反應(yīng)工程名解及簡(jiǎn)答題樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。第0章1.生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程主要由哪四個(gè)部分組成?答:(1)原材料的預(yù)處理;(2)生物催化劑的制備;(3)生化反應(yīng)器及其反應(yīng)條件的選擇和監(jiān)控;(4)產(chǎn)物的分離純化。2.什么是生化反應(yīng)工程,生化反應(yīng)工程的研究的主要內(nèi)容是什么?以生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),運(yùn)用傳遞過(guò)程原理及工程學(xué)原理與方法,進(jìn)行生化反應(yīng)過(guò)程的工程技術(shù)分析、開(kāi)發(fā)以及生化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、放大、操作控制等綜合邊緣學(xué)科。主要內(nèi)容:生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì),優(yōu)化和放大。3.生物反應(yīng)過(guò)程的主要特點(diǎn)是什么?1.采用生物催化劑,反應(yīng)過(guò)程在常溫常壓下進(jìn)行,可用DNA重組及原生質(zhì)體融合技術(shù)制備和改造2.采用可再生資源3.設(shè)備簡(jiǎn)單,能耗低4.專一性強(qiáng),轉(zhuǎn)化率高,制備酶成本高,發(fā)酵過(guò)程成本低,應(yīng)用廣,但反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜,較難控制,反應(yīng)液雜質(zhì)較多,給提取純化帶來(lái)困難。4.研究方法經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头?、半?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头?、?shù)學(xué)模型法;多尺度關(guān)聯(lián)分析模型法(因次分析法)和計(jì)算流體力學(xué)研究法。5.在建立生物反應(yīng)過(guò)程數(shù)學(xué)模型時(shí),常按下述幾個(gè)步驟進(jìn)行:(1)反應(yīng)過(guò)程的適當(dāng)簡(jiǎn)化;(2)定量化研究;(3)過(guò)程分離原理;(4)數(shù)學(xué)模型的建立。第1章1.酶作為生物催化劑具有那些催化劑的共性和其獨(dú)特的催化特性?談?wù)劽阜磻?yīng)專一性的機(jī)制。催化共性:降低反應(yīng)的活化能,加快生化反應(yīng)的速率;反應(yīng)前后狀態(tài)不變.催化特性:高效的催化活性;高度的專一性;酶反應(yīng)需要輔因子的參與;酶的催化活性可被調(diào)控;酶易變性與失活。機(jī)制:鎖鑰學(xué)說(shuō);誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)2.什么叫抑制劑?某些物質(zhì),它們并不引起酶蛋白變性,但能與酶分子上的某些必須基團(tuán)(主要是指活性中心上的一些基團(tuán))發(fā)生化學(xué)反應(yīng),因而引起酶活力下降,甚至喪失,致使酶反應(yīng)速率降低,能引起這種抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑。1.2簡(jiǎn)單酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)(重點(diǎn)之重點(diǎn))詳細(xì)介紹簡(jiǎn)單酶催化反應(yīng)模型、快速平衡法、擬穩(wěn)態(tài)法以及酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求取方法(重點(diǎn)為L(zhǎng)-B法和E-H法)。2．簡(jiǎn)單的酶催化學(xué)說(shuō)機(jī)理4．米氏方程,米氏方程的參數(shù)及其物理意義以及米氏方程參數(shù)的獲得的實(shí)驗(yàn)方法６．雙倒數(shù)法和E-H法求米氏方程的參數(shù)詳細(xì)介紹競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)抑制動(dòng)力學(xué)的共性和特性,與無(wú)抑制動(dòng)力學(xué)的關(guān)系以及抑制程度與底物濃度關(guān)系上的差別。2.什么是抑制百分?jǐn)?shù)?它的物理含義是什么?怎樣判斷反應(yīng)的抑制類型?3.談?wù)動(dòng)绊懨复呋磻?yīng)速率的因素5.會(huì)根據(jù)E-H或L-B法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果求得米氏方程的兩個(gè)重要參數(shù)6.kd可稱為衰變常數(shù)。kd的倒數(shù)稱為時(shí)間常數(shù)td。t1/2稱為半衰期。第2章1.得率系數(shù)對(duì)底物的細(xì)胞得率系數(shù):消耗1g基質(zhì)生成細(xì)胞的克數(shù)稱為細(xì)胞得率或稱生長(zhǎng)得率2.