反应工程名解及简答题

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1、第 0 章1. 生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成？答：（1）原材料的预处理；（2）生物催化剂的制备；（3）生化反应器及其反应条件的选择和监控；（4）产物的分离纯化。 2. 什么是生化反应工程,生化反应工程的研究的主要内容是什么?以生化反应动力学为基础，运用传递过程原理及工程学原理与方法，进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计、放大、操作控制等综合边缘学科。主要内容：生物反应动力学和生物反应器的设计，优化和放大。3. 生物反应过程的主要特点是什么？1.采用生物催化剂，反应过程在常温常压下进行，可用 DNA 重组及原生质体融合技术制备和改造 2.采用可再生资源 3.设备

2、简单，能耗低 4.专一性强，转化率高，制备酶成本高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液杂质较多，给提取纯化带来困难。 4. 研究方法经验模型法、半经验模型法、数学模型法；多尺度关联分析模型法（因次分析法）和计算流体力学研究法。5. 在建立生物反应过程数学模型时，常按下述几个步骤进行：（1）反应过程的适当简化；（2）定量化研究；（3）过程分离原理；（4）数学模型的建立。第 1 章1. 酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催化特性？谈谈酶反应专一性的机制。催化共性:降低反应的活化能，加快生化反应的速率；反应前后状态不变.催化特性:高效的催化活性;高度的专一性;酶反应

3、需要辅因子的参与;酶的催化活性可被调控 ;酶易变性与失活。机制：锁钥学说；诱导契合学说2. 什么叫抑制剂？某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能与酶分子上的某些必需基团（主要是指活性中心上的一些基团）发生化学反应，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速率降低，能引起这种抑制作用的物质称为抑制剂。1.2 简单酶催化反应动力学（重点之重点）详细介绍简单酶催化反应模型、快速平衡法、拟稳态法以及酶动力学参数的求取方法(重点为 L-B 法和 E-H 法） 。2简单的酶催化学说机理4米氏方程，米氏方程的参数及其物理意义以及米氏方程参数的获得的实验方法双倒数法和 E-H 法求米氏方程的参数,max()m

4、pSp SrcKmaxax11spKrrCmaxssrC详细介绍竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争抑制动力学的共性和特性，与无抑制动力学的关系以及抑制程度与底物浓度关系上的差别。2.什么是抑制百分数？它的物理含义是什么？怎样判断反应的抑制类型？3.谈谈影响酶催化反应速率的因素5.会根据 E-H 或 L-B 法分析实验结果求得米氏方程的两个重要参数6.kd 可称为衰变常数。kd 的倒数称为时间常数 td。t1/2 称为半衰期。第 2 章1. 得率系数对底物的细胞得率系数：消耗 1g 基质生成细胞的克数称为细胞得率或称生长得率 Yx/s2. 非结构模型和结构模型非结构模型：把细胞视为单组分，不考虑细

5、胞内部结构，则环境变化对细胞组成的影响可忽略，在此基础上建立的模型。结构模型：考虑细胞内部结构组成变化的基础上建立的模型。3.细胞反应过程主要特征：细胞是反应过程的主体；本质是酶反应；细胞反应与酶催化有着明显的不同：复杂反应，多种途径，难以描述。4. 呼吸商（RQ）： 在一定时间内放出的二氧化碳量和消耗的氧气量（量为物质的量）之比。5. 理想的模型建立通常要考虑的因素1.要明确建立模型的目的 2.明确地给出建立模型的假定条件 3.希望所含有的参数，能够通过实验逐个确定 4.模型应尽可能简单。详细介绍底物消耗、产物生成与热产生速度与细胞生长的关联及模型。6. 绝对速率和比速率绝对速率:指单位时间

