Bioprocess Engineering Principles pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Academic Pr

作者:Doran, Pauline M.

出品人:

页数:928

译者:

出版时间:2012-4

价格:846.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780122208515

丛书系列:

图书标签:

• 生物过程工程
• 生物化工
• 生物反应器
• 过程控制
• 传质
• 传热
• 流体力学
• 生物分离
• 发酵工程
• 生物技术

《生物过程工程原理》内容简介 导论：生物过程工程的基石 本书旨在为读者提供一套系统、深入的生物过程工程核心原理知识体系。它不仅仅是一本教科书，更是连接基础科学（如生物学、化学、物理学）与实际工业应用的桥梁。全书的叙述逻辑严谨，从宏观的系统设计理念逐步深入到微观的反应动力学和分离技术，确保读者能够全面理解生物制造过程的复杂性与精妙之处。 第一部分：基础概念与单元操作的统一视角 本部分奠定了整个学科的理论基础。我们首先探讨了生物过程工程的基本定义、历史发展及其在现代生命科学和工业中的战略地位。重点在于建立一种“统一的单元操作”视角，即将所有涉及物质和能量传递的生物转化过程视为一系列可分析、可优化的基本操作单元的组合。 物质与能量衡算：流程设计的核心语言 详细阐述了在生物反应器和下游纯化系统中进行精确物质和能量衡算的方法论。这部分内容涵盖了稳态与非稳态系统的建立，热力学基础在生物过程中的应用，特别是考虑了水活度、焓变和熵变对微生物生长和产物形成的影响。通过大量实例，展示如何利用这些衡算来确定反应器的尺寸、热交换器的需求以及过程的能耗效率。 流体力学基础：在生物体系中的特殊考量 生物过程的流体力学往往受到流体粘度、剪切敏感性以及多相流的复杂性影响。本章深入分析了牛顿流体和非牛顿流体在反应器和管道中的流动特性。重点讨论了搅拌器的设计、混合效率的量化（如使用示踪剂技术）以及泵送系统对敏感细胞和酶活性的影响。我们提供了评估反应器内剪切应力的实用工具和经验公式。 传质与传热现象：实现高效生物转化的关键 生物过程，尤其是需氧发酵，对气体传递效率极为敏感。本节详细介绍了氧气、二氧化碳及其他气体的溶解、扩散与传质机制，并重点分析了体积传质系数 ($k_L a$) 的测量和影响因素（如搅拌速率、气体分压和表面张力）。此外，传热部分扩展了基本的导热、对流和辐射原理，应用于复杂的生物反应器温控系统，包括夹套设计、内盘管布局以及灭菌（蒸汽/热水）过程的热传递计算。 --- 第二部分：生物反应器工程——活细胞的“家园”设计 本部分是全书的核心，聚焦于如何设计、操作和优化容纳生命体的核心设备——生物反应器。 微生物生长动力学与代谢模型 深入探讨了微生物的生长速率、产物形成动力学。引入了经典的Monod模型，并拓展至更复杂的双底物模型、产物抑制模型和死灭动力学。重点阐述了代谢流分析（MFA）的概念，及其如何指导我们理解和预测细胞对环境变化的响应。我们强调了如何利用实验数据拟合这些动力学参数，为规模放大提供可靠依据。 反应器类型与设计选择 系统地比较了各种主要反应器类型：间歇式（Batch）、补料分批式（Fed-Batch）、连续式（CSTR）以及气升式（Airlift）和固定床反应器。针对每种类型，分析了其优缺点、最佳适用场景（如高浓度底物利用、高细胞密度培养或产物降解敏感性）。详细介绍了气液固三相反应器的设计原理，特别是对于固载化酶和细胞体系的流态化和堵塞问题的分析。 过程控制与在线监测 生物过程的波动性要求精细的过程控制。本章介绍了关键参数（pH、溶氧、温度、泡沫）的实时监测技术（如电极、光谱法）。重点讲解了PID控制器的原理及其在维持生物过程稳定运行中的应用。此外，还涵盖了高级控制策略，如模型预测控制（MPC）在优化补料速率和维持细胞活力方面的潜力。 --- 第三部分：分离与纯化技术——从“汤”到“药”的转化 生物过程的下游纯化往往占据了总成本的50%以上。本部分致力于提供高效、高选择性的分离技术知识体系。 固液分离技术 详细考察了用于分离细胞或细胞碎片、微生物菌体或不溶性产物的各种技术。内容包括离心（如沉降式、碟式）、过滤（如深层过滤、膜过滤）和絮凝沉降。重点分析了膜分离技术在澄清阶段的应用，如微滤（MF）和超滤（UF）的膜污染机理及应对策略。 膜分离技术与血液净化 深入研究了不同孔径膜的特性，特别是超滤（UF）和纳滤（NF）在浓缩和脱盐中的应用。详细阐述了膜分离过程中的浓度极化现象、反洗策略，以及如何通过选择合适的跨膜压差（TMP）和错流速度来实现高效分离。 色谱分离原理与应用 色谱法是生物分子纯化的“黄金标准”。本章系统介绍了各种色谱模式：离子交换色谱（IEX）、疏水作用色谱（HIC）、凝胶过滤（SEC）和亲和色谱（AC）。核心内容包括吸附/解吸动力学、载体材料的选择、操作线的建立以及放大设计中的层析柱尺寸效应和压降计算。特别强调了亲和色谱在目标蛋白捕获阶段的高效性。 产品回收与精制 讨论了结晶、沉淀和冻干等终产品加工步骤。重点关注了如何通过精确控制过饱和度和晶型选择来获得高纯度和稳定性的最终产品。 --- 第四部分：规模放大与过程经济学 本部分将理论知识转化为工业实践的指导方针。 规模放大原理 系统分析了从实验室到中试再到工业规模放大过程中必须保持恒定的关键参数。重点探讨了“恒定剪切应力”、“恒定比功率输入”和“恒定氧气传递速率”等不同放大准则之间的权衡与选择。解析了不同反应器几何形状在放大过程中对混合和传热效率的影响。 过程安全与环境影响 涵盖了生物过程中的生物安全等级（BSL）要求、无菌操作规程，以及过程偏差的风险评估。同时，讨论了废水和废气处理技术，确保生物过程符合可持续发展的要求。 过程经济性分析 通过成本要素分解（原材料、能源、人工、折旧）和敏感性分析，教会读者如何评估和优化生物工艺的财务可行性。引入了净现值（NPV）和内部收益率（IRR）等工具，用于指导新工艺的投资决策。 通过这四个相互关联的部分，本书力求培养读者将复杂的生物现象转化为可量化、可预测、可控制的工程系统的能力，为生物制药、生物燃料和生物材料等领域的专业人士提供坚实的理论和实践基础。

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