生化反应工程试题
生物反应工程试题4及答案
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。
化学反应工程试题及答案
化学反应工程试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 化学反应工程中，反应速率常数k与温度的关系遵循（）。
A. Arrhenius方程B. Van't Hoff方程C. Le Chatelier原理D. Nernst方程2. 在固定床反应器中，流体通过催化剂床层的流动方式是（）。
A. 并流B. 逆流C. 交叉流D. 层流3. 以下哪种催化剂不属于均相催化剂？（）A. 酸B. 碱C. 金属D. 酶4. 反应器的体积效率是指（）。
A. 反应器体积与所需反应体积的比值B. 反应器体积与实际反应体积的比值C. 反应器体积与理论反应体积的比值D. 反应器体积与催化剂体积的比值5. 在反应器设计中，为了提高反应速率，通常采取的措施是（）。
A. 增加反应物浓度B. 提高反应温度C. 增加催化剂用量D. 以上都是二、填空题（每空1分，共10分）1. 在化学反应工程中，反应速率的表达式通常为__________。
2. 反应器的类型主要包括__________、__________和__________。
3. 催化剂的作用是__________反应速率，而不影响__________。
4. 反应器设计时，需要考虑的主要因素包括__________、__________和__________。
5. 根据反应器内物料流动的特点，可以将反应器分为__________流动和__________流动。
三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述反应速率和反应速率常数的区别。
2. 描述固定床反应器和流化床反应器的主要区别。
3. 解释为什么在某些情况下需要使用催化剂。
4. 讨论温度对化学反应速率的影响及其在工业应用中的意义。
四、计算题（每题10分，共20分）1. 已知某化学反应的速率常数k=0.05 s^-1，反应物A的初始浓度为1 mol/L，求10秒后A的浓度。
2. 假设一个完全混合反应器中进行一级反应，反应物B的初始浓度为2 mol/L，反应速率常数k=0.02 min^-1，求5分钟后B的浓度。
生化反应工程原理简答题
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？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)。
⑴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。
生化反应工程试题库
试题库结构章节 试题分布名词解释 数学表达式 简答题图形题推导题判断题 计算题合计第一章 0 0 9 0 0 0 0 9 第二章 0 0 11 0 0 0 2 13 第三章 1 3 9 3 11 4 2 33 第四章 1 11 6 7 1 11 14 51 第五章 3 1 7 8 2 0 13 34 第六章 6 0 6 2 0 0 0 14 第七章 2 2 2 2 0 0 13 21 第八章 0 0 36 0 0 0 2 38 合计 13 17 86 22 14 15 46 213一、名词解释[03章酶促反应动力学]酶的固定化技术：[04章微生物反应动力学]有效电子转移：[05章微生物反应器操作]流加式操作：连续式操作：分批式操作：[06章生物反应器中的传质过程]粘度：牛顿型流体：非牛顿型流体塑性流体假塑性流体胀塑性流体[07章生物反应器]返混：停留时间：二、写出下列动力学变量（参数）的数学表达式[03章酶促反应动力学]1. Da准数：2. 外扩散效率因子：3. 内扩散效率因子：[04章微生物反应动力学]1. 菌体得率：2. 产物得率：3. 菌体得率常数：4. 产物得率常数：5. 生长比速：6. 产物生成比速：7. 基质消耗比速：8. 生长速率：9. 产物生成速率：10. 基质消耗速率：11. 呼吸商：[05章微生物反应器操作]1. 稀释率：[07章生物反应器]1. 停留时间：2. 转化率：三、简答题：[01章绪论]1．什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2．生物反应工程研究的主要内容是什么？3．生物反应工程的研究方法有哪些？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？[02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。
生化工程复 习 题
