1、簡(jiǎn)做題1、說(shuō)明動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反響器中流體剪切力的主要來(lái)源P210主要來(lái)源為：機(jī)械剪切力、氣體攪拌剪切力2、說(shuō)明固定化酶反響的模數(shù)的物理意義,它與那些變量與參數(shù)有關(guān)P103=外表濃度下的反響速率/內(nèi)擴(kuò)散速率=最大反響速率的特征值/最大內(nèi)擴(kuò)散速率的特征值一"級(jí)反響：i二:怖11=1(VP,SP,kV1,De)與內(nèi)擴(kuò)散速率、反響速率、內(nèi)擴(kuò)散阻力、對(duì)反響速率的限制程度、有效因子刀等有關(guān),而內(nèi)擴(kuò)散的有效因子又和顆粒粒度、顆粒活性、孔隙率、孔徑、反響溫度等有關(guān)3、哪些傳遞過(guò)程特性與流體流動(dòng)的微觀效應(yīng)有關(guān)P223,P2987-30,PPTP1圖4、從反響器內(nèi)物料混合的角度說(shuō)明反響器放大過(guò)程中傳遞過(guò)程

2、特性的變化P235有流體流變特性、流體剪切作用、傳質(zhì)特性、氧的傳遞、質(zhì)量傳遞5、說(shuō)明生物反響器中對(duì)流體剪切力的估計(jì)參數(shù)有哪些P210通過(guò)混合,可使反響器中物料組成與溫度、pH分布更趨于均勻,可強(qiáng)化反響體系的傳質(zhì)與傳熱,使細(xì)胞或顆粒保持懸浮狀態(tài)(1)宏觀混合：機(jī)械攪拌反響物流發(fā)生設(shè)備尺寸環(huán)流,物料在設(shè)備尺度上得到混合,對(duì)連續(xù)流動(dòng)反響器即為返混(2)微觀混合：物料微團(tuán)尺度上的混合,反映了反響器內(nèi)物料的聚集狀態(tài)6、生物反響器操作選擇補(bǔ)料分批培養(yǎng)的理由有哪些P131,P177(1)積分剪切因子ISF=AlUAx=2兀Ndd)(D(2)時(shí)均切變率單ve(3)最小湍流漩渦長(zhǎng)度入7、說(shuō)明臨界溶氧濃度的生理學(xué)

3、意義P62,P219補(bǔ)料分批操作的特點(diǎn)是：可調(diào)節(jié)細(xì)胞反響過(guò)程環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度,一方面可預(yù)防某些營(yíng)養(yǎng)成分的初始濃度過(guò)高而出現(xiàn)底物抑制的現(xiàn)象；另一方面又可預(yù)防某些限制性營(yíng)養(yǎng)成分在反應(yīng)過(guò)程中被耗盡而影響細(xì)胞生長(zhǎng)及產(chǎn)物形成.同時(shí)還可解除產(chǎn)物的反響抑制及葡萄糖的分解阻遏效應(yīng)等.故在細(xì)胞反響過(guò)程中,實(shí)施流加操作可有效對(duì)反響過(guò)程加以限制,以提升反響過(guò)程的水平.8、說(shuō)明得率系數(shù)的實(shí)質(zhì),它與哪些條件有關(guān)P42對(duì)于好氧微生物細(xì)胞反響,微生物細(xì)胞對(duì)于氧有一個(gè)最低的要求,將能滿足微生物呼吸的最低氧濃度稱(chēng)為臨界溶氧濃度,用Col,c表示.當(dāng)溶氧濃度Col值較低時(shí),即Col<Col,c,氧的比消耗速率qo2那么

