목차
Part 1 입문(Introduction) = 1
1장 생물공정의 개발: 근접 여러 분야의 도움에 의한 학문적 도전 = 3
1.1 생물공정개발의 단계: 재조합 DNA로부터 얻어지는 대표적 신제품 = 3
1.2 정량적인 접근 = 8
2장 공학계산 입문 = 10
2.1 물리적 변수, 차원과 단위 (dimension and unit) = 10
2.1.1 실질적 변수 = 12
2.1.2 자연발생적 변수(natural variable) = 12
2.1.3 수식에서의 차원의 일관성(dimensional homogeneity) = 13
2.1.4 차원의 일관성이 결여된 수식들 = 14
2.2 단위 = 14
2.3 힘과 중량 = 17
2.4 측정 관례 = 18
2.4.1 밀도 = 18
2.4.2 비중 = 19
2.4.3 비용 = 19
2.4.4 몰 = 19
2.4.5 화학 조성 = 19
2.4.6 온도 = 22
2.4.7 압력 = 23
2.5 표준조건과 이상기체 = 23
2.6 물리적, 화학적인 성질에 대한 데이터 = 26
2.7 화학양론(stoichiometry) = 26
2.8 요약 = 29
문제 = 29
참고문헌 = 32
추천도서 = 33
3장 자료의 표현과 분석 = 34
3.1 자료와 계산의 오차 = 34
3.1.1 유효자리 = 34
3.1.2 절대와 상대 불확실함 = 35
3.1.3 오차의 형태 = 36
3.1.4 통계 분석 = 37
3.2 실험자료의 표현 = 38
3.3 자료 분석 = 39
3.3.1 추세 = 40
3.3.2 수학적 모델 검정 = 41
3.3.3 적합도 : 최소제곱분석 = 42
3.3.4 선형과 비선형모델 = 44
3.4 대수좌표의 그래프 용지 = 47
3.4.1 대수-대수 도식 = 47
3.4.2 준-대수 도식 = 49
3.5 자료 도식을 위한 일반 절차 = 50
3.6 공정 흐름 선도 = 51
3.7 요약 = 52
문제 = 53
참고문헌 = 58
추천도서 = 58
Part 2 물질과 에너지 수지(Material and Energy Balances) = 61
4장 물질수지 = 63
4.1 열역학 예비지식 = 63
4.1.1 계와 공정 = 63
4.1.2 정상상태와 평형 = 64
4.2 질량보존의 법칙 = 64
4.2.1 물질수지의 종류 = 65
4.2.2 일반질량수지식의 단순화 = 66
4.3 물질수지계산 과정 = 66
4.4 실전문제에서 물질수지 = 68
4.5 재순환, 우회, 및 퍼지 흐름에서의 물질수지 = 86
4.6 증식과 생성물 형성에 관한 양론 = 87
4.6.1 증식의 양론과 원소수지 = 87
4.6.2 전자수지 = 90
4.6.3 바이오매스 수율 = 91
4.6.4 생성물 양론 = 92
4.6.5 이론적 산소 요구량 = 92
4.6.6 가능한 최대 수율 = 92
4.7 요약 = 95
문제 = 96
참고문헌 = 99
추천도서 = 100
5장 에너지 수지 = 101
5.1 기본적인 에너지 개념 = 101
5.1.1 단위 = 102
5.1.2 시량적 특성(Intensive property)과 용량적 특성(Extensive property) = 102
5.1.3 엔탈피(Enthalpy) = 102
5.2 일반적인 에너지 수지식 = 102
5.2.1 특수한 경우들 = 104
5.3 엔탈피 계산 수행 = 104
5.3.1 기준 상태(Reference states) = 104
5.3.2 상태 특성(State property) = 105
5.4 비반응 공정에서의 엔탈피 변화 = 105
5.4.1 온도의 변화 = 106
5.4.2 상변화 = 107
5.4.3 혼합과 용액 = 108
5.5 증기표 = 109
5.6 반응이 없는 에너지 수지식에 계산 절차 = 110
5.7 반응이 없는 에너지수지 예제 = 111
5.8 반응에 기인하는 엔탈피 변화 = 115
5.8.1 연소열 = 115
