References 1、戚以政,汪叔雄编著.生化反应动力学反应器.第二版.北京:化学工业出 版社,1999 2、贾士儒编著.生物反应工程原理第二版.北京:科学出版社,2003. 3、顾其丰编著.生物化工原理.上海:科技出版社,1997 4 I J Dunn et al. Biological Reaction Engineering We inheim. New York, Basel Cambridge: VCH. 1992 5, John E Smith. biotechnology. 3rd ed. Cambridge: Cambridge Uni Press. 1996 6, G T Tzotzos. biotechnology R&D Trends. New York The New York academy of Science. 1993 Chemicd Reactor Design and Analysis 生物过程反应原理习题: 习题1] 根据“活性中间复合物”的单底物均相酶催化反应机理学说: S+E(+[ES]-→>E+P 假定过程为“拟稳态”:dCEs/dt=0,求导该反应的产物生成速率为: Ip= [pmax Cs(Km+Cs),其中Km=(k+k)k+1 [习题2][习题3] d c 米氏方程=-dmc(Kn+C)中K与n为常数, (1)令t=0Cs=Cs0,求解该微分方程 (2)当Cs《Km,令t=0:Cs=C,求解该微分方程; (1)解:rn=t=(C-Cs)+K C K In 式中:X,=(C。-C,) X (2)解:hn=rm1/kn=kt) [习题4] 已知米氏方程:=pmC,Km+C
References 1、戚以政，汪叔雄编著. 生化反应动力学反应器. 第二版. 北京：化学工业出 版社，1999. 2、贾士儒编著. 生物反应工程原理.第二版. 北京：科学出版社，2003. 3、顾其丰编著. 生物化工原理. 上海：科技出版社，1997. 4、I J Dunn et al. Biological Reaction Engineering .Weinheim, New York, Basel, Cambridge:VCH,1992 5、John E Smith. Biotechnology. 3rd ed. Cambridge: Cambridge Uni Press,1996. 6、G T Tzotzos. Biotechnology R&D Trends.New York:The New York Academy of Science,1993. “Chemicd Reactor Design and Analysis” 生物过程反应原理习题： ［习题 1］ 根据“活性中间复合物”的单底物均相酶催化反应机理学说： S E ES E P r r + r ⎯⎯→ + + → + − ( 1) 2 ( 1) [ ] 假定过程为“拟稳态”：dC[ES]/dt=0, 求导该反应的产物生成速率为： rp= rp,max.Cs/(Km+Cs), 其中 Km=(k-1+k+2)/k+1 ［习题 2］［习题 3］ 米氏方程 ,max K ,max /( ) p s m s m p s p s r c K C r dt dc r = −r = − = + 中 与 为常数， （1）令 t=0:Cs=Cso,求解该微分方程； （2）当 Cs《 Km,令 t=0:Cs=Cso, 求解该微分方程； 解： ） （ 解： 式中： r t k k t C C X C C C X C X K C s C r t C C K m s s o s s o s s o s s o s m s o p s o S m = = = − − = − + = + (2) ln . / ( )/ 1 1 (1) . ( ) ln ln max ,max ［习题 4］ 已知米氏方程： . /( ) p p,max s K m Cs r = r c +
