第一章绪论（4学时）基本要求：了解典型生物反应过程，知道各组成部分的任务、目的和要求。明确生物反应工程的研究对象和任务。了解生物反应工程的研究方法，掌握生物反应器设计放大的基本方法。掌握反应工程一些基本概念：底物，产物；反应转化率，收率，选择性。重点：明确生物反应工程的研究对象、任务和生物反应器设计放大的基本方法。掌握反应工程一些基本概念。摇瓶典型生物反应过程返回返回生物反应过程的分类生物反应工程的研究对象和内容生物反应动力学是研究生物反应过程的速率及其影响因素，这是生物反应工程学的理论基础之一。生物反应动力学应包括两个层次的动力学，一是本征动力学，又称微观动力学，它是指没有传递等工程因素影响时，生物反应固有的速率。该速率除反应本身的特性外，只与各反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关，而与传递因素无关。二是宏观动力学，又可称为反应器动力学，它是指在一反应器内所观测得到的总反应速率及其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。生物反应过程的复杂性，给生物反应动力学带来了多样性。例如对酶催化反应，反应动力学可表达为分子水平动力学；对微生物发酵反应，其动力学可在细胞水乎上来表达，对废水的生物处理，则可表达为群体动力学。每一表达水平都有其独特特征，这些特征需要有其特有的动力学处理方法。生物反应器的研究内容：(1)生物反应器中的传递特性。传递特性即传质、传热及动量。这些传递特性将影响到反应器内基质和产物的浓度分布及温度分布，进而影响到反应器内某一组分的反应运率。例如氧在发酵液中的传质速率，固定化酶颖粒及菌丝团和菌体絮状物内反应组分的扩散传质，这些传质速率对反应结果都会产生一定的影响，甚至成了反应过程的控制步骤。这些传递因素最终将影响到反应器的设计和放大。(2)生物反应器的设计与放大。在进行反应器设计时，首先要对反应器进行选型，确定操作方式，然后再进行设计计算。反应器的选型及操作方式，要根据反应的本征动力学特性、生产工艺要求及物料特性来决定。采用不同的反应器型式和不同的操作方式，会对反应动力学和反应器的生产效率产生明显的不同影响。(3)生物反应器的优化与控制。生物反应器优化包括优化操作和优化设计，它们是在分析所涉及的生物反应过程特征的基础上，进行有关工程的基础研究，从而制定出最合理的技术方案和最优操作条件．进行反应器的最优设计，以达到优质、高产、低消耗的目的。为了能使生物反应器在最佳条件下运转，必须对生物反应过程的参数进行检测与控制，这是生物反应过程实现优化的基础。工业反应器常见的各种形式生物反应器（I）常见的各种形式生物反应器（II）常见的各种形式生物反应器（III）常见的各种形式生物反应器（IV）常见的各种形式生物反应器（V）生物反应器的型式和操作方式生物反应器的研究方法模型化：数学模型法就是用数学语言来表达生物反应过程中各个变量之间的关系。由于采用了数学模型法，可用几个关键变量来代替复杂的反应过程；可将微观现象同宏观现象相联系；可以用来预测反应的结果。可以用于检测出可能是重要的但尚未知或被忽视了的变量和参数；可帮助搞清反应机理。这就要求所建立的模型是为一特定的需要服务的，并且已与实验结果相吻合。数学模型法不能完全代替实验研究，而只能减少实验的次数。虽然生物反应工程的研究、开发与放大，目前仍然是以经验方法为主，但随着科学技术的发展，用数学模型法对生物反应工程有关内容进行的研究也正在迅速发展。数学模型的建立方法可分为三种。一种是从过程机理出发推导得到的，称为机理模型或结构模型；另一种称为半经验模型，它是在对过程机理有一定了解的基础上结合实验数据得到的模型；最后一种是在完全不了解或不考虑过程机理的情况下，仅根据一定条件下的实验数据进行的数学关联，称为经验模型。在生物反应工程中，由于生物反应过程极为复杂，故多采用半经验模型成经验模型。反应工程一些基本概念注意事项：起始量的选择计算转化率时需选择起始状态。对于连续反应器，一般以反应器进口处原料的状态作为起始状态；对于间歇反应器，则以反应开始时的状态作为起始状态。当数个反应器串联使用时，往往以进入第一个反应器的原料组成作为计算的基准。复杂反应系统转化率的计算对于有底物循环的反应系统，有两种含义不同的转化率：单程转化率和全程转化率。单程转化率：新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率。可理解为以反应器进口物料为基准计算的转化率。全程转化率：新鲜原料进入反应系统起到离开反应系统止所达到的转化率。可以理解为以新鲜原料为基准计算的转化率。全程转化率大于单程转化率。只要知道了关键组分底物的转化率，其他底物的转化率便可根据原料组成和化学计量关系一一算出。收率收率是针对反应产物的，其定义为：对于单一反