生化反应工程考试大纲
生物反应过程动力学和生物反应器是生物反应工程的核心内容。生物反应过程动力学则包括酶催化反应动力学、细胞反应过程动力学和固定化生物催化反应过程动力学；生物反应器则包括理想生物反应器操作模型、工业生物反应器传的传递特性、混合特性和反应器的设计和放大。
一、酶催化反应过程动力学
M－M方程的动力学特征：速率与酶浓度、底物浓度的关系、动力学参数的含义及求法；
可逆抑制的酶催化反应动力学：竞争，非竞争和反竞争三种可逆抑制的动力学特点、表示方法及如何区分；
不可逆抑制动力学的特点；
底物抑制与活化（变构酶催化）的动力学特点和其主要参数；
酶失活动力学的主要特征。
二、细胞生长及反应动力学
细胞得率系数、最大得率系数和呼吸商得概念和求法；
描述细胞生长的黑箱模型、结构模型和非结构模型的概念；
Monod模型的动力学特征，μ、μmax和Ks的物理意义；
细胞不同生长阶段时μ的变化；
产物生成动力学的三种分类及其动力学特点；
底物消耗动力学的描述方法，Y
X/S 与Y
G
的关系；
三、固定化生物催化反应过程动力学
弄清空间效应、分配效应、扩散效应（包括外扩散和内扩散）、本征反应动力学和表观反应动力学的概念；
描述外扩散影响的无量纲数Da的物理意义以及用Da值判断反应过程的控制步骤；消除外扩散影响的方法；
描述内扩散影响的主要参数De、ф和η的定义，一级反应时ф1、η1的求法，用ф值大小判断反应的控制步骤；内扩散的消除方法；
表观梯勒模数Ф的定义；对一级M－M反应时Ф值的表示，用Ф值判断反应
控制步骤；
对一级反应，内外扩散同时存在时Bi、Da和ф1之间的关系，总有效因子的求法；
在扩散影响下的表观反应级数、表观化能和表观稳定性与其本征值有何变化及其变化原因。
四、生物反应器的操作模型
分批式、连续式和半分批式（流加操作）各自有何操作特点，流加操作对细胞反应有何特殊意义；
对BSTR，反应时间和辅助时间、反应时间的确定、反应器有效体积的确定；
对单级CSTR，D与τm的关系，D、Dopt、Dc和Cx、Cs、DCx的定义式及求的确定；
法，τm与V
R
对循环的单级CSTR，R和β的定义，D与μ的关系；
对CPFR，模型的特征，τp的求法，CPFR与CSTR的比较，CPFR与CSTR相串联的特征；
对流加操作，其操作过程中主要特征、恒速流加与指数流加各有何特点；
反应－分离相耦合对细胞反应的意义。
五、生物反应器的传递与混合特性
牛顿型流体与非牛顿型流体的主要差别；
氧在细胞反应中的传递阻力如何确定，大多情况下氧的传递阻力是什么；
细胞反应中供氧速率与耗氧速率的关系，即OTR与OUR的关系，Col、Col*、Colc之区别，Kla的动态测定法；
混合程度与混合尺度、宏观混合与微观混合，宏观流体与微观流体，混合过程主要机理；
2的意义，CSTR和CPFR的宏观混合特宏观混合模型：E(t)、F(t)、E和σ
t
征参数值；多重串联模型的模型参数；
微观混合的混合程度和混合时间的概念。
六、生物反应器的设计和放大
生物反应器具备的主要特点；
机械搅拌槽式反应器的结构特征、能量消耗、搅拌浆类型和搅拌功率计算的一般方法；
气升式反应器主要结构特征和其设计参数以及流体产生流体的动力；
固定床和滴流床反应器的特征，采用固定化生物催化剂，一级反应CPFR模型进行固定床生物反应器的设计方法；
膜式生物反应器的主要特征和分类；
动植物细胞培养的特点及其反应器选择；
生物反应器经验放大法中应用较多的是什么方法。
化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应 器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率； 15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一， 并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P
绪论 1.生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成？ （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? 定义：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。 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。 3. 简单酶催化反应动力学（重点之重点） 4．酶动力学参数的求取方法(L-B法、E-H法、H-W法和积分法) L-B法: E-H法： H-W法： 积分法： S S ) (1) S c mI s m s s I I m i K C K ↓ ?++
