samtin samtin

7/25/2019 samtin samtin

1/15

1.Defnirajte kemijsko reakcijsko inzenjerstvo.

-znanstvena disciplina koja prouava kemijske procese u kemijskimreaktorima u cilju industrijske proizvodnje proizvoda koji su produktikemijske (katalitike) reakcije

2. Defnirajte bioreakcijsko inenjerstvo! Kako ga dijelimo?

-znanstvena disciplina koja prouava bioprocese u bioreaktorima u ciljuindustrijske proizvodnje proizvoda koji su bioprodukti, a dijeli se na: enzimskoreakcijsko inzenjerstvo, mikrobno reakcijsko inzenjerstvo

3. to je to enzimsko, a to mikrobno reakcijsko inenjerstvo?

-Enzimsko: znanstvena disciplina koja prouava biokemijske procese uenzimskim reaktorima u cilju industrijske proizvodnje proizvoda koji su produktibiotransformacija (biokatalitikih reakcija).

-Mikrobno: znanstvena disciplina koja prouava bioloke procese ubioreaktorima (fermentorima) u cilju industrijske proizvodnje proizvoda koji suprimarni ili sekundarni metaboliti biolokih procesa.

. "#iite razlike izme$% reaktora i bioreaktora!

-reaktor: procesni ure!aj u kojem se provodi kemijska reakcija, za nje"ovrad nisu potrebni sterilni uvjeti, proizvodnja u njima je automatizirana i raunalnovo!ena, in#enjeri ih projektiraju kako bi dobili ve$u produktivnost #eljeno"produkta, mo"u biti smjeteni unutar neko" prostora ili na otvorenom

-bioreaktor: procesni ure!aj u kojem se provodi bioproces, za nje"ov rad supotrebni sterilni uvjeti (osim kod reaktora za prociscavanje vode), mora bitihermeticki zatvoren, iz"radeni od posebnih materijala npr nehr!aju$i elik, radipri odre!enim uvjetima (visoke temperature, tlakovi, odre!en ph )

&. ' (em% je vanost mijeanja % reaktorima i bioreaktorima? Koji je ciljmijeanja?

-mijeanje je vazno zbo" homo"enizacije otopine i izotermnosti. %emijskereakcije mo"u biti jako endotermne i e"zotermne, dok bioloki procesi nisuener"etski intezivni, mikroor"anizmi i biokatalizatori su jako osjetljivi na malepromjene temperature u reaktoru, to zahtjeva dobro mjeanje i dovod&odvod

topline u reaktoru.). Kako dijelimo reaktore #rema na(in% rada?

'

*. +avedite idealne ti#ove reaktora, o#iite i, te njiove osnovnekarakteristike. -a svakog od nji navedite izvedite reaktorski model natemelj% bilance tvari #ri tome defnirajte zna(enje oznaka/, te skicirajtec0t ovisnost! +avedite da li reaktor radi % stacionarnom ilinestacionarnom stanj%!

-%*+ (/01) /E+%/: karakterizira "a homo"en sastav smjese unutarreaktora (jednak sastav reakcijske otopine u svakoj toki u reaktoru), radi uizotermnim uvjetima (temperatura je konstantna), volumen je konstantan, nema


2/15

promjene "usto$e s vremenom, radi u nestacionarnom stanju, za nje"a piemointe"ralnu bilancu tvari

/+............. brzina reakcije 2 mol dm-3 h-45

6+..............koncentracija reaktanta 2 mol dm-35

k................konstanta brzine reakcije 2 4&h5

t................vrijeme

-7/81 %*+ /E+%/: idealno mijean,homo"eni sastavotopine unutar reaktora, mijeanjem posti"nut isti kemijski sastav usvakoj toki otopine, to rezultira istoj izlaznoj i ulaznoj koncentracijireaktanta, reaktor radi u stacionarnom stanju, kemijski sastav smjesese ne mjenja tjekom vremena, za nje"a piemo diferencijalnu bilancutvari, radi u izotermnim uvjetima (temperatura u svakoj toki reaktora

je ista), volumen reaktora se ne mijenja, nema promjene "usto$ereakcijske otopine


