《生物反应工程》讲稿
（生物反应工程与生物反应器）
课程简介：
1绪论
1.1生物反应工程的发展过程
20世纪40年代抗菌素工业诞生，对无菌操作、通风溶氧技术十分拍切，吸引了大量化学工程人员参与技术攻关，于是有微生物学、生物化学、化学工程形成了一门交叉学科——生物
化学工程（生化工程），当初的生化工程研究的核心，通风搅拌无菌操作。1942年monod
研究连续发酵，研究的目的就是提高发酵速率，60-70年代，单细胞蛋白生产，污水处理的重视，对菌体生长速率、底物的反应速率等的研究越来越重视，于是人们就把微生物反应动力学的研究与生物反应器结合起来形成了生化工程的一个重要分支-——生物反应工程。
这门课（生物反应工程）是一门以生物反应动力学为基础，研究生物反应器的设计、放大和生物反应过程的优化操作和控制的学科。
生物反应工程课程有好多名称，在上世纪80年代初，江南大学（原轻工业学院）王鸿祺教授给研究生开设了《生化反应动力学与生化反应器》，科技大学贾士儒教授给研究生开设了《生物反应工程与生物反应器》，后来改为《生物反应工程原理》。90年代出版了高校教材《生物化工原理》，化工大学戚以政、王叔雄编著了《生化反应动力学与反应器》（1995年第二版），以后有编写了《生物反应工程》。本学学院最早给研究生开这门课名称是《生物反应工程与生物反应器》，2010年改为《生物反应工程》。
1.2生物反应工程的主要容
1）生物反应动力学
研究生物反应过程速率及其影响因素，是理论基础。微观动力学（本征动力学，是研究分应的固有速率，与温度、浓度、PH、催化剂等有关，与传递无关。另一种反应是宏观动力学，也称反应器动力学。与反应器的传质、传热及物料流动类型有关。实验室研究可以看作微观动力学，从工程角度要研究的是宏观动力学。
2）生物反应器设计、优化与放大（设计包括结构型式、操作方式及尺寸的确定），实际生物反应器设计是将生化反应动力学特征和生化反应器特征结合的设计。
生物反应器的优化分优化设计、优化操作。
第二章均相酶反应动力学
容要点：了解酶反应特点，掌握M-M方程和各种抑制动力学特征及其应用。
均相酶反应，系指酶与反应物处于同一相（液相）的美催化反应。在生产中均相酶反映较多。如淀粉的液化和糖化。
2.1酶反应的基本特征
2.1.1共性
2.1.2特性
2.2单底物酶反应动力
2.2.1M-M方程建立
酶反应机理：
底物S与酶E结合形成中间复合物〔ES〕，然后复合物分解成产物，并释放出E。
反应式：
[]E
P ES E S p
S 2
k 1
k 1-k E
+→→+→++
E —游离酶；
S —底物；
〔ES 〕—酶底物结合的中间复合物； P —产物； 反应速率方程：
dt dn V 1r dt
dn V 1r P
P S S ?=?=；—
r S —底物消耗速率，mol/L ．S r p —产物生成速率，mol/L ．S V —反应体系体积，L ； n S —底物物质量，mol; n P —产物物质量，mol ； t —时间，S ； 根据反应定律：
[]ES C 2P k r +=
[]；，酶底物结合复合物浓度—L /mol C ES
对反应机理有四点假设：
（1）反应过程酶浓度恒定，即[]ES E E C C C 0
+=
（2）与底物浓度C S 相比，酶浓度很小，可忽略生产中间复合物所消耗的底物。
（3）产物浓度很低，产物抑制作用忽略不计，也不需考虑P+E →〔ES 〕的可逆反应。 （4）生产产物的速率低于酶与底物的结合速率，生成产物的速率决定整个反应速率，而生成复合物的可逆反应达到平衡状态。 根据假设：
[]ES 2S P
P S C k dt
dC dt dC r r +=-==
= []ES 1E S 1C k C C k -+=
[]
[]S
ES S S ES 11E C C K C C k k C ?
=?=
+-
因[]ES E E C C C 0+=
[][][]）（S
S
ES ES S
ES S
E C K 1C C C C K C 0+
=+= []S
S S E ES C K C C C o +=
S S S
max
S,S S S E 2S C K C r C K C C k r o +=+=
+
（r S ，max =k +1C Eo ）
S
S S
max
P,S
S S E 2P C K C r C K C C k r o +=+=+
当中间复合物生产速率与其分解成酶和产物的速率相差不大时，以上公式不适用，MichaelisMenten 的平衡假设不成立。1925年，Briggs 和Haldane 提出了“拟稳态假设”，认为反应体系底物与酶浓度相比浓度高的多，中间复合物分解成产物和游离酶后，酶立即与底物结合，从而使反应体系中复合物浓度维持不变，即中间复合物不再随时间变化。 根据反应机理和以上假设：
[]ES 2P
C k dt
dC += []ES 1E S 1S
C k C C k dt
dC -+-=—
[][][]ES 2ES 1S E 1ES C k C k C C k dt
dC +-+--=
[][]
S ES 121E 1
2
1S E 21S E 1ES C C k k k C k k k C C k k C C k C ?
+=?+=+=
++-++-+-+ 又因：[]ES E E C C C o +=
[]???
?
??+=1C K C C S m ES E o
[]S
m S E ES C K C C C o +=
[]S
m S max
P S m S E 2ES 2P
P C K C r C K C C k C k dt dC r o +=+===
++，
因底物浓度比酶浓度高的多，产物的反应速率就等于底物的反应速率。推出底物浓度与底物反应速率的关系式即米式方程：
S
m S
max
S S C K C r r +==，p r
S
m S
max
S S C K C r r +=，
式中：
K m —米氏常数，mol/L ；
S C —底物农度，mol/L ；
K m 与K S 的关系：
1
2S 121m k k
K k k k K ++++-+=+=
从上式看出，酶与底物结合成中间复合物这步反应速度很快，而复合物分解成产物这步反应很慢，米氏常数就等于解离常数（K m =K S ）。显然用“拟稳态平衡假设”推导出米氏常数
更为科学，使米氏方程机理的推导更完美。
最大反应反应速率 r S,max 和米氏常数K m 是米氏方程的重要参数。
r S,max 大小与酶总量有关，与酶和底物反应特性有关；K m 大小主要决定底物与酶的结合程度有关。结合力越大，K m 越小，反之越大。米氏方程的意义，在于掌握反应速率与底物的关系。
2.2.2米氏方程动力学特征
S
m S
max
S S C K C r r +=，
当C S ＞＞K m 时，
max S S r r ，=
此反应与底物浓度无关，属0级反应。 积分得：
S S S C C t r o -=max ,
该式表明，反应时间长短取决于底物的初始浓度和终了浓度以及最大反应速率，对大反应速率又取决酶的总浓度。 当C S ＜＜K m 时，
S m
max ,S S C K r r =
反应速率与底物浓度成正比关系，属一级反应。 积分得：
S
S m S C C K t r 0ln
max ,=
当底物浓度即不＞＞也不＜＜米氏常数时，就符合米氏方程，当K m =C S 时，max ,2
1
S S r r =，
此时，C 〔ES 〕=C E 。
对米氏方程积分得出积分式：
()
S
S m S S S C C K C C t r o o ln
max ,+-=
以上三个积分式，C so 为反应前的底物初始浓度，C S 是反应t 时间后的终了浓度。利用积分式求反应时间，并知道哪些因素影响了反应时间。 用X S 表示底物转化率：
0S S
S S C C C X -=
以上三个积分式可写成与转化率有关的积分表达式： 即：
,max o S S S r t C X =
,max 1
ln
1S m S
r t K X =-
,max 01
ln
1S S S m S
r t C X K X =+-
2.2.3米氏方程参数的求取
有四种方法求取。
（1） lineweaver-Burk （简称L-B 法） 将米氏方程两边取倒数：
S
S m S S C r K r r 1
11max ,max ,?
+= 以
S r 1为纵坐标，以S
C 1
为横坐标作图，直线斜率为max ,S m r K ，截距为m ax ,1S r 。
（2） Hanes-Woolf 法简称（H-W 法）
将米氏方程取倒数，然后两边乘C S ，得下式：
max
,max ,S S S m S S r C r K r C += 以
S S r C 为纵坐标，以max ,S S r C 为横坐标作图，直线斜率为m ax ,1
S r ，截距为m ax
.S m r K 。
（3） Eadie-Hofstee 法（简称E-H 法） 将M-M 方程重排：
S
S
m
S S C r K r r -=max , 以上三种方法，反应速率都要通过浓度和反应时间求出，实质是利用微分法求出来的，故称微分法。微分法反应速率不是直接求出的，当地物浓度很低反应速率很慢时，误差较大。 （4） 积分法
将M-M 方程的积分式，经整理得到：
m S S m S S S S S K C C t K r C C C C 1
ln
0max ,00
-
-?=- 以S S S S C C C C -00
ln
为纵坐标，以S S C C t -0为横坐标作图，斜率为m
S K r max ,，截距为m K 1
。
积分法特点，通过反应时间和底物浓度可直接求出动力学参数，产物的增加对反应速率没有
影响，否则不符合米氏方程条件。 2.3 底物抑制动力学
有的反应，底物浓度增加反应速率反而下降，这种由于底物浓度增大引起反应速率下降的作用称为底物抑制作用，反应机理如下：
[][]
[]
[]解产物。
不具备催化活性，不分—SES SES ES S P
E ES S E 3
3
@
1
1
-k k k k k →→→+-+++++
根据稳态法，推导出的动力学方程：
[][]
[][][][]0C k C C k C k C k C C k dt
dC C k dt dC C k r SES 3ES S 3ES 2ES 1S E 1ES 1S
ES 1S =+---==-
=-++-+++ [][][]0C k C C k dt
dC SES 3-ES S 3SES =-=+
[]
[]
3
3ES S SES k k C C C +-=
?
SI
2S
S m S
max SS K C C K C r r +
+=
K SI —底物印制的解离常数，mol/L ； 2.4有抑制的酶反应动力学
某种物质存在而使酶反应速率减慢，这种物质呈抑制剂。根据抑制机理可分为竞争性抑制，非竞争性抑制，反竞争性抑制。 竞争性抑制动力学，
抑制剂与酶活性中心结合，影响了酶与底物的结合，从而影响了酶反应。 抑制机理表达式：
[][]
[]非活性复合物；
—抑制剂；
—EI I EI I E P
E ES S E 3
3
2
11
-k k k k k →→→+-+++++
底物反应速率：
[]ES 2SI C k r +=
根据稳态假设：
[][][][][][]
[]
[][][]
EI ES E E0S
3I ES m 33-I E 3EI EI 3I E 3EI S
ES m E ES 2ES 1S E 1ES C C C C C k C C K k k C C k C C k C C k dt
dC C C K C C k C k C C k dt
dC ++==
=?-==?--=-++-++-+
[][][][]???
?
??++=+
+=
S I I
m S I I m ES S
I I
ES m ES S
ES m E0C K C K C K K K C C K C C K C C C K C
???? ?
?=+-33I k k K 令：
[]S
I I m S E0I
m S I I m S
I E0ES C K C 1K C C C K C K K K C K C C +???? ?
?+=
++=?
[]
ES 2SI C k r +=S I I m S
01C K C 1K C C k +???? ?
?++E (???
?
??+=I
I m mI K C 1K K 令： ) S
mI S max ,S SI C K C r r +=
竞争性抑制动力学，其抑制剂影响了米氏常数，影响大小决定于抑制剂浓度C I 和解离常数。 竞争性抑制动力学参数的求取：
和M-M 方程动力参数求取相同，两边取倒数，得到如下方程：
S
max ,S mI max S,SI C 1
r K r 1r 1?
+= I I m
m I I m mI C K K K K C 1K K +=???? ?
?+= 第三章微生物细胞反应动力学
第一节微生物细胞反应基本概念 第二节微生物细胞反应计量学 微生物细胞反应衡算目的：
是对反应物转化成细胞或产物进行转化程度的数量化研究，是为了更好的控制反应。 微生物细胞反应元素衡算方程 （1）无产物的反应式：
第三节微生物生长动力学 一、细胞生长动力学方程 分批培养： （！）细胞生长速率：
（2）比速率：
是以单位质量细胞为基准表示各组分的变化速率。 细胞生长比速率 ：
假定μ是常数，积分得：
(/.)
X X X dc r C g h L dt μ==1
1()X X dC h C dt
μ-=?2322m n CH O aO bNH cCH O N dH O eCO αβγ++→++
ln
X
X C t C μ= 二、Monod 方程
max
S
S S
C K C μμ=+ （g/L.h ）
μ—细胞生长比速率（h -1）
C S —限制性底物质量浓度，（g/L ）。 K S —饱和常数，（g/L ）。 μmax —最大生长比速率
Monod 方程式是Monod 在1943年通过大量实验做出的经验方程，C S 是限制性底物浓度，Ks 是饱和常数，即得出，生长比速率与限制性底物浓度的关系。 三、微生物细胞间歇培养 将方程0ln
X X C t C μ=以0
ln X X C
C 为纵坐标，以时间t 为横坐标，作的曲线图如下：
通过曲线进一步理解M onod
μ实际就是曲线上的斜率。 1)延滞期 μ= 0 2)加速期 0＜μ＜μmax 3)对数期
μ= μmax ，营养底物充足，对生长不受限制。在对数生长期间，μ是恒值是一个常数。
细胞生长曲线
4)减速期
在减速期，随着时间延长，营养底物越来越匮乏，生长比速越来越小（曲线上斜率越小）。正符合M onod 方程：
四、连续培养（单级）
操作连续稳定时， 细胞生长量=排出量
R X X V C VC μ=
R
V V μ=
令：
R
V
D V = D —稀释率，（h -1）。
稀释率是人为控制的，因此在连续发酵过程生长比速率可以人为控制。 连续发酵的必要条件 D ＜μmax
当D ＞μmax ，发酵就发生“冲出”现象。 * * * * * *
连续发酵，在D ＜μmax 的前提下，μ随着D 的变化而变化，当D 增大时，意味着进料速度增大，反应器底物浓度增高，所以μ值随之增大；当D 降低时，意味着进料速度减小，反应器底物浓度随之降低，有许许多多的实验得出了Monod 方程，即限制性底物浓度C S 与生长比速率μ的关系，因此连续发酵会自动趋向稳态，即μ=D ， 讨论：
（1）底物浓度（C S ）与稀释率的关系：
max S s S
C K C μμ=+max max S s S
s S C D K C K D C D
μμμ==+∴=
-Q
（2）菌体相对基质得率系数Yx/s
（3）菌体浓度与稀释率的关系
（4）微生物细胞生产强度(P X )与稀释率的关系
菌体浓度（C X ）、底物浓度（C S ）、生产强度（P x ）与稀释率（D ）的关系作图如下：
从上图看出：
1）在一定的稀释率下，微生物细胞生产强度(生长速率）（DC X ）,随着稀释率（D ）增大而增大，当达到一定的稀释率后，其细胞生产强度随着稀释率增大而降低。
2）稀释率在一定围变化，细胞浓度（C X ）和底物浓度（C S ）变化很小。当增大到一定程度，其变化迅速增加。
3）稀释率增大到一定程度时，微生物细胞冲出，罐菌体浓度为零，底物浓度等于初始
/x s X
Y S
?=-?/0/0max ()()s X x s S S x s S K D
C Y C C Y C D
μ=-=-
-x X P DC =
浓度，此时的稀释率称临界稀释率（D C ）。
4）对细胞生产强度而言，有一个最佳稀释率（D 0pt ），即细胞生产强度最高。 5）稀释率越小，底物浓度越低，细胞产率越高（转化率高）。
单罐连续发酵（培养），当转化率要求不高时，可以使用。如果既要转化率高，又要细胞生产强度高，单罐连续发酵就满足不了这个条件。
如何设计才能使转化率和生产强度都高，用多级串联连续就能解决这个问题，一般用两个罐就可满足生产要求，第一个罐用作提高生产强度（控制最佳稀释率），第二个罐用作提高转化率。 四、最佳稀率（D opt )
最佳稀释率是细胞生产强度 （生长速率）最大时的稀释率。 生产强度对D 求导，等于零，即求得稀释率最大值D opt
最佳稀释率对应的最佳细胞浓度（C Xopt ）及最大生产强度（PX)opt
五、两级串联连续培养
连续稳定时，CX0=0 对第一个罐细胞平衡：
0max ()0
S X X X S S X
K D
P DC DY C D
dP dD μ==--=max 01S
opt S S K D K C μ?=?+?,00(X opt X S S S S S S C Y C K K C K ?=+-+?最大生产强度:2
00.max 000)S S S X opt pt X opt X S S S S K C K P D C Y C C C μ+==（111
111
1
X X C V FC F D V μμ===
对第二个罐细胞平衡：
两罐串联与单罐连续发酵时间的对比
假定用两个罐(等体积）串联连续发酵，第一个罐的菌体浓度为第二个罐的0.85倍。即：C X1=0.85C X2
两罐与单罐排出的底物浓度相等，即： C S2=C S
单罐发酵时间用τ表示:
两罐发酵时间用τm 表示：
六、带细胞循环的单级培养
带细胞循环的单级培养是在单级连续培养的基础上进行的，将流出反应器的物料进行细胞浓缩，将浓缩液循环。通过浓缩液循环，提高反应器细胞浓度，从而提高反应速率。以下是带细胞循环的单级细胞培养流程：
122221122222
1221121222(1)(1)X X X X X X X X X FC C V FC C C F D V C C V V C C D D D μμμμμ+==-=-=>∴=> τ=12 11m D D τ= +112122 112 12212111 22 1 22 1111 (1)0.85;(1)(10.85)0.150.15 0.150.150.3X m X X X X X m C D D C D D C C D C C τμμμμμμμμμμμττμμ=+=+-======-=-==∴=+=Q 图中，RF 为循环液量，R 为循环比。C x2＜C X ＜C X1 对发酵罐培养系统菌体平衡: 细胞浓缩分离系统菌体平衡： 由以上两平衡式得出： 、 带细胞循环连续发酵讨论： 循环与不循环相比： （1）在转化率和发酵罐体积不变时，可提高生产能力。 （2）在生产能力和发酵罐体积不变时，可提高转化率（C S 降低） （3）在生产能力和转化率一定时，可减小设备体积。 （4）如果细胞不浓缩， D =μ，对CSTR 无意义。 （5）生产能力的提高在于提高了发酵罐中的细胞浓度。 七、带循环的CPFR 带循环的CPFR （带循环平推流式反应器），对酶反应因循环物料使得进入反应器的底物浓度降低，因此可以解决因底物浓度抑制的反应而提高反应速率；对微生物细胞反应则提供了连续接种的作用。 1(1)X X X RFC C V R FC μ+=+12(1)X X X R FC RFC FC +=+122 2 X X X X X X C V FC C C F D V C C μμ===21X X C C D μ<∴>Q 回流比 0 V V R r = 物料衡算： 进口物料 r V V V +=01 1100S SF r S C V C V C V =+ 进口浓度：R RC C C SF S S ++= 101 第四节底物消耗与产物生成动力学 一、底物消耗动力学 1、 底物只形成细胞的消耗动力学 底物消耗速率通过细胞得率系数与细胞生长的关系： max 111 S S X X X X S X S X S S C r r C C Y Y Y K C μμ= = = + X S Y —对底物总消耗而言的细胞得率，即宏观得率。 底物消耗比速率： max 111 S S S X X S X s S S C q r C Y Y K C μμ= ==+ ,max max 1S X S q Y μ=令： ,max S S S S S C q q K C =+ q S,max —最大消耗比速率，（h -1）。 2、 包括维持细胞生命的底物消耗动力学 底物消耗速率： **11S X X X X X S X r r mC C mC Y Y μ= += + *X S Y m —对用于细胞生长所消耗底物而言的细胞得率，即理论得率。 —细胞维持系数，（g/g.h ）。 底物消耗比速率： * 1S X S q m Y μ= + 总得率与理论得率关系式可写成： *11 X X S m Y Y μ =+ 1 1 X S Y μ 以 纵坐标,为横坐标，做图如下： 3、 包括产物生成的底物消耗动力学 底物消耗速率： **1 111 S X X P X X P X X S P S X S P S r r mC r C mC q C Y Y Y Y μ= ++ =++ 底物消耗比速率： *1 1 S P X S P S q m q Y Y μ= ++ 二、产物生成动力学 根据产物生成速率与细胞生成速率的相关性分为三类： 1、 相关模型 指产物生成与细胞生长相关的。