第五节+酶反应器ppt课件.ppt

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1、第五节酶反应器一.什么是酶反应器二.理想的酶反应器的要求三.各种酶反应器的特点四.酶反应器的选择和使用五.酶反应器的设计一.什么是酶反应器酶和固定化酶在体外进行催化反应时，都必需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反应的速度。用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。酶反应器有两种类型：一类是直接应用游离酶进行反应的均相酶反应器；另一类是应用固定化酶进行反应的非均相酶反应器。均相酶反应可在批式反应器或超滤膜反应器中进行，而非均相酶反应则可在多种反应器中进行。酶催化反应过程示意图过程调控生物反应器消毒原料预处理产物分离提纯产品生物催化剂制备空气除菌能量热量

2、酶反应器是用于完成酶促反应的核心装置。它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。它处于酶催化应过程的中心地位，是连接原料和产物的桥梁。二.理想的酶反应器的要求生物反应器设计的主要目标：使产品的质量最高，生产成本最低。评价生物反应器的主要标准：反应器生产能力的大小和产品质量的高低。(4)应具有最佳的无菌条件，否则，杂菌污染使反应器的生产能力下降。(1)所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度（或细胞浓度），才能得到较大的产品转化率。(2)能用电脑自动检测和调控，获得最佳的反应条件。(3)有良好的传质和混合性能。传质指底物和产物

3、在反应介质中的传递。传质阻力是反应器速度限制的主要因素。常见的酶反应器类型按结构区分搅拌罐式反应器（StirredTankReactor,STR）鼓泡式反应器(bubblecolumnreactor,BCR)填充床式反应器(packedcolumnreactor,PCR)流化床式反应器(FluidizedBedReactor,FBR)膜反应器(MembraneReactor,MR)按操作方式区分分批式反应(batch)连续式反应(continuous)流加分批式反应(feedingbatch)混合形式连续搅拌罐反应器（ContinuousStirredTankReactor,CS

4、TR）分批搅拌罐反应器（BatchStirredTankReactor,BSTR）常见的酶反应器类型三.各种酶反应器的特点三.各种酶反应器的特点1.间歇式酶反应器又称为批量反应器（BatchReactorBSTR）、间歇式搅拌罐、搅拌式反应罐。其特点是：底物与酶一次性投入反应器内，产物一次性取出；反应完成之后，固定化酶（细胞）用过滤法或超滤法回收，再转入下一批反应。优点是：装置较简单，造价较低，传质阻力很小，反应能很迅速达到稳态。缺点是：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，易失去活性，故在工业生产中，间歇式酶反应器很少用于固定化酶，但常用于游离酶。2.连续式酶反应器又称为连续搅拌

5、釜式反应器（ContinuousStirredTankReactor,CSTR）、连续式搅拌罐。向反应器投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡之后，再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（含产物）。底物溶液进口反应液出口优点是：在理想状况下，混合良好，各部分组成相同，并与输出成分一致。缺点是：搅拌浆剪切力大，易打碎磨损固定化酶颗粒。3.填充床反应器又称固定床反应器。将固定化酶填充于反应器内，制成稳定的柱床；然后，通入底物溶液，在一定的反应条件下实现酶催化反应，以一定的流速，收集输出的转化液（含产物）。它适用于各种形状的固定化酶和不含固体颗粒、黏度不大的

6、底物溶液，以及有产物抑制的转化反应。优点：高效率、易操作、结构简单等，是目前工业生产及研究中应用最为普遍的反应器。缺点是：传质系数和传热系数相对较低。当底物溶度含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用。4.流化床反应器其流动方式使反应液的混合程度介于CSTR的全混型和PBR的平推流型之间。FBR可用于处理黏度较大和含有固体颗粒的底物溶度，同时，亦可用于需要供气体或排放气体的酶反应（即固、液、气三相反应）。但因FBR混合均匀，故不适用于有产物抑制的酶反应。流化床反应器（FluidizedBedReactor,FBR）。特点：底物溶液以足够大的流速，从反应器底部向上通过固定化酶柱床时，便能使

7、固定化酶颗粒始终处于流化状态。5.鼓泡式反应器鼓泡式反应器(bubblecolumnreactor,BCR)是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两种作用的一类反应器，是一种无搅拌装置的反应器。鼓泡式反应器可以用于游离酶和固定化酶的催化反应。在使用鼓泡式反应器进行固定化酶的催化反应时，反应系统中存在固、液、气三相，又称为三相流化床式反应器。鼓泡式反应器的结构简单，操作容易,剪切力小，物质与热量的传递效率高，是有气体参与的酶催化反应中常用的一