3/15

-9E+*1 6E;1 /E+%/: proces idealno" strujanja-


4/15

14. Koji ti#ovi bioreaktora se mog% %#otrebljavati za #ro(i5avanjeot#adni voda i zato? "#iite i!

-+erobni reaktor za proi$avanje otpadnih voda > reaktor bezmijeanja.?iomasa se mijea pomo$u mjehuri$a zraka koji prolaze kroz reaktor

-+naerobni bioreaktor-9obar za kanalizacijski otpad, za visoko optere$eneotpadne vode, sa puno or"ansko" onei$enja iz koje" nastaje vrijedan produkt.7rodukt - ener"etski vrijedan bioplin. /eaktor je punjen s punilom na koji jeimobilizirana biomasa > punilo ima visoku speci@nu povrinu ime je pove$anauinkovitost procesa.

11. Defnirajte #rostorno vrijeme zadravanja % reaktor%.

-A, je prosjeno vrijeme koje molekula provede unutar reaktora, ovisiiskljuivo o volumnom protoku reakcijske smjese, kod protono kotlasto" reaktorakoncentracija reaktanta upravo ovisi o tao ( prostorno vrijeme zadr#avanja) a neo vremenu.

12. Defnirajte brzin% razrije$enja? -a koji je ti# reaktora karakteristi(naova veli(ina?

-veliina kojom karakteriziramo protono kotlasti reaktor (kemostat)

13. Kako brzina razrije$enja %tje(e na koncentracij% biomase %kemostat%?

-pove$anjem brzine razrije!enja (pove$anjem protoka) smanjujemokoncentraciju bioamse, pri visokim brzinama razrije!enja koncentracija stanica ubioreaktoru je skoro nula

1. to je to kemostat? "#iite ga %z skic%, objasnite kako radi.

- kemostat je protono kotlasti bioreaktor


5/15

1&. Kako radi kotlasti reaktor s dotokom s%#strata? Kada ga%#otrebljavamo i zato?

-upstrat se kontinuirano dovodi u reaktor, a nema izlazno" tokapa se volumen kontinuirano pove$ava. vakav je tip reaktora odlian izborukoliko je reakcija koja se provodi inhibirana visokom koncentracijom supstrata.vaj nain upravljanja omo"u$ava odr#avanje koncentracije supstrata naodre!enoj koncentraciji.1pr. previsoka koncentracija "lukoze pri proizvodnjikvasca rezultira nastankom etanola i time smanjuje rast stanica. 7ola"animdodavanjem "lukoze u reaktor se posti#e da se sva "lukoza potroi ime seposti#e maksimalno iskoritenje u pretvorbi "lukoze u nove stanice.

1). ' kojim %vjetima radi #roto(no kotlasti reaktor s #ovratnim tokombiomase? -ato se %#otrebljava?

-vakav reaktor radi u stacionarnim uvjetima. 7ovratkom dijela biomase u reaktorse prividno posti#e pove$ana koncentracija mikroor"anizama u reaktoru ime sepove$ava uinkovitost procesa radi ve$e koncentracije biokatalizatora u reaktoru

1*. to je to kaskada bioreaktora i zato se %#otrebljava?


6/15

-va#na kon@"uracija za proi$avanje otpadnih voda. 7ove$anjem brojabioreaktora dolazi do na"lo" pada koncentracije onei$iva$a, u praksi se mo#ena$i B-3 bioreaktora u kaskadi

C. 7/E9+;+1E

1. "d (ega se sastoji matemati(ki model #rocesa?

-od reaktorsko" modela za od"ovaraju$i tip reaktora i od kinetiko" modela

2. to je to kemijska reakcijska kinetika, (em% sl%i i kako j% dijelimo?

-dio kemijsko" reakcijsko" in#enjerstva koji se bavi izuavanjem brzine kemijskereakcije, a dijelimo ju na: D%inetika kemijskih reakcija u homo"enoj fazi

D%inetika kemijskih reakcija u hetero"enoj fazi

D%inetika katalitikih kemijskih reakcija

3. Kako defniramo brzin% kemijske reakcije? Koja je naj(e5a mjernajedinica % kojoj se brzina reakcije izraava? Kako se zove jednadbakojom o#is%jemo brzin% kemijske reakcije?

