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目录3

卷Ⅰ 原理3

1绪言3

参考文献5

2原理6

2.1反应器操作类型6

2.2理想反应器8

2.2.1基本类型8

2.2.2反应器循环系统12

2.2.3扩散（扩散塞流）模型14

2.2.4反应器的组合18

2.2.5特殊情况（部分细胞循环）21

2.3理想反应器中细胞生长与产物生成动力学28

2.3.1生长与产物生成的定性描述28

2.3.2生长模型33

2.3.3产物生成模型40

2.3.4理想反应器内的生长43

2.3.4.1非限制生长43

2.3.4.1.1在理想混合搅拌间歇反应器中的非限制生长43

2.3.4.1.2连续操作理想混合反应器中非限制生长43

2.3.4.1.3塔式反应器中非限制生长46

2.3.4.1.4气升式塔式环流反应器中非限制生长49

2.3.4.2底物限制生长55

2.3.4.2.1间歇搅拌反应器55

2.3.4.2.2连续操作搅拌槽反应器56

2.3.4.2.3不同反应器的组合57

2.3.4.2.4塔式反应器中的底物限制生长68

2.3.4.2.5气升式环流塔式反应器中底物限制生长69

2.3.4.3氧传递限制生长73

2.3.4.3.1理想混合连续操作搅拌槽反应器中氧限制生长76

2.3.4.3.2塔式反应器中氧传递限制77

2.3.4.3.3气升式环流塔式反应器中氧传递限制生长78

2.3.5模型扩展（由死亡项或维持项）82

2.3.6生长抑制模型86

2.3.6.1抑制模型86

2.3.6.3底物限制的理想混合连续操作搅拌反应器中生长抑制87

2.3.6.2理想混合间歇槽生长抑制87

2.3.6.4塔式反应器中生长抑制96

2.3.6.5环流反应器中生长抑制98

2.3.7理想反应器中产物的生成99

2.3.7.1搅拌槽反应器中产物的生成99

2.3.7.2塔式反应器中产物的生成101

2.3.7.3环流反应器中产物的生成102

2.3.7.4塔式反应器中产物抑制103

2.3.7.5环流反应器中产物抑制104

2.3.8应用平衡进行生物模型参数估值106

2.3.8.1简单碳平衡106

2.3.8.2“还原度”的介绍107

2.3.8.3平衡的热力学原理111

2.3.8.4一般的细胞生长，产物生成和焓平衡113

2.3.8.5线性生长方程116

2.3.8.6收率系数的极限118

2.3.8.7生长效率的确定126

2.3.8.8好氧生长时的产热量132

2.4搅拌槽反应器的操作方式133

2.4.1非连续（间歇）操作134

2.4.2连续操作138

2.4.2.1连续操作的优点138

2.4.2.2生物反应器的动态特性139

2.4.2.2.1存在底物限制的搅拌槽反应器中的动态特征140

2.4.2.2.2洗脱状态149

2.4.2.2.3壁生长150

2.4.2.3开环和闭环控制反应器的动态响应154

2.4.2.3.1开环控制反应器155

2.4.2.3.2闭环控制反应器157

2.4.3半连续操作166

2.4.4周期进料间歇培养172

参考文献183

卷Ⅰ符号说明187

卷Ⅱ 生物反应器的特性197

1生物反应器的特性197

1.1反应器特征定义198

1.2由搅拌器机械运动提供能量的通气“沉浸式反应器”204

1.2.1带机械搅拌器的反应器204

1.2.1.1低粘度和中等粘度的液体213

1.2.1.2高粘度介质229

1.2.2H/DR≤3的机械搅拌循环反应器241

1.2.3H/DR≥3的机械搅拌循环反应器248

1.2.4自吸式涡轮桨搅拌和通气的反应器250

1.2.5自吸式涡轮桨搅拌和通气的卧式循环反应器252

1.2.6带旋转搅拌单元的串级反应器255

1.2.7往复式混合单元的串级反应器258

1.2.7.1往复射流反应器258

1.2.7.2带振动混合单元和固定隔板的往复射流串级反应器259

1.2.8平装透平型表面通气反应器260

1.2.10转盘反应器263

1.2.9旋转生物表面通气器263

1.2.11车轮反应器265

1.2.12卧式管状反应器266

1.2.12.1旋转卧式管状反应器267

1.2.12.2带搅拌器的水平管式反应器267

1.2.12.3带旋转内鼓的卧式环隙反应器268

1.2.12.4带旋转内鼓和生物膜的卧式环隙反应器269

1.2.12.5浸没式蛇管反应器270

1.3由环路中泵循环液体产生动能输入功率的充气浸没式反应器270

1.3.1液体中用动能分散气体的机理271

1.3.1.1输入功率和分散气体的喷咀271

1.3.1.1.1两相喷咀271

1.3.1.2其它气体分散系统273

