問答題

【簡答題】
某地下水凈化工程計劃利用硝酸根離子的氫氣催化還原反應(yīng)去除地下水中的硝酸根（將氫氣送入污染地下水中，并選擇金屬銅為固體催化劑（內(nèi)部無微孔）。假設(shè)該反應(yīng)主要發(fā)生在催化劑的外表面，為非慢速反應(yīng)且硝酸根的主要還原產(chǎn)物為氮?dú)猓▽?shí)事上，根據(jù)反應(yīng)條件的不同，氨有時會成為主要還原產(chǎn)物），反應(yīng)式為：NO₃^-+H₂→ N₂+H₂O
（1）試分析該反應(yīng)系統(tǒng)的微觀過程。
（2）假如讓你設(shè)計該反應(yīng)系統(tǒng)，你會選用哪種形式的固相催化反應(yīng)器？為什么？該類反應(yīng)器有什么缺點(diǎn)？

答案：（1）本反應(yīng)為非均相氣液固三相反應(yīng)。
①H₂溶解于地下水，由氣相進(jìn)入液相。
②...

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【計算題】
利用間歇反應(yīng)器進(jìn)行一級不可逆液相反應(yīng)A→B的動力學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在30℃時，A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到80％的反應(yīng)時間為3小時，試回答以下問題。
（1）在同樣的溫度條件下，利用完全混合流反應(yīng)器進(jìn)行A→B反應(yīng)時，要使A的去除率達(dá)到80％，反應(yīng)物料需在反應(yīng)器中平均停留多少時間？
（2）將A的濃度為300mol/m³的液體以0.50m³/h的速度送入一完全混合流反應(yīng)器（溫度條件不變），試求反應(yīng)器有效體積為2m³時的A的轉(zhuǎn)化率。在同樣的條件下，若將5個體積均為0.4m³的完全混合流反應(yīng)器串連使用，A的轉(zhuǎn)化率將達(dá)到多少？
（3）在同樣的條件下，將A的濃度為300mol/m³的液體以0.50m³/h的速度送入一平推流反應(yīng)器，試求反應(yīng)器有效體積為2m³時的A的轉(zhuǎn)化率。
（4）根據(jù)以上計算結(jié)果，討論反應(yīng)器操作方式對轉(zhuǎn)化率的影響。

答案：

【計算題】
細(xì)菌A和B均能利用基質(zhì)S作為唯一碳源和能源生長，且利用S時的生長速率均符合Monod方程。已知A和B的生長動力學(xué)參數(shù)為：
μ_max，A=0.5h^-1，K_s，A=1mg/L，Y_x/s，AA=0.4mg（細(xì)胞）/mg（基質(zhì)），μ_max，B=0.3h^-1，K_s，B=0.2mg/L，Y_x/s，B=0.3mg（細(xì)胞）/mg（基質(zhì)）。若以S為唯一基質(zhì)，用連續(xù)培養(yǎng)器對A和B進(jìn)行混合培養(yǎng)，已知培養(yǎng)器的有效體積為0.5m³，新鮮培養(yǎng)液中S的濃度為50mg/L，試回答以下問題：
（1）在培養(yǎng)達(dá)到穩(wěn)定態(tài)時，保證A和B共存的必要條件是什么？
（2）在培養(yǎng)液供應(yīng)量為0.2m³/h的條件下，試計算培養(yǎng)達(dá)到穩(wěn)定態(tài)時培養(yǎng)器內(nèi)A和B的細(xì)胞濃度分別為多少？基質(zhì)的轉(zhuǎn)化率是多少？
（3）在培養(yǎng)液供應(yīng)量為0.06m³/h的條件下，試計算達(dá)到穩(wěn)定態(tài)時培養(yǎng)器內(nèi)A和B的細(xì)胞濃度分別為多少？基質(zhì)的轉(zhuǎn)化率是多少？
（4）討論利用連續(xù)培養(yǎng)器進(jìn)行混合菌培養(yǎng)時的注意事項(xiàng)以及影響培養(yǎng)器內(nèi)基質(zhì)轉(zhuǎn)化率的主要參數(shù)和操作條件。

答案：