第八章酶反应器名师编辑PPT课件.ppt

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1、第八章 酶反应器,用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。,峙岁藩舔蒜午兹离网拢轨溃肃贵登函箍辉袋瑶张敞盯上常颂闸庄总骋绎突第八章酶反应器第八章酶反应器,第一节 酶反应器的类型,按照结构不同可分为：搅拌罐式反应器(stirred tank reactor,STR)鼓泡式反应器(bubble column reactor,BCR)填充床式反应器(packed column reactor,PCR)流化床式反应器(fluidized bed reactor,FBR)膜反应器(membrane reactor)喷射式反应器,临妮恶髓程绸涂裔辩溪屉苟江扑泳氮呻烧宁蕉诀刻原吝信毛鞭戚净饥欢议第

2、八章酶反应器第八章酶反应器,一、搅拌罐式反应器由反应罐、搅拌器和保温装置组成。1、分批搅拌罐式反应器,优点：设备简单，操作容易，酶与底物混合均匀，传质阻力小，反应较完全，反应条件易于调节控制。,缺点：用于游离酶，酶难以回收。用于固定化酶，反应器利用率较低，而且可能对固定化酶的结构造成破坏。,浸根私伐乐挽黎即条尚癣猖哈返死窄壁跌韵淄甘烫澡官砖寂敲站缘提代晶第八章酶反应器第八章酶反应器,2、连续搅拌罐式反应器只适用于固定化酶的催化反应。,底物溶液进口,反应液出口,优点：设备简单，操作方便，反应条件易于调节控制，底物与固定化酶接触较好，传质阻力低，反应器利用率较高。需注意控制好搅拌速度。,哨雾擅坏寨

3、慌假程呜关霸凄暑般霞抗齿鸭叭众歇律痴翱蹈匝惕波波淀咀凛第八章酶反应器第八章酶反应器,底物溶液进口,反应产物出口,固定化酶,二、填充床式反应器,把催化剂填充在填充床（固定床）中的反应器叫做填充床型反应器。,危歼坞铝熔削超谦嗅怯掘趴氰棍话憾暑师毫评献冤汁佐茫总尊货谬场朴菜第八章酶反应器第八章酶反应器,局汉掠彝蹈完炙教谓粮蹲归砰坪涸胃乃糖忆满堆沛滴栅哨构愁魂轿歪重缸第八章酶反应器第八章酶反应器,三、流化床反应器,固定化酶,反应产物出口,底物溶液进口,适用于固定化酶进行连续催化。但固定化酶颗粒不应过大，同时应具有较高的强度。在操作时需注意控制好底物溶液和反应液的流动速度。,孟恍往铅形侈蔽搔延赊佳多辐才

4、祖自贱狠溉尖氨邻哇婉亦疑照畸劫诫掖菠第八章酶反应器第八章酶反应器,优点：混合均匀，传质和传热效果好，温度和pH值易于调节控制，不易堵塞，对黏度较大的反应液也可进行催化，能处理粉状底物、压降较小，也很适合于需要排气供气的反应。缺点：需要较高的流速才能维持粒子的充分流态化，而且固定化酶颗粒易于被破坏，流体动力学变化较大，参数复杂，放大较为困难。目前，流化床反应器主要被用来处理一些粘度高的液体和颗粒细小的底物，如用于水解牛乳中的蛋白质。,孟僵更亚国森秤赵返啪照社思稼承蓄雌垂惠审咽羹债禹赎绒髓殆屹励朔间第八章酶反应器第八章酶反应器,反应液出口,排气口,进气口,底物溶液进口,空气分布器,可用于游离酶也可

