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1、Chapter9 Reactorsforenzymaticcatalysis酶反應器酶反應器：用于酶進行催化反應的容器及其附屬設備酶反應器是用于完成酶促反應的核心裝置。它為酶催化反應提供合適的場所和最佳的反應條件，以便在酶的催化下，使底物（原料）最大限度地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物。它處于酶催化應過程的中心地位，是連接原料和產(chǎn)物的橋梁。與化學反應器相比：在低溫、低壓下發(fā)揮作用，反應時的耗能和產(chǎn)能較少。與發(fā)酵反應器相比：不表現(xiàn)自催化方式（即細胞的連續(xù)再生）。酶催化反應過程示意圖過程調(diào)控生物反應器消毒原料預處理產(chǎn)物
2、分離提純產(chǎn)品生物催化劑制備空氣除菌能量熱量1、一個優(yōu)良的生物反應器應具備的條件：嚴密的結構良好的液體混合性能高的傳質(zhì)和傳熱速率靈敏的檢測和控制儀表生物反應器設計的主要目標：使產(chǎn)品的質(zhì)量最高，生產(chǎn)成本最低。評價生物反應器的主要標準：反應器生產(chǎn)能力的大小和產(chǎn)品質(zhì)量的高低。(4)應具有最佳的無菌條件，否則，雜菌污染使反應器的生產(chǎn)能力下降。(1)所用生物催化劑應具有較高的比活和酶濃度（或細胞濃度），才能得到較大的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率。(2)能用電腦自動檢測和調(diào)控，從而獲得最佳的反應條件。(3)應具有良好的傳質(zhì)和混
3、合性能。傳質(zhì)是指底物和產(chǎn)物在反應介質(zhì)中的傳遞。傳質(zhì)阻力是反應器速度限制的主要因素。第一節(jié)酶反應器類型按結構區(qū)分攪拌罐式反應器（StirredTankReactor,STR）鼓泡式反應器(bubblecolumnreactor,BCR)填充床式反應器(packedcolumnreactor,PCR)流化床式反應器(FluidizedBedReactor,FBR)膜反應器(MembraneReactor,MR)按操作方式區(qū)分分批式反應(batch)連續(xù)式反應(continuous)流加分批式反應(f
4、eedingbatch)（一）攪拌罐式反應器（StirredTankReactor,STR）有攪拌裝置的、罐式反應器，是傳統(tǒng)形式的反應器。反應罐+攪拌器+保溫裝置適用的操作方式：分批式、流加分批式、連續(xù)式1、分類：1）分批攪拌罐式反應器(BatchStirredTankReactor,BSTR)適用的酶：游離酶、固定化酶反應罐攪拌器保溫裝置或內(nèi)置優(yōu)點：裝置較簡單，造價較低，傳質(zhì)阻力很小，反應能很迅速達到穩(wěn)態(tài)。缺點：操作麻煩，固定化酶經(jīng)反復回收使用時，易失去活性，故在工業(yè)生產(chǎn)中，間歇式酶反應器很少
5、用于固定化酶，但常用于游離酶。2）連續(xù)流攪拌罐反應器(ContinuousFlowStirredTankReactor,CSTR)適用的酶：固定化酶特點：反應器設備簡單、操作容易，酶與底物混合較均勻，傳質(zhì)阻力小。反應器利用率比較高。注意：控制好攪拌速度，以免剪切力破壞酶結構。2.優(yōu)點：結構簡單，酶與底物混合充分均勻，傳質(zhì)阻力小，反應條件易控制，能處理膠體狀底物、不溶性底物。3.缺點:反應效率低，載體易被破壞，攪拌動力消耗大，回收過程酶易損失。4.改進：在反應器出口裝上濾器，或用尼龍網(wǎng)罩住固定化酶
6、，或制成磁性固定化酶，或多個攪拌罐串聯(lián)。溶液中連續(xù)流加酶使用多孔膜使酶在溶液中滯留出口處用篩網(wǎng)罩住酶被固定在攪拌軸上的容器內(nèi)溶液快速循環(huán)通過固定化酶柱（二）固定床型（也稱填充床，PackedBedReactor,PBR）把顆粒狀或片狀等固定化酶填充于固定床內(nèi)，底物按一定方向以恒定速度通過反應床。在其橫截面上液體流動速度完全相同，沿流動方向底物及產(chǎn)物的濃度逐漸變化，但同一橫切面上濃度一致。又稱活塞流反應器(PlugFlowReactor,PFR)適用于：固定化酶。優(yōu)點：設備簡單，操作方面?？墒褂酶?/p>
7、濃度的催化劑。與CSTR相比，可減少產(chǎn)物的抑制作用（產(chǎn)物濃度沿反應器長度逐漸增高）。缺點：①溫度和pH難以控制。②底物和產(chǎn)物會產(chǎn)生軸向濃度分布。③清洗和更換部分固定化酶較麻煩。④床內(nèi)壓力降大，底物必須在加壓下才能進入。固定化酶易變形或破碎。（三）流化床型(FludizedBedReactor,FBR)裝有較小顆粒的垂直塔式反應器(形狀可為柱形、錐形等)。底物以一定速度由下向上流過，使固定化酶顆粒在懸浮翻動狀態(tài)下進行反應。流體的混合程度介于CSTR和PFR之間。適用于：固定化酶。注意：控制流速固定
8、化酶的顆粒不應過大優(yōu)點：具有良好的傳質(zhì)及傳熱性能，pH、溫度控制及氣體的供給比較容易；不易堵塞，可適用于處理黏度高的液體；能處理粉末狀底物；即使應用細顆粒的催化劑，壓力降也不會很高。缺點：需保持一定的流速，運轉(zhuǎn)成本高，難于放大；由于顆粒酶處于流動狀態(tài)，易導致顆粒的機械破損；流化床的空隙體積大，酶的濃度不高；底物高速流動使酶沖出，降低了轉(zhuǎn)化率。改進：使底物進行循環(huán)，避免催化劑損傷。使用幾個流態(tài)化床組成的反應器組，或使用錐形流態(tài)化床。（四）鼓泡塔型反應器(BubbleColumnReactor,BC
