第八章酶反应器ppt课件.ppt

第八章 酶反响器用于酶进展催化反响的容器及其用于酶进展催化反响的容器及其附属设备称为酶反响器附属设备称为酶反响器第一节 酶反响器的类型按照构造不同可分为：搅拌罐式反响器(stirred tank reactor,STR)鼓泡式反响器(bubble column reactor,BCR)填充床式反响器(packed column reactor,PCR)流化床式反响器(fluidized bed reactor,FBR)膜反响器(membrane reactor)放射式反响器一、搅拌罐式反响器由反响罐、搅拌器和保温安装组成1、分批搅拌罐式反响器发酵罐发酵罐优点：设备简单，操作容易，酶与底物优点：设备简单，操作容易，酶与底物混合均匀，混合均匀， 传质阻力小，反响较完全，传质阻力小，反响较完全，反响条件易于调理控制反响条件易于调理控制缺陷：用于游离酶，酶难以回收缺陷：用于游离酶，酶难以回收用于固定化酶，反响器利用率较低，而用于固定化酶，反响器利用率较低，而且能够对固定化酶的构造呵斥破坏且能够对固定化酶的构造呵斥破坏2 2、延续搅拌罐式反响器、延续搅拌罐式反响器只适用于固定化酶的催化反只适用于固定化酶的催化反响。

响底底物物溶溶液液进进口口反反响响液液出出口口优点：设备简单，操作方便，优点：设备简单，操作方便，反响条件易于调理控制，底反响条件易于调理控制，底物与固定化酶接触较好，传物与固定化酶接触较好，传质阻力低，反响器利用率较质阻力低，反响器利用率较高需留意控制好搅拌速度需留意控制好搅拌速度底物溶液进口底物溶液进口反响产物出口反响产物出口固定化酶固定化酶二、填充床式反响器把催化剂填充把催化剂填充在填充床〔固在填充床〔固定床〕中的反定床〕中的反响器叫做填充响器叫做填充床型反响器床型反响器这是一种运用得最广泛的固定化是一种运用得最广泛的固定化酶反响器，它反响器，它具有具有单位体位体积的催化的催化剂负荷量高、构造荷量高、构造简单、、容易放大、剪切力小、催化效率高等容易放大、剪切力小、催化效率高等优点，特点，特别适宜于存在底物抑制的催化反响适宜于存在底物抑制的催化反响但也存在以下缺陷：但也存在以下缺陷：①①温度和温度和pHpH值难控制；控制；②②底物和底物和产物会物会产生生轴向分布易引起相向分布易引起相应的的酶失活程度也呈失活程度也呈轴向分布；向分布；③③改改换部分催化部分催化剂相当相当费事；事；④④柱内柱内压降相当降相当大，底物必需加大，底物必需加压后才干后才干进人。

人⑤⑤固定化固定化酶颗粒所受粒所受压力力较大，容易引起固定化大，容易引起固定化酶颗粒的粒的变形或破碎形或破碎三、流化床反响器固定化酶固定化酶反响产物出口反响产物出口底物溶液进口底物溶液进口适用于固定化酶进展延续适用于固定化酶进展延续催化但固定化酶颗粒不催化但固定化酶颗粒不应过大，同时应具有较高应过大，同时应具有较高的强度在操作时需留意控制好底在操作时需留意控制好底物溶液和反响液的流动速物溶液和反响液的流动速度优点：混合均匀，点：混合均匀，传质和和传热效果好，温度效果好，温度和和pHpH值易于易于调理控制，不易堵塞，理控制，不易堵塞，对黏度黏度较大的反响液也可大的反响液也可进展催化，能展催化，能处置粉状底物、置粉状底物、压降降较小，也很适宜于需求排气供气的反响小，也很适宜于需求排气供气的反响缺陷：需求缺陷：需求较高的流速才干高的流速才干维持粒子的充分持粒子的充分流流态化，而且固定化化，而且固定化酶颗粒易于被破坏，流粒易于被破坏，流体体动力学力学变化化较大，参数复大，参数复杂，放大，放大较为困困难目前，流化床反响器主要被用来目前，流化床反响器主要被用来处置一些粘置一些粘度高的液体和度高的液体和颗粒粒细小的底物，如用于水解小的底物，如用于水解牛乳中的蛋白牛乳中的蛋白质。