生物反应工程原理复习资料 生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。 生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。 酶和酶的反应特征 酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。 酶的来源：动物、植物和微生物 酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶 酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。 2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等 固定化酶的性质 固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。 与游离酶的区别： 游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用） 固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性） 固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化 单底物均相酶反应动力学 米氏方程 快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以 破坏这个平衡 稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即 P E ES S E k k k +→+?-2 1 1 P E ES +←ES S E ?+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES
化学反应工程试题 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应CO + 3H 2CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔 比进料，则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2 、一级连串反应A S P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大 浓度=max ,P C ___A____。 A. 122)(210K K K A K K C - B. 22/1120]1)/[(+K K C A C. 1 22)(120K K K A K K C - D. 22/1210 ]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 00A P P n n n - C. 00 S S P P n n n n -- D. 00 R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大 而单调下降，则最适合的反应器为____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器
C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用 ____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应A 2R ，30/30.2m kmol C A =， 出口转化率 7.0=A x ，每批操作时间h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3m 。 A. B. C. D. 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，s l mol C r A A ?=-/01.0，当 l mol C A /10=时，求反应至l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最 大时的最优空时=opt τ_____D__。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2112)/ln(K K K K D. 211K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项 ____B___。 A. 加料时间 B. 反应时间 C. 物料冷却时间 D. 清洗釜所用时间 11、全混流反应器中有___B__个稳定的定常态操作点。
一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明(A ) A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应(2) B ．反应(1) 对A 的反应级数小于反应 (2) C ．反应(1)的活化能小于反应(2) D ．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B ) A ． 1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．0 3．对一平行—连串反应R A Q P A ?→??→??→?) 3()2()1(，P 为目的产物，若活化能次序为：E 2