非結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)模型非結(jié)構(gòu)模型:把細(xì)胞視為單組分,不考慮細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu),則環(huán)境變化對(duì)細(xì)胞組成的影響可忽略,在此基礎(chǔ)上建立的模型。結(jié)構(gòu)模型:考慮細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成變化的基礎(chǔ)上建立的模型。3.細(xì)胞反應(yīng)過(guò)程主要特征:細(xì)胞是反應(yīng)過(guò)程的主體;本質(zhì)是酶反應(yīng);細(xì)胞反應(yīng)與酶催化有著明顯的不同:復(fù)雜反應(yīng),多種途徑,難以描述。4.呼吸商(RQ):在一定時(shí)間內(nèi)放出的二氧化碳量和消耗的氧氣量(量為物質(zhì)的量)之比。5.理想的模型建立一般要考慮的因素1.要明確建立模型的目的2.明確地給出建立模型的假定條件3.希望所含有的參數(shù),能夠經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)逐個(gè)確定4.模型應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。詳細(xì)介紹底物消耗、產(chǎn)物生成與熱產(chǎn)生速度與細(xì)胞生長(zhǎng)的關(guān)聯(lián)及模型。6.絕對(duì)速率和比速率 絕對(duì)速率:指單位時(shí)間,單位反應(yīng)體積某一組分的變化量。比速率:指以單位濃度細(xì)胞(或單位質(zhì)量)為基準(zhǔn)而表示的各個(gè)組分的速率。7.Gaden根據(jù)產(chǎn)物生成速率與細(xì)胞生長(zhǎng)速率之間的關(guān)系,將產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)分為那三種類型?并簡(jiǎn)述之。(1)相關(guān)模型(2)部分相關(guān)模型(3)非相關(guān)模型8.無(wú)抑制的細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)(減速期,指數(shù)期)9、習(xí)題2-2;2-5;2-8.第3章1.影響固定化酶動(dòng)力學(xué)的因素有:空間效應(yīng)(包括構(gòu)象效應(yīng)和位阻效應(yīng))、分配效應(yīng)(包括親水效應(yīng)、疏水效應(yīng)和靜電效應(yīng))和擴(kuò)散效應(yīng)(包括外擴(kuò)散效應(yīng)和內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng))。2.什么是丹克萊爾數(shù)(Da)、梯勒模數(shù)(φ)、Biot數(shù).并簡(jiǎn)述其對(duì)外、內(nèi)擴(kuò)散總反應(yīng)速率的影響。3.影響固定化酶動(dòng)力學(xué)的因素有:空間效應(yīng)(包括構(gòu)象效應(yīng)和位阻效應(yīng))、分配效應(yīng)(包括親水效應(yīng)、疏水效應(yīng)和靜電效應(yīng))和擴(kuò)散效應(yīng)(包括外擴(kuò)散效應(yīng)和內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng))。詳細(xì)介紹外擴(kuò)散產(chǎn)生的原因,外擴(kuò)散對(duì)速度的影響,反應(yīng)速度的求取,有效因子的定義、計(jì)算,Da的物理意義和對(duì)擴(kuò)散的影響。4.內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速率的限制效應(yīng)梯勒模數(shù)對(duì)零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)5.固定化酶顆粒中,若以下變量增大,其它參數(shù)不變,試問(wèn)總有效系數(shù)的變化,并解釋其理由。2.如何減少擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速率的影響?某酶固定在無(wú)微孔的膜狀載體上,已知該酶催化反應(yīng)的本征參數(shù)為rmax=6×10-2mol/(l·s),Km=3×10-2mol/l該反應(yīng)底物在液相主體中的濃度為1×10-2mol/l,在反應(yīng)條件下,流體的傳質(zhì)系數(shù)為4×10-1/s。試求:(1)底物在固定化酶外表面上的反應(yīng)速率為多少?(2)該反應(yīng)的外擴(kuò)散有效因子為多少?3-3蔗糖酶催化下述反應(yīng)C12H22O11+H2O—C6H12O6+C6H12O6蔗糖酶固定在直徑為1.6mm有微孔球形樹(shù)脂顆粒上,其密度為0.1μmol酶/g顆粒,蔗糖水溶液在樹(shù)脂中有效擴(kuò)散系數(shù)為1.3×10-11m2/s,該反應(yīng)在一籃式離心反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行,外擴(kuò)散限制影響可消除。