生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理測(cè)驗(yàn)試題沖刺卷考試時(shí)長(zhǎng)：120分鐘滿分：100分班級(jí)：__________姓名：__________學(xué)號(hào)：__________得分：__________試卷名稱：生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理測(cè)驗(yàn)試題沖刺卷考核對(duì)象：生物工程、化學(xué)工程、環(huán)境工程等相關(guān)專業(yè)學(xué)生及行業(yè)從業(yè)者題型分值分布：-判斷題（總共10題，每題2分）總分20分-單選題（總共10題，每題2分）總分20分-多選題（總共10題，每題2分）總分20分-簡(jiǎn)答題（總共3題，每題4分）總分12分-應(yīng)用題（總共2題，每題9分）總分18分總分：100分一、判斷題（每題2分，共20分）1.生物反應(yīng)器中的攪拌作用僅用于混合培養(yǎng)基，對(duì)傳質(zhì)過程無影響。2.篩板式塔反應(yīng)器適用于處理高粘度生物反應(yīng)液。3.微生物在生物反應(yīng)器中的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)符合Monod方程。4.固定化酶反應(yīng)器可以提高酶的重復(fù)使用率。5.生物反應(yīng)器的溫度控制主要通過夾套冷卻或加熱實(shí)現(xiàn)。6.氣液兩相生物反應(yīng)器中，氣液接觸面積越大，傳質(zhì)效率越高。7.常壓生物反應(yīng)器無法進(jìn)行高壓滅菌。8.生物反應(yīng)器的pH控制主要通過緩沖溶液實(shí)現(xiàn)。9.細(xì)胞固定化技術(shù)可以提高生物催化劑的穩(wěn)定性。10.生物反應(yīng)器的放大過程中，動(dòng)力學(xué)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化。二、單選題（每題2分，共20分）1.下列哪種生物反應(yīng)器適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)？A.分批式反應(yīng)器B.連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器（CSTR）C.固定床反應(yīng)器D.流化床反應(yīng)器2.生物反應(yīng)器中，傳質(zhì)效率最低的相態(tài)是？A.氣液相B.液液相C.固液相D.氣固相3.下列哪種方法不屬于細(xì)胞固定化技術(shù)？A.包埋法B.吸附法C.共價(jià)結(jié)合法D.微膠囊法4.生物反應(yīng)器中，攪拌轉(zhuǎn)速過高可能導(dǎo)致？A.氧氣傳遞效率提高B.菌體損傷C.溫度均勻性改善D.培養(yǎng)基粘度降低5.下列哪種生物反應(yīng)器適用于處理低粘度液體？A.篩板式塔反應(yīng)器B.轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器C.管式反應(yīng)器D.固定床反應(yīng)器6.生物反應(yīng)器中，傳質(zhì)阻力主要來自？A.攪拌效果B.催化劑活性C.氣液接觸面積D.培養(yǎng)基粘度7.下列哪種方法不屬于生物反應(yīng)器溫度控制手段？A.冷卻水循環(huán)B.電加熱器C.微波加熱D.恒溫夾套8.生物反應(yīng)器中，pH控制的主要目的是？A.提高傳質(zhì)效率B.優(yōu)化微生物生長(zhǎng)環(huán)境C.降低能耗D.減少副產(chǎn)物生成9.下列哪種生物反應(yīng)器適用于高值化產(chǎn)物生產(chǎn)？A.分批式反應(yīng)器B.連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器（CSTR）C.固定床反應(yīng)器D.流化床反應(yīng)器10.生物反應(yīng)器放大過程中，需要重點(diǎn)考慮的因素是？A.反應(yīng)器體積B.動(dòng)力學(xué)參數(shù)C.攪拌效果D.溫度控制三、多選題（每題2分，共20分）1.生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)需要考慮的因素包括？A.傳質(zhì)效率B.溫度控制C.pH控制D.攪拌效果E.反應(yīng)器材料2.細(xì)胞固定化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括？A.提高酶的重復(fù)使用率B.增強(qiáng)生物催化劑的穩(wěn)定性C.降低反應(yīng)器成本D.提高產(chǎn)物純度E.減少副產(chǎn)物生成3.生物反應(yīng)器中，傳質(zhì)過程的影響因素包括？A.氣液接觸面積B.氣體流速C.培養(yǎng)基粘度D.攪拌效果E.溫度4.生物反應(yīng)器中，溫度控制的主要方法包括？A.冷卻水循環(huán)B.電加熱器C.微波加熱D.恒溫夾套E.熱敏電阻監(jiān)測(cè)5.生物反應(yīng)器中，攪拌的作用包括？A.混合培養(yǎng)基B.提高傳質(zhì)效率C.均勻溫度分布D.防止菌體沉淀E.降低能耗6.生物反應(yīng)器放大過程中，需要調(diào)整的參數(shù)包括？A.攪拌轉(zhuǎn)速B.氣體流速C.溫度控制范圍D.pH控制精度E.反應(yīng)器體積7.