产物生成速率可写成： P P X X P X X r Y r Y C μ== 产物生成比速率： P P X q Y μ= 2、 部分相关模型 指产物生成与细胞生长部分相关。 产物生成速率： P X X r r C αβ=+ 产物生成比速率： P q αμβ=+ 3、 非相关模型 指产物生成与生长无关。其特点，细胞生长时无产物生产，当细胞停止生长后才生成产物。 产物速率表达式： P X r C β= 第五节 动力学参数求取 Monod 方程两个重要参数μmax 和K S 的求取： 将方程写成： max max 1 11S S K C μ μμ= ? + 利用微分法求取： 1X S X C C t C t μ?= ???是时间内的细胞平均浓度。 第六节灭菌动力学 第四章反应器设计与分析 第一节生物反应器类型 生物反应器是指利用生物催化剂进行生物反应的设备， 1、按催化剂不同分： 细胞生物反应器；酶反应器； 2、按物料进出不同分： 间歇操作反应器；连续操作反应器；半连续操作反应器； 3、根据催化剂分布分： 块状反应器；膜反应器。 4、连续操作反应器根据流动模型分： 全混流式；平推流式（活塞流式）。 在生产中搅拌槽式反应器视为全混流式反应器，酒精生产连续蒸煮，培养基连续灭菌及淀粉糖的连续液化都是用几个柱型容器串联，有的用管道。这些反应器可视为平推流式反应器。理想型全混流式反应器在容器呈最大混合状态，反应器物料反应浓度均一，排除的物料与反应器物料浓度相同。理想型平推流式反应器，在轴向上没有返混，物料反应浓度随着位移发生变化。实际生产中反应器的流动都介于全混流和平推流之间。 5、根据结构分： 搅拌槽式、塔式（柱式）、管道式； 第二节间歇式操作反应器的设计 特点：物料一次加入和放出，反应器的底物、产物及细胞浓度均随反应时间而变化。 优点：操作灵活。可多品种生产，染菌程度低。 缺点：操作需要一定辅助时间，生产效率低。 大多数间歇操作反应器是在搅拌中进行的，这种反应器也称搅拌槽式反应器，假定搅拌使反应器物料浓度达到分子水平均匀，反应器不存在浓度、温度的分布。这种间歇的搅拌槽式反应器被视为理想间歇反应器（BSTR）。 间歇式反应器反应时间一般用t r表示，辅助时间用t b表示。 上图表示，当反应速率随着底物浓度增大而增大时，酶间歇反应或连续活塞流反应，反应时间大小就是图中ABCD所围成的面积，连续全混合反应，反应时间就是ABCE所围成的面积。显然采用CSTR反应器不利，采用分批式（间歇式）更有利。 如果有底物抑制并转化率较高，应先用CSTR与CPFR结合最好，设计的反应器体积最小。 1.已知H A=358.236m， H B=63 2.410m，求h AB和h BA 2.设A点高程为101.352m，当后视读数为1.154m，前视读数为1.328m时，问高差是多少，待测点B的高程是多少？试绘图示意。 3.试计算水准测量记录成果，用高差法完成以下表格： 5.闭合水准路线计算。 6.水准测量成果整理 f h=50mm＜f h容=±40=±89mm 7.完成表格并写出计算过程。 测 点距离（km）实测高差（m）改正数（m m）改正后高差（m）高程（m） BM0 1.50 3.326 -0.005 3.321 23.150 A 26.471 1.30 -1.763 -0.004 -1.767 B 24.704 0.85 -2.830 -0.003 -2.833 C 21.871 0.75 -0.132 -0.002 -0.134 D 21.737 1.80 1.419 -0.006 1.413 BM0 23.150 Σ 6.200.020-0.020 0 f h=20mm＜f h容=±40=±99mm 8.一支水准路线AB。已知水准点A的高程为75.523m，往、返测站平均值为15站。往测高差为-1.234m，返测高差为+1.238m，试求B点的高程。 解：高差闭合差： 高差容许闭合：; 改正后高差： B点高程：9.完成表格并写出计算过程。 测 点距离（km）实测高差（m）改正数（m m）改正后高差（m）高程（m） BM7 130 0.533 -30.530 47.040 A 47.570 200 -0.166 -4-0.170 B 47.400 490 0.193 -100.183 C 47.583 370 0.234 -70.227 D 47.810 410 1.028 -8 1.020 工程测量计算题 四．计算题 （一）测量学基础知识（1-18题） 1.用钢尺丈量一条直线，往测丈量的长度为217.30m，返测为217.38m，今规定其相对误差不应大于1/2000，试问： （1）此测量成果是否满足精度要求？（2）按此规定，若丈量100m，往返丈量最大可允许相差多少毫米？ 2.对某段距离往返丈量结果已记录在距离丈量记录表中，试完成该记录表的计算工作，并求出其丈量精度，见表1。 表1 测线整尺 段零尺段总 计 差 数 精 度 平均 值 AB 往50 5?18.964 返50 4?46.456 22.300 3.在对S 3 型微倾水准议进行i 角检校时，先将水准 仪安置在A 和B 两立尺点中间，使气泡严格居中，分别读得两尺 读数为1 a ＝1.573m ， b 1 ＝1.415m ，然后将仪器搬 到A 尺附近，使气泡居中，读得2 a ＝1.834m ，b 2 ＝1.696m ，问 （1）正确高差是多少？（2）水准管轴是否平行视准轴？（3）若不平行，应如何校正？ 4．如图1所示，在水准点BM 1 至BM 2 间进行水 准测量，试在水准测量记录表中（见表2）。 进行记录与计算，并做计算校核（已知 m BM m BM 110.142,952.13821==）。 图1 表2：水准测量记录表 测点后视读 数（m） 前视读数 （m） 高差（m）高程 （m） ＋－ 5．在水准点B a M和b BM之间进行水准测量，所测 得的各测段的高差和水准路线长如图2所示。已 知B a M的高程为5.612m，b BM的高程为5.400m。试将有关数据填在水准测量高差调整表中（见 表3），最后计算水准点1和2的高程。 图2 表3：水准测量高程调整 绪论． 1、化学反应工程是一门研究（）的科学。（化学反应的工程问题） 2.（）和（）一起，构成了化学反应工程的核心。〔三传；反应动力学〕 3.不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称( )。（数学模型） 4.化学反应和反应器的分类方法很多，按反应系统涉及的相态分类，分为：（）和（）。 5.化学反应和反应器的分类方法很多，按操作方法分为（）操作、（）操作和（）操作。 6.化学反应和反应器的分类方法很多，按传热条件分为（）、（）和（）。 选择1. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指。 A 化学反应 B 反应工程 C 反应热力学 D 反应动力学, 2. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是。A 能量传递B质量传连C 热量传递D 动量传递 3. （）按反应器的型式来分类，高径比大于30的为 A.管式反应器B槽式反应器C塔式反应器D釜式反应器 三、判断 1.物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律，即化学反应速率与温度浓度之间的关系并不因为物理过程的存在而发生变化。（） 2.流体流动、传质、传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在时间、空间上的分布，最终影响反应结果。（） 四、简答 1.利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤？ 第一章 均相单一反应动力学和理想反应器 1.均相反应是指（ ）。 2.如果反应体系中多于一个反应物，在定义转化率时，关键组分A 的选取原则是（ ）。 3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时，这种反应称为( ) ，否则称为( ) . 4. 化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数P K 则 C K ＝( )P K . 5. 活化能的大小直接反映了( )对温度的敏感程度. 6.化学反应动力学方程有多种形式。