蔗糖濃度為0.85kg/m3。反應(yīng)的表觀速率為1.25×10-3kg/(s·m3樹(shù)脂),Km=3.5mg/m3。試求1)內(nèi)擴(kuò)散有效因子是多少?(2)本征一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)為多少?第4章操作模型得到的主要結(jié)果1.BSTR:tr、VR的有關(guān)計(jì)算2.單級(jí)CSTR:D,Dopt,DC和CX,Cs,DCx以及的計(jì)算3.帶循環(huán)的CSTR:D,DC與R,的關(guān)系和CX,Cs的計(jì)算4.CSTR與CPFR的比較與組合(會(huì)根據(jù)作圖法得到最小反應(yīng)時(shí)間)5.什么叫BSTR,CSTR,CPFR,請(qǐng)根據(jù)物料衡算寫(xiě)出其操作模型方程,即反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)速率的關(guān)系方程。BSTR:間歇操作反應(yīng)器(分批操作的攪拌槽式反應(yīng)器CSTR:連續(xù)操作的攪拌槽式反應(yīng)器CPFR:連續(xù)操作管式反應(yīng)器FBC:恒速流加與指數(shù)流加的定義及主要特征恒速流加:以恒定的速率流加限制性底物的一種最簡(jiǎn)單的流加操作方式。指數(shù)流加:使加料速率按指數(shù)規(guī)律增加,以使限制性底物濃度維持不變,故稱為指數(shù)流加。指數(shù)流加可使生長(zhǎng)比速率恒定。變速流加以反饋流加為主。7.理想流動(dòng)的反應(yīng)器的模型方程全混流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器定義稀釋率(空速)對(duì)單級(jí)CSTR,穩(wěn)態(tài)條件下,應(yīng)存在可得這是單級(jí)CSTR進(jìn)行細(xì)胞反應(yīng)的的主要操作特性(表示了恒化器的主要操作特性)對(duì)于符合Monod模型的簡(jiǎn)單細(xì)胞反應(yīng),若以單位時(shí)間單位體積的細(xì)胞產(chǎn)量(細(xì)胞產(chǎn)率)PX為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù), 得當(dāng)PX為最大時(shí),相應(yīng)的稀釋率稱為最佳稀釋率DOPt反應(yīng)器中細(xì)胞濃度為稀釋度的極限值:當(dāng)CS=CS0時(shí)當(dāng)稀釋度達(dá)到極限值DC時(shí),CSTR出口物料中細(xì)胞濃度為0,此時(shí)反應(yīng)器處于”洗出”操作狀態(tài)(CS=CS0)。因此操作要控制D小于DC在一帶循環(huán)的CSTR中進(jìn)行下述細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程已知cX0＝0,cS0＝3g/L,F＝1L/min,YX/S＝0.5,VR＝1L,Fr＝F/2,cXr＝4cXf。試求cX1、cS1、cXr、cXf。帶細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程8]細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程8]:在一循環(huán)的C已知cX0＝0,cS0＝3g/L,F＝STR中進(jìn)行下述細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程已知cX0＝0,cS0＝3g/L,F＝1L/min,YX/S＝0.5,VR＝1L,Fr＝F/2,cXr＝4cXf。試求cX1、cS1、cXr、cXf。解:解:第5章1.溶氧法的優(yōu)點(diǎn)是只需測(cè)定溶氧濃度CL隨時(shí)間變化曲線,非常方便地求出kLa.2.簡(jiǎn)述影響(體積傳質(zhì)系數(shù))kLa的因素物系的性質(zhì)(粘度,擴(kuò)散系數(shù),表面張力);操作條件(溫度,壓力,通氣量,攪拌轉(zhuǎn)數(shù));反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)(反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式,攪拌器結(jié)構(gòu),攪拌方式)。3.寫(xiě)出三種測(cè)定體積傳質(zhì)系數(shù)的原理,并分析這三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。亞硫酸氧化法,動(dòng)態(tài)法,物料平衡法4.名詞解釋:OTR: 動(dòng)態(tài)法測(cè)體積傳質(zhì)系數(shù)某時(shí)刻停止通氣:OUR:氧氣的消耗速率,OUR=Qo2Cx。。。qo2為氧氣的比消耗速率,cx為細(xì)胞濃度臨界溶氧濃度:第6章1、停留時(shí)間分布的定量描述有兩種方法,分別是什么?并簡(jiǎn)述其概念和特點(diǎn)。