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生化反应工程考博大纲 生物反应过程动力学和生物反应器是生物反应工程的核心内容。生物反应过 程动力学则包括酶催化反应动力学、细胞反应过程动力学和固定化生物催化反应 过程动力学;生物反应器则包括理想生物反应器操作模型、工业生物反应器传的 传递特性、混合特性和反应器的设计和放大。 一、酶催化反应过程动力学 M-M 方程的动力学特征:速率与酶浓度、底物浓度的关系、动力学参数的 含义及求法; 可逆抑制的酶催化反应动力学:竞争,非竞争和反竞争三种可逆抑制的动力 学特点、表示方法及如何区分; 不可逆抑制动力学的特点; 底物抑制与活化(变构酶催化)的动力学特点和其主要参数; 酶失活动力学的主要特征。 二、细胞生长及反应动力学 细胞得率系数、最大得率系数和呼吸商得概念和求法; 描述细胞生长的黑箱模型、结构模型和非结构模型的概念; Monod 模型的动力学特征,μ 、μ max 和 Ks 的物理意义; 细胞不同生长阶段时μ 的变化; 产物生成动力学的三种分类及其动力学特点; 底物消耗动力学的描述方法,YX/S 与 YG 的关系; 三、固定化生物催化反应过程动力学 弄清空间效应、分配效应、扩散效应(包括外扩散和内扩散)、本征反应动 力学和表观反应动力学的概念; 描述外扩散影响的无量纲数Da的物理意义以及用Da值判断反应过程的控制 步骤;消除外扩散影响的方法; 描述内扩散影响的主要参数 De、ф 和η 的定义,一级反应时ф 1、η 1 的求 法,用ф 值大小判断反应的控制步骤;内扩散的消除方法; 表观梯勒模数Ф 的定义;对一级 M-M 反应时Ф 值的表示,用Ф 值判断反应 控制步骤; 对一级反应,内外扩散同时存在时 Bi、Da 和ф 1 之间的关系,总有效因子 的求法; 在扩散影响下的表观反应级数、表观化能和表观稳定性与其本征值有何变化 及其变化原因。 四、生物反应器的操作模型 分批式、连续式和半分批式(流加操作)各自有何操作特点,流加操作对细 胞反应有何特殊意义; 对 BSTR,反应时间和辅助时间、反应时间的确定、反应器有效体积的确定; 对单级 CSTR,D 与τ m 的关系,D、Dopt、Dc 和 Cx、Cs、DCx 的定义式及求 法,τ m 与 VR 的确定; 对 循环的单级 CSTR,R 和β 的定义,D 与μ 的关系; 对 CPFR,模型的特征,τ p 的求法,CPFR 与 CSTR 的比较,CPFR 与 CSTR 相 串联的特征; 对流加操作,其操作过程中主要特征、恒速流加与指数流加各有何特点; 反应-分离相耦合对细胞反应的意义。 五、生物反应器的传递与混合特性 牛顿型流体与非牛顿型流体的主要差别; 氧在细胞反应中的传递阻力如何确定,大多情况下氧的传递阻力是什么; 细胞反应中供氧速率与耗氧速率的关系,即 OTR 与 OUR 的关系,Col、Col*、 Colc 之区别,Kla 的动态测定法; 混合程度与混合尺度、宏观混合与微观混合,宏观流体与微观流体,混合过 程主要机理; 宏观混合模型:E(t)、F(t)、E 和σ t 2 的意义,CSTR 和 CPFR 的宏观混合特 征参数值;多重串联模型的模型参数; 微观混合的混合程度和混合时间的概念。 六、生物反应器的设计和放大 生物反应器具备的主要特点; 机械搅拌槽式反应器的结构特征、能量消耗、搅拌浆类型和搅拌功率计算的 一般方法; 气升式反应器主要结构特征和其设计参数以及流体产生流体的动力; 固定床和滴流床反应器的特征,采用固定化生物催化剂,一级反应 CPFR 模 型进行固定床生物反应器的设计方法; 膜式生物反应器的主要特征和分类; 动植物细胞培养的特点及其反应器选择; 生物反应器经验放大法中应用较多的是什么方法。
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