2025年生物反應(yīng)工程試題及答案

一、填空題（每題2分，共20分）1.生物反應(yīng)工程是研究______在生物反應(yīng)器中的______、______和______的學(xué)科。2.在生物反應(yīng)器中，微生物的生長(zhǎng)通常受到______、______和______等環(huán)境因素的影響。3.化學(xué)計(jì)量學(xué)是研究______與______之間定量關(guān)系的科學(xué)。4.動(dòng)力學(xué)模型通常用于描述______與______之間的關(guān)系。5.細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)中，Monod方程描述了______對(duì)______的影響。6.在生物反應(yīng)器中，傳質(zhì)效率是影響______的重要因素。7.細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑通常分為_(kāi)_____和______兩大類(lèi)。8.在連續(xù)攪拌反應(yīng)器（CSTR）中，穩(wěn)態(tài)操作條件下的細(xì)胞濃度與______有關(guān)。9.在分批式反應(yīng)器（BSTR）中，細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線可以分為_(kāi)_____、______和______三個(gè)階段。10.生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)通常包括______、______和______三個(gè)部分。二、判斷題（每題2分，共20分）1.生物反應(yīng)工程主要研究生物反應(yīng)器中的傳熱和傳質(zhì)問(wèn)題。（）2.Monod方程可以描述微生物生長(zhǎng)速率與底物濃度之間的關(guān)系。（）3.在生物反應(yīng)器中，細(xì)胞的生長(zhǎng)速率通常不受溫度的影響。（）4.化學(xué)計(jì)量學(xué)可以幫助我們確定微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例。（）5.動(dòng)力學(xué)模型可以精確預(yù)測(cè)生物反應(yīng)器中的細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程。（）6.在分批式反應(yīng)器中，細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線可以分為對(duì)數(shù)生長(zhǎng)、減速生長(zhǎng)和衰亡三個(gè)階段。（）7.連續(xù)攪拌反應(yīng)器（CSTR）適用于大規(guī)模的生產(chǎn)過(guò)程。（）8.細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑通常分為合成代謝和分解代謝兩大類(lèi)。（）9.生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)通常包括溫度控制、pH控制和攪拌控制三個(gè)部分。（）10.在生物反應(yīng)器中，傳質(zhì)效率對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)速率沒(méi)有影響。（）三、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是生物反應(yīng)工程的研究?jī)?nèi)容？（）A.細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)B.傳熱和傳質(zhì)C.化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)D.細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑2.Monod方程中，Ks代表什么？（）A.最大生長(zhǎng)速率B.半飽和常數(shù)C.底物濃度D.生長(zhǎng)速率3.在生物反應(yīng)器中，傳質(zhì)效率主要受哪些因素影響？（）A.溫度和pHB.攪拌速度和反應(yīng)器類(lèi)型C.細(xì)胞濃度和底物濃度D.化學(xué)計(jì)量學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型4.細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑通常分為哪兩大類(lèi)？（）A.合成代謝和分解代謝B.氧化代謝和還原代謝C.光合作用和呼吸作用D.無(wú)機(jī)代謝和有機(jī)代謝5.在連續(xù)攪拌反應(yīng)器（CSTR）中，穩(wěn)態(tài)操作條件下的細(xì)胞濃度與什么有關(guān)？（）A.進(jìn)料速率和細(xì)胞生長(zhǎng)速率B.反應(yīng)器體積和細(xì)胞濃度C.溫度和pHD.攪拌速度和傳質(zhì)效率6.分批式反應(yīng)器（BSTR）適用于哪種生產(chǎn)過(guò)程？（）A.大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)B.小規(guī)模間歇生產(chǎn)C.半連續(xù)生產(chǎn)D.連續(xù)攪拌生產(chǎn)7.生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)通常包括哪些部分？（）A.溫度控制、pH控制和攪拌控制B.溫度控制、壓力控制和攪拌控制C.pH控制、壓力控制和攪拌控制D.溫度控制、pH控制和壓力控制8.細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)中，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)階段的特點(diǎn)是什么？（）A.細(xì)胞生長(zhǎng)速率最快B.細(xì)胞生長(zhǎng)速率最慢C.細(xì)胞生長(zhǎng)停止D.細(xì)胞開(kāi)始衰亡9.在生物反應(yīng)器中，傳質(zhì)效率對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)速率有什么影響？（）A.沒(méi)有影響B(tài).負(fù)面影響C.正面影響D.不確定10.化學(xué)計(jì)量學(xué)的主要作用是什么？（）A.描述生物反應(yīng)器中的傳熱和傳質(zhì)問(wèn)題B.確定微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例C.預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程D.研究細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述生物反應(yīng)工程的研究?jī)?nèi)容和意義。2.解釋Monod方程在生物反應(yīng)工程中的應(yīng)用。3.比較連續(xù)攪拌反應(yīng)器（CSTR）和分批式反應(yīng)器（BSTR）的優(yōu)缺點(diǎn)。4.討論生物反應(yīng)器中的傳質(zhì)效率對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)速率的影響。五、討論題（每題5分，共20分）1.如何優(yōu)化生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)以提高細(xì)胞生長(zhǎng)速率？2.在生物反應(yīng)器中，如何控制溫度和pH對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響？3.討論化學(xué)計(jì)量學(xué)在生物反應(yīng)工程中的重要性。4.如何利用動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)和優(yōu)化生物反應(yīng)器中的細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程？