生物反应工程原理（第四版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《生物反应工程原理（第四版）》在简要介绍生物反应工程的生物学与工程学基本概念的基础上，从酶促反应动力学、微生物反应动力学、微生物反应器的操作、动植物细胞培养、生物反应器中的传质过程和生物反应器等几个方面，系统介绍了生物反应工程的基本原理与方法，并对生物反应工程领域的一些新的进展作了简要介绍。为便于读者理解生物反应工程基本理论，书中附有大量例题与习题。
　　《生物反应工程原理（第四版）》以初步进入生物工程领域的青年人为主要读者对象，可作为高等院校生物工程、发酵工程、生物技术、化学工程、食品工程、生物制药和环境工程等专业的教材，也可供相关专业研究生和从事相关专业的初中级工程技术人员使用。

内页插图

目录

第四版前言
第一章 绪论
1.1 生物反应工程研究的目的
1.2 生物反应工程学科的形成与发展现状
1.3 生物反应工程的主要内容
1.3.1 生物反应动力学
1.3.2 生物反应器及其操作
1.3.3 生物反应过程的放大与缩小
1.4 生物反应工程的学习方法
复习题
参考文献

第二章 生物反应工程的工程学基础
2.1 单位与因次
2.2 流体的物理性质
2.3 物料与热量衡算
2.4 物系的平衡关系
2.5 速率的概念
2.6 经济核算及优化的概念
复习题
参考文献

第三章 酶促反应动力学
3.1 酶促反应动力学的生物学基础
3.1.1 酶的基本概念
3.1.2 酶的稳定性与应用特点
3.1.3 酶的固定化技术
3.2 均相酶促反应动力学
3.2.1 均相酶促反应动力学基础
3.2.2 单底物酶促反应动力学
3.3 固定化酶促反应动力学
3.3.1 固定化酶促反应动力学基础
3.3.2 固定化酶促反应中的过程分析
3.4 酶的失活动力学
3.4.1 未反应时酶的热失活动力学
3.4.2 反应中酶的热失活动力学
3.5 多底物酶促反应动力学
3.5.1 双底物酶促反应
3.5.2 多底物酶促反应
3.6 非水介质中的酶促反应
3.6.1 双液相酶促反应
3.6.2 超临界相态下的酶促反应
复习题
参考文献

第四章 微生物反应动力学
4.1 微生物的基本概念
4.1.1 微生物的分类与命名
4.1.2 微生物的化学组成
4.1.3 生长特性
4.1.4 微生物反应的特点
4.1.5 影响微生物反应的环境因素
4.2 微生物反应过程的物量和能量衡算
4.2.1 微生物反应过程的物量衡算
4.2.2 微生物反应过程的得率系数
4.2.3 微生物反应过程的能量衡算
4.3 微生物反应动力学
4.3.1 细胞生长速率
4.3.2 细胞生长的非结构模型
4.3.3 基质消耗动力学
4.3.4 代谢产物的生成动力学
4.3.5 细胞死亡动力学
复习题
参考文献

第五章 微生物反应器操作
5.1 分批式操作
5.1.1 生长曲线
5.1.2 状态方程式
5.1.3 反复分批式培养
5.2 流加式操作
5.2.1 无反馈控制的流加式操作
5.2.2 有反馈控制的流加式操作
5.3 连续式操作
5.3.1 恒化器法连续操作
5.3.2 恒浊器培养
5.3.3 固定化微生物细胞的连续培养
5.3.4 连续培养中的杂菌污染与菌种变异
5.4 其他培养与操作方法
5.4.1 生物反应与分离耦合操作
5.4.2 基因工程菌的高密度培养
5.4.3 界面微生物培养
5.4.4 微生物的双液相发酵
5.4.5 加压下的微生物培养
复习题
参考文献

第六章 动植物细胞培养
6.1 动物细胞培养
6.1.1 动物细胞培养的特性
6.1.2 动物细胞生长模型
6.1.3 动物细胞培养方法
6.1.4 动物细胞培养的应用
6.2 植物细胞培养
6.2.1 植物细胞培养的特性
6.2.2 植物细胞生长模型
6.2.3 植物细胞培养方法
6.2.4 植物细胞培养的应用
复习题
参考文献

第七章 生物反应器中的传质过程
7.1 生物反应体系的流变学特性
7.1.1 流体的流变学特性
7.1.2 微生物培养液的流变学特性
7.2 流体力学分析方法
7.3 生物反应器中的传递过程
7.3.1 氧传递理论概述
7.3.2 细胞膜内的传质过程
7.4 体积传质系数的测定及其影响因素
7.4.1 体积传质系数的测定
7.4.2 影响kLa的因素
7.5 发酵系统中的氧传递
7.5.1 氧传递的并联模型
7.5.2 发酵系统中的氧衡算——串联模型
7.5.3 菌丝团（菌丝球）中氧的传递模型
7.6 溶氧方程与溶氧速率的调节
7.6.1 溶氧方程
7.6.2 单位溶解氧功耗
7.6.3 溶氧速率的调节
复习题
参考文献