《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/(m 3·h)，速率常数k 的因次为 m 3/(kmol ·h ) 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000 ln +- =T k ， 其活化能为 83.14kJ/mol 。 9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍，则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活化能为（设浓度不变） 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度为 C A0(1-x A )n ，转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度为 A A x n x )1(11-+-，转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ，选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 19. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 20. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大的反应速率 。 21. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。 22. 对于连续操作系统，定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。 23. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。
4?从反应器停留时间分布测定中 ，求得无因次方差「二 _ 0.98 ，反应器可视为 XXX 大学 化学反应工程 试题B （开）卷 （答案）2011 — 2012学年第一学 期 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1.反应器中等温进行着 A T P （1）和A T R （2）两个反应，当降低 A 的浓度后，发现反 应生成P 的量显著降低，而 R 的生成量略降低，表明 （） A .反应（1）对A 的反应级数大于反应 （2） B .反应（1）对A 的反应级数小于反应 C .反应（1）的活化能小于反应 （2） D .反应（1）的反应速率常数大于反应 2 一为（） 2?四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值 A . 1.0 B. 0.25 C . 0.50 A （1） > A ⑶ > D . 0 P —-(2)， Q 3. 对一平行一连串反应 为了目的产物的收率最大， A .先高后低 B.先低后高 C .高温操作 4. 两个等体积的全混流反应器进行串联操作， 与第二釜的反应速率-広2之间的关系为（ A . -r Ai > -r A2 B . -r Ai 则最佳操作温度序列为（ ,P 为目的产物，若活化能次序为：E 2 《化学反应工程》试题 XXX大学化学反应工程试题B（开）卷 （答案）2011—2012学年第一学期 一、单项选择题：（每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P的量显著降低，而R的生成量略降低，表明(A ) A．反应(1)对A的反应级数大于反应(2) B．反应(1) 对A的反应级数小于反应(2) C．反应(1)的活化能小于反应(2) D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值为( B ) A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0 3．对一平行—连串反应，P为目的产物，若活化能次序为：E2 反应工程期末考试试题集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 化学反应过程 简答填空名词解释 1.任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料预处理，化学反应过程和产物 的后处理三个组成部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。 2.工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是：1，由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；2，由化学反应的热效应产生的传热过程； 3，多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。 3.化学反应和反应器的分类：1.按反应系统设计的相态分类分为：○1均相反应， 包括气相均相反应和液相均相反应；○2非均相反应，包括气-固相、气-液相、液-固相、气-液-固相反应。2.按操作方式分类分为：间歇操作，连续操作和半连续操作。3.按反应器型式来分类分为：管式反应器，槽式反应器和塔式反应器。4.按传热条件分为：等温反应器，绝热反应器和非等温绝热反应器。化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。 4.反应速率：单位反应体系内反应程度随时间的变化率。 5.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。 6.半衰期：反应转化率从0变成50%所需时间称为该反应的半衰期。 7.建立动力学方程的方法有：积分法、微分法、最小方差分析法。 8.反应器开发的三个任务：○1根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型 式；○2结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件；○3根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。 