生物反应工程原理习题解答
生物反应工程试题答案高中
生物反应工程试题答案高中一、选择题1. 生物反应工程主要研究的是：A. 生物物质的物理性质B. 生物体内化学反应的过程C. 生物过程的工程控制与优化D. 生物分子的结构与功能答案：C2. 下列哪个不是生物反应器的类型？A. 批次反应器B. 连续搅拌反应器C. 固定床反应器D. 热交换器答案：D3. 在生物反应过程中，细胞生长的最适pH值通常是多少？A. 4.0-6.0B. 6.0-7.0C. 7.0-8.0D. 8.0-10.0答案：C4. 以下哪种微生物是好氧型的？A. 乳酸菌B. 酵母菌C. 硫酸盐还原菌D. 硝化细菌答案：D5. 在生物反应工程中，通常用来表示细胞生长速率的参数是：A. 底物浓度B. 产物浓度C. 细胞密度D. 比生长速率答案：D二、填空题1. 生物反应工程的核心是利用__________原理来设计和控制生物过程，以达到提高生物产品产量和质量的目的。
答案：生物化学2. 在生物反应过程中，__________是影响细胞生长和产物形成的重要因素，需要严格控制。
答案：环境条件3. 生物反应器的设计需要考虑的因素包括温度、pH值、氧气供应、搅拌速度等，以确保生物过程的__________和效率。
答案：稳定性4. 通过__________技术可以有效地提高产物的浓度，这是现代生物反应工程中常用的一种方法。
答案：分离纯化5. 微生物代谢工程是一种通过基因工程手段改变微生物的__________，从而提高特定产物的产量。
答案：代谢途径三、简答题1. 简述生物反应工程在食品工业中的应用。
答：生物反应工程在食品工业中的应用主要包括利用微生物发酵生产酒类、啤酒、酸奶等传统食品，以及通过生物转化过程生产食品添加剂、酶制剂等。
此外，生物反应工程还用于开发新型食品和改善食品的营养价值和安全性。
2. 描述生物反应过程中底物抑制现象，并举例说明。
答：底物抑制是指在生物反应过程中，底物浓度过高时会抑制微生物的生长和代谢活动。
生物反应工程原理复习题答案
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。
生物反应工程习题精解
试根据稳态假设，求其速率方程式。 解：由题意可知：
rs = k4CES dC ES = k+1CE CS − k−1CES − k+2CES CS + k−2CSES + K +3CES = 0 dt dCSES = k C C − k C − k C = 0 +2 ES S −2 SES +2 SES dt C = C + C + C E ES SES E0
k + 2 & k − 1说 明 中 间 产 物 分 解 速 率 远 小 于 中 间 产 物 分 解 为 产 物 的 速 率 那么限制步骤在于中间产物的生成 ∴ 总 反 应 速 率 rs = k + 1C S C E
2.4 一分 批 进行的均相酶催化反应，底物的 初始 浓度为 3 × 10-5mol/l,Km=1 × 10-3mol/l,,经过 2min 后，底物转化了 5% ，假定该反应符合 M-M 方程，试问当
2.3 某酶催化反应机理式为
k+2 +1 !!! " E + S #!! →E + P ![ ES ] k
−1
k
若假定上述反应机理式中，k+1<<k+2 , k-1<<k+2 ,试推导其速率方程。 解： ∵ k + 2 & k + 1说 明 中 间 产 物 产 生 速 率 远 小 于 中 间 产 物 分 解 为 产 物 的 速 率
由上述方程组可推出：
⇒ CSES =
k+2 CES CS = KCES CS k−2 + k+3
4
生物反应工程试题答案解析
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。
生物反应工程原理 第三版 课后答案
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。
生物反应工程试题及答案
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（）。
生物反应工程复习题答案
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。
2013四川大学生物反应工程练习题及部分解答
2013四川大学生物反应工程练习题及部分解答化工学院一、动力学基础1.为什么pH值会影响酶反应的速度？解释温度对酶反应的影响。
