生化反应工程教学大纲.doc

《生物反应工程》课程教学大纲
（适用专业：生物化工 课程类别：学位课；参考学时：40学时；学分：）
系（部）名称（盖章）： 生物与化学工程系
修订人签名： 姚志湘
审核领导小组成员签名：

一、 课程的性质、目的和意义
生物反应工程（生化反应工程）是一门以生物学、化学、工程学、计算机与信息技术等多学科为基础的交叉学科，它以生物反应动力学为基础，将传递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学工程学方法与生物反应过程的反应特性方面的知识相结合，进行生物反应过程分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制等。生物反应工程主要研究生物反应过程中带有共性的工程技术问题，其在生物工业中起着举足轻重的作用，是工业生物技术的核心。通过本课程的学习，使学生掌握工程思维方法，是后续课程学习和研究工作的基础。
二、 教学内容、教学要求及教学方法
本课程包括反应工程基本原理、生物反应过程动力学和生物反应器三个部分。反应工程基本原理部分讲述反应工程模型化理论、反应操作方式、反应流动模型。动力学部分讨论酶反应过程与微生物反应过程的基本动力学规律：均相酶促反应动力学、固定化酶促反应动力学、微生物反应过程的计量学和能量衡算、微生物反应过程动力学。生物反应器部分介绍理想酶反应器、微生物反应器操作、生物反应器的传递过程和生物反应器的比拟放大。
本课程要求学生掌握反应工程基础理论，生物反应过程动力学基本规律，生物反应器的基本理论和设计基本方法，了解本领域国内外的研究进展，能够运用所学的知识进行生物反应过程的工程分析，以及生物反应器的选型与设计。

第一部分 反应工程基本原理

第1章 反应体系的工程分析
第一节 反应计量和反应速率
第二节 反应操作方式
1．教学内容
化学计量方程,反应速率和特征反应时间,幂函数型和双曲线型反应动力学方程，间歇操作和连续操作，稳态和非稳态模型化
2．教学基本要求
掌握教学内容提出的知识点，复习或补习本科反应工程课程基础理论
3．重点、难点
重点：反应速率表达、反应器的操作方式
难点：反应动力学方程
4．教学方法（方式）
课堂讲授，学生提交读书笔记和课堂讨论

第2章 均相反应器分析与反应器中的混合现象
第一节 理想反应器
第二节 宏观混合与微观混合
第三节 返混及其对反应的影响
第四节 非理想连续流动反应器
1．教学内容
间歇反应器的物料衡算和能量衡算方程，间歇反应器的最优反应时间，平推流反应器，全混流反应器，宏观混合和微观混合，理想反应器的组合和操作，多级全混釜串联模型
2．教学基本要求
掌握教学内容提出的知识点，复习或补习本科反应工程课程基础理论
3．重点、难点
重点：间歇反应器的最优反应时间，平推流反应器，全混流反应器，返混
难点：返混，多级全混釜串联模型
4．教学方法（方式）
课堂讲授，学生提交读书笔记和课堂讨论

第二部分 生物反应过程动力学

第1章 生物反应工程的生物学和工程学基础
第一节 生物反应工程的生物学基础
第二节 生物反应工程的工程学基础
1．教学内容
酶和微生物的基本概念，酶和细胞的固定化技术，流体的物理性质，物料与热量衡算，物系的平衡关系，经济核算及优化的概念。
2．教学基本要求
掌握教学内容提出的知识点，复习或补习本科酶学和微生物课程基础概念和理论
3.重点、难点
重点：物料与热量衡算，速率的概念，物系的平衡关系。
难点：流体的物理性质。
4．教学方法（方式）
课堂讲授，学生提交读书笔记和课堂讨论

第2章 酶促反应动力学
第一节 均相酶促反应动力学
第二节 固定化酶促反应动力学
第三节 酶的失活动力学
1．教学内容
酶的应用特点；米氏方程；酶促反应的抑制动力学；多底物酶促反应动力学；固定化酶促反应动力学和酶的失活动力学。
2．教学基本要求
掌握教学内容提出的知识点，查找并阅读近10年相关文献
3. 重点、难点
重点：米氏方程，传质对酶促反应的影响， 固定化酶促反应动力学和Da、φ准数。
难点：内部扩散过程。
4．教学方法（方式）
课堂讲授，学生提交读书笔记和文献查阅报告、课堂讨论

