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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