生物反应工程(A考)

1. 在一间歇操作的搅拌反应器中进行脲酶催化尿素分解为氨和二氧化碳的反应，要求底物的转化率为0.8。底物的初始浓度为0.1mol/L，反应器中酶浓度为

=0.0266mol/L，最大反应速0.001g/L。在等温反应条件下的动力学常数为，K

m

率为1.33mol/(L·s)，相应此最大反应速率的酶浓度约为5g/L。求完成反应所需的时间。如果要求其生产过程的底物处理量为1000mol/h，每个操作周期所需的辅助时间为10min，试计算反应器的有效体积。

2.某一均相酶催化反应，其动力学方程为：

若进样流量为25L/min，反应底物s在反应器出口转化率

为95%，底物初始浓度为2mol/L时。

=？(2)若采用一个CPFR反试求:(1)若采用一个CSTR反应器时，反应器体积V

R

应器时，反应器体积V

=？

R

3.某一均相酶反应在CPFR 中进行，其动力学方程为：

若进料流量为25L/min ；反应底物S 在反应器出口已转化了95%，底物初始浓度为2mol/L 时，所需反应器有效体积为多大？如改用CSTR ，所有条件同上，计算所需反应器有效体积为多大？

题解： S

S S C 2C 2.0r +=）

（则：L 986V min)/L (46.39)]C C (C C ln K [r 1r dC V V R S 0S S

0S m max C C S S 0R S 0S ==-+=-=⎰ ）

（则：L 5.4987V min)/L (5.199)]C C (C C C K [r 1r C C V V R S 0S S

S 0S m max S S 0S 0R ==-+-=-=

4. 以相同的酶和载体做成三种体积相等而形状不同的固定化酶颗粒，一种为球形；另一种为高与直径相等的圆柱体；还有一种为高与直径相等而壁厚为直径1/3的圆环体。

催化剂颗粒体积均为0.1cm3，颗粒表观密度为1.2g/cm3，所进行的酶催化反应可作为一级不可逆反应处理。

在反应条件下,反应速率常数为50cm3/（s ·g 颗粒）,催化剂微孔内的有效扩散系数为0.01cm2/s 。在该反应体系中，单位体积液相中含有的固定化酶量为20g/L 。已知液相中底物浓度为0.1mol/L ，并且可不考虑外扩散阻力和分配效应等因素的影响。

2

231063261263dCO O cH N O H bC aNH O O H C ++→++

试求相应于上述三种固定化酶颗粒的反应速率分别为多少(假定对不同形状的固定化酶均可采用球形的计算有效因子的公式进行)？计算的反应速率的单位分别用mol/（s ·g 颗粒）、mol/（s ·cm3液相）表示。

5.葡萄糖为基质进行面包酵母(S. cerevisiae)培养，培养的反应式可用下式表示，求计量关系中的系数a 、b 、c 、d 。

解： C: 6=6b+d

H: 12+3a=10b+2c

O: 6+2×3=3b+c+2d

N: a=b

以上方程联立求解得：a=b=0.48 c=4.32 d=3.12

6.竞争性抑制推倒

222.186.03.74.4326126)(eCO O dH O N H C c bNH aO O H C ++→

++