生物反应工程原理第三版课后

1、简答题1、说明动物细胞培育反响器中流体剪切力的主要根源？P210主要根源为：机械剪切力、气体搅拌剪切力2、说明固定化酶反响的模数的物理意义，它与那些变量与参数有关？P103=表面浓度下的反响速率/内扩散速率最大反响速率的特色值/最大内扩散速率的特色值VPkV11=1(VP，SP，kV1，De)一级反响：1=DeSP与内扩散速率、反响速率、内扩散阻力、对反响速率的限制程度、有效因子等有关，而内扩散的有效因子又和颗粒粒度、颗粒活性、孔隙率、孔径、反响温度等有关3、哪些传达过程特征与流体流动的微观效应有关？P223，P2987-30，PPTP1图4、从反响器内物料混淆的角度说明反响器放大过程中传达过

2、程特征的变化？P235有流体流变特征、流体剪切作用、传质特征、氧的传达、质量传达5、说明生物反响器中对流体剪切力的预计参数有哪些？P210经过混淆，可使反响器中物料构成与温度、pH散布更趋于均匀，可加强反响系统的传质与传热，使细胞或颗粒保持悬浮状态(1)宏观混淆：机械搅拌反响物流发生设施尺寸环流，物料在设施尺度上获得混淆，对连续流动反响器即为返混微观混淆：物料微团尺度上的混淆，反应了反响器内物料的齐集状态6、生物反响器操作选择补料分批培育的原因有哪些？P131，P177(1)积分剪切因子ISF=L/x=2Nd/(D-d)时均切变率ave最小湍流旋涡长度7、说明临界溶氧浓度的生理学意义？P62，

3、P219补料分批操作的特色是：可调理细胞反响过程环境中营养物质的浓度，一方面可防止某些营养成分的初始浓度过高而出现底物克制的现象；另一方面又可防备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。同时还可排除产物的反应克制及葡萄糖的分解隔绝效应等。故在细胞反响过程中，实行流加操作可有效对反响过程加以控制，以提升反响过程的水平。8、说明得率系数的实质，它与哪些条件有关？P42关于好氧微生物细胞反响，微生物细胞关于氧有一个最低的要求，将能知足微生物呼吸的最低氧浓度称为“临界溶氧浓度”，用COL,C表示。当溶氧浓度C值较低时，即CC时，此时q不再跟着COLOLOL,CO2的变化而变化，q

4、O2=qO2，max，细胞生长速率与溶氧浓度没关。故关于好氧微生物细胞反响，为了除去氧限制的影响，应要求将反响液中溶氧浓度的水平控制在其临界值以上。9、对半连续操作方式，GadenIII类反响器能否适合？P70GadenIII分类为非生长得率型产物，即生成产物与细胞生长无直接关系，产物为次级代谢产物，而半连续操作能够获得高密度细胞，可延伸细胞生长稳固期的时间，适合次级代谢产物合成的特色，以提升其产量，因此该反响器适合。10、举例说明应用生物反响工程的研究方法及原理？P162有：CSTR与膜过滤组合的细胞循环系统，对废水的生物办理系统。原理：该过程因为活性污泥的沉降性能很好，很简单利用沉降的方法

5、，进行浓缩，再返回反响器(曝气池)中，经过活性污泥大批循环的方法，性污泥浓度，解决了要求的废水办理量远大于活性污泥的比生长速率矛盾，反响器的办理能力，又能够提升办理水的质量。将待办理水中的污泥来保持曝气池中的活这样既能够增添11、能够实现拟稳态的操作方式有哪些？PPT有：补料分批操作中的恒速流加，频频补料分批培育，频频流加，连续式操作。12、说明动物细胞培育反响器的设计原理？PPT该反响器配有搅拌桨，其目的是为了混淆均匀。别的，反响器模拟了体内生长环境，在无菌、适温及丰富的营养条件下，使细胞生长高密度、大规模培育。13、说明固定化酶反响的Da准数的物理意义，它与哪些变量与参数有关？P91Da=

6、最大反响速率/最大传质速率Da=rmax/(kLaco)Da值可作为判断外扩散控制或反响控制的参数，Da=Da(rmax，kLa，co)14、说明由最小湍流旋涡长度判断剪切力对细胞造成损害的原理。机械搅拌反响器中流体剪切力能否会对微生物细胞造成损害？P213在湍流条件下，流体的剪切作用与细胞所处环境的速度散布有关，致使细胞死亡与拥有必定速度散布的旋涡的相对大小有关。当旋涡尺寸大于细胞尺寸时，细胞会跟着流体一同运动，此时流体的流线与细胞的流线之间速度差很小，细胞遇到的剪切力较小，若旋涡尺寸小于细胞尺寸，细胞遇到较大的剪切力，从而遇到损害，而微生物有细胞壁的保护一般不会受损。15、说明本征（微观）