-to je intenzivna veliina (ne ovisi o koliini tvari), de@nirana je kao promjenabroja molova tvari u jedinici vremena, naje$a mjerna jedinica je mol m -3 s-4,opisana je kinetikim modelom

. to je to kinetiki model? Kako dolazimo do njega? emu slue kinetiki modeli?


7/15

-matematiki izraz koji opisuje vezu izmeu brzine kemijske reakcije i veliina stanja reakcijskog

sustava: koncentracije, temperature i/ili tlaka. Postavlja se na temelju eksperimentalnih kinetikih

istraivanja.

&. Kako defniramo brzin% reakcije % idealnim ti#ovima reaktorakotlasti, #roto(no kotlasti i cijevni/?-a svaki od traeni izraza navediteovisi li brzina reakcije % navedenom ti#% reaktora o tek%5em vremen% ili#rostornim koordinatama % reaktor%?

-u kotlastom reaktoru brzina reakcije se mijenja s vremenom

-u cijevnom reaktoru je brzina reakcije funkcija vremena zadr#avanja u reaktoru,

ne ovisi o teku$em vremenu

-u protono kotlastom reaktoru je brzina reakcije stalna vrijednost s obzirom na

reaktorski prostor i teku$e vrijeme

-za reaktore koji rade u stacionarnom stanju brzina kem.reak. je neovisna ovremenu

-za reaktore s idealnim mijeanjem brzina kem.reak. je neovisna o prostornimkoordinatama

-za reaktore s idealnim strujanjem (bez mijeanja) brzina kem.reak. je funkcijaprostornih koordinata

). Koje ti#ove kineti(ki modela #oznajete? +avedite njiovekarakteristike!

-Mehanistiki kin.model: temelji se na mehanizmu reakcije, vrijede u irempodruju rada

-Empirijski (fenomenoloki) kin.model: ne temelje se na mehanizmu reak, nisudovoljno dobri, ne mo"u se ekstrapolirati na dru"e uvjete, vrijede u o"ranienompodruju

*."#iite #ost%#ak razvoja kineti(kog modela! -zbor modela: odabir najbolje prila"o!eno" kinetiko" modela

-spitivanje valjanosti modela: sla"anje s eksperimentalnim podacima, da iline'

-7oop$avanje modela: vrijedi li model u dru"im uvjetima rada'

-7otvrda modela (procjena parametara): numeriko odre!ivanje pojedinihparametara modela na temelju eksperimentalnih podataka

. Koji s% kriteriji za odabir najboljeg modela?


8/15

-najjednostavniji model uz prihvatljivu po"reku, -najmanji broj parametara,-model izveden na temelju @zike slike ili mehanizma reakcije ima prednost predempirijskim modelom, -model s najmanjim kvadratnim odstupanjem

. to s% to metode o#timiranja? 6em% sl%e i koje metode #oznajete?

-medote koje slu#e za procijenu kinetikih parametara tako da srednje kvadratnoodstupanje bude minimalno. -Metoda linearne re"resije -Metodanelinearne re"resije

14.. Koje s% eks#erimentalne metode #rocjene brzine #arametara?"#iite %kratko osnovn% razlik% me$% njima!

-nte"ralna metoda procjene: analitiko rjeavanje diferencijalnih ili al"ebarskihjednad#bi koje se dobije uvrtavanjem kinetiko" modela u reaktorski

-9iferencijalna metoda procjene: kinetiki model se ne uvrtava u reaktorski, ve$se za svaki eksperimentalni rezultat odre!uje brojana vrijednost brzine

kem.reak. na osnovi reaktorsko" modela.-Metoda poetnih brzina: brzina reakcije se mjeri samo s malom promjenomkoncentracija, povratna reakcija i konc. nastalo" produkta se zanemaruju

11. "bjasnite #ost%#ak integralne metode #rocjene #arametara!7ost%#ak o#iite na #rimjer% kinetike reakcije #rvoga reda koja seodvija % kotlastom reaktor%!

12. "bjasnite #ost%#ak di8erencijalne metode #rocjene #arametara na#rimjer% kotlastog i #roto(no kotlastog reaktora!

-Mjerenja u prorono kotlastom reaktoru omo"u$uju direktno raunanje brzine

reakcije iz reaktorsko" modela


9/15

- kotlastom reaktoru prvo moramo diferencirati c-t krivulju (u svakojeksperimentalnoj toki izraunati brzinu reakcije povlaenjem tan"ente na

krivulju)

13. +a#iite seme reakcija i kineti(ke modele za ne#ovratne reakcije 1.i 2. reda, te za #ovratn% reakcij% 1. reda!