  反反响响液液出出口口排气口排气口进气口进气口底底物物溶溶液液进进口口空空气气分分布布器器可用于游离酶也可用于固定化酶的催化反响可用于游离酶也可用于固定化酶的催化反响可以用于延续反响，也可可以用于延续反响，也可用于分批反响用于分批反响构造简单、操作方便，剪构造简单、操作方便，剪切力小，物质与热量的传切力小，物质与热量的传送效率高，是有气体参与送效率高，是有气体参与的酶催化反响中常用的一的酶催化反响中常用的一种反响器种反响器四、鼓泡式反响器五、膜反响器将酶的催化反响与半透膜的分别作用组合在一同将酶的催化反响与半透膜的分别作用组合在一同而成的反响器可用于游离酶也可用于固定化酶而成的反响器可用于游离酶也可用于固定化酶的催化反响的催化反响中空纤维反响器优：集反响与分别优：集反响与分别于一体，利于延续于一体，利于延续化消费缺：经过长时间运缺：经过长时间运用，酶或其他杂质用，酶或其他杂质会被吸附在膜上，会被吸附在膜上，呵斥膜透过性降低，呵斥膜透过性降低，而且清洗困难而且清洗困难包括了用固定化酶膜组装的平板状或螺旋卷型反响器、转盘反响器和空心酶管、中空纤维膜反响器等平板状和螺旋卷型反响器具有压降小放大容易等优点，但反响器内单位体积催化剂的有效面积较小。

空心酶管反响器主要与自动分析仪等组装，用于定量分析转盘反响器又可细分为立式和卧式两种，主要多于废水处置安装，其中卧式反响器由于液体的上部接触空气可以吸氧，适用于需氧反响中空纤维反响器那么是由数根醋酸纤维素制成的中空纤维构成，其内层严密光滑，具有一定的分子量截留值，可截留大分子物质，而允许不同的小分子量物质经过；外层那么是多孔的海绵状支持层，酶被固定在海绵支持层中这种反响器不仅能接受68个规范大气压以上的压力而且还具有高的聪装填密度，具有很好的工业应片前景游离酶膜反响器游离酶膜反响器优点：酶可以回收循优点：酶可以回收循环运用，可以降低甚环运用，可以降低甚至消除产物引起的抑至消除产物引起的抑制造用〔产物延续排制造用〔产物延续排出〕缺陷：酶和杂质易于缺陷：酶和杂质易于吸附在膜上，从而影吸附在膜上，从而影响分别速度和分别效响分别速度和分别效果六、放射式反响器利用高压蒸汽的放射作用，实现酶与底物的混合，进展高温短时催化反响适用于耐高温游离酶的延续催化反响一、根据酶的运用方式选择反响器〔一〕游离酶反响器的选择1、搅拌罐式反响器最常用2、有气体参与的酶催化反响，通常采用鼓泡式反响器3、价钱较高的酶，为了可以回收，可采用游离酶膜反响器4、耐高温的酶，可采用放射式反响器第二节 酶反响器的选择〔二〕固定化酶反响器的选择根据固定化酶的外形、颗粒大小和稳定性进展选择。

为了提高催化效率，通常采用延续反响器搅拌罐式反响器不适用于机械强度较差的固定化酶采用填充床反响器时应留意控制好反响器的高度采用流化床反响器时，固定化酶的颗粒不能太大，密度要与反响液的密度相当，而且要有较高的强度有气体参与的酶催化反响，通常采用鼓泡式反响器平板状、直管状、螺旋管状固定化酶普通采用膜反响器二、根据酶反响动力学性质选择反响器q底物、酶、产物以及酶催化作用的温度条件q酶与底物结合——搅拌罐式反响器、流化床式反响器q高浓度底物抑制——流加分批搅拌罐式反响器、游离酶膜反响器、流化床式反响器、填充床式反响器、膜反响器q反响抑制——膜反响器、填充床式反响器q耐高温——放射式反响器三、根据底物或产物的理化性质选择反响器q分子量、溶解度、黏度q底物或产物分子量较大时，普通不采用膜反响器q底物或产物溶解度低、黏度较高时，应选择搅拌罐式反响器或流化床式反响器，而不应采用填充床式反响器和膜反响器q底物为气体时，通常采用鼓泡式反响器q需求小分子物质作为辅酶的酶催化反响，通常不用膜反响器q反响器应能适用于多种酶的催化反响，可以满足催化反响的各种条件，并可进展调理q反响器应构造简单，操作方便，易于维护和清洗q反响器应制造本钱及运转本钱低第三节 酶反响器的设计一、确定酶反响器的类型二、确定酶反响器的制造资料三、进展热量衡算根据热水的温度和运用量计算。

