生物化工复习辅导

生物化工复习辅导第1页/共19页☆题型与权重★选择题30%

单项、多项混杂；着重考查基本概念和基础知识★简答题20%

着重考查有关基本概念和基础知识★计算10%

着重考查工程学最基本的有关计算问题★讨论题40%★认真复习总结★勤思考、多练习

专业选修课程——考查、开卷考试卷长度——120mit☆考核与长度★允许带计算器、作图工具★遵守考试纪律、杜绝作弊★考试时间——18周（星期？）一、考试说明1.考试第2页/共19页2.学业成绩评定☆成绩评定基本原则

以期末卷面考试（开卷）成绩为主，兼顾平时考查（包括考勤及作业考查），关注考察学生的学习态度、特点和能力。☆权重

★期末考试成绩占70％

★平时考查成绩占30％☆调整权重或免考★能对学科中的某些问题提出建设性的看法或论述，可根据其价值适当增加“平时考核”成绩的权重。★对学科中有关问题提出的看法或论述有独到之处，并能基本掌握课程的基本原理，经任课教师考查认可，报教务处批准，可免考并直接评定学业成绩。第3页/共19页二、知识体系化学工程学生物工程学动量传递工程热量传递工程质量传递工程化学生物反应器工程发酵工程酶工程细胞工程基因工程“三传一反”“现代生物技术”现代生物化学工程学第4页/共19页☆物料衡算方程——连续性方程

稳定流动的流体，单位时间内，通过管道各横截面的质量流量为一常量。Ws1=Ws2=Ws3=常量三、问题复习讨论1.计算题动量传递热量传递质量传递☆能力衡算方程——柏努利方程ρgHe+h1++=Hf+++h2u122gp1ρgu222gp212p1u1p2u2h1h2基准面第5页/共19页h1=Hf+u222g例1如图所示，某高位槽水面距出水管口垂直距离为10m，出水管为φ60×3，水在流动过程中的压头损失Hf=5m（水柱）。求高位槽每小时的送水量。

——2007级期末考试题

10m解析

以出水管中心线为基准面，其能量衡算方程为：ρgh1++=Hf++u122gp1ρgu222gp2h1基准面p大p大u1≈0u2u22=2(h1-Hf)g=2×(10-5)×9.81=98.1u2

=9.9(m/s)φ60×3（mm）

则，高位槽的送水量为：VS=u2·A=u2·π/4·d2=9.9×π/4×0.0542=0.023(m3/s)=82m3/h60mm3mmd=54mm第6页/共19页=4u1

=4u2例2如图所示，某理想流体以u1的流速稳定通过A截面流入管道，以u2

的流速从B截面流出。若管径dB=2dA，则（）

A.4u1=u2；B.2u1=u2；C.4u2=u1；D.2u2=u1——2006级期末考试题ABdAdBu1u2解析Ws1=Ws2=Ws3=常量或：

u1ρ1A1=u2ρ2A2

对于管道中稳定流动的“不可压缩的流体”有：u1A1=u2A2

或：u1d12=u2d22

即：u2u1=d22d12由题目可知，dB=2dA；即：u2u1==dB2dA24dA2dA2第7页/共19页☆传导传热（平面壁）Q

=·ΔtAaiλiΣt1tx1xt2t3t4x2x30Aa1a2a31.计算题动量传递热量传递质量传递☆平均温度差（逆流、顺流）（对数平均值）Δt2Δtm=Δt1-Δt2lnΔt1T1T2t1t2逆流操作T1T2t2t1顺流操作错流操作T1T2t2t1t1t2T1T2折流操作第8页/共19页例3某炉壁为耐火砖砌成（可视为平面壁），其壁厚为250mm。炉膛中火燃烧稳定后，其炉内壁温度为700℃，外壁温度为120℃，耐火砖的导热系数为0.9W／K·m。求其单位面积炉壁的散热速率。

