发酵工厂设计概论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版时间:2000-03-01

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isbn号码:9787501926404

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• 发酵工程
• 生物化工
• 食品工程
• 生物技术
• 工业微生物
• 发酵设备
• 过程设计
• 工厂设计
• 生物反应器
• 发酵工艺

《生物反应器优化控制策略研究》 图书简介 在现代生物技术和工业发酵领域，高效、稳定且经济的生物反应器是实现规模化生产的关键。本书深入探讨了生物反应器优化的核心——控制策略的研究与应用。从基础的生物过程建模入手，逐步展开对各种先进控制理论在生物反应器系统中的应用分析，旨在为读者提供一套系统性的、具有实践指导意义的知识体系。 第一部分：生物过程建模与基础 本书首先从理解生物反应器的工作原理和其中发生的生物学过程出发。我们将详细介绍不同类型的生物反应器，如搅拌釜式反应器（CSTR）、管式反应器（PFR）以及固定床反应器等，并分析它们在结构、流体动力学特性以及传质传热特性上的差异。 紧接着，我们将深入探讨生物过程建模的基础。这包括理解微生物生长动力学模型，如Monod模型、Logistic模型等，以及代谢产物形成和底物消耗的模型。我们还将介绍如何构建数学模型来描述生物反应器内的物理化学过程，如溶解氧、pH值、温度以及底物的浓度变化。模型选择的依据、参数辨识方法以及模型的验证与校准将是本部分的重点。我们会详细讲解如何利用实验数据来建立和优化模型，以确保模型能够准确地反映实际的生物反应过程。 第二部分：经典控制理论及其在生物反应器中的应用 在此部分，我们将回顾并深入解析在生物反应器控制中最常用也最基础的经典控制理论。PID（比例-积分-微分）控制器是最核心的内容，我们将详细阐述其工作原理、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、步进响应法）以及在生物反应器中调控关键参数（如温度、pH、溶氧）的应用实例。我们会讨论PID控制的优缺点，以及在应对生物过程非线性和时变特性时可能遇到的挑战。 此外，我们还将介绍状态空间控制、模型预测控制（MPC）等更高级的控制方法。状态空间方法将允许我们从系统的内部状态来设计控制器，从而实现更精确的控制。模型预测控制（MPC）作为一种前馈-反馈结合的先进控制策略，能够利用系统的动态模型对未来一段时间内的系统行为进行预测，并根据预测结果优化控制输入，在应对生物反应器中的滞后、耦合和非线性等方面具有显著优势。本书将通过具体的算例，展示如何将这些控制策略应用于生物反应器的设计与运行中。 第三部分：先进控制策略与智能控制 随着计算能力的提升和人工智能技术的发展，越来越多的先进和智能控制策略被应用于生物反应器。本部分将聚焦于这些前沿技术。 自适应控制：生物过程的参数常常会随着时间发生变化（例如，微生物菌株的性能衰减、底物组分的改变等）。自适应控制策略能够实时地调整控制器的参数，以应对这些参数的变化，保持最优的控制性能。我们将介绍自适应PID、模型参考自适应控制（MRAC）等。 模糊逻辑控制：模糊逻辑控制利用人类的模糊概念和推理规则来设计控制器，尤其适用于那些难以建立精确数学模型的非线性系统。我们将探讨如何构建模糊控制器来处理生物反应器中的不确定性和主观判断。 神经网络与机器学习控制：神经网络（NN）和支持向量机（SVM）等机器学习技术能够从大量数据中学习复杂的映射关系，用于生物过程的建模、故障诊断以及直接的控制策略设计。我们将介绍如何利用深度学习等方法来构建更精确的预测模型，并将其集成到控制系统中，实现更智能的调控。 多变量解耦控制：在生物反应器中，通常需要同时控制多个变量（如温度、pH、溶氧、搅拌速度、进料速率等）。这些变量之间可能存在相互影响（耦合）。多变量解耦控制旨在解决这种耦合问题，使得对某个变量的调控不至于对其他变量产生不良影响。我们将介绍相对增益阵列（RGA）分析、Smith预报器等解耦技术。 优化控制：除了维持设定点，我们更希望生物反应器能够处于最优的运行状态，例如最大化产物产量、最小化能耗或成本。本书将探讨如何将优化算法（如遗传算法、粒子群优化）与控制系统相结合，实现运行过程的在线优化。 第四部分：生物反应器控制系统的设计与实践 本部分将引导读者将理论知识转化为实际应用。我们将讨论生物反应器控制系统的硬件选型，包括传感器（如pH计、溶氧电极、温度传感器）、执行器（如泵、阀门、搅拌器电机）以及数据采集与处理单元。 在软件层面，我们将介绍常用的控制系统开发平台和软件（如MATLAB/Simulink、LabVIEW）在生物反应器控制项目中的应用。从控制算法的实现、仿真验证到实际部署，我们将提供详细的步骤和建议。 此外，本书还将涵盖生物反应器控制中的故障检测与诊断（FDD）以及安全控制策略。有效的FDD系统能够及时发现传感器故障、执行器失效或过程异常，避免生产事故。安全控制则确保在异常情况下，反应器能够安全地停止运行或进入安全状态。 结论与展望 最后，本书将总结当前生物反应器控制领域的研究进展，并对未来的发展方向进行展望。包括对生物过程理解的深化、新型传感技术与智能控制的融合、以及对连续制造和绿色制造理念的支持等方面。 通过本书的学习，读者将能够全面掌握生物反应器控制的原理和方法，从基础的建模到先进的智能控制策略，为生物发酵过程的优化设计与高效运行提供坚实的技术支撑。本书适合生物工程、发酵工程、化学工程、过程控制等相关专业的本科生、研究生以及从事相关领域的工程师和研究人员阅读。