-1epovratna reakcija 4.reda:

-1epovratna reakcija B.reda:

-7ovratna reakcija 4.reda:

1. to je enzimska kinetika i kako j% djelimo?

-dio biokemijsko" in#enjerstva koji se bavi izuavanjem brzina enzimskih reakcija.-%inetika enzimskih reakcija u homo"enoj fazi -%inetika enzimskih reakcija uhetero"enoj fazi

1&. Kako se zove model kojim o#is%jemo enzimsk% kinetik%? "#iitemeanizam reakcije%z reakcijsk% sem%/, navedite #ret#ostavk% nakojoj se temelji izvod, te na#iite jednadb%. +a gra8% sk%cirajteovisnost brzine reakcije o koncentraciji reaktanta za enzimsk% kinetik%,te objasnite zna(enje kineti(ki #arametara modela!

-model kojim opisujemo enzimsku kinetiku naziva se Michaelis-Menteniinakinetika

-mehanizam enzimske reakcije pretpostavljanastajanje me!ukompleska u ravnote#noj reakciji, nastali kompleks izme!uenzima i supstrata se u slijede$oj reakciji raspada na nepromijenjeni enzim iprodukt. zvoz se temelji na pretpostavci pseudostacionarno" stanja


10/15

1). Kako se zove kineti(ki model koji o#is%je mikrobiolok% kinetik%?9kicirajte ovisnost koj% model o#is%je graf(ki %z odgovaraj%5e oznake imjerne jedinice! +avedite kineti(ke konstante modela!

-Monodova kinetika (speci@na brzina rasta biomase): ovisi o maksimalnoj brzinirasta biomase, o koncentraciji supstrata i o konstanti zasi$enja supstratom

1. to je to bio#roces? -a to se sve koristi s%#strat % bio#roces%?

-niz biokemijskih reakcija koje se do"a!aju u stanicama. tanice trebaju hranu za

rast i razmno#avanje, pri tome nastaju novi produkti koji su kemijski razliiti odsupstrata. sim to"a, u bioprocesima se osloba!a i odre!ena koliina topline.


11/15

- kod bioprocesa nemamo jednoznane stehiometrijske koe@cijente, iskoritenjecijelokupne reakcije de@niramo u pojedinim reakcijama.

-supstrat se koristi za rast i razmno#avanje stanica i za nastanak produkta

1. -ato steiometrija kemijske reakcije ne vrijedi % bio#roces%? Kako

defniramo :steiometrijske koefcijente; % bio#roces%?-zato to se odre!eni dio supstrata koristi za sami rast i razmno#avanje stanica,dakle iskoritenje bioprocesa nije isto kao kod kemijskih reakcija, postavljaju senovi stehiometrijski koe@cijenti:

24. Defnirajte red reakcije!

-eksponent nad koncentracijamaF alfa je red reakcije s obzirom na reaktant +, a

beta red reakcije s obzirom na reaktant ?F ukupni red reakcije: nG alfa H beta


12/15

).#redavanje

1. to je biokataliza, a to s% biokatalizatori? to s% #o biokatalizatori#o kemijskom sastav%? Kako s% #ovezane str%kt%rne jedinice % molek%li

biokatalizatora?-biokataliza ili mikrohetero"ena kataliza je teorija o djelovanju biokatalizatora.?iokatalizatori su enzimi, or"anske makromolekule, proteini or"anizirani u Istrukturna nivoa koji nastaju u #ivoj stanici.

2. "#iite str%kt%r% biokatalizatora #o nivoima!

-primarna struktura: alfa-aminokiseline povezane peptidnim vezama u peptidnilanac, promijenimo li redoslijed aminokis. mijenjamo i funkciju i strukturubiokatalizatora

- sekundarna struktura: peptidni lanci se me!usobno savijaju u spirale (spiralnilanci-uzvojnica) pri emu se formiraju vodikove veze izme!u karbonilnih i amidnih"rupa koje se na taj nain stabiliziraju

- tercijarna struktura: nastaje @brilna struktura (daljnje preklapanje peptidnihlanaca kovalentnom vezom

- kvartarna struktura: spajanje peptidnih lanaca u ve$e a"lomerate, formiranje -- veza (disul@dni mostovi) i sekundarnih valencijskih veza

3. to s% to enzimi? Kako enzimi naj(e5e dobivaj% ime? to s% metaloenzimi, a to ko8aktor?