对于均相反应，方程多数可以写成（ ）或（ ）。 7.对于反应器的开发根据（ ）来选择合适的反应器，结合（ ）和（ ）两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。 8.物料在反应器的混合，依据停留时间分为（ ）（ ）。 9.按返混情况的不同，理想流动反应器可分为（ ）、（ ）、（ ）。 10.在设计和分析反应器时，经常涉及（ ）、（ ）、（ ）、（ ）四个量。其中定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值为（ ）。 二、选择 1.其定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值的量为（ ） A 反应时间t r B 停留时间t C 空间时间τD 空间速度S V 2. 下列那一项不属于间歇反应器中的非反应时间（ ） 例子2-3. 某基础底面尺寸为5.4*2.7m ，埋深1.8米，基础顶面离地面0.6米。基础顶面承受柱传来的轴力Fk2=1800kN ，弯矩Mk=950kNm, 水平力FkH=180kN ； 还承受外墙传来的集中荷载，作用在离轴线0.62m 处，大小为220kN 。试验算基础底面与软弱下卧层地基承载力。已知地基土情况如下： 第一层：粉质粘土，4.3米厚γ=18.0kN/m3，γsat=18.7kN/m3；e=0.85，fak=209kPa ，Es1=7.5Mpa 第二层：淤泥质粘土：fak=75kPa ，Es2=2.5Mpa 地下水面在基础底面处 解： 1 持力层承载力验算 基础底面平均压应力： kPa A G F p k k k 6.1747.2*4.525457.2*4.57.2*4.5*8.1*201800==+=+= 最大压力： kPa l e p p l G F M e k k k k k 9.273)/61(,9.06/512.02545 2.1*180950max =+===+=+= p 第一层地基承载力特征值以及验算： )5.0()3(-+-+=d b f f m d b ak a γηγη =209+1.0*18.0*（1.8-0.5）=232.4kPa 验算：pk 土木工程测量6_计算题库 及参考答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 计算题库及参考答案 1、设A 点高程为，欲测设设计高程为的B 点，水准仪安置在A 、B 两点之间，读得A 尺读数a=，B 尺读数b 为多少时，才能使尺底高程为B 点高程。 【解】水准仪的仪器高为=i H +=，则B 尺的后视读数应为 b==，此时，B 尺零点的高程为16m 。 2、在1∶2000地形图上，量得一段距离d =，其测量中误差=d m ±，求该段距离的实地长度D 及中误差D m 。 【解】==dM D ×2000=464m ，==d D Mm m 2000×=200cm=2m 。 3、已知图中AB 的坐标方位角，观测了图中四个水平角，试计算边长B →1，1→2，2→3，3→4的坐标方位角。 【解】=1B α197°15′27″+90°29′25″-180°=107°44′52″ =12α107°44′52″+106°16′32″-180°=34°01′24″ =23α34°01′24″+270°52′48″-180°=124°54′12″ =34α124°54′12″+299°35′46″-180°=244°29′58″ 4、在同一观测条件下，对某水平角观测了五测回，观测值分别为：39°40′30″，39°40′48″，39°40′54″，39°40′42″，39°40′36″，试计算： ① 该角的算术平均值——39°40′42″； ② 一测回水平角观测中误差——±″； ③ 五测回算术平均值的中误差——±″。 5、在一个直角三角形中，独立丈量了两条直角边a ，b ，其中误差均为m ，试推导由a ，b 边计算所得斜边c 的中误差c m 的公式 【解】斜边c 的计算公式为22b a c +=，全微分得 db c b da c a bdb b a ada b a d c +=+++=--2)(212)(2121 222 1 22 应用误差传播定律得2 22 222222222m m c b a m c b m c a m c =+=+= 6、已知=AB α89°12′01″，=B x ，=B y ，坐标推算路线为B →1→2，测得坐标推算路线的右角分别为=B β32°30′12″，=1β261°06′16″，水平距离分别为=1B D ，=12D ，试计算1，2点的平面坐标。 【解】 1) 推算坐标方位角 =1B α89°12′01″-32°30′12″+180°=236°41′49″ =12α236°41′49″-261°06′16″+180°=155°35′33″ 2) 计算坐标增量 =?1B x ×cos236°41′49″=， =?1B y ×sin236°41′49″=。 =?12x ×cos155°35′33″=， 图 推算支导线的坐标方位角 （0）今有变摩尔气相反应A ＋B →C ，求膨胀因子δA 。另，假如进行等压反应，初始物料中A 与B 的摩尔比为1：2，试计算，当A 物质的转化率达到60％时，反应体系的体积变为初始体积的多少倍？ 解：δA ＝1－（1＋1）＝－1 由公式00(1)A A A V V y x δ=+可知： 00111(1)0.6=0.812 A A A V y x V δ=+=+?-?+ 即，变为初始体积的0.8倍。 （1）某反应 2A=B+C ，测得的实验结果如下： 时间 /min 9.82 59.60 93.18 142.9 294.8 589.4 1000 2000 B 生成量 4.2 23.64 34.8 49.08 80.64 106.68 120 120 求该反应的反应级数及速率常数。 解：将数据加以处理如下表，从而可作0()A A ln C /C ~t 图，如下图。 图中得到一条直线，可见，该反应为1级不可逆。 时间/min 9.82 59.60 93.18 142.9 294.8 589.4 0()A A C /C /％ 96.5 80.3 71.0 59.1 32.8 11.1 0()A A ln C /C -0.0356 -0.2194 -0.3425 -0.5259 -1.1147 -2.1982 从图中可以求得其斜率为：230 612 .- 于是，0230 =612 A A C .ln t C -? 可见：31230 = 37610()612 .k .min --=? （2）在某反应器中进行等温恒容一级不可逆反应，脉冲实验数据如下： 1，用表格的形式给出E(t) 及F(t)； 2，求停留时间介于10min ～15min 之间的物料所占的分率； 3，试求平均停留时间t 、空时、空速、及方差2σt 、2θσ。 4，假设在同样的空时下，用全混流反应器，转化率可达0.8，试用多级模型计算该反应器能达到的转化率。 解：1 1 () ()()?￥ = ? i i i i C t E t C t t ＝()()(03554210)5100 i i C t C t =+++++++?（min -1） 1 1 1 () ()()20 () i i t t i i i C t C t F t C t ￥ ==邋? 数据计算结果如下： 2、0.65-0.4＝0.25 3、平均停留时间： ()15(min)() tC t t C t = =? ? 方差及无因次方差分别为： 2 222 ()47.5(min )() t t C t t C t σ= -=?? 2 2 2 0.211t t θσσ= = 1、已知某砖混结构底层承重墙厚240mm ，基础顶面中心荷载的标准组合值F k =185kN/m 。地基地表为耕植土，厚0.8m,γ=16.8kN/m3；第二层为粘性土，厚2.0m ，fak=150kPa ，饱和重度γsat=16.8kN/m3，孔隙比e=0.85；第三层为淤泥质土，fak=80kPa ，饱和重度γsat=16.2kN/m3，厚1.5m 。粘性土至淤泥质土的应力扩散角θ=300，地下水位在地表下0.8m 出。要求确定基础埋深（4分）；确定基底宽度（4分）；验算软弱下卧层承载力是否满足要求（4分）。（注：宽度修正系数取0，深度修正系数取1.0）(B) 2、某预制桩截面尺寸为450×450mm ，桩长16m （从地面算起），依次穿越：①厚度h 1=4m 的粘土层，q s1k =55kPa ；②厚度h 2=5m 的粉土层，q s2k =56kPa ；③厚度h 3=4m 的粉细砂层，q s3k =57kPa ；④中砂层，很厚，q s4k =85kPa ，q pk =6300kPa 。