生物反应器设计原理测验试题冲刺卷

生物反应器设计原理测验试题冲刺卷考试时长：120分钟满分：100分班级：__________姓名：__________学号：__________得分：__________试卷名称：生物反应器设计原理测验试题冲刺卷考核对象：生物工程、化学工程、环境工程等相关专业学生及行业从业者题型分值分布：-判断题（总共10题，每题2分）总分20分-单选题（总共10题，每题2分）总分20分-多选题（总共10题，每题2分）总分20分-简答题（总共3题，每题4分）总分12分-应用题（总共2题，每题9分）总分18分总分：100分一、判断题（每题2分，共20分）1.生物反应器中的搅拌作用仅用于混合培养基，对传质过程无影响。2.筛板式塔反应器适用于处理高粘度生物反应液。3.微生物在生物反应器中的生长动力学符合Monod方程。4.固定化酶反应器可以提高酶的重复使用率。5.生物反应器的温度控制主要通过夹套冷却或加热实现。6.气液两相生物反应器中，气液接触面积越大，传质效率越高。7.常压生物反应器无法进行高压灭菌。8.生物反应器的pH控制主要通过缓冲溶液实现。9.细胞固定化技术可以提高生物催化剂的稳定性。10.生物反应器的放大过程中，动力学参数会发生变化。二、单选题（每题2分，共20分）1.下列哪种生物反应器适用于大规模工业化生产？A.分批式反应器B.连续搅拌罐式反应器（CSTR）C.固定床反应器D.流化床反应器2.生物反应器中，传质效率最低的相态是？A.气液相B.液液相C.固液相D.气固相3.下列哪种方法不属于细胞固定化技术？A.包埋法B.吸附法C.共价结合法D.微胶囊法4.生物反应器中，搅拌转速过高可能导致？A.氧气传递效率提高B.菌体损伤C.温度均匀性改善D.培养基粘度降低5.下列哪种生物反应器适用于处理低粘度液体？A.筛板式塔反应器B.转鼓式反应器C.管式反应器D.固定床反应器6.生物反应器中，传质阻力主要来自？A.搅拌效果B.催化剂活性C.气液接触面积D.培养基粘度7.下列哪种方法不属于生物反应器温度控制手段？A.冷却水循环B.电加热器C.微波加热D.恒温夹套8.生物反应器中，pH控制的主要目的是？A.提高传质效率B.优化微生物生长环境C.降低能耗D.减少副产物生成9.下列哪种生物反应器适用于高值化产物生产？A.分批式反应器B.连续搅拌罐式反应器（CSTR）C.固定床反应器D.流化床反应器10.生物反应器放大过程中，需要重点考虑的因素是？A.反应器体积B.动力学参数C.搅拌效果D.温度控制三、多选题（每题2分，共20分）1.生物反应器设计需要考虑的因素包括？A.传质效率B.温度控制C.pH控制D.搅拌效果E.反应器材料2.细胞固定化技术的优点包括？A.提高酶的重复使用率B.增强生物催化剂的稳定性C.降低反应器成本D.提高产物纯度E.减少副产物生成3.生物反应器中，传质过程的影响因素包括？A.气液接触面积B.气体流速C.培养基粘度D.搅拌效果E.温度4.生物反应器中，温度控制的主要方法包括？A.冷却水循环B.电加热器C.微波加热D.恒温夹套E.热敏电阻监测5.生物反应器中，搅拌的作用包括？A.混合培养基B.提高传质效率C.均匀温度分布D.防止菌体沉淀E.降低能耗6.生物反应器放大过程中，需要调整的参数包括？A.搅拌转速B.气体流速C.温度控制范围D.pH控制精度E.反应器体积7.下列哪些属于生物反应器的常见类型？A.分批式反应器B.连续搅拌罐式反应器（CSTR）C.固定床反应器D.流化床反应器E.筛板式塔反应器8.细胞固定化技术的常用方法包括？A.包埋法B.吸附法C.共价结合法D.微胶囊法E.聚合物凝胶法9.生物反应器中，传质阻力主要来自？A.气液界面膜B.液相扩散C.固相扩散D.搅拌效果E.培养基粘度10.生物反应器设计中，需要考虑的安全因素包括？A.超压保护B.温度过热保护C.气体泄漏防护D.防腐蚀设计E.防爆设计四、简答题（每题4分，共12分）1.简述生物反应器中搅拌的作用及其对传质效率的影响。2.解释固定化酶技术的原理及其在生物反应器中的应用优势。3.分析生物反应器放大过程中可能遇到的主要挑战及应对措施。五、应用题（每题9分，共18分）1.某生物制药公司计划设计一套年产100吨某药物的连续搅拌罐式反应器（CSTR），已知该药物的生产过程需要维持pH6.5±0.2，温度37±1℃，氧气传递效率要求达到0.3mol/(m³·h)。请简述该反应器的设计步骤及关键参数的确定方法。2.某研究团队计划采用固定化酵母细胞生产乙醇，已知酵母细胞的最佳生长温度为30℃，最佳pH为4.5，且固定化过程中需使用海藻酸钠包埋法。请简述固定化酵母细胞的生产工艺流程，并分析该工艺对生物反应器设计的影响。---标准答案及解析一、判断题1.×（搅拌不仅混合，还促进传质）2.×（高粘度适用固定床或流化床）3.√4.√5.√6.√7.×（常压可高压灭菌，但需特殊设计）8.√9.√10.√二、单选题1.B（CSTR适用于大规模工业化）2.C（固液相传质阻力最大）3.C（共价结合法属于酶固定化）4.B（过高搅拌损伤菌体）5.C（管式反应器适用于低粘度）6.D（粘度影响传质阻力）7.C（微波加热非常规手段）8.B（pH影响微生物生长）9.C（固定床适用于高值化）10.B（动力学参数需匹配放大）三、多选题1.A,B,C,D,E2.A,B,D,E3.A,B,C,D,E4.A,B,C,D,E5.A,B,C,D,E6.A,B,C,D,E7.A,B,C,D,E8.A,B,C,D,E9.A,B,C,E10.A,B,C,D,E四、简答题1.搅拌作用及传质影响：搅拌通过产生循环流促进气液接触，提高氧气溶解和传递效率。同时，搅拌使温度均匀，防止局部过热或过冷，并防止菌体沉淀，保证反应液混合均匀。搅拌效果越好，传质效率越高，但过高搅拌可能损伤菌体。2.固定化酶原理及优势：固定化酶通过物理或化学方法将酶固定在载体上，使其可重复使用。优势包括：提高酶稳定性、减少流失、易于分离纯化、可连续生产、降低成本。3.放大挑战及应对：主要挑战包括动力学参数变化、传质效率下降、混合不均等。应对措施包括：逐步放大、优化搅拌设计、改进传质方式、精确控制温度和pH。五、应用题1.CSTR设计步骤及参数确定：-设计步骤：确定反应器体积（基于生产速率和停留时间）、搅拌功率（根据雷诺数和功率数）、气液接触面积（基于氧气传递效率）、夹套设计（控制温度）、pH控制系统（酸碱泵调节）。-参数确定：体积计算公式V=Q×τ（Q为流量，τ为停留时间）；搅拌功率根据P=K×N³×D⁵（K为常数，N为转速，D为直径）；气液接触面积A=V/HT（HT为气液接触时间）；夹套设计需考虑传热