-"lobularni proteini nastali u #ivoj stanici u kojoj kataliziraju biokemijske reakcijevezane za #ivot. me dobivaju prema rekciji koju kataliziraju H nastavak -aza, nprenzim koji sudjeluje u reakcijama oksidacije- oksidaza

-metalo enzimi: enzimi koji trebaju metal u svojoj strukturi kako bi bili aktivni,kofaktor: metal koje" enzim treba

. "bjasnite osnove teorije biokatalize! +abrojite koje teorije #oznajete iosnovne razlike me$% njima.

-ne razlikuje se od teorije katalize, pretpostavlja postojanje me!uspoja enzim-reaktant, reaktant se povezuje na posebno mjesto enzima koje se naziva aktivno

mjesto, ono se sastoji od vezno" dijela (aktivne "rupe aminokiselina preko kojihdolazi do vezivanja reaktanta na molekulu proteina) i od katalitiko" dijela(aktivne "rupe aminokiselina koje prenose vodik). 9a bi se reaktant mo"ao vezatina aktivno mjesto proteina obje molekule si moraju me!usobno od"ovarati kaobrava i klju. 1akon nastajanja me!uspoja, proton sa molekule reaktanta prelazina protein&enzim, pa je biokataliza u osnovi kiselo-bazna reakcija.

-eorija brave i kljua -eorija prila"o!avanja -eorija deformacije

&. Kako konfg%racija enzimske molek%le %tje(e na biokataliz%?"bjasnite e8ekte do koji dolazi kod biokatalize!

-efekt pribli#avanja: dovo!enje u blizinu reaktivnih (veznih) "rupa i katalitiko"centra


13/15

-efekt povrine: polarnost otapala opada i blizini povrine enzimaF desolvatizacijamolekule reaktanta

-deformacije molekule reaktanta i enzima: prila"o!avaju se jedan dru"ome

). Kako moemo do5i do enzima


14/15

- bioraz"radivi, nisu opasni po okoli, stvaraju malo otpada, bla"i operacijskiuvjeti zahtjevaju manje ener"ije to rezultira manjih isputanjem otrovnih plinovau atmosferu, smanjena potronja vose, sirovina, manji br procesnih stupnjeva..

11. ' kojim se oblicima mog% %#otrijebiti biokatalizatori?

- 7roi$eni enzimi: mo"u biti imobilizirani i topljivi-Enzimi u cijelim stanicama (#ivim ili ne#ivim): suspendirane ili imobilizirane

12. Koja s% otkri5a %tjecala na %#otreb% biokatalizatora % ind%striji?

- izdvajanje enzima iz stanice u velikom mjerilu -imobilizacija enzima-uporaba enzima u nevodenim reakcijskim medijima-rekombinantna 91+ tehnika

13. +abrojite koje zatjeve mora is#%niti ind%strijski biokatalizator?

- lako izdvajanje iz reakcijske smjese (produkt mora biti ist od biokatalizatora)

-viekratna upotreba u procesu (nakon izdvajanja biokatalizatora iz smjese, mo#ese upotrebiti u dru"om procesu)

-mo"u$nost kontinuirane provedbe procesa (kontinuirani procesi ostvaruju dobrui konstantnu kvalitetu produkta, ekonominiji su)

-stabilnost (omo"u$ava rije!u zamjenu biokatalizatora)

1. to je to imobilizacija i kakvi s% to imobilizirani enzimi? Koje metodeimobilizacije #oznajete?

-to je izdvajanje biokatalizatora iz reakcijske otopine, posti#e se bolja stabilnost i

netopljivi oblik enzima, imobolizirani enzimi se mo"u viekratno koristiti uprocesima, lako se izdvajaju iz reakcijsko" medija, stabilniji su i mo"u se koristitiu kontinuiranom procesu.

-metode imobilizacije mo"u biti @zikalne ili kemijske


15/15

samtin samtin

Documents