4、隨Col的升高而近似線性遞增,細(xì)胞生長(zhǎng)速率與溶氧濃度的關(guān)系可近似看作一級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系,細(xì)胞生長(zhǎng)將受氧濃度限制的影響；當(dāng)Col>Col,c時(shí),此時(shí)qo2不再隨著COL的變化而變化,qo2=qO2,max,細(xì)胞生長(zhǎng)速率與溶氧濃度無(wú)關(guān).故對(duì)于好氧微生物細(xì)胞反響,為了消除氧限制的影響,應(yīng)要求將反響液中溶氧濃度的水平限制在其臨界值以上.9、對(duì)半連續(xù)操作方式,GadenIII類(lèi)反響器是否適宜P70Gadenlll分類(lèi)為非生長(zhǎng)得率型產(chǎn)物,即生成產(chǎn)物與細(xì)胞生長(zhǎng)無(wú)直接關(guān)系,產(chǎn)物為次級(jí)代謝產(chǎn)物,而半連續(xù)操作可以得到高密度細(xì)胞,可延長(zhǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)穩(wěn)定期的時(shí)間,適合次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的特點(diǎn),以提升其產(chǎn)量,所以該反響器適

5、合.10、舉例說(shuō)明應(yīng)用生物反響工程的研究方法及原理P162有：CSTR與膜過(guò)濾組合的細(xì)胞循環(huán)系統(tǒng),對(duì)廢水的生物處理系統(tǒng).原理：該過(guò)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(jìn)行濃縮,再返回反響器(曝氣池)中,通過(guò)活性污泥大量循環(huán)的方法,來(lái)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(yuǎn)大于活性污泥的比生長(zhǎng)速率矛盾,這樣既可以增加反響器的處理水平,又可以提升處理水的質(zhì)量.11、可以實(shí)現(xiàn)擬穩(wěn)態(tài)的操作方式有哪些PPT有：補(bǔ)料分批操作中的恒速流加,反復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng),反復(fù)流加,連續(xù)式操作.12、說(shuō)明動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反響器的設(shè)計(jì)原理PPT該反響器配有攪拌槳,其目的是為了混合均勻

6、.此外,反響器模擬了體內(nèi)生長(zhǎng)環(huán)境,在無(wú)菌、適溫及豐富的營(yíng)養(yǎng)條件下,使細(xì)胞生長(zhǎng)高密度、大規(guī)模培養(yǎng).13、說(shuō)明固定化酶反響的Da準(zhǔn)數(shù)的物理意義,它與哪些變量與參數(shù)有關(guān)P91Da=最大反響速率/最大傳質(zhì)速率Da=rmax/(kLaC)Da值可作為判斷外擴(kuò)散限制或反響限制的參數(shù),Da=Da(rmax,Aa,5)14、說(shuō)明由最小湍流漩渦長(zhǎng)度判斷剪切力對(duì)細(xì)胞造成損傷的原理.機(jī)械攪拌反響器中流體剪切力是否會(huì)對(duì)微生物細(xì)胞造成損傷P213在湍流條件下,流體的剪切作用與細(xì)胞所處環(huán)境的速度分布有關(guān),導(dǎo)致細(xì)胞死亡與具有一定速度分布的漩渦的相對(duì)大小有關(guān).當(dāng)漩渦尺寸大于細(xì)胞尺寸時(shí),細(xì)胞會(huì)隨著流體一起運(yùn)動(dòng),此時(shí)流體的流線與

7、細(xì)胞的流線之間速度差很小,細(xì)胞受到的剪切力較小,假設(shè)漩渦尺寸小于細(xì)胞尺寸,細(xì)胞受到較大的剪切力,進(jìn)而受到損傷,而微生物有細(xì)胞壁的保護(hù)一般不會(huì)受損.15、說(shuō)明本征(微觀)動(dòng)力學(xué)和宏觀動(dòng)力學(xué)的概念.影響宏觀動(dòng)力學(xué)速率的因素有哪些P4下方(1)本征動(dòng)力學(xué)又稱(chēng)為微觀動(dòng)力學(xué),在無(wú)傳遞等工程因素影響時(shí),生物反響固有的速率.該速率除了反響本身的特性之外,只與各反響組份的濃度、溫度、催化劑以及溶劑的性質(zhì)有關(guān),而與傳遞因素?zé)o關(guān).(2)反響器動(dòng)力學(xué)又稱(chēng)為宏觀動(dòng)力學(xué),在一反響器內(nèi)所觀測(cè)得到的總反響速率,其影響因素有：反響器的形式與結(jié)構(gòu)、操作方式、物料的流動(dòng)與混合、傳質(zhì)與傳熱等.16、說(shuō)明反響限制的概念,有哪些操作方