答：pH----酶分子上有许多酸性和碱性的氨基酸侧链基团，如果酶要表现活性，则这些基团必须有一定的解离形式。
随着pH的变化，这些基团可处在不同的解离状态，而具有催化活性的离子基团仅是其中的一种特定的解离形式，因而随着pH的变化，具有催化活性的这种特殊的离子基团在总酶量中所占的比例就会不同，使酶所具有的催化能力也不同，最终影响酶反应的速度。
温度----酶大部分是由蛋白质组成的，而酶在起作用时一般需要一个结合位点和催化位点，这些位点的性能高低与酶本身结构有关，而酶的结构又受到温度的影响。
在较低温度范围内，反应活性随温度的升高而升高；当温度超过酶所允许的生理温度以上时，则随着温度的提高，酶的热变性失活速率会加快，导致酶的活性下降，故酶催化反应速率亦随温度的升高而降低。
*影响酶反应速率的因素：1）内部因素：酶的结构特定，底物的结构特性；2）外部因素：各种物质的浓度（如酶的浓度、底物的浓度、抑制剂的浓度等）和操作条件（如温度、压力、离子强度、pH等）。
2.固定化酶外扩散的有效因子主要受哪些因素的影响？3.什么叫细胞的倍增时间？它与细胞生长速度有何关系？答：分批培养时，在指数生长期内，细胞浓度增加一倍所需的时间。
倍增时间t=ln2/µmax ，为定值。
（个人认为与细胞生长速度无关）4.请解释什么是酶的半衰期。
答：在一不含底物、产物、抑制剂或调节剂的完全封闭体系，活性酶经过一不可逆的结构变化或化学变化而成为一无活性状态，当活性酶浓度变为初始活性酶浓度一半时所需的时间，称为酶的半衰期。
5.什么叫固体催化剂颗粒的临界半径和最大颗粒半径？答：对仅有内扩散限制的球形生物催化剂的零级反应，有临界半径Rc ：无底物的最大核半径（在r<Rc 处无底物存在，也无反应发生）。
有最大颗粒半径Rmax ：（当r ＝0时，CS ＝0对应的最大颗粒半径，即Rc ＝0）。
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（3）
4-3
解细胞对底物的C-mol得率系数
(1)
山梨糖对底物则为：
(2)
二氧化碳对底物则为：
(3)
由式(2)和式(3)可得：
(4)
又因为
代入式(4)，可得：
(5)
式(1)和式(5)相加，得出：
由于 ，则 。又由 ，代入上式，得到：
4-4
解
（1） 如下图所示。
（2）选取 的（ ）数据对作线性拟合，得出：
（5）
将式（4）和（5）代入（1）式，有
2-3
解
0.0288
0.0331
0.0405
0.0482
0.0475
0.0032
0.0049
0.0062
0.0080
0.0095
线性拟合方程， ， ， 。计算结果与使用最小二乘法的结果完全相同。
2-4
解
由， ，有
由， ，有
2-5
解
0.0100
0.00667
0.00500
1.79
1.33
1.18
1.00
0.781
0.719
0.549
，
，
基本不变，认为是竞争性抑制。
当 ，有
当 ，有
因此有平均值：
2-7
解
312.5
204.1
161.3
125.0
105.3
9.01
6.76
6.54
6.02
5.00
16.9
12.2
10.3
8.93
8.00
由L-B法，可得：
无抑制时， ，相关系数 ；
3-7
解
（1）
（2）
由题意得出：
3-8
解
（1）
因此内扩散的影响很大。
（2）
由Weisz判据
当消除内扩散限制时
3-9
解
（1）
又因， ，由Weisz判据，可认为此反应符合一级动力学特征。因此
（2）
由于是一级反应，
3-10
解
（1）先求出总有效因子 。
对零级反应，外扩散有效因子 。下面求内扩散有效因子 。
由Weisz’s判据
（2）当维持过程对底物需求较大时
模拟运算结果如下图所示：
：
4
3.03
2.50
2.00
1.67
1.33
1.00
0.980
0.719
0.599
0.529
0.481
0.410
0.400
，
，
：
4
3.03
2.50
2.00
1.67
1.33
1.00
1.37
1.15
0.917
0.769
0.709
0.549
0.461
，
，
：
4
3.03
2.50
2.00
1.67
1.33
1.00
所求产物生成速率为：
（1）
（1）快速平衡法
（2）
（3）
将（2）式代入（3）式，有
代入（1）式，得
（2）拟稳态法
（4）
（5）
将（4）式与（5）式相加，得
（6）
由（4）式，则
代入（6）式，解得：
代入（1）式，得：
2-2
解