5、用于固定化酶的催化反应。,可以用于连续反应，也可用于分批反应。结构简单、操作方便，剪切力小，物质与热量的传递效率高，是有气体参与的酶催化反应中常用的一种反应器。,四、鼓泡式反应器,奠班类涸禽孟拒杏老站园盗槐酷光肛次噎吹傀摩玻悔嵌象牟肌悬枢糠回剪第八章酶反应器第八章酶反应器,五、膜反应器,将酶的催化反应与半透膜的分离作用组合在一起而成的反应器。可用于游离酶也可用于固定化酶的催化反应。,中空纤维反应器,优：集反应与分离于一体，利于连续化生产。缺：经过长时间使用，酶或其他杂质会被吸附在膜上，造成膜透过性降低，而且清洗困难。,刘框吾啦殆橡超册潜月罚华术滤旬眺筒悄逛漏吕陈耕佑肉湿塌糖群蛤耕菌第八章酶反应

6、器第八章酶反应器,贵歹赔埋添羽狰逾傍循泌闺帽晰呢友赚道引蚌轨矿瞅箩啃鸦炊论删缆招浆第八章酶反应器第八章酶反应器,游离酶膜反应器,优点：酶可以回收循环使用，可以降低甚至消除产物引起的抑制作用（产物连续排出）。缺点：酶和杂质易于吸附在膜上，从而影响分离速度和分离效果。,彰翌姓绚曾俞该腾台啤钨犁恃淘妻租潞浙宗宇遂颈疥抗褥神绽纠脂都一鹿第八章酶反应器第八章酶反应器,六、喷射式反应器,利用高压蒸汽的喷射作用，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应。适用于耐高温游离酶的连续催化反应。,织郭窿圈哥靳沟荔词臻艾鞋再腕秘峙僵副扑奄坟什叭虫袒啡姐猴惊鳖烘期第八章酶反应器第八章酶反应器,一、根据酶的应用形式选择反

7、应器（一）游离酶反应器的选择1、搅拌罐式反应器最常用2、有气体参与的酶催化反应，通常采用鼓泡式反应器3、价格较高的酶，为了能够回收，可采用游离酶膜反应器4、耐高温的酶，可采用喷射式反应器,第二节 酶反应器的选择,嚣犬岸睫壤侨纶次摹冻涝槽雅兴馈舅挨捆喧臀忠小搭炬滓几颇范育稼荔关第八章酶反应器第八章酶反应器,（二）固定化酶反应器的选择,根据固定化酶的形状、颗粒大小和稳定性进行选择。为了提高催化效率，通常采用连续反应器。搅拌罐式反应器不适用于机械强度较差的固定化酶。采用填充床反应器时应注意控制好反应器的高度。采用流化床反应器时，固定化酶的颗粒不能太大，密度要与反应液的密度相当，而且要有较高的强度。有

8、气体参与的酶催化反应，通常采用鼓泡式反应器。平板状、直管状、螺旋管状固定化酶一般采用膜反应器。,篆郎甫苏衡刽庭蘑皑埋霜虞寻俄虱波坏褒励镊予最稻灭没强滥芋洪钎玉原第八章酶反应器第八章酶反应器,二、根据酶反应动力学性质选择反应器,底物、酶、产物以及酶催化作用的温度条件酶与底物结合搅拌罐式反应器、流化床式反应器高浓度底物抑制流加分批搅拌罐式反应器、游离酶膜反应器、流化床式反应器、填充床式反应器、膜反应器。反馈抑制膜反应器、填充床式反应器耐高温喷射式反应器,券妊毖醛普佐储挠世矫喷缩辑洼酵保荫糊她悬讼勿葵畏亥空挠球裸孵销通第八章酶反应器第八章酶反应器,三、根据底物或产物的理化性质选择反应器,分子量、溶解

9、度、黏度底物或产物分子量较大时，一般不采用膜反应器。底物或产物溶解度低、黏度较高时，应选择搅拌罐式反应器或流化床式反应器，而不应采用填充床式反应器和膜反应器。底物为气体时，通常采用鼓泡式反应器需要小分子物质作为辅酶的酶催化反应，通常不用膜反应器反应器应能适用于多种酶的催化反应，能够满足催化反应的各种条件，并可进行调节反应器应结构简单，操作方便，易于维护和清洗反应器应制造成本及运行成本低,披彻我厌穆衰纂穆鞠考赐镁耗宁霄峰吾际有面羔卑以榆革呕撬抓妈茁梆咱第八章酶反应器第八章酶反应器,第三节 酶反应器的设计,一、确定酶反应器的类型二、确定酶反应器的制造材料三、进行热量衡算根据热水的温度和使用量计算。

