生化反应工程原理计算题
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。
生化反应工程原理习题答案
生化反应工程原理习题答案生化反应工程原理习题答案生化反应工程是一门研究生物化学反应在工业生产中应用的学科，它涉及到生物反应的原理、工艺、设备等方面。
在学习生化反应工程的过程中，习题是不可或缺的一部分。
下面将为大家提供一些生化反应工程原理习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是生化反应工程？答：生化反应工程是将生物化学反应应用于工业生产中的一门学科。
它研究的是如何利用生物体内的酶、微生物等生物催化剂，通过控制反应条件和优化工艺流程，实现高效、可持续的生物化学反应。
2. 生化反应工程的应用领域有哪些？答：生化反应工程广泛应用于食品、制药、化工等领域。
例如，生化反应工程可以用于生产食品添加剂、药物、酶制剂等。
此外，生化反应工程还可以应用于环境保护领域，例如利用微生物降解有机废水、废弃物等。
3. 生化反应工程中常用的反应器有哪些？答：生化反应工程中常用的反应器有批式反应器、连续流动反应器和固定床反应器等。
批式反应器适用于小规模实验室研究，连续流动反应器适用于大规模工业生产，固定床反应器适用于催化剂固定在固定床上的反应。
4. 生化反应工程中的反应条件有哪些因素？答：生化反应工程中的反应条件包括温度、pH值、反应物浓度、反应时间等。
这些因素会影响反应速率、产物选择性和产量等。
5. 什么是生化反应工程中的产物选择性？答：生化反应工程中的产物选择性是指在反应过程中产生的不同产物之间的选择性。
通过调节反应条件和优化催化剂等，可以控制产物的选择性，从而实现高效、经济的生化反应。
6. 生化反应工程中的酶催化反应有什么特点？答：生化反应工程中的酶催化反应具有高效、特异性和温和的特点。
酶作为生物催化剂，能够在相对较低的温度和中性条件下催化反应，具有较高的选择性和活性。
7. 生化反应工程中的微生物反应有什么特点？答：生化反应工程中的微生物反应具有较高的底物适应性和底物转化能力。
微生物通过代谢途径将底物转化为产物，具有较高的效率和产物选择性。
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。
生物反应工程原理习题解答
（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）
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。
计算题(生物反应工程)20225
计算题（生物反应工程）20225P1956-1在一定的酶浓度下，液相底物S分解为产物P，该反应器仅有底物S影响其反应速率，其动力学数据如下：cS/(mol/L)122334454.764.985105rS/[mol/(L·min)]1现在CSTR中进行此分解反应，保持相同的酶浓度和其操作条件。
试求：（1）当VR=250L，cS0=10mol/L，某S=0.80时，进料体积流量V0应为多少？（2）当V0=100L/min,，cS0=15mol/L，某S=0.80时，反应器有效体积VR为多少？（3）当VR=3m3，V0=1m3/min，cS0=8mol/L，反应器出口底物浓度和反应器内底物浓度各为多少？（4）当VR=1m3，V0=1m3/min，cS0=15mol/L，其出口底物浓度为多少？解：（1）有cS0cS=某S则cS=2mol/LrS=2mol/(L·min)cS0有VRrS=V0（cS0－cS）250某2=V0（10－2）V0=62.5L/min(2)有cS0cS=某ScS=cS0(1－0.8)=3mol/LrS=3mol/(L·min)cS0VRrS=V0（cS0－cS）VR某3=100某(15－3)VR=400L(3)VRrS=V0（cS0－cS）3某rS=1某(8－cS)当rS=2时，cS=26-2在一5m3CSTR中进行连续发酵，加料中底物浓度为20kg/m3，该反应器的有关参数为：-13ma某=0.45h，KS=0.8kg/m，Y某/S=0.55。
试求：（1）当底物达到90%转化时，所要求的加料速率是多少？（2）如果要求其细胞产率达到最大，加料速率为多少？细胞最大产率是多少？解：（1）cS=cS0（1－90%）=2kg/m3D==ma某0.4520.9cS=2.8KS+cS0.8+2DV03;VV0=1.61m3/hR5m/hVRma某（（2）Dopt=1－KS）=0.362h-1KSCS0cS,optKSDoptma某Dopt=3.29kg/m3c某,optY某/S[cS0cS,opt]=0.55某(20－3.29)=9.2kg/m3(P某)ma某Doptc某,opt0.362某9.2=3.33kg/(m3·h)V0=5某0.362=1.8m/h6-10某液相酶反应具有下列动力学数据已知：cS0=10mol/L，V0=100L/min，某S=0.90cS/(mol/L)120.333416180.25100.1rS/[mol/(L·min)]0.1253（1）若采用带循环的CPFR，试求其最佳循环比及相应的反应器有效体积？（2）若要使反应器体积最小，如何设计最佳反应器方案？指出每个反应器的有效体积大小？解：(1)由题意知，出口浓度为1mol/L。