5.8.2 비표준 상태에서의 반응열 = 116
5.9 세포 생산 공정에서의 반응열 = 117
5.9.1 미생물성장의 열역학 = 117
5.9.2 전자 수용체(electron acceptor) 산소와의 반응열 = 118
5.9.3 주요 전자수용체로 산소를 사용하지 않는 경우의 반응열 = 118
5.10 세포배양에 대한 에너지 수지식 = 119
5.11 발효 에너지 수지식 예제 = 121
5.12 요약 = 126
문제 = 126
참고 문헌 = 128
추천도서 = 128
6장 비정상 상태에서의 물질과 에너지 수지 = 130
6.1 비정상 상태의 물질 수지식 = 130
6.2 비정상상태 에너지 수지식 = 133
6.3 미분 방정식의 풀이 = 134
6.4 비정상상태 물질수지식의 풀이 = 136
6.5 비정상상태 에너지 수지식의 풀이 = 140
6.6 요약 = 143
문제 = 143
참고문헌 = 147
추천도서 = 147
Part 3 물리적 공정(Physical Processes) = 149
7장 유체의 흐름 및 혼합 = 151
7.1 유체의 종류 = 151
7.2 유동 유체 = 152
7.2.1 유선(streamline) = 152
7.2.2 레이놀드 수(Reynolds Number) = 152
7.2.3 유체역학적 경계층 = 153
7.2.4 경계층 분리 = 154
7.3 점도(Viscosity) = 155
7.4 운동량 전달 = 156
7.5 비뉴톤 유체 = 157
7.5.1 두 가지 매개변수 모델 = 157
7.5.2 시간 의존성 점도 = 158
7.5.3 점탄성 = 158
7.6 점도 측정 = 159
7.6.1 원추-평판(Cone-and-plate) 점도계 = 160
7.6.2 동축 원통형 회전식 점도계(Coaxial-Cylinder Rotary Viscometer) = 160
7.6.3 임펠러 점도계 = 161
7.6.4 발효액에서 점도계의 사용 = 161
7.7 발효액의 유동학적 특성 = 163
7.8 발효액의 점도에 영향을 주는 인자 = 163
7.8.1 세포 농도 = 164
7.8.2 세포형태 = 164
7.8.3 삼투압 = 164
7.8.4 생산물과 기질 농도 = 165
7.9 혼합 = 165
7.9.1 혼합기기 = 166
7.9.2 교반 탱크 내의 흐름의 유형(pattern) = 168
7.9.2.1 방사형 흐름 임펠러 = 169
7.9.2.2 축 흐름 임펠러 = 169
7.9.3 혼합의 메카니즘 = 169
7.10 혼합을 위한 필요 동력의 크기 = 176
7.10.1 기체를 공급하지 않는 뉴톤유체 = 177
7.10.2 기체를 공급하지 않는 비뉴톤 유체 = 179
7.10.3 기체를 공급하는 유체 = 180
7.11 혼합 시스템의 대형화 (scale-up) = 181
7.12 발효기에서 혼합능의 향상 = 182
7.13 혼합에서 유동학적 성질의 효과 = 183
7.14 교반 발효기에서 전단력의 역할 = 184
7.14.1 세포와 난류 소용돌이 사이의 상호작용 = 185
7.14.2 기포 전단력 = 188
7.15 요약 = 188
문제 = 189
참고문헌 = 191
추천도서 = 194
8장 열 전달 = 195
8.1 열교환 장치 = 195
8.1.1 생물반응기 = 195
8.1.2 일반적인 열전달 장치 = 197
8.1.2.1 이중관 열교환기 = 198
8.1.2.2 다관형 열교환기(Shell-and-tube heat exchanger) = 199
8.2 열전달 기작 = 201
8.3 전도 = 202
8.3.1 열전달과 운동량(momentum) 전달의 유사성 = 203
8.3.2 정상 상태 전도 (steady state conduction) = 204
8.3.3 열저항의 직렬 연결 = 205
8.4 유체사이의 열 전달 = 206
8.4.1 열 경계면(Thermal boundary layers) = 206
