第四章 微生物反应器操作习题答案

教学基本内容：讲授微生物反应器的操作方式，包括分批式操作、连续式操作、流加式操作。

连续式操作的定义、数学模型，连续稳态操作条件，连续操作的优缺点，在生产上和科研中的应用；流加式操作的定义、数学模型，定流量流加、指数流加的概念，流加式操作的控制优化问题。

分批式操作下微生物生长曲线。

5.1 微生物反应器操作基础5.2连续式操作5.3 流加式操作5.4 分批式操作授课重点：1. 三种基本操作方式的比较。

2. 单级连续式操作的数学模型，连续稳态操作条件，冲出现象。

3. 连续操作的优缺点及在生产上和科研领域的应用。

4 流加式操作的数学模型，指数流加和定流量流加的概念。

5. 流加操作的控制与优化。

6. 分批式操作下微生物的生长曲线。

难点：1. 连续式操作的数学模型。

2. 多级连续培养的数学模型。

3. 流加式操作的数学模型。

本章主要教学要求：1. 理解微生物反应器操作方式的概念。

注意连续式操作、流加式操作和分批式操作的区别。

2. 理解和掌握连续式操作的数学模型及连续稳态操作条件。

3. 理解指数流加和定流量流加的区别。

4. 了解连续式操作的优缺点和应用。

5. 了解流加式操作的优化和控制。

5.1微生物反应器操作基础5.1.1 微生物反应器操作方式分批式操作：是指基质一次性加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反应完成后将全部反应物料取出的操作方式。

连续式操作：是指分批操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内，另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反应条件不随时间变化的操作方式。

流加式操作：是指先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入到反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取出反应物料的操作方式。

VVV图5－3连续式操作5.1.2 不同操作方式的特点在分批式操作中，反应液中基质浓度S 随反应进行不断降低，菌体浓度X 、产物浓度P 则不断升高，因此是一个动态变化过程。

第四章 微生物反应器操作1．请用简图分别给出分批操作、流加操作和连续操作中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。

2．用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大菌体浓度之间的相互关系。

3．请给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养和连续培养中产物生成速率，并进行比较。

4. 何为连续培养的稳定状态？当0][][===dtP d dt S d dt dX 时，一定是稳定状态吗？ 5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X 0 ，生成的细胞量为X A 0 ，此间死亡细胞量为X DO ，已知A A f X X =00X 。

生成的细胞在接种t l 时间后开始指数型繁殖， t l 以后的细胞量为X，请推导出的关系式。

f A 分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并作图表示出。

)(l t f X =6.一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。

7. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。

微生物的生长可采用Monod方程表达。

8. 面包酵母连续培养中，菌体浓度为10kg/m 3，菌体生成速度为10kg/h，求流加培养基中基质（乙醇）浓度及培养液的量。

稀释率1.0=D h-1,Y X/S =0.5kg/kg （以细胞/基质计），可采用Monod 方程，已知μ max = 0.15h -1,K S = 0.05kg /m 3。

9．恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式S i i S C K C K S++=)1(max μμ 给出，其中g g Y L g C L g K S X i S /1.0,/05.0,/0.1===（ 以细胞/ 基质计）， L g X L g C S /05.0,/0.100==,，求菌体的最大生产速率与相应的稀释率D max ，并与没有抑制时相比较。

第一章 绪论1.什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2.生化反应工程研究的主要内容是什么？3.生化反应工程的研究方法有那些？4.解释生物反应工程在生物技术中的作用？5.为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6.何为系统生物学？7.简述生化反应工程的发展史。

8.如何理解加强“工程思维能力”的重要性。

9.为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？第二章生物反应工程的生物学与工程学基础1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。

生物工程与生物科学、发酵工程与生物工程、速率和速度、反应速率与传质速率2. 何为准数和雷诺准数？并解释后者的物理意义3. 工程思维的具体含义是什么？4. 简述酶的催化特性与调节功能。

5. 在一个实际的生物催化过程中如何确保生物催化剂（如酶）的稳定性，并提高催化效率？6. 酶在应用过程中有哪些不同于化学催化剂和微生物作为生物催化剂的地方？7. 微生物培养过程中微生物的世代时间与倍增时间是否是同一概念。