生化工程习题计算题部分(常熟理工学院)
例1: 当杀菌温度从120℃升至150 ℃，试计算维生素B1的分解速率常数K B 和嗜热脂肪芽孢杆菌的死亡速率常数K S 。
已知ΔE S =283460 J/mol, As=1.06×1036 (min-1) ；ΔE B =92114 J/mol, A B =1.06×1010 (min-1).解：由（1）式，即㏑K=㏑ A － (ΔE /RT)得 lnKs= ln As － ΔE S /(RT)∴ Ks 在120 ℃时为0.0156 (min -1)150 ℃时为7.54 (min -1)灭菌速率常数提高482倍。
同样地： K B 在120 ℃时为0.00535 (min -1)，150 ℃时为0.040 (min -1)，同样的温度变化仅提高6.5倍。
例2: 将10000千克的培养基在发酵罐内进行分批灭菌，灭菌温度为120℃，灭菌后要求每1000批中只有一个杂菌，培养基原始污染度为105个/g ，试计算总杀菌效率V 总。
解： N=10-331535001010100001010ln 34.5N N N N--==⨯⨯=即，V 总=34.5例3: 发酵培养基60m 3，杂菌活孢子浓度105/mL ，要求灭菌后残存孢子数 N 为10-3个。
设计的T-t 过程如下，是否达到灭菌要求？（A=7.94×1038 min -1，△E=287441 J/mol ，R=8.28 J/(mol·K)） T/ ℃ 30 50 90 100 110 120 120 110 100 90 60 44 30 T/min103036435055586370102120140exp()EK A RT ∆=-5603101060ln ln 36.310N N -⨯⨯==从得出的K 值可以看出，在100℃以下灭菌，对细菌孢子的杀灭几乎是无效的，因为从灭菌开始的前36min 和63min 以后，K 值几乎可以忽略不计。
生化反应工程试卷B
〇--〇--〇〇--〇--〇题答要不内线封密试卷代号：天津渤海职业技术学院2004——2005学年度第二学期期末考试一、填空（每空1分，共40分）1、生化反应过程的特点：；；；2、根据国际生物化学协会规定的分类方法，仅根据酶所催化反应的类型，可将酶分为六大类，即、、、、、。
3、M-M方程中的参数r p,max=k+2·C Eo,它表示了时的反应速率，r p,max （正比/反比）于酶的初始浓度C Eo，k+2又称为，表示。
4、M-M方程所表示的动力学关系中r s与C s的关系表示了三个不同动力学特点的区域：当时酶催化反应可近似看作为一级反应，r s= C s；当时酶催化反应可近似看作为零级反应，r s= C s，当C s与K m的数量关系出于上述两者之间的范围时，则符合关系式5、影响固定化酶动力学的因素包括效应、效应和效应。
6、细胞反应过程的主要特征：是反应过程的主体；其本质是复杂的；细胞反应是之间的反应，细胞也能进行。
7、间歇培养时细胞生长过程包括、、、和四个阶段。
8、在有氧条件下，杆菌在甲醇上生长，进行间歇培养时μmax=0.305h-1，则细胞质量倍增时间t d=9、细胞受热死亡的规律中最常见的是对数死亡律，细胞的死亡速率可用一级动力学表示，其积分式是10、细胞固定化的方法包括、、、、。
11、通用发酵罐内设置机械搅拌的目的首先是；其次是。
二、名次解释（每题2分，共10分）1、生物技术2、生化反应工程3、均相酶催化反应4、固定化酶5、酶的比活力三、简答题(每题5分，共15分)1、酶的催化共性2、固定化细胞培养的优点3、简述连续式操作反应器的优点与缺点〇--〇--〇〇--〇--〇题答要不内线封密四、计算题1、在一间歇操作的搅拌反应器中进行脲酶催化尿素分解为氨和二氧化碳的反应，动力学常数为K m=0.0266mol/L,当酶浓度为5g/L时的最大反应速率为1.33mol/(L·s),则在等温反应条件下当酶浓度为0.001g/L时的大反应速率为多少？（5分）2、某一酶催化反应的K m=4.7×10-5mol/L，r max=22μmol/（L·min）, Cs=2×10-4mol/L,CI=3×10-4mol/L,试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。
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米氏方程
快速平衡法推导
132
k K k E S ES P E −−→+−−→+←−− r=k3[ES] （3）
k1[E][S]=k2[ES] （1）
[E0]=[E] + [ES] （2）
A 整理（1）可得：设k2/k1=K S [ES]= [E][S]/ K S
B 由（3）得[ES]=r/k2，故r/k3=[ E][S]/ K S 即r= k2[E][S]/ K S
C 由（2）得[E]=[ E0] -[ES],
[E]= [ E0]- [ES]代入r= k2[E][S]/ K S 得
r =k2（[ E0]- [ES]）[S]/ K s
D 把r max =k2[E0] 以及r=k2[ES]代入得：
r =r max [S]- r[S]/ K S 整理r=r max [S]/( Ks+[S])
稳态法推导
1913年Michaelis 和Menten 提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程。
V=V max [S]/( Km+[S])
稳态法推导[S]：底物浓度 V ：不同[S]时的反应速度 Vmax ：最大反应速度 Ｋm ：米氏常数
132k K k E S ES P E −−→+−−→+←−−
稳态时ES 浓度不变
反应速度V=k3[ES] （3）
ES 的生成速度=消耗速度k1[E][S]=k2[ES] + k3[ES] （1）
E 的质量平衡方程[E]=[Et] - [ES] （2）
A 整理（1）可得：（k2+k3）[ES]=k1[E][S]
故[ES]=k1[E][S]/(k2+k3);另设置（k2+k3）/k1=Km 则[ES]=[E][S]/ Km
B 由（3）得[ES]=v0/k3，故v0/k3= E][S]/ Km 即v0= k3[E][S]/ Km
C 由（2）得[Ef]=[ Et]- [ES], 而[Ef]可视为[E],故：
[E]= [ Et]- [ES]代入v0= k3[E][S]/ Km 得
V 0 =k3（[ Et]- [ES]）[S]/ Km= (k3[ Et] [S]-k3[ ES] [S])/ Km
D 把（3）V=k3[ES] 以及Vmax=k3[Et]代入得：
V 0=( V max [S]- V 0[S])/ Km V 0 Km= V max [S]- V 0[S] V 0 Km+ V 0[S]= V max [S]
整理得到米氏方程V=V max [S]/( Km+[S])
1 Zymomonas mobilis 细胞在CSRT 中进行培养，V R =60m 3,加料中含有12g/L 葡萄糖，已知Y X/S =0.06,Y P/X =7.7,μmax =0.3h -1,m s =2.2h -1.q p =3.4h -1。
试求：（1）稳态下，CSRT 中基质浓度是1.5g/L 时，所需要的流量是多少？（2）在上述流量下其细胞浓度是多少？（3）在（1）流量下，产物乙醇浓度是多少？
（1）在稳态是，μ=D 。
由于产物是乙醇，为能量代谢相关产物，其动力学方程可以表示为q p = Y P/X μ=Y P/X D 因此D= q p /Y P/X =3.4/7.7=0.44h -1
（2）此时的细胞浓度是C x =Y X/S (C s0- C s )=0.06×(12-1.5)=0.63g/L
（3）产物乙醇浓度：C p = Y P/X C x =7.7×0.63=4.85 g/L
2某微生物在甘露醇中的生长符合下述动力学：r X =1.5C x C s /(3.0+C s )(g/m 3h)式中C s 代表的是甘露醇的浓度；C x 代表的是微生物的浓度。
已知每生长1g 微生物要消耗10 g 甘露醇，今在一体积为5m 3的 CSTR 中进行上述反应，并已知V 0=1m 3/h C s0=6g/m 3 C x0=0.试求反应器出口中微生物浓度是多少？若将CSTR 体积改为0.75m 3,其他条件不变，此时会产生何种变化？若是在最佳条件下进行反应，其出口浓度为多少？
由r X=1.5C x C s/(3.0+C s)可知，K m=3g/m3, μmax=1.5h-1.同时可得Y X/S=0.1
当流量是1m3/h时D=V0/V R=1/5h-1=0.2 h-1
C s=K s D/(μmax-D)=3×0.2/(1.5-0.2)=0.46g/m3
C x= Y X/S(C s0- C s)=0.1×(6-0.46)=0.55 g/m3
当反应器体积改为0.75m3时，D=V0/V R=1/0.75h-1=1.33h-1
D C=1.5 C s0/(3.0+ C s0)=1.5* C s0/(3+6)=1
D’> D C 产生洗出现象
在最佳的条件下：D OPT=μmax(1-(K S/( K S+ C s0)0.5))1.5×(1-(3/(3+6))0.5)=0.634h-1 C x= Y X/S(C s0-(K S D OPT/(μmax-D OPT))=0.1×(1-(3×0.634/(1.5-0.634)))=0.38 g/m3。