1、簡答題1、說明動物細胞培養反應器中流體剪切力的主要來源？P210主要來源為：機械剪切力、氣體攪拌剪切力2、說明固定化酶反應的模數的物理意義，它與那些變量與參數有關？P103=表面濃度下的反應速率/內擴散速率=最大反應速率的特征值/最大內擴散速率的特征值一"級反應：i二:怖11=1(VP,SP,kV1,De)與內擴散速率、反應速率、內擴散阻力、對反應速率的限制程度、有效因子刀等有關，而內擴散的有效因子又和顆粒粒度、顆粒活性、孔隙率、孔徑、反應溫度等有關3、哪些傳遞過程特性與流體流動的微觀效應有關？P223,P2987-30,PPTP1圖4、從反應器內物料混合的角度說明反應器放大過程中傳

2、遞過程特性的變化？P235有流體流變特性、流體剪切作用、傳質特性、氧的傳遞、質量傳遞5、說明生物反應器中對流體剪切力的估計參數有哪些？P210通過混合，可使反應器中物料組成與溫度、pH分布更趨于均勻，可強化反應體系的傳質與傳熱，使細胞或顆粒保持懸浮狀態(1)宏觀混合：機械攪拌反應物流發生設備尺寸環流，物料在設備尺度上得到混合，對連續流動反應器即為返混(2)微觀混合：物料微團尺度上的混合，反映了反應器內物料的聚集狀態6、生物反應器操作選擇補料分批培養的理由有哪些？P131,P177(1)積分剪切因子ISF=AlUAx=2兀Ndd)(D(2)時均切變率單ve(3)最小湍流漩渦長度入7、說明臨界溶氧

3、濃度的生理學意義？P62,P219補料分批操作的特點是：可調節細胞反應過程環境中營養物質的濃度，一方面可避免某些營養成分的初始濃度過高而出現底物抑制的現象；另一方面又可防止某些限制性營養成分在反應過程中被耗盡而影響細胞生長及產物形成。同時還可解除產物的反饋抑制及葡萄糖的分解阻遏效應等。故在細胞反應過程中，實施流加操作可有效對反應過程加以控制，以提高反應過程的水平。8、說明得率系數的實質，它與哪些條件有關？P42對于好氧微生物細胞反應，微生物細胞對于氧有一個最低的要求，將能滿足微生物呼吸的最低氧濃度稱為臨界溶氧濃度”，用Col,c表示。當溶氧濃度Col值較低時，即Col<Col,c,氧的比

4、消耗速率qo2則隨Col的升高而近似線性遞增，細胞生長速率與溶氧濃度的關系可近似看作一級動力學關系，細胞生長將受氧濃度限制的影響；當Col>Col,c時，此時qo2不再隨著COL的變化而變化，qo2=qO2，max,細胞生長速率與溶氧濃度無關。故對于好氧微生物細胞反應，為了消除氧限制的影響，應要求將反應液中溶氧濃度的水平控制在其臨界值以上。9、對半連續操作方式，GadenIII類反應器是否合適？P70Gadenlll分類為非生長得率型產物，即生成產物與細胞生長無直接關系，產物為次級代謝產物，而半連續操作可以得到高密度細胞，可延長細胞生長穩定期的時間，適合次級代謝產物合成的特點，以提高其產

5、量，所以該反應器適合。10、舉例說明應用生物反應工程的研究方法及原理？P162有：CSTR與膜過濾組合的細胞循環系統，對廢水的生物處理系統。原理：該過程由于活性污泥的沉降性能很好，很容易利用沉降的方法，將待處理水中的污泥進行濃縮，再返回反應器(曝氣池)中，通過活性污泥大量循環的方法，來保持曝氣池中的活性污泥濃度，解決了要求的廢水處理量遠大于活性污泥的比生長速率矛盾，這樣既可以增加反應器的處理能力，又可以提高處理水的質量。11、可以實現擬穩態的操作方式有哪些？PPT有：補料分批操作中的恒速流加，反復補料分批培養，反復流加，連續式操作。12、說明動物細胞培養反應器的設計原理？PPT該反應器配有攪拌

6、槳，其目的是為了混合均勻。此外，反應器模擬了體內生長環境，在無菌、適溫及豐富的營養條件下，使細胞生長高密度、大規模培養。13、說明固定化酶反應的Da準數的物理意義，它與哪些變量與參數有關？P91Da=最大反應速率/最大傳質速率Da=rmax/(kLaC)Da值可作為判斷外擴散控制或反應控制的參數，Da=Da(rmax,Aa,5)14、說明由最小湍流漩渦長度判斷剪切力對細胞造成損傷的原理。機械攪拌反應器中流體剪切力是否會對微生物細胞造成損傷？P213在湍流條件下，流體的剪切作用與細胞所處環境的速度分布有關，導致細胞死亡與具有一定速度分布的漩渦的相對大小有關。當漩渦尺寸大于細胞尺寸時，細胞會隨著流

7、體一起運動，此時流體的流線與細胞的流線之間速度差很小，細胞受到的剪切力較小，若漩渦尺寸小于細胞尺寸，細胞受到較大的剪切力，進而受到損傷，而微生物有細胞壁的保護一般不會受損。15、說明本征(微觀)動力學和宏觀動力學的概念。影響宏觀動力學速率的因素有哪些？P4下方(1)本征動力學又稱為微觀動力學，在無傳遞等工程因素影響時，生物反應固有的速率。該速率除了反應本身的特性之外，只與各反應組份的濃度、溫度、催化劑以及溶劑的性質有關，而與傳遞因素無關。(2)反應器動力學又稱為宏觀動力學，在一反應器內所觀測得到的總反應速率，其影響因素有：反應器的形式與結構、操作方式、物料的流動與混合、傳質與傳熱等。16、說明