答案和解析一、填空題1.生物，反應(yīng)過(guò)程，傳遞過(guò)程，反應(yīng)器設(shè)計(jì)2.溫度，pH，氧氣濃度3.化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)消耗4.反應(yīng)速率，反應(yīng)物濃度5.底物濃度，細(xì)胞生長(zhǎng)速率6.細(xì)胞生長(zhǎng)速率7.合成代謝，分解代謝8.進(jìn)料速率，細(xì)胞生長(zhǎng)速率9.對(duì)數(shù)生長(zhǎng)，減速生長(zhǎng)，衰亡10.溫度控制，pH控制，攪拌控制二、判斷題1.√2.√3.×4.√5.×6.√7.×8.√9.√10.×三、選擇題1.D2.B3.B4.A5.A6.B7.A8.A9.C10.B四、簡(jiǎn)答題1.生物反應(yīng)工程是研究生物反應(yīng)器中的反應(yīng)過(guò)程、傳遞過(guò)程和反應(yīng)器設(shè)計(jì)的學(xué)科。其研究?jī)?nèi)容包括細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、傳熱和傳質(zhì)、化學(xué)計(jì)量學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型等。生物反應(yīng)工程的意義在于通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作條件，提高生物反應(yīng)的效率和生產(chǎn)率，從而推動(dòng)生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。2.Monod方程是描述微生物生長(zhǎng)速率與底物濃度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。其表達(dá)式為：μ=μmax(S/(Ks+S))，其中μ為生長(zhǎng)速率，μmax為最大生長(zhǎng)速率，S為底物濃度，Ks為半飽和常數(shù)。Monod方程在生物反應(yīng)工程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在通過(guò)測(cè)定μmax和Ks，可以預(yù)測(cè)不同底物濃度下的細(xì)胞生長(zhǎng)速率，從而優(yōu)化生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作條件。3.連續(xù)攪拌反應(yīng)器（CSTR）和分批式反應(yīng)器（BSTR）是兩種常見(jiàn)的生物反應(yīng)器類(lèi)型。CSTR適用于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，具有反應(yīng)物濃度均勻、細(xì)胞生長(zhǎng)速率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備投資較高。BSTR適用于小規(guī)模間歇生產(chǎn)，具有操作簡(jiǎn)單、設(shè)備投資低等優(yōu)點(diǎn)，但反應(yīng)物濃度不均勻、細(xì)胞生長(zhǎng)速率不穩(wěn)定。選擇合適的反應(yīng)器類(lèi)型需要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、反應(yīng)過(guò)程和細(xì)胞生長(zhǎng)特性等因素綜合考慮。4.傳質(zhì)效率是影響細(xì)胞生長(zhǎng)速率的重要因素。在生物反應(yīng)器中，細(xì)胞生長(zhǎng)需要消耗氧氣和底物，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和代謝產(chǎn)物。傳質(zhì)效率越高，氧氣和底物的傳遞速率越快，細(xì)胞生長(zhǎng)速率越快。傳質(zhì)效率受攪拌速度、反應(yīng)器類(lèi)型、細(xì)胞濃度和底物濃度等因素影響。提高傳質(zhì)效率可以通過(guò)優(yōu)化攪拌速度、增加反應(yīng)器表面積、降低細(xì)胞濃度等方式實(shí)現(xiàn)。五、討論題1.優(yōu)化生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)以提高細(xì)胞生長(zhǎng)速率可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：首先，選擇合適的反應(yīng)器類(lèi)型，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和反應(yīng)過(guò)程選擇連續(xù)攪拌反應(yīng)器、分批式反應(yīng)器或其他新型反應(yīng)器；其次，優(yōu)化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)，如攪拌速度、反應(yīng)器體積、表面積體積比等，以提高傳質(zhì)效率；再次，控制反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境條件，如溫度、pH、氧氣濃度等，以提供最佳的生長(zhǎng)環(huán)境；最后，利用動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)和優(yōu)化細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程，提高生產(chǎn)效率。2.在生物反應(yīng)器中，溫度和pH是影響細(xì)胞生長(zhǎng)的重要因素。溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響細(xì)胞的酶活性和代謝過(guò)程，從而影響細(xì)胞生長(zhǎng)速率。因此，需要通過(guò)溫度控制系統(tǒng)將反應(yīng)器內(nèi)的溫度維持在最佳范圍內(nèi)。pH過(guò)高或過(guò)低也會(huì)影響細(xì)胞的酶活性和代謝過(guò)程，因此需要通過(guò)pH控制系統(tǒng)將反應(yīng)器內(nèi)的pH維持在最佳范圍內(nèi)。通過(guò)精確控制溫度和pH，可以提供最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，提高細(xì)胞生長(zhǎng)速率和生產(chǎn)效率。3.化學(xué)計(jì)量學(xué)在生物反應(yīng)工程中具有重要的重要性。化學(xué)計(jì)量學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)與物質(zhì)消耗之間定量關(guān)系的科學(xué)。通過(guò)化學(xué)計(jì)量學(xué)，可以確定微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例，從而優(yōu)化培養(yǎng)基的配方，提高細(xì)胞生長(zhǎng)速率和生產(chǎn)效率。此外，化學(xué)計(jì)量學(xué)還可以用于預(yù)測(cè)生物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，從而優(yōu)化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作條件?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)是生物反應(yīng)工程的基礎(chǔ)，對(duì)生物反應(yīng)的優(yōu)化和控制具有重要意義。4.利用動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)和優(yōu)化生物反應(yīng)器中的細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程可以通過(guò)以下步驟進(jìn)行：首先，建立動(dòng)力學(xué)模型，