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☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:Jens Nielsen

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:1994-07-31

价格:USD 158.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306446887

丛书系列:

图书标签:

• Bioreaction Engineering
• Biochemical Engineering
• Chemical Engineering
• Biotechnology
• Reaction Kinetics
• Mass Transfer
• Transport Phenomena
• Process Design
• Bioprocesses
• Industrial Biotechnology

《生物反应器设计与优化：提高生产效率的策略》 本书深入探讨生物反应器在现代生物技术生产中的核心作用，聚焦于如何通过精妙的设计和严谨的优化策略，最大限度地提升生物制造的效率与产能。我们摒弃了抽象的理论空谈，而是将重心置于实操层面，为读者提供一套系统性的方法论，帮助其理解并应用先进的工程原理，以应对日益复杂的生物生产挑战。 核心内容概述： 第一部分：生物反应器类型选择与基础设计 本部分将带领读者全面了解不同生物反应器的技术特点、适用范围及其内在的工程考量。我们将细致分析搅拌釜式反应器（CSTR）、固定床反应器、流化床反应器、气升式反应器、膜反应器以及微流控反应器等主流类型，重点阐述它们在传质、传热、混合效率、剪切力控制以及操作灵活性等方面的差异。 搅拌釜式反应器（CSTR）：深入解析其搅拌器类型（桨式、涡轮式、推进式等）对混合均匀性、气液传质效率以及细胞损伤的影响。我们将讨论如何根据微生物特性和工艺要求，优化搅拌速度、挡板设计以及进出料方式。 固定床反应器：重点分析载体材料的选择、填料层的结构设计对底物传递、产物移除以及反应器堵塞的潜在影响。我们将探讨固定化微生物或酶在固定床反应器中的应用优势及工程挑战。 流化床反应器：详细阐述流化介质的选择、流体动力学模型及其对传质传热的优化作用。我们将研究如何控制流化状态，以实现高效的物质交换和均匀的反应环境。 气升式反应器：解析其独特的混合和通气机制，重点关注气泡尺寸、气速以及环空设计对氧传递速率（OTR）和底物消耗的影响。 膜反应器：重点关注其在产物分离、底物再循环以及维持恒定反应条件方面的独特优势。我们将探讨不同膜材料、孔径以及构型对整体反应器性能的塑造。 微流控反应器：聚焦其在小规模、高通量筛选以及精密过程控制方面的潜力，分析其独特的传质传热特性以及在合成生物学中的应用前景。 在此基础上，我们将深入探讨反应器本体的材质选择（不锈钢、玻璃、一次性材料等）及其对成本、生物相容性、易清洁性和耐腐蚀性的影响。同时，对关键的传热模块（夹套、盘管、外置换热器）的设计原理、换热面积计算以及控温策略进行详细的解析。 第二部分：生物反应器操作参数优化与过程控制 本部分致力于揭示生物反应器操作参数对产品产量、质量和生产成本的决定性影响，并提供一套循序渐进的优化方法。 