生物反應工程期末總結

生物反應工程期末總結生物反應工程期末總結生物反應工程期末總結xxx公司生物反應工程期末總結文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度緒論1.生物技術產品的生產過程主要由哪四個部分組成？（1）原材料的預處理；（2）生物催化劑的制備；（3）生化反應器及其反應條件的選擇和監(jiān)控；（4）產物的分離純化。2.什么是生化反應工程,生化反應工程的研究的主要內容是什么?定義：以生化反應動力學為基礎，運用傳遞過程原理及工程學原理與方法，進行生化反應過程的工程技術分析、開發(fā)以及生化反應器的設計、放大、操作控制等綜合邊緣學科。主要內容：生物反應動力學和生物反應器的設計，優(yōu)化和放大3.生物反應過程的主要特點是什么？

1.采用生物催化劑，反應過程在常溫常壓下進行，可用DNA重組及原生質體融合技術制備和改造2.采用可再生資源3.設備簡單，能耗低4.專一性強，轉化率高，制備酶成本高，發(fā)酵過程成本低，應用廣，但反應機理復雜，較難控制，反應液雜質較多，給提取純化帶來困難。4.研究方法經(jīng)驗模型法、半經(jīng)驗模型法、數(shù)學模型法；多尺度關聯(lián)分析模型法（因次分析法）和計算流體力學研究法。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特的催化特性？談談酶反應專一性的機制。

催化共性:降低反應的活化能，加快生化反應的速率；反應前后狀態(tài)不變.催化特性:高效的催化活性;高度的專一性;酶反應需要輔因子的參與;酶的催化活性可被調控;酶易變性與失活。機制：鎖鑰學說；誘導契合學說2.什么叫抑制劑？

某些物質，它們并不引起酶蛋白變性，但能與酶分子上的某些必需基團（主要是指活性中心上的一些基團）發(fā)生化學反應，因而引起酶活力下降，甚至喪失，致使酶反應速率降低，能引起這種抑制作用的物質稱為抑制劑。3.簡單酶催化反應動力學（重點之重點）4．酶動力學參數(shù)的求取方法(L-B法、E-H法、H-W法和積分法)L-B法:E-H法：H-W法：積分法：抑制百分數(shù)：競爭性抑制：非競爭性抑制：反競爭性抑制：kd可稱為衰變常數(shù)。kd的倒數(shù)稱為時間常數(shù)td。t1/2稱為半衰期第2章得率系數(shù)對底物的細胞得率系數(shù)：消耗1g基質生成細胞的克數(shù)稱為細胞得率或稱生長得率非結構模型和結構模型非結構模型：把細胞視為單組分，不考慮細胞內部結構，則環(huán)境變化對細胞組成的影響可忽略，在此基礎上建立的模型。結構模型：考慮細胞內部結構組成變化的基礎上建立的模型。3.細胞反應過程主要特征：細胞是反應過程的主體；本質是酶反應；細胞反應與酶催化有著明顯的不同：復雜反應，多種途徑，難以描述。呼吸商（RQ）：在一定時間內放出的二氧化碳量和消耗的氧氣量（量為物質的量）之比。絕對速率和比速率 絕對速率:指單位時間，單位反應體積某一組分的變化量。比速率:指以單位濃度細胞（或單位質量）為基準而表示的各個組分的速率。Gaden根據(jù)產物生成速率與細胞生長速率之間的關系，將產物形成動力學分為那三種類型？并簡述之。