8. 在生物工业中，微生物细胞的量一般采用干重表示，为什么？9. 为什么要固定化酶或微生物细胞？10. 进行生物催化剂（酶或微生物细胞）催化机理研究时，采用固定化酶或微生物细胞是否更有利于清楚了解催化过程机理？11. 何为生物分子工程？ 12. 在微生物培养过程中，操作工人观察到发酵罐上的压力表中的读数为0.025MPa,罐中的发酵液深度为10米，试问在罐底处的微生物细胞承受多大压力？在发酵液表面呢？ 13. 如果在2小时完成生物反应器中70m 3的装液量，请计算物料输入管的管径。

如果要求50分钟将反应液排空，请计算物料输出管的管径。

第三章 酶促反应动力学1. 简述酶促反应的特征及其与化学反应的主要区别是什么？。

2 .应用直线作图法（Lineweaver —Burk 法；Haneswoolf 法；Eadie —Hofstee 法和积分法）求取米氏方程中的动力学参数K s 和r max ，并比较由各种方法所得结果的误差大小。

生物反应工程原理复习题答案一、选择题1. 生物反应器的基本类型包括：A. 搅拌槽式B. 填充床式C. 流化床式D. 所有以上选项2. 微生物生长的四个阶段包括：A. 滞后期B. 对数生长期C. 稳定期D. 衰减期E. 所有以上选项3. 以下哪个不是生物反应器操作模式？A. 批式操作B. 连续操作C. 半连续操作D. 周期性操作二、填空题1. 生物反应器的设计通常需要考虑_________、_________和_________三个主要因素。

2. 在生物反应器中，_________是用来描述微生物生长速率的参数。

3. 微生物的代谢途径可以分为_________代谢和_________代谢。

三、简答题1. 简述批式操作和连续操作的区别。

2. 描述生物反应器中氧气传递的重要性及其影响因素。

四、计算题1. 假设一个生物反应器的体积为1000升，其中微生物的浓度为5克/升。

如果微生物的比生长速率为0.2/小时，计算1小时内生物量的增长量。

2. 给定一个流化床生物反应器，其气体流量为1000升/分钟，气体中氧气的体积分数为21%。

如果反应器的体积为5立方米，计算在30分钟内氧气的总传递量。

五、论述题1. 论述生物反应器中混合和传质的重要性，并举例说明如何优化这些过程。

2. 分析在工业生产中，为什么需要对生物反应器进行规模放大，并讨论规模放大过程中可能遇到的挑战。

六、案例分析题1. 某制药公司使用生物反应器生产抗生素。

在生产过程中，他们发现微生物的生长速率突然下降。

请分析可能的原因，并提出解决方案。

2. 一个废水处理厂使用活性污泥法处理工业废水。

请根据活性污泥法的原理，分析废水处理过程中可能出现的问题，并提出改进措施。

七、实验设计题1. 设计一个实验来评估不同搅拌速度对微生物生长速率的影响。

2. 设计一个实验来测定生物反应器中氧气的溶解度。

八、结束语通过本复习题的练习，希望能够帮助学生更好地理解和掌握生物反应工程的原理，为进一步的学习和研究打下坚实的基础。

第四章复习题
4．Monod 方程建立的几点假设是什么？Monod 方程与米氏方程主要区别是什么？
答： Monod方程建立的基本假设：微生物生长中，生长培养基中只有一种物质的浓度（其他组分过量）会影响其生长速率，这种物质被称为限制性基质，并且认为微生物为均衡
生长且为简单的单一反应。

Monod 方程与米氏方程的主要区别如下表所示：
Monod 方程与米氏方程的区别
5．举例简要说明何为微生物反应的结构模型？
答：由于细胞的组成是复结的，当微生物细胞内部所含有的蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、维生素等的含量随环境条件的变化而变化时，建立起的动力学模型称为结构模型。

8.缺
9．在啤酒酵母的生长试验中，消耗了 0.2kg 葡萄糖和 0.0672kgO2，生成 0.0746kg 酵母菌和0.121kgCO2，请写出该反应的质量平衡式，计算酵母得率YX/S 和呼吸商 RQ。

解：假设反应的质量平衡式为：
10.微生物物繁殖过程中分裂一次生成两个子细胞，也有 4 分裂或 8 分裂的，试证明当 n 分裂时，有如下式子：t d/t g= ln 2/ lnn ，式中： td 为倍增时间， tg为世代时间。

dX/Xdt=μ, 边界条件，t=0,X=X0,
积分得ln(X/X0)= μt
t=t d,, X/X0=2,所以td=ln2/μ
13.缺
15.缺
第五章复习题
第三章复习题4.解
5．
20.
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。