下列哪些屬于生物反應(yīng)器的常見類型？A.分批式反應(yīng)器B.連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器（CSTR）C.固定床反應(yīng)器D.流化床反應(yīng)器E.篩板式塔反應(yīng)器8.細(xì)胞固定化技術(shù)的常用方法包括？A.包埋法B.吸附法C.共價(jià)結(jié)合法D.微膠囊法E.聚合物凝膠法9.生物反應(yīng)器中，傳質(zhì)阻力主要來自？A.氣液界面膜B.液相擴(kuò)散C.固相擴(kuò)散D.攪拌效果E.培養(yǎng)基粘度10.生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，需要考慮的安全因素包括？A.超壓保護(hù)B.溫度過熱保護(hù)C.氣體泄漏防護(hù)D.防腐蝕設(shè)計(jì)E.防爆設(shè)計(jì)四、簡(jiǎn)答題（每題4分，共12分）1.簡(jiǎn)述生物反應(yīng)器中攪拌的作用及其對(duì)傳質(zhì)效率的影響。2.解釋固定化酶技術(shù)的原理及其在生物反應(yīng)器中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。3.分析生物反應(yīng)器放大過程中可能遇到的主要挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)措施。五、應(yīng)用題（每題9分，共18分）1.某生物制藥公司計(jì)劃設(shè)計(jì)一套年產(chǎn)100噸某藥物的連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器（CSTR），已知該藥物的生產(chǎn)過程需要維持pH6.5±0.2，溫度37±1℃，氧氣傳遞效率要求達(dá)到0.3mol/(m3·h)。請(qǐng)簡(jiǎn)述該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)步驟及關(guān)鍵參數(shù)的確定方法。2.某研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃采用固定化酵母細(xì)胞生產(chǎn)乙醇，已知酵母細(xì)胞的最佳生長(zhǎng)溫度為30℃，最佳pH為4.5，且固定化過程中需使用海藻酸鈉包埋法。請(qǐng)簡(jiǎn)述固定化酵母細(xì)胞的生產(chǎn)工藝流程，并分析該工藝對(duì)生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的影響。---標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、判斷題1.×（攪拌不僅混合，還促進(jìn)傳質(zhì)）2.×（高粘度適用固定床或流化床）3.√4.√5.√6.√7.×（常壓可高壓滅菌，但需特殊設(shè)計(jì)）8.√9.√10.√二、單選題1.B（CSTR適用于大規(guī)模工業(yè)化）2.C（固液相傳質(zhì)阻力最大）3.C（共價(jià)結(jié)合法屬于酶固定化）4.B（過高攪拌損傷菌體）5.C（管式反應(yīng)器適用于低粘度）6.D（粘度影響傳質(zhì)阻力）7.C（微波加熱非常規(guī)手段）8.B（pH影響微生物生長(zhǎng)）9.C（固定床適用于高值化）10.B（動(dòng)力學(xué)參數(shù)需匹配放大）三、多選題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、簡(jiǎn)答題1.攪拌作用及傳質(zhì)影響：攪拌通過產(chǎn)生循環(huán)流促進(jìn)氣液接觸，提高氧氣溶解和傳遞效率。同時(shí)，攪拌使溫度均勻，防止局部過熱或過冷，并防止菌體沉淀，保證反應(yīng)液混合均勻。攪拌效果越好，傳質(zhì)效率越高，但過高攪拌可能損傷菌體。2.固定化酶原理及優(yōu)勢(shì)：固定化酶通過物理或化學(xué)方法將酶固定在載體上，使其可重復(fù)使用。優(yōu)勢(shì)包括：提高酶穩(wěn)定性、減少流失、易于分離純化、可連續(xù)生產(chǎn)、降低成本。3.放大挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)：主要挑戰(zhàn)包括動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化、傳質(zhì)效率下降、混合不均等。應(yīng)對(duì)措施包括：逐步放大、優(yōu)化攪拌設(shè)計(jì)、改進(jìn)傳質(zhì)方式、精確控制溫度和pH。五、應(yīng)用題1.CSTR設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)確定：-設(shè)計(jì)步驟：確定反應(yīng)器體積（基于生產(chǎn)速率和停留時(shí)間）、攪拌功率（根據(jù)雷諾數(shù)和功率數(shù)）、氣液接觸面積（基于氧氣傳遞效率）、夾套設(shè)計(jì)（控制溫度）、pH控制系統(tǒng)（酸堿泵調(diào)節(jié)）。-參數(shù)確定：體積計(jì)算公式V=Q×τ（Q為流量，τ為停留時(shí)間）；攪拌功率根據(jù)P=K×N3×D?（K為常數(shù)，N為轉(zhuǎn)速，D為直徑）；氣液接觸面積A=V/HT（HT為氣液接觸時(shí)間）；夾套設(shè)計(jì)需考慮傳熱