第3章 微生物反应动力学
第一节 基本概念
第二节 微生物反应过程的计量学与能量衡算
第三节 微生物反应动力学
1． 教学内容
微生物反应的质量能量衡算：碳素衡算、碳源衡算、氧衡算、能量衡算；微生物反应动力学：生长动力学、产物动力学、基质消耗动力学。
2．教学基本要求
掌握教学内容提出的知识点，查找并阅读近10年相关文献
3. 重点、难点
重点：碳源衡算，氧衡算，Monod方程，Gaden产物动力学模型。
难点：YKJ的计算。
4．教学方法（方式）
课堂讲授，学生提交读书笔记和文献查阅报告、课堂讨论

第三部分 生物反应器
第1章 微生物反应器操作
第一节 微生物反应器操作基础
第二节 分批式操作
第三节 连续式操作
第四节 流加式操作
1.教学内容
微生物反应器的三种主要操作方式：分批式操作、连续式操作、流加式操作。
2．教学基本要求
掌握教学内容提出的知识点，查找并阅读近10年相关文献
3.重点、难点
重点：单级连续培养数学模型，连续稳态操作条件，冲出现象，连续操作存在的问题及应用，指数流加数学模型，流加操作的控制与优化。
难点：流加操作及其控制。
4．教学方法（方式）
课堂讲授，学生提交读书笔记和文献查阅报告、课堂讨论
第2章 生物反应器中的传质过程
第一节 生物反应体系的流变特性
第二节 生物反应器中的传质过程
第三节 生物反应器中的氧传递
1.教学内容
流体流变学特性，发酵液的流变学特性，氧传递理论，体积溶氧系数的测定，影响kLa的因素及其提高措施。
2．教学基本要求
掌握教学内容提出的知识点，查找并阅读近10年相关文献
3.重点、难点
重点：双膜理论，kLa的测定方法、影响因素及提高措施。
难点：流体流变学特性。
4．教学方法（方式）
课堂讲授，学生提交读书笔记和文献查阅报告、课堂讨论

第3章 生物反应器设计
第一节 生物反应器设计基础
第二节 酶反应器
第三节 微生物反应器
第四节 动植物细胞培养反应器
第五节 生物反应器的比拟放大
1.教学内容
理想型酶反应器；CPFR型酶反应器操作方程；CSTR型酶反应器操作方程；CPFR型与CSTR型酶反应器性能比较。常见的微生物反应器、动植物培养反应器；生物反应器的比拟放大。
2．教学基本要求
理解教学内容中的相关知识点，与化工反应工程中同类设备类比异同点
3.重点、难点
重点：平推流和全混流酶反应器操作方程，酶反应器的性能比较，常见的微生物反应器。
难点：微生物反应器的放大。
4．教学方法（方式）
课堂讲授，学生提交读书笔记，课堂讨论和讲解相关知识点
三、建议学时分配
教学内容
学时
第一部分 反应工程基本原理
8
第二部分 生物反应过程动力学
20
第三部分 生物反应器
12
合 计
40
四、课程考核
本课程建议使用的考核方法：开卷笔试\文献综述\课堂陈述，分数分配百分比例：50\30\20。
五、教材及主要参考书目
1.BIOREACTION ENGINEERING PRINCIPLES, second edition，Jens Nielsen，John Villadsen，Gunnar Liden，化学工业出版社，2004
2.Elements of Chemical Reaction Engineering, fourth Edition, H.Scott Fogler，化学工业出版社2006
3.Biological Reaction Engineering ,second edition. I. J. Dunn. E. Heinzle, J. Ingham, J.E. Pfenosil, WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA, Weinheim.2003
4.《生物反应工程》，戚以政等编著，化学工业出版社，2004
5.《生物反应工程原理》（第三版），贾士儒编著，科学出版社，2008
6.《生物反应工程》（第三版），山根恒夫著，邢新会译，化学工业出版社，2006

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