K=2.0，试确定该预制桩的竖向承载力特征值。(C) 3、已知某砖混结构底层承重墙厚370mm ，基础顶面中心荷载的标准组合值Fk=115kN/m 。深度修正后的地基承载力特征值fa=120kPa,基础埋深为1.2m ，采用毛石基础，M5砂浆砌筑。试设计该基础。（注：毛石基础台阶高宽比允许值为1：1.25，每台阶宽不大于200mm ）。 4、如图所示某条形基础埋深1m 、宽度1.2m ，地基条件：粉土3 119/kN m γ=，厚 度1m ；淤泥质土：3 218/kN m γ=，%65=w ，kPa f ak 60=，厚度为10m 。上部结 构传来荷载Fk=120kN/m ，已知砂垫层应力扩散角0 .1,035===d b ηηθ， 。求砂垫层厚度z 与宽度b 。（A ） 复习题 第一章高程测量 1.已知水准点5的高程为531.272米，四次隧道洞内各点高程的过程和尺读数如下图所示 （测洞顶时，水准尺倒置），试求1、2、3、4点的高程。 2.影响水准测量的误差有哪些？如何消除或削减其影响？自动安平水准仪的自动安平的 原理是什么？试述这类仪器的优点及使用方法。 3水准测量中，为什么一般要求前后视距尽量相等？ 第3题答案： 水准测量中要求前后视距保持相等可消除或减弱下列误差： (1)当调焦时，调焦透镜光心移动的轨迹和望远镜光轴不重合，则改变调焦就会引起 视准轴的改变，从而改变了视准轴与水准管轴的关系。如果在测量中保持前视后 视距离相等，就可在前视和后视读数过程中不改变调焦，避免因调焦而引起的误 差。 (2)仪器虽经过校正，但i角仍会有微小的残余误差，也就是视准轴与水准管轴不完全 平行，当在测量时如能保持前视和后视的距离相等，这种因i角引入的观测误差就 能消除。 (3)可完全消除地球曲率引起的误差。 (4)可减弱大气折光的影响。 第二章角度测量 1.什么角水平角？用经纬仪照准同一竖直面内不同高度的两目标时，在水平度盘上的读数 是否一样 2.说明测回法及全圆观测法测水平角的方法和步骤。 （设为90°）因对中有误差，在CB 3.测水平角时对中的目的是什么？设要测出ABC 的延长线上偏离B 点10毫米，即仪器中心在B ’点，问因对中而引起的角误差有多大？ 4. 整平的目的是什么？整平的操作方法如何？ 5. 测ABC ∠时，没有照准C 点标杆的底部而瞄准标杆顶部，设标杆顶端偏离BC 线15毫 米，问因目标偏心引起的测角误差有多大？ 6. 什么叫竖直角？用经纬仪测竖直角的步骤如何？ 7. 竖盘指标水准管起什么作用？盘左、盘右测得的竖直角不一样，说明什么？ 8. 根据水平角观测原理，经纬仪应满足哪些条件？如何检验这些条件是否满足？怎么进行 校正？其检验校正的次序是否可以变动？为什么？ 9. 经纬仪测角时，用盘左盘右两个位置观测同一角度，能消除哪些误差对水平角观测成果 的影响？ 10. 影响水平角观测精度的因素有哪些？如何防止、消除或减低这些因素的影响？ 15.在做经纬仪竖盘指标差检验校正时，若用全圆顺时针注记的威而特T 1经纬仪盘左盘右分别瞄准同一目标，得盘左竖盘读数为75°24.3′，盘右竖盘读数为284°38.5′，问此时视准轴水平时盘左的竖盘读数是否为90°，如不满足此条件，怎样校正指标水准管？ 答案： 先求竖盘指标差x ： 42123605.832843.42752360' ''+=-'+'=-+= R L x 若视准轴水平时，竖盘的读数为421090''' ，不满足为 90的条件且竖盘指标差大于 03''，因此，仪器竖盘指标水准管要校正，校正步骤如下： 1. 保持盘右照准原来的目标不变，这时的正确读数应为 6073284421000383284'''='''-'''=- x R 100米 100米 A C B’ B 10毫米 15mm A C C’ B ---------------------------------------------------------精品 文档--------------------------------------------------------------------- 71.应用脉冲示踪法测定一容积为12 l 的反应装置，进入此反应器的流体流速0v =0.8（l/min ），在定常态下脉冲的输入80克的示踪剂A ，并同时测其出口物料中A 的浓度C A 随时间的变化，实测数据如下： t （min ） 0 5 10 15 20 25 30 35 C A （g/l ） 3 5 5 4 2 1 试根据实验数据确定E （t ）曲线的方差2t σ和2 θσ。 解：首先对实验数据进行一致性检验，此时应满足： 100 8.080000====?∞C v M dt C A 100 )]0253(4)145(20[35 =+++++++=? ∞ dt C A ∴实验数据的一致性检验是满足的。 ∵ 2 22)(t dt t E t t -=?∞ σ 其中 (min)158.0120=== v V t 由数据计算得如下表： t （min ） 0 5 10 15 20 25 30 35 E （t ）=C A /C 0 0 0.03 0.05 0.05 0.04 0.02 0.01 0 t 2 E （t ） 0.75 5 11.25 16 12.5 9 263 )]05.1225.1175.0(4)9165(20[35 )(0 2=+++++++=? ∞ dt t E t ∴38)15(2632 2=-=t σ 169.01538 2 22 2 == = t t σσθ 72.有一管式反应装置经脉冲示踪法实验测得如下表所示的数： 0v =0.8 m 3/min ；m=80kg ；∴0C =80/0.8=100 t(分) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 C A （kg/m 3 ） 0 6.5 12.5 12.5 10 5.0 2.5 1.0 试根据表列数据确定该装置的有效容积V 、平均停留时间t 、方差2 t σ和2 θσ。 解：首先对实验数据进行一致性检验： 10000 ===?∞C v M dt C A （卷2,2）1、如图所示某条形基础埋深1m 、宽度1.2m ，地基条件：粉土 ，厚度1m ；淤泥质土：，，，厚度为10m 。上部结构传来荷载Fk=120kN/m ，已知砂垫层应力扩散角 。求砂垫层厚度z 与宽度b 。（A ） 解：先假设垫层厚z=1.0m ，按下式验算： （1分） 垫层底面处土的自重应力 垫层底面处土的附加应力 （2分） 垫层底面处地基承载力设计值： （2分） 验算： 故：垫层厚度 z=1.0m 垫层宽度（底宽） （1分） 3 119/kN m γ=3218/kN m γ=%65=w kPa f ak 60=0 .1,035===d b ηηθ，οa z cz f p p ≤+kPa p cz 37181191=?+?=kPa z b p b p cd z 6.4635tan 122.1) 1912.12012.1120(2.1tan 2)(=??+?-??+=??+-= οθ σkPa z d f f m d ak 75.87)5.011(1137 0.160)5.0(0=-+?+? +=-+++=γηkPa f kPa p p a z cz 75.8762.83=≤=+m z b 6.235tan 22.1=??+=ο （卷3,1）2、某单层厂房独立柱基底面尺寸b×l=2600mm×5200mm,柱底荷载设计值：F1=2000kN，F2=200kN，M=1000kN·m，V=200kN（如图1）。柱基自重和覆土标准值G=486.7kN，基础埋深和工程地质剖面见图1。试验算持力层和下卧层是否满足承载力要求？（10分）（B） fk =85kPa ηb=0 ηd=1.1 解：持力层承载力验算： F= F1＋F2＋G=2000＋200＋486.7=2686.7 kN M0=M＋V h＋F2a=1000＋200×1.30＋200×0.62=1383kN·m e= M0/F=1384/2686.7=0.515mp=198.72 kN/m2(满足) 1.2f=1.2×269.6=323.5 kN/m2> p max = 316.8 kN/m2(满足) ( 2分) 软弱下卧层承载力验算： γ0=（19×1.80＋10×2.5）/（1.80＋2.5）=13.77 kN/m3 f= fk＋ηbγ(b－3)＋ηdγ(d－0.5)=85＋1.1×13.77×（1.80＋2.5－0.5）=142.6 kN/m2( 2分) 自重压力：p cz=19×1.8＋10×2.5=52.9 kN/m2 附加压力：p z=bl(p－pc)/[(b＋2z·tgθ)( l＋2z·tgθ)] =2.60×5.20×(198.72－19×1.8)/ [(2.60＋2×2.5×tg23o)(5.20＋2×2.5×tg23o )] =64.33 kN/m2 ( 2分) p cz＋p z =52.9＋64.33=123.53 kN/m2 工程测量计算题汇总 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 1.