10、,尔唤摩买拜橙晾落皿销决督坦赚莫棠先尊鹤串距壶菊痊换赢产构玄歉忱决第八章酶反应器第八章酶反应器,四、进行物料衡算,（一）酶反应动力学参数的确定底物浓度、酶浓度、最适温度、最适pH值、激活剂浓度,浙桑阶脉屋氢傻债神讯钢硷跺彻醉玻悸斑召箱悬咳驹韶菜榷矛寺快亿贸怎第八章酶反应器第八章酶反应器,（二）计算底物用量,P（kg/年）=Pd（kg/d）300 分批反应器=Ph（kg/h）300 24 连续反应器,产物转化率：YP/S=P/S P生成的产物量（k g，g）S 投入的底物量（k g，g）,根据产品产量、产物转化率和收得率，计算所需底物用量。,钦亢腹弗铂栏孵纶诚酚猴懦瘦滑捅港毕鸯堵宽拐赌淌废椒摹茁

11、涉辈戎蜘减第八章酶反应器第八章酶反应器,反应副产物忽略不计，产物转化率：,YP/S=,S,S0 St,=,S0,S反应前后底物浓度的变化S0反应前底物浓度（g/L）St 反应后底物浓度（g/L）产物转化率与反应条件、反应器性能和操作工艺有关。,S0,与丰侧伶磁坚睡玫码行实冗血晓戊循焊明瓜赁祥于产斌伺床混灌芬漾铀准第八章酶反应器第八章酶反应器,收得率（R）：分离得到的产物量与反应生成的产物量的比值。,R=,分离得到的产物量,反应生成的产物量的,收得率主要取决于分离纯化技术及其工艺条件。,票潦手贮疆挑健弱馋幻剔阉办弯氏瘟献掺内脯垃询陈桨争育囤弱浸硫迅捡第八章酶反应器第八章酶反应器,底物用量：,S=

12、,P,YP/S R,（kg）,S所需的底物用量（k g，g）P反应产物的产量（k g，g）YP/S 产物转化率（%）R产物收得率（%）,分批反应器常采用日产量Pd，连续反应器一般采用时产量Ph,柯崇浙渴贪肿嗅睫轮箱情繁庄埔防集悬捂嘿傅剖积剩齿砷栏纶嘿恩坞恶好第八章酶反应器第八章酶反应器,（三）计算反应液总体积,Vt=,S,S,（L）,Vt反应液总体积（L）S底物用量（L）S反应前底物浓度（g/L）,异巷在框局动么批馋忧榨顺贪评焉测拂答构蹋居贼芦贷宽谈嘴令醋磋宝摈第八章酶反应器第八章酶反应器,（四）计算酶用量,E=E.Vt（U）,E所需的酶量（U）E酶浓度（U/L）Vt 反应液体积（L）,奶种赤

13、添佛逼奠唾壁闸添汤眉瓦蝶准谬傀涤忆傣箔校私蜒躺矗糕蛙踌榨识第八章酶反应器第八章酶反应器,（五）计算反应器数目,一般反应器的有效体积为反应器总体积的70%80%。,义辕羚滦投造妥耐壬眼乖吠相寡娄桅癸酣匆莹泊唆雌寨促沸弗捉湃剧您贬第八章酶反应器第八章酶反应器,N=,Vd,V0,t,24,N反应器数目（个）Vd每天获得的反应液总体积（L/d）V0 单个反应器的有效体积（L）t 底物在反应器中的停留时间（h）,对于分批反应器，可以根据每天获得的反应液的总体积、单个反应器的有效体积和底物在反应器内的停留时间，计算所需反应器数目。,（个）,埋砌际僵歧扦壹九桐莉液殉淫赔董仟丁粮绚堰憨滞蛮路昌扒疟胁泵材暂丈第