8.4.2 개별 열전달 계수 (Individual Heat-Transfer Coefficient) = 207
8.4.3 총괄 열전달 계수(Overall heat-transfer coefficient) = 208
8.4.4 오염인자(Fouling Factors) = 209
8.5 열전달계의 설계 방정식 = 210
8.5.1 에너지 수지(Energy Balance) = 210
8.5.2 로그평균 및 산술 평균 온도 차이 = 215
8.5.3 열전달 계수(heat transfer coefficient)의 계산 = 217
8.5.3.3 교반 액체 = 221
8.6 설계방정식의 용용 = 222
8.6.1 열전달, 세포농도, 그리고 교반 조건 사이의 관계 = 224
8.7 요약 = 225
연습문제 = 226
참고문헌 = 229
추천도서 = 229
9장 물질 전달 = 230
9.1 분자적 확산 = 230
9.1.1 확산 이론 = 230
9.1.2 물질, 열 그리고 운동량 전달 사이의 analogy = 231
9.2 생물공정에서 확산의 역할 = 232
9.3 필름(격막) 이론 = 233
9.4 대류에 의한 물질 전달 = 233
9.4.1 액체-고체 물질 전달 = 234
9.4.2 액체-액체 물질 전달 = 235
9.4.3 기체-액체 물질 전달 = 239
9.5 세포 배양에서의 산소 섭취 = 241
9.5.1 세포 산소 수요에 영향을 주는 인자들 = 241
9.5.2 기포로부터 세포로의 산소 전달 = 242
9.6 발효기 안에서 산소의 전달 = 245
9.6.1 기포 = 245
9.6.2 폭기, 교반 그리고 배지의 성질 = 247
9.6.3 거품생성 억제제(Antifoam agents) = 248
9.6.4 온도 = 249
9.6.5 기체압과 산소분압 = 249
9.6.6 세포의 상태 = 249
9.7 용존 산소 농도의 측정 = 250
9.8 산소 용해도의 추정 = 251
9.8.1 산소 분압의 영향 = 251
9.8.2 온도의 영향 = 251
9.8.3 용질의 영향 = 252
9.9 물질-전달 관계 = 253
9.10 kLa의 측정 = 255
9.10.1 산소-수지식 방법(Oxygen-Balance Method) = 255
9.10.2 동역학적 방법 (Dynamic Method) = 256
9.10.3 아황산나트륨 산화 = 259
9.11 대형 반응기에서의 산소전달 = 259
9.12 요약 = 259
문제 = 260
참고문헌 = 263
추천도서 = 265
10장 단위 조작 = 266
10.1 여과 = 268
10.1.1 여과도움제(Filter Aids) = 269
10.1.2 여과장치 = 270
10.1.3 여과이론 = 271
10.2 원심분리 = 277
10.2.1 원심분리기 = 278
10.2.2 원심분리 이론 = 279
10.3 세포 파쇄(cell disruption) = 283
10.4 이상적 단(Ideal-Stage) 개념 = 284
10.5 수용액 이상계(Aqueous Two＝Phase Liquid Extraction) = 285
10.6 흡착(Adsorption) = 288
10.6.1 흡착 조작 = 289
10.6.2 흡착의 평형관계 = 290
10.6.3 고정층 흡착장치(Fixed-bed adsorber)의 성능 특성 = 292
10.6.4 고정층 흡착장치의 공학적 해석 = 294
10.7 크로마토그래피 = 298
10.7.1 미분이동 = 301
10.7.2 띠 퍼짐(zone spreading) = 304
10.7.3 크로마토그래피의 이론단(theoretical plates) = 306
10.7.4 해상도 = 307
10.7.5 크로마토그래피의 대형화(Scaling-Up Chromatography) = 308
10.8 요약 = 309
문제 = 309
참고문헌 = 314
추천도서 = 315
