生物反应工程原理习题解答
(2)
(3)
4-3
解细胞对底物的C-mol得率系数
(1)
山梨糖对底物则为:
(2)
二氧化碳对底物则为:
(3)
由式(2)和式(3)可得:
(4)
又因为
代入式(4),可得:
(5)
式(1)和式(5)相加,得出:
由于 ,则 。又由 ,代入上式,得到:
4-4
解
(1) 如下图所示。
(2)选取 的( )数据对作线性拟合,得出:
(5)
将式(4)和(5)代入(1)式,有
2-3
解
0.0288
0.0331
0.0405
0.0482
0.0475
0.0032
0.0049
0.0062
0.0080
0.0095
线性拟合方程, , , 。计算结果与使用最小二乘法的结果完全相同。
2-4
解
由, ,有
由, ,有
2-5
解
0.0100
0.00667
0.00500
1.79
1.33
1.18
1.00
0.781
0.719
0.549
,
,
基本不变,认为是竞争性抑制。
当 ,有
当 ,有
因此有平均值:
2-7
解
312.5
204.1
161.3
125.0
105.3
9.01
6.76
6.54
6.02
5.00
16.9
12.2
10.3
8.93
8.00
由L-B法,可得:
无抑制时, ,相关系数 ;
3-7
解
(1)
(2)
由题意得出:
3-8
解
(1)
因此内扩散的影响很大。
(2)
由Weisz判据
当消除内扩散限制时
3-9
解
(1)
又因, ,由Weisz判据,可认为此反应符合一级动力学特征。因此
(2)
由于是一级反应,
3-10
解
(1)先求出总有效因子 。
对零级反应,外扩散有效因子 。下面求内扩散有效因子 。
由Weisz’s判据
(2)当维持过程对底物需求较大时
模拟运算结果如下图所示:
:
4
3.03
2.50
2.00
1.67
1.33
1.00
0.980
0.719
0.599
0.529
0.481
0.410
0.400
,
,
:
4
3.03
2.50
2.00
1.67
1.33
1.00
1.37
1.15
0.917
0.769
0.709
0.549
0.461
,
,
:
4
3.03
2.50
2.00
1.67
1.33
1.00
所求产物生成速率为:
(1)
(1)快速平衡法
(2)
(3)
将(2)式代入(3)式,有
代入(1)式,得
(2)拟稳态法
(4)
(5)
将(4)式与(5)式相加,得
(6)
由(4)式,则
代入(6)式,解得:
代入(1)式,得:
2-2
解
所求产物生成速率为:
(1)
即 (2)
即 (3)
代入(2)式,求得:
(4)
代入(3)式,求得:
4-5
解
(1)
(2)
以2h为时间间隔对动力学数据进行计算,结果如下表:
0.011
9.22
0.2055
0.0055
37.36
0.1085
0.094
9.14
0.258
0.047
5.49
0.1094
0.675
8.55
0.6425
0.3375
1.904
0.1169
0.790
7.415
1.375
0.395
3.481
(2)
从图上看,若令 ,则 , , 。因此,外扩散有效因子有可能大于1。
3-2
解
3-3
解
表观反应速率
外扩散有效因子
3-4
解பைடு நூலகம்
(1)
过程为外扩散控制。
(2)
过程为外扩散控制。
3-5
解
(1)
过程为反应控制, 。
(2)
过程为反应控制, 。
3-6
解
一级反应的 数与有效因子,
由以上各式,可得
解得,
则,
若 ,则 ,因此
0.1348
1.43
5.7
2.485
0.715
3.476
0.1754
2.40
2.76
4.4
1.2
3.667
0.3623
0.550
0.4985
5.875
0.275
21.36
2.007
0.050
0.0385
6.175
0.025
247
25.97
由L-B法:
线性拟合得:
(3)
4-6
解
0.2
4
5
0.25
0.4
0.434
8.33
76.9
0.955
0.264
0.24
0.033
0.417
4.17
30.3
0.935
0.538
0.31
0.040
0.438
3.23
25.0
0.928
0.657
0.43
0.064
0.422
2.33
15.6
0.904
0.921
0.53
0.100
0.427
1.89
10.0
0.868
1.08
0.60
0.122
0.434
1.67
8.20
0.846
1.17
0.64
0.183
0.422
1.56
5.46
0.785
1.19
0.69
0.170
0.430
1.45
5.88
0.798
1.28
0.71
0.221
0.390
1.41
4.52
0.747
1.36
0.73
0.210
0.352
1.37
4.76
0.758
所以
内、外扩散阻力均已消除时的反应速率,
(2)用同样方法求总有效因子。
由Weisz判据,
所以
仅消除外扩散阻力时的反应速率,
4
4-1
解1 mol葡萄糖中含有碳 ,转化为细胞内的碳为,
所以
转化为 的碳量
所以
N平衡
得
H平衡
得
O平
得
消耗1 mol葡萄糖生成的生物质质量
所以
4-2
解
(1)
作元素衡算:
C
H
O
N
解得: , , , ,
有抑制时, ,相关系数 。
由于截距接近, 基本不变, ,认为是竞争性抑制。
2-8
解
设底物 与底物 与酶的反应速率分别为 和 。因此,
由此计算可得:
因此
2-9
解
(1)
对米氏方程
对Hill方程
(2)
2-10
解
初始投入的粗酶浓度
动力学参数
在实际投入的酶浓度 下
积分得:
又, ,因此
因此
3
3-1
解
(1)
将此动力学曲线作 标绘,它与直线 可以相交在两点,因此有多重稳态点。
10
2.5
0.10
0.8
40
1.25
0.025
1.0
100
1
0.01
由
线性拟合可得:
Monod方程为:
4-7
解
(1)Monod方程
(2)Moser方程
(3)Contois方程
4-8
解
(1)
C
H
O
N
解得: , , , ,
(2)
或
0.06
0.006
0.427
16.7
167
0.962
0.135
0.12
0.013
0.00200
0.00133
0.0357
0.0278
0.0233
0.0154
0.0135
0.0588
0.0435
0.0350
0.0200
0.0164
假定此反应为竞争性抑制,由L-B法
无抑制时, ,相关系数 ;
有抑制时, ,相关系数 。
由于截距接近, 基本不变, ,认为是竞争性抑制。
2-6
解
由L-B方程可得:
1.57
由 ,线性拟合可得:
,相关系数
(3)
数据拟合得,
,相关系数
(4)
4-9
解
(1)
整理得:
(1)
两边同除以 ,则
(2)
将式(1)代入,可得
因此
4-10
解
每生成1克细胞生物质需要 甲醇,生成的热量为:
因此,利用1克甲醇产生的热量为:
。
4-11
解
(1)当维持过程对底物需求较低时
模拟运算结果如下图所示: