减速期减速期减速期减速期::::细胞生长到一定时间后,会出现两种情况:底物浓度的下降和有害物质浓度的增加。这两种情况都会使细胞的生长减缓。但总体上讲,在此阶段细胞仍然处于生长,数量仍在增加。 静止期静止期静止期静止期::::在整个间歇细胞反应过程中,总是存在两种过程:细胞的生长和衰亡。在静止期之前,细胞的生长占主导,其衰亡占次要,总的表现出细胞浓度的增加。达到静止期后,由于营养物质的耗尽和有毒物质的积累达到一定的程度,细胞的生长速率等于细胞的衰亡速率,细胞浓度不再增加而达到最大值。 衰亡期衰亡期衰亡期衰亡期::::细胞死亡速率加快,其浓度快速下降。 13.13.13.13.无抑制的细胞生长动力学无抑制的细胞生长动力学无抑制的细胞生长动力学无抑制的细胞生长动力学((((MonodMonodMonodMonod方程方程方程方程))))

化学反应工程陈甘棠第一章-文档资料36页

化学反应工程陈甘棠第一章-文档资料36页
Ca SCaO S2 O
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

微生物反应器操作生物反应工程共讲
F 1 dV
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

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

28、知之者不如好之者,好之者不如乐之者。——孔子

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
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