四、进展物料衡算〔一〕酶反响动力学参数确实定底物浓度、酶浓度、最适温度、最适pH值、激活剂浓度〔二〕计算底物用量P〔kg/年〕=Pd〔 kg /d〕 × 300 分批反响器 =Ph〔kg/h〕 × 300 ×24 延续反响器产物转化率：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反响副产物忽略不计，产物转化率：YP/S =△[S][S0]－ [St ]=[S0]△[S]——反响前后底物浓度的变化[S0]——反响前底物浓度〔g/L〕[St ]——反响后底物浓度〔g/L〕产物转化率与反响条件、反响器性能和操作工艺有关[S0]收得率〔R〕：分别得到的产物量与反响生成的产物量的比值 R=分别得到的产物量反响生成的产物量的收得率主要取决于分别纯化技术及其工艺条件底物用量：S=PYP/S R〔kg〕S——所需的底物用量〔 k g ，g 〕P——反响产物的产量〔 k g ，g 〕 YP/S ——产物转化率〔%〕 R——产物收得率〔%〕分批反响器常采用日产量Pd，延续反响器普通采用时产量Ph 〔三〕计算反响液总体积Vt=S[S]〔L〕Vt——反响液总体积〔L〕S——底物用量〔L〕[S]——反响前底物浓度〔g/L〕〔四〕计算酶用量E=[E].Vt 〔U〕E——所需的酶量〔U〕 [E]——酶浓度〔U/L〕 Vt ——反响液体积〔 L 〕〔五〕计算反响器数目普通反响器的有效体积为反响器总体积的70%~80%。

N=VdV0t24×N——反响器数目〔个〕Vd——每天获得的反响液总体积〔L/d〕V0 ——单个反响器的有效体积〔L〕t ——底物在反响器中的停留时间〔h〕对于分批反响器，可以根据每天获得的反响液的总体积、单个反响器的有效体积和底物在反响器内的停留时间，计算所需反响器数目〔个〕对于延续反响器，可以根据每小时获得的反响液的总体积、反响器的有效体积和底物在反响器内的停留时间，计算反响器数目N=VhV0× t〔个〕N——反响器数目〔个〕Vh——每小时获得的反响液总体积〔L/d〕V0 ——单个反响器的有效体积〔L〕t ——底物在反响器中的停留时间〔h〕延续反响器还可以根据消费强度计算反响器的数目反响器的消费强度指反响器每小时每升反响液所产生的产物克数Qp=PhV0=V0Vh.[P]〔g/L. h〕Qp——反响器的消费强度〔 g/L. h 〕Ph ——每小时获得的产物量〔 g/h 〕V0 ——每个反响器的有效体积〔 L 〕Vh ——每小时获得的反响液体积〔 L /h 〕[P] ——产物浓度〔g/L〕N=〔个〕Qp× t[P]N——反响器数目〔个〕[P]——反响液总中所含的产物浓度〔g/L〕t ——底物在反响器中的停留时间〔h〕延续反响器的数目与反响器的消费强度的关系如下：第四节 酶反响器的操作一、酶反响器操作条件确实定及其调控1、反响温度确实定与调理控制根据酶的动力学特性，确定酶催化反响的最适温度。

夹套、列管等换热安装水或蒸汽2、pH值确实定与调理控制3、底物浓度确实定与调理控制通常底物浓度在5~10Km4、酶浓度确实定与调理控制综合思索速度、本钱，确定一个适宜的酶浓度延续固定化酶反响器应具备添加或改换酶的安装，而且要求这些安装的构造简单、操作容易5、搅拌速度确实定与调理控制6、流动速度确实定与调理控制控制流动速度和流动形状〔流体速度、流量、、进液管的方向和排布〕，并根据变化的情况进展适当的调理酶与底物混合、酶、消费效率二、酶反响器操作的本卷须知1、坚持酶反响器的操作稳定性搅拌速度、流速、反响温度、反响液pH值2、防止酶变性失活温度、pH值、重金属离子、剪切力3、防止微生物污染普通不用在严厉的无菌条件下进展操作，但必需符合必要的卫生条件EndThanks!。