反应工程原理

简答题1、说明动物细胞培养反应器中流体剪切力的主要来源？P210主要来源为：机械剪切力、气体搅拌剪切力2、说明固定化酶反应的Φ模数的物理意义，它与那些变量与参数有关？ P103Φ = 表面浓度下的反应速率 / 内扩散速率= 最大反应速率的特征值 / 最大内扩散速率的特征值 一级反应：e1V P P1D k S V =Φ Φ1 = Φ1 (V P ，S P ，k V1，D e ) Φ与内扩散速率、反应速率、内扩散阻力、对反应速率的限制程度、有效因子η等有关，而内扩散的有效因子又和颗粒粒度、颗粒活性、孔隙率、孔径、反应温度等有关3、哪些传递过程特性与流体流动的微观效应有关？P223，P298 7-30，PPT P1图4、从反应器内物料混合的角度说明反应器放大过程中传递过程特性的变化？ P235有流体流变特性、流体剪切作用、传质特性、氧的传递、质量传递5、说明生物反应器中对流体剪切力的估计参数有哪些？P210通过混合，可使反应器中物料组成与温度、pH 分布更趋于均匀，可强化反应体系的传质与传热，使细胞或颗粒保持悬浮状态(1) 宏观混合：机械搅拌反应物流发生设备尺寸环流，物料在设备尺度上得到混合，对连续流动反应器即为返混(2) 微观混合：物料微团尺度上的混合，反映了反应器内物料的聚集状态6、生物反应器操作选择补料分批培养的理由有哪些？P131，P177(1) 积分剪切因子 I ．SF = ΔμL / Δx = 2πNd / (D -d)(2) 时均切变率 γave(3) 最小湍流漩涡长度λ7、说明临界溶氧浓度的生理学意义？P62，P219补料分批操作的特点是：可调节细胞反应过程环境中营养物质的浓度，一方面可避免某些营养成分的初始浓度过高而出现底物抑制的现象；另一方面又可防止某些限制性营养成分在反应过程中被耗尽而影响细胞生长及产物形成。

同时还可解除产物的反馈抑制及葡萄糖的分解阻遏效应等。

故在细胞反应过程中，实施流加操作可有效对反应过程加以控制，以提高反应过程的水平。

填空题1理想的酶反应器主要有两种：CPFR和CSTR2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<<Km时，，属一级反应。