已知H A=358.236m， H B=63 2.410m，求h AB和h BA 分析：h AB指B点相对于A点高差，即B点比A点高多少（用减法），h BA亦然。 解：h AB=H B-H A=632.410-358.236=274.174m h BA=H A-H B=358.236-632.410=-274.174m 2.设A点高程为101.352m，当后视读数为1.154m，前视读数为1.328m时，问高差是多少，待测点B的高程是多少？试绘图示意。 分析：高差为后视读数减去前视读数，B点高程可用仪高法或高差法，高差已求，故用后者。 解：h AB=1.154-1.328=-0.174m H B=H A+h AB=101.352-0.174=101.178m 3.已知H A=417.502m，a=1.384m，前视B1，B2，B3各点的读数分别为：b1=1.468m，b2= 0.974m，b3=1.384m，试用仪高法计算出B1，B2，B3点高程。 分析：仪高法先求视线高程，再按分别减去各前视读数，求得高程。 解：i=H A+a=417.502+1.384=418.886m H B1=i-b1=418.886-1.468=417.418m H B2=i-b2=418.886-0.974=417.912m H B3=i-b3=418.886-1.384=417.502m 4.试计算水准测量记录成果，用高差法完成以下表格： 测后视读数（m）前视读数（m）高差（m）高程（m）备注 BMA 2.142 0.884 123.446 已知水准 点 TP1 0.928 1.258 124.330 -0.307 TP2 1.664 1.235 124.023 0.233 TP3 1.672 1.431 124.256 -0.402 B 2.074 12 3.854 总Σa=6.406Σb=5.998Σh=0.408H B -H A=0.408计Σa-Σb=0.408 5.闭合水准路线计算。 点名测站数实测高差（m）改正数(m) 改正后高差（m） 高程（m） BM A 12 -3.411 -0.012-3.423 23.126 1 19.703 《化工设备设计基础》综合复习资料化工设备设计基础》综合复习资料 一、填空题 1. 容器按照壁厚大小分为__________和___________。 2. 双鞍座支承的卧式容器可简化为受均布载荷的算时则简化为梁。或。直径为 D 的圆形截梁；而直立的塔设备进行校核计 3. 矩形截面（长=b、宽=h）对 Z 轴的惯性矩公式为面对其对称轴的惯性矩为。 4. 计算内压操作塔设备筒体壁厚的依据是其对其应力。 应力，而进行直立设备校核计算时主要是针 5. 我国压力容器设计必须遵循的安全技术法规和标准为和。 6. 立式容器的支座有腿式支座、____________、____________和____________四种。 7. 对与封头相连的外压容器筒体而言，其计算长度应计入封头的直边高度及凸形封头 ____的凸面高度。 二、判断题 1．下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用。哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？（1）横截面为正六角形的柱壳。（2）横截面为圆的轴对称柱壳。（3）横截面为椭圆的柱壳。（4）横截面为半圆的柱壳。（5）横截面为圆的锥形壳。 2．在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。 3．薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径 R1=R2，则该点的两向应力相等。 4．因为内压薄壁容器圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容 器，壁内的应力总小于壁厚小的容器。 5．按无力矩理论求得的应力成为薄膜应力， 薄膜应力沿壁厚均匀分布的。 三、简答题 1. 写出下类钢材牌号的含义 09MnNiDR 和 1Cr18Ni9Ti（符号和数字）。 2. 二力平衡条 件是什么？什么叫二力杆？ 3. 内压壁厚设计公式中为何引入焊缝系数？焊缝系数与哪些因素有关？ 4. 什么叫长圆筒？什么叫短圆筒？用什么参数界定的？ 5. 法兰公称压力的确定受到哪些因素的影响？为什么公称压力 PN 为 1.0MPa 的法兰，其最大允许操作压力比有时 1.0MPa 高而有时又比 1.0MPa 低？ 6．设置加强圈的目的是什么？加强圈的类型有哪些？ 7. 什么叫失稳？外压容器的稳定性条件是什么？ 8. 用抗拉强度规定只下限为σb=620 MPa 材料制造的容器为几类容器？依据是什么？ 9. 试确定塔卧置做水压试验时的试验压力 PT 。塔的设计压力为 P，水重度γ，塔高H。 10. 有一管线法兰，已知设计压力为 0.2MPa，设计温度为 300℃，试问在此管线上能 否使用公称压力为 0.25MPa 的碳钢平焊法兰？为什么？ 11. 焊缝系数与哪些因素有关？若一容器为双面对接焊缝，局部无损探伤，焊缝系数为多少？ 12. 封头有哪几种形式？各适用于什么场所？ 例子2-3.某基础底面尺寸为 5.4*2.7m ，埋深1.8米，基础顶面离地面 0.6米。基础顶面承受 柱传来的轴力Fk2=1800kN ，弯矩Mk=950kNm,水平力FkH=180kN ；还承受外墙传来的集 中荷载，作用在离轴线0.62m 处，大小为220kN 。试验算基础底面与软弱下卧层地基承载力。 已知地基土情况如下： 第一层：粉质粘土， 4.3 米厚 丫 =18.0kN/m3 丫 sat=18.7kN/m3 e=0.85, fak=209kPa , Es 仁 7.5Mpa 第二层：淤泥质粘土： fak=75kPa , Es2=2.5Mpa 地下水面在基础底面处 解： 1持力层承载力验算 基础底面平均压应力： 1800 20*1-8* 5-4*2-7 -^54^=174.6kPa 5.4* 2.7 最大压力: P kmax 二P k (1 6e/l) =273.9kPa 第一层地基承载力特征值以及验算: f a 二 f ak b (T d m9 -0.5) =209+1.0*18.0* (1.8-0.5) =232.4kPa 验算：pk 1. 已知 H A =358.236m ， H B =632.410m ，求 h AB 和 h BA 分析：h A B 指 B 点相对于 A 点高差，即 B 点比 A 点高多少（用减法）， h BA 亦然。 解：h A B =H B -H A =632.410-358.236=274.174m h B A =H A -H B =358.236-632.410=-274.174m 2. 设 A 点高程为 101.352m ，当后视读数为 1.154m ，前视读数为 1.328m 时，问高差 是多少，待测点 B 的高程是多少？试绘图示意。 分析：高差为后视读数减去前视读数，B 点高程可用仪高法或高差法，高差已求，故用后 者。 解：h A B =1.154-1.328=-0.174m H B =H A +h AB =101.352-0.174=101.178m 3. 已知 H A =417.502m ，a=1.384m ，前视 B 1 ，B 2 ，B 3 各点的读数分别为：b 1 =1.468m ，b 2 =0.974m ，b 3 =1.384m ，试用仪高法计算出 B 1 ，B 2 ，B 3 点高程。 分析：仪高法先求视线高程，再按分别减去各前视读数，求得高程。 解：i=H A +a=417.502+1.384=418.886m H B 1 =i-b 1 =418.886-1.468=417.418m H B 2 =i-b 2 =418.886-0.974=417.912m H B 3 =i-b 3 =418.886-1.384=417.502m 算 校 5.