酶反应器的设计演示文稿

酶反应器的定义
• 酶和固定化酶在体外进行催化反应时， 都必须在一定的反应容器中进行，以便 控制酶催化反应的各种条件和催化反应 的速度。 • 酶反应器是根据酶的催化特性而设计的 反应设备。其设计的目标就是生产效率 高、成本低、耗能少、污染少，以获得 最好的经济效益和社会效益。
反应器的类型
• 搅拌罐型反应器 适用的酶：游离酶、固定化酶 • 填充床型反应器 适用的酶：固定化酶 • 流化床型反应器 适用的酶：固定化酶 • 膜反应器 适用的酶：游离酶、固定化酶 • 鼓泡塔型反应器 适用的酶：游离酶、固定化酶 • 喷射式反应器 适用的酶：游离酶
5）反应器数量计算
在确定反应器的总体积后，一般选择几个相同的反应器进行 反应，这就需要根据反应器的有效体积和反应器类型来计 算所需反应器的数目。 一般反应器的有效体积是单个反应器总体积的70%～80% 分批反应器：N= (Vd/ Vo)* (t/24) × N为反应器数目（个），Vd每天获得的反应液总体积（ L/d)， Vo单个反应器的有效体积(L)，t底物在反应器的停留时间 (h)； 连续式反应器：N= (Vd/ Vo)* t N为反应器数目（个），Vd每小时获得的反应液总体积 （L/h)，Vo单个反应器的有效体积(L)，t底物在反应器的 停留时间(h)；
膜反应器 简介：将酶催化反应和半透膜的分离作用结合在一起而作用 的反应器 操作方式：连续式 特点：膜反应器结构紧凑，集反应和分离于一体，利于连续 化，但是但是容易发生浓度差化而引起膜孔堵塞，清洗比 较困难 喷射式反应器 简介：利用高压蒸汽的喷射作用实现酶与底物的混合，进行 高温短时催化反应的反应器 操作方式：连续式 特点：通入高压喷射蒸汽，实现酶和底物的混合，进行高温 短时催化反应，适于某些耐高温酶的反应。
酶反应器的设计
纲要
• • • • • 一，什么是酶反应器 二，酶反应器的种类 三，如何选择酶反应器 四，如何设wenku.baidu.com酶反应器 当一个酶反应进行时，当然的需要一个反应的 容器，但是，在不同的酶进行反应之时，如何 选择酶的反应器，依据是什么？同时在选择的 时候需要知道已经有的酶反应器有哪些。最后， 还要明白设计的方向。而本节的重点则是反应 器的设计。
搅拌罐型反应器 简介： 有搅拌装置的、传统形式的反应器，由反应罐、搅拌 器和保温装置组成。 类型：分批搅拌罐式反应器 连续流搅拌罐反应器 操作方式：分批式，流加分批式 ，连续式 特点：由反应罐，搅拌器和保温装置组成，设备简单，操作 容易，酶与底物混合比较均匀。传质阻力较小，反应比较 完全，反应条件控制比较容易 填充床型反应器 简介：将固定化酶堆砌在反应器中进行催化的一类反应器。 操作方式：连续式 特点：设备简单，操作容易，单位体积反应床的固定化酶密 度大，可以提高酶催化反应的速度，在工业生产中普遍应 用。
• N= (QP*t )/[p] • N为反应器数目（个），[p]为产物浓度（g/L），t底物 在反应器的停留时间(h)；
结束
进行物料衡算
1）酶催化反应动力学参数的确定 确定底物浓度、酶浓度、最适温度、最适PH、激活剂浓 度等参数. 其中底物浓度和酶浓度对催化反应速度的最用较大。底 物浓度较低时催化反应岁浓度的升高而加快，但是达到一 定程度时将保持恒定。而酶的浓度越高，催化反应速度也 较快但过高的酶量会导致浪费。 2）反应液总体积的计算 Vt=Ms/［S] 式中，Vt为反应液总体积，Ms底物用量，［S]反应前底物浓 度。 3）酶用量的计算 E=［E］*Vt 式中，E为酶用量，［E］为酶浓度，Vt为反应体积。
• 首先，根据酶底物和产物的性质，确定类 型。 • 其次，酶的反应条件中性，温和，对制作 材料没有什么要求，一般采取不锈钢制作 反应容器即可。 • 第三，进行热量衡算。酶反应一般在三十 到七十的温度进行，对热量的衡算并不复。 温度的调节控制也比较简单可以采用一定 温度的热水通过夹套加热或冷却的方式进 行温度调控，热量衡算是根据热水升温前 后的温差和用量计算。
流化床型反应器 简介：通过流体的流动使固定化酶的颗粒在悬浮翻动状态下 进行催化反应的反应器。 操作方式：分批式，流加分批式， 连续式 特点：具有混合均匀，传质和传热效果好，温度和ph的调节 控制比较容易。不易堵塞，对黏度较大反应液可进行催化 反应 鼓泡式反应器 简介：利用从反应器底部通入的气体产生的大量气泡，在上 升过程中起到提供反应底物和混合作用的反应器。 操作方式：分批式，流加分批式， 连续式 特点：结构简单，操作容易，前切力小，混合效果好，传质 和传热效果高。适于有气体参加的反应。
4) 底物用量的计算 产量要求、产物转化率、产物收率计算决定。 在催化的副产物可以忽略不计时，产物的转化率 Yp/s=（反应前的底物浓度-反应后的底 物浓度）/反应前的底物浓度 产物转化率的高低直接关系的生产成本的高低 收得率R=分离得到的产物量/反应产生的产物量 底物的用量S=P/（ Yp/s * R） P代表产量，可以是年产量或日产量甚至小时产量， 具体情况根据反应器的不同决定。分批反应器取 的是日产量，连续反应器取得是小时产量。
反应器的选择
一，根据酶的应用形式选择反应 器 二，根据酶反应动力学性质选择 反应器 三，根据底物和产物的理化性质 选择反应器 四，其他影响因素
酶反应器的设计
需要考虑的因素： 一，确定酶反应器的类型 二，确定反应器的制作材料 三，进行热量衡算 四，进行物料衡算
• 一，设计目的： • 设计一个既能充分发挥生物反应的优点，又可克 服一些限制因素，以最低的生产成本，获得最高 的产量和质量的酶反应器。 • 二，设计原理（依据）： • (1) 底物的酶促反应动力学以及温度、压力、pH 等操作参数对此特性的影响； • (2) 反应器的形式和反应器内流体流动状态及传 热特性； • (3) 产物的产量和生产工艺流程。 • 三，主题思想： • 生物反应器设计最基本的思想是减少成本，其主 要衡量标准是产物浓度。
• 连续式反应器还可以根据生产强度计算反应器的数目。生 产强度是每小时每升的反应液产生的产物克数。
• Qp= Vd[p]/ Vo (g/L*h)
• Qp为反应的生产强度（g/L*h); Vd每天获得的反应液总 体积（L/d)，Vo单个反应器的有效体积(L), [p]为产物浓 度（g/L）。 • 连续反应器的数目与身产强度的关系为：