6、，单位反应体积某一组分的变化量。比速率: 指以单位浓度细胞（或单位质量）为基准而表示的各个组分的速率。7. Gaden 根据产物生成速率与细胞生长速率之间的关系，将产物形成动力学分为那三种类型？并简述之。（1）相关模型（2）部分相关模型（3）非相关模型8.无抑制的细胞生长动力学（减速期,指数期）9、习题 2-2；2-5; 2-8.第 3 章1. 影响固定化酶动力学的因素有：空间效应（包括构象效应和位阻效应） 、分配效应（包括亲水效应、疏水效应和静电效应）和扩散效应（包括外扩散效应和内扩散效应） 。0/YXt XXSSStStcmrdd1/2lnk=tt,sXsdcrtt11,()sXsdcdc

7、qttmaxKsssc2. 什么是丹克莱尔数（Da） 、梯勒模数（） 、Biot 数.并简述其对外、内扩散总反应速率的影响。3.影响固定化酶动力学的因素有：空间效应（包括构象效应和位阻效应） 、分配效应（包括亲水效应、疏水效应和静电效应）和扩散效应（包括外扩散效应和内扩散效应） 。详细介绍外扩散产生的原因，外扩散对速度的影响，反应速度的求取，有效因子的定义、计算, Da 的物理意义和对扩散的影响。4. 内扩散对反应速率的限制效应 梯勒模数对零级反应动力学5. 固定化酶颗粒中,若以下变量增大,其它参数不变,试问总有效系数的变化,并解释其理由。2.如何减少扩散对反应速率的影响？某酶固定在无微孔的膜

8、状载体上，已知该酶催化反应的本征参数为 rmax=610-2mol/(ls) , Km=310-2mol/l 该反应底物在液相主体中的浓度为 110-2mol/l ，在反应条件下，流体的传质系数为 410-1/s。试求： （1） 底物在固定化酶外表面上的反应速率为多少？ （2） 该反应的外扩散有效因子为多少？ 3-3 蔗糖酶催化下述反应 C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6 蔗糖酶固定在直径为max() (3.6)LsorDamkohlerkc最 大 反 应 速 率最 大 传 质 速 率11peVkA表 面 浓 度 下 的 反 应 速 率 内 扩 散 速 率20()6ekr

9、RDsc=+1.6mm 有微孔球形树脂颗粒上，其密度为 0.1mol 酶/g 颗粒，蔗糖水溶液在树脂中有效扩散系数为 1.310-11m2/s,该反应在一篮式离心反应器内进行，外扩散限制影响可消除。蔗糖浓度为 0.85 kg/m3。反应的表观速率为 1.2510-3kg/(sm3 树脂) ，Km=3.5mg/m3。试求 1） 内扩散有效因子是多少？ （2） 本征一级反应速率常数为多少？ 431200.8.251/,3/.8S ei mRkgsDsC解 :根 据 题 意 可 知 R=3422100.500()()8.43.8.4.2SPeiSmVcKQ?为 零 级 反 应当 查 图 得32101

10、010.51(2) 6.80SSsVVRrkck Sc第 4 章操作模型得到的主要结果1. BSTR: tr、VR 的有关计算2. 单级 CSTR： D,Dopt,DC 和 CX,Cs,DCx 以及 的计算 3. 带循环的 CSTR：D, DC 与 R， 的关系 和 CX,Cs 的计算 4. CSTR 与 CPFR 的比较与组合（会根据作图法得到最小反应时间）5. 什么叫 BSTR，CSTR，CPFR，请根据物料衡算写出其操作模型方程，即反应时间与反应速率的关系方程。BSTR:间歇操作反应器（分批操作的搅拌槽式反应器CSTR：连续操作的搅拌槽式反应器CPFR：连续操作管式反应器sosCsrrd

11、t tttrb()RrbFt0sscS sRS rdndVr tt r00 ()RS SRinSoutSs msdVcCXVFCrtFr0 ()C= Sf slRRslSRslslSP cdVdFrdcdtdr 对 作 底 物 衡 算 ,6. FBC：恒速流加与指数流加的定义及主要特征恒速流加：以恒定的速率流加限制性底物的一种最简单的流加操作方式。指数流加：使加料速率按指数规律增加,以使限制性底物浓度维持不变,故称为指数流加。指数流加可使生长比速率恒定。变速流加以反馈流加为主。7. 理想流动的反应器的模型方程全混流反应器平推流反应器定义稀释率(空速)对单级 CSTR，稳态条件下，应存在 可得0

