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。

Dm
制性基质
KS图 4
Scrit
S
Scrit 如图所示。
若 S<Scrit，此基质为限
五、简答题 （25 分） 1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？
答：莫诺方程与米氏方程的区别如下表所示。
莫诺方程： µ = µmax S KS + S
描述微生物生长
米氏方程： r = rmax S Km + S
描述酶促反应
经验方程
理论推导的机理方程
方程中各项含义：
方程中各项含义：
μ：生长比速(h-1) μmax：最大生长比速(h-1) S: 单一限制性底物浓度(mol/L) KS:半饱和常数(mol/L)
r：反应速率(mol/L.h) rmax：最大反应速率(mol/L.h) S：底物浓度(mol/L) Km：米氏常数(mol/L)
3、何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区别？ 答：恒化器、恒浊器指的是两种控制方法。恒化器是通过控制流量而达 到相应的菌体浓度。恒浊器则是通过监测菌体密度来反馈调节流量。前 者通过计量泵、溢流管来保证恒定的流量；后者通过光电池监测细胞密 度，以反馈调节流量来保证细胞密度的恒定。恒化器便于控制，其应用 更为广泛。
4、影响 kLa 的因素有哪些，如何提高 kLa 或 Nv？
答：影响 kLa 的因素有： ①设备参数如设备结构尺寸、搅拌器直径； ②操作参数如搅拌转速、通风量； ③发酵液性质，如流变学性质。 提高 kLa 或 Nv 的措施有： ① 提高转速 N，以提高 Pg，从而提高 kLa。 ② 增大通风量 Q。当 Q 不大时，增大 Q 可明显提高 kLa；但当 Q 已较大时，继续提高 Q，将降低 Pg，其综合效果不会明显提高 kLa，甚至可能降低，因此有些调节措施是将提高转速 N 和增大 通风量 Q 二者结合。 ③ 为了提高 NV，除了提高 kLa 之外，提高 C*也是可行的方法之一。 通入纯氧或在可行的条件下提高罐内操作压力，均可提高 C*。 ④ 丝状菌的生长导致发酵液粘度的急剧上升和 kLa 的急剧下降。 过分提高转速和通气量可能导致菌丝体的机械破坏和液泛。在 此情况下可重复地放出一部分发酵液，补充新鲜灭菌的等体积 培养基，这样可使 kLa 大幅度回升。 ⑤ 向发酵液中添加少量氧载体，可提高 kLa。

根据题中数据可列质量平衡式： CH 2O + aO2 + bNH 3 → cCH1.66 N 0.13O0.4 + dCO2 + eH 2O 对C： 1= c+ d 对O :1 + 2a = 0.4c + 2d + e 对H : 2 + 3b = 1.66c + 2e 对N : b = 0.13c 同时，RQ : d = 1.8a 求方程组得：a = 0.117, b = 0.103, c = 0.79, d = 0.21, e = 0.5
14、细胞生长和代谢的结构模型包括室模型、代谢模型、产物生成结构模型以及 基因调控和单细胞模型。 13、一般来说，细胞反应过程往往采用积分反应器，其表现为时间对细胞浓度、 底物浓度、 产物浓度的关系， 需要进一步变换为微分形式进行动力学参数的计算。
24
生物反应工程习题精解
第四章 细胞反应过程动力学
具体方法见下：
原始数据 t~CX、CS、CP
变换数据 µ =
1 ∆C X 1 ∆CS 1 ∆CP 、 qS = 、 qP = C X ∆t C X ∆t C X ∆t
对细胞动力学，变换为线性方程
1
µ
=
µ max
KS
1 1 + ， CS µ max
作图计算细胞动力学参数 K S 和 µ max
由细胞动力学参数 K S 和 µ max ，计算底物消耗动力学参数 和产物动力学参数
D 0.06 0.12 0.24 0.31 0.43 0.53 CS 0.006 0.013 0.033 0.04 0.064 0.100 CX 0.427 0.434 0.417 0.438 0.422 0.427 1/μ 16.67 8.33 4.17 3.22 2.33 1.89 1/CS 166.67 79.92 30.30 25 15.625 9.80 ⊿CS 0.962 0.955 0.935 0.928 0.904 0.866 rS 0.058 0.11 0.22 0.29 0.39 0.46 qS 0.135 0.264 0.538 0.657 0.921 1.075