当CS>>Km时，，属零级反应。

当CS＝Km 时，。

Km在数量上等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。

16K m值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。

催化剂反应原理催化剂在化学反应中起着至关重要的作用。

它们可以加速化学反应的速率，减少活化能，并改变反应的路径。

本文将深入探讨催化剂的反应原理，包括反应机理、催化剂的种类和使用方法等。

一、催化剂的定义与作用催化剂是指能够改变化学反应速率却自身在反应过程中不被消耗的物质。

它们通过提供一个更低的能量路径，降低反应的活化能，从而加速反应速率。

催化剂在反应开始时会与反应物发生化学反应，生成中间体；在反应结束时再与中间体发生反应，形成产物。

因此，催化剂并不改变反应的热力学特性，只是增加了反应动力学。

二、催化反应的机理催化反应的机理主要包括吸附、活化和解离三个步骤。

首先，催化剂通过吸附反应物分子到其表面，形成化学键。

这一步骤通常需要克服吸附物的活化能。

随后，活化的反应物在催化剂表面上发生重新排列和重组，形成过渡态。

最后，产物从催化剂表面解离，释放出来。

整个过程中，催化剂的作用是降低反应物吸附、解离和重组的能量障碍，并提供适合反应进行的环境。

三、常见的催化剂种类催化剂可以根据其化学性质和物理性质来分类。

根据化学性质，催化剂可以分为酸催化剂、碱催化剂和酶催化剂等。

其中，酸催化剂通过供给质子给反应物，促进质子化反应。

碱催化剂则通过提供氢负离子或电子给反应物，促进去负离子化反应。

而酶催化剂则是生物体内特定酶蛋白质的催化作用。

根据物理性质，催化剂可以分为气相催化剂和固相催化剂。

气相催化剂常用于气相反应，而固相催化剂常用于液相或气液两相反应。

四、催化剂的选择与应用选择合适的催化剂对于提高反应效率和产物纯度至关重要。

催化剂的选择应考虑反应过程的热力学和动力学特性以及催化剂的稳定性和寿命。

此外，催化剂的活性和选择性也是选择的重要因素。

催化剂的活性和选择性取决于其表面活性位点的特性，可通过合适的改性手段进行优化。

例如，添加载体物质、引入助剂或选择合适的晶体结构等方法可以调节催化剂的活性和选择性。

催化剂的应用非常广泛，涉及到很多领域，如石化工艺、环境保护、能源生产等。

第一章生物工程导论1.生化反应工程的概念以生物反应动力学为基础，利用化学工程方法研究生物反应过程的一门学科。

2.生化反应工程研究对象研究生物反应动力学反应器设计3.生化反应特点优点：反应条件温和设备简单同一设备进行多种反应通过改良菌种提高产量缺点：产物浓度低，提取难度大废水中的COD和BOD较高前期准备工作量大菌种易变异，容易染杂菌4.生化反应动力学本征动力学：又称微观动力学，生化反应所固有的速率没有物料传递等工程因素影响。

反应器动力力学：宏观动力学，在反应器内所观察到的反应速率是总速率考虑。

5.生化工程研究中的数学模型结构模型：由过程机理出发推导得出半结构模型：了解一定机理结合实验数据经验模型：对实验数据的一种关联第二章生物反应工程的生物学与工程基础1.因次：导出单位，也称量纲。

2.红制及基本单位密度比容气体密度压力第三章微生物反应计量学教材p53-641.反应计量学：对反应物组成及转化程度的数量化研究2.得率系数与维持因数：得率系数：细胞生成量与基质消耗量的比值维持因数：单位质量细胞进行维持代谢时所消耗的基质。

3.细胞组成表达式及元素衡算方程细胞组成表达式CH1-8O0.5N0.2元素衡算方程CHmOn+aO2+bNH3=CCH2O3Nr+d H2O +e CO24.得率系数与计量系数关系当细胞反应是细胞外产物的简单反应时，得率系数与计量系数关系如下：5．呼吸商：二氧化碳产生速率与氧气消耗速率之比6.实例计算第四章均相酶反应动力学（教材P8-10,26-38）1．酶活力表达方法及催化特性催化特性：酶具有很强的专一性较高的催化效率反应条件温和易失活，温热，氧化失活2.了解反应速率方程的几种形式零级反应：反应速率与底物浓度零次方成正比一级反应：反应速率与底物浓度一次方成正比二级反应：反应速率与浓度二次方成正比连锁酶促反应：3.米式方程快速平衡和拟稳态三点假设4.米式方程推导5.M-M方程与B-M方程比较6.酶反应一级动力学表达式及计算7.动力学常数Km与Vm的求取8.影响酶反应速率的因素：底物浓度酶浓度产物浓度PH值温度激活剂抑制剂9.竞争性、非竞争性、和反竞争性抑制的概念及动力学表达式竞争性：抑制剂为底物类似物，酶结合位点结合阻碍底物一般可逆非竞争性：抑制剂与酶活性位点以外结合，不影响底物的结合，最终可形成三联复合物反竞争性：抑制剂不与游离酶结合，但与复合物ES结合形成三联复合物10.酶失活动力学模型及测定方法第五章固定化酶与固定化细胞（教材P15-17,39-46）1.固定化酶、细胞制备方法与特点固定化细胞：物理化学手段将细胞限制哎一定空间保持活性并连续使用2.固定化酶与游离酶区别3.评价固定化酶生物催化剂指标固定化酶活力偶联率及相对活力4.固定化酶促反应动力学本征速率及本征动力学代表酶的真实特性；固定化酶催化反应速率受扩散和传质影响；所测速率是宏观有效反应速率和游离酶不同。