复 习 题选择题（每小题2分，共16分）1．一简单酶催化反应，若初始酶浓度C E0=0.01mmol/L, 酶催化最大反应速率为0.197mmol/L.h,则产物生成速率常数是多少？ ( )A 19.7h -1B 9.5h -1C 2.7h -1D 18.2h -12．有一均相酶反应，当底物的初始浓度C E0=1χ10-5mmol/L ，若反应进行一段时间后，此时的底物浓度为0.9χ10-5mmol/L,则底物转化率为多少？ ( )A.20%B.12%C.15%D. 10%3．某酶的Km 值为2.0χ10-5mol/L ，如果r max 值为4.0χ10-5mol/(L.min)，在底物浓度为1χ10-4mol/L 和在竞争性抑制剂浓度为2χ10-4mol/L 情况下，假定K I 为2χ10-4mol/L ，其反应速率为多少？（）A ．2.0χ10-5mol/(L.min)B ．1.43χ10-5mol/(L.min)C ．1.43χ10-4mol/(L.min)D ．2.0χ10-4mol/(L.min)4．一简单酶催化反应的反应速率为6.0χ10-5m ol/(L.min)，当有抑制剂时的反应速率变为1.5χ10-5m ol/(L.min)，问其抑制程度有多大？（ ）A ．2.0B ．0.2C ．0.25D ．0.55.某酶催化的反应速率为1.5χ10-5mol/(L.min)，当此酶固定于无微孔的球形载体上进行同类反应时，反应速率变为1.2χ10-5mol/(L.min)，该固定化酶的扩散有效因子是多少？（ ）A 0.8B 1.0C 0.75D 0.56．固定于无微孔的球形载体上的酶促反应,假定其外扩散传质速率为1.0χ10-6m ol/(L.min),则在定态条件下的反应速率为（ ）A ．2.0χ10-5mol/(L.min)B ．1.0χ10-6mol/(L.min)C ．2.0χ10-6mol/(L.min)D ．1.2χ10-6mol/(L.min) 7．某微生物反应的动力学方程为s X s X c c c r +=22.1，则K S 为（ ）A 1.2B 2C 1.8D 2.58. 在甘露醇中培养大肠杆菌,当甘露醇溶液以 1.5L/min的流量进入体积为5L的CSTR中进行反应时,稀释率为（）.A．0.4min-1 B．1.4min-1 C．5min-1 D．0.3min-1填空题（每小题2分，共20分）1、假定CSTR中进行等温均相反应，反应器有效体积恒定不变，其基本设计方程为流入速率=流出速率+反应消耗速率+累积量，则对底物S的物料衡算表达式为。
《化学反应工程》试题及答案
《化学反应⼯程》试题及答案《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2.1010000ln +-=Tk ，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 r14. 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 Ax n x )1(11-+-，转化率为AA x n nx )1(1-+。
化学反应工程习题库(计算题举例及详细解答))
a
Kp
p H 2 pO 2
0.5
p H 2O
令k1 k1 K p b0,O2 K p
a
, k2 k2
b
0.5
0,O2
K p ;由实验测得 a 0.5, 最后可得
0.5
a
p H 2O r k1 pCO p H2
pH2 k 2 pCO p H 2O
x Af ,c x Af , f c A0 e 2k e2 0.135kmol/ m3 , x A,e x A, f 0.865
（g）平推流反应器与全混流反应器并联,
c Af , g
c A0 1 1 1 (c A0 e 2 k ) e 2 0.234 , x A, g 0.776 2 1 2k 2 3
60 0.62m 3 960 368 0.496 m 3 740
该反应为液相反应，反应过程中体积比不变，且每次投料体积为:
3 V 0.0625 0.496 0.559m
计算结果表明，转化率从0.9提高到0.99，反应时间从 4.81h延长到52.9h，说明大量反应时间花在高转化率。
9.纯苯氯化为串联反应，生成物为一氯苯，副产物为二氯苯反应方程式为
1 bN 2 p N 2 bNH 3 p NH 3
3
0.5 1.5 1 bN 2 PN 2 bNH 3 k p PN PH 2 2
2．Temknh等提出铁催化剂上氨合成反应为下列步骤所组成 3 式中X代表活性位。若过程 NX H 2 NH 3 X N 2 2 X 2 NX
化学反应工程考试试题及答案
化学反应工程考试试题及答案一. 选择题1. 在进行化学反应工程设计时，以下哪个因素不属于考虑的主要因素？a) 反应速率b) 反应动力学c) 原料成本d) 温度控制答案：c) 原料成本2. 化学反应工程中，以下哪种反应类型属于放热反应？a) 氧化反应b) 加氢反应c) 氢化反应d) 生成酸反应答案：a) 氧化反应3. 执行化学反应时，下列哪个条件对于控制选择性反应非常重要？a) 压力b) 流速c) 反应物比例d) 温度答案：c) 反应物比例4. 下列哪种反应类型在进行反应工程设计时需要考虑催化剂的使用？a) 酯化反应b) 氧化反应c) 反应物分解反应d) 酸碱中和反应答案：a) 酯化反应5. 在进行化学反应工程设计时，下列哪种参数是必须考虑的？a) 反应器材料b) 搅拌速率c) 产品收率d) 反应器体积答案：d) 反应器体积二. 简答题1. 请简述酸碱中和反应的基本原理及过程。
答案：酸碱中和反应是指酸和碱在一定的条件下，以化学反应形式相互中和，生成盐和水。
这种反应的基本原理是酸和碱互相转化为盐和水的化学反应。
酸和碱分别具有H+离子和OH-离子，当它们混合时，H+离子和OH-离子结合生成水分子，并生成相应的盐。
2. 请简要描述化学反应速率的定义及影响因素。
答案：化学反应速率是指单位时间内反应物消失或生成物产生的量。
影响化学反应速率的因素有：- 反应物浓度：反应物浓度越大，反应速率越快。
- 温度：温度升高会加快反应速率，因为高温会增加反应物分子的热运动速度。