8、式使用這種限制方式P185在反響限制流加中,常采用便于檢測(cè)的參數(shù)來(lái)推測(cè)細(xì)胞的濃度或者產(chǎn)物的積累,或者求出與細(xì)胞活性或代謝相關(guān)的參數(shù),如耗氧速率以及呼吸商等,進(jìn)而對(duì)細(xì)胞反響過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制.有：補(bǔ)料分批流加操作、連續(xù)操作等.17、說(shuō)明空時(shí)與空速的概念,它們與反響速率的關(guān)系如何P133及PPT假設(shè)反響器體積為Vr,物料流入反響器的體積流量為F,平均停留時(shí)間°=V/F,又稱(chēng)為空間的時(shí)間,簡(jiǎn)稱(chēng)為空時(shí).T越小,表示反響器處理物料的水平越大,.的倒數(shù),成為空間速度,常以Sv=7=F/Vr來(lái)表示反響器體積單位時(shí)間內(nèi)所處理的物料量,空速越大,反響器處理水平也越大.18、以M-M動(dòng)力學(xué)為例,說(shuō)明如何

9、按空時(shí)最小化原那么進(jìn)行反響器的設(shè)計(jì)P144m=VR/F=(Cs-Cs0)/s,rs=maxCs/(ks+Cs)m=(Cs0-Cs)(ks+Cs)/rmaxCs計(jì)算題1、推導(dǎo)CSTR的空時(shí)計(jì)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(shù).2、推導(dǎo)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-CohFb3、底物抑制酶反響,rm

10、ax=2.2mol/(Lmin),Km=4.710-2mol/L,Ksi=0.3mol/L,加料流量F=100L/min,進(jìn)料底物濃度Cso=0.473mol/L,轉(zhuǎn)化率xs=0.90(1)設(shè)計(jì)一個(gè)CSTR+CPFR系統(tǒng),計(jì)算其中CSTR的最小反響器體積(作圖說(shuō)明)(2)如采用循環(huán)式P22CPFR,試求出平推流反響器進(jìn)口反響速率最大時(shí)的循環(huán)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,maxVkmkSI-24.7100.3

11、=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(fā)酵過(guò)程,科=0.5G/(2+Cs)(h-1),Cs0=50.0g/L,Yx/s=0.6(1)設(shè)在一定體積V的單個(gè)CSTR中進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、無(wú)細(xì)胞死亡的操作,求臨界稀釋率Dc、最大細(xì)胞生產(chǎn)率&max、最正確稀釋率D°pt、底物

12、轉(zhuǎn)化率Xs(2)如采用以上最優(yōu)加料速率,在反響器后再串聯(lián)一個(gè)CSTR,并使最后Cs=1g/L,那么求第2個(gè)反響器的有效體積(3)如用反響器總體積V的2個(gè)CSTR串聯(lián)系統(tǒng),仍采用上述加料流量.試計(jì)算雙罐系統(tǒng)的臨界稀釋率,再證實(shí)雙罐系統(tǒng)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(.Cs0ks-.ks)2=0.60.5

13、(.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=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(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程,假設(shè)采用機(jī)械攪拌反響器,試確定最大允許的攪拌速度,所得的攪拌速度數(shù)值是否合理假設(shè)不合理,如何在此條件下預(yù)防細(xì)胞死亡,細(xì)胞直徑為20dm,培養(yǎng)液運(yùn)動(dòng)黏度丫=1(6m2/s,密度p=1000kg/rri,反響器有效體積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：S=v