杯式补料系统
生产车间计算机 控制室
流加培养操作
应用举例
消除快速利用碳源后，造成的阻遏效应，维持罐内良 好的需氧发酵条件。
避免培养基中某些成分的毒害作用。
生产酵母培养基中含有麦芽汁过多，开始导致细胞 的过速增长，同时细胞对氧气的需求大于设备提供 的能力，是培养系统成为厌氧条件，是酵母产生乙 醇，导致抑制细胞的生长，成为阻遏效应。 同理，面包酵母如果添加葡萄糖超过某一值时，也 会产生此效应。 青霉菌发酵生产青霉素，要求精确的控制葡萄糖的补入 速率。生长期是葡萄糖的含量适宜。而在生产期控制补 料速率，使青霉素的合成速率达到高值。 另一方面，产物前提物的添加，有利于产量的提高，担 当此物质对细胞的生长有毒害作用使，应采用缓慢的加 料方式，如苯乙酸钠。
4.2.1 生长曲线
分批培养中微生物的生长曲线如图 4-2 。 随培养的进行，基质浓度下降，菌体量增加， 产物量相应增加。分批式培养过程中，微生物 的生长可分为： 1、迟缓期（lag phase)； 2、对数生长期（lagarithmic growth phase）； 3、减速期（fransient phase）； 4、静止期（stationary phase）； 5、衰退期（decline phase）5个阶段。
由上式可知
1
Xi Xf
产物浓度的衡算为
PiV Pf V Pf V 1
Pi Xi Pi Pf Xf Pf


产物的生产能力
PRB Pf Pi t RB
Pf
t RB
其培养过程中基质体积变化曲线如图41c所示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保持一定当反应终止时取出反应物料的操作方式酵母淀粉酶某些氨基酸和抗生素等采用这种方式进行生产

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（）。

生物反应器试题库及答案一、选择题1. 生物反应器中，细胞培养的目的是（）。

A. 提取细胞B. 生产代谢产物C. 获得细胞产物D. 所有上述选项答案：D2. 生物反应器中，细胞悬浮培养的主要优点是（）。

A. 易于放大B. 易于控制C. 易于操作D. 所有上述选项答案：D3. 在生物反应器中，细胞培养基的组成通常包括（）。

A. 碳源B. 氮源C. 无机盐D. 所有上述选项答案：D4. 生物反应器中，细胞生长的控制因素不包括（）。

A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 重力答案：D5. 生物反应器中，细胞代谢产物的分离和纯化不包括以下哪一项（）。

A. 细胞破碎B. 代谢产物提取C. 代谢产物纯化D. 细胞培养答案：D二、填空题1. 生物反应器是利用______作为生物催化剂，进行______生产的一种装置。

答案：生物体、生物制品2. 生物反应器的设计需要考虑的因素包括______、______、______、______等。

答案：温度、pH值、氧气供应、营养物质供应3. 在生物反应器中，细胞生长的控制可以通过调节______、______、______等参数来实现。

答案：温度、pH值、氧气供应4. 生物反应器中，细胞培养基的类型包括______、______、______等。

答案：合成培养基、天然培养基、半合成培养基5. 生物反应器中，细胞代谢产物的分离和纯化过程包括______、______、______等步骤。

答案：细胞破碎、代谢产物提取、代谢产物纯化三、简答题1. 简述生物反应器在生物技术中的重要性。

答案：生物反应器是生物技术中的核心设备之一，它提供了一个可控的环境，用于细胞的生长和代谢产物的生产。

通过精确控制反应器内的条件，可以优化细胞的生长速率和代谢产物的产量，从而提高生产效率和降低成本。

此外，生物反应器还可以用于研究细胞的生理和代谢特性，为生物技术的发展提供理论基础。

2. 描述生物反应器中细胞悬浮培养的主要特点。

第I I篇思考题第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2.去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3.简述土壤污染治理的技术体系。