1.3.1.1.2单相喷咀273

1.3.2液泵供能的生物反应器275

1.3.2塔式喷射反应器276

1.3.2.2非同轴环的塔式喷射环流反应器285

1.3.2.3带同轴通流管的塔式喷射反应器285

1.3.2.4带同轴通流管的下流式环流反应器291

1.3.2.5浸没喷射式反应器292

1.3.2.5.1带单相喷咀的浸没式喷射反应器292

1.3.2.5.2带两相喷咀的浸没式喷射反应器295

1.3.2.6浸没通道式反应器296

1.3.2.7下流塔式反应器297

1.3.2.8多孔板与筛板阶式反应器298

1.3.2.9.1膜生物反应器299

1.3.2.9填充床反应器299

1.3.2.9.2固定化细胞反应器302

1.3.2.10液体流化床反应器303

1.3.2.11管式环流反应器305

1.4通过压缩空气的膨胀输入能量的好氧“浸没式”反应器306

1.4.1气泡在层流范围的形成306

1.4.2气泡在湍流范围的形成306

1.4.3通过压缩气体的膨胀提供能量的“浸没式反应器”分类309

1.4.3.1鼓泡塔309

1.4.3.1.1无内部构件的鼓泡塔310

1.4.3.1.1.1模型概述310

1.4.3.1.1.2滞气量317

1.4.3.1.1.3气泡尺寸320

1.4.3.1.1.4气／液相比表面321

1.4.3.1.1.5通过气／液相界面的体积传质系数323

1.4.3.1.1.6流型和湍流329

1.4.3.1.1.7相内的轴向扩散330

1.4.3.1.1.8鼓泡塔内的传热333

1.4.3.1.1.9细胞培养和代谢物生产334

1.4.3.1.2具有中间隔板的鼓泡塔334

1.4.3.1.3具有静止混合器的鼓泡塔336

1.4.3.2气提式非同轴循环塔反应器336

1.4.3.2.1外循环气提式塔反应器336

1.4.3.2.3气提式内循环塔反应器344

1.4.3.2.2带垂直隔板的气提式塔循环反应器344

1.4.3.3具有同轴导管的气提式塔循环反应器345

1.4.3.4具有其它构件的气提式塔反应器351

1.4.3.4.1具有中间隔板，静止混合器或其它构件的外循环塔反应器351

1.4.3.4.2具有中间隔板，静止混合器或其它构件的同轴导管塔反应器351

1.4.3.5气提式竖井循环反应器（深井通气反应器）352

1.4.4气体流化床反应器353

1.5好氧污水处理353

1.6参考文献355

2厌气过程和废气处理反应器378

2.1搅拌槽378

2.2外部细胞再循环搅拌槽379

2.4固定床或细胞附着管式反应器381

2.3内部细胞再循环槽式反应器381

2.5细胞粘附式流化床反应器384

2.6第三代反应器系统387

2.7利用微生物从含高浓度固体的废水中生产甲烷的废水处理反应器387

2.8生物废气处理反应器389

2.9参考文献392

3反应器及其操作方法的预选择394

3.1所用菌体的类型和性质394

3.2培养基性质的限制397

3.3生化过程参数的限制400

3.4地理位置的限制404

3.53.1—3.4节各因素间的相互作用408

3.6参考文献409

4反应器的比较414

4.1前言414

4.2好氧反应器在氧传递速率及效率方面的比较415

4.2.1按传氧速率水平对反应器分类445

4.2.2按传氧效率对反应器分类445

4.3以混合时间作为反应器的比较基准446

4.3.1搅拌槽446

4.3.2其它反应器447

4.4以细胞产率为基准的通气式反应器的比较449

4.4.1以细胞物质产率Pr？为基准对反应器分类455

4.4.2以输入功率的比产量E？为基准对反应器分类455

4.5以代谢或酶产生为基准的反应器比较458

4.6参考文献463

5选择反应器的要点464

5.1搅拌槽464

5.2塔式反应器和气提塔循环反应器466

5.3浸没喷射式反应器467

5.4其它的好氧反应器类型467

5.5厌氧反应器468

5.6好氧反应器的使用范围468

5.7参考文献469

6.1.1.1连续相的表征470

6.1.1各相及它们之间相互作用特性的表征470

6.1表征好氧浸没式反应器的测量技术470

6表征好氧反应器的测量技术470

6.1.1.2分散相（气泡）的表征475

6.1.2传质过程488

6.1.2.1在连续液相里的混合488

6.1.2.2通过气／液相界面的传质492

6.1.3传热系数的确定498

6.2表征生物反应器里培养液、团状结构体，生物膜以及固定化细胞的测量技术498

6.2.1液体内气泡聚集态特性的测定498

6.2.2确定多相系统的流变学特性499

6.2.3为确定细胞的供氧而测量团状结构里的氧浓度分布500

6.3参考文献505

卷Ⅱ符号说明513