温度控制：深入分析温度对微生物生长速率、代谢产物合成以及酶活性的影响，并介绍PID控制器、前馈控制等先进控温技术，以实现精确的温度管理。 pH控制：阐述pH值对细胞存活、产物分泌以及酶催化的重要性，并讨论不同pH调节剂（酸、碱、缓冲液）的选择及其添加策略，以及pH传感器的校准与维护。 溶氧（DO）控制：系统介绍影响溶氧的关键因素，包括通气速率、搅拌速率、气体扩散系数以及微生物耗氧率。我们将详细讲解如何通过级联控制、模型预测控制等策略，动态优化通气与搅拌，确保关键阶段的充足供氧。 底物与营养物供给：探讨连续流加料、分批补料以及馈料控制策略，分析其对细胞生长模型、代谢产物积累的影响。我们将引入生长相关与非生长相关的底物消耗模型，指导读者进行精准的营养调控。 泡沫控制：分析泡沫产生的原因（表面活性剂、蛋白质、气体搅动），并介绍物理（消泡剂、机械消泡）和化学（消泡剂添加）的控制方法，以及如何优化操作参数以减少泡沫产生。 灭菌与无菌操作：强调在整个生产过程中维持无菌状态的关键性。我们将详细介绍就地灭菌（SIP）和物料灭菌（MIP）的技术要点，以及无菌采样、对接和阀门设计的重要性。 第三部分：过程分析技术（PAT）与数据驱动的优化 本部分将聚焦于现代过程分析技术（PAT）在生物反应器监控与优化中的应用，强调数据采集、分析与决策的集成。 在线/近线传感技术：详细介绍各种在线传感器，包括pH、DO、温度、电导率、密度、浊度、CO2/O2分析仪、以及高效液相色谱（HPLC）等，并探讨其在实时监控中的作用。 生物过程的建模与仿真：介绍不同层次的模型，包括经验模型、机理模型以及混合模型，并演示如何利用仿真工具预测过程行为、评估不同操作策略的优劣。 机器学习与人工智能在优化中的应用：探讨如何利用历史数据训练机器学习模型，实现对反应器参数的预测性控制、故障诊断以及性能的自适应优化。我们将介绍降维、分类、回归等常用算法在生物过程优化中的具体案例。 第四部分：生物反应器放大与工程设计考量 本部分将指导读者如何将实验室规模的成功经验有效地放大到工业生产规模，并解决放大过程中可能出现的工程难题。 几何相似性与动力学相似性：深入分析放大过程中的几何相似性原则，以及如何保持关键的混合、传质和传热特性。我们将讨论功率输入/体积、混合时间、气泡持留时间等关键放大参数。 剪切力评估与控制：重点关注搅拌器、管道流动等产生的剪切力对细胞存活率和生产性能的影响，并提供相应的工程控制建议。 传热放大挑战：分析表面积/体积比随规模增大的变化，以及如何设计有效的换热系统以应对放大过程中的传热瓶颈。 过程验证与法规遵从：强调在工业化生产中，对生物反应器设计、操作和验证的严格要求，以及如何满足GMP等相关法规要求。 目标读者： 本书适合于生物工程、生物技术、发酵工程、制药工程、食品工程等领域的本科生、研究生、科研人员、工程师以及对生物制造感兴趣的行业从业者。无论您是初次接触生物反应器设计，还是寻求深化理解和优化现有工艺，本书都将为您提供宝贵的指导和实用的工具。 通过本书的学习，您将能够： 准确选择最适合特定生物过程的反应器类型。 掌握生物反应器关键参数的优化策略，显著提升生产效率。 理解过程分析技术（PAT）的价值，并将其应用于实时监控与控制。 有效解决生物反应器从实验室到工业放大的工程挑战。 构建更稳定、更经济、更高产的生物制造工艺。 本书致力于成为您在生物反应器工程领域最可靠的助手，引领您在生物制造的浪潮中乘风破浪，实现技术与生产的双重飞跃。