9.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热 量衡算方程式。 1补料分批培养主要应用在哪些情况中？ ①生长非偶联型产物的生产②高密度培养③产物合成受代谢物阻遏控制④利用营养缺陷型菌株合成产物⑤补料分批培养还适用于底物对微生物具有抑制作用等情况。⑥此外，如果产物黏度过高或水分蒸发过大使传质受到影响时，可以补加水分降低发酵液黏度或浓度。 2比较理想酶反应器CSTR型与CPFR型的性能？ 答： A停留时间的比较： 在相同的工艺条件下进行同一反应，达到相同转化率时，两者所需的停留时间不同，CSTR型的比CPFR型反应器的要长，也就是前者所需的反应器体积比后者大。另外，以对两反应器的体积比作图可知，随反应级数的增加，反应器的体积比急剧增加。 B酶需求量的比较： 对一级动力学： 转化率越高，CSTR中所需酶的相对量也就越大。另外，比值还依赖于反应级数，一级反应时其比值最大，0级反应时其比值最小。 C酶的稳定性：0级反应时，CSTR与CPFR内酶活力的衰退没有什么区别。但如果反应从0级增至一级，那么，两种反应器转化率下降的差别就变得明显。CPFR产量的下降要比CSTR快得多，因而CPFR中酶的失活比CSTR中更为敏感。但是，如上所述，在某些场合，操作条件相同，要得到同样的转化率，CSTR所需酶的数量远大于CPFR所需的量。 D反应器中的浓度分布： CSTR与CPFR中的底物浓度分布。由图可知，在CPFR中，虽然出口端浓度较低，但在进口端，底物浓度较高；CSTR中底物总处于低浓度范围。如果酶促反应速率与底物的浓度成正比，那么对于CSTR而言，由于整个反应器处于低反应速率条件下，所以其生产能力也低。 3试着分析目前连续式操作难以大规模应用的原因？ 连续培养的工业生产应用的受限原因（连续培养的应用主要集中在研究领域）。 (1)杂菌污染问题。因连续培养以长期、稳定连续运转为前提，在整个培养过程中，必需不断地供给无菌的新鲜培养基，好氧发酵时，必需同时供给大量的无菌空气，这两种供给的过程中极易带来杂菌的污染，长期保持连续培养的无菌状态非常困难。 (2)变异问题。因工业化生产所用菌株大都是通过人工诱变处理的高度变异株，在长期的连续培养过程中容易使回复突变菌株逐渐积累，最后取得生长优势。 (3)成本问题，为降低成本,其一要使原料以最大的转化率和最大的产率转化为产物；是使发酵终了液中含有尽可能高的产物浓度，以缩小产物分离提取系统的规模和操作的费用。一些发酵过程其产物的分离提取费用约占生产总成本的40%以上；而对于大多数抗生素和精细化学品的发酵生产，其本身就是一个高成本分离过程的生产过程。而在连续培养过程中，流出的发酵液中产物浓度一般比分批培养、流加培养的低，结果加重了分离提取的负荷，在生产成本上没有竞争力。 4简述动植物细胞培养的特点难点，并与微生物细胞培养相比较 动植物细胞培养： 是一项将动植物的组织、器官或细胞在适当的培养基上进行无菌培养的技术。 动物细胞培养的特性 许多基因产物不能在原核细胞内表达，它们需要经过真核细胞所特有的翻译后修饰，以及正确的切割、折叠后，才能形成与自然分子一样的功能和抗原性。这就使动物细胞一跃成为一种重要的宿主细胞，用以生成各种各样的生物制品。动物细胞体外培养具有明显的表达产物的优点，为传统微生物发酵所无法取代。 化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料， 则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ，3 0/30.2m kmol C A =， 出口转化率 7.0=A x ，每批操作时间 h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ， s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。 填空题 1理想的酶反应器主要有两种：CPFR和CSTR 2养的传递有串联模型和并联模型（不好这样说） 3KLa中a大小取决于所设计的空气分布器，空气流动速率，反应器的体积和空气泡的直径等且空气泡的直径越小，越有利于传递 4的物理意义是最大反应速率和最大传质速率之比。Da准数越小，固定化酶表面浓度[S]s越是接近主题浓度[S],辨明最大传质速率越是大于最大反应速率，为反应控制。Da准数越小，越好。 5内部扩散与催化反应是同时进行的，二者相互影响，外扩散通常是先于反应。 6影响固定化酶促反应的蛀牙因素是：分子构象的改变，位阻效应，微扰效应，分配效应和扩散效应 7有效电子数：当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔系数的4倍称为基质的有效电子数若碳源为葡萄糖，其完全燃烧是每摩尔葡萄糖需要 6mol，所以有效电子数是24，氧化一个有效电子伴随着焓值变化109.0KJ.即 8通过对细胞和环境之间能量的交换关系的研究，为培养基中（组分）的选择提供参考 9影响酶催化反应的环境因素有（温度），（pH），浓度等。影响酶催化反应的浓度因素有（底物浓度）和（效应物浓度）。影响酶催化反应的最基本的因素是（浓度）。 10反应器放大的目的是使产品的（质优）和（成本低效益好）；必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境（相同）。 