反應(yīng)工程名解及簡答題樣本

資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。第0章1.生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程主要由哪四個部分組成?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)動力學為基礎(chǔ),運用傳遞過程原理及工程學原理與方法,進行生化反應(yīng)過程的工程技術(shù)分析、開發(fā)以及生化反應(yīng)器的設(shè)計、放大、操作控制等綜合邊緣學科。主要內(nèi)容:生物反應(yīng)動力學和生物反應(yīng)器的設(shè)計,優(yōu)化和放大。3.生物反應(yīng)過程的主要特點是什么?1.采用生物催化劑,反應(yīng)過程在常溫常壓下進行,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)備簡單,能耗低4.專一性強,轉(zhuǎn)化率高,制備酶成本高,發(fā)酵過程成本低,應(yīng)用廣,但反應(yīng)機理復雜,較難控制,反應(yīng)液雜質(zhì)較多,給提取純化帶來困難。4.研究方法經(jīng)驗?zāi)Ｐ头ā虢?jīng)驗?zāi)Ｐ头?、?shù)學模型法;多尺度關(guān)聯(lián)分析模型法(因次分析法)和計算流體力學研究法。5.在建立生物反應(yīng)過程數(shù)學模型時,常按下述幾個步驟進行:(1)反應(yīng)過程的適當簡化;(2)定量化研究;(3)過程分離原理;(4)數(shù)學模型的建立。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特的催化特性?談?wù)劽阜磻?yīng)專一性的機制。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。機制:鎖鑰學說;誘導契合學說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(主要是指活性中心上的一些基團)發(fā)生化學反應(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簡單酶催化反應(yīng)動力學(重點之重點)詳細介紹簡單酶催化反應(yīng)模型、快速平衡法、擬穩(wěn)態(tài)法以及酶動力學參數(shù)的求取方法(重點為L-B法和E-H法)。2．簡單的酶催化學說機理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)的獲得的實驗方法６．雙倒數(shù)法和E-H法求米氏方程的參數(shù)詳細介紹競爭性抑制、非競爭性抑制、反競爭抑制動力學的共性和特性,與無抑制動力學的關(guān)系以及抑制程度與底物濃度關(guān)系上的差別。2.什么是抑制百分數(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)動绊懨复呋磻?yīng)速率的因素5.會根據(jù)E-H或L-B法分析實驗結(jié)果求得米氏方程的兩個重要參數(shù)6.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1.得率系數(shù)對底物的細胞得率系數(shù):消耗1g基質(zhì)生成細胞的克數(shù)稱為細胞得率或稱生長得率2.非結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)模型非結(jié)構(gòu)模型:把細胞視為單組分,不考慮細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu),則環(huán)境變化對細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:考慮細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成變化的基礎(chǔ)上建立的模型。3.細胞反應(yīng)過程主要特征:細胞是反應(yīng)過程的主體;本質(zhì)是酶反應(yīng);細胞反應(yīng)與酶催化有著明顯的不同:復雜反應(yīng),多種途徑,難以描述。4.呼吸商(RQ):在一定時間內(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)過實驗逐個確定4.模型應(yīng)盡可能簡單。詳細介紹底物消耗、產(chǎn)物生成與熱產(chǎn)生速度與細胞生長的關(guān)聯(lián)及模型。6.絕對速率和比速率 絕對速率:指單位時間,單位反應(yīng)體積某一組分的變化量。比速率:指以單位濃度細胞(或單位質(zhì)量)為基準而表示的各個組分的速率。7.Gaden根據(jù)產(chǎn)物生成速率與細胞生長速率之間的關(guān)系,將產(chǎn)物形成動力學分為那三種類型?并簡述之。(1)相關(guān)模型(2)部分相關(guān)模型(3)非相關(guān)模型8.無抑制的細胞生長動力學(減速期,指數(shù)期)9、習題2-2;2-5;2-8.第3章1.影響固定化酶動力學的因素有: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))和擴散效應(yīng)(包括外擴散效應(yīng)和內(nèi)擴散效應(yīng))。2.什么是丹克萊爾數(shù)(Da)、梯勒模數(shù)(φ)、Biot數(shù).并簡述其對外、內(nèi)擴散總反應(yīng)速率的影響。3.影響固定化酶動力學的因素有: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))和擴散效應(yīng)(包括外擴散效應(yīng)和內(nèi)擴散效應(yīng))。