Part 4 반응과 반응기(Reactions and Reactors) = 319
11장 균질 반응(homogeneous reactions) = 321
11.1 기본적인 반응이론 = 321
11.1.1 반응열역학 = 321
11.1.2 반응수율 = 323
11.1.3 반응속도 = 325
11.1.4 반응속도식 = 327
11.1.5 온도가 반응속도에 미치는 영향 = 327
11.2 실험결과에서 유출하는 반응속도 계산법 = 327
11.2.1 평균반응속도- (equal area method) = 328
11.2.2 Mid-point slop method = 330
11.3 생물학적 시스템에서의 일반적인 반응속도론 = 330
11.3.1 0차 반응속도식 = 331
11.3.2 1차 반응속도식 = 332
11.3.3 Michaelis-Menten 반응속도식 = 333
11.3.4 효소 반응에 영향을 주는 요인 = 335
11.4 1회반응으로 얻은 데이타에서 효소반응상수의 결정 = 336
11.4.1 Michaelis-Menten 플로팅 = 337
11.4.2 Linexeaver-Burk 플로팅 = 337
11.4.3 Eadie-Hofstee plot = 337
11.4.4 Langmuir plot = 337
11.4.5 직접 직선 플로팅 (direct linear plot) = 337
11.5 효소의 불활성반응 속도식 = 338
11.6 세포배양에서의 수율 = 341
11.6.1 전체적 수율과 순간적 수율 = 341
11.6.2 이론적 수율과 관찰수율 = 342
11.7.1 세포성장 속도식 = 343
11.7.1 회분배양에서의 세포성장 = 343
11.7.2 균형성장 = 345
11.7.3 기질농도의 영향 = 345
11.8 플라스미드를 함유하고 있는 세포의 성장속도 = 346
11.9 세포배양에서 생산물의 생산속도식 = 349
11.9.1 에너지 대사과정과 직접적으로 관련이 있는 생성물의 합성 = 349
11.9.2 간접적으로 에너지 대사과정과 관련이 있는 생성물의 합성 = 350
11.9.3 에너지 대사과정과 관련이 없는 생성물의 합성 = 350
11.10 기질함수 속도식 = 350
11.11 배양조건이 세포속도식에 미치는 영향 = 352
11.12 회분배양을 통한 세포속도식의 인자들 결정 = 353
11.12.1 성장 속도, 생성물합성속도, 기질소비속도 = 353
11.12.2 μmax와 Ks = 354
11.13 수율에 미치는 maintenance의 영향 = 355
11.13.1 관찰수율 = 355
11.13.3 생체물질로부터 얻은 생성물의 수율 = 356
11.13.4 기질로부터 얻는 생성물의 수율 = 356
11.14 세포의 사멸속도식 = 357
11.15 요약 = 359
문제 = 360
참고문헌 = 364
추천도서 = 365
12장 불균질반응(Heterogeneous Reactions) = 367
12.1 생물공정에서의 불균질반응 = 367
12.2 고체 촉매에서의 농도 구배 및 반응 속도 = 368
12.2.1 참(true) 반응속도와 관찰(observed) 반응속도 = 370
12.2.2 물질전달과 반응과의 상호 작용 = 370
12.3 내부물질전달과 반응 = 371
12.3.1 정상상태 (steady-state)의 쉘(shell) 물질수지 = 371
12.3.2 농도 프로파일: 1차 반응속도론과 구형 기하구조(geometry) = 374
12.3.3 농도 프로파일: 0차 반응속도론과 구형 기하구조 (spherical geometry) = 376
12.3.4 농도 프로파일: Michaelis-Menten 반응속도론 구형 기하구조 = 379
12.3.6 관찰반응속도(observed reaction rate) 예측 = 380
12.4 딜레계수 (Thiele modu- lus)와 유효인자 (Effectivene- ss factor) = 381