7、动力学和宏观动力学的观点。影响宏观动力学速率的要素有哪些？P4下方本征动力学又称为微观动力学，在无传达等工程要素影响时，生物反响固有的速率。该速率除了反响自己的特征以外，只与各反响组份的浓度、温度、催化剂以及溶剂的性质有关，而与传达要素没关。反响器动力学又称为宏观动力学，在一反响器内所观察获得的总反响速率，其影响要素有：反响器的形式与构造、操作方式、物料的流动与混淆、传质与传热等。16、说明反应控制的观点，有哪些操作方式使用这类控制方式？P185在反应控制流加中，常采纳便于检测的参数来推断细胞的浓度或许产物的累积，或许求出与细胞活性或代谢有关的参数，如耗氧速率以及呼吸商等，从而对细胞反响过程进

8、行调理和控制。有：补料分批流加操作、连续操作等。17、说明空时与空速的观点，它们与反响速率的关系怎样？P133及PPT若反响器体积为VR，物料流入反响器的体积流量为F，均匀逗留时间=VR/F，又称为空间的时间，简称为空时。越小，表示反响器办理物料的能力越大，的倒数-1成为空v-1=F/VR来表示反响器体积单位时间内所办理的物料量，空速越大，间速度，常以S=反响器办理能力也越大。18、以M-M动力学为例，说明怎样按空时最小化原则进行反响器的设计？P144m=VR/F=(cs-cs0)/rs，rs=rmaxcs/(ks+cs)m=(cs0-cs)(ks+cs)/rmaxcs计算题1、推导CSTR的

9、空时计算式=(cx-cx0)/rxP143-144VRdcxF(cx0cx)VRrx0dF(cxcx0)VRrxmVRcxcx0Frx此中，rx为cx的函数。2、推导P185的pH恒定法流加的加料特征式(4-312)P185FSYX/BcOH,fFBYX/Scs,fYX/BcXrxcOH0cOHFBYX/Scxrxcsf0csfrsYX/BFS,csf0csfFSYX/SFBcOH0cOHFB3、已知底物克制酶反响，rmax=mol/(Lmin)，Km=10-2mol/L，KSI=mol/L，加料流量F=100L/min，进料底物浓度cS0=mol/L，转变率xS=设计一个CSTR+CPFR系

10、统，计算此中CSTR的最小反响器体积(作图说明)如采纳循环式CPFR，试求出平推流反响器入口反响速率最大时的循环比P22(1)XSCS0CS0.473CS0.90CS00.473CS0.0473mol/hrssrmaxcs10-22.20.04731.023kmcs(1cs/kSL)4.70.0473(10.04730.3)cs,maxkmkSI4.710-20.30.119mol/lmcx,maxcx0cs0cs,maxVRrxrssFVRFcs0cmax10034.6Lrss1.023(2)FFFCSTR，cs1CPFRCcs1csfs0FrFFFrF(1R)FssRFcsF(1R)cSI

11、1000.473R1000.0473100(1R)0.119R4.944、某发酵过程，=/(2+CS)(h-1)，CS0=g/L，YX/S=(1)设在必定体积V的单个CSTR中进行稳态、无细胞死亡的操作，求临界稀释率D、最大C细胞生产率rx,max、最正确稀释率Dopt、底物转变率XS(2)如采纳以上最优加料速率，在反响器后再串连一个CSTR，并使最后CS=1g/L，则求第个反响器的有效体积如用反响器整体积V的2个CSTR串连系统，仍采纳上述加料流量。试计算双罐系统的临界稀释率，再证明双罐系统的第一罐的体积须大于(1)D=cs0/(ks+cs0)cmax=cs/(ks+c)=/(2+cs)=，

12、ks=2maxsDc=50(2+50)=h，Dopt=F/VRDoptmax(1ks)0.5(1-20.402/hks)cs0250rmaxYX/Smax(cs0ks-ks)20.60.5(502-2)210.08g/(L?h)cs1ksDopt20.48g/L-Doptmaxxscs0cs0.84cs0cs21g/Lcx1=cx0+YX/S(cs0-cs1)=Lcx2=cx1+YX/S(cs1+cs2)=LYX/S=(cx-cx0)/(cs0-cs1)YX/S=(cx2-cx1)/(cs1-cs2)m2=VR2/F=(cx2-cx1)/rx2rx2=ccs2/(ks+cs2)maxs2V=F(cx2-c)/rx2R2x1由(1)Dopt=F/VR1=F/VF=V=VV=/=R1(3)Dc=Dc1=Dc2=maxcs0/(ks+cs0)D1DcF/VR1F/=故可得证5、某动物细胞培育过程，若采纳机械搅拌反响器，试确立最大同意的搅拌速度，所得的搅拌速度数值能否合理？若不合理，怎样在此条件下防止细胞死亡？已知，细胞直径为20m，培育液运动黏度=10-623m/s，密度=1000kg/m，反响器有效体积VR=2