11若要消除外扩散限制效应，最常用的方法是（）；若是要消除内扩散限制效应，最常用的方法是（）。 12影响机械通气搅拌发酵过程中体系溶氧系数的因素有（操作变量），（培养液的理化性质），（反应器的结构）。 13根据Garden模型，如果产物和细胞的速率-时间曲线的变化趋势同步，则该产物的生成模型是（）。 15对米氏方程的讨论 当CS< XX研究生课程考试试卷 （ XXXX 学年第 1 学期） 考试科目： 生物反应工程 （A卷） 考试班级： XXXXX 考试形式： 开 （开/闭卷） 考试时间： 120 分钟 考试人数： 命题人签名： 系分管领导签名： 1、请列出下列物理量的数学表达式 (5’) 停留时间 \ 呼吸商 \ 稀释率 \Da准数 \转化率 2、判断题(5’) 1、单罐连续培养稳态下，D=μ。( ) 2、流加培养达到拟稳态时，D=μ。( ) 3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。( ) 4、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da准数越大，外扩散效率越高。( ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。( ) 3、简答题 (每题10’) 1．实验测得分配系数KP 分别为（a） KP > 1，（2） KP = 1，（3）KP < 1，试从概念上说明载体颗粒与反应液之间的固液界面处底物浓度的变化情况。 2.CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。 3.莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ 4、计算题(每题20’) 1.在甘露醇中培养大肠杆菌，其动力学方程为 g/(L·min)，已知cso =6 g/L, Yx/s=0.1。试求： (1)当甘露醇溶液以1L/min的流量进入体积为5L的连续操作搅拌槽式反应器（CSTR）中进行反应时，其反应器内细胞的浓度及其生长速率为多少? (2)如果要求大肠杆菌在CSTR内的生长速率达到最大，最佳的加料速率应为多少？大肠杆菌的生长速率为多大？ 2.假设通过实验测定，反应底物十六烷烃中有2/3的碳转化为细胞中的碳。 计算下述反应的计量系数 (1) C16H34+aO2+bNH3→c(C4.4H7.3O0.86N1.2)+dH2O+eCO2 (2) 计算上述反应的得率系数Y X/S(g干细胞/g底物)和Y X/O(g干细胞/g 氧) 5、文献阅读归纳(20’) 用100-200字简述所附文献提及课题研究和发展情况。 1.化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数 P K ，则C K =_______P K 。 3. 平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。 4.对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。 5.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 6.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_______。 7.流体的混合程度常用_______、_______来描述。 8.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 9.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 10.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。 11.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关系为______________。 12.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化 速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。 14.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 II.1.一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优 空时 = opt τ_______。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 211K K 2.全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A χ的增大而减小，此时该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 3.当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. ＞1 D. ＜1 4.轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 5.对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_______装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 6.