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这本书简直是为我量身定做的！作为一名刚刚踏入生物化工领域的研究生，我对于“反应工程”这个概念一直有些模糊，特别是如何将其应用于复杂的生物过程。但《Bioreaction Engineering Principles》这本书，真的让我茅塞顿开。从最基础的概念讲起，比如什么是生物反应器，它有哪些类型，每种类型的优缺点是什么，到更深入的反应动力学，比如酶动力学、微生物生长动力学，作者都用非常清晰易懂的语言进行了阐述。我尤其喜欢书中那些大量的图表和案例分析，它们把抽象的理论具象化了，让我能更直观地理解。比如，在讲到固定化细胞反应器时，书中给出了一个详细的流程图，展示了固定化载体的选择、载体的装填、反应器的操作以及产物分离的整个过程，这让我这个新手也能快速抓住重点。而且，书中还介绍了许多实际工业应用中的案例，比如发酵生产抗生素、生物催化合成药物等，这让我看到了理论联系实际的可能性，也激发了我对未来研究方向的思考。尽管我才刚刚开始阅读，但我已经能预见到这本书将成为我未来学习和研究中不可或缺的工具书。它不仅提供了扎实的理论基础，更重要的是，它教会了我如何用工程的思维去解决生物反应中的实际问题。

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这本书《Bioreaction Engineering Principles》的写作风格十分独特，它以一种非常“用户友好”的方式，将原本可能枯燥的技术内容变得生动有趣。作者在讲解一些复杂的概念时，常常会用一些形象的比喻，或者设置一些“思考题”，引导读者主动去探索和发现。我印象最深的是，在讲解微生物代谢工程时，书中并非直接给出理论，而是通过一个“虚拟”的微生物，一步一步地去分析它的代谢途径，以及如何通过基因工程来改造它，以提高目标产物的产量。这种“沉浸式”的学习体验，让我感觉自己不再是被动接受知识，而是主动参与到知识的构建过程中。而且，书中对生物反应器的“故障排除”部分也写得特别细致。当反应过程中出现一些常见问题时，比如产物抑制、底物耗尽、杂菌污染等，书中都会给出详细的分析和相应的解决方案。这对于我这个经常需要处理生产现场突发状况的人来说，简直太实用了。这本书不仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，它教会我如何“像一个工程师一样思考”，如何在复杂多变的生物反应过程中找到问题的症结，并给出有效的解决方案。

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我得说，《Bioreaction Engineering Principles》这本书的深度绝对超出了我的预期。我本来以为它会是一本泛泛而谈的入门读物，结果完全不是！这本书对生物反应器的设计、操作和优化进行了非常详尽的分析。它不仅仅停留在描述性的层面，而是深入到数学模型的构建和求解。我特别对其中关于传质传热部分的讲解印象深刻。在生物反应过程中，氧气和底物的传递效率，以及反应热的控制，往往是限制反应速率和产物质量的关键因素。书中详细介绍了传质系数的计算方法，不同类型反应器的传质特性，以及如何通过优化操作参数来提高传质效率。对于一些复杂的非均相反应，书中也给出了相应的模型和分析方法，这对于我正在进行的一项涉及固定化酶催化的项目来说，简直是雪中送炭。这本书的逻辑性也非常强，从宏观的反应器选择，到微观的反应动力学，再到传质传热，层层递进，环环相扣。我花了很多时间去理解那些数学公式和推导过程，虽然有些挑战，但每次克服一个难点，我都感觉自己的理解又提升了一个层次。这本书绝对适合那些想要深入了解生物反应工程理论，并希望将其应用于实际工程问题中的读者。

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说实话，《Bioreaction Engineering Principles》这本书真的让我大开眼界。作为一名在生物制药行业工作多年的工程师，我一直都在寻找一本能够系统性地梳理和更新我知识体系的书。这本书无疑做到了这一点。它不仅仅涵盖了基础的生物反应原理，更重要的是，它聚焦于如何将这些原理转化为可行的工业生产过程。书中对不同生物反应器的放大设计，以及在放大过程中可能遇到的问题进行了深入的探讨。我尤其欣赏书中关于过程控制和优化的章节。在实际生产中，如何稳定地控制反应条件，确保产品质量的一致性，以及如何通过优化操作参数来提高收率和降低成本，是至关重要的。这本书提供了一系列实用的工具和方法，比如模型预测控制、鲁棒控制等，并结合了大量的实例，让我能清晰地看到这些控制策略在实际应用中的效果。此外，书中还讨论了最新的生物反应工程技术，比如连续流反应器、微流控生物反应器等，这让我对行业的发展趋势有了更深的认识。总的来说，这本书既有扎实的理论基础，又有贴近实际的工程应用，是一本非常有价值的参考书，它为我解决工作中遇到的复杂问题提供了新的思路和方法。

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我不得不说，《Bioreaction Engineering Principles》这本书在内容深度和广度上都达到了一个令人惊叹的水平。它不仅仅是关于生物反应器的原理，更是深入到了生物反应工程的方方面面。我被书中关于生物过程模拟和数值分析的章节深深吸引。在实际的生物过程开发和优化中，建立精确的数学模型并进行数值模拟，是不可或缺的工具。书中详细介绍了各种常用的模拟软件和算法，以及如何利用这些工具来预测反应器的性能，评估不同操作条件的影响，并指导工艺优化。我尤其喜欢书中关于“参数辨识”的讲解，这对于确定那些难以直接测量的反应动力学参数至关重要。此外，书中还探讨了生物反应工程在可持续发展中的应用，比如生物质能源的转化、废水处理中的生物过程等，这让我看到了生物反应工程更广阔的应用前景。这本书的参考文献也非常丰富，为我进一步深入研究提供了宝贵的线索。对于任何想要在生物反应工程领域做出深入研究，或者希望将理论知识转化为实际生产力的人来说，这本书都是一本必不可少的参考。

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