(1)推导:C,/rn=km1pm+C,/72m (2)试说明:如何利用上式由实验数据作图求解rn=与Kn? (3)试说明:,由上述(2)的作图求解米氏方程参数的缺点是什么? [习题5] 实验测定的乙酰胆碱酶水解在无抑制剂和存在抑制剂两种条件下的初始反 应速率(分别为rs和rs)数据为: Cso/(mol/L) 0.00320.00490.00620.00800.0095 0.1110.1480.1530.1660.200 rs/ molL-I min1)0.0590.0710.0910.11 0.125 (1)判断该抑制反应属何种类型? (2)求该抑制反应动力学参数。 [习题6] 以相同的酶和载体制成球型、髙径相等的圆柱体及髙径相等而壁厚为直径的 1乃3的圆环体三种固定化酶,它们的体积均为0.lcm3,颗粒表观密度均为1.2g/cm3, 进行一级不可逆反应,已知:以酶质量计的反应速率常数 kv=50cm/(sg),De=0.00lcm2,反应体系中酶的浓度为20g,底物初始浓度 Cs=0.1mo/L,不计外扩散及分配效应,对这三种催化剂的相关计算均可采用球 形固定化酶的公式,试求这三种催化剂的: (1)Φ、n及其数值大小的排序,并讨论为什么呈这样的排序? (2)若De=0.01cm/s,这三种催化剂的Φ、n将作如何变化?为什么? (3)反应速率:①以酶质量计的Rs[mol.s.g]=? ②以反应器体积计的Rs[mol/(s.cm)]=? 提示:对同一反应体系,酶反应速率一般有如下的关系式: R=kV=kW=kV。(对于一级不可逆反应 式中R一反应速率,[cm/s] k-以反应器体积计的反应速率常数,[cm/(s.cm3);(K:[S]) V1-反应器体积,[cm3] W一酶的质量,[g] R-以酶体积计的反应速率常数,[cm/(s.cm):K:[S] V-固定化酶颗粒的体积,[cm] (解习题6时可任取一反应器(单位)体积作为计算基准进行计算。)
（1）推导： ,max ,max / / / s p m p s p C r = k r + C r （2）试说明：如何利用上式由实验数据作图求解 p,max r 与 Km ？ （3）试说明：，由上述（2）的作图求解米氏方程参数的缺点是什么？ ［习题 5］ 实验测定的乙酰胆碱酶水解在无抑制剂和存在抑制剂两种条件下的初始反 应速率（分别为 rSO 和 rSI ）数据为： CSO/(mol/L) 0.0032 0.0049 0.0062 0.0080 0.0095 -rSO/(mol.L-1 .min-1 ) 0.111 0.148 0.153 0.166 0.200 -rSI/(mol.L-1 .min-1 ) 0.059 0.071 0.091 0.111 0.125 (1) 判断该抑制反应属何种类型？ (2) 求该抑制反应动力学参数。 ［习题 6］ 以相同的酶和载体制成球型、高径相等的圆柱体及高径相等而壁厚为直径的 1/3 的圆环体三种固定化酶，它们的体积均为 0.1cm3 ,颗粒表观密度均为 1.2g/cm3， 进 行 一 级 不 可 逆 反 应 ， 已 知 ： 以 酶 质 量 计 的 反 应 速 率 常 数 kw=50cm3 /(s.g),De=0.001cm2 /s,反 应体系 中酶 的浓 度为 20g/L,底 物初 始浓度 Cso=0.1mol/L，不计外扩散及分配效应，对这三种催化剂的相关计算均可采用球 形固定化酶的公式，试求这三种催化剂的： （1） Φ、η及其数值大小的排序，并讨论为什么呈这样的排序 ？ （2） 若 De=0.01cm2 /s ,这三种催化剂的Φ、η将作如何变化？为什么？ （3） 反应速率：①以酶质量计的 Rs[mol.s-1 .g -1 ]=? ②以反应器体积计的 Rs[mol/(s.cm3 )]=? 提 示 ： 对 同 一 反 应 体 系 ， 酶 反 应 速 率 一 般 有 如 下 的 关 系式： Rs=kvVr=kwWE=kpVp (对于一级不可逆反应) 式中 Rs－反应速率，［cm 3 /s］; kv- 以反应器体积计的反应速率常数，［cm 3 /(s.cm3 )；(Kv:[S-1 ])］; Vr –反应器体积，［cm 3］; WE－酶的质量，［g］; Rp-以酶体积计的反应速率常数，［cm 3 /(s.cm3 )；Kv:[S-1 ]; Vp- 固定化酶颗粒的体积，［cm 3］. （解习题 6 时可任取一反应器（单位）体积作为计算基准进行计算。)