——2005级期末考试题

解析

单层平面壁传导传热Q/A=(t1-t2)λaat1t2AQ=(700

-120)0.90.250=2088（W/m2）=2.1kW/m2250mm=0.25m第9页/共19页Δt2=T2-t1=60

-20=40（K)Δt1=T1-t2=120

-40=80（K)☆逆流操作解析Δt2Δtm=Δt1-Δt2lnΔt1T1T2t1t2例4某换热器内冷、热两流体采取逆流操作。已知，热流体的进、出口温度分别为T1=120℃，T2=60℃；冷流体的进、出口温度分别为t1=20℃，t2=40℃，求其平均温度差。

——2005级期末考试题

Δtm

=80-408040ln=57.7(K)=58K第10页/共19页

若将例4的操作改为顺流操作，冷、热流体的进、出口温度不变，求其平均温度差。解析Δt2Δtm=Δt1-Δt2lnΔt1Δt2=T2-t2=60

-40=20（K)Δt1=T1-t1=120

-20=100（K)T1T2t2t1=49.7(K)=50KΔtm

=100-2010020ln

则：

顺流操作的平均温度差小于逆流操作的平均温度差第11页/共19页2.讨论题生物工程学发酵工程酶工程细胞工程基因工程例1现代生物化工生产的基本工艺路线生物材料材料预处理分离提取浓缩纯化干燥生化产品发酵工程发酵液酶工程细胞工程基因工程第12页/共19页例如，胃蛋白酶粉的生产工艺路线：胃粘膜浆绞碎、浆化(猪胃粘膜底部)胃粘膜材料的预处理滤液酸解液pH=3-3.545-48℃过滤静置、脱脂24-48h<30℃脱脂酶液乙醇沉淀（提取胃膜素的材料）酸解、消化H2O，HCl3-4hCHCl370%C2H5OH过滤沉淀物过滤沉淀物分离提取超滤浓缩浓缩液<40℃浓缩纯化真空干燥研磨产品（胃蛋白酶粉）第13页/共19页又如，红霉素的生产工艺路线：基因工程菌菌体细胞基因工程发酵液(生物材料)种子扩大培养发酵种子发酵工程发酵液处理甲醛ZnSO4调酸碱度pH=8.0NaOH过滤滤液层析醋酸丁酯离心分离BA萃取液乳酸盐沉淀过滤湿晶体洗涤H2OpH=7-8干燥<55℃产品（红霉素碱）分离提取浓缩纯化第14页/共19页渣晾干粉碎分离提取浓缩纯化干燥产品Ⅱ(迷迭香抗氧化剂)再如，迷迭香精油及抗氧化剂的生产工艺迷迭香(枝、芽)组培驯化移栽组培苗馏分迷迭香(茎、叶)晒干粉碎水蒸气蒸馏油水分离迷迭香粗油(粗产品)精馏产品Ⅰ(迷迭香精油)细胞工程材料预处理分离提取第15页/共19页滤液再如，谷氨酸的生产工艺路线谷氨酸发酵液丙酮酸北京棒杆菌菌种扩大培养淀粉酶解糖化液EMP酵解菌种接种三羧酸循环谷氨酸脱氢酶转氨基过滤酸化pH=4-4.5HCl等电点沉淀pH=3.22HCl离心分离溶解、脱色沉淀物结晶干燥产品（L-谷氨酸）第16页/共19页再如，紫杉醇生产的工艺路线红豆杉芽(母本)愈伤组织诱导培养捣碎浆化浓缩纯化产品(紫杉醇)愈伤组织分离提取干燥(MS培养基)接种23－25℃40D培养愈伤组织筛选细胞工程材料预处理第17页/共19页例2改进细胞悬浮培养的搅拌式反应器

对于动物细胞，因没有细胞壁的保护，对搅拌剪切作用十分敏感，直接的机械搅拌很容易对其造成损害。同样，植物细胞的纤维素细胞壁虽然使细胞具有很强的抗张强度，但其抗剪切的能力相当弱。因此，传统用于微生物的搅拌反应器用作细胞的培养，须对搅拌方式加以改进。其改进方法可从如下两个方面进行：☆供氧方式的改进一般情况下搅拌式反应器常伴有鼓泡