酶工程第六章酶反应器
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Hale Waihona Puke Baidu
2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
特点：将固定化酶填充于反应器 内，底物按一定方向以恒定速度流 过。 活塞流反应器 (plug flow reactor, PFR)：在其横截面上液 体流动速度完全相同，沿流动方向 底物及产物的浓度逐渐变化，但同 一横切面上浓度一致。 适用：固定化酶
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（1）分批搅拌罐反应器 batch stirred tank reactor, BSTR
特点：底物与酶一次性投入反应器内， 反应结束后将产物一次性取出。
适用：游离酶、固定化酶 优点：装置简单，造价低，传热、传质
阻力小，反应完全，条件易于控制。 缺点：操作麻烦，游离酶难分离，固定
化酶经反复回收易失活。
④ 床内压力降大，底物须在加压下进入
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2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
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3. 流化床反应器 fluidized bed reactor, FBR
特点：底物以一定速度由下 向上流过，使固定化酶颗粒在 浮动状态下进行反应。 适用：固定化酶
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按结构与操作方式结合区分：
分批搅拌罐反应器（batch stirred tank reactor， BSTR）
连续搅拌罐反应器（continuous stirred tank
reactor, CSTR）
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1. 搅拌罐式反应器 stirred tank reactor, STR
有搅拌装置的罐式反应器。 组成：反应罐、搅拌器和控温装置 适用：游离酶、固定化酶
缺点：连续搅拌易损坏固定化酶结 构。
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（2）连续搅拌罐反应器
continuous flow stirred tank reactor,
改C进ST方R 法：
反应器出口装上滤器：连续流动搅拌罐-超 滤膜反应器（CSTR/UFR） 用尼龙网罩住固定化酶 固定在容器壁或搅拌轴上 制成磁性固定化酶
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一、酶反应器简介
游离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 (enzyme reactor)：用于酶进行 催化反应的容器及其附属设备。 酶反应器为酶催化反应提供合适的场所和最 佳的反应条件，以便在酶的催化下，使底物 （原料）最大限度地转化成产物。
PCR） 流化床式反应器（fluidized bed reactor,
FBR) 膜反应器（membrane reactor, MR）
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二、酶反应器的类型及特点
按操作方式区分：
分批式反应器（batch reactor）
流加分批式反应器（feeding batch reactor）
连续式反应器（continuous reactor）
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2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
优点：① 催化剂 密度大、催化效率高
② 易操作、结构简单
③ 适用于各种形状的固定化酶和不含固体
颗粒、
黏度不大的底物溶液。
缺点：① 传质、传热系数低，温度、pH难以控制
② 底物和产物会产生轴向浓度分布
③ 清洗和更换部分固定化酶麻烦
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连续搅拌罐-超滤反应器
CSTR/ultrafiltration reactor, CSTR/UFR
在CSTR出口处设置一个超 滤器。
为小分子产物与大分子底 物的分离、底物较彻底的 转化以及固定化酶的反复 使用提供了可能，但酶易 因循环超滤而失效损失。
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1. 搅拌罐式反应器 stirred tank reactor, STR
优点：可提高液体的流 速和减少底物向固定化 酶表面传递的阻力。
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4. 鼓泡式反应器 bubble column reactor, BCR
特点：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和 两种作用。 三相流化床反应器：在使用固 定化酶进行催化反应时，反应系 统中存在固、液、气三相 适用：游离酶、固定化酶
3. 流化床反应器 fluidized bed reactor, FBR
改进方法：
① 使用几个流化床组成的反应器组，或使用锥 形流化床。
② 底物进行循环，避免固定化酶冲出，促进底 物完全转化为产物。
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循环反应器 recycle reactor, RCR
特点：把部分流出液与 加料液混合，然后再令 其进入反应器。
酶反应器 Enzyme Reactor
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酶工程原理和基本过程
菌种→ 扩大培养→ 发酵→ 发酵酶液→酶的提取→酶成品
原料→ 前处理→ 杀菌→ 酶反应器
酶的固定化
↓
反应液→ 产品提取→ 产品
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Contents
Go 酶反应器简介 Go 酶反应器的类型及特点 Go 酶反应器的选择 Go 酶反应器的设计 Go 酶反应器的操作
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4. 鼓泡式反应器 bubble column reactor, BCR
3. 流化床反应器 fluidized bed reactor, FBR
优点：① 传质、传热性能好，pH、温度控制及气体的
供给容易
② 不易堵塞，可适用于处理黏度高的
液体
③ 能处理粉末状底物
④ 压力降小
缺点：① 需保持一定流速，难于放大
② 固定化酶处于流动状态，易破损
③ 空隙体积大，酶浓度低
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酶催化反应过程示意图
（固定化）酶制备 过程调控 能量
原料
消
预处理
毒
酶反应器
产物分
产
离提纯
品
空气
除菌
热量
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二、酶反应器的类型及特点
按形状、结构区分：
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,
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（2）连续搅拌罐反应器
continuous flow stirred tank reactor, CSTR