生物反应工程试题答案解析一、选择题1. 生物反应器中，通常用于好氧微生物培养的是哪种气体？A. 氧气B. 氮气C. 二氧化碳D. 氩气答案：A解析：在生物反应器中，好氧微生物需要氧气来进行呼吸作用，因此通常使用的气体是氧气。

氮气、二氧化碳和氩气在好氧微生物培养中不是必需的。

2. 下列哪种微生物代谢方式属于厌氧代谢？A. 硝化作用B. 反硝化作用C. 光合作用D. 有氧呼吸答案：B解析：反硝化作用是一种厌氧代谢过程，其中微生物将硝酸盐还原为氮气。

硝化作用是好氧微生物将氨转化为硝酸盐的过程。

光合作用是植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳转化为有机物的过程。

有氧呼吸是大多数生物在氧气存在的条件下进行的能量获取过程。

3. 在生物反应工程中，哪个参数是影响细胞生长和产物形成的关键因素？A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 所有以上选项答案：D解析：在生物反应工程中，温度、pH值和氧气供应都是影响细胞生长和产物形成的关键因素。

适宜的温度可以保证酶的活性和细胞的代谢活动，pH值影响酶的活性和微生物的生长环境，氧气供应对于好氧微生物的生长至关重要。

4. 以下哪种培养基成分不适合用于培养大肠杆菌？A. 蛋白胨B. 酵母提取物C. 氯化钠D. 葡萄糖答案：C解析：氯化钠通常用于培养基中以调节渗透压，但高浓度的氯化钠对大肠杆菌等许多微生物是有毒的，因此不适合用于培养大肠杆菌。

蛋白胨、酵母提取物和葡萄糖是常用的营养物质，可以提供碳源和氮源，促进大肠杆菌的生长。

二、填空题1. 在生物反应器的设计中，通常需要考虑的三个主要因素是________、________和________。

答案：温度、pH值、氧气供应解析：生物反应器的设计需要考虑多种因素，其中温度、pH值和氧气供应是影响微生物生长和产物形成的三个主要因素。

2. 微生物代谢可以分为________和________两种类型。

答案：好氧代谢、厌氧代谢解析：微生物代谢根据氧气的需求可以分为好氧代谢和厌氧代谢两种类型。

生物反应工程试题及答案试题一：生物反应工程概述在生物反应工程中，我们利用生物体的代谢能力来合成化合物、转化物质或产生能量。

以下是对生物反应工程的一些基本概念的题目，请选择正确答案。

1. 生物反应工程是利用（）的能力实现生产和转化化合物的过程。

a) 生物体b) 化学物质c) 物理装置d) 电子设备2. 生物反应工程最主要的应用领域是（）。

a) 药物生产b) 石油化工c) 电子制造d) 金属冶炼3. 生物反应工程最重要的一项技术是（），通过它，可以以较低的能耗和环境影响生产大量化合物。

a) 化学合成b) 高压工艺c) 傅里叶变换d) 发酵4. 生物反应工程所处理的化工过程是（）。

a) 纯物理过程b) 纯化学反应c) 物理和化学相结合的过程d) 电子和光学相结合的过程5. 生物反应工程中，所使用的生物体通常是（）。

a) 细胞b) 分子c) 元素d) 蛋白质答案：1. a) 生物体2. a) 药物生产3. d) 发酵4. c) 物理和化学相结合的过程5. a) 细胞试题二：生物反应器设计生物反应器是生物反应工程中最关键的设备之一。

以下是关于生物反应器设计的问题，请回答问题并填写正确答案。

1. 生物反应器设计的目的是（）。

2. 生物反应器的主要组成部分包括（）3. 生物反应器的操作条件包括（）4. 生物反应器的分类方式有（）5. 生物反应器的性能评价指标有（）答案：1. 实现生物过程的控制和优化2. 反应器本体、搅拌装置、进料和排出装置、温度和pH控制装置等3. 温度、pH值、压力、氧气含量、营养物质浓度等4. 根据不同的特点和应用，可以分类为批式反应器、连续流动反应器、循环流化床反应器等5. 反应物转化率、产物收率、反应速率、混合程度等试题三：生物反应工程中的微生物应用微生物在生物反应工程中起着至关重要的作用。

请根据问题选择正确答案。

1. 微生物在生物反应中的作用是（）。

2. 哪种微生物常用于生物反应生产中的蛋白质？3. 哪种微生物常用于生物反应生产中的酒精？4. 哪种微生物常用于生物反应生产中的纤维素酶？5. 微生物工程常用的培养基包括（）。