詳細介紹外擴散產(chǎn)生的原因,外擴散對速度的影響,反應(yīng)速度的求取,有效因子的定義、計算,Da的物理意義和對擴散的影響。4.內(nèi)擴散對反應(yīng)速率的限制效應(yīng)梯勒模數(shù)對零級反應(yīng)動力學5.固定化酶顆粒中,若以下變量增大,其它參數(shù)不變,試問總有效系數(shù)的變化,并解釋其理由。2.如何減少擴散對反應(yīng)速率的影響?某酶固定在無微孔的膜狀載體上,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有微孔球形樹脂顆粒上,其密度為0.1μmol酶/g顆粒,蔗糖水溶液在樹脂中有效擴散系數(shù)為1.3×10-11m2/s,該反應(yīng)在一籃式離心反應(yīng)器內(nèi)進行,外擴散限制影響可消除。蔗糖濃度為0.85kg/m3。反應(yīng)的表觀速率為1.25×10-3kg/(s·m3樹脂),Km=3.5mg/m3。試求1)內(nèi)擴散有效因子是多少?(2)本征一級反應(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)計算2.單級CSTR:D,Dopt,DC和CX,Cs,DCx以及的計算3.帶循環(huán)的CSTR:D,DC與R,的關(guān)系和CX,Cs的計算4.CSTR與CPFR的比較與組合(會根據(jù)作圖法得到最小反應(yīng)時間)5.什么叫BSTR,CSTR,CPFR,請根據(jù)物料衡算寫出其操作模型方程,即反應(yīng)時間與反應(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。7.理想流動的反應(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)對單級CSTR,穩(wěn)態(tài)條件下,應(yīng)存在可得這是單級CSTR進行細胞反應(yīng)的的主要操作特性(表示了恒化器的主要操作特性)對于符合Monod模型的簡單細胞反應(yīng),若以單位時間單位體積的細胞產(chǎn)量(細胞產(chǎn)率)PX為優(yōu)化目標函數(shù), 得當PX為最大時,相應(yīng)的稀釋率稱為最佳稀釋率DOPt反應(yīng)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(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中進行下述細胞培養(yǎng)過程已知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。帶細胞培養(yǎng)過程8]細胞培養(yǎng)過程8]:在一循環(huán)的C已知cX0＝0,cS0＝3g/L,F＝STR中進行下述細胞培養(yǎng)過程已知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(zhì)系數(shù))kLa的因素物系的性質(zhì)(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(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.寫出三種測定體積傳質(zhì)系數(shù)的原理,并分析這三種方法的優(yōu)缺點。亞硫酸氧化法,動態(tài)法,物料平衡法4.名詞解釋:OTR: 動態(tài)法測體積傳質(zhì)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?它又能夠分為幾種方法?并簡述之。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)流體流動達到穩(wěn)定后,在一極短的時間內(nèi),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(yīng)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)學期望和方差理想流動模型有哪兩種類型?并分別簡述它們的停留時間分布的特點及方差上的異同點。對于平推流反應(yīng)器,物料質(zhì)點的停留時間相同,且等于整個物料的平均停留時間tm。平推流的停留時間分布函數(shù)如下:5.常見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(yīng)器,求取N的方法如下。1)實驗測定實際反應(yīng)器的F(t)～t或E(t)～t;２)計算３)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(yīng)器進行有關(guān)計算。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),試求通氣時所需攪拌功率。第7章1.說明氣升式反應(yīng)器的流體流動速度對傳遞過程的影響,流動速度與反應(yīng)器的哪些結(jié)構(gòu)變量的關(guān)系最大?2.動植物細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器:動植物細胞培養(yǎng)的特點及方式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(chǎn)物抑制(4)對機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)過實驗逐個確定(4)模型應(yīng)盡可能簡單。4．生物反應(yīng)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(chǔ)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5.放大準則: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