（1）相關模型（2）部分相關模型（3）非相關模型限制性底物：某種底物濃度的增加會影響生長速率,而其它營養(yǎng)組分濃度的變化對生長速率沒有影響作用，這種底物稱限制性底物。無抑制的細胞生長動力學（減速期,指數(shù)期）monod方程：第3章影響固定化酶動力學的因素有：空間效應（包括構象效應和位阻效應）、分配效應（包括親水效應、疏水效應和靜電效應）和擴散效應（包括外擴散效應和內擴散效應）。構象效應：在固定化過程中，由于存在著酶和載體的相互作用從而引起酶的活性部位發(fā)生某種扭曲變形，改變了酶活性部位的三維結構，減弱了酶與底物的結合能力。分配效應（微環(huán)境效應）：當固定化酶處在反應體系的主體溶液中時，反應體系成為固液非均相體系。由于固定化酶的親水性、疏水性及靜電作用等引起固定化酶載體內部底物或產物濃度與溶液主體濃度不同。影響內擴散有效因子的主要因素有：顆粒粒度，顆?；钚?，孔隙率、孔徑以及反應溫度丹克萊爾數(shù)（Da）、梯勒模數(shù)（φ）、Biot數(shù)：表觀梯勒模數(shù)：對零級反應動力學:第4章操作模型得到的主要結果1.什么叫BSTR，CSTR，CPFR，請根據(jù)物料衡算寫出其操作模型方程，即反應時間與反應速率的關系方程。BSTR:間歇操作反應器（分批操作的攪拌槽式反應器）CSTR：連續(xù)操作的攪拌槽式反應器CPFR：連續(xù)操作管式反應器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)流加可使生長比速率恒定。變速流加:以反饋流加為主。理想流動的反應器的模型方程全混流反應器：平推流反應器:定義稀釋率(空速)對單級CSTR，穩(wěn)態(tài)條件下，應存在可得這是單級CSTR進行細胞反應的的主要操作特性(表示了恒化器的主要操作特性)對于符合Monod模型的簡單細胞反應，若以單位時間單位體積的細胞產量(細胞產率)PX為優(yōu)化目標函數(shù)， 得當PX為最大時，相應的稀釋率稱為最佳稀釋率DOPt反應器中細胞濃度為稀釋度的極限值：當CS=CS0時當稀釋度達到極限值DC時，CSTR出口物料中細胞濃度為0，此時反應器處于“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中進行下述細胞培養(yǎng)過程第5章1.溶氧法的優(yōu)點是只需測定溶氧濃度CL隨時間變化曲線，非常方便地求出kLa.2.簡述影響（體積傳質系數(shù)）kLa的因素：物系的性質（粘度，擴散系數(shù)，表面張力）；操作條件（溫度，壓力，通氣量，攪拌轉數(shù)）；反應器的結構（反應器的結構型式，攪拌器結構，攪拌方式）。3.寫出三種測定體積傳質系數(shù)的原理，并分析這三種方法的優(yōu)缺點。亞硫酸氧化法，動態(tài)法，物料平衡法OTR： 動態(tài)法測體積傳質系數(shù)某時刻停止通氣:OUR：氧氣的消耗速率，OUR=Qo2Cx。。。qo2為氧氣的比消耗速率，cx為細胞濃度臨界溶氧濃度：第6章1、停留時間分布的定量描述有兩種方法，分別是什么？并簡述其概念和特點。（1）停留時間分布密度E(t)定義：在同時進入系統(tǒng)的N個流體離子中，其中停留時間介于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）稱為停留時間分布密度。（2）停留時間分布函數(shù)F(t)定義：流過系統(tǒng)的物料粒子中停留時間小于t（介于0到t）的物料粒子所占的分數(shù)2、停留時間分布的實驗測定方法是什么它又可以分為幾種方法并簡述之。

方法：示蹤應答法（脈沖法，階躍法和周期輸入法）脈沖法：在設備內流體流動達到穩(wěn)定后，在一極短的時間內，在系統(tǒng)入口處向流進系統(tǒng)的流體加入一定量的示蹤劑，同時在出口處檢測流出物料中示蹤劑濃度隨時間的變化。階躍法：將系統(tǒng)中做穩(wěn)態(tài)流動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：微團尺度上完全不混微觀流體：物料系統(tǒng)反應過程和微團尺度上完全混合4、停留時間分布的統(tǒng)計特征值有那兩個？并簡述其特點。

統(tǒng)計特征值：數(shù)學期望和方差5.常用的非理想流動模型有那些如何求得模型參數(shù)

槽列模型(多級CSTR串聯(lián)模型)；軸向擴散模型；組合模型6.多級串聯(lián)模型參數(shù)N對于實際反應器，求取N的方法如下。1）實驗測定實際反應器的F(t)～t或E(t)～t；２）計算：３）計算計算:４）計算N：求出N后，即可按N級串聯(lián)全混流模型對實際反應器進行有關計算。第7章1.動物細胞培養(yǎng)過程同微生物相比的缺點(1)必須用復雜且成本高的培養(yǎng)基來培養(yǎng)(2)生長速率慢，易被微生物污染。(3)代謝產物抑制(4)對機械沖擊的抵抗能力差。2.理想的模型建立通常要考慮哪些方面？

（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)，能夠通過實驗逐個確定（4）模型應盡可能簡單。3．生物反應器放大的方法有哪些？

答：理論方法：計算流體力學法半理論半經(jīng)驗方法：基礎模型法因次分析法縮小-放大法以及機理分析（時間常數(shù)分析法）經(jīng)驗放大法：P/VL，KLa等4.放大準則：反應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（P/VL）單位反應器有效體積的通氣速率(Vg/VR或VVM）通氣表觀線速度us混合時間tm攪拌雷諾數(shù)ReM動量因子5.生物反應器放大