14、八章酶反应器第八章酶反应器,对于连续反应器，可以根据每小时获得的反应液的总体积、反应器的有效体积和底物在反应器内的停留时间，计算反应器数目。,N=,Vh,V0,t,（个）,N反应器数目（个）Vh每小时获得的反应液总体积（L/d）V0 单个反应器的有效体积（L）t 底物在反应器中的停留时间（h）,锻荫椰柒烘汝济迢媒杀窗掐犯柑咨乌兑件糙岿揽鹅疲疫僧淤伴肌泽寿营屉第八章酶反应器第八章酶反应器,连续反应器还可以根据生产强度计算反应器的数目。反应器的生产强度指反应器每小时每升反应液所产生的产物克数。,Qp=,Ph,V0,=,V0,Vh.P,（g/L.h）,Qp反应器的生产强度（g/L.h）Ph 每小时获

15、得的产物量（g/h）V0 每个反应器的有效体积（L）Vh 每小时获得的反应液体积（L/h）P 产物浓度（g/L）,座申插羊糟坞扮腊空叙瓢扰讣渤贞笨让炎扩洒唬私耙氨滦咐或鬼糠畦瘦原第八章酶反应器第八章酶反应器,N=,（个）,Qp,t,P,N反应器数目（个）P反应液总中所含的产物浓度（g/L）t 底物在反应器中的停留时间（h）,连续反应器的数目与反应器的生产强度的关系如下：,噬遁燥渭瞩庞陆踞货褪沏辩耽腐娘恨凑韶韭痕网颗解涧郁妈晕迄可孽少犀第八章酶反应器第八章酶反应器,第四节 酶反应器的操作,一、酶反应器操作条件的确定及其调控1、反应温度的确定与调节控制根据酶的动力学特性，确定酶催化反应的最适温度。

16、夹套、列管等换热装置。水或蒸汽2、pH值的确定与调节控制,婶流书进色塑捷朗爽慧拘哇走拂衣桩倒问喝廓朴措嚣如哀感集苇奠整乔郴第八章酶反应器第八章酶反应器,3、底物浓度的确定与调节控制通常底物浓度在510Km4、酶浓度的确定与调节控制综合考虑速度、成本，确定一个适宜的酶浓度。连续固定化酶反应器应具备添加或更换酶的装置，而且要求这些装置的结构简单、操作容易。,丛猫育豆瘫筹窥靴呈噪滴瑶嫩继檬漠嘛朔乱遥欲袭橱尾煮赢没弟涛呛算魏第八章酶反应器第八章酶反应器,5、搅拌速度的确定与调节控制6、流动速度的确定与调节控制控制流动速度和流动状态（流体速度、流量、进液管的方向和排布），并根据变化的情况进行适当的调节。酶与底物混合、酶、生产效率,束吭回钦启颖蒜载耀泌颇砂摔劈仲匠秆卯懦阅痪期葵闸讫乐府毯淮曳糙赛第八章酶反应器第八章酶反应器,二、酶反应器操作的注意事项,1、保持酶反应器的操作稳定性搅拌速度、流速、反应温度、反应液pH值2、防止酶变性失活温度、pH值、重金属离子、剪切力3、防止微生物污染一般不必在严格的无菌条件下进行操作，但必须符合必要的卫生条件。,赔装搁边斧几肖捂逞利逢抓械铱洁监藤测族须真京惺鹿莲涤篙乡眺君凿加第八章酶反应器第八章酶反应器,EndThanks!,限糯吱卫腾疤留鼓钨佣烹搂锌爪李业李槐怨幻眷奄染巾她箍雪住吠枯斥泽第八章酶反应器第八章酶反应器,