2007年生化工程卷A答案VIP

2007 年 本科生 生化工程 期末考试卷(A)标准答案 一、名词解释（20 分，每小题 4 分） (1) 反应器反应动力学（宏观反应动力学） 考虑传递因素的反应动力学称反应器反应动力学。 (2) 酶的非竞争性抑制 抑制剂与可以在酶的活性部位以外与酶相结合， 并且这种结合与底物的结合没有竞争关 系，这种抑制称非竞争性抑制。 (3) DC iS imax c SK S D + = ，Si 为 CSTR 反应器中入口处的限制性底物浓度。当稀释率达到 DC 时，出口处细胞浓度为 0，反应器处于“洗出”操作状态。 (4) YX/S 细胞生物量对限制性底物的得率系数。 (5) 限制性底物 某种底物浓度的增加会影响生长速率,而其它营养组分浓度的变化对生长 速率没有影响作用，这种底物称限制性底物。 二、简答题（30 分，每小题 10 分） (1) 简述影响体质传氧系数 kLa 的因素 物系的性质：粘度，扩散系数，表面张力 操作条件：温度，压力，通气量，搅拌转数 反应器的结构：反应器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式 (就每一种情况作较详细说明。) (2) 设计一实验测定酶反应动力学 M-M 方程的参数Vmax和 Km 选择在不同底物浓度下测定其初始反应速率，得到一系列的 S0-v 数据，对 M-M 方程进行双倒数变换，得到 1/v=(Km/Vmax)*(1/S) + 1/Vmax，根据实验数 据以 1/S 为横坐标， 以 1/v 为纵坐标， 作图， 线性拟合， 得到的截距为 1/Vmax， 斜率为(Km/Vmax)，由此可以计算出 Vmax和 Km。 (3) 简述微生物反应与酶促反应的最主要区别？ 从反应动力学的角度来看： （1）微生物反应是自催化反应，在反应过程中催 化剂本身在增殖，而酶促反应在反应过程中催化剂的量不变化； （2）酶催化 的底物是专一性的，在 M-M 方程中的 S 是指反应的专一性底物，而微生物 反应的底物有很多，Monod 方程中的 S 是指限制性底物； （3）微生物反应本 质上是同由许许多多酶促反应组成的，而酶反应相对比较简单。 三、推导与计算（50 分） (1) 试推导均相酶反应体系中竞争性抑制的速率方程。 （15 分） E + S + I ESE + P EI Km KP E + S + E + S + I KP k k2 2 E + S + I ESE + P EI Km KP E + S + E + S + I KP k k2 2 利用快速平衡假说: EI IE K ES SE K Im = (5 分) 和酶的浓度方程, EIESEE+= 0 (2.5 分) 产物速率方程, ESkvp 2 = (2.5 分) 综合以上方程,消除ES得到： SK SV v app,m m p + = ， EkV m,p02 = ， += I mapp,m K I KK1 (5 分) (2) 某一微生物反应在连续操作的搅拌罐反应器(CSTR)中进行，并符合 Monod 方程 S S + = 1 2 (h-1) 现已知在反应器入口处， 底物浓度Si=3 kg m-3, 细胞浓度Xi=0 kg m-3, YX/S=0.5, VR=1 m3 试求：该反应的最佳加料速率应为多少？此时反应器出口处So, Xo, DXo各为多 少？（10分） 解： 1 31 1 121= + = + =)() SK K (D iS S mopt h-1 Vopt=Dopt*VR=1*10=10 L/h (5分) S S D + = 1 2 1 所以，SO=1 g/L XO=YX/S(Si-SO)=0.5*(3-1)=1 g/L DXO=1*1=1 g/(L.h) (5分) (3) 某一均相酶催化反应，在连续操作的管式反应器(CPFR)中进行，其动力学方 程为 S2 S 2 . 0 + = S r (mol L-1 min-1) 若进料流量为25 L min-1; 反应底物 S 在反应器出口处的转化率 为95%，进料 液中底物浓度 Si为2 mol L-1时，求反应器出口处底物的浓度 SO为多少？反应时 间p为多少？所需反应器体积VR为多大？（15分）ln10=2.303, ln0.1=-2.303, ln20=2.996, ln0.05=-2.996 解： 已知：=(Si-So)/Si=0.95 Si=2 mol/L 所以So=0.1 mol/L (5分) 639.4 0.1 5 10ln0.1)5(210lnS5SdS 0.2S S2 dS r 1 2 0.1 2 0.1 2 0.1 s P =+=+= + = min (5分) p=VR/V 所以VR = p X V = 39.46 X 25 = 986.5 L (5分) (4) 某酶反应操作由三个CSTR反应器串联而成，如图(a)所示，其动力学 1/rs 曲线如图(b),请在图(b)中画出三个CSTR反应器的平均停留时间m1, m2, m3。(10 分) V S0V S3 input output Rsooii VrSVSV+= VR1S1E Rsooii VrSVSV+= VR2S2E Rsooii VrSVSV+= VR3S3E V S2V S1 V S0V S3 input output Rsooii VrSVSV+= VR1S1E Rsooii VrSVSV+= VR1S1E Rsooii VrSVSV+= VR2S2E Rsooii VrSVSV+= VR2S2E Rsooii VrSVSV+= VR3S3E Rsooii VrS