化学反应工程及其应用化学反应工程是一门关于化学反应的工程学科。

它将各种化学过程组合起来，以生产所需的化学物质，开发并测试反应过程，设计和构建反应设备，并确定最佳生产条件，以优化反应过程的效率和经济性。

化学反应工程的应用范围非常广泛，涉及到医药、化工、精细化学品、材料科学等领域。

化学反应工程的发展始于20世纪初期，随着化学工业的飞速发展，化学反应工程开始日益重要。

20世纪50年代初到60年代初，化学反应工程在美国得到了迅速的发展，主要是由于冷战带来的创新需求以及科学家们的勇气和智慧。

在那个时候，化学反应工程着眼于提高燃料使用效率、建立原子能生产过程等等。

摩尔斯海军实验室在世界上首次提出了反应工程的概念，也是第一个建立独立的反应工程部门的机构。

如今，化学反应工程已成为一门成熟的学科。

在化学生产领域，化学反应工程不仅是制定化学反应工艺、优化生产过程、管理安全生产的重要手段，同时也是衡量企业核心竞争力的重要指标之一。

在新材料领域，化学反应工程的应用也非常广泛，如合成碳纳米管、石墨烯等。

此外，在环境治理、食品营养等领域，化学反应工程也发挥着重要作用。

化学反应工程的原理主要基于化学动力学和热力学。

理解和掌握化学动力学和热力学的基本原理，对于开发高效反应工艺以及解决突发情况至关重要。

在实际应用中，还需要考虑反应过程的物质输送过程（质量传递）以及实验的系统工程学问题。

反应工程在某种意义上是一种机械工程。

反应器的机械设计、数字模拟等都是反应器设计的必备要素。

反应器表面的腐蚀问题、反应器壁材料选择等问题都需要通过可靠的测试、分析和预测来加以解决。

其中，以CFD (Computational Fluid Dynamics) 为代表的计算方法尤为重要。

总之，化学反应工程作为一门基础学科，涉及的内容和应用领域非常广泛。

在未来，化学反应工程将在高效催化剂和反应器中的应用、绿色化学领域、生物反应工程等领域大显身手。

同时，化学反应工程也需要不断创新和发展，应用前沿科技和理念，为人类创造更多的价值。

混凝土施工中的水化反应原理一、引言混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其强度、硬度、耐久性等性能主要由水化反应过程决定。

因此，深入了解混凝土水化反应原理对混凝土的施工、养护、耐久性等方面具有重要意义。

二、混凝土的组成和水化反应混凝土是由水泥、骨料、粉料和水等原材料按照一定比例配合制成的材料。

其中，水泥是混凝土中最重要的成分，其主要成分为硅酸盐和铝酸盐，是混凝土中水化反应的起始物质。

混凝土的水化反应是指水泥与水发生化学反应，形成水化产物，产生热量并逐渐硬化的过程。

三、水化反应的过程1. 水泥的水化反应过程水泥与水反应后，会分解出各种水化产物。

首先，在水泥颗粒表面形成水化膜，然后水化膜向内扩散，形成水化带。

随着时间的推移，水化带逐渐扩大，直到全部水化完成。

整个过程可以分为以下几个阶段：（1）吸水和沉淀阶段：水和水泥颗粒表面的氢氧根离子结合，形成水化膜。

（2）结晶核形成阶段：水化膜向内扩散，使水泥颗粒表面的硅酸盐和铝酸盐水化生成了一些半水合物，并在表面形成了微小的结晶核。

（3）晶体生长阶段：随着时间的推移，结晶核逐渐成长，形成更大的晶体。

同时，非晶态的水化产物也逐渐转化为晶体。

（4）硬化阶段：晶体继续生长，逐渐填充空隙，形成致密的水化产物，使混凝土逐渐硬化。

2. 水化反应的影响因素水化反应的速率和产物的性质受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：（1）水泥的种类和品种：不同种类和品种的水泥水化反应的速率和产物的性质都不同。

（2）水泥与水的配合比：水泥与水的配合比会影响水泥的分散度和水化反应的速率。

（3）温度：温度对水泥水化反应的速率和产物的性质都有一定影响。

（4）骨料和粉料的质量：骨料和粉料的质量对混凝土的性能和水化反应也有影响。

四、混凝土水化反应的热效应混凝土水化反应不仅是化学反应，还是一个放热反应。

由于水化反应产生的热量不能迅速散发，会在混凝土内部积累，导致温度升高。

如果混凝土内部温度过高，会影响混凝土的性能、耐久性和使用寿命。