3.固定化生物催化剂反应过程动力学作业参考

解：由题意可得
如果仅外扩散阻力被消除，其速率则为：
RS＝RSii RS 0i 2.72 10 0.46 1.25 104 kg / (s m3生物质)
4
解：根据
VP 2 RS R 2 RS 0.8 103 2 1.25 103 ( ) ( ) ( ) 8.04 11 S P De cSi 3 De cSi 3 1.3 10 0.85

Cs 0.85 1 K m 3.5 106
故为零级动力学
图3.21 固定化酶
R rmax 1 1 ( )2 3 K m De
Bi 外扩散速率 VP kL 内扩散速率 AP De
Da
2 1
Bi
1T 1 (1 1Da )
当无内扩散影响时，1＝， 1 1T 1 (1 Da )； 当无外扩散影响时，Da＝0，1T＝1
4、计算题：p128习题1，3，5, 15
3-1 某酶固定在无微孔的膜状载体上，已知该酶催化反应 的本征参数为rmax=6×10-2mol/(l· s) , Km=3×10-2mol/l该 反应底物在液相主体中的浓度为1×10-2mol/l ，在反应条 件下，流体的传质系数为4×10-1/s。试求： （1） 底物在固定化酶外表面上的反应速率为多少？ （2） 该反应的外扩散有效因子为多少？
并在同样条件下进行反应。 若该反应可按一级不可
逆反应处理，试求此时固定化酶的有效因子是多少？
3-15 黑曲霉能形成平均直径为5mm的团粒。氧在该团 粒中的有效扩散系数为1.75×10-9m2/s。在一固定床 反应器，氧在液相主体浓度为8×10-3kg/m3时，其消 耗速率时8.7×10-5kg/(s· m3生物质)，氧的消耗遵循零 级动力学。液固间传质系数为3.8×10-5m/s 试求： （1） 氧的消耗是否受到外扩散的影响？ （2） 外扩散有效因子是多少？ （3） 如果内外扩散阻力均消除，其速率是多少？ （4）如果仅外扩散阻力被消除，其速率又是多少？
3.3蔗糖酶催化下述反应 C12H22O11+H2O—C6H12O6+C6H12O6 (蔗糖) （葡萄糖）（果糖） 蔗糖酶固定在直径为1.6mm有微孔球形树脂颗粒上，其密度为 0.1μmol酶/g颗粒，蔗糖水溶液在树脂中有效扩散系数为 1.3×10-11m2/s,该反应在一篮式离心反应器内进行，外扩散限 制影响可消除。蔗糖浓度为0.85kg/m3。反应的表观速率为 1.25×10-3kg/(s· m3树脂) ，Km=3.5mg/m3。试求 （1） 内扩散有效因子是多少？ （2） 本征一级反应速率常数为多少？
有外扩散影响时的实际 反应速率 Rsi E 无外扩散影响时的反应 速率 rs 0
RS 颗粒内的实际有效反应速率 ＝ 颗粒内部与外表面浓度相同时的反应速率 Rsi
3、什么是丹克莱尔数（Da）、梯勒模数（φ）、 Biot数.并简述其对外、内扩散总反应速率的影 响。
rmax Da K L a Cs0
M 与 的关系曲线
书上Weisz判据： Φ<0.3时，η＝1
Φ>3时，内扩散影响变得非常明显
Φ>10时，对一级动力学有η1＝1/Φ；对 零级动力学有η0≈2/Φ
查图得0 0.23 Rs 1.25 103 (2)rS0 =K V1CS0 = K V1 6.39 103 CS0 0.23 0.85 Rs
3.固定化生物催化剂反应过程动力学
1、简述影响固定化酶动力学的因素？
(1) 空间效应
构象效应：在固定化过程中，由于存在着酶和载 体的相互作用从而引起酶的活性部位发生某种扭 曲变形，改变了酶活性部位的三维结构，减弱了 酶与底物的结合能力。 位阻效应：载体的存在又可产生屏蔽效应
(2) 分配效应（微环境效应）：当固定化酶处
在反应体系的主体溶液中时，反应体系成为固液非 均相体系。由于固定化酶的亲水性、疏水性及静电 作用等引起固定化酶载体内部底物或产物浓度与溶 液主体浓度不同。
(3) 扩散效应
由于扩散限制效应的存在，底物浓度从液相主体到固定化酶外 表面，再到内表面是依次降低的， 而产物浓度分布则与此相反。
2、外扩散有效因子的定义、内扩散有效因子的定义。
密度主要用于求酶的初始浓度的，求得初始浓度后根据最大 反应速率求得反应速率常数
3-5 在一球形固定化酶颗粒上进行底物的分解反应，
已知在颗粒半径为R1=0.3cm时，已消除了内扩散影
响，并测得其本征动力学参数为
rmax=20μmol/(cm3· s)，Km=5μmol/cm3为了减少反应
器床层压力降，将固定化酶颗粒度增大到R2=3cm，