4.简述废物资源化的技术体系。

5.阐述环境净化与污染控制技术原理体系。

6.一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。

试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。

第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。

4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。

5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么？2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。

3.质量衡算的基本关系是什么？4.以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征？5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。

4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第三章流体流动第一节管流系统的衡算方程1．用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化？2．当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少？3．拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并说明该方程的适用条件。

4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量？其宏观的表现形式是什么？5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动？6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率？第二节流体流动的内摩擦力1.简述层流和湍流的流态特征。

第四章微生物的营养和培养基习题参考答案A部分习题参考答案一、选择题1-5. DACCB；6-10. ABCCD；11-15. ACCDC二、是非题1-5. TFTTT；6-10. TTTTF三、填空题1.CO2，糖类，醇类，有机酸类2.氮气，硝态氮，铵态氮，有机氮化物3.光，CO2，有机物，CO24.氧化无机物，CO25.光能自养型，光能异养型，化能自养型，化能异养型6.基团转位.7.NH3，CO2，化能自养型8.碳素，氮素，矿质元素，生长因素，水.9.有机物，无机物，水.10.主动输送，基团转位11.主动运输，基团移位.12.光能，CO2，，有机物，H2O，，有机物13.0.63-0.99，5:114.病毒，立克次氏体，人工配制的培养基，活体培养15.糖，氨基酸，某些阳离子四、解释题1.微生物营养：指微生物获得与利用营养物质的过程。

2.光能自养型：以日光为能源，以CO2为碳源合成细胞有机物的营养类型。

3.化能自养型：通过以氧化无机物释放出的能量还原CO2成为细胞有机物的营养类型。

4.化能异养型：用有机物分解时释放出的能量将有机物分解的中间产物合成新的有机物的营养类型。

5.有机营养型微生物：只以适宜的有机化合物作为营养物质的微生物。

6.无机营养型微生物：以CO2作唯一碳源，不需要有机养料的微生物。

7.生长因子：微生物生长不可缺少的微量有机物，包括维生素，氨基酸及碱基等。

8.单纯扩散：营养物质进入微生物细胞时不需要载体参加，也不消耗代谢能量，而是顺营养物的浓度梯度由高浓度向低浓度运输营养物质进入微生物细胞的运输方式。

9.主动运输：营养物质在运进微生物细胞时，需要载体蛋白参与，需要消耗能量，并可以以逆营养物浓度梯度进行运输的运输方式。

这是微生物中存在的一种主要运输方式。

10. 培养基：人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。

五、简答题1. 微生物需要哪些营养物质，它们各有什么主要生理功能？微生物生长需要碳素，氮素，矿质营养，生长因素等营养物质，其主要生理功能分别叙述如下：（1）碳素营养物质：主要用来构成细胞物质和（或）为机体提供生命活动所需要的能量，常用糖类物质作C源。

生物反应器试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 生物反应器中，下列哪个因素不是影响细胞生长和代谢的关键因素？（）A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 重力答案：D2. 在动物细胞培养中，通常使用的培养基是（）。

