生化工程 - 教案12

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1、教案课程名称生化工程授课教师陈国忠职称讲师院（系、部）生命科学学院教研室工程教研室授课对象09级生物工程本1-5班学年学期2011第1学期2011年11月10日鲁东大学教务处编写说明1、每项内容都要填写，“教学过程”部分要详细填写，空格不够用时可自行扩充；2、A4纸双面打印（或手写）；3、一次课为一个教案，每门课按学期统一用一个封面左侧装订，封面和本说明双面打印；4、授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、习题课等；5、所授课程教案每轮次必须更新。授课题目酶反应器的设计、氨基酸发酵授课类型理论首次授课时间2011年11月18日学时2教学目标1．了解酶反应

2、器的设计原理和计算基础；2．掌握氨基酸发酵的生产工艺和技术重点与难点氨基酸发酵的生产工艺和技术教学手段与方法教学模式：启发讲解与学生讨论相结合。教学手段：板书。教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）授课过程：第五章酶与酶工程Enzymeandenzymeengineering第八节酶反应器enzymereactors二、酶反应器的设计Enzymereactordesign酶反应器的设计主要包括：（1）反应器的选型Selectionofthereactor（2）反应器结构确定todeterminethereactorstr

3、ucture（3）酶反应工艺参数确定todeterminetheenzymaticreactionprocessparameters主要考虑的因素Majorconsideration：酶的特性、反应条件（pH值、温度）以及防止染菌Characteristicsoftheenzyme,thereactionconditions(pH,temperature)andtopreventcontamination底物形态（溶解、胶状物还是固形物？是否容易引起反应器的堵塞？）Substrateform(dissolvedorsolidjelly?Islikelyto

4、causeblockageofthereactor?)载体的性能Carrierperformance反应器本身造价（碳钢还是不锈钢？）Costofthereactor(carbonsteelorstainlesssteel?)三、酶反应器的设计计算基础Enzymereactordesignbasis间歇式、固定床式、连续搅拌罐式酶反应器的计算1.间歇式酶反应器Batchenzymereactor计算物料衡算Materialbalance/Massbalance是反应器计算的基本方程式。对间歇反应器来说，由于反应过程中无物料的加入与排除，故进入量-排出量=反

5、应量+积累量00vV即式中v——反应速率，mol/(L·min)；V——反应器有效体积，L；cS——底物浓度，mol/L；t——时间，min。对液相反应V为常数，故这就是间歇反应器的设计方程。对酶催化反应来说，将米氏方程代入设计方程并积分得上式也可改写为由实验测得t~cS数据，将上式作图得：由图的斜率、截距可求出k、Km。如已知k、Km，可算出达到所需转化率的反应时间t。间歇反应器的生产周期为T=t+t’（反应以外的操作时间，称为辅助时间），所需反应器的有效体积可由下式确定式中Q——生产任务，即单位时间内的产物产量；Pv——反应器的生产率，即在单位时间单位

6、反应器容积所产生的产物量；x——底物的转化率。对微生物反应器，若为反应控制，用Monod方程代替米氏方程即可。2.固定床酶反应器Fixed-bedenzymereactor计算固定床酶反应器可作为平推流反应器考虑。平推流反应器Plugflowreactor(PFR)是指通过反应器的物料以相同速度向前流动，在流动方向上没有返混，所有物料停留时间相同，在同一截面上物料组成不随时间变化，但随物料流动方向而改变。由于底物浓度在反应器轴向长度上是变化的，因此必须取反应器中某一微元容积dV作物料衡算。进入量-排出量=反应量+积累量FcSF(cS+dcS)vdV0即-d

7、cS=vdV式中v——反应速率，mol/(L·min)；V——反应器有效体积，L；cS——底物浓度，mol/L；F——物料流量，L/min。积分即此即平推流反应器的设计方程。比较可知，对恒容过程而言，此方程与间歇反应器的设计方程完全一样，只不过连续流动的平推流反应器中不存在进出料、清洗、灭菌等辅助时间，即t’=0.3.连续搅拌罐式酶反应器Continuousstirredtankreactor(CSTR)计算进入的新物料与反应器内原有物料瞬间达到完全混合，反应器内的物料浓度均匀一致，与出口浓度相同，属全混流罐式反应器（CSTR）。对稳态下的全混流反应器作物

8、料衡算：进入量-排出量=反应量+积累量vV0故对于酶催化反应，将米