核 闭合水准路线计算。 化学反应工程习题 第一部分：均相反应器基本理论 1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N 2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。 2、已知某化学计量式为 S R B A 2 121+=+的反应，其反应速率表达式为B A A C C r 5 .02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？ 3、某气相反应在400 o K 时的反应速率方程式为2 21061.3A A P d dP -?=- τ h kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为2 1A A A kC d dn V r =?-=τ h l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？ 4、在973 o K 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化， 试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。 5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？ （1）对A 为一级、B 为零级反应； （2）对A 、B 皆为一级反应； （3）对A 、B 皆为零级反应。 6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S 已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。反应混合物体积的变化忽略不计。反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。 7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3，C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行，且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。（1）试确定此反应的动力学方程；（2）计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间；（3）比较计算结果，你有什么体会？ 计算题库及参考答案 1、设A 点高程为15.023m ，欲测设设计高程为16.000m 的B 点，水准仪安置在A 、B 两点之间，读得A 尺读数a=2.340m ，B 尺读数b 为多少时，才能使尺底高程为B 点高程。 【解】水准仪的仪器高为=i H 15.023+2.23=17.363m ，则B 尺的后视读数应为 b=17.363-16=1.363m ，此时，B 尺零点的高程为16m 。 2、在1∶2000地形图上，量得一段距离d =23.2cm ，其测量中误差=d m ±0.1cm ，求该段距离的实地长度 D 及中误差D m 。 【解】==dM D 23.2×2000=464m ，==d D Mm m 2000×0.1=200cm=2m 。 3、已知图中AB 的坐标方位角，观测了图中四个水平角，试计算边长B →1，1→2，2→3， 3→4的坐标方位角。 【解】=1B α197°15′27″+90°29′25″-180°=107°44′52″ =12α107°44′52″+106°16′32″-180°=34°01′24″ =23α34°01′24″+270°52′48″-180°=124°54′12″ =34α124°54′12″+299°35′46″ -180°=244°29′58″ 4、在同一观测条件下，对某水平角观测了五测回，观测值分别为：39°40′30″，39°40′48″，39°40′54″，39°40′42″，39°40′36″，试计算： ① 该角的算术平均值——39°40′42″； ② 一测回水平角观测中误差——±9.487″； ③ 五测回算术平均值的中误差——±4.243″。 5、在一个直角三角形中，独立丈量了两条直角边a ，b ，其中误差均为m ，试推导由a ，b 边计算所得斜边c 的中误差c m 的公式？ 【解】斜边c 的计算公式为22b a c += ，全微分得 db c b da c a bdb b a ada b a d c +=+++=--2)(212)(21212 22122 应用误差传播定律得222 222222222 m m c b a m c b m c a m c =+=+= 6、已知=AB α89°12′01″，=B x 3065.347m ，=B y 2135.265m ，坐标推算路线为B →1→2，测得坐标推算路线的右角分别为=B β32°30′12″，=1β261°06′16″，水平距离分别为=1B D 123.704m ，=12D 98.506m ，试计算1，2点的平面坐标。 【解】 1) 推算坐标方位角 =1B α89°12′01″-32°30′12″+180°=236°41′49″ =12α236°41′49″-261°06′16″+180°=155°35′33″ 2) 计算坐标增量 =?1B x 123.704×cos236°41′49″=-67.922m ， =?1B y 123.704×sin236°41′49″=-103.389m 。 =?12x 98.506×cos155°35′33″=-89.702m ， =?12y 98.506×sin155°35′33″=40.705m 。 3) 计算1，2点的平面坐标 图 推算支导线的坐标方位角 化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料， 则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ，3 0/30.2m kmol C A =， 出口转化率 7.0=A x ，每批操作时间 h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ， s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。 1. 已知H A=358.236m , H B=63 2.410m，求h AB和h BA 2. 设A点高程为101.352m，当后视读数为1.154m，前视读数为1.328m时，问高差是多少, 待测点B的高程是多少？试绘图示意。 3. 试计算水准测量记录成果，用高差法完成以下表格: 8. 一支水准路线 AB 已知水准点 A 的高程为75.523m ，往、返测站平均值为 15站 差为-1.234m ，返测 高差为+1.238m ，试求B 点的高程。 久=饥+如=-1 234 +1.238 = 0.004m 高差容许闭合:乜― B 点高程：：；； 9. 完成表格并写岀计算过程。 测 占 八、、 距离（km 实测高差（m 改正数（mm ） 改正后高差（m 高程（m BM 130 0.533 -3 0.530 47.040 A 47.570 200 -0.166 -4 -0.170 B 47.400 490 0.193 -10 0.183 f h =50mmc f h 容=± 40 =± 89mm 测 占 八、、 距离（km ） 实测高差（m 改正数（mm ） 改正后高差（m 高程（m BM 1.50 3.326 -0.005 3.321 23.150 A 26.471 1.30 -1.763 -0.004 -1.767 B 24.704 0.85 -2.830 -0.003 -2.833 C 21.871 0.75 -0.132 -0.002 -0.134 D 21.737 1.80 1.419 -0.006 1.413 BM 23.150 6.20 0.020 -0.020 7. 完成表格并写出计算过程。 f h =20mr x f h 容=± 40 =± 99mm 解：高差闭合差: 往测高 改正后高差: =-1,236m 1 234 4-1.238工程测量计算题
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