催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ =- ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为_______。 2007～2008学年第一学期期末考试试卷 A 卷 课程名称：_生物化学(二) __ 课程代码：_MED130067 ____ 开课院系：生物化学与分子生物学_考试形式： 闭卷 姓 名： 学 号： 专 业： 一、单选题：（每题1分，共50分） 1、第二信使的化学本质是： A ．糖蛋白 B ．RNA C ．DNA D ．脂蛋白 E ．小分子物质 2、蛋白质合成的终止信号由： Ａ．ｔＲＮＡ识别 Ｂ．转肽酶识别 Ｃ．延长因子识别 Ｄ．起始因子识别 Ｅ．以上都不能识别 3、核糖体循环中，不包括的过程有： Ａ．识别 Ｂ．转位 Ｃ．延长 Ｄ．进位 Ｅ．转肽 4、信号肽： （ 装 订 线 内 不 要 答 题 ） Ａ．处于肽链Ｎ-末端Ｂ．处于肽链Ｃ-末端 Ｃ．处于肽链中段Ｄ．游离于胞浆 Ｅ．处于所有的分泌性蛋白分子上 5、操纵基因是： Ａ．诱导物结合部位Ｂ．σ因子结合部位 Ｃ．辅阻抑物结合部位Ｄ．ＤＤＲＰ结合部位 Ｅ．阻抑蛋白结合部位 6、通常既不见于ＲＮＡ，也不见于ＤＮＡ的含氮碱基是： Ａ．腺嘌呤Ｂ．黄嘌呤 Ｃ．鸟嘌呤Ｄ．胸腺嘧啶 Ｅ．尿嘧啶 7、诱导剂能诱导结构基因转录，其机理是： Ａ．诱导剂能与阻遏蛋白结合Ｂ．诱导剂能与操纵基因结合Ｃ．诱导剂能与结构基因结合Ｄ．诱导剂能与调节基因结合Ｅ．诱导剂能与辅阻抑物结合 8、在ＲＮＡ分子中ψ表示： Ａ．假腺苷Ｂ．假黄苷 Ｃ．假胸苷Ｄ．假尿苷 Ｅ．假胞苷 9、真核细胞核小体是： Ａ．染色质的基本结构单位Ｂ．细胞的核心颗粒 Ｃ．组蛋白和酸性蛋白复合体Ｄ．染色单体 Ｅ．染色体 10、氯霉素对原核细胞的生化效应是： Ａ．引起多肽的早期释放Ｂ．引起ｍＲＮＡ错读 Ｃ．抑制３０Ｓ核糖体亚基活性Ｄ．使ＤＮＡ解链 Ｅ．抑制５０Ｓ核糖体亚基活性 11、ＲＮＡ是： Ａ．核糖核苷酸Ｂ．脱氧核糖核酸 Ｃ．脱氧核糖核苷酸Ｄ．核糖核酸 Ｅ．核糖核蛋白体 12、下列有关核酸水解的不正确描述是： Ａ．ＤＮＡ和ＲＮＡ的磷酸二酯键不易被酸水解 Ｂ．ＤＮＡ嘌呤的Ｎ－糖苷键在中等酸度溶液中较不稳定 Ｃ．在碱性溶液中ＤＮＡ分子不如ＲＮＡ分子稳定 Ｄ．有一些核酸酶特异性低，既能水解ＤＮＡ又能水解ＲＮＡ Ｅ．有些核酸酶有特异性，只作用于核糖核酸或脱氧核糖核酸 13、关于ＤＮＡ变性后特点的描述，哪点是不对的 Ａ．氢键断裂，双链分开Ｂ．粘度下降 Ｃ．对紫外光的吸收增加Ｄ．碱基相互聚合 Ｅ．变性是可逆的 14、Ｘ和Ｙ两种核酸提取物，经紫外光检测，提取物Ｘ的Ａ260／Ａ280＝２，提取物Ｙ的Ａ260／Ａ280＝１，结果表明： Ａ．提取物Ｘ的纯度高于提取物ＹＢ．提取物Ｙ的纯度高于提取物ＸＣ．提取物Ｘ和Ｙ的纯度都低Ｄ．提取物Ｘ和Ｙ的纯度都高 Ｅ．不能表明二者的纯度 （1）微生物的热阻：微生物对热的抵抗力称为热阻。是指微生物在某一特 定条件(主要是温度和加热方式)下的致死时间。表征不同微生物对热抵抗能力强弱的指标。 （2）有效电子数：1摩尔碳源完全氧化时，所需的氧的摩尔数的4倍，称 为该基质的有效电子数。 （3）k L a ：以(C *-C)为推动力的体积溶氧系数(h -1) （4）混合：指的是相同停留时间、不同空间位置的物料之间的一种以达到 均匀状态为目的过程。 （5）停留时间：指反应物料从进入反应器时算起，至离开反应器时为止所 经历的时间。） （6）写出定义式： 细胞生长得率Yx/s=生成细胞的质量（干重）/消耗底物的质量 选择性 1.何为生化工程，生化工程的研究内容有哪些？ 生化工程全称是生物化学工程（Biochemical Engineering)，是为生物技术服务的化学工程。它是利用化学工程原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成为生物反应过程的一门学科，是生物化学与工程学相互渗透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实践技术，以生物体细胞（包括微生物细胞、动物细胞、植物细胞）作为研究的主角、生物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了生物工业的过程。所以生化工程是化学工程的一个分支，也是生物工程的一个重要组成部分。 具体的研究内容： ① 原料预处理：即底物（酶催化反应中的作用物）或培养基(发酵过程中的底物及营养物，也称营养基质)的制备过程，包括原料的物理、化学加工和灭菌过程。 ②生物催化剂的制备：生物催化剂是指游离或固定化的活细胞或酶，微生物是最常用的活细胞催化剂，酶催化剂则从细胞中提取出来。 ③生物反应的主体设备：即生物反应器，凡反应中采用整体微生物细胞时，反应器则称发酵罐；凡采用酶催化剂时，则称为酶反应器。另还有适用于动植物细胞大量培养的装置。 ④生物化工产品的分离和精制：这一部分常称下游加工，是生化分离工程 ()S S a P S sp p -= 《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器 1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。化学反应工程期末考试试题及答案
反应工程期末考试试题
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