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《发酵工厂设计概论》这本书，说实话，有点挑战我的阅读习惯。一开始，我以为会是一本轻松易懂的科普读物，结果发现里面充斥着各种专业术语和复杂的工程图纸。但随着阅读的深入，我逐渐被它严谨的逻辑和系统性的知识所吸引。它并非仅仅罗列技术，而是从一个宏观的“设计”角度出发，解释了为什么一个发酵工厂需要这样建造，为什么需要这样的设备，以及为什么需要这样的工艺流程。书中花了大量篇幅讲解发酵罐的选型和设计，包括材质的选择、灭菌方式、搅拌效率、传热效率等，这些都与最终产品的质量和生产成本息息相关。更让我印象深刻的是，它还涉及到了很多安全和环保的考量，比如如何处理发酵过程中产生的废气、废水，以及如何保证操作人员的安全。这让我意识到，一个成功的发酵工厂不仅仅是生产出产品，更是一个复杂的系统工程，需要考虑多方面的因素。虽然有些章节对于我来说理解起来比较吃力，需要反复查阅资料，但总体来说，这本书为我提供了一个非常全面的视角，让我看到了工业发酵的复杂性、严谨性以及它在现代工业中的重要地位。它让我从一个“旁观者”变成了一个“思考者”，开始去理解这些庞大而精密的生产过程是如何运作的。

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这本书的标题《发酵工厂设计概论》听起来就挺有分量的，读起来果然不负所望。它不是那种给你讲怎么在家酿酒的书，而是深入到工业生产的“幕后”，讲述的是一个庞大、复杂的“发酵帝国”是如何从蓝图走向现实的。让我最震撼的是，书中对每一个环节的细致程度。比如，在讲到微生物培养时，它不只是告诉你用什么菌种，而是会详细分析不同菌种的生长特性、对环境的要求，以及如何通过优化培养基成分来提高菌种的活力和产率。然后，在发酵过程控制部分，简直就是一本“操作指南”，各种参数的设置、监测和调整，以及如何通过自动化系统来实现精准控制，都讲得明明白白。我特别喜欢它在介绍各种设备时的详尽描述，例如不同类型的发酵罐（有搅拌式的、固态发酵的，甚至还有膜式反应器），以及它们各自的优缺点和适用场景。这本书让我意识到，工业发酵绝非简单的“放任自流”，而是需要高度的工程化和科学化管理，每一个细节都关乎最终产品的品质和生产的效率。读完之后，我对那些我们在超市里买到的发酵食品、药品，甚至生物燃料，都有了全新的认识，觉得它们背后凝聚了多少智慧和汗水。