(1)停留時(shí)間分布密度E(t)定義:在同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的N個(gè)流體離子中,其中停留時(shí)間介于t和t+dt之間的流體粒子所占有的分率dN/N定義為E(t)dt,則E(t)稱為停留時(shí)間分布密度。(2)停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)定義:流過(guò)系統(tǒng)的物料粒子中停留時(shí)間小于t(介于0到t)的物料粒子所占的分?jǐn)?shù)2、停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法是什么?它又能夠分為幾種方法?并簡(jiǎn)述之。方法:示蹤應(yīng)答法(脈沖法,階躍法和周期輸入法)脈沖法:在設(shè)備內(nèi)流體流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后,在一極短的時(shí)間內(nèi),在系統(tǒng)入口處向流進(jìn)系統(tǒng)的流體加入一定量的示蹤劑,同時(shí)在出口處檢測(cè)流出物料中示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化。階躍法:將系統(tǒng)中做穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的流體切換為流量相同的含有示蹤劑的流體(升階法),或相反(降階法)。3、宏觀流體與微觀流體宏觀流體:微團(tuán)尺度上完全不混微觀流體:物料系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)程和微團(tuán)尺度上完全混合4、停留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特征值有那兩個(gè)?并簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)特征值:數(shù)學(xué)期望和方差理想流動(dòng)模型有哪兩種類型?并分別簡(jiǎn)述它們的停留時(shí)間分布的特點(diǎn)及方差上的異同點(diǎn)。對(duì)于平推流反應(yīng)器,物料質(zhì)點(diǎn)的停留時(shí)間相同,且等于整個(gè)物料的平均停留時(shí)間tm。平推流的停留時(shí)間分布函數(shù)如下:5.常見(jiàn)的非理想流動(dòng)模型有那些?如何求得模型參數(shù)?槽列模型(多級(jí)CSTR串聯(lián)模型);軸向擴(kuò)散模型;組合模型6.多級(jí)串聯(lián)模型參數(shù)N對(duì)于實(shí)際反應(yīng)器,求取N的方法如下。1)實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)際反應(yīng)器的F(t)～t或E(t)～t;２)計(jì)算３)計(jì)算４)計(jì)算N:求出N后,即可按N級(jí)串聯(lián)全混流模型對(duì)實(shí)際反應(yīng)器進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。6.4今有一發(fā)酵罐,內(nèi)徑為2m,裝液高度為3m,安裝一六彎葉渦輪攪拌器,攪拌器直徑為0.7m,轉(zhuǎn)速為150r/min,設(shè)發(fā)酵液密度為1050kg/m,粘度為1N·s/m,試求攪拌器所需功率大小。若在發(fā)酵罐中通入空氣量為6m/min(操作狀態(tài)下),試求通氣時(shí)所需攪拌功率。第7章1.說(shuō)明氣升式反應(yīng)器的流體流動(dòng)速度對(duì)傳遞過(guò)程的影響,流動(dòng)速度與反應(yīng)器的哪些結(jié)構(gòu)變量的關(guān)系最大?2.動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器:動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)及方式1.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程同微生物相比的缺點(diǎn)(1)必須用復(fù)雜且成本高的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)(2)生長(zhǎng)速率慢,易被微生物污染。(3)代謝產(chǎn)物抑制(4)對(duì)機(jī)械沖擊的抵抗能力差。3.理想的模型建立一般要考慮哪些方面?(1)要明確建立模型的目的(2)明確地給出建立模型的假定條件(3)希望所含有的參數(shù),能夠經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)逐個(gè)確定(4)模型應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。4．生物反應(yīng)器放大的方法有哪些?答:理論方法:計(jì)算流體力學(xué)法半理論半經(jīng)驗(yàn)方法:基礎(chǔ)模型法因次分析法縮小-放大法以及機(jī)理分析(時(shí)間常數(shù)分析法)經(jīng)驗(yàn)放大法:P/VL,KLa等5.放大準(zhǔn)則:反應(yīng)器的幾何特征氧的體積傳遞系數(shù)kLa最大剪切力單位液體體積的功率輸入