特点：固定化酶与底物溶液反应达 到平衡后，以恒定的流速连续流入 底物溶液，同时以相同流速输出反 应液。
适用：固定化酶
优点：结构简单，混合良好，底物 与固定化酶接触好，利用效率高。
Hale Waihona Puke Baidu
2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
特点：将固定化酶填充于反应器 内，底物按一定方向以恒定速度流 过。 活塞流反应器 (plug flow reactor, PFR)：在其横截面上液 体流动速度完全相同，沿流动方向 底物及产物的浓度逐渐变化，但同 一横切面上浓度一致。 适用：固定化酶
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（1）分批搅拌罐反应器 batch stirred tank reactor, BSTR
特点：底物与酶一次性投入反应器内， 反应结束后将产物一次性取出。
适用：游离酶、固定化酶 优点：装置简单，造价低，传热、传质
阻力小，反应完全，条件易于控制。 缺点：操作麻烦，游离酶难分离，固定
化酶经反复回收易失活。
④ 床内压力降大，底物须在加压下进入
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2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
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3. 流化床反应器 fluidized bed reactor, FBR
特点：底物以一定速度由下 向上流过，使固定化酶颗粒在 浮动状态下进行反应。 适用：固定化酶
实用文档
按结构与操作方式结合区分：
分批搅拌罐反应器（batch stirred tank reactor， BSTR）
连续搅拌罐反应器（continuous stirred tank
reactor, CSTR）
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1. 搅拌罐式反应器 stirred tank reactor, STR
有搅拌装置的罐式反应器。 组成：反应罐、搅拌器和控温装置 适用：游离酶、固定化酶
缺点：连续搅拌易损坏固定化酶结 构。
实用文档
（2）连续搅拌罐反应器
continuous flow stirred tank reactor,
改C进ST方R 法：
反应器出口装上滤器：连续流动搅拌罐-超 滤膜反应器（CSTR/UFR） 用尼龙网罩住固定化酶 固定在容器壁或搅拌轴上 制成磁性固定化酶
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一、酶反应器简介
游离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 (enzyme reactor)：用于酶进行 催化反应的容器及其附属设备。 酶反应器为酶催化反应提供合适的场所和最 佳的反应条件，以便在酶的催化下，使底物 （原料）最大限度地转化成产物。
PCR） 流化床式反应器（fluidized bed reactor,
FBR) 膜反应器（membrane reactor, MR）
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二、酶反应器的类型及特点
按操作方式区分：
分批式反应器（batch reactor）
流加分批式反应器（feeding batch reactor）
连续式反应器（continuous reactor）
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2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
优点：① 催化剂 密度大、催化效率高
② 易操作、结构简单
③ 适用于各种形状的固定化酶和不含固体
颗粒、
黏度不大的底物溶液。
缺点：① 传质、传热系数低，温度、pH难以控制
② 底物和产物会产生轴向浓度分布
③ 清洗和更换部分固定化酶麻烦
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连续搅拌罐-超滤反应器
CSTR/ultrafiltration reactor, CSTR/UFR
在CSTR出口处设置一个超 滤器。
为小分子产物与大分子底 物的分离、底物较彻底的 转化以及固定化酶的反复 使用提供了可能，但酶易 因循环超滤而失效损失。
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1. 搅拌罐式反应器 stirred tank reactor, STR
优点：可提高液体的流 速和减少底物向固定化 酶表面传递的阻力。
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4. 鼓泡式反应器 bubble column reactor, BCR
特点：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和 两种作用。 三相流化床反应器：在使用固 定化酶进行催化反应时，反应系 统中存在固、液、气三相 适用：游离酶、固定化酶
3. 流化床反应器 fluidized bed reactor, FBR
改进方法：
① 使用几个流化床组成的反应器组，或使用锥 形流化床。
② 底物进行循环，避免固定化酶冲出，促进底 物完全转化为产物。
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循环反应器 recycle reactor, RCR
特点：把部分流出液与 加料液混合，然后再令 其进入反应器。
酶反应器 Enzyme Reactor
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酶工程原理和基本过程
菌种→ 扩大培养→ 发酵→ 发酵酶液→酶的提取→酶成品
原料→ 前处理→ 杀菌→ 酶反应器
酶的固定化
↓
反应液→ 产品提取→ 产品
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Contents
Go 酶反应器简介 Go 酶反应器的类型及特点 Go 酶反应器的选择 Go 酶反应器的设计 Go 酶反应器的操作
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4. 鼓泡式反应器 bubble column reactor, BCR
3. 流化床反应器 fluidized bed reactor, FBR
优点：① 传质、传热性能好，pH、温度控制及气体的
供给容易
② 不易堵塞，可适用于处理黏度高的
液体
③ 能处理粉末状底物
④ 压力降小
缺点：① 需保持一定流速，难于放大
② 固定化酶处于流动状态，易破损
③ 空隙体积大，酶浓度低
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酶催化反应过程示意图
（固定化）酶制备 过程调控 能量
原料
消
预处理
毒
酶反应器
产物分
产
离提纯
品
空气
除菌
热量
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二、酶反应器的类型及特点
按形状、结构区分：
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,
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（2）连续搅拌罐反应器
continuous flow stirred tank reactor, CSTR
特点：固定化酶与底物溶液反应达 到平衡后，以恒定的流速连续流入 底物溶液，同时以相同流速输出反 应液。
适用：固定化酶
优点：结构简单，混合良好，底物 与固定化酶接触好，利用效率高。