12.4.1 1차 반응속도론 = 381
12.4.2 0차 반응속도론 = 384
12.4.3 Michaelis-Menten 반응속도론 = 386
12.4.4 관찰(Observable) 딜레계수 = 389
12.4.5 Weisz의 기준 = 391
12.4.6 촉매내의 최소 기질 농도 = 392
12.5 외부물질전달 = 392
12.6 액체-고체 물질전달 관계 = 395
12.6.1 자유로이 움직이는 구형 입자 = 396
12.6.2 충전층(Packed Bed) 에서의 구형 입자 = 396
12.7 실험적 관점 = 396
12.7.1 관찰반응속도 (Observed reaction rate) = 396
12.7.2 유효확산도 = 397
12.8 물질전달 영향의 최소화 = 397
12.8.1 내부물질전달 = 398
12.8.2 외부물질전달 = 398
12.9 참(true) 반응속도론적 매개변수의 측정 = 400
12.10 생물공정에서 불균질반응에 대한 일반적인 논평 = 402
12.11 요약 = 403
문제 = 403
참고문헌 = 407
추천도서 = 410
13장 반응기 공학 = 411
13.1 반응기 공학 총괄 전략 = 411
13.2 생물 반응기 형태 = 414
13.2.1 교반 탱크 = 414
13.2.2 기포탑 = 415
13.2.3 공기 부양 반응기 = 417
13.2.4 교반 탱크 반응기와 공기 부양 반응기 : 운전 특성의 비교 = 419
13.2.5 충전층 = 419
13.2.6 유동층 = 419
13.2.7 살수층 = 420
13.3 생물 반응기 제작을 위한 실제 고려 사항 = 420
13.3.2 접종과 시료 채취 = 422
13.3.3 반응기 재질 = 423
13.3.4 분사기 설계 = 424
13.3.5 증발 조절 = 424
13.4 생물 반응기의 계측 및 제어 = 424
13.4.1 발효 공정의 계측 = 425
13.4.2 측정 및 분석 = 427
13.4.3 결함 분석 = 428
13.4.4 공정 모델링 = 428
13.4.5 상태 추정 = 430
13.4.6 피드백 제어 = 431
13.4.7 간접적 대사 제어 = 432
13.4.8 프로그래밍 제어 = 432
13.4.9 인공지능 기법을 응용한 생물 공정 제어 = 433
13.5 이상 반응기 운전 = 434
13.5.1 혼합 반응기의 회분식 운전 = 434
13.5.1.1 효소 반응 = 434
13.5.2 회분식 반응주기의 전체 시간 = 441
13.5.3 혼합 반응기의 유가식 운전 = 442
13.5.4 혼합 반응기의 연속식 운전 = 446
13.5.4.1 효소 반응 = 447
13.5.5 고정화된 세포가 있는 키모스탯 = 454
13.5.6 캐스캐이드의 키모스탯 = 456
13.5.7 세포 재순환이 있는 키모스탯 = 456
13.5.8 플러그흐름 반응기의 연속식 운전 = 458
13.5.8.1 효소 반응 = 459
13.5.10 키모스텟 배양에서 속도론적 매개변수와 생산 수율 매개변수의 계산 = 464
13.6 살균 및 무균조작 = 465
13.6.1 액상 배지의 회분식 열 살균 = 465
13.6.2 액상 배지의 연속식 열 살균 = 470
13.6.3 액상 배지의 여과 살균 = 475
13.6.4 공기의 살균 = 475
13.7 요약 = 476
문제 = 476
참고문헌 = 480
추천도서 = 482
부록(Appendices)
Appendix A Conversion Factors = 489
Appendix B Physical and Chemical Property Data = 492
Appendix C Steam Tables = 502
Appendix D Mathematical Rules = 507
Appendix E List of Symbols = 511
찾아보기 = 520