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这本书给我的感觉就像是在参观一座超级精密、超级复杂的“生命工厂”。它不像我之前想象的，只是关于微生物如何“吃”和“吐”的故事，而是将这些微小的生命活动，通过精密的工程设计，放大到了一个令人惊叹的工业规模。书中对发酵罐的“体检”和“设计”部分，尤其让我印象深刻。它详细描述了从选择合适的材质（比如不锈钢，但不同牌号的也有讲究），到设计高效的搅拌和通气系统（这直接影响氧的供应和均匀性），再到如何进行有效的灭菌和清洗，每一个细节都关系到发酵的成败。我以前只是觉得发酵就是把东西放进去等它自己发酵，但这本书让我看到了其中蕴含的科学原理和工程智慧。它还讲到了如何进行发酵过程的在线监测和控制，通过传感器实时获取温度、pH、溶解氧等数据，并据此调整操作参数，以确保发酵过程的最佳状态。这就像是在给微生物“量身定制”一个最舒适、最高效的“工作环境”。书中也涉及了许多关于后处理工艺的内容，比如如何从发酵液中高效地提取目标产物，如何进行纯化和结晶，这些步骤同样复杂且至关重要。总而言之，这本书让我对工业发酵这个领域充满了敬畏，也看到了人类如何利用自然界的微生物来创造巨大的经济价值。

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《发酵工厂设计概论》这本书，简直是工业发酵领域的“百科全书”和“设计蓝图”。它以一种非常系统和专业的方式，为我揭示了发酵产业背后的巨大工程。我从来没有想过，一个发酵工厂的设计需要如此多的学科知识交叉融合。书中对发酵动力学和传质学原理的讲解，让我理解了为什么需要特定的搅拌速度和通气量，以及这些参数如何影响微生物的生长和产物的生成。让我感到兴奋的是，书中还详细介绍了不同类型发酵罐的结构特点、工作原理以及在实际应用中的优缺点，比如，提及了例如搅拌罐、波纹管式、固定床等多种发酵器械。这让我不再是简单地认为发酵就是在罐子里完成的，而是看到了不同发酵需求下，需要选择不同的设备形态。此外，书中对于发酵过程中可能出现的各种问题，例如染菌、产率下降、杂菌污染等，以及相应的预防和解决措施，也进行了深入的探讨。这让我意识到，在工业生产中，每一个环节都必须考虑到风险控制和质量保障。读完这本书，我感觉自己仿佛经历了一次从零开始建造一个现代化发酵工厂的完整过程，让我对这个充满活力和前景的产业有了更深刻的认识和更浓厚的兴趣。

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这本书真的让我大开眼界，完全超出了我原本对“发酵”这个词的认知。我之前一直以为发酵就是做馒头、做酸奶，或者酿点酒，是厨房里的技术。但《发酵工厂设计概论》却把发酵上升到了一个工业化的、科学化的层面。它详细介绍了如何在一个巨大的工厂里，通过精密的工程设计和控制，实现大规模、高效率、高质量的发酵生产。从原料的预处理，到发酵罐的设计（我之前从来没想过发酵罐还有这么多讲究，什么材质、容积、搅拌方式、通气系统等等），再到微生物的选择和培养，以及后续的分离、纯化、产品包装，每一个环节都被剖析得淋漓尽致。尤其是关于发酵过程中的参数控制，比如温度、pH值、溶解氧、底物浓度等，书中提供了非常具体的计算方法和优化策略。我以前对这些数值只是模糊的概念，现在才知道它们对发酵产量的影响有多么巨大，也明白了为什么有些发酵产品能够做到如此稳定和优良。书中还提到了许多先进的发酵技术，比如固定化酶技术、连续发酵技术等，这些都让我感受到科技在食品、医药、生物燃料等领域应用的广度。虽然我不是这个行业的专业人士，但阅读这本书的过程就像是在为我打开了一扇通往奇妙的生物制造世界的大门，让我对工业发酵产生了浓厚的兴趣，也对现代工业的精密和智慧有了更深的理解。

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