- 催化剂：催化剂能够降低化学反应的活化能，从而加速反应速率。
- 反应物粒径：反应物粒径越小，表面积越大，反应速率越快。
- 反应物浓度：反应物浓度越大，反应速率越快。
三. 计算题1. 某化学反应的反应方程式为A + 2B -> C + D，已知初始时A和B的摩尔浓度分别为2mol/L和3mol/L，经过一定时间后，测得C的摩尔浓度为4mol/L。
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（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
-=
的主要内容。
主要探讨生化工业中生物制品分离和纯化的工程技术，以及生化分离过程中一些主要的分离单元操作和分离工程领域的新技术。
2 请采用稳态法推导米氏方程。
答：对单底物酶促反应 P S →，根据酶－底物中间复合物假说，其反应
机制可表示为：P E ES S E k k k +→⇔+-2
1
1
下面采用稳态法推导其动力学方程。
几点假设：
（1）C S >>C E ，中间复合物ES 的形成不会降低C S 。
（2）不考虑EP P E ⇔+这个可逆反应。
（3）C S >>C E 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0=dt
dC
ES。
根据稳态法假设建立动力学方程：
ES C k r 2=
0211=--=-ES ES S E ES
C k C k C C k dt
dC
ES E E C C C +=0
解之，得
S
S E C k k k C C k r ++=
-1
2
102
令02m ax E C k r =，1
2
1k k k K m +=
-
则S
m S C K C r r +=
m ax
3 简述双膜理论的基本观点。
答：双膜理论的基本观点为：
(1) 在气液两个流体相间存在界面，界面两旁具有两层稳定的薄膜，即气膜和液膜，这两层稳定的薄膜在任何流体动力学条件下，均呈滞流状态；
(2) 在气液界面上，两相的浓度总是相互平衡，空气中氧的浓度与溶解在液体中的氧的浓度处于平衡状态，即界面上不存在氧传递阻力。
(3) 在两膜以外的气液两相的主流中，由于液体充分流动，氧的浓度基本上是均匀的，也就是说无任创传质阻力，因此，氧由气相主体到液相主体所遇到阻力存在于两层滞流膜中。
4在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫
酸。
在一定的酶浓度下，测得M-M 方程中的参数Km=6.7×10-4mol/l ，r max =3×10-7mol/(l ·min)。
对该反应，半乳糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。
当C S =2×10-5mol/l ，C I =1×10-5mol/l 时，测得反应速率r SI =1.5×10-9mol/(l ·min)。
试求K mI 和K I 值。
解：由题意可得：
mol/L
10
98.310210
210
3105.13
5
5
7
9
m ax -----⨯=⨯+⨯⨯⨯=
⨯+=
mI mI s
I m s SI k k C k C r r
mol/L
10
02.210
98.3)1011(107.6)1(7
3
5
4
----⨯=⨯=⨯+
⨯=+
=I I
I
I m mI k K K C k k
5 乙醇为基质，好氧培养酵母，反应式为
O eH dCO
O N cCH
bNH
aO OH H C 22
5.015.075
.13
252++→++
呼吸商6.0=RQ 。
求系数a 、b 、c 、d 、e 。
解：已知6.0==
a
d RQ
根据元素平衡式，有
C ： d c +=2 H ： e c b 275.136+=+ O ： e d c a ++=+25.021 N ： C b 15.0=
联立(1)~(5)式求解，得
a =2.394
b =0.085
c =0.564
d =1.436
e =2.634
所以，反应式为
O
H CO O N CH
NH
O OH H C 225.015.075
.13
252634.2436.1564.0085.03944.2++→++
6 采用合成培养基，在31m 生物反应器中进行大肠杆菌分批培养，菌体的生长变化可利用Monod
方程描述，已知
3
1
max /71.0,935.0m kg K h
S ==μ-，基质初始浓度为3
/50m kg ，菌体
初始浓度kg kg Y m kg X S X /6.0,/1.0/3
0==（以细胞／基质计），求当80％的基质已反应时所需时间。
解：根据菌体得率的定义
S
S X
X Y S
X
--=
00
/
80％基质已反应时菌体浓度
)/(1.24%80506.01.0)(3
0/0
m kg S S Y X
X S
X
=⨯⨯+=-+=
80％基质已反应时基质浓度
)/(10%)801(50)1(3
0m kg S S =-⨯=χ-=
所以在整个反应过程中，S K S >>，所以Monod 方程可写为
max μ==
μXdt
dX
边界条件：0=t ，30/1.0m kg X = 对上式积为，得：t X X max 0
ln
μ=
所以，80％基质已反应时所需时间
)(87.51.01.24ln 935.01
ln
10
max
h X
X t =⎪⎭
⎫ ⎝⎛=
μ=。