A. 植物培养基B. 微生物培养基C. 动物细胞培养基D. 昆虫培养基答案：C3. 以下哪种类型的生物反应器不适合用于大规模生产？（）A. 搅拌式生物反应器B. 气升式生物反应器C. 固定床生物反应器D. 摇瓶答案：D4. 在生物反应器的设计中，以下哪个参数不是必须考虑的？（）A. 搅拌速度B. 通气量C. 光照强度D. 温度控制答案：C5. 以下哪种细胞不适合作为生物反应器的宿主细胞？（）A. 酵母菌B. 哺乳动物细胞C. 植物细胞D. 病毒答案：D6. 在生物反应器的操作中，以下哪个参数的控制对于维持细胞生长和代谢至关重要？（）A. 营养物质的浓度B. 代谢废物的积累C. 细胞密度D. 所有上述因素答案：D7. 以下哪种生物反应器的设计主要用于提高氧气传递效率？（）A. 搅拌式生物反应器B. 气升式生物反应器C. 固定床生物反应器D. 流化床生物反应器答案：B8. 在生物反应器中，细胞的剪切力损伤通常与哪个操作参数有关？（）A. 搅拌速度B. 通气量C. 温度D. pH值答案：A9. 以下哪种生物反应器的设计可以减少细胞的剪切力损伤？（）A. 搅拌式生物反应器B. 气升式生物反应器C. 固定床生物反应器D. 流化床生物反应器答案：B10. 在生物反应器的操作中，以下哪个参数的控制对于维持细胞的生理状态至关重要？（）A. 营养物质的供应B. 代谢废物的去除C. 细胞密度D. 所有上述因素答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）11. 在设计生物反应器时，需要考虑以下哪些因素？（）A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 营养物质供应答案：ABCD12. 以下哪些因素会影响生物反应器中细胞的生长和代谢？（）A. 搅拌速度B. 通气量C. 光照强度D. 细胞密度答案：ABD13. 在动物细胞培养中，以下哪些因素是必须控制的？（）A. 温度C. 氧气供应D. 二氧化碳浓度答案：ABCD14. 以下哪些是生物反应器中常用的搅拌方式？（）A. 机械搅拌B. 磁力搅拌C. 气升搅拌D. 无搅拌答案：ABC15. 在生物反应器的操作中，以下哪些参数需要实时监测和控制？（）A. 温度B. pH值D. 营养物质浓度答案：ABCD三、判断题（每题2分，共20分）16. 生物反应器的设计和操作必须考虑细胞的剪切力损伤。

生物反应工程复习题答案1. 什么是生物反应器？请简述其基本组成。

答：生物反应器是一种用于生物过程的设备，它提供了适宜的环境，使生物催化剂（如细胞、酶等）能在其中进行生物转化反应。

其基本组成包括反应容器、搅拌器、温度控制系统、pH控制系统、气体交换系统和监测系统。

2. 描述微生物培养过程中的两种主要生长阶段，并解释它们的特点。

答：微生物培养过程中的两种主要生长阶段是滞后阶段和指数生长阶段。

滞后阶段是指微生物接种到培养基后，由于需要适应新环境和合成生长所需的酶，生长速率较慢。

指数生长阶段是指微生物适应环境后，以恒定的速率快速繁殖，细胞数量呈指数增长。

3. 简述酶催化反应的特点。

答：酶催化反应具有高度的专一性，即一种酶只能催化特定的底物反应；酶催化反应具有高效性，酶的催化效率远高于非生物催化剂；酶催化反应具有温和的反应条件，通常在常温、常压和中性pH下进行；酶催化反应具有可逆性，酶可以反复使用，直到失活。

4. 什么是发酵过程？请列举发酵过程中常用的几种微生物。

答：发酵过程是指利用微生物的代谢活动，将原料转化为有用产物的过程。

常用的微生物包括酵母菌、乳酸菌、醋酸菌和霉菌等。

5. 描述细胞培养中常用的两种培养基，并说明它们的用途。

答：细胞培养中常用的两种培养基是基础培养基和完全培养基。

基础培养基提供了细胞生长所需的基本营养成分，如氨基酸、维生素和无机盐等。

完全培养基则在基础培养基的基础上添加了血清、生长因子等成分，以促进细胞的增殖和分化。

6. 什么是生物反应工程中的搅拌？它在生物反应器中起什么作用？答：搅拌是生物反应工程中的一种操作，通过机械搅拌器在反应器内产生流体的循环流动。

搅拌的作用包括促进气体交换、提高传热效率、防止细胞沉淀和提高反应器的混合均匀性。

7. 简述生物反应器中温度控制的重要性。

答：温度控制对于生物反应器中的生物过程至关重要，因为生物催化剂（如酶和细胞）的活性和稳定性受温度影响。

适宜的温度可以提高反应速率和产物产量，而不适宜的温度可能导致生物催化剂失活或产生副产物。

生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科，它涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。

生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件，提高生物体的生产能力和产物质量，从而实现高效、可持续的生产。

