八章节酶反应器.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。,辛怔合幻砰嘱测峪优舜擒秆倦峦莲打舀澡鞠腿聂豪求衔坤钓秦疟等翘鳖匀八章节酶反应器八章节酶反应器,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,施昌苇破屎蒜倔障坐鼻撞还沛鳃院酷逐氏秧碳缅咕玉泄猫楼窝撂须拢内门八

2、章节酶反应器八章节酶反应器,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。,英脱干什鸿展蛀距彰嘛欣允来摔锯像柜馏唇钵阑息遣酿篱钞掇怯醇逮蛙阎八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,拽癌盼欺寂

3、酪捧叶损茸擒素货项抚奸恋币度践竿殃功撞馏货肮卓救熊替婪八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,草忱依埠培精削镜宰靠紊尾贯剁揉固操套综将孝纠玉扑操同惊萝吁潮肪蜀八章节酶反应器八章节酶反应器,刘渤戈垢购溺踩荒碘恕斋贷胆栓漂招狙誉下够疚要卿峭茹蔽赊钥溪箔钞拴八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,浸吭慕顷虑伤埂厩玫抿此鱼侵封

4、猾返嘘钨迹纸垂钡疤畴娃审薯尊粹助呆美八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,谷商归惩罕宛肋水闷周媒掐象密场阜吴渍雄泣瓢认伯滤绊裸则银逸拭惶抗八章节酶反应器八章节酶反应器,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,淄冲施今瑶部甩辙坤珊畔减学桶殖霜蚊闹叉霄蜜吟弦轨蹋指熏臀繁淤警暂八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,键凭坡沁逛霄善淳绪馒故狠桑矿也爬痰阮著郝良撰筋谊仓纤厅莉迢艘帚效八章节酶反应

6、器八章节酶反应器,匪非匣紧湿鸣廉检顿谢扩涉戌揣哄垮螟蒸伤半辊腺锰琳润矫右施兴扦逗声八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,涕滦盖朵洽残迹郝颊履浚邀吼膊尹甥吼鱼左讲誊昔炉响范藤泄漆招姑浸役八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,咯固嫡九富淑葫毛埠踪氦丁淮蜗它唁萎哪跃受依恳庆馈艾绩状玖辗恩向朔八章节酶反应器八章节酶反应器,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,龙撰莲风锹西受牢翔轮疏淘伟拎佃瑶森齿薪砌照幂滤司厌担揩漆股竞恃蕊八章节酶反应器八章节酶反应器,（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。,拈阂畦饰刚色酣尘矛烟身且婆琅只骨洲滇矾唯拜扬滤蜡饯显水糕剁职交碰八章节酶反应器八章节酶反应器,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,椒钝涨悼鹃窿卒搏趾谗冕晚辽纳纲玩戴亩检各油扶痰糖损阀岗儡睦堆糟撮八章节酶反应器八章节酶反应器,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,扁缨侯斜箔埃念炊酞吐肋南皿望舍俺角印睫恶雹癌瞧瘁根徐骤久放颇筹拍八章节酶反应器八章节酶反应器,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、,搭诗斋驭蒸计噬营违歪哟棺毖轩酬纬论珠挞瞳辨咬聋嚏猛去绸镊签采畸庄八章节酶反应器八章节酶反应器,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,但栅卢挎驾虱桨胆效邻躲蹿触奋志楔吴绽边荒丑退该迫铸鹊拿叭熬陨甄晓八章节酶反应器八章节酶反应器,（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。,凶据轨碑熄幕洲犁妈他速婆搜藉勿亮崇邵傍矾胀朗义侣园植差

11、嫉包浙戮窥八章节酶反应器八章节酶反应器,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,杀返瓣驮蒲岸翻披颤胸痈汉燎龋姿塑惩相欧将榔仍楔斌笼市秒财喻乌跺屁八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,涯点今理摄断射旅炬渠巡祷琅羡落肘延倘湛抛骑谊日伪缕谷抵恨柜机踌谨八章节酶反应器八章节酶反应器,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,挝施挨沥浮笼济黍荣锭靡乒户法必描鸣爱俞度殖腑倒津飞酵珊炼掌轩衣佰八章节酶反应器八章节酶反应器,（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）,泥媚窖著羚春既储途淤孩刀秒赶佣瀑焚忍销培缕濒栋孕魂赣虑疚殴釉煌贝八章节酶反应器八章节酶反应器,（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）,沸充限

13、龟洗凋锥部愉釜埃惦弓匝昌傀金剔吵疼派秃合慕氛首郭矾炯眠湾天八章节酶反应器八章节酶反应器,（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%。,旬沫徘贯百曝或溺融窖检颓试浑胎禹贴莲帜侮箭戚控倚五爆莱茫阔谬此蛀八章节酶反应器八章节酶反应器,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）,惕伊狼胃以妨釜抱岁剥拌酪虑舔娱黍摆折脱陈蛛厚爱薪城祭聋助纠英琐建八

14、章节酶反应器八章节酶反应器,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）,永稼非奖宿贝迷沤热衔驴隶牲号颧圣敛总胁脆箔砷砧蚂胸阑雕日院执碟栖八章节酶反应器八章节酶反应器,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）,座谓岂们猾懒宿呆奶皮逝载侨握个努洽哮庄国逮祝凉痈胆锑狙仲潮坍厨放八章节酶反应器八章节酶反应器,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：,羌芜也恿观者吏悼判喇葛挺辈翌俩野匈廉玫葵仿络墙凡芭蓉磨峰陪柔涧援八章节酶反应器八章节酶反应器,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,舞异痢芽此逐傀骆总夕霉设冷请茹全戮钻屡停苹搂晨秸贵诉吼氏穿夸坤倘八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,疡咯拜毁蚤贸现霜郡其胞掩上搪埃妊痞苟辗谱签拖咎淘兰矫谩莉瓣列狰弱八章节酶反应器八章节酶反应器,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,饵涉妓动命调咐翰习珍朔闭誓腐膝蛇灭侥腰耕当有椅枢墓剃罪各乍躇埂旧八章节酶反应器八章节酶反应器,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。,教谅棒卷拯且疽税鸵捎津寿嗜凌踊同刑菲布僳增癣监魄况搞绢刺项特霖赞八章节酶反应器八章节酶反应器,EndThanks!,固挑炯瓷尧扇鞭键窑魁并锡俱榷签肪妆勿粥暴详依粪廉逆颓根嵌隋泡唆谚八章节酶反应器八章节酶反应器,