第八章 生物反应器
第九章 生物反应工程进展
复习题答案
主要符号一览表
主要名词汇总

前言/序言

好的，以下是一本假设的、不包含《生物反应工程原理（第四版）》内容的图书简介，字数约为1500字： --- 《现代化工过程控制与优化：设计、实施与前沿趋势》 导言：面向工业4.0时代的化工过程控制革新 随着全球工业制造体系向智能化、数字化方向迈进，化工过程的复杂性、精细化和安全性要求达到了前有未有的高度。传统的基于经典PID回路的控制策略已逐渐难以满足现代大型化工装置对高能效、高收率、低排放的严格需求。本书《现代化工过程控制与优化：设计、实施与前沿趋势》正是在这一时代背景下应运而生，旨在为化工、制药、精细化工及能源领域的工程师、研发人员和高级学生提供一套全面、深入且具有高度实践指导价值的现代过程控制理论与应用体系。 本书摒弃了对基础化学反应动力学、微生物代谢通路等生物过程特有内容的叙述，而是将焦点完全集中于化学工程领域中复杂多变量系统的监测、建模、控制策略设计与先进优化技术的集成应用。我们深入探讨了如何利用现代信息技术和控制理论工具，实现化工生产过程的柔性化、智能化管理。 第一部分：过程建模与系统辨识的深化 现代过程控制的基石在于准确的过程模型。本部分详细阐述了从第一性原理（如质量、能量、动量守恒）出发构建非线性、集总参数模型的方法，并重点介绍了处理高维、大滞后、强耦合系统的建模挑战。 1. 非线性动态建模与简化： 我们探讨了状态空间法、传递函数矩阵法在描述复杂反应器、精馏塔等单元操作中的应用。特别地，对于难以解析建模的系统，我们引入了多尺度建模方法，如何将微观机理与宏观现象有效耦合。 2. 数据驱动的系统辨识： 鉴于大量化工过程数据的高噪声和非平稳性，本章深入介绍了参数估计技术，包括最小二乘法（LS）、迭代加权最小二乘法（IWLS）以及非线性辨识方法，如偏最小二乘（PLS）和主成分回归（PCR）在特征提取中的应用。重点剖析了如何使用先进的系统辨识工具包进行模型验证和结构选择。 3. 模型降阶与检验： 针对高阶模型计算量过大的问题，详细讲解了平衡截断法、Hankel 奇异值分解（SVD）等模型降阶技术，确保控制系统具有足够的实时性。 第二部分：先进过程控制（APC）的核心技术 本书的核心竞争力在于对当代工业界主流的先进过程控制（APC）技术的系统性梳理与工程化讲解，这些技术是实现高精度、高鲁棒性控制的关键。 1. 模型预测控制（MPC）的全面解析： 详细介绍了线性MPC（LMPC）的原理、约束处理机制（等式和不等式约束）以及二次规划（QP）求解器的选择与应用。对于非线性过程，我们着重探讨了非线性MPC（NMPC）的构建流程、求解效率的提升策略（如分层控制、模型预处理），并提供了在工业级仿真环境中的实现案例。 2. 先进的解耦与控制结构设计： 针对化工过程中普遍存在的强耦合现象，我们超越了传统的反馈前馈控制，深入探讨了动态矩阵控制（DMC）、非对称控制策略以及基于奇异值分解的解耦方法，指导读者如何选择最优的控制结构以最小化干扰传播。 3. 多变量控制器的性能优化与鲁棒性： 讨论了如何通过H∞范数设计确保控制器在模型不确定性下的稳定性与性能。此外，如何针对采样时间变化、传感器故障等实际工况，设计具有自适应能力的控制算法。 第三部分：过程优化与智能决策 控制的目标是使过程在满足操作约束的前提下，实现经济效益最大化或能耗最小化。本部分聚焦于如何将优化技术嵌入到实时控制架构中。 1. 实时优化（RTO）原理与部署： 详细阐述了实时优化器的结构，包括模型层、优化层和控制层的交互。重点分析了如何处理RTO计算时间与过程动态速度之间的匹配问题，介绍了基于局部线性化和迭代优化的实用RTO算法。 2. 混合整数线性规划（MILP）在调度中的应用： 对于涉及批次切换、设备选型和生产计划制定的问题，我们展示了如何构建MILP模型，实现生产计划与过程控制的无缝集成。 3. 模型不确定性下的优化： 引入随机规划和鲁棒优化概念，用于处理未来原料成本、催化剂活性衰减等不确定性因素对最优操作点选择的影响。 第四部分：过程监测、故障诊断与前沿趋势 现代化工控制系统必须具备高度的自感知能力。本部分关注如何利用信号处理和数据挖掘技术提升过程的安全性和可靠性。 1. 基于统计过程控制（SPC）的异常检测： 深入讲解了卡方统计量、Hotelling $T^2$ 统计量在多变量过程基线监控中的应用，以及如何区分真正的过程漂移和传感器噪声。 2. 故障诊断与隔离（FDI）： 介绍了基于残差分析、判别分析（DA）和软测量技术（Soft Sensing）的故障诊断框架。重点在于建立有效的故障模型，并实现快速的故障隔离，为操作员提供明确的干预指导。 3. 人工智能赋能控制： 探讨了深度学习（如LSTM、Transformer）在处理复杂时间序列数据、构建高精度软测量模型方面的潜力，以及强化学习（RL）在探索最优控制策略方面的最新进展，为化工过程的未来自主运行奠定理论基础。 总结与读者对象 《现代化工过程控制与优化》是一本技术深度与工程实用性兼备的参考书。它完全聚焦于化学工程和物理化学过程的控制系统设计，内容体系严谨，数学推导详实，并配有丰富的工程案例（涉及石油炼制、乙烯裂解、精细化学合成等典型单元操作）。本书适合于从事过程控制系统设计、调试和维护的高级工程师，研究生阶段专门从事过程系统工程（PSE）研究的学者，以及需要系统学习现代控制理论在工业界应用的化学工程及相关专业的高年级本科生。通过本书的学习，读者将能够构建、实施并优化下一代智能化的化工生产控制系统。