生物反应过程检测与控制

第1章绪论

1?1生物反应过程的概念、内容和特点

1?1?1生物反应过程的概念

1?1?2生物反应过程的内容

1?1?3生物反应过程的特点

1?2生物反应过程测控技术的含义、目的和任务

1?2?1生物反应过程测控技术的含义

1?2?2过程检测与调控的目的和任务

1?3生物反应过程参数检测概述

1?3?1物理参数

1?3?2化学参数

1?3?3生物参数

1?4细胞的代谢调节概述

1?4?1代谢调节机制

1?4?2初级代谢物的调节

1?4?3次级代谢物的调节

1?5生物反应过程控制概述

1?5?1过程控制的主要内容

1?5?2控制系统概述

1?6计算机在生物反应过程控制中的应用

1?6?1生物反应过程状态估计

1?6?2生物反应过程直接数字控制（DDC）

1?6?3生物反应过程优化控制

第2章物理参数的检测

2?1反应过程参数检测方式与传感器

2?1?1检测方式及原理

2?1?2检测用传感器种类及特性

2?2温度的测量

2?2?1热电势式测温元件

2?2?2热电阻式测温元件

2?2?3温度的测量、显示和记录

2?3压力和液位的测量

2?3?1压力测量原理

2?3?2波登（Bourdon）管式压力传感器

2?3?3波纹管式压力传感器

2?3?4膜式压力传感器

2?3?5电阻应变片

2?3?6压力测量

2?3?7液位和泡沫液位的测量

2?4流量测量

2?4?1流量测量概述

2?4?2差压式流量计

2?4?3转子流量计

2?4?4电磁流量计

2?5发酵液黏度及搅拌参数的检测

2?5?1发酵液黏度的检测

2?5?2搅拌转速和搅拌功率的检测

第3章化学参数的检测

3?1电化学分析

3?1?1电化学分析法基本原理

3?1?2电化学分析的分类

3?1?3主要电化学分析方法原理

3?1?4扩散电流理论

3?1?5电化学分析的特点及应用

3?2pH测量概述

3?2?1pH测量的目的

3?2?2pH测量所需电极

3?2?3pH测量系统

3?3pH测量的基础理论

3?3?1电势测量原理

3?3?2pH测量系统电势

3?3?3pH值的定义

3?3?4活度与浓度的关系

3?3?5缓冲液

3?3?6pH与温度的关系

3?3?7信号处理

3?4pH测量方法

3?4?1pH测量的一般原则

3?4?2生物工厂的pH测量

3?4?3信号处理和环境影响

3?4?4pH电极的标定

3?4?5电极的维护

3?4?6温度补偿

3?5pH测量应用示例

3?5?1实验室中pH测量

3?5?2生物工厂pH连续测量

3?6溶解氧的测量

3?6?1溶解氧电极

3?6?2溶解氧电极构造

3?6?3溶解氧电极技术特性

3?6?4溶解氧电极电流放大器

3?6?5溶解氧测量系统的校验

3?7溶解氧测量与维护

第4章生物反应液生物参数的检测与估算

4?1生物反应过程数据采集和滤波

4?1?1过程数据采集和处理

4?1?2简单数字滤波法

4?2呼吸代谢的测量及有关算法

4?2?1氧利用速率

4?2?2二氧化碳释放速率

4?2?3呼吸商

4?2?4呼吸代谢参数与生物参数的关系

4?3依据发酵热和物料平衡进行估计的方法

4?3?1发酵热的测量

4?3?2发酵热与动力学参数的关系

4?3?3基于化学元素平衡方法来估计生物参数

4?4青霉素发酵过程生物质浓度在线估计实例

4?4?1估计算法推导

4?4?2数据采集和计算方法

4?5细胞浓度测定

4?5?1全细胞浓度的测定

4?5?2活细胞浓度测定

4?6生物反应液成分分析

4?6?1原位在线检测的技术

4?6?2非原位在线检测技术

4?6?3各检测技术的应用前景分析

第5章参数检测中的生物传感器及流程分析仪

