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第1章 绪论1

1.1生物反应过程的概念、内容和特点1

生物反应过程的概念1

生物反应过程的内容2

生物反应过程的特点2

1.2生物反应过程检测与调控3

生物反应过程检测与调控的含义3

过程检测与调控的目的和任务3

1.3生物反应过程参数检测概述4

物理参数5

化学参数5

生物参数5

1.4细胞的代谢调节概述8

代谢调节机制8

初级代谢物的调节9

次级代谢物的调节9

1.5生物反应过程控制概述10

过程控制的主要内容10

控制系统概述11

1.6计算机在生物反应过程控制中的应用14

生物反应过程状态估计14

生物反应过程直接数字控制15

生物反应过程优化控制15

第2章 物理参数的检测18

2.1反应过程参数检测方式与传感器18

检测方式及原理18

检测用传感器种类及特征20

2.2温度的测量22

热电势式测温元件22

热电阻式测温元件26

温度的测量、显示和记录28

2.3压力和液位的测量31

压力测量原理31

波登管式压力传感器31

波纹管式压力传感器33

膜式压力传感器33

电阻应变片35

压力测量37

液位和泡沫液位的测量37

2.4流量测量39

流量测量概述39

差压式流量计40

转子流量计42

电磁流量计45

2.5发酵液黏度及搅拌参数的检测46

发酵液黏度的检测46

搅拌转速和搅拌功率的检测47

第3章 化学参数的检测48

3.1 pH值测量概述48

pH值测量的目的48

pH值测量所需电极49

pH值测量系统51

3.2 pH值测量方法52

pH值测量的一般原则52

生物工厂的pH值测量53

信号处理和环境影响54

pH值电极的标定54

电极的维护55

温度补偿57

3.3 pH值测量的基础理论58

电势测量原理58

pH值测量系统电势59

pH值的定义62

活度与浓度的关系63

缓冲液64

pH值与温度的关系65

信号处理67

3.4 pH值测量应用示例69

实验室中pH值测量69

生物工厂pH值连续测量70

3.5溶解氧的测量71

极谱分析法基本原理71

扩散电流理论73

溶解氧电极75

溶氧电极构造76

溶氧电极技术特性77

溶氧电极电流放大器78

溶氧测量系统的校验79

3.6溶解氧测量与维护80

第4章 生物反应过程有关生物参数的估算82

4.1生物反应过程数据采集和滤波82

过程数据采集和处理82

简单数字滤波法83

4.2呼吸代谢的测量及有关算法85

氧利用率OUR86

二氧化碳释放率CER87

呼吸商RQ89

呼吸代谢参数与生物参数的关系90

4.3依据发酵热和物料平衡进行估计的方法91

发酵热的测量91

发酵热与动力学参数的关系92

基于化学元素平衡方法来估计生物参数93

4.4青霉素发酵过程生物质浓度在线估计实例95

估计算法推导95

数据采集和计算方法97

4.5细胞浓度测定99

全细胞浓度的测定99

活细胞浓度测定100

4.6生物发酵溶液中营养成分与产物的分析100

第5章 参数检测中的生物传感器及流程分析仪102

5.1生物传感器的类型及其结构原理102

酶电极103

微生物电极106

免疫电极108

生物传感器的换能器件110

5.2生物传感器在检测过程中的应用113

在微生物发酵中的应用113

动物细胞培养的检测116

植物细胞培养的检测116

5.3生产流程分析仪117

红外气体分析仪117

氧分析仪121

反应过程新型检测技术123

第6章 生物细胞的代谢调节128

6.1生物细胞的代谢调节特点128

6.2生物细胞代谢调控机制128

酶活性的调节129

酶合成的调节135

6.3微生物次级代谢与调节152

微生物次级代谢的特征152

次级代谢产物的类型154

次级代谢物生物合成原理155

6.4微生物次级代谢作用的调控157

微生物的次级代谢与其生命活动的关系157

次级代谢产物生物合成的调节与控制159

基因工程在提高生产性能上的应用171

第7章 生物反应过程的控制174

7.1过程控制的目的与意义174

7.2微生物发酵过程的代谢变化规律174

分批发酵175

补料分批发酵177

连续发酵178

7.3温度对发酵的影响及其控制179

影响发酵温度的因素180

温度对微生物生长的影响181

温度对发酵的影响184

最适温度的选择187

7.4溶解氧浓度对发酵的影响及其监控187

微生物对氧利用的规律188

溶氧作为发酵异常情况的指示191

溶氧作为发酵中间控制的手段之一193

氧供需与产物形成194

发酵液中的溶氧控制197

7.5 pH值对发酵过程的影响及控制199

pH值对发酵过程的影响199

最合适pH值的选择200

pH值的控制203

7.6二氧化碳和呼吸商204

二氧化碳对发酵的影响204

呼吸商与发酵的关系208

7.7基质浓度对发酵的影响及补料控制209

基质浓度对发酵的影响209

补料控制211

7.8泡沫控制213

泡沫的产生及其影响213

发酵过程中泡沫的消长规律215

泡沫的控制216

7.9发酵终点的判断218

第8章 生物反应过程计算机控制220

8.1过程工业与计算机控制220

过程工业特点220

数字计算机在过程控制中应用概述222

8.2集散型控制系统及接口技术224

集散型控制系统简介224

DCS的特点228

过程接口技术229

工业发酵过程微机控制过程接口232

8.3计算机控制中的PID控制算法233

数字式PID控制算法233

改进型的PID控制算法234

DCS中的PID控制算法的实现236

8.4间歇生产过程控制238

程序控制概述238

程序控制的描述方法239

可编程序控制器及应用242

8.5生物反应过程计算机辅助优化控制设计246

动力学模型及求解247

菌体最佳操作浓度的确定250

最佳稀释率的确定251

补料液中基质浓度的确定252

8.6计算机在生物反应过程控制中应用253

DCS在链霉素发酵车间控制中的应用253

谷氨酸发酵过程计算机控制259

柠檬酸发酵计算机控制263

酱油生产过程计算机监控265

参考文献271