8、反饋控制的概念，有哪些操作方式使用這種控制方式？P185在反饋控制流加中，常采用便于檢測的參數來推測細胞的濃度或者產物的積累，或者求出與細胞活性或代謝相關的參數，如耗氧速率以及呼吸商等，進而對細胞反應過程進行調節和控制。有：補料分批流加操作、連續操作等。17、說明空時與空速的概念，它們與反應速率的關系如何？P133及PPT若反應器體積為Vr,物料流入反應器的體積流量為F,平均停留時間°=V/F,又稱為空間的時間，簡稱為空時。T越小，表示反應器處理物料的能力越大，。的倒數，成為空間速度，常以Sv=7=F/Vr來表示反應器體積單位時間內所處理的物料量，空速越大，反應器處理能力也越大。18

9、、以M-M動力學為例，說明如何按空時最小化原則進行反應器的設計？P144m=VR/F=(Cs-Cs0)/s,rs=maxCs/(ks+Cs)m=(Cs0-Cs)(ks+Cs)/rmaxCs計算題1、推導CSTR的空時計算式t=(x-cx0)/rxP143-144VRd=FGo-Cx)Vr&=0dF(Cx-ex。)=Vr&_VR_Cx-Cx0m=-=Frx其中，rx為Cx的函數。2、推導P185的pH恒定法流加的加料特性式P185(4-312)FSYX/BCOH,fFBYX/SCs,fFbYX/BCxCOH0-COHYx/b用Csf。-Csf_Fs一,一Yx/sFbCoh0-Co

10、hFb3、已知底物抑制酶反應，rmax=2.2mol/(Lmin),Km=4.710-2mol/L,Ksi=0.3mol/L,加料流量F=100L/min,進料底物濃度Cso=0.473mol/L,轉化率xs=0.90(1)設計一個CSTR+CPFR系統，計算其中CSTR的最小反應器體積(作圖說明)(2)如采用循環式P22CPFR,試求出平推流反應器進口反應速率最大時的循環比XsCs。CSo0.473-CsS=0.900.473Cs=0.0473mol/hrmaxCs2.20.0473ss二二9kmCs(1Cs/ksL)4.710-20.0473(10.047300.3)=1.023Cs,ma

11、xVkmkSI-24.7100.3=0.119mol/lCx,max-Cx。Cs。-G,max二VrFVrLCs0-Cmax0.473-0.119=F-s0max=100=34.6L1.023(2)FFF一CSTR,cs1一CPFR一Cs0Cs1CsfRFrRFFFr=F(1R)FssRFcs=F(1R)Csi,1000.473R1000.0473=100(1R)0.119.R-4.944、某發酵過程，科=0.5G/(2+Cs)(h-1),Cs0=50.0g/L,Yx/s=0.6(1)設在一定體積V的單個CSTR中進行穩態、無細胞死亡的操作，求臨界稀釋率Dc、最大細胞生產率&max、最

12、佳稀釋率D°pt、底物轉化率Xs(2)如采用以上最優加料速率，在反應器后再串聯一個CSTR,并使最后Cs=1g/L,則求第2個反應器的有效體積(3)如用反應器總體積V的2個CSTR串聯系統，仍采用上述加料流量。試計算雙罐系統的臨界稀釋率，再證明雙罐系統的第一罐的體積須大于0.83VP148公式Dc=maxCs。/(ks+Cs。)=maxCs/(ks+Cs)=0.5Cs/(2+Cs)=0.5ks=2Dc=0.550寸2+50)=0.481/h,Dopt=F/Vr,ks2Dopt=max(1，.:s)=0.5(1-.)=0.402/h；ksCs0250rmax=Yx/s/max(.Cs0

13、ks-.ks)2=0.60.5(.502-.2)2=10.08g/(L*h)ksDopt20.4°Cs1=8g/Lmax-Dopt0.5-0.4xs_Cs0-CsCs0=0.84Cs2=1g/L(2) Cx1=Cx0+Yx/s(Cs0-Cs1)=25.2g/Lcx2=Cx1+Yx/s(Cs1+Cs2)=29.4g/LYX/S=(Cx-Cx0)/(Cs0-Cs1)YX/S=(Cx2-Cx1)/(Cs1-Cs2)g2=VR2/F=(Cx2-Cx1)/rx2rx2=maxCs2cs2/(ks+Cs2)Vr2=F(Cx2-Cx1)/rx2由(1)Dopt=F/VR1=F/VF=0.4VVr1

14、=VV=0.4V(29.4-25.2)/4.9=0.354V(3) Dc=Dc1=Dc2=|JmaxCs0/(ks+Cs0)D1<Dc<=>F/Vr1<0.48/hVri>F/0.48=0.4V0.48=0.83V故可得證5、某動物細胞培養過程，若采用機械攪拌反應器，試確定最大允許的攪拌速度，所得的攪拌速度數值是否合理？若不合理，如何在此條件下避免細胞死亡？已知，細胞直徑為20dm,培養液運動黏度丫=1(6m2/s,密度p=1000kg/rri,反應器有效體積Vr=2>0-3m3,攪拌器直徑d=0.07m,攪拌功率Np=1.5P213-214令入=2m=2火m0由入=(v+J4可知：