在学习生物反应工程的过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。

下面是《生物反应工程第二版》课后习题的答案，供大家参考。

第一章：生物反应工程概述1. 生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科。

2. 生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件，提高生物体的生产能力和产物质量。

3. 生物反应工程涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。

第二章：微生物生长动力学1. 微生物生长动力学是研究微生物生长和代谢的数量关系的学科。

2. 在生物反应工程中，通常使用生长速率方程来描述微生物生长的动力学过程。

3. 常见的生长速率方程有Monod方程、麦克斯韦方程等。

第三章：反应器设计与操作1. 反应器是进行生物反应工程的核心设备，其设计与操作对反应过程的效果有重要影响。

2. 常见的反应器类型有批式反应器、连续流动反应器、气液循环反应器等。

3. 反应器的设计应考虑反应物的输送、温度、pH值等因素。

第四章：质量传递与传质过程1. 质量传递是指物质在反应器中的传输过程，包括物质的输送和扩散。

2. 传质过程对反应的速率和效果有重要影响，需要进行合理的设计和优化。

3. 常见的传质方式有对流传质、扩散传质等。

第五章：反应动力学与反应机理1. 反应动力学是研究反应速率与反应物浓度之间关系的学科。

2. 反应机理是指反应过程中发生的化学反应步骤和反应物之间的转化关系。

3. 反应动力学和反应机理的研究对于反应过程的优化和控制具有重要意义。

总结起来，生物反应工程是一门综合性学科，涉及到生物体的生理学、微生物学和化学工程学等多个学科的知识。

第四章 化学反应工程的基本原理4-2 在一定条件下，SO 2催化制取SO 3的反应式为：已知反应器入口处SO 2的浓度是7.15%（摩尔分数，下同），出口物料中含SO 2 0.48%, 求SO 2的转化率。

解： 5.02)21(2-=+-=A δ∵ A A A A A A x y x y y 0,0,1)1(δ+-=∴ %5.93%48.05.01%15.7%48.01110,=⨯--=+-=A A A A A y y y x δ 4-3 已知700℃、3⨯105Pa （绝压）下的反应：C 4H 10 → 2C 2H 4 + H 2 （A ） （B ）反应开始时C 4H 10为116kg 。

求当反应完成50%时，c A 、p A 、y A 、c B 各为多少？ 解：依题意 y A,0 = 1，x A = 50% 21112=-+=A δc A,0 = p A.0RT = 3 ⨯ 1058.314 ⨯ (700 +273) = 37.09kmol·m -3c A =c A.0(1 - x A )1 + δA y A.o x A = 37.09 ⨯ (1 - 50%)1 +2 ⨯ 1 ⨯ 50%= 9.27 kmol·m -3p A = p A.0(1 - x A )1 + δA y A.o x A = 3⨯105 ⨯ (1 - 50%)1 +2 ⨯ 1 ⨯ 50% = 7.5 ⨯ 104Pay A =y A.0(1 - x A )1 + δA y A.o x A = 1⨯ (1 - 50%)1 +2 ⨯ 1 ⨯ 50%= 0.254-4 乙醇在装有氧化铝催化剂的固定床反应器中脱水，生成乙烯： C 2H 5OH → C 2H 4 + H 2O测得每次投料0.50kg 乙醇，可得0.26kg 乙烯，剩余0.03kg 乙醇未反应。

求乙醇转化率、乙烯的产率和选择性。

解：乙醇总消耗量 = 0.50 - 0.03 = 0.47kg其转化率x A = 0.470.50 ⨯ 100% = 94%设生成0.26kg 乙烯需乙醇a kg a =0.26 ⨯ 4628= 0.427kg 乙烯的选择性S p = 0.4270.47= 0.909乙烯的收率Y p = S p · x A = 0.909 ⨯ 0.94 = 0.8544-5 在间歇操作搅拌釜中用醋酸和丁醇反应生产醋酸丁酯，反应式为：CH 3COOH + C 4H 9OH −−→−42SOH CH 3COOC 4H 9 + H 2O（A ） (B ) （R ） （S ）已知反应在100℃下进行，动力学方程为 (-r A )= 2.9 ⨯10-7c A 2mol·m -3·s -1。