所求产物生成速率为：
（1）
即 （2）
即 （3）
代入（2）式，求得：
（4）
代入（3）式，求得：
4-5
解
（1）
（2）
以2h为时间间隔对动力学数据进行计算，结果如下表：
0.011
9.22
0.2055
0.0055
37.36
0.1085
0.094
9.14
0.258
0.047
5.49
0.1094
0.675
8.55
0.6425
0.3375
1.904
0.1169
0.790
7.415
1.375
0.395
3.481
（2）
从图上看，若令 ，则 ， ， 。因此，外扩散有效因子有可能大于1。
3-2
解
3-3
解
表观反应速率
外扩散有效因子
3-4
解பைடு நூலகம்
（1）
过程为外扩散控制。
（2）
过程为外扩散控制。
3-5
解
（1）
过程为反应控制， 。
（2）
过程为反应控制， 。
3-6
解
一级反应的 数与有效因子，
由以上各式，可得
解得，
则，
若 ，则 ，因此
0.1348
1.43
5.7
2.485
0.715
3.476
0.1754
2.40
2.76
4.4
1.2
3.667
0.3623
0.550
0.4985
5.875
0.275
21.36
2.007
0.050
0.0385
6.175
0.025
247
25.97
由L-B法：
线性拟合得：
（3）
4-6
解
0.2
4
5
0.25
0.4
0.434
8.33
76.9
0.955
0.264
0.24
0.033
0.417
4.17
30.3
0.935
0.538
0.31
0.040
0.438
3.23
25.0
0.928
0.657
0.43
0.064
0.422
2.33
15.6
0.904
0.921
0.53
0.100
0.427
1.89
10.0
0.868
1.08
0.60
0.122
0.434
1.67
8.20
0.846
1.17
0.64
0.183
0.422
1.56
5.46
0.785
1.19
0.69
0.170
0.430
1.45
5.88
0.798
1.28
0.71
0.221
0.390
1.41
4.52
0.747
1.36
0.73
0.210
0.352
1.37
4.76
0.758
所以
内、外扩散阻力均已消除时的反应速率，
（2）用同样方法求总有效因子。
由Weisz判据，
所以
仅消除外扩散阻力时的反应速率，
4
4-1
解1 mol葡萄糖中含有碳 ，转化为细胞内的碳为，
所以
转化为 的碳量
所以
N平衡
得
H平衡
得
O平
得
消耗1 mol葡萄糖生成的生物质质量
所以
4-2
解
（1）
作元素衡算：
C
H
O
N
解得： ， ， ， ，
有抑制时， ，相关系数 。
由于截距接近， 基本不变， ，认为是竞争性抑制。
2-8
解
设底物 与底物 与酶的反应速率分别为 和 。因此，
由此计算可得：
因此
2-9
解
（1）
对米氏方程
对Hill方程
（2）
2-10
解
初始投入的粗酶浓度
动力学参数
在实际投入的酶浓度 下
积分得：
又， ，因此
因此
3
3-1
解
（1）
将此动力学曲线作 标绘，它与直线 可以相交在两点，因此有多重稳态点。
10
2.5
0.10
0.8
40
1.25
0.025
1.0
100
1
0.01
由
线性拟合可得：
Monod方程为：
4-7
解
（1）Monod方程
（2）Moser方程
（3）Contois方程
4-8
解
（1）
C
H
O
N
解得： ， ， ， ，
（2）
或
0.06
0.006
0.427
16.7
167
0.962
0.135
0.12
0.013
0.00200
0.00133
0.0357
0.0278
0.0233
0.0154
0.0135
0.0588
0.0435
0.0350
0.0200
0.0164
假定此反应为竞争性抑制，由L-B法
无抑制时， ，相关系数 ；
有抑制时， ，相关系数 。
由于截距接近， 基本不变， ，认为是竞争性抑制。
2-6
解
由L-B方程可得：
1.57
由 ，线性拟合可得：
，相关系数
（3）
数据拟合得，
，相关系数
（4）
4-9
解
（1）
整理得：
（1）
两边同除以 ，则
（2）
将式（1）代入，可得
因此
4-10
解
每生成1克细胞生物质需要 甲醇，生成的热量为：
因此，利用1克甲醇产生的热量为：
。
4-11
解
（1）当维持过程对底物需求较低时
模拟运算结果如下图所示：