5?1生物传感器的类型及其结构原理

5?1?1酶电极

5?1?2微生物电极

5?1?3免疫电极

5?1?4生物传感器的换能器件

5?2生物传感器在检测过程中的应用

5?2?1在微生物发酵中的应用

5?2?2动物细胞培养的检测

5?2?3植物细胞培养的检测

5?3生产流程分析仪

5?3?1红外气体分析仪

5?3?2氧分析仪

5?3?3反应过程新型检测技术

第6章生物细胞的代谢调节

6?1生物细胞的代谢调节特点

6?2生物细胞代谢调控机制

6?2?1酶活性的调节

6?2?2酶合成的调节

6?3微生物次级代谢与调节

6?3?1微生物次级代谢的特征

6?3?2次级代谢产物的类型

6?3?3次级代谢物生物合成原理

6?4微生物次级代谢作用的调控

6?4?1微生物的次级代谢与其生命活动的关系

6?4?2次级代谢产物生物合成的调节与控制

6?4?3基因工程在提高生产性能上的应用

第7章生物反应过程的控制

7?1生物反应过程控制的简介

7?2微生物发酵过程的代谢变化规律

7?2?1分批发酵

7?2?2补料分批发酵

7?2?3连续发酵

7?3温度对发酵的影响及其控制

7?3?1影响发酵温度的因素

7?3?2温度对微生物生长的影响

7?3?3温度对发酵的影响

7?3?4最适温度的选择

7?3?5发酵过程温度控制

7?4溶解氧浓度对发酵的影响及其监控

7?4?1微生物对氧利用的规律

7?4?2溶解氧作为发酵异常情况的指示

7?4?3溶解氧作为发酵中间控制的手段之一

7?4?4氧供需与产物形成

7?4?5发酵液中的溶解氧控制

7?5pH值对发酵过程的影响及控制

7?5?1pH值对发酵过程的影响

7?5?2最合适pH值的选择

7?5?3pH的控制

7?6二氧化碳和呼吸商

7?6?1二氧化碳对发酵的影响

7?6?2呼吸商与发酵的关系

7?7基质浓度对发酵的影响及补料控制

7?7?1基质浓度对发酵的影响

7?7?2补料发酵工艺控制

7?8泡沫控制

7?8?1泡沫的产生及其影响

7?8?2发酵过程中泡沫的消长规律

7?8?3泡沫的控制

7?9发酵罐压力的控制

7?10发酵终点的判断

第8章生物反应过程计算机控制

8?1过程工业与计算机控制

8?1?1过程工业特点

8?1?2数字计算机在过程控制中应用概述

8?2集散型控制系统及接口技术

8?2?1集散型控制系统结构及功能

8?2?2集散型控制系统的发展

8?2?3DCS的特点

8?2?4过程接口技术

8?2?5工业发酵过程微机控制过程接口

8?3计算机控制中的PID控制算法

8?3?1数字式PID控制算法

8?3?2改进型的PID控制算法

8?3?3DCS中的PID控制算法的实现

8?4间歇生产过程控制

8?4?1程序控制概述

8?4?2程序控制的描述方法

8?4?3可编程序控制器及应用

8?5生物反应过程计算机辅助优化控制设计

8?5?1动力学模型及求解

8?5?2菌体最佳操作浓度的确定

8?5?3最佳稀释速率的确定

8?5?4补料液中基质浓度的确定

8?6计算机在生物反应过程控制中的应用

8?6?1DCS在青霉素发酵补料过程中的应用

8?6?2谷氨酸发酵过程计算机控制

参考文献

在市场上关于生物反应过程检测与控制方面图书缺乏的背景下，本书无疑是一部具有重要参考价值的专著。本书以生物反应过程需要检测控制的重要参数为主线，基于生物代谢调节规律，阐述了这些参数的检测方法、仪器和原理，以及基于参数检测的生物反应过程优化控制的方法原理。由于生物反应过程中化学参数的检测多用到电化学分析原理，本书也对电化学分析原理做了简明扼要的论述。同时，全书参考了目前本领域最新文献，力图反映最新的发展成果。 本书可作为生物工程及相关专业的本科生及研究生教材，也可作为相关企业的参考用书。