12、dtCX0dtCS这是单级 CSTR 进行细胞反应的的主要操作特性(表示了恒化器 的主要操作特性)对于符合 Monod 模型的简单细胞反应，若以单位时间单位体积的细胞产量(细胞产率)PX为优化目标函数，得当 PX 为最大时，相应的稀释率称为最佳稀释率 DOPt0max1SOpt KDCmax1N反应器中细胞浓度为00SSmCXr00 C= SSXPdrRFDVXSSCY/10XXPr )(max/0DKCDYPSSX0 0, / ()XOptXSSSSCYCKCK /01XSNYc稀释度的极限值：当 CS=CS0 时当稀释度达到极限值 DC 时，CSTR 出口物料中细胞浓度为 0，此时反应器处

13、于“洗出”操作状态( CS=CS0 )。因此操作要控制 D 小于 DC在一带循环的 CSTR 中进行下述细胞培养过程已知 cX00，cS03g/L ，F1L/min，YX/S0.5，VR1L，F rF /2，cXr4c Xf。试求 cX1、cS1、cXr 、cXf。带细胞培养过程8：在一循环的C已知c X00，cS03g/L ，F STR中进行下述细胞培养过程已知cX00，cS03g/L，F1L/min，YX/S0.5，VR1L，FrF/2，cXr4cXf。试求cX1、cS1、cXr、cXf。解：12rRF() 412,rXfrXXrff cFWR解： 第 5 章1. 溶氧法的优点是只需测定溶

14、氧浓度 CL 随时间变化曲线，非常方便地求出 kLa.2. 简述影响（体积传质系数）k La 的因素物系的性质（粘度，扩散系数，表面张力） ；操作条件（温度，压力，通气量，搅拌转数） ；反应器的结构（反应器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式） 。3. 写出三种测定体积传质系数的原理，并分析这三种方法的优缺点。亚硫酸氧化法，动态法，物料平衡法4. 名词解释：OTR：21SXXcr0maxS rXrFRcL*)OLTRkc氧 的 传 液 速 率 ( xygen Trasf Rte)a（ L 2*)OOLOXdURkcqct（ UROT0OLdct在 稳 态 下 ， 即 ，动态法测体积传质系数某时刻停

15、止通气:OUR：氧气的消耗速率，OUR=Qo2Cx。 。 。qo2 为氧气的比消耗速率，cx 为细胞浓度临界溶氧浓度：第 6 章1、停留时间分布的定量描述有两种方法，分别是什么？并简述其概念和特点。（1）停留时间分布密度 E(t)定义：在同时进入系统的 N 个流体离子中，其中停留时间介于 t 和 t+dt 之间的流体粒子所占有的分率 dN/N 定义为 E（t ）dt, 则 E（t ）称为停留时间分布密度 。（2）停留时间分布函数 F(t)定义：流过系统的物料粒子中停留时间小于 t（介于 0 到 t）的物料粒子所占的分数2、停留时间分布的实验测定方法是什么？它又可以分为几种方法？并简述之。方法：示踪应答法（脉冲法，阶跃法和周期输入法）脉冲法：在设备内流体流动达到稳定后，在一极短的时间内，在系统入口处向流进系统的流体加入一定量的示踪剂，同时在出口处检测流出物料中示踪剂浓度随时间的变化。阶跃法：将系统中做稳态流动的流体切换为流量相同的含有示踪剂的流体（升阶法） ，或相反（降阶法） 。3、宏观流体与微观流体*OLc与 气 相 分 压 平 衡 的 液 相 氧 浓 度 ， mol/L 培 养 液 中 的 溶 氧 浓 度 ， l/22*LOX*ka(c)-qc-1 )OOLOLdctdt即 2 22 OX